CN204779495U - 一种以垃圾炭为原料制备燃气的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种以垃圾炭为原料制备燃气的装置，所述装置包括依次顺序连接的预处理单元、气化制气单元、高温燃气除尘单元、高温燃气余热回收单元和燃气脱硫单元；所述装置还进一步包括高温燃气余热回收单元。本实用新型提供的装置通过充分回收气化残渣、高温气体热量的多级利用技术和两级气化技术解决现有燃气制备技术对垃圾热解炭这种高灰分、低热值原料的适应性很差的问题，同时可降低成本，提高能源利用率和系统热效率，进而实现垃圾炭大规模处理和进一步资源化利用。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃气生产领域，具体涉及以垃圾炭为原料制备燃气的装置。
背景技术
随着国家城乡一体化建设的推进，城市垃圾的产量日益增加，对环境的影响也越发严重。城市垃圾处理是减轻城市污染，保障城市居民生活、工作条件和身体健康的重要和必要措施。城市垃圾处理的目的是要达到减量化，无害化和资源化。通常经过分选(手选或技术设备分选)，回收部分资源后，主要的处理方法是填埋，堆肥，焚烧和热解。其中，垃圾热解技术与其他技术相比在达到减量化的同时，可获得可燃气体以及少量油品产生再生能源，减少二次污染并达到再生资源的充分利用。
然而由于我国城市垃圾含水率高，垃圾成分复杂、波动性大，这种特性造成了热解后产物品质不稳定，进一步利用还存在问题，尤其是垃圾热解炭的利用问题。通过研究发现我国垃圾热分解后所剩余固体物中的灰分含量很高(>50％)，挥发份含量低且不均匀，杂质含量较多，市场销路不好，很难进行进一步的利用，大多数垃圾热解炭最终只能作为热解残渣进行填埋处理，不仅占用了土地资源，而且造成了能源的浪费。因此，仅通过现有热解技术无法经济、充分的实现城市垃圾资源化利用的效果。如果能够利用这种垃圾热解炭低成本、高效地制备工业或民用燃气，则能够提高垃圾热解资源化效率，更利于垃圾热解的工业化生产和推广。
现有燃气制备技术对垃圾热解炭这种高灰分、低热值原料的适应性很差，尚无相关报道。即使与煤掺混，利用现有制气工艺也需对装置进行改造，破坏了原有的工艺过程，对正常的工艺运行造成了影响；同时还存在制气效果差，掺混量有限，不能实现垃圾炭大规模处理，成本增加，能源利用率和热效率降低等问题。
专利文献CN1385647A公开了一种生活垃圾无害化处理，具体的说是一种生活垃圾或经炉内裂化后的炭碴实施处理后再利用的生活垃圾、炭碴造气装置。该专利是在一般的锅炉基础上，实施改造后，其顶部设置有气体回收装置，顶部侧端设置有进料装置，底部为排灰装置，作为生活垃圾、炭碴造气装置，经该装置处理后的炭碴和生活垃圾可以制造再生燃烧气体进行利用，实现无害化气体排放和排放出的固体是体积极小的灰的新型装置。但由于是在锅炉基础上实施改造的装置，其处理量、气化剂的选择等受到原有设备的限制；其气体净化除尘设施不适合高灰分垃圾炭制备燃气的净化要求，同时燃气热量未充分回收，造成能量损失；未充分回收灰分中所携带的大量显热，造成能源利用率低，热效率差的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种利用垃圾热解炭低成本、高效率的制备燃气的装置。本实用新型通过充分回收气化残渣、高温气体热量的多级利用技术和两级气化技术解决现有燃气制备技术对垃圾热解炭这种高灰分、低热值原料的适应性很差的问题，同时可降低成本，提高能源利用率和系统热效率，进而实现垃圾炭大规模处理和进一步资源化利用。
本实用新型提供了一种以垃圾炭为原料制备燃气的装置，所述装置包括依次顺序连接的预处理单元、气化制气单元、高温燃气除尘单元、高温燃气余热回收单元和燃气脱硫单元。
所述预处理单元包括相连的破碎装置和筛分装置。破碎装置设有垃圾炭的进料口。
所述气化制气单元包括制气单元。所述制气单元中包含相连的一级气化器和二级气化器；所述一级气化器与筛分装置相连。
所述的高温燃气除尘单元包括高温除尘单元，并与制气单元的二级气化器相连。高温除尘单元中包含高温旋风除尘器，根据除尘的实际需要，所述高温旋风除尘器可以为一级或串联的多级，级数越高，除尘效率越高。为了提高除尘效果，在高温除尘单元中，还可以在高温旋风除尘器后串联其它的除尘装置，如高温陶瓷过滤器。
所述高温燃气余热回收单元包括依次顺序连接的空气预热器、过热蒸汽单元、饱和蒸汽单元、省煤器和干法除尘器。
所述燃气脱硫单元包括脱硫装置，脱硫装置设有净燃气出口。
