CN201203127Y

CN201203127Y - 烟气循环固定床气化炉

Info

Publication number: CN201203127Y
Application number: CNU2007201999259U
Authority: CN
Inventors: 周开根
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2017-12-04

Abstract

一种烟气循环固定床气化炉，涉及垃圾焚烧处理及生物质、煤气化设备。其特征是设备主要由气化反应炉、烟气循环回路和螺旋进料器组成，通过烟气循环回路把炉内产生的水蒸汽、烟气、热解气从反应炉的上部抽出送回反应炉下部的燃烧区，进行循环气化，提高合成气的品质，同时利用燃烧区1000℃以上的高温，彻底瓦解剧毒物二英。本设备用于处理城市生活垃圾、农林废弃物以及煤气化设备，把垃圾、农林废弃物转化为二次清洁能源，变废为宝，不但消除了垃圾的污染，而且可以缓解能源紧张的局面。本设备不排放烟气，采用烟气循环气化，不仅减少对大气的污染，而且避免排烟热损失及气体不完全燃烧热损失，提高原料的转化率。

Description

烟气循环固定床气化炉

技术领域

本实用新型涉及垃圾焚烧处理及生物质、煤气化设备，特别涉及到一种固定床气化炉。

背景技术

当前，能源紧张，环保形势严峻，垃圾泛滥成灾。垃圾随着我国国民经济的发展及城市规模的不断扩大正以10％的速度迅速增加，并且其有害成分的含量也越来越高，如处理不好，将会污染环境，威胁人民的身体健康，这不仅会制约社会的进步，也会影响到国民经济的可持续发展。当前，我国大部分地区采用填埋法处理城市生活垃圾，这不但需占用大量的土地、浪费资源，而且有害物容易泄漏造成二次污染；焚烧法可以做到减量化、无害化、资源化处理生活垃圾，但焚烧法处理生活垃圾所追求的主要目标是能把垃圾在焚烧炉内充分燃烧，其次才是能量的回收，由于生活垃圾焚烧烟气具有含水量大、氯化氢浓度高，对材料有较大的腐蚀性，不能把热能回收装置设置在强辐射区而使热能回收率受到影响，所以焚烧法处理生活垃圾的资源化应用程度有限；有些地区用垃圾焚烧发电来处理城市生活垃圾，但垃圾焚烧发电的能量利用率仅为20％左右，有近80％的能量被浪费掉了，并且因产生的烟气和污水量大而需庞大的处理设备、昂贵的运行费用来处理焚烧后的三废，还容易发生二次污染。

生物质能在使用过程中几乎不产生污染，没有SO₂排放，产生的CO₂气体与植物生长过程中需要吸收的大量CO₂在数量上保持平衡，被称之为CO₂中性的燃料。用生物质能代替化石燃料，不仅可永续利用，而且环保和生态效果突出，对改善大气酸雨环境，减少大气中二氧化碳含量，从而减轻温室效应都有极大的好处。我国是一个农业大国，生物质资源非常丰富，仅稻草、麦草、芦苇、竹子等非木材纤维就年产超过10亿吨，加上大量木材加工剩余物，都是巨大的能源“仓库”。然而，我国目前的农林剩余物质资源浪费惊人，除小部分农村用来发酵生产沼气外，大部分都被直接燃烧、填埋、腐烂掉了。把垃圾、生物质通过气化或液化的方法转化为清洁的二次能源，可以取得双重的有益效果，一是可以解决环境污染问题，二是可以减少对石油煤炭资源的依赖。由于生活垃圾的特点是含水率高、热值低、含氯物多易生成剧毒物二恶英，因此，对生活垃圾的焚烧处理技术要求高，工艺及设备复杂，而生物质同样存在含水率高、热值低的特点，用一般的工艺设备只能生产热值不高的合成气或生物油，再把这种低热值的合成气或生物油进行提炼成满足使用要求的产品，将会使生产成本大幅提高，过高的生产成本限制了垃圾生物质转化项目的商业化应用。

