CN204848778U - 蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉，包括等离子气化反应炉和蓄热式换热系统，等离子气化反应炉内进行气化反应；在等离子气化反应炉的下段上安装蓄热式换热系统，蓄热式换热系统包括两个蓄热室、蓄热体、两个合成气气体通道、四通换向阀，两个蓄热室对称布置于等离子气化反应炉外两侧，蓄热体充满蓄热室；蓄热室顶部通过合成气气体通道与等离子气化反应炉的合成气出口相连，底部通过管路连接至四通换向阀；本实用新型采用等离子气化反应炉产生的合成气来加热气化空气，回收热解气化气的显热，以提高能量利用率；采用蓄热式换热系统进行蓄热换热，从而提高生活垃圾转化率和产气热值，降低等离子炬耗电功率。
Description
技术领域
本实用新型涉及以城市生活垃圾为主的固态废弃物的热解处理的气化炉设备，具体是蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉。
背景技术
随着我国工业化和城市化进程的加速和物质消费的日趋上升，城市生活垃圾的产量与日俱增、带来的环境问题日益严重。生活垃圾气化处理技术与常规的垃圾处理方法相比，气化处理技术具有能源回收利用率高、二次污染小、烟气量小、后处理设备简单等优点。但我国城市生活垃圾具有低热值、高水分、成分波动大的特点，其平均热值在1000kcal/kg左右，不具备采用气化熔融技术以彻底解决灰渣中二噁英和重金属等二次污染物排放的问题。
目前气化炉技术是一种新型的垃圾处理技术，也出现了采用等离子炬方式的气化炉，例如：公开号为CN104449854A，公开日为2015年3月25日的中国专利文献，公开了一种带水冷壁的一体式垃圾等离子体气化炉，气化炉炉膛分为上部的合成气重整区、中部的气化区和下部的废渣熔融区；合成气重整区内在同一水平面上均匀设有三支等离子体炬一；气化区的侧面与进料系统相连，侧面还设有进气口，底面设有用于承载垃圾的炉排；废渣熔融区的侧面中间设置有三个环绕的等离子体炬二。该方案的气化炉可使常规气化、合成气重整与废渣熔融在一个气化炉内完成，利用垃圾自身热值先进行常规气化，但是该种结构还不能更好更完全地对生活垃圾的有机成分进行利用。然而用等离子炬直接气化生活垃圾、熔融灰渣需要消耗极大的功率，其耗电率可到其产电力的30%～40%，由于耗电过高导致运营成本大大增加，且该方法气化垃圾，后续产生的热解气化气温度较高，产气显热浪费严重。
实用新型内容
本实用新型针对现有生活垃圾等离子气化熔融技术存在的缺陷和不足，提供一种蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉，可以有效回收利用热解气化合成气能量，具体是采用蜂窝陶瓷蓄热体作为热回收元件，将热解气化合成气中的显热回收并加热气化剂，通过加热气化剂提高气化温度和产气热值；另外，通过加热气化剂的方式可以提高气化炉的运行温度，从而提高生活垃圾转化率和产气热值，并以有效的降低等离子炬耗电功率。
本实用新型的技术方案如下：
蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉，其特征在于：包括等离子气化反应炉和蓄热式换热系统，等离子气化反应炉包括依次从上至下依次分布的顶部的垃圾入口、中部的热解气化反应室、下部的灰渣熔融室，灰渣熔融室的筒体上均匀布置有多个处于同一水平面的等离子体炬安装口，等离子体炬安装口均安装有等离子体炬，灰渣熔融室的筒体上还均匀布置有两个处于另一水平面的合成气出口，合成气出口高于等离子体炬安装口；蓄热式换热系统安装于灰渣熔融室处，蓄热式换热系统包括两个对称的蓄热室、蓄热体、两个合成气气体通道、四通换向阀，两个蓄热室对称布置于等离子气化反应炉的灰渣熔融室外两侧，蓄热室内充满蓄热体，蓄热室的顶部分别通过对应的合成气气体通道与灰渣熔融室的合成气出口相连，蓄热室的底部通过管路分别连接至四通换向阀。
所述蓄热体为陶瓷球或者蜂窝陶瓷蓄热体。
