CN114216123A - 一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉，该热解气化炉包括圆柱形外壳，其特征在于：在所述圆柱形外壳内左右对称布置热解气化室和催化改质室，所述热解气化室和催化改质室的中部分别设置有第一填料层和第二填料层；第一填料层和第二填料层上放置的催化剂颗粒由不锈钢孔板相支撑；所述热解气化室和催化改质室的上部通过水平烟道连通；所述热解气化室的底部布置有落渣管、进气口和若干风帽，落渣管与排渣阀连接进行定量排渣；第二填料层的下方设置有裂解气出口，所述催化改质室底部设置有锥形灰斗；预处理后的生活垃圾经螺旋给料机送入热解气化室内，在重力的作用下进入第一填料层上方；本发明可广泛应用在环保、垃圾处理等领域。
Description
技术领域
本发明涉及热解气化炉，具体涉及一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉。
背景技术
目前，我国农村地区生活垃圾管理面临着严峻的挑战，垃圾处理困难，处理方式滞后，且缺乏投资成本和运行成本都相对较低的、有效处理垃圾的技术和设备。
目前，小型生活垃圾热解气化炉主要由旋转炉排型热解气化炉(一燃室)和热解气体燃烧室(二燃室)组成。根据一燃室气体出口位置的不同可分为上吸式和下吸式，上吸式的气体中焦油含量较高，而下吸式的气体虽然经过以炽热焦炭为主的还原区和高温氧化区能使其含有的焦油裂解，但由于气体穿过还原区和氧化区时各处的阻力不同导致其去焦油效果有限，同时气体中含尘量较高，增大了气体的处理成本。另一方面，现有的小型生活垃圾热解气化炉的炉排结构主要是参造煤气化炉的炉排结构，即采用宝塔炉箅形式。然而，不同于煤颗粒，生活垃圾具有尺寸多变、成分复杂、含水率高等特点，在自然堆积状态下极易造成布料和气化剂分配不均匀，高温氧化区的燃烧效果不好，同时炉排上部分区域易超温结焦，形成大块的结焦物，进而造成炉排堵塞，影响热解气化效果。中国发明专利201910184931.4虽然在炉膛内部设置了若干个刮板和用于驱动刮板作旋转运动的动力机构所组成的除焦机构，但并未从根本上解决上述问题。双流化床热解气化炉是目前新兴的另一种热解气化炉，如中国发明专利 201410004136.X。但该系统需要一个燃烧炉与热解炉相配，同时也需要热载体的循环及产物分离，系统较复杂，造价高，运行费用高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉。
一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉，该热解气化炉包括圆柱形外壳，其特征在于：在所述圆柱形外壳内左右对称布置热解气化室和催化改质室，所述热解气化室和催化改质室的中部分别设置有第一填料层和第二填料层；第一填料层和第二填料层上放置的催化剂颗粒由不锈钢孔板相支撑；所述热解气化室和催化改质室的上部通过水平烟道连通；所述热解气化室的底部布置有落渣管、进气口和若干风帽，落渣管与排渣阀连接进行定量排渣；第二填料层的下方设置有裂解气出口，所述催化改质室底部设置有锥形灰斗；预处理后的生活垃圾经螺旋给料机送入热解气化室内，在重力的作用下进入第一填料层上方。
在所述热解气化炉的中心且与第一填料层和第二填料层相对应位置有圆柱形转动装置，该转动装置的两侧向圆柱形外壳内壁延伸，形成第一搅拌桨叶和第二搅拌桨叶；第一、第二搅拌桨叶为内部中空结构，在第一搅拌桨叶的一侧设置有第一气孔，在第二搅拌桨叶的一侧设置有第二气孔；第一气孔和第二气孔用于为第一填料层和第二填料层提供冷空气和水蒸气；当转动装置转动时，带动第一、第二搅拌桨叶同步转动，以推动第一填料层和第二填料层内的催化剂颗粒进行位置交换。
本发明在热解气化室中部布置催化剂颗粒填料层，对上升气流有均匀化分布作用，同时生活垃圾自然堆积在催化剂颗粒填料层上方，在催化剂颗粒的转动作用下形成均匀布料。解决了传统小型生活垃圾热解气化立式炉存在布料和气化剂分配不均导致的高温氧化区燃烧效果不好、炉排上部分区域易超温结焦、形成大块的结焦物，进而造成炉排堵塞，影响热解气化效果的问题。
本发明在热解气化室内布置催化剂颗粒填料层，相当于增加了一个蓄热层，能对生活垃圾热解气化反应提供稳定的热源，减少生活垃圾物性变化如含水率造成的影响，并有效防止局部超温结焦和反应不完全的现象。
