CN112377915A - 一种有机废弃物气化处理系统及方法 - Google Patents

一种有机废弃物气化处理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种有机废弃物气化处理系统及方法，该系统包括依次连通的一级气化装置、二级气化装置、喷淋冷却装置、合成气净化装置、燃气分配装置和燃烧装置；燃烧装置连通一燃烧室；一级气化装置连通一气化工艺空气管路；一级气化装置固定于燃烧室内；二级气化装置连通一高温等离子炬装置；喷淋冷却装置与合成气净化装置之间设置一增压水泵。该本发明可将有机废弃物就地就近转化为气化合成气、有机废弃物气化剩余惰性灰渣排除；同时对气化合成气进行回收再利用，实现了该系统的稳定运行，且无污染。此外，该系统集成安装在一个标准集装箱内，集成度高。

Description

一种有机废弃物气化处理系统及方法
技术领域
本发明属于废弃物资源化处理领域，尤其涉及一种有机废弃物气化处理系统及方法。
背景技术
目前，国家正大力实施乡村振兴战略，大力开展农村人居环境整治行动，推进健康乡村建设，持续改善农村人居环境。农业农村面源污染涉及的农药废弃包装物、废旧农用塑料地膜等有机废弃物治理越来越引起重视；由于农村面源污染具有分散性、隐蔽性、随机性、不易监测、难以量化等特征，同时又与农业生产紧密结合，小规模、区域性、季节性就地就近处理成为必要。此外，鉴于目前COVID-19 冠状病毒依然全球大流行，医疗废弃物急需快速无害化处理，而医院医疗废弃物的暂存、运输存在疾病的高传播风险；同时，鉴于COVID-19 冠状病毒的社区流行性和传染性，不仅医院存在传染物，COVID-19 冠状病毒可以用过的纸巾、个人防护设备以及其他受污染的材料形式普遍存在于我们的家庭及社区中，使得隔离型社区垃圾具备较高传染风险。所有医疗废弃物及疑似病毒感染废弃物需要实现处置装置的专业化快速部署、专业化就地无害化处理；各地区环保基础配套设施不尽相同，或工艺不完善，对于大量离岛式或分散式居住区高铁站、服务区等各种塑料制品包装物等有机废弃物同样需要就地就近处理。
因此，由于上述区域性有机废弃物种类繁多，不可避免地存在使用不具备资源化特征的小规模有机废弃物需要就地就近处理现象，对环境造成污染。具体的，在就地就近处理过程中，有机废弃物气化会产生较多焦油等大分子有机物，焦油的能量能占到可燃性气体能量的5%-10%，同时焦油在200℃以下可以发生冷凝并与气体中的水蒸气、飞灰等结合成粘稠液体，导致系统管路及装备堵塞，影响装置及系统的安全稳定运行；另一方面，焦油完全燃烧非常困难，并且在其燃烧过程中会产生炭黑等颗粒，造成设备的严重损害与环境的二次污染；因此需要开发出一种高效气化避免二次污染的系统及方法十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机废弃物气化处理系统及方法，可实现有机废弃物完全气化且无污染。此外该系统实现了一体化集成，具备可移动性，使用方便。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种有机废弃物气化处理系统，包括：依次连通的一级气化装置、二级气化装置、喷淋冷却装置、合成气净化装置、燃气分配装置和燃烧装置；所述燃烧装置连通一燃烧室；
其中，所述一级气化装置连通一气化工艺空气管路；所述一级气化装置固定于所述燃烧室内；
所述二级气化装置连通一高温等离子炬装置；所述喷淋冷却装置与合成气净化装置之间设置一增压水泵。
优选地，所述二级气化装置连通二级气化过量空气管路。
优选地，所述燃气分配装置连通一合成气处理装置。
优选地，进一步包括一循环水泵和一补水预处理装置，所述循环水泵包括第一进水口、第二进水口和出水口；所述第一进水口和补水预处理装置通过一补给水管路连通；所述第二进水口和合成气净化装置之间通过第一循环水管路连通；所述出水口通过第二循环水管路连通所述喷淋冷却装置、合成气净化装置。