为防止垃圾、灰渣等固体颗粒接触到蓄热体，造成蓄热体堵塞，不仅在合成气气体通道上均布置有吹扫管道，吹扫管道上布置有电磁阀，当合成气通过排气口排出时，按一定时间间隔程序打开吹扫管道上的电磁阀通入吹扫气，通过吹扫气将排气管道上的灰尘吹回到气化炉内；还在合成气出口处均设置有挡灰门，挡灰门可以有效的防止灰渣等固体颗粒通过合成气接触带蓄热体。
所述合成气出口的中心线与热解气化反应室的垂直中心线之间的夹角为β角，β为50-70°。
所述四通换向阀其中一路开口为空气入口，另一路开口为气化剂入口。因此，空气通过空气入口、管路进入到蓄热室后，进一步的，合成气出口同时也就作为热解气化剂空气入口。
所述等离子体炬安装口的中心线与筒体的垂直中心线之间的夹角为α，α的范围为50-70°，等离子体炬安装口的中心线与筒体水平中心线呈γ角，γ为30-50°。
所述垃圾入口为一窄长的喉部通道，内壁为耐火衬里；喉部通道为一锥形管。
所述热解气化反应室包括顶部封头、中部筒体、底部锥口；热解气化反应室侧壁包括内壁、中间层和外壁，内壁为整体浇注的耐火材料保护衬，中间层为保温层，外壁为壳体。所述顶部封头的壳体与中部筒体的壳体通过法兰连接，中部筒体的壳体与底部锥口的壳体通过焊接连接；所述垃圾入口安装于在顶部封头的上端。
所述灰渣熔融室的内壁为整体浇注的耐火衬里，中部为保温层，外壁为壳体部分；所述灰渣熔融室的壳体与热解气化反应室的底部锥口的壳体通过法兰连接。
所述灰渣熔融室底部开有一排渣口。
本实用新型的具体工作过程如下：
（一）等离子气化反应炉的工作流程
生活垃圾自垃圾入口进入到等离子气化反应炉，整个等离子气化反应炉内生活垃圾自上往下可以分为干燥区、热解区、气化区和灰渣熔融区，干燥区、热解区、气化区对应于热解气化反应室内，灰渣熔融区对应于灰渣熔融室内；
生活垃圾通过重力从上往下落入到等离子气化反应炉中的热解气化反应室内；
在等离子炬的热功率及空气气化剂的作用下，在灰渣熔融室内形成高温的气化熔融区域，灰渣熔融室内的热量向上传递，使得热解气化反应室内的垃圾受热发生热解和干燥，垃圾热解气化后的灰和残渣，则进入到灰渣熔融室；
在灰渣熔融室内：垃圾热解气化后的灰、残渣和未完全反应的生活垃圾在等离子炬提供的高温热源下进一步发生热解气化反应，未反应的灰、残渣的燃尽所需要的空气通过空气入口补充；燃尽后剩余的炉渣经等离子炬提供的高温进行熔融，并通过高温将炉渣中未反应的有机物及有害物质再次气化，并除掉炉渣中的二噁英和呋喃，最后成为熔融状态的无机物和金属通过排渣口排出等离子气化反应炉。
在灰渣熔融室中二次气化及燃尽产生的合成气与热解气化反应室产生的合成气通过合成气出口排出等离子气化反应炉进入到蓄热式换热系统中。
（二）蓄热式换热系统的工作流程
在蓄热式换热系统中，作为气化剂和助燃剂的常温空气通过空气入口16在四通换向阀的控制下从一侧进入到其中一个蓄热室，吸收高温蓄热体的热量后通过合成气气体通道进入到灰渣熔融室作为生活垃圾热解气化的气化剂和未反应的残炭燃尽的助燃空气；产生的高温合成气从另一侧合成气气体通道进入到另一个蓄热室，在高温合成气流过另一个蓄热室内的蓄热体时，另一个蓄热室内的蓄热体吸收高温合成气的热量并升温，高温合成气温度降低并从四通换向阀排出；四通换向阀切换进排气流向，上一过程中吸热的另一个蓄热室内的蓄热体内流过低温的气化空气时，该蓄热体释放热量加热气化剂，此时另一侧的蓄热体吸收合成气中的显热并升温；重复上述的过程，即完成热量的回收。
本实用新型的有益效果如下：
（1）本实用新型通过采用等离子气化反应炉产生的合成气来加热气化空气的方式，回收热解气化气的显热，以提高能量利用率。
（2）本实用新型通过加热空气气化剂的方式可以提高气化炉的运行温度，从而提高生活垃圾转化率和产气热值，并可以有效的降低等离子炬耗电功率。
（3）本实用新型通过高温空气气化生活垃圾，有效的提高垃圾气化合成气的品质。
本实用新型将气化与等离子熔融处理技术相结合，使得在对生活垃圾的有机成分加以利用的同时，还可以对无机成分进行稳定化无害化处理和资源化利用，从而根本上解决了二噁英和重金属等二次污染问题，有着广阔的发展前景。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为图1中的A-A截面剖视示意图；