本发明利用转动装置，实现热解气化室和催化改质室的填料层中催化剂颗粒的交替更换，将烧焦反应与催化改质反应有机结合起来，同时采用中空的桨叶，分别向热解气化室和催化改质室通入空气和水蒸气，一方面作为冷却介质冷却轴和桨叶，另一方面可为烧焦反应和催化改质反应提供适宜的工质。解决了传统的双流化床热解气化炉需要布置一个燃烧炉和热解炉、同时也需要热载体的循环及产物分离的问题；本发明系统结构较简单，造价低，运行费用低。
本发明在热解气化室中部设置填料层，一方面作为蓄热层能有效避免局部超温，另一方面产生的微小焦块在催化剂颗粒的挤压下能发生破碎，同时热解气化室底部采用边壁高、中间低的风帽布置形式，便于灰渣颗粒的输送。而传统小型生活垃圾热解气化立式炉采用“机械转动+炉篦”的排渣方式，由于布料不均和气化介质不均导致炉内局部区域超温结焦，产生的大颗粒焦块无法有效从炉篦排出，易造成机械卡阻。
根据本发明所述的一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉的优选方案，所述转动装置通过第一空心转轴和第二空心转轴与转子连接，转子通过轴承套设在空心轴上，所述空心轴内设置有挡板，所述挡板将空心轴内部分隔为冷空气通道和水蒸气通道，冷空气通道和水蒸气通道分别通过设置在空心轴两侧壁的槽口与第一空心转轴和第二空心转轴连通，第一空心转轴和第二空心转轴内部分别与第一搅拌桨叶和第二搅拌桨叶内部连通。
根据本发明所述的一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉的优选方案，该锥形灰斗内设置有蛇形埋管；蠕动泵将一定量的水送入蛇形埋管内，与沉降的粉尘进行间接换热，以吸收粉尘的余热，吸热后的水蒸气进入水蒸气通道内。
根据本发明所述的一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉的优选方案，所述转动装置由控制装置控制转动，与冷空气通道和水蒸气通道连接的第一调节阀和蠕动泵由控制装置控制开启和关闭。
本发明所述的一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉的有益效果是：
1)本发明在热解气化室内布置催化剂颗粒填料层，相当于增加了一个蓄热层，能对生活垃圾热解气化反应提供稳定的热源，减少生活垃圾物性变化如含水率造成的影响，并有效防止局部超温结焦和反应不完全的现象。
2)本发明在热解气化室中部布置催化剂颗粒填料层，对上升气流有均匀化分布作用，同时生活垃圾自然堆积在催化剂颗粒填料层上方，在催化剂颗粒的转动作用下形成均匀布料。
3)本发明在热解气化室中部设置填料层，一方面作为蓄热层能有效避免局部超温，另一方面产生的微小焦块在催化剂颗粒的挤压下能发生破碎，便于灰渣颗粒的输送。
4)本发明利用转动装置，实现热解气化室和催化改质室的填料层中催化剂颗粒的交替更换，将烧焦反应与催化改质反应有机结合起来，同时采用中空的桨叶，分别向热解气化室和催化改质室通入空气和水蒸气，一方面作为冷却介质冷却轴和桨叶，另一方面可为烧焦反应和催化改质反应提供适宜的工质。解决了传统的双流化床热解气化炉需要布置一个燃烧炉和热解炉、同时也需要热载体的循环及产物分离的问题；本发明系统结构较简单，造价低，运行费用低，热解气化效果好。
本发明可广泛的应用在环保、垃圾处理等领域。
附图说明
图1是本发明所述的一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉的结构示意图。
图2是图1的A-A面剖视图。
图3为转动装置20的结构示意图。
图4为风帽4的布置图。
具体实施方式
参见图1至图4，一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉，该热解气化炉包括圆柱形外壳1，在所述圆柱形外壳1内左右对称布置热解气化室6和催化改质室11，所述热解气化室6和催化改质室11的中部分别设置有第一填料层5和第二填料层12；第一填料层5和第二填料层12上放置的催化剂颗粒由不锈钢孔板51相支撑；所述热解气化室6和催化改质室11的上部通过水平烟道8连通；所述热解气化室6的底部布置有落渣管19、进气口23 和若干风帽4，落渣管19与排渣阀18连接进行定量排渣；第二填料层12 的下方设置有裂解气出口13，所述催化改质室11底部设置有锥形灰斗16；预处理后的生活垃圾经螺旋给料机7送入热解气化室6内，在重力的作用下进入第一填料层5上方。