我国是一个煤炭资源丰富、油气资源有限的国家，在我国的能源结构中，煤炭是第一能源，长期以来，其燃烧工艺以直接燃烧为主，普遍存在燃烧不充分、热效率低、煤炭资源浪费严重、严重污染大气环境的现象。把煤炭进行气化后再燃烧可以提高煤炭资源的利用率及减少对环境的污染，当前，已有成熟的煤气化技术和设备应用，但存在系统复杂、设备庞大不易普及、能量转换率不高的缺点。

针对当前能源紧张、环保形势严峻的局面，我国政府的相关部门及科技工作者都致力于可再生新能源的研发，生物质能的开发应用及城市垃圾的资源化应用成为研发的热点，并有许多成果问世，但普遍存在烟气直接出炉，造成排烟热损失及气体不完全燃烧热损失、气化不完全的现象，而且合成气品位不高。据检索，目前在垃圾焚烧处理领域还没有把气化炉产生的烟气、热解气进行循环气化技术及设备的公开报道。

实用新型内容

本实用新型的目的是要克服现有技术和设备的缺点，在彻底处理生活垃圾的同时，实现低成本的把垃圾、生物质转化为高热值的合成气产品，从而使垃圾、生物质转化项目能得到商业化的应用。

为了达到上述的实用新型目的，本实用新型采取的措施是：设计一逆流式的集烘干、热解、还原反应、燃烧为一体的烟气循环式的气化反应炉，以垃圾、生物质或煤为原料投入炉内进行气化，把炉内产生的含有水蒸汽、煤烟、焦油、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷和C_nH_m混合的烟气从炉上部抽出，然后送回炉底部的燃烧区进行循环反应，在燃烧区1000℃以上的环境中通过循环反应过程：水蒸汽与煤烟作用生成一氧化碳和氢气；二氧化碳与炭作用还原为一氧化碳；把烟气中的焦油、甲烷、C_nH_m进行重整，转化为一氧化碳和氢气；用过量的水蒸汽与一氧化碳进行变换反应，生成二氧化碳和氢气；彻底瓦解剧毒物二恶英。二氧化碳可通过后级装置进行分离，获得以一氧化碳和氢气为主要成分的富氢合成气。获得的富氢合成气直接作燃料使用或作为化工原料生产甲醇、二甲醚液化气。本实用新型不排放烟气，采用烟气循环气化，不仅减少对大气的污染，而且避免排烟热损失及气体不完全燃烧热损失，提高原料的转化率。

本实用新型的一种烟气循环式固定床气化炉的技术特征是气化反应炉(23)的烟气循环出口(2)通过烟气循环回路连接到燃烧区(VI)或风室(V)，其中：气化反应炉(23)为固定床气化炉，气化反应炉(23)内有水蒸汽混合物区(I)、烘干区(II)、热解区(III)、还原区(VII)和燃烧区(VI)，水蒸汽混合物区(I)、烘干区(II)、热解区(III)、还原区(VII)和燃烧区(VI)之间相通，水蒸汽混合物区(I)在气化反应炉(23)内的最上部位，水蒸汽混合物区(I)的下面是烘干区(II)，烘干区(II)的下面是热解区(III)，热解区(III)的下面是还原区(VII)，还原区(VII)的下面是燃烧区(VI)。所述的烟气循环回路由循环风管(3)构成，或由循环风管(3)与循环风机(11)串接构成；燃烧区(VI)的下面是风室(V)，燃烧区(VI)与风室(V)之间有摇动炉排(15)或往复炉排(15b)。

本实用新型的另一种烟气循环式固定床气化炉中，燃烧区(VI)的下面是冷渣区(IV)，冷渣区(IV)的下面是风室(V)；冷渣区(IV)与风室(V)之间有摇动炉排(15)或往复炉排(15b)。

