CN203265240U - 一种生活垃圾制取燃气和燃气发电的设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型是一种垃圾制取燃气和燃气发电的设备,该设备由压力安全报警装置、温度自控装置、瓦斯监测装置、脱水机、干燥机、热解气化炉、燃气净化装置、燃气储柜、燃气发电机组和污水净化装置组成;本实用新型具有如下优点:(1)可控制生产过程的压力、温度,对瓦斯燃气超标自动报警;(2)能将含水的垃圾全部转化成燃气和燃气发电,且生产连续化;(3)属于缺氧干馏技术,燃气产物中不含二恶因;(4)本实用新型的设备属于工业上常规的商品,运行可靠,技术成熟,结构简单,维修方便,造价低廉;(5)能将垃圾转化成人类急需的能源(燃气或电力),规模化的实行了生活垃圾的减量化、无害化和能源化利用,具有好的工业实用性。

Description

一种生活垃圾制取燃气和燃气发电的设备
技术领域
本实用新型涉及一种生活垃圾制取燃气和燃气发电的设备,属于环保与发电的设备领域; 
背景技术
随着人们生活水平的不断提高,生活垃圾、餐厨垃圾和医疗垃圾中有机废弃物的含量不断上升,有机废弃物中的碳水化合物或生物质(如瓜果皮、蔬菜残渣、餐后剩食等)易变质腐烂将会影响人们生存的环境;通常的,生活垃圾分选出的重质筛下物主要由碳水化合物(菜叶、水果皮、纸屑、绳子、布、餐厨垃圾.......等等)构成,特点是含水率高、热值低,含有一定量的重金属,由于筛下物垃圾的热值低,无法单独焚烧或热解气化至烬,或热值低不能干馏分解,所以只能用于制造有机肥,制造有机肥时还必须额外添加大量的氮、磷、钾肥料才能满足国家的肥料标准要求,导致生产成本高;特别地,肥料中的重金属易被作物的根吸收,导致粮食、蔬菜中含有对人体有害的重金属,垃圾中的盐分对土壤有接板固化的缺点; 
有关利用生活垃圾为原料发电的方法已有报导,在申请号200610014872.9《利用秸秆掺烧城市生活垃圾发电的方法》中,采用掺烧30-80%的高热值的秸秆到低热值的生活垃圾中,提高生活垃圾的热值进行“气化”或热处理制造燃气进行发电,存在秸秆掺烧量大、秸秆比重轻、生产成本和运输成本高的弱点; 
有关利用生活垃圾为原料,通过热化学转换技术制取燃气的方法已有报导;在申请号201110073735.3中,公开了《一种有效遏制二恶英的垃圾综合处理和利用方法》,它属于一种将生活垃圾分选的少量的筛上物质或轻组分(如废塑料等)进行“气化”分解制取燃气或利用燃气进行发电,分选出的大量的筛下物质(如菜叶、瓜果皮、布、餐后剩食.....等低热值的碳水化合物)作为原料制砖,制砖是在有氧条件下进行高温“焚烧”,“焚烧”大量的有机物垃圾导致产生二噁英; 
通常地,在生活垃圾的无害化处理中,要进行预处理或分选,分选 出的筛上物(如废塑料,布、纸屑、草等等)占20-30%(Wt%),只占少部分,分选出的筛下物(如菜叶、果皮、布等碳水化合物,以及泥土)占70-80%(Wt%),占大部分,且含有40-60%(Wt%)的水分;由于筛下物占生活垃圾的主要部分,含水率高,肥效低、热值低,不能单独进行热分解或焚烧至烬,也不能单独制成符合标准的肥料,属于生活垃圾处理中的的难点; 
特别地,生活垃圾与生物质(如秸秆、稻壳、木屑.....等)组份绝然不同,生物质(秸秆、稻壳、木屑......等)的热值一般在15000-19000KJ/kg,而生活垃圾成分复杂,包含有泥土,含水率高达40-60%(wt%),比重大,热值低,如占生活垃圾70%左右(wt%)筛下物重组分垃圾的热值仅为生物质最低热值的1/5,无法点燃或焚烧,且含有一定量的金属或重金属;不能采用与生物质完全一样的方法去对生活垃圾进行“气化”或热处理制取燃气进行发电;据报道,生活垃圾的入炉焚烧或热解的最低热值为3300-5000KJ/kg,最好在6000KJ/Kg以上,低于3300kJ/kg不能焚烧或分解;生活垃圾分选出的筛下物(如菜叶、果皮、餐厨垃圾等碳水化合物)含水分高达40%-60%,热值一般在800-1500KL/kg,热值远远低于生活垃圾的焚烧或热解的最低热值3300-5000KJ/kg范围,通常只能作为堆肥的原料; 