在所述热解气化炉的中心且与第一填料层5和第二填料层12相对应位置有圆柱形转动装置20，该转动装置20的两侧向圆柱形外壳1内壁延伸，形成第一搅拌桨叶21a和第二搅拌桨叶21b；搅拌桨叶的高度高于填料层中催化剂颗粒高度；第一、第二搅拌桨叶为内部中空结构，在第一搅拌桨叶的一侧设置有第一气孔22a，在第二搅拌桨叶的一侧设置有第二气孔22b；第一气孔和第二气孔用于为第一填料层5和第二填料层12提供冷空气和水蒸气；当转动装置20转动时，带动第一、第二搅拌桨叶同步转动，以推动第一填料层5和第二填料层12内的催化剂颗粒进行位置交换。
在具体实施例中，所述转动装置20通过第一空心转轴10a和第二空心转轴10b与转子24连接，转子通过轴承104套设在空心轴上，所述空心轴内设置有挡板103，所述挡板103将空心轴内部分隔为冷空气通道101和水蒸气通道102，冷空气通道101和水蒸气通道102分别通过设置在空心轴两侧壁的槽口与第一空心转轴和第二空心转轴连通，第一空心转轴和第二空心转轴内部分别与第一搅拌桨叶和第二搅拌桨叶内部连通。
在具体实施例中，该锥形灰斗16内设置有蛇形埋管15；蠕动泵14将一定量的水送入蛇形埋管15内，与沉降的粉尘进行间接换热，以吸收粉尘的余热，吸热后的水蒸气进入水蒸气通道102内。
在具体实施例中，所述转动装置由控制装置9控制转动，与冷空气通道101和水蒸气通道102连接的第一调节阀17和蠕动泵14由控制装置9 控制开启和关闭。
本发明的工作过程为：
经过破袋、除杂、筛分后的生活垃圾已去除了金属和石头等大颗粒杂质，经螺旋给料机7送入热解气化室6内，在重力的作用下进入第一填料层5上方进行自然堆积。第一填料层5和第二填料层12下方布置有不锈钢孔板51，不锈钢孔板用于支撑第一填料层5和第二填料层12中填充的催化剂颗粒，在具体实施例中，该催化剂颗粒可采用机械强度较高的橄榄石或多孔陶瓷小球，并负载Ni元素。在第一填料层5和第二填料层12中，粒径较小的催化剂颗粒可放置于填料层底部，粒径较大的催化剂颗粒则放置于填料层上部，进而造成填料层上部区域空隙率大、下部区域空隙率小的情况。热解气化室6底部左右两侧布置有若干风帽4，每个风帽4上均设置由若干喷气孔41；风帽4采用靠近外壳侧壁的风帽高、靠近中间位置的风帽低的布置形式，便于灰渣颗粒的流动输送。同时由于热解气化室6中心处布置有落渣管19，可通过排渣阀18进行定量排渣。鼓风机3将一部分空气作为一次风通过第二调节阀2和进气口23送入热解气化室6底部内，并将另一部分空气作为二次风通过第一调节阀17送入冷空气通道101内，通过第二调节阀2和第一调节阀17调节风的流量。一次风通过风帽4排出，与穿过不锈钢孔板51的细颗粒灰渣在鼓泡流化床状态下发生剧烈燃烧反应。燃烧后产生的高温烟气与过量空气一同向上流动，并从第一填料层5 中填充的催化剂颗粒间的空隙穿过。同时空气通过冷空气通道101、第一空心转轴、第一搅拌桨叶上的第一气孔送入第一填料层5中；上升气流在催化剂颗粒的阻力作用下整体向上均匀流动，并为第一填料层5上方自然堆积的生活垃圾的干燥和热解气化反应提供热源。干燥后的生活垃圾经热解气化反应后会生成焦油、裂解气和残渣。其中，携带焦油和部分粉尘的裂解气经水平烟道8进入催化改质室11内，而固体残渣则进入第一填料层5 内，在催化剂颗粒的不断撞击、挤压作用下，残渣颗粒逐渐减小。
蠕动泵14将一定量的水送入蛇形埋管15内，与沉降的粉尘进行间接换热，以吸收粉尘的物理显热。吸热后的水蒸气经水蒸气通道102、第二空心转轴、第二搅拌桨叶上的第二气孔送入第二填料层12内，携带焦油和部分粉尘的裂解气经过第二填料层12时，裂解气中的焦油会在催化剂和水蒸气的作用下进一步裂解成小分子气态，如CO、CH4和H2等，但催化剂颗粒表面会发生焦炭沉积。另一方面，第二填料层12对裂解气中携带的粉尘有过滤效果，过滤后的粉尘自然沉降至灰斗16排出，而高品质裂解气则由裂解气出口13排出，进而完成催化改质反应。