优选地，所述第二循环水管路包括3根分支水管路和用于连通所述分支水管路的三通阀；所述分支水管路上均设置一单向阀。
优选地，所述一级气化装置和二级气化装置之间通过一级合成气管路连通；所述燃烧装置与燃气分配装置之间通过气化用合成气管路连通；所述一级合成气管路通过一分支气管路连通所述气化用合成气管路；所述气化用合成气管路上设置单向阀；所述单向阀位于分支气管路和燃烧装置之间。
优选地，所述合成气净化装置内设置除酸除尘用水，所述合成气净化装置连通一污水排放管路。
一种有机废弃物气化处理方法，基于所述的有机废弃物气化处理系统，包括以下步骤：
S1： 将有机废弃物送入一级气化装置、将工艺空气通过气化工艺空气管路通入一级气化装置内；
S2：通过启动燃料管路将启动燃料送入燃烧装置、通过燃烧装置空气管路将空气送入燃烧装置，自动控制点火燃烧，燃烧装置内产生的热烟气通入燃烧室内；
S3：燃烧室对一级气化装置内的工艺空气进行预热，有机废弃物进行热解气化，产生一级气化合成气和剩余惰性灰渣；剩余惰性会由一级气化装置上的出渣口排出；部分一级气化合成气由一级合成气管路进入二级气化装置内，其余一级气化合成气依次经一级合成气管路、分支气管路通入气化用合成气管路中，以供燃烧装置使用；
S4：高温等离子炬装置和工艺气体共同作用以进一步分解二级气化装置中的一级气化合成气所含的焦油类碳氢化合物，最终产生二级气化合成气；
S5：二级气化合成气通入喷淋冷却装置中冷却，之后增压水泵将二级气化合成气泵入合成气净化装置中，以形成净化后合成气；
S6：净化后合成气流入燃气分配装置中，之后部分净化后合成气流入燃烧装置中，其余净化后合成气流入合成气处理装置。
优选地，在步骤S5中，在形成净化合成气的同时，循环水泵持续将补水预处理装置中的水、合成气净化装置中的除酸除尘用水分别泵入第二循环水管路，经第二循环水管路分别流入喷淋冷却装置和合成气净化装置中。
优选地，一级气化装置的处理温度为850℃；二级气化装置的处理温度为1200℃。
与现有技术相比，本发明的优点为：
（1）该系统可将有机废弃物完全反应为气化合成气，有机废弃物气化产生的剩余惰性灰渣排除；同时对气化合成气进行回收再利用，实现了该系统的稳定运行，且无污染。
（2）该系统可集成于一体，系统高度集成、占地面积小，适用于小规模有机废弃物就地就近处理，节约运行成本、提交工作效率。
（3）系统的可移动性使其具备应急处置功能，可灵活布置。
（4）可使运行过程中的热量损失，提高系统处理效率。
（5）系统的序批式处理，可根据有机废弃物特性灵活进料，选择不同处理参数，快速无害化。
附图说明
图1为发明一实施例的有机废弃物气化处理系统结构示意图。
其中，1-进料装置，2-一级气化装置，3-高温等离子炬装置，4-二级气化装置，5-喷淋冷却装置，6-增压水泵，7-合成气净化装置，8-燃气分配装置，9-燃烧装置，10-燃烧室，11-循环水泵，12-补水预处理装置，13-合成气处理装置，14-烟气排放管路，15-气化工艺空气管路，16-自动出渣装置，17-一级合成气管路，18-二级合成气管路，19-急冷合成气与冷却水管路，20-加压后急冷合成气与冷却水管路，21-净化后合成气管路，22-气化用合成气管路，23-热烟气管路，24-启动燃料管路，25-剩余合成气管路，26-补给水管路，27-第一循环水管路，28-第二循环水管路，29-污水排放管路，30-二级气化过量空气管路，31-燃烧装置空气管路。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
如图1所示，一种有机废弃物气化处理系统，包括：合成气净化部分和水循环供应部分。其中，箭头表示气体或者水的流向。
合成气净化部分的结构如下：