目前为止,在中国和世界专利文献库、相关的书籍、刊物、杂志以及工业化生产应用等方面,还没有查阅将生活垃圾中分选出来的占生活垃圾70%左右(wt%)的低热值的筛下物(碳水化合物)在无氧或缺氧下进行干馏制取燃气发电的报导; 
本实用新型的目的就是要克服和弥补现有技术的缺陷和不足,提供一种将垃圾中的各类有机物(包括含有大量水分的餐后剩食、瓜果皮、菜叶),在无氧或缺氧条件下全部地进行热分解制取清洁性燃气和利用燃气进行发电,实施垃圾处理的规模化、连续化、能源化(垃圾中的有机物转化成清洁性燃气)、减量化、无害化(不产生二恶因)、节能、环保、高效等多方面优点的设备。 
发明内容
本实用新型的目的是按如下方式实现的:一种垃圾制取燃气和燃气发电的设备,该设备由压力安全报警装置、温度自控装置、瓦斯监测装 置、脱水机、干燥机、热解气化炉、燃气净化装置、燃气储柜、燃气发电机组和污水净化装置组成;其中,本发明的自动控制屏带有温控仪、压力报警器和瓦斯燃气监测仪;瓦斯燃气监测装置的传感器接在燃气储柜中,温控仪的传感器接在热解气化炉中,压力报警器传感器接在热解气化炉内和燃气储柜内; 
所述的破袋或破碎机的卸料口经输送机与脱水机加料口联通;所述的脱水机的废水出口与废水池联通,所述的废水池的出水口经水泵与污水净化装置连接联通; 
所述的脱水机的固体卸料口与干燥机的进料口连接相通,所述的脱水机的污水出口与废水净化装置进水口联通; 
所述的干燥器的排气口经冷凝器、气体净化装置与引风机相通,所述的干燥器的固体干燥物出口与热解气化炉的进料机加料口联通; 
所述的热解气化炉,可以是常规的无氧热解气化炉,也可以是常规的缺氧热解气化炉,所述的热解气化炉中配置温控仪和压力报警器,所述的热解气化炉的底部配置排渣口,所述的热解气化炉的燃气产物出口经过冷凝器、燃气净化装置后与燃气储柜连接相通; 
所述的燃气储柜内的燃气出口与燃气发电机组或城镇燃气管网用户装置的燃气进口联接相通。 
本实用新型中,先将垃圾中的低热值的碳水化合物(如菜叶、瓜果皮、餐后剩食.....等)进行压榨或挤压脱水,提高了垃圾的脱水率,降低了垃圾中的含水率,提高了垃圾的热值;这,彻底解决了占有垃圾大部分的低热值碳水化合物不能被热解气化制取燃气的难题和缺陷; 
本实用新型的设备制取的燃气可以用于发电,或作为工农业生产用燃气,以及作为城市燃气管网的居民用燃气;可以将热解气化炉中排出的无机残渣进行粉碎后制砖、作为建材原料或填埋; 
所述的生活垃圾原料进一步包含一种或多种下列废弃的物质:餐厨垃圾、医疗垃圾、城市污泥、禽蓄粪便、农业废弃物、林业废弃物、废塑料、废橡胶、有机废弃物。 
在本实用新型所述的缺氧热解气化炉内,配置有干燥层、热解气化层、氧化燃烧层和还原层,以及炉删(或排灰渣装置): 
●干燥层:发生原料的水分蒸发,进行原料的干燥,温度在300℃左右; 
●热解气化层:主要发生有机物的分解反应,如A和B二类分解反应: 
Figure BSA00000878212100041
生活垃圾中碳水化合物(生物质)还包含有一定量的氮(N)、硫(S)和磷(P)元素,上述挥发性气体产物主要是氧、硫、氮以及其它元素的有机化合物的混合物,包括不凝结性可燃气体和H2O;生物质【Cm(H2O)n】分子结构中,碳(C)和氢(H)的摩尔数基本上是1∶2的比例,如葡萄糖为C6H12O6、纤维素为(C6H10O5)n,当生物质【Cm(H2O)n】被热分解转化成小分子的烃类气相物质(如CH4)时,因氢元素的数量不够,有20-40%(Wt%)的碳元素不能与氢元素结合,而被转变成固体残炭(C); 