上述的烟气循环固定床气化炉，原料由螺旋进料器(20)送进气化反应炉，螺旋进料器(20)的出料口从气化反应炉(23)的烘干区(II)以上部位伸进炉内；在气化反应炉(23)的热解区(III)与还原区(VII)的接合部位有产物出口(10)接出，在产物出口(10)上还有挡灰器(9)，设备运行时，挡灰器(9)把固体颗粒物挡回炉内；在气化反应炉(23)内的热解区(III)侧面炉墙上有温度传感器(8)，在燃烧区(VI)侧面炉墙上还有温度传感器(8b)，通过检测到的温度数据来控制热解区(III)和燃烧区(VI)的温度；在烘干区(II)的炉墙上有低料位传感器或视镜(18)和高料位传感器或视镜(19)，用来监控炉内原料的高度。

本实用新型的烟气循环式固定床气化炉的工作流程是：把有机质垃圾、生物质或煤送入气化反应炉(23)内，在气化反应炉(23)内进行烘干、挥发物逸出、热解、还原反应和燃烬，从而完成垃圾生物质的气化；在气化反应炉(23)内，由运行工况自然形成水蒸汽混合物区(I)、烘干区(II)、热解区(III)、还原区(VII)和燃烧区(VI)；原料由螺旋进料器(20)推送进入气化反应炉(23)，然后依自身的重力由上往下运行，在烘干区(II)进行烘干和挥发物逸出，在热解区(III)继续进行挥发物逸出，在还原区(VII)进行还原反应，残炭在燃烧区(VI)进行燃烧直至燃烬，燃烬的灰渣排入水封式渣仓；燃烧产生的热气流往上运行，把热能提供给原料烘干、热解和还原反应，在气化反应炉(23)产生的水蒸汽、煤烟、焦油、一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、C_nH_m的混合烟气由下往上运行，集聚在水蒸汽混合物区(I)，通过循环风管(3)及循环风机(11)把混合烟气从气化反应炉(23)的上部抽出送回气化反应炉(23)的燃烧区(VI)或风室(V)，与燃烧区(VI)的残炭和还原区(VII)的灼热炭进行反应，生成以一氧化碳、氢气和二氧化碳为主要成分的富氢合成气，同时在1000℃以上的环境中彻底瓦解剧毒物二恶英；气化反应炉(23)内生成的合成燃气作为粗制产物由产物出口(10)抽出，送入后续工序处理；后续工序将通过余热锅炉回收热能，把粗制产物进行迅速降温至200℃以下，防止二恶英重新生成，再进行除尘、脱氯/脱硫、净化工序，制成以一氧化碳和氢气为主的富氢合成气。制取的富氢合成气作为燃料直接使用，或通过合成装置生产甲醇、二甲醚液化气。

上述的工作流程中，在燃烧区(VI)进行反应的化学式有：

在还原区(VII)进行反应的化学式有：

……

在热解区(III)进行热解的化学式有：

……

本实用新型的气化反应炉炉内的运行压力为微负压。当处理城市生活垃圾、医疗垃圾、工业高分子废弃物时，燃烧区(VI)的运行温度控制在1000℃以上，就可以彻底瓦解剧毒物二恶英。由于二恶英再生成的温度为250～500℃，后续工序中把从反应炉内抽出的粗制产物进行迅速降温至200℃以下，以避免二恶英的重新生成。用有机质垃圾、煤、垃圾与生物质混合、垃圾与煤混合的其中之一为原料时，合成气产物还需通过脱氯/脱硫、净化后使用；当用不含氯、硫的农林废弃物之类的生物质原料时，把热解区(III)的运行温度控制在600～800℃之间，从反应炉内抽出的粗制产物可不必进行迅速降温处理，后续处理工序中不进行脱氯/脱硫。

本实用新型的有益效果是：设备用于处理城市生活垃圾、农林废弃物以及煤气化设备，把垃圾、农林废弃物转化为二次清洁能源，变废为宝，不但消除了垃圾的污染，而且可以缓解能源紧张的局面。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：对城市生活垃圾能达到彻底的处理，没有烟气排放，对炉内产生的水蒸汽、烟气进行循环气化，全部转化为合成燃气，能量转化率高；转化的产品热值高，应用范围广；设备结构简单，投资费用低，易于普及。