包括依次连通的进料装置1、一级气化装置2、二级气化装置4、喷淋冷却装置5、合成气净化装置7、燃气分配装置8和燃烧装置9；燃烧装置9连通燃烧室10。
一级气化装置2固定于燃烧室10内；一级气化装置2上安装一用于通入工艺空气的气化工艺空气管路15、一用于连通二级气化装置4的一级合成气管路17、一用于排出热解炭的自动出渣装置16。 其中，气化工艺空气管路15穿过燃烧室10并连通一级气化装置2；一级气化装置2采用金属材质。
二级气化装置4安装并连通一高温等离子炬装置3和二级气化过量空气管路30；二级气化装置4和喷淋冷却装置5之间设置二级合成气管路18，喷淋冷却装置5和增压水泵6之间设置一急冷合成气与冷却水管路19、增压水泵6和合成气净化装置7设置一加压后急冷合成气与冷却水管路20。其中，增压水泵6的作用是将二级合成气泵入合成气净化装置7。
合成气净化装置7内设置除酸除尘用水，合成气净化装置7连通一污水排放管路29。具体的，合成气净化装置7通过除酸除尘用水溶解相关物质，从而具有脱酸、除雾等洁净功能；尘类、盐类及少量可溶性有机物类等污水沉淀物经污水排放管路29排放至污水管网进一步处理。
燃气分配装置8连通一合成气处理装置13和燃烧装置9。具体的，燃气分配装置8和合成气处理装置13之间通过一剩余合成气管路25连通；燃气分配装置8和燃烧装置9之间通过气化用合成气管路22连通；合成气净化装置7和燃气分配装置8通过净化后合成气管路21连通。
燃烧装置9上安装并连通启动燃料管路24、燃烧装置空气管路31。燃烧装置9和燃烧室10之间设置一热烟气管路23。燃烧室10上安装一连通燃烧室10内部的烟气排放管路14。其中，燃烧室10采用金属材质；燃烧装置9安装于燃烧室10上。金属材质使得集成该系统的装备具有最小的热惯性，可以很快地加热或冷却，并且使处理周期之间的停机时间最小化；系统装置整体设置防烫装置保护工作人员免受烫伤及高温灼伤。
在本实施例中，一级气化装置2和二级气化装置4之间通过级合成气管路17连通；燃烧装置9与燃气分配装置8之间通过气化用合成气管路22连通；一级合成气管路17通过一分支气管路连通气化用合成气管路22；气化用合成气管路22上设置单向阀；单向阀位于分支气管路和燃烧装置9之间。具体的，根据物料特性，分支气管路的作用是将由一级气化装置2中输出的一级气化合成气可直接通过燃烧装置9进行燃烧处理。
在本实施例中，根据有机废物处置规模，可并联一级气化装置2的布置。即与二级气化装置4连通的一级气化装置2可设置为多个。
水循环供应部分：包括一循环水泵11和一补水预处理装置12。循环水泵11包括第一进水口、第二进水口和出水口；第一进水口和补水预处理装置12通过一补给水管路26连通；第二进水口和合成气净化装置7之间通过第一循环水管路27连通；出水口通过第二循环水管路28连通喷淋冷却装置5、合成气净化装置7。具体的，第二循环水管路28包括3根分支水管路和用于连通分支水管路的三通阀；分支水管路上均设置一单向阀。即喷淋冷却装置5所需喷淋水通过补水预处理装置12、循环水泵11送入、合成气净化装置7中的除酸除尘用水通过循环水泵11送入。
该处理方法的对象为区域内有机废弃物，包括农业农村面源污染类的农药废弃包装物、废旧农用塑料地膜等，卫生健康类的医疗废弃物、疑似病毒感染废弃物，离岛式、分散式居住区、高铁站、服务区等各种塑料制品包装物等有机废弃物，以及区域内其他不具备资源化需求的小规模有机废弃物。在本实施例中，工艺空气指的是参与相应工艺的空气。
一种有机废弃物气化处理方法，基于上述有机废弃物气化处理系统，具体为：
S1： 将有机废弃物送入一级气化装置2、将工艺空气通过气化工艺空气管路15通入一级气化装置2内。
具体的，首先将有机废弃物以人工或自动输送形式送入进料装置1，由于进料装置1位于一级气化装置2的上部，因此有机废弃物依靠重力进入一级气化装置2内。有机废弃物进入进料装置1前，无需经过破碎、破袋等预处理工艺。