原料垃圾炭依次经过破碎装置、筛分装置、制气单元、高温除尘单元、空气预热器、过热蒸汽单元、饱和蒸汽单元、省煤器、间接冷却器以及脱硫装置后，即可获得洁净的燃气。
为了实现废料的循环利用，高温除尘单元还可以通过飞灰循环管道与制气单元相连，从而实现对飞灰的循环热解气化。
为了提高能源利用率和系统热效率，空气预热器还可以设置空气进气口，并通过空气气化剂管道与制气单元相连。将室温的空气通入空气预热器，经热交换后，所得到的热空气可以作为气化剂，通入制气单元。
为了提高能源利用率和系统热效率，所述装置还可以进一步包括高温灰渣余热回收单元，所述高温余渣余热回收单元可包括灰渣冷却单元。
所述灰渣冷却单元设有冷灰渣出口；制气单元还可以通过灰渣冷却管道与灰渣冷却单元相连。灰渣冷却后，取出，可实现废料的持续利用。
所述灰渣冷却单元还可进一步设置软化冷水的进水口，并通过蒸汽气化剂管道，依次经由省煤器、饱和蒸汽单元和过热蒸汽单元，与制气单元相连。
本实用新型进一步提供了采用所述装置制备燃气的方法，所述方法包括以下步骤：
(I)取垃圾炭，依次经破碎装置和筛分装置预处理后，得到粒径大于6mm的颗粒少于总量3％的气化原料；
(II)将步骤(I)所得气化原料通入制气单元，依次经制气单元中的一级气化器和二级气化器，在制气单元中的气化剂的作用下，热解气化，即得高温燃气和灰渣；
(III)将步骤(II)所得高温燃气通入高温除尘单元，经过高温除尘单元中的一级或串联的多级高温旋风除尘器，去除飞灰，即得一次净化的高温燃气；
(IV)将步骤(III)所得一次净化的高温燃气依次与空气预热器中的室温空气、过热蒸汽单元中的饱和蒸汽、饱和蒸汽单元中的高温水和省煤器中的低温水进行热交换，即得低温燃气；
(V)将步骤(IV)所得低温燃气通入间接冷却器，再通入脱硫装置，脱硫净化后，即得净燃气。
所述步骤(II)所得的高温燃气为气态，集中在制气单元的顶部，热解后残余的灰渣为固态，位于制气单元的底部，高温燃气与灰渣因性质不同而自然分离。所述高温燃气中，混有细小的固体颗粒状粉尘，即未热解气化的飞灰，需要经过步骤(III)将飞灰从高温燃气中去除。
所述方法还可以包括对步骤(III)所得飞灰的循环利用；具体为：将步骤(III)所得飞灰通过飞灰循环管道通入制气单元，进行循环热解气化。
所述方法还可以包括：将步骤(II)所得灰渣通过灰渣冷却管道通入灰渣冷却单元，与其中的软化冷水进行热交换；灰渣冷却到室温后，输出，即得冷灰渣。
本实用新型所述制气单元中需要气化剂，所述气化剂可以通过对制备过程中产生的副产物进行进一步加工获得，从而实现能源的高效利用。
具体而言，将室温的空气通入空气预热器，经过与一次净化的高温燃气进行热交换后，所得到的空气可作为气化剂通过空气气化剂管道通入制气单元。
将软化冷水通入灰渣冷却单元，经过与热灰渣进行热交换后，可得低温水，所述低温水可通过蒸汽气化剂管道，依次经过省煤器、饱和蒸汽单元和过热蒸汽单元与燃气进行逆向热交换，最终得到气化剂，通入制气单元中。
作为一种优选方案，本实用新型所述装置可按照以下步骤制备燃气：
(I)取垃圾炭，依次经破碎装置和筛分装置预处理后，得到粒径大于6mm的颗粒少于总量1％的气化原料；
(II)将步骤(I)所得气化原料通入制气单元，经制气单元中温度为850～860℃的一级气化器，在气化剂的作用下进行热解；将所得热解气和剩余固体物质一同通入温度为980～1000℃的二级气化器，在气化剂的作用下充分气化，即得900～950℃的高温燃气和950℃的灰渣；
所述灰渣通过灰渣冷却管道通入灰渣冷却单元，与其中的软化冷水进行热交换；灰渣冷却到室温后，取出，即得冷灰渣，外运作为建材使用；
(III)将步骤(II)所得高温燃气通入高温除尘单元，经过高温除尘单元中的一级或多级高温旋风除尘器，去除飞灰，即得温度为900～950℃的一次净化的高温燃气；
所述飞灰通过飞灰循环管道通入制气单元，进行循环热解气化；
(IV)将步骤(III)所得一次净化的高温燃气通入空气预热器，与其内的室温空气进行热交换，即得温度为700～750℃的燃气；再通入过热蒸汽单元，与其内185～195℃的饱和蒸汽进行热交换，即得温度为450～500℃的燃气；再通入饱和蒸汽单元，与其内100℃的高温水进行热交换，即得温度为280～300℃的燃气；再通入省煤器，与其内85～95℃的低温水进行热交换，即得温度为150℃的燃气；
同时，将室温的空气通入空气预热器，经过与一次净化的高温燃气进行热交换后，得到600～650℃的空气，作为气化剂通过空气气化剂管道通入制气单元；