附图说明

本实用新型提供下列附图作进一步的说明，但各附图及以下的具体实施方式均不构成对本实用新型的限制：

图1是本实用新型的其中一种气化设备的实施例结构图。

图2是本实用新型的另一种气化设备的实施例结构图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4、图5是以本实用新型设备为基础组成的系统方框图。

图中：1.外壳，2.烟气循环出口，3.循环风管，4.保温层，5.隔热层，6.耐火层，7.搅拌器，8.温度传感器，8b.温度传感器，9.挡灰器，10.产物出口，11.循环风机，12.烟气循环入口，13.鼓风接口，14.水封式出渣口，15.摇动炉排，15b.往复炉排，16.检修门，17.视镜，18.低料位传感器或视镜，19.高料位传感器或视镜，20.螺旋进料器，21.料斗，22.防爆阀，23.气化反应炉，24.搅拌器变速箱，25.防焦箱，26.水封，27.清灰门，28.炉排变速箱，29.连接管，30.防焦箱水管接头，I.水蒸汽混合物区，II.烘干区，III.热解区，IV.冷渣区，V.风室，VI.燃烧区，VII.还原区。

具体实施方式

图1所示的实施例中，气化设备主要由气化反应炉(23)、循环风管(3)、循环风机(11)、摇动炉排(15)、螺旋进料器(20)和料斗(21)组成，其中：气化反应炉(23)为高炉式的炉体，炉体由外壳(1)、保温层(4)、隔热层(5)、耐火层(6)构成，耐火层(6)在最里层，耐火层(6)的外层为隔热层(5)，隔热层(5)的外层为保温层(4)，保温层(4)的外层为外壳(1)；气化反应炉(23)内的功能区域有水蒸汽混合物区(I)、烘干区(II)、热解区(III)、还原区(VII)、燃烧区(VI)、冷渣区(IV)、风室(V)，水蒸汽混合物区(I)在炉内的最上部，水蒸汽混合物区(I)的下面是烘干区(II)，烘干区(II)的下面是热解区(III)，热解区(III)的下面是还原区(VII)，还原区(VII)的下面是燃烧区(VI)，燃烧区(VI)的下面是冷渣区(IV)，冷渣区(IV)的下面是风室(V)；摇动炉排(15)在冷渣区(IV)与风室(V)之间；气化反应炉(23)内有搅拌器(7)，搅拌器(7)由搅拌器变速箱(24)驱动，设备运行时，搅拌器(7)把炉内的垃圾生物质拌匀、消除垃圾生物质搭桥；在气化反应炉(23)最上部的水蒸汽混合物区(I)有烟气循环出口(2)，烟气循环出口(2)通过循环风管(3)及循环风机(11)连接到燃烧区(VI)，设备运行时，聚集在水蒸汽混合物区(I)的水蒸汽、烟气混合物被循环风机(11)抽出送入燃烧区(VI)，与从热解区(III)下来的残炭进行循环气化反应，生成以一氧化碳、氢气、甲烷为主要成分的合成燃气；在热解区(III)的侧面炉墙上有温度传感器(8)，通过检测的温度来调节运行参数；产物出口(10)在热解区(III)与还原区(VII)交接区域接出，产物出口(10)上有挡灰器(9)，挡灰器(9)把固体颗粒物挡回炉内，在产物出口(10)还有取样口(图中未示出)，产物样品由取样口抽取进行化验检测；在气化反应炉(23)底部的燃烧区(IV)炉墙上安装有温度传感器(8b)及视镜(17)；在水蒸汽混合物区(I)的侧墙上有防爆阀(22)；螺旋进料器(20)的出料口从水蒸汽混合物区(I)与烘干区(II)的结合区域伸入气化反应炉(23)内，料斗(21)在螺旋进料器(20)的进料口之上，螺旋进料器(20)有破袋和破碎垃圾生物质的功能，利用螺旋进料器(20)和料斗(21)内的原料，可以阻挡外界空气进入炉内，也可防止炉内的气态物外泄；在烘干区(II)侧面的炉墙上还有低料位传感器或视镜(18)和高料位传感器或视镜(19)，以实现进料的监控；在燃烧区(VI)的侧面还有检修门(17)，便于设备停炉维护时出料及维修使用。在设备运行时，通过温度传感器(8)和温度传感器(8b)检测的温度数据，把燃烧区(VI)的温度控制在1000℃以上，热解区(III)的温度控制在600℃以上，这些运行参数通过控制鼓风量、烟气水蒸汽混合物的循环量及产物的流量来进行调节。

