CN113336222B - 一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统及其运行工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统及其运行工艺。该系统可将生物质制备活性炭系统与垃圾焚烧发电系统进行全方位耦合，高效利用系统资源，利用垃圾焚烧发电系统产生的蒸汽对生物质焦炭进行活化产生活性炭，供给垃圾焚烧发电系统中的烟气净化工艺进行使用，多余的可进行外销进行盈利；利用生物质制备的活性炭对垃圾焚烧过程中的烟气进行净化，节约系统投资成本；系统耦合运行时，可有效利用生物质碳化产生的能量，对垃圾焚烧发电系统的蒸汽进行加热，提高垃圾焚烧发电系统的效率，降低汽轮机中低压缸进汽的湿度，有效保障汽轮机的安全稳定运行。

Description

一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统及其运行 工艺
技术领域
本发明属于废弃物再利用技术领域，具体涉及一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统及其运行工艺。
背景技术
利用生物质制备活性炭通常需要碳化和活化两个过程。碳化过程是生物质在高温下析出可燃气体、转变为生物质焦炭的过程，活化过程是生物质焦炭去除微孔内焦化杂质，从而转变为生物质活性炭的过程。碳化过程会生成大量的可燃性气体，直接燃烧对空排放会产生巨大的能源浪费，若采用复杂工艺对热能进行利用，则建设成本过高，且一般而言生物质制备活性炭的规模较小，难以对如此小规模的热能进行有效利用；活化过程可分为物理活化与化学活化，其中化学活化采用碱液对生物质焦炭进行清洗，会产生大量的废液，会对环境造成大量的污染；而物理活化则是采用高温烟气或蒸汽(蒸汽效果比高温烟气好)，使生物质焦炭微孔内的焦化物受热气化。该过程需要用到一定量的蒸汽，也可添加部分金属催化剂促进活化速率、提升活化效果。
生活垃圾中含有部分Cl-，在焚烧处理过程中会与有机物结合，产生对环境及人类造成重大危害的二噁英，目前针对垃圾焚烧烟气中的二噁英脱除，一般采用活性炭喷射法，利用活性炭吸附烟气中的二噁英，再将活性炭通过布袋除尘器捕获并螯合填埋。
从上述描述中不难看出，生活垃圾焚烧发电的过程中具有大量的蒸汽(用于发电)，需要用到活性炭进行烟气净化；生物质制备活性炭的过程中也将产生烟气，同时需要使用蒸汽进行生产。如何将不同领域的生产高效的结合在一起，是值得大家探究的课题。
专利CN1377826提供了一种垃圾焚烧炉耦合活化炉制备活性炭的方法，方法的核心是利用垃圾焚烧炉产生的高温，达到活化所需温度，利用焚烧炉尾气作为活化所需的氧化剂，活化炉尾气返回垃圾焚烧炉再次燃烧。但垃圾焚烧炉的尾气含有大量污染物，对于活化设备具有一定损伤，且利用烟气进行活化的效果不佳，需要添加催化剂。
专利CN207276565U提供了一种生物质气化于垃圾焚烧耦合系统，将生物质气化后的燃气在二燃室进行燃烧后送入垃圾焚烧的余热锅炉进行换热，但该专利并未涉及活性炭的制备。
专利CN208205010U提供了一种生活垃圾焚烧协同活性炭生产的装置，将生物质碳化活化过程中产生的可燃气送入焚烧炉进行焚烧，以便于利用垃圾焚烧发电系统中的烟气净化工艺。但该装置的协同程度低，并不能起到高效的耦合效果。
发明内容
现有生物质制备活性炭系统常常独立存在，在制备活性炭的过程中，需要大量设备，特别是烟气净化系统，并且制备活性炭的过程中热能的需要量少于热能的输出量，会造成能源的巨大浪费。
针对现有技术的不足，本发明提供了一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统及其运行工艺，该系统将生物质制备活性炭系统与垃圾焚烧发电系统进行全方位耦合，高效利用系统资源，利用垃圾焚烧发电系统产生的蒸汽对生物质焦炭进行活化产生活性炭，供给垃圾焚烧发电系统中的烟气净化工艺进行使用，多余的可进行外销进行盈利；利用生物质制备的活性炭对垃圾焚烧过程中的烟气进行净化，节约系统投资成本；系统耦合运行时，可有效利用生物质碳化产生的能量，对垃圾焚烧发电系统的蒸汽进行加热，提高垃圾焚烧发电系统的效率，降低汽轮机中低压缸进汽的湿度，有效保障汽轮机的安全稳定运行。
为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：