Figure BSA00000878212100042
其中,PP、PE、PS、PVC为塑料聚合烃,SBR、BR、IR、NBR为橡胶类,C为热解的残炭;生活垃圾中的烃类物质热解气化后产生烃类气相物(C1-C4,H2)和残炭(C); 
●氧化还原层:热解气化后产生的残炭,不断地向下落入热解气化炉中的氧化还原层,发生还原反应(温度在900℃左右)和高温燃烧氧化反应(温度在1100℃左右): 
还原反应:C+CO2→2CO和C+H2O→H2+CO 
氧化反应C+O2→CO2
氧化还原反应产生灰渣,定期或不定期的从热解气化炉的底部排出炉外,灰渣属于无机物,可以综合利用进行制砖、作为建材原料或填埋; 
将热解气化炉中排出燃气产物经过公知的气体净化技术设备,脱除焦油、硫和尘埃成为清洁性燃气,并储存在燃气储柜中备用,燃气可以送到燃气发电机组进行发电,也可以作为工业炉的燃料或城镇居民用燃气; 
本实用新型的设备进一步包括:生活垃圾通过破袋或破碎后,将生 活垃圾中混入的金属磁选出,或将大形木棍棒、砖块石头等建筑材料和大块无机物挑从生活垃圾中选出,以免打坏破碎机的刀具,生活垃圾一般破碎后的尺寸不大于50厘米; 
所述的垃圾破碎机:可以选用剪切式破碎机、单琨式或双琨式撕碎机、颚式破碎机、冲击式破碎机、锟式破碎机、刀片式破碎机、锤式破碎机、剪切式破碎机和或球磨机等;特别地,优选公知的具有破碎和物质分类双重作用的“半湿式选择破碎分选机”。 
所述的脱水机:可以选用液压式槽形或圆筒形挤压机、螺旋式挤压机、离心式脱水机,滚压式脱水机,全自动滤片压滤机、离心沉降脱水机和造粒脱水机;其中,优选螺旋式挤压机; 
所述的干燥器:可以选用连续化旋转式筒体干燥器;间隙式立式或卧式筒体干燥器,红外线干燥器,微波干燥器,中频或高频电加热式干燥器、隧道式干燥设备、连续化链条带式干燥器、气流干燥机等;其中,优选旋转式筒体干燥器; 
所述的污水净化装置:属于常规污水净化处理设备,如厌氧和/或好氧(MBR工艺)生化装置构成的生活垃圾渗沥液净化处理设备; 
所述的燃气净化装置:属于常规的燃气净化处理设备,包括:电捕焦油器、湿法(喷淋塔)脱硫除尘设备、半干法净化设备(喷雾干燥+除尘器)、干法净化设备(干法管道喷射+除尘器)、活性炭吸附器、分子筛吸附器等,本发明优选本发明人申请的《一种气体净化装置》申请号:201220564006.8的设备,该设备能有效地脱除或净化垃圾热解燃气或生物质热解燃气中的焦油、酸性物质、灰尘和水分; 
所述的发电机组:属于常规的内燃机发电机组、燃气轮机发电机组(商品):其中,燃气发电机组由燃气轮机(Gas Turbine)和发电机组成,属于常规的燃气发电机组(gas turbine generator set),属于用燃气轮机联轴驱动发电机的成套设备;内燃机发电机组属于有内燃机联轴驱动发电机的成套设备; 
所述的裂解气化炉:可以选用常规的缺氧的热解气化炉,如上吸式固定床气化炉、下吸式固定床气化炉、横吸式固定床气化炉、开心式固定床气化炉、流化床气化炉;其中,优选下吸式固定床气化炉;也可先用无氧的干馏气化炉:如带搅拌装置的立式热解气化设备、卧式带螺旋搅拌装置的热解气化设备、流化床热解其气化设备、循环床热解气化设备、移动床热解气化设备、连续化密闭旋转式筒体裂解气化设备、间隙式密闭旋转式筒体裂解气化设备、螺旋管式气化设备等; 
在缺氧热解气化炉中,利用热解气化炉内的气体产物的高温或热量,对垃圾原料进行直接接触发生传热,使垃圾原料中的水分挥发,实施垃圾的干燥,然后对干燥后的垃圾进行热裂解或气化,垃圾的热裂解或气化过程属于吸热反应,吸热反应所需热量来自热解气化炉中的氧化还原层产生的焚烧残炭后形成的高温燃烧气体,由高温燃气直接与垃圾接触发生传热,给垃圾的热解、气化和分解提供所需的热量;热解(或气化)中产生气相产物(燃气)和残炭(C),燃气产物经净化处理成为清洁性燃气,燃气广泛用于发电或用于工业及居民的用气;在热解气化炉内,热解(或气化)产生的残炭靠重力作用向下落入还原-氧化层进行焚烧至烬,同时地,燃烧产生大量的燃烧热(即高温燃烧气体)和无机灰渣,高温燃气供给垃圾热解(或气化)所需热量,焚烧后的灰渣产物排出热解气化炉,可以作为制砖或建材的原料; 