工艺空气通过一级气化装置2壁面设置的多层多孔切向通道（即气化工艺空气管路15）送入，级气化装置2内的合成气动力场为螺旋式，加大合成气停留时间及与工艺空气的混合强度。
S2：通过启动燃料管路24将启动燃料送入燃烧装置9、通过燃烧装置空气管路31将空气送入燃烧装置9，燃烧装置9在控制装置的控制下自动点火燃烧，燃烧装置9内产生的热烟气通入燃烧室10内。
其中，燃烧装置9为燃料燃烧装置，启动燃料根据使用现象的实际情况进行选择，可以为柴油、LNG、CNG等其中的一种。
S3：（1）燃烧室10内的热烟气对一级气化装置2内的工艺空气进行预热，一级气化装置2内的有机废弃物进行热解气化，产生一级气化合成气和剩余惰性灰渣（热解炭）。具体的，在经过高温预热的工艺空气及一级气化装置2本身的蓄热壁面的共同作用下，有机废弃物开始热解气化。
在本实施例中，燃烧室10内设置鳍片管或其他高效换热构件以对一级气化装置2内的工艺空气进行高温预热，即燃烧装置9内产生的热烟气在燃烧室10内降温。鳍片管的作用是增加散热面积，提高热传效率。具体的，燃烧装置9内产生的热烟气直接进入燃烧室10内，热烟气经鳍片管与一级气化装置2通入的工艺空气换热后，冷却烟气由烟气排放管路14排出该系统。在热烟气流经鳍片管的过程中，鳍片管持续对一级气化装置2中的工艺空气行高温预热。
在本实施例中，燃烧室10的工作温度为1100℃。
在本实施例中，一级气化装置2的工作温度控制在850℃，避免有机废弃物中携带的无机物熔融。
（2）部分一级气化合成气由一级合成气管路17进入二级气化装置4内，其余一级气化合成气依次经一级合成气管路17、分支气管路通入气化用合成气管路22中，以供燃烧装置9使用；气化工作流程结束后，热解炭由一级气化装置2上的出渣口排出至自动出渣装置16或由一级气化装置2上的手动出渣口进行手动排渣。
S4：高温等离子炬装置3通过其产生的炽热高温等离子体，进一步分解二级气化装置4中的一级气化合成气存在的未分解彻底的焦油类碳氢化合物，此类碳氢化合物在高温等离子体与二级气化过量空气管路30中的二级气化过量空气的共同作用下，进一步被分解为氢气、一氧化碳并释放热量。一级气化合成气经二级气化装置4进一步反应后产生二级气化合成气。
在本实施例中，二级气化装置4中的合成气动力场为螺旋式，加大合成气停留时间及与过量空气的混合强度。高温等离子炬装置3采用金属电极，工作介质为压缩空气，气旋流或电磁式移动弧形式；二级气化装置4的工作温度为1200℃。
S5：二级气化合成气通入喷淋冷却装置5中冷却，之后增压水泵6将二级气化合成气泵入合成气净化装置7中，以形成净化后合成气。
喷淋冷却装置5迅速将二级气化合成气的温度降到80℃以下，避免二噁英污染的再生；增压水泵6将二级气化合成气与喷淋冷却装置5中的喷淋水泵入合成气净化装置7，使该系统具备微负压运行状态。合成气净化装置7上设置污水排放管路29，污水沉淀物经管路排放至污水管网进一步处理。
在形成净化合成气的同时，循环水泵11持续将补水预处理装置12中的水、合成气净化装置7中的除酸除尘用水分别泵入第二循环水管路28，经第二循环水管路28分别流入喷淋冷却装置5和合成气净化装置7中。
S6：净化后合成气流入燃气分配装置8中，之后部分净化后合成气流入燃烧装置9中，其余净化后合成气流入合成气处理装置13。
具体的，根据系统热量需求，部分净化后合成气通过气化用合成气管路22送入燃烧装置9中燃烧，给系统运行提供自给能量，剩余部分净化后合成气通过剩余合成气管路25送入合成气处理装置13处置。
通过系统所配置的氧量、温度等在线监测装置测量参数确认当次序批物料处理完成后，可通过进料装置1进行二次加料，或等该系统冷却后通过一级气化装置2配置自动出渣装置16，或手动出渣口出渣。根据物料特性不同，对热解炭做进一步处置。