当第二填料层12内的催化剂颗粒与高温裂解气发生催化改质反应后，其表面会发生积碳现象。控制装置9控制飞轮转动，控制装置9控制飞轮转动，并驱动转动装置20、第一、第二搅拌桨叶同步转动，以推动第一填料层5和第二填料层12内的催化剂颗粒进行位置交换。转动过程中，与冷空气通道101和水蒸气通道102连接的第一调节阀17和蠕动泵14由控制装置9控制关闭和开启。当第二填料层12内的催化剂颗粒转动至第一填料层5内时，冷空气通道101送入的二次风通过第二空心转轴、第二搅拌桨叶上的第二气孔送入第一填料层5内，积碳的催化剂颗粒与冷空气通道101 送入的二次风发生燃烧反应，释放热量的同时也完成催化剂颗粒表面积碳的去除，随后去除表面积碳的催化剂颗粒再在控制装置9的控制下，由转动装置20带动移动至第二填料层12内，进行催化改质反应，以此往复循环。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉，该热解气化炉包括圆柱形外壳(1)，其特征在于：在所述圆柱形外壳(1)内左右对称布置热解气化室(6)和催化改质室(11)，所述热解气化室(6)和催化改质室(11)的中部分别设置有第一填料层(5)和第二填料层(12)；第一填料层(5)和第二填料层(12)上放置的催化剂颗粒由不锈钢孔板(51)相支撑；所述热解气化室(6)和催化改质室(11)的上部通过水平烟道(8)连通；所述热解气化室(6)的底部布置有落渣管(19)、进气口(23)和若干风帽(4)，落渣管(19)与排渣阀(18)连接进行定量排渣；第二填料层(12)的下方设置有裂解气出口(13)，所述催化改质室(11)底部设置有锥形灰斗(16)；预处理后的生活垃圾经螺旋给料机(7)送入热解气化室(6)内，在重力的作用下进入第一填料层(5)上方；
在所述热解气化炉的中心且与第一填料层(5)和第二填料层(12)相对应位置有圆柱形转动装置(20)，该转动装置(20)的两侧向圆柱形外壳(1)内壁延伸，形成第一搅拌桨叶(21a)和第二搅拌桨叶(21b)；第一、第二搅拌桨叶为内部中空结构，在第一搅拌桨叶的一侧设置有第一气孔(22a)，在第二搅拌桨叶的一侧设置有第二气孔(22b)；第一气孔和第二气孔用于为第一填料层(5)和第二填料层(12)提供冷空气和水蒸气；当转动装置(20)转动时，带动第一、第二搅拌桨叶同步转动，以推动第一填料层(5)和第二填料层(12)内的催化剂颗粒进行位置交换。
2.根据权利要求1所述的一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉，其特征在于：所述转动装置(20)通过第一空心转轴(10a)和第二空心转轴(10b)与转子(24)连接，转子通过轴承(104)套设在空心轴上，所述空心轴内设置有挡板(103)，所述挡板(103)将空心轴内部分隔为冷空气通道(101)和水蒸气通道(102)，冷空气通道(101)和水蒸气通道(102)分别通过设置在空心轴两侧壁的槽口与第一空心转轴和第二空心转轴连通，第一空心转轴和第二空心转轴内部分别与第一搅拌桨叶和第二搅拌桨叶内部连通。
3.根据权利要求2所述的一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉，其特征在于：该锥形灰斗(16)内设置有蛇形埋管(15)；蠕动泵(14)将一定量的水送入蛇形埋管(15)内，与沉降的粉尘进行间接换热，以吸收粉尘的余热，吸热后的水蒸气进入水蒸气通道(102)内。
4.根据权利要求1所述的一种小型蓄热式生活垃圾热解气化炉，其特征在于：所述转动装置由控制装置(9)控制转动，与冷空气通道(101)和水蒸气通道(102)连接的第一调节阀(17)和蠕动泵(14)由控制装置(9)控制开启和关闭。
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| CN115013816A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-09-06 | 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 | 固体废弃物处理装置 |
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- 2021-08-09 CN CN202110908696.8A patent/CN114216123A/zh active Pending
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