CN114165792B - 耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置及方法 - Google Patents

耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置及方法，装置包括余热锅炉、第一汽轮机、第一换热器、第三换热器、第五换热器、等离子体裂解炉和生活垃圾运输线；本发明提供的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，将垃圾焚烧炉炉渣作为热源，通过蒸汽朗肯循环和有机朗肯循环发电，实现炉渣热量的梯级回收。

Description

耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置及方法
技术领域
本发明属于余热利用技术领域，具体涉及一种耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置及方法。
背景技术
垃圾焚烧发电是通过焚烧释放储存在生活垃圾内部的化学能，将其转化为热能并加以利用。相较于填埋，垃圾焚烧产生的污染气体排放量要低得多，同时其产生的电力和供热还可以减小不可再生能源的消耗，实现了节能减排，目前正逐渐成为我国处理城市生活垃圾的主流。虽然焚烧在城市生活垃圾无害化处理中有着显著的优势，但是也存在一些有待解决的关键问题，最广泛的问题是垃圾焚烧电厂的整体能量效率偏低，存在较大的低品位能量损失，主要原因是锅炉燃烧的热损失和尾气排烟的低温热损失。
另外，垃圾焚烧发电厂焚烧炉底部的底灰颗粒也蕴含着较大的余热能，但目前的垃圾焚烧电厂极少利用到这部分热量。余热回收利用需要考虑地区的能源产品需求，因为余热资源不仅可以用来发电，也可以用来进行区域供热，提供生活热水。现有技术对垃圾焚烧电厂焚烧炉底部的炉渣中的热量尚未利用，而只是利用了烟气中的余热，同时生活垃圾仅用来焚烧发电，碳最终还是以二氧化碳的形式释放到了大气中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置及方法，以解决现有技术中，垃圾焚烧电厂焚烧炉底部的炉渣中的热量未利用的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供了一种耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，包括余热锅炉、第一汽轮机、第一换热器、第三换热器、第五换热器、等离子体裂解炉和生活垃圾运输线；
所述余热锅炉的过热蒸汽出口连接所述第一汽轮机，所述第一汽轮机的乏汽出口连接所述第一换热器的换热蒸汽进口，所述第一换热器的换热蒸汽出口连接所述第三换热器的换热蒸汽进口，所述第三换热器的换热蒸汽出口连接所述余热锅炉的循环水进口；
所述第一汽轮机的电能输出端通过电线连接所述等离子体裂解炉的电能输入端；
所述余热锅炉的固体颗粒出口连接至所述第五换热器，所述生活垃圾运输线经第五换热器换热后连接所述等离子体裂解炉的进料口，所述等离子体裂解炉的进气口连接有工作气体管路。
可选的，所述余热锅炉的进料口连接炉渣运输线，所述炉渣运输线连接垃圾焚烧电厂焚烧炉底部的炉渣出口。
可选的，等离子体裂解炉的气固混合物出口连接有气固分离装置，所述气固分离装置的高温残焦出口连接至所述余热锅炉的进料口；所述气固分离装置的轻质气体出口连接有气体净化分离装置。
可选的，所述气体净化分离装置的乙炔出口连接有乙炔储罐，所述气体净化分离装置的其他轻质气体出口连接至所述垃圾焚烧电厂焚烧炉的燃烧气体进口。
可选的，还包括第二换热器、第二汽轮机和冷凝器，所述第二换热器的烟气换热进口连接所述垃圾焚烧电厂焚烧炉的烟气尾气输出管路，所述第一换热器的循环有机工质换热出口连接所述第二换热器的循环有机工质换热进口，所述第二换热器的循环有机工质换热出口连接至第二汽轮机，所述第二汽轮机的做工后有机工质出口连接所述冷凝器，所述冷凝器经过循环有机工质管路连接所述第一换热器的循环有机工质换热进口。
可选的，所述第二汽轮机的电能输出端通过电线连接所述等离子体裂解炉的电能输入端。