其中，附图标记为：1热解气化反应室，2耐火材料保护衬，3保温层，4壳体，5垃圾入口，5-1锥形管，6-1顶部封头，6-2中部筒体，6-3底部锥口，7灰渣熔融室，7-1等离子安装口，7-2合成气出口，7-3排渣口，8法兰，9A、9B蓄热室、10四通换向阀，11A、11B蓄热体，12A、12B合成气气体通道，13A、13B吹扫管道，14A、14B挡灰门，15气化剂入口，16空气入口，17法兰，18耳式支座。
具体实施方式
如图1-2所示，下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：
蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉包括等离子气化反应炉和蓄热式换热系统，等离子气化反应炉包括依次从上至下依次分布的顶部的垃圾入口5、中部的热解气化反应室1、下部的灰渣熔融室7，灰渣熔融室7的筒体上均匀布置有多个处于同一水平面的等离子体炬安装口7-1，等离子体炬安装口7-1均安装有等离子体炬，灰渣熔融室7的筒体上还均匀布置有两个处于另一水平面的合成气出口7-2，合成气出口7-2高于等离子体炬安装口7-1；蓄热式换热系统安装于灰渣熔融室7处，蓄热式换热系统包括两个对称的蓄热室9A和9B、蓄热体、两个合成气气体通道12A和12B、四通换向阀10，两个蓄热室9A和9B对称布置于灰渣熔融室7外的两侧，两个蓄热室9A和9B内充满蓄热体11A和11B，蓄热室9A和9B的顶部分别通过对应的合成气气体通道12A和12B与灰渣熔融室7的合成气出口7-2相连，蓄热室9A和9B的底部通过管路分别连接至四通换向阀10。
所述蓄热体11A和11B为陶瓷球或者蜂窝陶瓷蓄热体。
为防止垃圾、灰渣等固体颗粒接触到蓄热体，造成蓄热体堵塞，不仅在合成气气体通道12A和12B上均布置有吹扫管道13A、13B，吹扫管道13A、13B上布置有电磁阀；当合成气通过排气口排出时，按一定时间间隔程序打开吹扫管道13A、13B上的电磁阀通入吹扫气，通过吹扫气将排气管道上的灰尘吹回到气化炉内；同时，合成气出口7-2处还分别设置有挡灰门14A、14B，挡灰门14A、14B可以有效的防止灰渣等固体颗粒通过合成气接触带蓄热体11A、11B。
所述合成气出口7-2的中心线与热解气化反应室1的垂直中心线之间的夹角为β角，β为50-70°。
所述四通换向阀10的其中一路开口为空气入口16，另一路开口为气化剂入口15。因此，空气通过空气入口16、管路进入到蓄热室9A后，进一步的，合成气出口7-2同时也就作为热解气化剂空气入口。
所述等离子体炬安装口7-1的中心线与筒体的垂直中心线之间的夹角为α，α的范围为50-70°，等离子体炬安装口7-1的中心线与筒体水平中心线呈γ角，γ为30-50°。
所述等离子体炬安装口7-1的个数可以是两个，也可以是三个，也可以是四个，或者更多个，根据具体情况设置。
所述垃圾入口5为一窄长的喉部通道，内壁为耐火衬里；喉部通道为一锥形管5-1。
所述热解气化反应室1包括顶部封头6-1、中部筒体6-2、底部锥口6-3；热解气化反应室1的侧壁包括内壁、中间层和外壁，内壁为整体浇注的耐火材料保护衬2，中间层为保温层3，外壁为壳体4，壳体4可以是钢板材质。所述顶部封头6-1的壳体与中部筒体6-2的壳体通过法兰8连接，中部筒体6-2的壳体与底部锥口6-3的壳体通过焊接连接；所述垃圾入口5安装于在顶部封头6-1的上端。
所述灰渣熔融室7的内壁为整体浇注的耐火衬里，中部为保温层，外壁为壳体部分；所述灰渣熔融室7的壳体与热解气化反应室1的底部锥口的壳体通过法兰17连接。
所述灰渣熔融室7底部开有一排渣口7-3。
所述等离子气化反应炉通过均匀布置在热解气化反应室筒体6-2中间位置上的三个耳式支座18固定。
本发明蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉的工作过程如下：
（一）等离子气化反应炉的工作流程