同时，将软化冷水通入灰渣冷却单元，经过与灰渣热交换后，得到温度为80～95℃的软化水；所述软化水通过蒸汽气化剂管道，依次经过省煤器升温至100℃、再经过饱和蒸汽单元形成185～195℃饱和蒸汽、再经过热蒸汽单元形成600～650℃的过热蒸汽，所述过热蒸汽作为气化剂通入制气单元；
(V)将步骤(IV)所得温度为150℃的燃气通入间接冷却器，得到温度为25℃的燃气；再通入脱硫装置，脱硫净化后，即得洁净的燃气。
在实际生产过程中，上述步骤均为持续进行。
本实用新型所述垃圾炭为垃圾经常规方法热解后获得的垃圾炭。
本实用新型实现了以下优异效果：(1)实现了用垃圾热解炭大规模、低成本、清洁高效制备燃气的目的，气化过程不产生焦油和酚水等污染物；(2)提供一种高温燃气热量充分回收以及获得高温气化剂的装置和方法。采用空气预热器、过热蒸汽单元、饱和蒸汽单元、省煤器等多级换热装置一方面充分回收了高温气体热量，提高系统热效率，一方面将空气和水蒸汽气化剂预热到较高温度，可满足气化高灰分物质热量需求并降低比氧耗和比煤耗，进而降低燃气成本；(3)由于垃圾炭气化后的灰渣量较大，温度较高，携带大量的显热，直接冷却造成很大浪费，因此，本专利提供了一种充分回收高温灰渣显热的装置和方法。采用灰渣冷却器将大部分热量通过间接换热的方式传递给低温水，升温水进一步去预热产生过热蒸汽作为气化剂，进一步提高了系统的热效率和降低燃气成本。
附图说明
图1为实施例3所述装置的示意图；其中，1、破碎装置，2、筛分装置，3、制气单元，4、高温除尘单元，5、空气预热器，6、过热蒸汽单元，7、饱和蒸汽单元，8、省煤器，9、间接冷却器，10、脱硫装置，11、灰渣冷却单元；a、飞灰循环管道，b、空气气化剂管道，c、灰渣冷却管道，d、蒸汽气化剂管道。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例1
以垃圾炭为原料制备燃气的装置(部分参考图1)，由破碎装置1、筛分装置2、制气单元3、高温除尘单元4、空气预热器5、过热蒸汽单元6、饱和蒸汽单元7、省煤器8、间接冷却器9和脱硫装置10依次顺序连接而成；
所述破碎装置1设有垃圾炭进料口；
所述制气单元3中包含相连的一级气化器和二级气化器，其中，一级气化器与筛分装置2相连，二级气化器与高温除尘单元4相连；
所述高温除尘单元4中包含高温旋风除尘器；高温除尘单元4还通过飞灰循环管道a与制气单元3相连；
所述空气预热器5设有空气进气口；
所述脱硫装置10设有净燃气出口。
实施例2
以垃圾炭为原料制备燃气的装置(部分参考图1)，由破碎装置1、筛分装置2、制气单元3、高温除尘单元4、空气预热器5、过热蒸汽单元6、饱和蒸汽单元7、省煤器8、间接冷却器9和脱硫装置10依次顺序连接而成；该装置还设有灰渣冷却单元11；
所述破碎装置1设有垃圾炭进料口；
所述制气单元3中包含相连的一级气化器和二级气化器，其中，一级气化器与筛分装置2相连，二级气化器与高温除尘单元4相连；制气单元3还通过灰渣冷却管道c与灰渣冷却单元11相连，灰渣冷却单元11设有冷灰渣出口；
所述高温除尘单元4中包含高温旋风除尘器；高温除尘单元4还通过飞灰循环管道a与制气单元3相连；
所述空气预热器5设有空气进气口；空气预热器5还通过空气气化剂管道b与制气单元3相连；
所述脱硫装置10设有净燃气出口。
实施例3
以垃圾炭为原料制备燃气的装置(如图1所示)，由破碎装置1、筛分装置2、制气单元3、高温除尘单元4、空气预热器5、过热蒸汽单元6、饱和蒸汽单元7、省煤器8、间接冷却器9和脱硫装置10依次顺序连接而成；该装置还设有灰渣冷却单元11；
所述破碎装置1设有垃圾炭进料口；
所述制气单元3中包含相连的一级气化器和二级气化器，其中，一级气化器与筛分装置2相连，二级气化器与高温除尘单元4相连；制气单元3还通过灰渣冷却管道c与灰渣冷却单元11相连，灰渣冷却单元11设有冷灰渣出口；
所述高温除尘单元4中包含高温旋风除尘器；高温除尘单元4还通过飞灰循环管道a与制气单元3相连；
所述空气预热器5设有空气进气口；空气预热器5还通过空气气化剂管道b与制气单元3相连；
所述脱硫装置10设有净煤气出口；
所述灰渣冷却单元11设有软化冷水的进水口；灰渣冷却单元11还通过蒸汽气化剂管道d，依次经由省煤器8、饱和蒸汽单元7和过热蒸汽单元6与制气单元3相连。
实施例4
采用实施例3提供的装置制备燃气：