图2所示的实施例中，气化设备主要由气化反应炉(23)、循环风管(3)、循环风机(11)、往复炉排(15b)、炉排变速箱(28)、螺旋进料器(20)、料斗(21)组成，其中：气化反应炉的气化部分为高炉式炉体，排渣部分为柜式炉体；气化反应炉(23)由外壳(1)、保温层(4)、隔热层(5)、耐火层(6)构成，耐火层(6)在最里层，耐火层(6)的外层为隔热层(5)，隔热层(5)的外层为保温层(4)，保温层(4)的外层为外壳(1)；气化反应炉(23)内的功能区域有水蒸汽混合物区(I)、烘干区(II)、热解区(III)、还原区(VII)、燃烧区(VI)、冷渣区(IV)、风室(V)，水蒸汽混合物区(I)在炉内的最上部，水蒸汽混合物区(I)的下面是烘干区(II)，烘干区(II)的下面是热解区(III)，热解区(III)的下面是还原区(VII)，还原区(VII)的下面是燃烧区(VI)，燃烧区(VI)的下面是风室(V)；往复炉排(15b)在燃烧区(VI)下面的柜式炉体之中，燃烧区(VI)与风室(V)之间用炉排(15b)，往复炉排(15b)的后部区域是冷渣区(IV)；在气化反应炉(23)最上部的水蒸汽混合物区(I)有烟气循环出口(2)，烟气循环出口(2)通过循环风管(3)及循环风机(11)连接到燃烧区(VI)，设备运行时，聚集在水蒸汽混合物区(I)的水蒸汽、烟气混合物被循环风机(11)抽出送入燃烧区(VI)，与从热解区(III)下来的残炭进行循环气化反应，生成以一氧化碳、氢气、甲烷为主要成分的合成燃气；在热解区(III)的侧面炉墙上有温度传感器(8)，通过检测的温度来调节运行参数；产物出口(10)在热解区(III)与还原区(VII)交接区域接出，产物出口(10)上有挡灰器(9)，挡灰器(9)把固体颗粒物挡回炉内，在产物出口(10)还有取样口(图中未示出)，产物样品由取样口抽取进行化验检测；在气化反应炉(23)底部的燃烧区(IV)炉墙上安装有温度传感器(8b)及视镜(17)；在水蒸汽混合物区(I)的侧墙上有防爆阀(22)；螺旋进料器(20)的出料口从水蒸汽混合物区(I)与烘干区(II)的结合区域伸入气化反应炉(23)内，料斗(21)在螺旋进料器(20)的进料口之上，螺旋进料器(20)有破袋和破碎垃圾生物质的功能，利用螺旋进料器(20)和料斗(21)内的原料，可以阻挡外界空气进入炉内，也可防止炉内的气态物外泄；在烘干区(II)侧面的炉墙上还有低料位传感器或视镜(18)和高料位传感器或视镜(19)，以实现进料的监控；在燃烧区(VI)还有防焦箱(25)，以防止炉渣结焦。在设备运行时，通过温度传感器(8)和温度传感器(8b)检测的温度数据，把燃烧区(VI)的温度控制在1000℃以上，热解区(III)的温度控制在600℃以上，这些运行参数通过控制鼓风量、烟气水蒸汽混合物的循环量及产物的流量来进行调节。

