CN114353090A - 一种小型有机固废气化焚烧处理系统及其运行工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种小型有机固废气化焚烧处理系统及其运行工艺，包括：进料口、气化焚烧炉、螺旋出渣机、陶瓷换热器、脱酸塔、布袋除尘器、烟囱、风机、斯特林发动机、冷端、热端、发电机、电解水装置、压缩机、氢气储罐和氧气储罐，有机固废由进料口进入气化焚烧炉，最终生成灰渣由气化焚烧炉底部的螺旋出渣机送出，高温烟气进入陶瓷换热器，与陶瓷换热器内洁净空气进行换热，而后依次进入脱酸塔、布袋除尘器脱除烟气中的酸性气体与飞灰颗粒，而后通过烟囱排放入大气中，斯特林发动机在热空气的作用下运动并带动发电机进行发电，产生的电力直接送入电解水装置，将水电解为氢气与氧气，并通过压缩机分别送入氢气储罐与氧气储罐进行储存。
Description
技术领域
本发明属于有机固废处理技术领域，特别涉及小型有机固废气化焚烧处理系统及其运行工艺。
背景技术
随着中国城市化进程的推进，农村常驻人口逐年下降，其每天的生活垃圾产生量约为50-100t/d，若直接建立传统的垃圾焚烧厂，由于其系统复杂，需要耗费大量的资金，难以收回投资成本；若将周边农村联合统一建立垃圾焚烧厂，则需要将垃圾跨区运输，极易产生邻避效应问题。
同时，农村因种植农作物等生产劳动，会产生大量的废弃生物质，分布零散，难以集中收集处理，并且在新能源补贴吃紧的情况下，传统的生物质发电项目难以获得发电补贴。若直接将生物质与生活垃圾混合进行发电，则由于垃圾焚烧发电与生物质焚烧发电补贴价格不同、排放标准不同等，将面临难以实施的问题。
公告号CN207394855U公开了一种垃圾气碳燃烧炉，该炉具有火焰喷管，将投入的垃圾进行气化后，经由火焰喷管喷射出高温高压燃烧气体，后续用于锅炉加热或斯特林发电机发电。
公布号： CN207363831U公开了一种小型垃圾焚烧炉余热发电系统的热交换炉，将斯特林发动机的热端直接与焚烧炉的外壳相连，进行热交换，实现能源的回收与利用。上述两个使用新型仅公开了燃烧炉技术部分，并未对整个系统进行描述与实现。
公布号 CN210068339U公开了一种垃圾焚烧余热利用斯特林发电系统，将焚烧炉产生的热烟气直接作用于多个串联或并联的斯特林发电机，实现灵活的处理量与装机容量，但该系统直接将烟气对斯特林发动机进行加热，垃圾焚烧产生的烟气中含有大量的HCl气体，极易对斯特林发动机造成损伤。
公布号 CN208595549U公开了一种垃圾焚烧烟气余热回收系统，利用斯特林发动机、循环热泵构建系统回路，对焚烧炉产生的烟气余热进行高效合理利用，但系统较为复杂，不适宜小型垃圾处理需求。
发明内容
解决的技术问题：本申请提出一种小型有机固废气化焚烧处理系统及其运行工艺，解决现有技术中存在的现有的固废（垃圾、生物质等）气化系统产生的气化气品质极大程度依赖原料的理化特性，气化气成分多变，且含有大量焦油，难以直接利用；固废焚烧发电系统则由于其巨大的投资，要求每日产生固废的量到达一定程度（通常要求500t/d以上），否则将面临无法回收建设成本等问题。
技术方案：
一种小型有机固废气化焚烧处理系统，包括：进料口、气化焚烧炉、螺旋出渣机、陶瓷换热器、脱酸塔、布袋除尘器、烟囱、风机、斯特林发动机、冷端、热端、发电机、电解水装置、压缩机、氢气储罐和氧气储罐，气化焚烧炉呈筒状，进料口与气化焚烧炉下半部相连，螺旋出渣机设在气化焚烧炉底部，气化焚烧炉顶部设有高温烟气输出口，陶瓷换热器上设有烟气日里皮、烟气出口、空气入口和空气出口，陶瓷换热器的烟气入口与气化焚烧炉顶部的高温烟气输出口相连，陶瓷换热器的烟气出口依次与脱酸塔、布袋除尘器和烟囱相连；所述斯特林发动机设有一组，分别为第1级~第N级，冷端设在斯特林发动机的一端，热端设在斯特林发动机的另一端，风机与第N级斯特林发动机的冷端相连，第N级~第1级斯特林发动机的冷端依次相连，第1级斯特林发动机的冷端与陶瓷换热器的空气入口相连，大气中的空气经由风机从第N级斯特林发动机冷端开始，逆向通过各级斯特林发动机的冷端，而后进入陶瓷换热器与高温烟气进行换热，陶瓷换热器的空气出口与第1级斯特林发动机的热端相连，第1级~第N级斯特林发动机的热端依次相连，所述第1级~第N级斯特林发动机依次串联，并通过联轴器与发电机相连，发电机与电解水装置相连，电解水装置顶部设有两个压缩机，氢气储罐和氧气储罐分别与两个压缩机相连。