可选的，还包括热网回水管路，所述热网回水管路连接至所述第三换热器，用于在第三换热器中换热升温。
可选的，还包括第四换热器，所述第四换热器的烟气换热进口连接所述第二换热器的烟气换热出口；
所述热网回水连接至所述第三换热器后再连接至所述第四换热器，用于在第四换热器中进一步换热升温。
本发明的第二方面，提供了一种耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用方法，基于所述的耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，包括如下步骤：
余热锅炉的炉渣与循环水进行换热，换热后的炉渣固体颗粒进入第五换热器预热用于等离子体裂解的生活垃圾，随后排出进行后处理；
循环水接受炉渣的热量成过热蒸汽，送往第一汽轮机做功发电，做工后的蒸汽进入第一换热器、第三换热器后继续回到余热锅炉中；
第一汽轮机发出的电激发工作气体在等离子体裂解炉中形成等离子体；
生活垃圾先经过第五换热器预热后进入等离子体裂解炉后在其中裂解，产生高温气固混合物。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，将垃圾焚烧炉炉渣作为热源，通过蒸汽朗肯循环和有机朗肯循环发电，实现炉渣热量的梯级回收。
本发明提供的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，将发出的电用作生活垃圾等离子体裂解，裂解产生的组分复杂的其他轻质气体回到垃圾焚烧炉助燃、产生的高温残焦与炉渣混合后进行余热回收，实现垃圾焚烧炉渣余热利用和等离子体裂解的高度耦合。
本发明提供的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，将多发的电量利用等离子体裂解生活垃圾制取乙炔，一方面乙炔外售提高电厂收入，一方面实现化学固碳，减少碳排放，获取减碳收益。利用等离子体裂解生活垃圾，可以在不扩大垃圾焚烧炉规模的情况下提高垃圾焚烧电厂处理生活垃圾的能力。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例垃圾焚烧炉渣余热利用装置的系统示例图。
图2为本发明优选实施例垃圾焚烧炉渣余热利用装置的系统示例图。
其中：1余热锅炉；2第一汽轮机；3第二汽轮机；4第一换热器；5第二换热器；6第三换热器；7第四换热器；8冷凝器；9炉渣运输线；10烟气尾气输出管路；11热网回水管路；12循环水进口；13过热蒸汽出口；14循环有机工质管路；15电线；16工作气体管路；17第五换热器；18等离子体裂解炉；19气固分离装置；20气体净化分离装置；21生活垃圾运输线；22轻质气体出口；23高温残焦出口；24乙炔出口；25其他轻质气体出口。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
如图1所示，本发明的第一方面，提供了一种耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，包括余热锅炉1、第一汽轮机2、第一换热器4、第三换热器6、第五换热器17、等离子体裂解炉18和生活垃圾运输线21；
所述余热锅炉1的过热蒸汽出口13连接所述第一汽轮机2，所述第一汽轮机2的乏汽出口连接所述第一换热器4的换热蒸汽进口，所述第一换热器4的换热蒸汽出口连接所述第三换热器6的换热蒸汽进口，所述第三换热器6的换热蒸汽出口连接所述余热锅炉1的循环水进口12；
所述第一汽轮机2的电能输出端通过电线15连接所述等离子体裂解炉18的电能输入端；
所述余热锅炉1的固体颗粒出口连接至所述第五换热器17，所述生活垃圾运输线21经第五换热器17换热后连接所述等离子体裂解炉18的进料口，所述等离子体裂解炉18的进气口连接有工作气体管路16。
所述余热锅炉1的进料口连接炉渣运输线9，所述炉渣运输线9连接垃圾焚烧电厂焚烧炉底部的炉渣出口。