在缺氧的热解气化炉中,空气与垃圾热解气化后产生的残炭进行接触,发生氧化还原反应,将残炭燃烧至烬,同时地,燃烧产生无氧的高温(900-1200℃)燃烧气体,无氧的高温燃气被引入到热解层,与热解气化层中的垃圾原料进行直接接触发生传热或给原料加热至400-700℃,发生垃圾的热解或气化,并形成燃气和残炭等热解产物; 
落入到氧化(或燃烧)层的热解残炭中不合有机物,不含氢(H)和氧(O)元素,残炭是一种由炭(C)元素和无机灰尘组成的残渣,已经完全无害化,这种不含氢(H)和氧(O)元素的剩余无机物残渣在焚烧时,只会发生下列化学反应: 
C+O2=CO2
因为残渣中的不含氢(H)或氧(O),不能发生下列化学反应: 
所以,整个垃圾处理的全过程,没有二恶英(PCDFs)的生成。 
本实用新型与现有技术相比较具有如下优点: 
(1)可控制生产过程的压力、温度,对瓦斯燃气超标自动报警; 
(2)能将含水的垃圾全部转化成燃气和燃气发电,且生产连续化; 
(3)属于缺氧干馏技术,燃气产物中不合二恶因; 
(4)本实用新型的设备属于工业上常规的商品,运行可靠,技术成熟,结构简单,维修方便,造价低廉; 
(5)本实用新型能将垃圾转化成人类急需的能源(燃气或电力),规模化的实行了生活垃圾的减量化、无害化和能源化利用,具有好的工业实用性。 
附图说明
附图1是本实用新型的结构图 
在图1中,1-破袋或破碎机;2-脱水机;3-进料机;4-干燥器;5-气体净化装置;6-引风机;7-进料机;8-气化炉;9-换热器;10-空气进口;11-储灰室;12-燃气净化装置;13-罗茨风机;14-燃气储柜;15-燃气发电机组;16-城镇燃气管网用户装置;17-污水净化装置;18-输送机;19-输送机;20-输送机;21-冷凝器;22-大齿轮;23-变速箱电机;24-热气体进口;25-温控仪;26-垃圾储池;27-制砖设备;28-水泵;29-自动控制屏;30-压力安全报警器;31-瓦斯燃气监测仪;32-污水池;33-炉删或排灰渣器。 
具体实施方式
如附图1所示,一种生活垃圾制取燃气和燃气发电的设备,该设备由压力安全报警装置、温度自控装置、瓦斯监测装置、垃圾脱水机、垃圾干燥机、垃圾热解气化炉、燃气净化装置、燃气储柜、燃气发电机组和污水净化装置组成;其特征在于:自动控制屏(29)中带有温控仪(32)、压力报警器(30)和瓦斯燃气监测仪(31);瓦斯燃气监测装置(31)的热传感器接在燃气储柜(14)中,温控仪(32)传感器接在热解气化炉(8)的内部,压力报警器(30)传感器接在热解气化炉(8)和燃气储柜(14)内部;破袋或破碎机(1)的卸料口与脱水机(2)的进料口联通,脱水机(20)的废水出口与废水池(32)联通,废水池(32)的出水口经泵(28)与污水净化装置(17)连接联通;脱水机(2)的固体卸料口与干燥机(4)的进料口连接相通,干燥器(4)的排气口经冷凝 器(21)、气体净化装置(5)与引风机(6)进气口连接相通,引风机(6)的排气口接通大气;干燥器(4)的固体干燥物出口与热解气化炉(8)上部配置的进料机(7)加料口联通;热解气化炉(8)中配置温度计,热解气化炉(8)的燃气产物出口经过冷凝器(9)与燃气净化装置(12)的燃气进口(26)用钢管联通,燃气净化装置(12)的排气口经过罗茨风机(13)与燃气储柜(14)连接相通,燃气储柜(14)的燃气出口与燃气发电机组(15)或是城镇燃气管网用户装置(16)用钢管联接相通; 