一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统，包括碳化炉、二燃室、活化炉、蒸汽加热器、补水加热器、给水装置、蒸汽发生器、蒸汽轮机、发电机、焚烧炉、蒸发器、过热器、省煤器、烟气净化装置；所述蒸汽轮机包括高压缸和中低压缸；所述碳化炉、二燃室、蒸汽加热器、补水加热器、烟气净化装置依次通过管道连接，所述碳化炉设有生物质输入端，且外接空气源，所述碳化炉依次外连活化炉、蒸汽发生器、高压缸，所述活化炉一路通过风机连接二燃室，另一路连接生物质活性炭收集端，所述二燃室外接空气源，所述蒸汽发生器连接补水加热器，所述补水加热器外连给水装置，所述蒸汽发生器与高压缸之间通过管道依次外连蒸汽加热器、中低压缸，所述中低压缸外连冷凝装置；所述焚烧炉、蒸发器、过热器、省煤器、烟气净化装置依次通过管道连通，所述焚烧炉设有生活垃圾输入端，且外接空气源，所述冷凝装置通过给水泵依次连接省煤器、蒸发器、过热器、高压缸；所述蒸汽轮机通过蒸汽控制发电机发电；
上述生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统的运行工艺，包括以下步骤：
步骤1，搭建生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统；
步骤2，通过生物质输入端向碳化炉中输入生物质，同时开启空气源向碳化炉中输入空气，确保碳化炉内的温度达到400℃-500℃，对生物质进行碳化及部分燃烧，碳化后的生物质焦炭转入活化炉中，可燃性气体输入二燃室中；
步骤3，给水装置中的常温水经补水加热器初步加热后，送入蒸汽发生器中，与部分来自高压缸的高压蒸汽混合，降压，蒸汽发生器中产生的蒸汽用于生物质焦炭的活化，活化后得到生物质活性炭和可燃性气体，生物质活性炭经过生物质活性炭收集端收集后，用于垃圾烟气中二噁英的脱除，可燃气经由风机送入二燃室；
步骤4，开启空气源向二燃室内输入空气，保证来自碳化炉和活化炉的可燃性气体充分燃烧，燃烧后的高温烟气进入蒸汽加热器，对来自高压缸的水蒸气进行加热，水蒸气经过加热后送入蒸汽轮机的中低压缸中继续做功，水蒸气经过冷凝装置凝结成锅炉水，备用，高温烟气经过蒸汽加热器后进入补水加热器，对给水装置的水进行加热，加热后的水进入蒸汽发生器与来自高压缸的部分蒸汽进行混合，实现步骤3的循环，降温后的高温烟气直接进入烟气净化装置进行污染物脱除后，排放；
步骤5，通过生活垃圾输入端向焚烧炉中送入生活垃圾，开启空气源，保证生活垃圾充分焚烧，垃圾焚烧产生的高温烟气依次通过蒸发器、过热器与省煤器后，温度降低，并进入烟气净化装置进行污染物脱除后，排放；经冷凝装置冷凝后的锅炉水通过给水泵增压，依次通过省煤器、蒸发器、过热器进行加热，加热后的锅炉水变为高温高压的过热蒸汽，进入高压缸进行做功，随后进入蒸汽加热器进行加热，加热后进入中低压缸继续进行做功，做功后由中低压缸排出，进入冷凝装置进行冷凝，完成整个水循环；
步骤6，蒸汽冲转蒸汽轮机，由高压缸、中低压缸带动发电机进行发电。
作为改进的是，所述空气源通过风机泵入。
作为改进的是，所述冷凝装置为凝汽器。
作为改进的是，所述给水装置内为常温的自来水。
作为优选的是，步骤2中碳化炉内的温度达到450℃。
有益效果：
与现有技术相比，本发明一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统及其运行工艺，该系统可将生物质制备活性炭系统与垃圾焚烧发电系统进行全方位耦合，高效利用系统资源，利用垃圾焚烧发电系统产生的蒸汽对生物质焦炭进行活化产生活性炭，供给垃圾焚烧发电系统中的烟气净化工艺进行使用，多余的可进行外销进行盈利；利用生物质制备的活性炭对垃圾焚烧过程中的烟气进行净化，节约系统投资成本；系统耦合运行时，可有效利用生物质碳化产生的能量，对垃圾焚烧发电系统的蒸汽进行加热，提高垃圾焚烧发电系统的效率，降低汽轮机中低压缸进汽的湿度，有效保障汽轮机的安全稳定运行。
具有如下优势：
1、将生物质制备活性炭系统与垃圾焚烧发电系统进行全面耦合，利用垃圾焚烧发电系统产生的蒸汽对活性炭进行活化，利用生产的活性炭对垃圾焚烧发电系统中的二噁英进行脱除，垃圾焚烧项目无需外购活性炭进行二噁英的脱除，并且多余的活性炭可用于外销，有效提升项目收益；
2、生物质制备活性炭系统产生的尾气与垃圾焚烧发电系统产生的尾气共同利用垃圾焚烧发电系统中的烟气净化设备进行净化处理，有效地避免了二次投资；