所述等离子体裂解炉18的气固混合物出口连接有气固分离装置19，所述气固分离装置19的高温残焦出口23连接至所述余热锅炉1的进料口；所述气固分离装置19的轻质气体出口22连接有气体净化分离装置20。所述气体净化分离装置20的乙炔出口24连接有乙炔储罐，所述气体净化分离装置20的其他轻质气体出口25连接至所述垃圾焚烧电厂焚烧炉的燃烧气体进口。
实施例2
如图2所示，在实施例1的基础上，本发明还提供了实施例2，作为优选实施例，实施例2还包括第二换热器5、第二汽轮机3和冷凝器8，所述第二换热器5的烟气换热进口连接所述垃圾焚烧电厂焚烧炉的烟气尾气输出管路10，所述第一换热器4的循环有机工质换热出口连接所述第二换热器5的循环有机工质换热进口，所述第二换热器5的循环有机工质换热出口连接至第二汽轮机3，所述第二汽轮机3的做工后有机工质出口连接所述冷凝器8，所述冷凝器8经过循环有机工质管路14连接所述第一换热器4的循环有机工质换热进口。所述第二汽轮机3的电能输出端通过电线15连接所述等离子体裂解炉18的电能输入端。
作为优选实施例，还包括热网回水管路11和第四换热器7，所述热网回水管路11连接至所述第三换热器6，用于在第三换热器6中换热升温。所述第四换热器7的烟气换热进口连接所述第二换热器5的烟气换热出口；所述热网回水11连接至所述第三换热器6后再连接至所述第四换热器7，用于在第四换热器7中进一步换热升温。
本发明的第二方面，提供了一种耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用方法，基于所述的耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，包括如下步骤：
来自垃圾焚烧电厂焚烧炉底部的炉渣与来自等离子体裂解的高温残焦混合后进入余热锅炉1与循环水进行换热，换热后的固体颗粒进入第五换热器17预热用于等离子体裂解的生活垃圾，随后排出进行后处理。
循环水接受炉渣的热量成过热蒸汽，送往第一汽轮机2做功发电，做工后的蒸汽进入第一换热器4与循环有机工质进行换热，随后进入第三换热器6继续与热网回水换热后冷凝成水，继续回到余热锅炉中，完成蒸汽朗肯循环。
循环有机工质在第一换热器4中与蒸汽换热后进入第二换热器5与焚烧炉排出的烟气尾气换热蒸发成蒸汽，随后进入第二汽轮机3做功发电，做工后的有机工质蒸汽经过冷凝器8冷凝成液态，完成有机朗肯循环。
热网回水先后经过第三换热器6和第四换热器7换热升温后，回到热网。烟气尾气先后经过第二换热器5和第四换热器7换热降温后送往后处理。
第一汽轮机2和第二汽轮机3发出的电激发工作气体在等离子体裂解炉18中形成等离子体，工作气体为氢气、氩气或氢气/氩气混合物中的一种或者多种。
生活垃圾先经过第五换热器17预热后进入裂解炉后在其中裂解，产生高温的乙炔、氢气、甲烷等轻质气体和高温残焦。
高温气固混合物进入气固分离装置19分离成轻质气体和高温残焦。
轻质气体随后进入气体净化分离装置20，分离成乙炔和其他轻质气体，乙炔送往乙炔储罐，其他轻质气体送往垃圾焚烧炉作为助燃气体进行再利用。
本发明通过将垃圾焚烧炉炉渣作为热源通过蒸汽朗肯循环和有机朗肯循环发电，实现炉渣热量的梯级回收。发出的电用作生活垃圾等离子体裂解，裂解产生的组分复杂的其他轻质气体回到垃圾焚烧炉助燃、产生的高温残焦与炉渣混合后进行余热回收，实现垃圾焚烧炉渣余热利用和等离子体裂解的高度耦合。将多发的电量利用等离子体裂解生活垃圾制取乙炔，一方面乙炔外售提高电厂收入，一方面实现化学固碳，减少碳排放，获取减碳收益。利用等离子体裂解生活垃圾，可以在不扩大垃圾焚烧炉规模的情况下提高垃圾焚烧电厂处理生活垃圾的能力。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (9)

1.一种耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，其特征在于，包括余热锅炉(1)、第一汽轮机(2)、第一换热器(4)、第三换热器(6)、第五换热器(17)、等离子体裂解炉(18)和生活垃圾运输线(21)；
所述余热锅炉(1)的过热蒸汽出口(13)连接所述第一汽轮机(2)，所述第一汽轮机(2)的乏汽出口连接所述第一换热器(4)的换热蒸汽进口，所述第一换热器(4)的换热蒸汽出口连接所述第三换热器(6)的换热蒸汽进口，所述第三换热器(6)的换热蒸汽出口连接所述余热锅炉(1)的循环水进口(12)；