作为本发明的一种优选技术方案：所述气化焚烧炉中上部设有二次风入口。
作为本发明的一种优选技术方案：所述气化焚烧炉内壁由耐火材料包裹，防止气化炉在运行的过程中被烧坏，气化焚烧炉的炉膛底部设有热空气及氧气输入口。
本申请还公开了所述小型有机固废气化焚烧处理系统的运行工艺，具体包括如下步骤：
第一步：有机固废由进料口进入气化焚烧炉；
第二步：进入气化焚烧炉的有机固废留存于气化焚烧炉的炉膛底部，通过炉膛底部的热空气及氧气输入口送入第N级斯特林发动机的热端排出的热空气及氧气储罐内的氧气，热空气与氧气缓慢穿透整个层料，使层料在热空气与氧气的共同作用下发生气化反应，最终生成灰渣由气化焚烧炉底部的螺旋出渣机送出：
第三步：有机固废被气化后，在气化焚烧炉的中上部的二次风入口鼓入二次风，使气化气在炉膛内直接被燃烧完全，同时产生高温烟气；
第四步：高温烟气进入陶瓷换热器，与陶瓷换热器内洁净空气进行换热，而后依次进入脱酸塔、布袋除尘器脱除烟气中的酸性气体与飞灰颗粒，而后通过烟囱排放入大气中；
第五步：大气中的空气经由风机从第N级斯特林发动机的冷端开始，逆向通过各级斯特林发动机的冷端，而后进入陶瓷换热器与高温烟气进行换热，被加热后的热空气从第1级斯特林发动机的热端开始，逐级向后输送，与第N级斯特林发动机的热端换热后，热空气分为两部分送入气化焚烧炉，一部分热空气作为一次风与氧气储罐内的氧气一起送入气化焚烧炉炉膛底部的热空气及氧气输入口，另一部分热空气作为二次风送入二次风入口；
第六步：斯特林发动机在热空气的作用下运动并带动发电机进行发电，产生的电力直接送入电解水装置，将水电解为氢气与氧气，并通过压缩机分别送入氢气储罐与氧气储罐进行储存；
第七步：氢气储罐内的氢气外售给周边居民与普通民用燃气混合燃烧使用，氧气储罐内的氧气一部分用于气化焚烧炉，另一部分外售给周边工厂或罐装外售。
作为本发明的一种优选技术方案：所述有机固废为生活垃圾或生物质。
作为本发明的一种优选技术方案：所述二次风为第N级斯特林发动机的热端排出的热空气。
有益效果：本申请所述小型有机固废气化焚烧处理系统采用的以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、利用陶瓷换热器对有机固废气化焚烧系统的烟气进行换热，热空气通过多级串联的斯特林发动机带动发电机进行发电，产生的电能用于生产氢气与氧气。
2、提供了一种小型有机固废气化焚烧处理系统及其运行方式，可将各类有机固废如生活垃圾、生物质等混合协同进行处置，将有机固废中的化学能转化为氢气与氧气，其产品可供给周边生产生活，规避发电上网补贴的政策空白；同时系统简单，能源转化效率高，产生的烟气经简单处理后即可对空排放。
3、利用陶瓷换热器将高温烟气中的能量置换到洁净空气中，利用洁净空气对斯特林发动机进行加热，能够有效保障斯特林发动机的寿命。
4、将来自大气的空气由末级向首级逐级通过斯特林发动机的冷端，能够有效回收斯特林发动机冷端的余热，提升系统效率。
5、将电解水装置与垃圾气化进行耦合，产生成分与热值稳定的氢气，能够有效规避传统垃圾气化工艺中气化气热值不稳定、含有大量焦油利用不便等问题；同时产生的氢气与氧气一部分可在系统内进行回用，如氢气可用于系统启动时的辅助燃料，氧气可加入由炉底进入的一次风，确保有机固废气化完全并合理控制气化焚烧炉内的温度。
6、系统不采用传统的蒸汽轮机发电系统，不使用传统锅炉，能够有效减少系统建设费用，节约建设成本。
附图说明：
图1为本申请小型有机固废气化焚烧处理系统示意图。
