CN115143473B - 一种生活垃圾高温干馏碳化焚烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于垃圾处理设备技术领域，是一种生活垃圾高温干馏碳化焚烧装置；包括裂解炉系统和烟气处理系统；裂解炉系统包括裂解气化炉和换热装置；裂解气化炉内从上至下依次布置有干燥室、脱水室、碳化室和第一燃烧室；干燥室连接有进料斗；第一燃烧室连接有第二燃烧室；第一燃烧室通过烟气管道与干燥室相连接；第二燃烧室的烟气出口与换热装置相连接；换热装置的低温烟气出口与烟气处理系统相连接；所述脱水室的温度为200℃‑300℃；碳化室的温度为300℃‑400℃；本装置完全利用垃圾进行燃烧裂解，不需要添加燃料助燃，在垃圾燃烧裂解气化过程中实现充分气化，裂解气化效率高。

Description

一种生活垃圾高温干馏碳化焚烧装置

技术领域

本发明属于垃圾处理设备技术领域，涉及一种生活垃圾高温干馏碳化焚烧装置。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，消费能力不断增强，随之也产生了越来越多的生活垃圾。目前对垃圾的处理方式主要有填埋式、焚烧式，还有对垃圾进行裂解气化产生可燃烧气体进行回收利用。生活垃圾裂解气化处理工艺根据裂解过程不同时段，生活垃圾在一定的温度下裂解，从而实现垃圾的减量化、无害化处理。裂解是指有机物在无氧或少氧的状态下加热，使之分解的过程，是利用有机物的热不稳定性，在无氧或少氧的条件下，通过热能使化合物的化合链断裂，将大分子量的有机物转化为小分子量的气体和生物质碳的过程。

目前，对垃圾的裂解气化过程主要利用垃圾裂解气化炉进行。一般的垃圾裂解气化炉无法完全利用垃圾进行燃烧裂解，需要添加煤炭或者木炭就行助燃，在垃圾燃烧裂解气化过程中不易控制炉内的反应状态，从而产生的可燃气体数量有限，裂解气化效率低。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种生活垃圾高温干馏碳化焚烧装置。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种生活垃圾高温干馏碳化焚烧装置，包括裂解炉系统和烟气处理系统；所述裂解炉系统包括裂解气化炉和换热装置；所述裂解气化炉内从上至下依次布置有干燥室、脱水室、碳化室和第一燃烧室；所述干燥室连接有进料斗；所述干燥室、脱水室、碳化室和第一燃烧室之间通过落料口相连接，所述落料口设置有开关控制阀。

所述第一燃烧室连接有第二燃烧室；所述第一燃烧室通过烟气管道与干燥室相连接；第二燃烧室的烟气出口与所述换热装置相连接；所述换热装置的低温烟气出口与烟气处理系统相连接；所述脱水室的温度为200℃-300℃；脱水室内为无氧环境；碳化室的温度为300℃-400℃。

优选的，所述进料斗的入料口和出料口均设置有液压盖板。

优选的，所述第一燃烧室和第二燃烧室底部设置有灰渣斗，所述灰渣斗连接有液压出灰装置。

优选的，所述第二燃烧室与第一燃烧室同轴设置，第二燃烧室位于第二燃烧室外部。

更优的，所述第二燃烧室的温度为850℃-1100℃。

优选的，所述烟气处理系统包括依次连接的冷却塔、一级喷淋塔、高压静电除尘塔、二级喷淋塔、脱白塔；所述的换热装置与冷却塔相连接。

更优的，所述裂解气化炉出口与换热器之间设置还原剂添加装置，用于向从裂解气化炉出口排出的废气中加入脱硝还原剂。

更优的，一级喷淋塔通过烟气管与冷却塔相连接，一级喷淋塔与烟气管的连接处设置有引风机。

更优的，所述烟气管内设置有活性炭喷射装置。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

1、本发明工艺设备在限氧、少氧的状态下实现了生活垃圾的碳化，抑制了二噁英的产生或少产生二噁英，在这样的条件下不需要布袋除尘和活性炭对二噁英吸附工艺，不产生危废物飞灰。