如下是本实用新型设备的实施例,但不受其限制: 
如附图1所示,将垃圾车运送的生活垃圾进行地衡称量、卸到垃圾储池(26),经过预处理(除去大件垃圾、泥土、石块、煤灰等无机物)和用破袋破碎机(1)破碎至小于5-10厘米,然后采用输送机(18、19)加入到垃圾脱水机(2)内进行挤压脱水,脱出的污水落入污水池(32)中,利用水泵(28)将污水池(32)内的污水抽到污水净化装置(17)中进行净化达标处理后排放;将脱水机(2)脱水后排出的固体垃圾经过输送机(20)、干燥机(4)的料斗(21)和进料机(3),连续化地加入到干燥机(4)内,本实施例采用常规的回转窑干燥釜作为本发明所述的干燥机(4),但不受其限制,热气体(如热空气或高温烟气)通过热气体进口(24)进输送到回转窑干燥机(4)内,将热气体与垃圾进行直接接触,用热气体给垃圾加热,垃圾受热后产生的水蒸汽及其它挥发气体从回转窑干燥机(4)中排出,经过冷凝器(21)降温后进入到气体净化装置(5)内进行环保净化达标处理,达标处理后的不凝结性气体(如空气)经过引风机(6)排到空中,从回转窑干燥机(4)排出的干燥后的垃圾经过进料机(7)输入到热解气化炉(8)内,本实施例采用常规的下吸式热解气化炉作为本发明所述的热解气化炉(8),但不受其限制;在热解气化炉(8)内,垃圾在被热解气化变成气相产物和残炭,残炭与从空气进口(10)进入的空气接触发生高温燃烧氧化反应,产生大量的热,此热量供给热解气化反应所需的热量,不断地将残炭燃烧后的无机灰渣经过炉删(33)排到储灰室(11)中,再从储灰室(11)输送到制砖设备(27)中制砖;不断地将热解气化炉(8)内产生的燃气引入到冷凝器(9)中进行降温冷凝,再从冷凝器(9)中引入到燃气净化装置(12)中脱除燃气中的焦油、酸性气体和尘埃等,对燃气进行除杂和净化达标处理,用罗茨风机(13)将燃气净化装置(12)中净化后排出的燃气输送到燃气储柜(14)缓存和备用;将燃气储存柜(14)中的燃 气输送到燃气发电机组(15)中发电,或是输送到城镇燃气管网用户装置(16)中作为工业炉用气或作为居民家庭用气;采用自动控制屏(29)对燃气储柜(14)内的压力和瓦斯燃气的泄露进行超压报警和瓦斯燃气的泄露进行监控,对热解气化炉(8)内的温度及压力变化进行监控,保证生产的安全运行。 

Claims (1)

1.一种生活垃圾制取燃气和燃气发电的设备,是由压力安全报警装置、温度自控装置、瓦斯监测装置、垃圾脱水机、垃圾干燥机、垃圾热解气化炉、燃气净化装置、燃气储柜、燃气发电机组和污水净化装置组成;其特征在于:自动控制屏(29)带有温控仪(32)、压力报警器(30)和瓦斯燃气监测仪(31);瓦斯燃气监测装置(31)传感器接在燃气储柜(14)中,温控仪(32)传感器接在热解气化炉(8)中,压力报警器(30)传感器接在热解气化炉(8)和燃气储柜(14)内部;破袋或破碎机(1)的卸料口与脱水机(2)的进料口联通,脱水机(20)的废水出口与废水池(32)联通,废水池(32)的出水口经泵(28)与污水净化装置(17)连接联通;脱水机(2)的固体卸料口与干燥机(4)的进料口连接相通,干燥器(4)的排气口经冷凝器(21)、气体净化装置(5)与引风机(6)进气口连接相通,引风机(6)的排气口接通大气;干燥器(4)的固体干燥物出口与热解气化炉(8)上部的进料机(7)加料口联通;热解气化炉(8)中配置温度计,热解气化炉(8)的燃气产物出口经过冷凝器(9)与燃气净化装置(12)的燃气进口(26)用钢管联通,燃气净化装置(12)的排气口经过罗茨风机(13)与燃气储柜(14)连接相通,燃气储柜(14)的燃气出口与燃气发电机组(15)或是城镇燃气管网用户装置(16)用钢管联接相通。 
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