生活垃圾自垃圾入口5进入到等离子气化反应炉，整个等离子气化反应炉内生活垃圾自上往下可以分为干燥区、热解区、气化区和灰渣熔融区，干燥区、热解区、气化区对应于热解气化反应室1内，灰渣熔融区对应于灰渣熔融室7内；
生活垃圾通过重力从上往下落入到等离子气化反应炉中的热解气化反应室1内；
在等离子炬的热功率及空气气化剂的作用下，在灰渣熔融室7内形成高温的气化熔融区域，灰渣熔融室内的热量向上传递，使得热解气化反应室1内的垃圾受热发生热解和干燥，垃圾热解气化后的灰和残渣，则进入到灰渣熔融室7；
在灰渣熔融室7内：垃圾热解气化后的灰、残渣和未完全反应的生活垃圾在等离子炬提供的高温热源下进一步发生热解气化反应，未反应的灰、残渣的燃尽所需要的空气通过空气入口16补充；燃尽后剩余的炉渣经等离子炬提供的高温进行熔融，并通过高温将炉渣中未反应的有机物及有害物质再次气化，并除掉炉渣中的二噁英和呋喃，最后成为熔融状态的无机物和金属通过排渣口7-3排出等离子气化反应炉。
在灰渣熔融室7中二次气化及燃尽产生的合成气与热解气化反应室产生的合成气通过合成气出口7-2排出等离子气化反应炉进入到蓄热式换热系统中；
（二）蓄热式换热系统的工作流程
在蓄热式换热系统中，作为气化剂和助燃剂的常温空气通过空气入口16在四通换向阀10的控制下从一侧进入到蓄热室9A，吸收高温蓄热体11A的热量后通过合成气气体通道12A进入到灰渣熔融室7作为生活垃圾热解气化的气化剂和未反应的残炭燃尽的助燃空气；产生的高温合成气从另一侧合成气气体通道12B进入到蓄热室9B，在高温合成气流过蓄热体11B时，蓄热体11B吸收高温合成气的热量并升温，高温合成气温度降低并从四通换向阀10排出；四通换向阀10切换进排气流向，上一过程中吸热的蓄热体11B内流过低温的气化空气，蓄热体11B释放热量加热气化剂，此时另一侧的蓄热体11A吸收合成气中的显热并升温；
重复上述的过程，即完成热量的回收。
Claims (10)
1.蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉，其特征在于：包括等离子气化反应炉和蓄热式换热系统，等离子气化反应炉包括依次从上至下依次分布的顶部的垃圾入口（5）、中部的热解气化反应室（1）、下部的灰渣熔融室（7），灰渣熔融室（7）的筒体上均匀布置有多个处于同一水平面的等离子体炬安装口（7-1），等离子体炬安装口（7-1）均安装有等离子体炬，灰渣熔融室（7）的筒体上还均匀布置有两个处于另一水平面的合成气出口（7-2），合成气出口（7-2）高于等离子体炬安装口（7-1）；蓄热式换热系统安装于灰渣熔融室（7）处，蓄热式换热系统包括两个对称的蓄热室、蓄热体、两个合成气气体通道、四通换向阀（10），两个蓄热室对称布置于等离子气化反应炉的灰渣熔融室（7）外两侧，蓄热室内充满蓄热体，蓄热室的顶部分别通过对应的合成气气体通道与灰渣熔融室（7）的合成气出口（7-2）相连，蓄热室的底部通过管路分别连接至四通换向阀（10）。
2.根据权利要求1所述的蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉，其特征在于：所述蓄热体为陶瓷球或者蜂窝陶瓷蓄热体。
3.根据权利要求1所述的蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉，其特征在于：所述合成气气体通道上均布置有吹扫管道，吹扫管道上布置有电磁阀；所述合成气出口（7-2）处均设置有挡灰门。
4.根据权利要求1所述的蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉，其特征在于：所述合成气出口（7-2）的中心线与热解气化反应室（1）的垂直中心线之间的夹角为β角，β为50-70°。
5.根据权利要求1所述的蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉，其特征在于：所述四通换向阀（10）其中一路开口为空气入口（16），另一路开口为气化剂入口（15）。