2、本发明对生物质碳进行气化，产生大量的可燃气体，所以在第二燃烧室对可燃气体二次燃烧时无需任何辅助燃料。

3、本装置处理垃圾时无需分拣和破碎，直接进入炉膛，避免二次污染。

4、本发明的第一燃烧室和第二燃烧室一体化，在充分对第一燃烧室排出的废气和焦油进行燃烧处理的基础上可以有效合理的利用第二燃烧室的余热，对新进炉的垃圾进行干燥和脱水处理。

附图说明

图1是本发明所述生活垃圾裂解气化处理装置的外部结构示意图。

图2是生活垃圾裂解气化处理装置的正视图。

图3是本发明所述裂解炉系统的剖视图。

其中，1-裂解气化炉、2-换热装置、11-干燥室、12-脱水室、13-碳化室、14-第一燃烧室、15-进料斗、16-第二燃烧室、17-烟气管道、18-灰渣斗；

31-冷却塔、32-一级喷淋塔、33-高压静电除尘塔、34-二级喷淋塔、35-脱白塔、36-烟气管、37-引风机。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

实施例1

如图1和2所示，本实施例公开了一种生活垃圾高温干馏碳化焚烧装置，包括裂解炉系统和烟气处理系统；如图3所示，裂解炉系统包括裂解气化炉1和换热装置2；裂解气化炉1内从上至下依次布置有干燥室11、脱水室12、碳化室13和第一燃烧室14；干燥室11连接有进料斗15；进料斗15位于整个炉体系统的最上端，进料斗15的入料口和出料口均设置有液压盖板，第一层液压盖板打开，把料倒进料斗，第一层关闭。第二层打开，料撒在炉膛里面。它的优点是进料时垃圾是撒在炉膛里面的，这样使进入的垃圾能够均匀布撒在炉膛内，并可以有效防止炉膛上层烟气外溢和炉膛温度降低。

干燥室11、脱水室12、碳化室13和第一燃烧室14之间通过落料口相连接，所述落料口设置有开关控制阀；第一燃烧室14连接有第二燃烧室16；第二燃烧室16的温度为850℃-1100℃。第二燃烧室16与第一燃烧室14同轴设置，第二燃烧室16位于第一燃烧室14外部。第一燃烧室14和第二燃烧室16底部设置有灰渣斗18，灰渣斗18连接有液压出灰装置，即连接有液压推杆，用于将灰渣斗18推出。第一燃烧室14通过烟气管道17与干燥室11相连接；第二燃烧室16的烟气出口与所述换热装置2相连接；换热装置2的低温烟气出口与烟气处理系统相连接；脱水室12的温度为200℃-300℃；脱水室12内为无氧环境；碳化室13的温度为300℃-400℃。

具体的，生活垃圾不需要分拣、脱水及干燥由进料斗15倒入，直接进入干燥室11，由于刚倒入的生活垃圾含有大量的水分，不便于燃烧分解。在新倒入的生活垃圾进入燃烧层之前，就用第一燃烧室14内燃烧层上传的热量（150℃-250℃），对垃圾进行干燥。

生活垃圾经过干燥后在自重力作用下进入脱水室12，在低温（200℃-300℃）无氧的条件下，垃圾中的有机物经过一系列化学反应，最终分解为低分子化合物。这一过程是指生活垃圾在没有氢化剂（空气、氧气、水蒸气等）存在的条件下，加热到200℃~300℃，通过热化学反应将生物质大分子物质（木质素、纤维素和半纤维素）分解成较小分子的燃料物质（气体、焦油、半焦）的热化学转化技术方法。在保证热解效率的前提下，将热解过程始终控制在一个缺少空气的还原氛下使反应后产生的气体相对减少，有效地抑制二噁英的生成。这种热解过程是从脱水开始，随后是有机大分子的键断裂，有机分子的异构化和小分子的聚合等反应。