所述第一汽轮机(2)的电能输出端通过电线(15)连接所述等离子体裂解炉(18)的电能输入端；
所述余热锅炉(1)的固体颗粒出口连接至所述第五换热器(17)，所述生活垃圾运输线(21)经第五换热器(17)换热后连接所述等离子体裂解炉(18)的进料口，所述等离子体裂解炉(18)的进气口连接有工作气体管路(16)。
2.根据权利要求1所述的耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，其特征在于，所述余热锅炉(1)的进料口连接炉渣运输线(9)，所述炉渣运输线(9)连接垃圾焚烧电厂焚烧炉底部的炉渣出口。
3.根据权利要求2所述的耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，其特征在于，所述等离子体裂解炉(18)的气固混合物出口连接有气固分离装置(19)，所述气固分离装置(19)的高温残焦出口(23)连接至所述余热锅炉(1)的进料口；所述气固分离装置(19)的轻质气体出口(22)连接有气体净化分离装置(20)。
4.根据权利要求3所述的耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，其特征在于，所述气体净化分离装置(20)的乙炔出口(24)连接有乙炔储罐，所述气体净化分离装置(20)的其他轻质气体出口(25)连接至所述垃圾焚烧电厂焚烧炉的燃烧气体进口。
5.根据权利要求2所述的耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，其特征在于，还包括第二换热器(5)、第二汽轮机(3)和冷凝器(8)，所述第二换热器(5)的烟气换热进口连接所述垃圾焚烧电厂焚烧炉的烟气尾气输出管路(10)，所述第一换热器(4)的循环有机工质换热出口连接所述第二换热器(5)的循环有机工质换热进口，所述第二换热器(5)的循环有机工质换热出口连接至第二汽轮机(3)，所述第二汽轮机(3)的做工后有机工质出口连接所述冷凝器(8)，所述冷凝器(8)经过循环有机工质管路(14)连接所述第一换热器(4)的循环有机工质换热进口。
6.根据权利要求5所述的耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，其特征在于，所述第二汽轮机(3)的电能输出端通过电线(15)连接所述等离子体裂解炉(18)的电能输入端。
7.根据权利要求5所述的耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，其特征在于，还包括热网回水管路(11)，所述热网回水管路(11)连接至所述第三换热器(6)，用于在第三换热器(6)中换热升温。
8.根据权利要求7所述的耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，其特征在于，还包括第四换热器(7)，所述第四换热器(7)的烟气换热进口连接所述第二换热器(5)的烟气换热出口；
所述热网回水(11)连接至所述第三换热器(6)后再连接至所述第四换热器(7)，用于在第四换热器(7)中进一步换热升温。
9.一种耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用方法，基于权利要求1所述的耦合等离子体裂解的垃圾焚烧炉渣余热利用装置，其特征在于，包括如下步骤：
余热锅炉(1)的炉渣与循环水进行换热，换热后的炉渣固体颗粒进入第五换热器(17)预热用于等离子体裂解的生活垃圾，随后排出进行后处理；
循环水接受炉渣的热量成过热蒸汽，送往第一汽轮机(2)做功发电，做工后的蒸汽进入第一换热器(4)、第三换热器(6)后继续回到余热锅炉中；
第一汽轮机(2)发出的电激发工作气体在等离子体裂解炉(18)中形成等离子体；
生活垃圾先经过第五换热器(17)预热后进入等离子体裂解炉(18)后在其中裂解，产生高温气固混合物。
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