热解后的垃圾炭(性质见表1)，经破碎装置1、筛分装置2处理后，粒径3～6mm、大于6mm的颗粒为1％的垃圾炭先进入制气单元3的一级气化器与少量高温气化剂(600℃)进行高温热解(850℃)随后热解气、固产物一同进入二级气化器与来自空气预热器5和过热蒸汽单元6的高温气化剂(600℃)进行充分气化(980℃)，产生的高温燃气(900℃)依次经高温除尘单元4中的高温旋风除尘器和高温陶瓷过滤器除去飞灰，收集到的飞灰返回制气单元3循环制气，灰渣(950℃)进入灰渣冷却单元11与软化冷水(20℃)间接换热进行热量回收，使软化冷水升温到80℃，灰渣降温到90℃，再在灰仓内进一步冷却到室温外运作为建材使用；经灰渣冷却单元11升温到85℃的软化水先进入省煤器8与280℃的燃气换热升温至100℃，再进入饱和蒸汽单元7与450℃的燃气换热产生185℃的饱和蒸汽进入过热蒸汽单元6与700℃的高温燃气换热最终得到600℃过热蒸汽作为气化剂进入制气单元3；除去飞灰后的燃气首先进入空气预热器5与低温空气(20℃)换热使空气预热到600℃作为气化剂进入制气单元3，燃气降温后(700℃)先后进入过热蒸汽单元6、饱和蒸汽单元7和省煤器8分别与185℃的饱和蒸汽、100℃的水、85℃的水进行换热回收燃气剩余热量，使燃气温度分别降至450℃、280℃、150℃并进入间接冷却器9进一步降温至25℃后进入脱硫装置10脱硫净化后得到洁净燃气，燃气性质见表2。
表1：垃圾炭的工业和元素分析
表2：燃气性质分析
实施例5
采用实施例3提供的装置制备燃气：
热解后的垃圾炭(性质见表3)，经破碎装置1、筛分装置2处理后，粒径3-6mm、大于6mm的颗粒为1％的垃圾炭先进入制气单元3的一级气化器与少量高温气化剂(650℃)进行高温热解(860℃)随后热解气、固产物一同进入二级气化器与来自空气预热器5和过热蒸汽单元6的高温气化剂(650℃)进行充分气化(1000℃)，产生的高温燃气(950℃)依次经高温除尘单元4中的高温旋风除尘器和高温陶瓷过滤器除去飞灰，收集到的飞灰返回制气单元3循环制气，灰渣(950℃)进入灰渣冷却单元11与软化冷水(20℃)间接换热进行热量回收，使软化冷水升温到90℃，灰渣降温到90℃，再在灰仓内进一步冷却到室温外运作为建材使用；经灰渣冷却单元11升温到95℃的软化水先进入省煤器8与300℃的燃气换热升温至100℃，再进入饱和蒸汽单元7与500℃的燃气换热产生195℃的饱和蒸汽进入过热蒸汽单元6与750℃的高温燃气换热最终得到650℃过热蒸汽作为气化剂进入制气单元3；去除飞灰后的燃气首先进入空气预热器5与低温空气(20℃)换热使空气预热到650℃作为气化剂进入制气单元3，燃气降温后(750℃)先后进入过热蒸汽单元6、饱和蒸汽单元7和省煤器8分别与195℃的饱和蒸汽、100℃的水、95℃的水进行换热回收燃气剩余热量，使燃气温度分别降至500℃、300℃、150℃并进入间接冷却器9进一步降温至25℃后进入脱硫装置10脱硫净化后得到洁净燃气，燃气性质见表4。
表3：垃圾炭的工业和元素分析
表4：燃气性质分析
| 组分 | CO2 | CO | CH4 | C2H4 | H2 | H2S | N2 |
| V.％ | 14.7 | 18.83 | 2.3 | 0.57 | 10.33 | 0.16 | 52.91 |
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种以垃圾炭为原料制备燃气的装置，其特征在于，所述装置包括依次顺序连接的预处理单元、气化制气单元、高温燃气除尘单元、高温燃气余热回收单元和燃气脱硫单元；
所述预处理单元包括相连的破碎装置(1)和筛分装置(2)；
所述气化制气单元包括制气体单元(3)；所述制气体单元(3)中包含相连的一级气化器和二级气化器，所述一级气化器与筛分装置(2)相连；
所述的高温燃气除尘单元包括高温除尘单元(4)，并与制气体单元(3)的二级气化器相连；所述高温除尘单元(4)中包含高温旋风除尘器；
所述高温燃气余热回收单元包括依次顺序连接的空气预热器(5)、过热蒸汽单元(6)、饱和蒸汽单元(7)和省煤器(8)和间接冷却器(9)；
所述燃气脱硫单元包括脱硫装置(10)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，高温除尘单元(4)还通过飞灰循环管道(a)与制气体单元(3)相连。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，空气预热器(5)设有空气进气口；所述空气预热器(5)还通过空气气化剂管道(b)与制气体单元(3)相连。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括高温灰渣余热回收单元；