脱水室12产生的固体残留物落入碳化室13，经过裂解后（300℃-400℃）生成固态碳，落入第一燃烧室14充分燃烧。裂解炉首次运行需要从底部人工点火，点燃后裂解炉正式开始运行。上层碳化的垃圾落入燃烧室处于燃烧分解状态，燃烧温度不断上传对新倒入垃圾做预处理，实现能量的多级利用。

同轴式蓄热燃烧的第二燃烧室16与主炉一体化，第二燃烧室16主要是处理第一燃烧室14在燃烧过程中产生的可燃气体和焦油。生活垃圾在裂解碳化过程中产生大量的可燃气体进入第二燃烧室16，经过富氧燃烧，在不需要任何辅助燃料的条件下，第二燃烧室16温度高达850℃-1100℃，烟气中的可燃气体和二噁英被完全破坏和分解。燃烧的热量通过辐射充分作用于炉膛内，加速生活垃圾的干燥、脱水和碳化。

第二燃烧室16燃烧后产生的高温烟气，进入换热装置，由换热装置交换一部分热量再反供第一燃烧室14，进一步提升热量的利用效率。

第一燃烧室14和第二燃烧室16产生的残渣继续完全燃烧后形成灰渣，由液压出灰系统定期排出炉外。

裂解炉产生的烟气，经过一系列的净化处理后由排气筒排出。烟气净化系统采用“高温脱硝+冷却塔+活性炭喷射+一级喷淋塔+高压静电除尘塔+二级喷淋塔+脱白塔”的烟气净化工艺对烟气进行处理。

烟气处理系统包括依次连接的冷却塔31、一级喷淋塔32、高压静电除尘塔33、二级喷淋塔34、脱白塔35；换热装置2与冷却塔31相连接。裂解气化炉出口与换热装置2之间设置还原剂添加装置，用于向从裂解气化炉出口排出的废气中加入脱硝还原剂。一级喷淋塔32通过烟气管36与冷却塔31相连接，一级喷淋塔32与烟气管36的连接处设置有引风机37。烟气管36内设置有活性炭喷射装置。

具体的：采用高温脱硝工艺对烟气进行脱硝处理，在裂解气化炉出口与换热器之间设置还原剂添加装置，不需要设立反应器。在800℃～1100℃温度范围内加入还原剂（尿素），将烟气中的NOx还原成无公害的氮气（N₂）和水（H₂O）。

反应化学式如下：

4NO + 4NH₃ + O₂→ 4N₂ + 6H₂O

2NO₂ + 4NH₃ +O₂→ 3N₂ + 6H₂O

在众多的脱硝技术中，高温脱硝是效率最高，最为成熟的脱硝技术，安全可靠、应用广泛、经济合理、适应性很强。其脱硝效率可达到90%，可将NOx排放浓度降至100mg/m³（标态，干基，6%O₂）以下。该脱硝过程不使用催化剂，且不会导致SO₂和SO₃氧化，不会造成堵塞和有害气体的产生。

排出的烟气经过冷却塔31急速降温（停留时间≤2s），使烟气温度迅速降低至200℃以下，以减少有害物质（二噁英）的再合成。

活性炭吸附是垃圾裂解处理烟气净化系统中脱硫脱酸及处理二噁英和重金属的重要工艺，效果良好，可以去除烟气中的SO₂及大部分的二噁英及重金属，从而将二噁英及重金属排放值控制在欧盟2000标准范围内。烟气中二噁英以粒状、气溶胶或气态存在。生活垃圾裂解产生的二噁英大多以粒状为主，其余以气态形式存在。利用活性炭巨大的表面积和良好的吸附性，可同时吸附固态及气态二噁英。活性炭拥有较大的比表面积和发达的孔结构，在其表面上含有丰富的官能团，既可以作为吸附剂又可以作为催化剂载体。

当温度在20℃～100℃时，SO₂被活性炭吸附在表面，此时主要以物理吸附为主；随着温度的升高，吸附过程也随之改变，当温度在100℃～160℃时，吸附在活性炭表面上的SO₂被进一步催化氧化为SO₃，此时主要是以化学吸附为主；当温度大于250℃时，完全为化学吸附，SO₃与H₂O 反应生成的H₂SO₄存储进了微孔内。