6.根据权利要求1所述的蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉，其特征在于：所述等离子体炬安装口（7-1）的中心线与筒体的垂直中心线之间的夹角为α，α的范围为50-70°，等离子体炬安装口（7-1）的中心线与筒体水平中心线呈γ角，γ为30-50°。
7.根据权利要求1所述的蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉，其特征在于：所述垃圾入口（5）为一窄长的喉部通道，内壁为耐火衬里；喉部通道为一锥形管（5-1）。
8.根据权利要求1所述的蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉，其特征在于：所述热解气化反应室（1）包括顶部封头（6-1）、中部筒体（6-2）、底部锥口（6-3）；热解气化反应室（1）侧壁包括内壁、中间层和外壁，内壁为整体浇注的耐火材料保护衬（2），中间层为保温层（3），外壁为壳体（4）；所述顶部封头（6-1）的壳体（4）与中部筒体（6-2）的壳体（4）通过法兰（8）连接，中部筒体（6-2）的壳体（4）与底部锥口（6-3）的壳体（4）通过焊接连接；所述垃圾入口（5）安装于在顶部封头（6-1）的上端。
9.根据权利要求1所述的蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉，其特征在于：所述灰渣熔融室（7）的内壁为整体浇注的耐火衬里，中部为保温层，外壁为壳体部分；所述灰渣熔融室（7）的壳体与热解气化反应室（1）的底部锥口（6-3）的壳体通过法兰（17）连接。
10.根据权利要求1所述的蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉，其特征在于：所述灰渣熔融室（7）底部开有一排渣口（7-3）。
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| CN201520578893.8U CN204848778U (zh) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | 蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉 |
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|---|---|
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Country Status (1)
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104974795A (zh) * | 2015-08-05 | 2015-10-14 | 中国东方电气集团有限公司 | 蓄热式高温空气气化、等离子熔融的生活垃圾气化炉 |
| CN106402882A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-02-15 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 | 一种双蓄热式热解油燃烧制气系统及方法 |
| CN108774548A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-09 | 加拿大艾浦莱斯有限公司 | 一种高温空气水蒸气气化系统及制取高品质合成气的方法 |
| CN114716133A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-07-08 | 中信环境技术（广州）有限公司 | 一种多热源耦合熔融装置及方法 |
-
2015
- 2015-08-05 CN CN201520578893.8U patent/CN204848778U/zh active Active
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