3、生物质碳化过程中产生的可燃气可用于加热垃圾焚烧发电系统的蒸汽加热器，既可提升垃圾焚烧发电系统的循环效率，也可有效降低蒸汽轮机中低压缸进汽湿度，保障汽轮机安全有效运行。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统的结构示意图，其中，1-碳化炉、2-二燃室、3-活化炉、4-蒸汽加热器、5-补水加热器、6-蒸汽发生器、7-发电机、8-焚烧炉、9-蒸发器、10-过热器、11-省煤器、12-烟气净化装置、13-生物质活性炭收集端、14-给水泵、15-空气源，16-冷凝装置、17-生物质输入端、18-生活垃圾输入端、19-给水装置、20-高压缸、21-中低压缸；
图2为本发明实施例1所述的一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统的运行工艺图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
以下实施例中所用的设备都为现有技术，不需要特殊说明。
实施例1
一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统，包括碳化炉1、二燃室2、活化炉3、蒸汽加热器4、补水加热器5、给水装置19、蒸汽发生器6、蒸汽轮机、发电机7、焚烧炉8、蒸发器9、过热器10、省煤器11、烟气净化装置12；所述蒸汽轮机包括高压缸20和中低压缸21；所述碳化炉1、二燃室2、蒸汽加热器4、补水加热器5、烟气净化装置12依次通过管道连接，所述碳化炉1设有生物质输入端17，且外接空气源15，所述碳化炉1依次外连活化炉3、蒸汽发生器6、高压缸20，所述活化炉3一路通过风机连接二燃室2，另一路连接生物质活性炭收集端13，所述二燃室2外接空气源15，所述蒸汽发生器6连接补水加热器5，所述补水加热器5外连给水装置19，所述蒸汽发生器6与高压缸20之间通过管道依次外连蒸汽加热器4、中低压缸21，所述中低压缸21外连冷凝装置16；所述焚烧炉8、蒸发器9、过热器10、省煤器11、烟气净化装置12依次通过管道连通，所述焚烧炉8设有生活垃圾输入端18，且外接空气源15，所述冷凝装置16通过给水泵14依次连接省煤器11、蒸发器9、过热器10、高压缸20；所述蒸汽轮机通过蒸汽控制发电机7发电。其中，空气源15为风机，冷凝装置16为凝汽器，蒸汽加热器4、蒸发器9、过热器10与补水加热器5均为内、外两路，外侧走烟气，内侧走水蒸气或水。
实施例2
利用实施例1的上述生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统的运行工艺，包括以下步骤：
步骤1，按照权利要求1搭建生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统；
步骤2，通过生物质输入端向碳化炉中输入生物质，同时开启空气源向碳化炉中输入空气，确保碳化炉内的温度达到400℃-500℃，对生物质进行碳化及部分燃烧，碳化后的生物质焦炭转入活化炉中，可燃性气体输入二燃室中；
步骤3，给水装置中的常温水经补水加热器初步加热后，送入蒸汽发生器中，与部分来自高压缸的高压蒸汽混合，降压，蒸汽发生器中产生的蒸汽用于生物质焦炭的活化，活化后得到生物质活性炭和可燃性气体，生物质活性炭经过生物质活性炭收集端收集后，用于垃圾烟气中二噁英的脱除，可燃气经由风机送入二燃室；
步骤4，开启空气源向二燃室内输入空气，保证来自碳化炉和活化炉的可燃性气体充分燃烧，燃烧后的高温烟气进入蒸汽加热器，对来自高压缸的水蒸气进行加热，水蒸气经过加热后送入蒸汽轮机的中低压缸中继续做功，水蒸气经过冷凝装置凝结成锅炉水，备用，高温烟气经过蒸汽加热器后进入补水加热器，对给水装置的水进行加热，加热后的水进入蒸汽发生器与来自高压缸的部分蒸汽进行混合，实现步骤3的循环，降温后的高温烟气直接进入烟气净化装置进行污染物脱除后，排放；
步骤5，通过生活垃圾输入端向焚烧炉中送入生活垃圾，开启空气源，保证生活垃圾充分焚烧，垃圾焚烧产生的高温烟气依次通过蒸发器、过热器与省煤器后，温度降低，并进入烟气净化装置进行污染物脱除后，排放；经冷凝装置冷凝后的锅炉水通过给水泵增压，依次通过省煤器、蒸发器、过热器进行加热，加热后的锅炉水变为高温高压的过热蒸汽，进入高压缸进行做功，随后进入蒸汽加热器进行加热，加热后进入中低压缸继续进行做功，做功后由中低压缸排出，进入冷凝装置进行冷凝，完成整个水循环；
步骤6，蒸汽冲转蒸汽轮机，由高压缸、中低压缸带动发电机进行发电。