其反应方程式为：

物理吸附：SO₂ → SO₂

化学吸附：SO₂+O₂+NH₂O →NH₂SO₄+(n-1)H₂O

在吸附NO_X的过程中，由于活性炭的表面含有不同的基团，这些基团吸附了外部进入的NH₃，当NO_X进入后，将被吸附的NH₃还原成N₂，此时活性炭主要起催化的作用，其反应方程式如下：

本实施例烟气处理系统中的冷却塔31和引风机37之间设置活性炭喷射装置，将活性炭通过喷头喷射到烟道中，使吸附管内的球形活性炭发生位置移动，增强活性炭的吸附效率，吸附烟气中的SO₂和重金属及二噁英。

烟气经过降温、脱硝后进入一级喷淋塔32，通过循环喷淋有效捕捉烟气中的粉尘。另外在液体中加入碱性中和液，对烟气进行脱硫、脱酸处理。

烟气由一级喷淋塔32处理过后进入高压静电除尘塔33，当含尘烟气经过时，除尘器产生电晕放电使烟气中的灰尘带正电荷，在电场力作用下带正电荷的灰尘会吸附在晕极板上，使烟气中的灰尘跌落至电除尘下方。

烟气经过高压静电除尘塔33进入到二级喷淋塔34，通过二级喷淋深度净化。烟气经过二级喷淋塔34深度处理后进入到脱白塔35，利用换热器热交换后的部分热空气对烟气进行加温脱白处理，再通过排气筒达标排放。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (3)

1.一种生活垃圾高温干馏碳化焚烧装置，其特征在于，包括裂解炉系统和烟气处理系统；所述裂解炉系统包括裂解气化炉(1)和换热装置(2)；所述裂解气化炉(1)内从上至下依次布置有干燥室(11)、脱水室(12)、碳化室(13)和第一燃烧室(14)；所述干燥室(11)连接有进料斗(15)；所述干燥室(11)、脱水室(12)、碳化室(13)和第一燃烧室(14)之间通过落料口相连接，所述落料口设置有开关控制阀；

所述第一燃烧室(14)连接有第二燃烧室(16)；所述第二燃烧室(16)与第一燃烧室(14)同轴设置，第二燃烧室(16)位于第一燃烧室(14)外部；第二燃烧室(16)的温度为850℃-1100℃；所述第一燃烧室(14)通过烟气管道(17)与干燥室(11)相连接；第二燃烧室(16)的烟气出口与所述换热装置(2)相连接；所述换热装置(2)的低温烟气出口与烟气处理系统相连接；所述脱水室(12)的温度为200℃-300℃；脱水室(12)内为无氧环境；碳化室(13)的温度为300℃-400℃；

所述烟气处理系统包括依次连接的冷却塔(31)、一级喷淋塔(32)、高压静电除尘塔(33)、二级喷淋塔(34)、脱白塔(35)；所述的换热装置(2)与冷却塔(31)相连接；一级喷淋塔(32)通过烟气管(36)与冷却塔(31)相连接，一级喷淋塔(32)与烟气管(36)的连接处设置有引风机(37)；所述烟气管(36)内设置有活性炭喷射装置；

所述进料斗(15)的入料口和出料口均设置有液压盖板；

第二燃烧室(16)燃烧后产生的高温烟气，进入换热装置，由换热装置交换一部分热量再反供第一燃烧室(14)。

2.根据权利要求1所述的一种生活垃圾高温干馏碳化焚烧装置，其特征在于，所述第一燃烧室(14)和第二燃烧室(16)底部设置有灰渣斗(18)，所述灰渣斗(18)连接有液压出灰装置。

3.根据权利要求1所述的一种生活垃圾高温干馏碳化焚烧装置，其特征在于，所述裂解气化炉(1)的出口与换热装置(2)之间设置还原剂添加装置，用于向从裂解气化炉(1)的出口排出的废气中加入脱硝还原剂。

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