图4所示的以本实用新型的设备为基础组成的系统图中，以农业废弃物或林业废弃物为原料送入气化反应炉中，同时把氧气作为气化剂送入炉内，炉内产生的煤烟、水蒸汽、热解气通过烟气循环回路返回进入气化反应炉的底部进行循环反应，当炉内水蒸汽含量过低不利于气化时，向炉内补充水蒸汽，原料完成转化后，固体灰渣从炉底排入水封式渣池，灰渣回收作肥料；合成气产物从反应炉的中部抽出，抽出的合成气产物通过余热锅炉回收热能降温后，进入后级的处理工序。后级处理工序主要有：除尘、净化、压缩、冷却，经后级处理工序完成后得到的产品是含有CO、H₂、CH₄的合成气产品，合成气产品可直接通过管道供应给用户使用。

图5所示的以本实用新型的设备为基础组成的系统图中，以垃圾、生物质、煤其中的一种或几种为原料送入气化反应炉中，同时把氧气作为气化剂送入炉内，炉内产生的煤烟、水蒸汽、热解气通过烟气循环回路返回进入气化反应炉的底部进行循环反应，当炉内水蒸汽含量过低不利于气化时，向炉内补充水蒸汽；为了提高合成气的品质，还采用等离子体燃烧器作为辅助燃烧器，以减少氧气的输入量或不用氧气，等离子体燃烧器的工作气来自经过后级处理的合成气或水蒸汽；原料完成转化后，固体灰渣从炉底排入水封式渣池，灰渣回收作建材；合成气产物从反应炉的中部抽出，抽出的合成气产物通过余热锅炉回收热能，迅速降温至200℃以下，以防止二恶英重新生成；降温后的合成气通过脱氯/脱硫、除尘、净化工序后，进入甲醇合成反应器生产甲醇产品，或进入二甲醚合成反应器生产二甲醚液化气产品。

Claims

1.一种烟气循环固定床气化炉，包括垃圾、生物质、煤的气化技术，其特征是气化反应炉(23)的烟气循环出口(2)通过烟气循环回路连接到燃烧区(VI)，其中：气化反应炉(23)为固定床气化炉，气化反应炉(23)内有水蒸汽混合物区(I)、烘干区(II)、热解区(III)、还原区(VII)和燃烧区(VI)，水蒸汽混合物区(I)、烘干区(II)、热解区(III)、还原区(VII)和燃烧区(VI)之间相通，水蒸汽混合物区(I)在气化反应炉(23)内的最上部位，水蒸汽混合物区(I)的下面是烘干区(II)，烘干区(II)的下面是热解区(III)，热解区(III)的下面是还原区(VII)，还原区(VII)的下面是燃烧区(VI)。

2.根据权利要求1所述的一种烟气循环固定床气化炉，其特征是烟气循环回路由循环风管(3)构成。

3.根据权利要求1所述的一种烟气循环固定床气化炉，其特征是烟气循环回路由循环风管(3)与循环风机(11)串接构成。

4.根据权利要求1所述的一种烟气循环固定床气化炉，其特征是燃烧区(VI)的下面是风室(V)；燃烧区(VI)与风室(V)之间有摇动炉排(15)或往复炉排(15b)。

5.根据权利要求1所述的一种烟气循环固定床气化炉，其特征是燃烧区(VI)的下面是冷渣区(IV)，冷渣区(IV)的下面是风室(V)；冷渣区(IV)与风室(V)之间有摇动炉排(15)或往复炉排(15b)。

6.根据权利要求1所述的一种烟气循环固定床气化炉，其特征是原料由螺旋进料器(20)送进气化反应炉，螺旋进料器(20)的出料口从气化反应炉(23)的烘干区(II)以上部位伸进炉内。

7.根据权利要求1所述的一种烟气循环固定床气化炉，其特征是在气化反应炉(23)的热解区(III)与还原区(VII)的接合部位有产物出口(10)接出，在产物出口(10)上还有挡灰器(9)。

8.根据权利要求1所述的一种烟气循环固定床气化炉，其特征是气化反应炉(23)内的热解区(III)侧面炉墙上有温度传感器(8)；在燃烧区(VI)侧面炉墙上有温度传感器(8b)。

9.根据权利要求1所述的一种烟气循环固定床气化炉，其特征是气化反应炉(23)内的烘干区(II)炉墙上有低料位传感器或视镜(18)和高料位传感器或视镜(19)。