附图标记说明：1. 进料口；2. 气化焚烧炉；3. 螺旋出渣机；4. 陶瓷换热器；5.脱酸塔；6. 布袋除尘器；7. 烟囱；8. 风机；9. 斯特林发动机；10. 冷端；11. 热端；12.发电机；13.电解水装置；14.压缩机；15.氢气储罐；16.氧气储罐。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
实施例1
一种小型有机固废气化焚烧处理系统，包括：进料口1、气化焚烧炉2、螺旋出渣机3、陶瓷换热器4、脱酸塔5、布袋除尘器6、烟囱7、风机8、斯特林发动机9、冷端10、热端11、发电机12、电解水装置13、压缩机14、氢气储罐15和氧气储罐16，气化焚烧炉2呈筒状，进料口1与气化焚烧炉2下半部相连，螺旋出渣机3设在气化焚烧炉2底部，气化焚烧炉2顶部设有高温烟气输出口，陶瓷换热器4上设有烟气日里皮、烟气出口、空气入口和空气出口，陶瓷换热器4的烟气入口与气化焚烧炉2顶部的高温烟气输出口相连，陶瓷换热器4的烟气出口依次与脱酸塔5、布袋除尘器6和烟囱7相连；所述斯特林发动机9设有一组，分别为第1级~第N级，冷端10设在斯特林发动机9的一端，热端11设在斯特林发动机9的另一端，风机8与第N级斯特林发动机的冷端相连，第N级~第1级斯特林发动机的冷端依次相连，第1级斯特林发动机的冷端与陶瓷换热器4的空气入口相连，大气中的空气经由风机8从第N级斯特林发动机冷端开始，逆向通过各级斯特林发动机的冷端，而后进入陶瓷换热器4与高温烟气进行换热，陶瓷换热器4的空气出口与第1级斯特林发动机的热端相连，第1级~第N级斯特林发动机的热端依次相连，所述第1级~第N级斯特林发动机依次串联，并通过联轴器与发电机12相连，发电机12与电解水装置13相连，电解水装置13顶部设有两个压缩机14，氢气储罐15和氧气储罐16分别与两个压缩机相连。
所述气化焚烧炉2中上部设有二次风入口；所述气化焚烧炉2内壁由耐火材料包裹，防止气化炉在运行的过程中被烧坏，气化焚烧炉2的炉膛底部设有热空气及氧气输入口。
实施例2
一种小型有机固废气化焚烧处理系统的运行工艺，具体步骤如下：
第一步：有机固废由进料口1进入气化焚烧炉2；
第二步：进入气化焚烧炉2的有机固废留存于气化焚烧炉2的炉膛底部，通过炉膛底部的热空气及氧气输入口送入第N级斯特林发动机的热端排出的热空气及氧气储罐16内的氧气，热空气与氧气缓慢穿透整个层料，使层料在热空气与氧气的共同作用下发生气化反应，最终生成灰渣由气化焚烧炉底部的螺旋出渣机3送出：
第三步：有机固废被气化后，在气化焚烧炉2的中上部的二次风入口鼓入二次风，使气化气在炉膛内直接被燃烧完全，同时产生高温烟气；
第四步：高温烟气进入陶瓷换热器4，与陶瓷换热器4内洁净空气进行换热，而后依次进入脱酸塔5、布袋除尘器6脱除烟气中的酸性气体与飞灰颗粒，而后通过烟囱7排放入大气中；
第五步：大气中的空气经由风机8从第N级斯特林发动机的冷端开始，逆向通过各级斯特林发动机的冷端，而后进入陶瓷换热器4与高温烟气进行换热，被加热后的热空气从第1级斯特林发动机的热端开始，逐级向后输送，与第N级斯特林发动机的热端换热后，热空气分为两部分送入气化焚烧炉2，一部分热空气作为一次风与氧气储罐16内的氧气一起送入气化焚烧炉2炉膛底部的热空气及氧气输入口，另一部分热空气作为二次风送入二次风入口；
第六步：斯特林发动机9在热空气的作用下运动并带动发电机12进行发电，产生的电力直接送入电解水装置13，将水电解为氢气与氧气，并通过压缩机14分别送入氢气储罐15与氧气储罐16进行储存；
第七步：氢气储罐15内的氢气外售给周边居民与普通民用燃气混合燃烧使用，氧气储罐16内的氧气一部分用于气化焚烧炉2，另一部分外售给周边工厂或罐装外售。