由此，该系统运行通过有机废弃物智慧处置中心厂级智慧管理平台、该系统中各个装置所属氧量、温度、流量在线监测、智慧控制系统，实现智慧化运行。有机废弃物智慧处置中心厂级智慧管理平台具备上级物联网管理平台数据传输接口。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机废弃物气化处理系统，其特征在于，包括：依次连通的一级气化装置、二级气化装置、喷淋冷却装置、合成气净化装置、燃气分配装置和燃烧装置；所述燃烧装置连通一燃烧室；
其中，所述一级气化装置连通一气化工艺空气管路；所述一级气化装置固定于所述燃烧室内；
所述二级气化装置连通一高温等离子炬装置；
所述喷淋冷却装置与合成气净化装置之间设置一增压水泵。
2.根据权利要求1所述的有机废弃物气化处理系统，其特征在于，所述二级气化装置连通二级气化过量空气管路。
3.根据权利要求2所述的有机废弃物气化处理系统，其特征在于，所述燃气分配装置连通一合成气处理装置。
4.根据权利要求3所述的有机废弃物气化处理系统，其特征在于，进一步包括一循环水泵和一补水预处理装置，所述循环水泵包括第一进水口、第二进水口和出水口；所述第一进水口和补水预处理装置通过一补给水管路连通；所述第二进水口和合成气净化装置之间通过第一循环水管路连通；所述出水口通过第二循环水管路连通所述喷淋冷却装置、合成气净化装置。
5.根据权利要求4所述的有机废弃物气化处理系统，其特征在于，所述第二循环水管路包括3根分支水管路和用于连通所述分支水管路的三通阀；所述分支水管路上均设置一单向阀。
6.根据权利要求5所述的有机废弃物气化处理系统，其特征在于，所述一级气化装置和二级气化装置之间通过一级合成气管路连通；所述燃烧装置与燃气分配装置之间通过气化用合成气管路连通；所述一级合成气管路通过一分支气管路连通所述气化用合成气管路；所述气化用合成气管路上设置单向阀；所述单向阀位于分支气管路和燃烧装置之间。
7.根据权利要求6所述的有机废弃物气化处理系统，其特征在于，所述合成气净化装置内设置除酸除尘用水，所述合成气净化装置连通一污水排放管路。
8.一种有机废弃物气化处理方法，基于权利要求7所述的有机废弃物气化处理系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1： 将有机废弃物送入一级气化装置、将工艺空气通过气化工艺空气管路通入一级气化装置内；
S2：通过启动燃料管路将启动燃料送入燃烧装置、通过燃烧装置空气管路将空气送入燃烧装置，燃烧装置点火燃烧，燃烧装置内产生的热烟气通入燃烧室内；
S3：燃烧室对一级气化装置内的工艺空气进行预热，有机废弃物进行热解气化，产生一级气化合成气和剩余惰性灰渣；剩余惰性灰渣由一级气化装置上的出渣口排出；部分一级气化合成气由一级合成气管路进入二级气化装置内；其余一级气化合成气依次经一级合成气管路、分支气管路通入气化用合成气管路中，以供燃烧装置使用；
S4：高温等离子炬装置与工艺空气共同作用以进一步气化二级气化装置中的一级气化合成气，以产生二级气化合成气；
S5：二级气化合成气通入喷淋冷却装置中冷却，之后增压水泵将二级气化合成气泵入合成气净化装置中，以形成净化后合成气；
S6：净化后合成气流入燃气分配装置中，之后部分净化后合成气流入燃烧装置中，其余净化后合成气流入合成气处理装置。
9.根据权利要求8所述的有机废弃物气化处理方法，其特征在于，在步骤S5中，在形成净化合成气的同时，循环水泵持续将补水预处理装置中的水、合成气净化装置中的除酸除尘用水分别泵入第二循环水管路，经第二循环水管路分别流入喷淋冷却装置和合成气净化装置中。
10.根据权利要求8所述的有机废弃物气化处理方法，其特征在于，一级气化装置的处理温度为850℃；二级气化装置的处理温度为1200℃。
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