综上所述，本发明系统将生物质制备活性炭系统与垃圾焚烧发电系统进行全方位耦合，高效利用系统资源，利用垃圾焚烧发电系统产生的蒸汽对生物质焦炭进行活化产生活性炭，供给垃圾焚烧发电系统中的烟气净化工艺进行使用，多余的可进行外销进行盈利；利用生物质制备的活性炭对垃圾焚烧过程中的烟气进行净化，节约系统投资成本；系统耦合运行时，可有效利用生物质碳化产生的能量，对垃圾焚烧发电系统的蒸汽进行加热，提高垃圾焚烧发电系统的效率，降低汽轮机中低压缸进汽的湿度，有效保障汽轮机的安全稳定运行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统，其特征在于，包括碳化炉、二燃室、活化炉、蒸汽加热器、补水加热器、给水装置、蒸汽发生器、蒸汽轮机、发电机、焚烧炉、蒸发器、过热器、省煤器、烟气净化装置；所述蒸汽轮机包括高压缸和中低压缸；所述碳化炉、二燃室、蒸汽加热器、补水加热器、烟气净化装置依次通过管道连接，所述碳化炉设有生物质输入端，且外接空气源，所述碳化炉依次外连活化炉、蒸汽发生器、高压缸，所述活化炉一路通过风机连接二燃室，另一路连接生物质活性炭收集端，所述二燃室外接空气源，所述蒸汽发生器连接补水加热器，所述补水加热器外连给水装置，所述蒸汽发生器与高压缸之间通过管道依次外连蒸汽加热器、中低压缸，所述中低压缸外连冷凝装置；所述焚烧炉、蒸发器、过热器、省煤器、烟气净化装置依次通过管道连通，所述焚烧炉设有生活垃圾输入端，且外接空气源，所述冷凝装置通过给水泵依次连接省煤器、蒸发器、过热器、高压缸；所述蒸汽轮机通过蒸汽控制发电机发电；
所述系统的运行工艺，包括以下步骤：
步骤1，搭建生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统；
步骤2，通过生物质输入端向碳化炉中输入生物质，同时开启空气源向碳化炉中输入空气，确保碳化炉内的温度达到400℃-500℃，对生物质进行碳化及部分燃烧，碳化后的生物质焦炭转入活化炉中，可燃性气体输入二燃室中；
步骤3，给水装置中的常温水经补水加热器初步加热后，送入蒸汽发生器中，与部分来自高压缸的高压蒸汽混合，降压，蒸汽发生器中产生的蒸汽用于生物质焦炭的活化，活化后得到生物质活性炭和可燃性气体，生物质活性炭经过生物质活性炭收集端收集后，用于垃圾烟气中二噁英的脱除，可燃气经由风机送入二燃室；
步骤4，开启空气源向二燃室内输入空气，保证来自碳化炉和活化炉的可燃性气体充分燃烧，燃烧后的高温烟气进入蒸汽加热器，对来自高压缸的水蒸气进行加热，水蒸气经过加热后送入蒸汽轮机的中低压缸中继续做功，水蒸气经过冷凝装置凝结成锅炉水，备用，高温烟气经过蒸汽加热器后进入补水加热器，对给水装置的水进行加热，加热后的水进入蒸汽发生器与来自高压缸的部分蒸汽进行混合，实现步骤3的循环，降温后的高温烟气直接进入烟气净化装置进行污染物脱除后，排放；
步骤5，通过生活垃圾输入端向焚烧炉中送入生活垃圾，开启空气源，保证生活垃圾充分焚烧，垃圾焚烧产生的高温烟气依次通过蒸发器、过热器与省煤器后，温度降低，并进入烟气净化装置进行污染物脱除后，排放；经冷凝装置冷凝后的锅炉水通过给水泵增压，依次通过省煤器、蒸发器、过热器进行加热，加热后的锅炉水变为高温高压的过热蒸汽，进入高压缸进行做功，随后进入蒸汽加热器进行加热，加热后进入中低压缸继续进行做功，做功后由中低压缸排出，进入冷凝装置进行冷凝，完成整个水循环；
步骤6，蒸汽冲转蒸汽轮机，由高压缸、中低压缸带动发电机进行发电。
2.根据权利要求1所述的一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统，其特征在于，所述空气源通过风机泵入。
3.根据权利要求1所述的一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统，其特征在于，所述冷凝装置为凝汽器。
4.根据权利要求1所述的一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统，其特征在于，所述给水装置内为常温的自来水。
5.根据权利要求1所述的一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统，其特征在于,步骤2中碳化炉内的温度达到450℃。
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