所述有机固废为生活垃圾或生物质；所述二次风为第N级斯特林发动机的热端排出的热空气。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种小型有机固废气化焚烧处理系统，其特征在于，所述小型有机固废气化焚烧处理系统包括：进料口（1）、气化焚烧炉（2）、螺旋出渣机（3）、陶瓷换热器（4）、脱酸塔（5）、布袋除尘器（6）、烟囱（7）、风机（8）、斯特林发动机（9）、冷端（10）、热端（11）、发电机（12）、电解水装置（13）、压缩机（14）、氢气储罐（15）和氧气储罐（16），气化焚烧炉（2）呈筒状，进料口（1）与气化焚烧炉（2）下半部相连，螺旋出渣机（3）设在气化焚烧炉（2）底部，气化焚烧炉（2）顶部设有高温烟气输出口，陶瓷换热器（4）上设有烟气日里皮、烟气出口、空气入口和空气出口，陶瓷换热器（4）的烟气入口与气化焚烧炉（2）顶部的高温烟气输出口相连，陶瓷换热器（4）的烟气出口依次与脱酸塔（5）、布袋除尘器（6）和烟囱（7）相连；所述斯特林发动机（9）设有一组，分别为第1级~第N级，冷端（10）设在斯特林发动机（9）的一端，热端（11）设在斯特林发动机（9）的另一端，风机（8）与第N级斯特林发动机的冷端相连，第N级~第1级斯特林发动机的冷端依次相连，第1级斯特林发动机的冷端与陶瓷换热器（4）的空气入口相连，大气中的空气经由风机（8）从第N级斯特林发动机冷端开始，逆向通过各级斯特林发动机的冷端，而后进入陶瓷换热器（4）与高温烟气进行换热，陶瓷换热器（4）的空气出口与第1级斯特林发动机的热端相连，第1级~第N级斯特林发动机的热端依次相连，所述第1级~第N级斯特林发动机依次串联，并通过联轴器与发电机（12）相连，发电机（12）与电解水装置（13）相连，电解水装置（13）顶部设有两个压缩机（14），氢气储罐（15）和氧气储罐（16）分别与两个压缩机相连。
2.根据权利要求1所述的小型有机固废气化焚烧处理系统，其特征在于：所述气化焚烧炉（2）中上部设有二次风入口。
3.根据权利要求1所述的小型有机固废气化焚烧处理系统，其特征在于：所述气化焚烧炉（2）内壁由耐火材料包裹，防止气化炉在运行的过程中被烧坏，气化焚烧炉（2）的炉膛底部设有热空气及氧气输入口。
4.一种权利要求1-3任一所述小型有机固废气化焚烧处理系统的运行工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：
第一步：有机固废由进料口（1）进入气化焚烧炉（2）；
第二步：进入气化焚烧炉（2）的有机固废留存于气化焚烧炉（2）的炉膛底部，通过炉膛底部的热空气及氧气输入口送入第N级斯特林发动机的热端排出的热空气及氧气储罐（16）内的氧气，热空气与氧气缓慢穿透整个层料，使层料在热空气与氧气的共同作用下发生气化反应，最终生成灰渣由气化焚烧炉底部的螺旋出渣机（3）送出：
第三步：有机固废被气化后，在气化焚烧炉（2）的中上部的二次风入口鼓入二次风，使气化气在炉膛内直接被燃烧完全，同时产生高温烟气；
第四步：高温烟气进入陶瓷换热器（4），与陶瓷换热器（4）内洁净空气进行换热，而后依次进入脱酸塔（5）、布袋除尘器（6）脱除烟气中的酸性气体与飞灰颗粒，而后通过烟囱（7）排放入大气中；
第五步：大气中的空气经由风机（8）从第N级斯特林发动机的冷端开始，逆向通过各级斯特林发动机的冷端，而后进入陶瓷换热器（4）与高温烟气进行换热，被加热后的热空气从第1级斯特林发动机的热端开始，逐级向后输送，与第N级斯特林发动机的热端换热后，热空气分为两部分送入气化焚烧炉（2），一部分热空气作为一次风与氧气储罐（16）内的氧气一起送入气化焚烧炉（2）炉膛底部的热空气及氧气输入口，另一部分热空气作为二次风送入二次风入口；
第六步：斯特林发动机（9）在热空气的作用下运动并带动发电机（12）进行发电，产生的电力直接送入电解水装置（13），将水电解为氢气与氧气，并通过压缩机（14）分别送入氢气储罐（15）与氧气储罐（16）进行储存；
第七步：氢气储罐（15）内的氢气外售给周边居民与普通民用燃气混合燃烧使用，氧气储罐（16）内的氧气一部分用于气化焚烧炉（2），另一部分外售给周边工厂或罐装外售。
5.根据权利要求4所述小型有机固废气化焚烧处理系统的运行工艺，其特征在于：所述有机固废为生活垃圾或生物质。
6.根据权利要求4所述小型有机固废气化焚烧处理系统的运行工艺，其特征在于：所述二次风为第N级斯特林发动机的热端排出的热空气。
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