所述高温余渣余热回收单元包括灰渣冷却单元(11)；所述灰渣冷却单元(11)设有冷灰渣出口；
制气体单元(3)通过灰渣冷却管道(c)与灰渣冷却单元(11)相连。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括高温灰渣余热回收单元；
所述高温余渣余热回收单元包括灰渣冷却单元(11)；所述灰渣冷却单元(11)设有冷灰渣出口；
制气体单元(3)通过灰渣冷却管道(c)与灰渣冷却单元(11)相连。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述灰渣冷却单元(11)设有软化冷水的进水口；
所述灰渣冷却单元(11)还通过蒸汽气化剂管道(d)，依次经由省煤器(8)、饱和蒸汽单元(7)和过热蒸汽单元(6)，与制气体单元(3)相连。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述灰渣冷却单元(11)设有软化冷水的进水口；
所述灰渣冷却单元(11)还通过蒸汽气化剂管道(d)，依次经由省煤器(8)、饱和蒸汽单元(7)和过热蒸汽单元(6)，与制气体单元(3)相连。
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| CN104830375A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-08-12 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 | 一种以垃圾炭为原料制备燃气的方法和装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104830375A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-08-12 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 | 一种以垃圾炭为原料制备燃气的方法和装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Address after: 102200 Beijing city Changping District Machi Town cow Road No. 18 Patentee after: Shenwu science and technology group Limited by Share Ltd Address before: 102200 Beijing city Changping District Machi Town cow Road No. 18 Patentee before: Beijing Shenwu Environment Energy Technology Group Co., Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: Use device of rubbish charcoal as raw materials preparation gas Effective date of registration: 20180307 Granted publication date: 20151118 Pledgee: Bank of Nanjing, Limited by Share Ltd, Beijing branch Pledgor: Shenwu science and technology group Limited by Share Ltd Registration number: 2018990000177 |
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Date of cancellation: 20210724 Granted publication date: 20151118 |
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Effective date of registration: 20210724 Granted publication date: 20151118 |
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