CN206916082U - 一种基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统，包括干燥装置、炉排气化炉、重整净化室、换热室、气化风机、补燃风机、干燥风机、引风机、1#动力波洗涤塔、2#动力波洗涤塔、储气罐和垃圾储坑；干燥装置的顶部、2#动力波洗涤塔、干燥风机、换热室和干燥装置的底部通过管路依次连通、形成循环；干燥装置、炉排气化炉、重整净化室、换热室、1#动力波洗涤塔、引风机和储气罐通过管路依次连通；垃圾储坑、补燃风机、换热室和重整净化室通过管路依次连通；垃圾储坑、气化风机、换热室和炉排气化炉通过管路依次连通。本实用新型通过干燥装置对固体废弃物预干燥，降低了进入炉排气化炉的垃圾水分含量，提高了合成气热值；节约了气体处理成本。

Description

一种基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统，属于废固利用领域。

背景技术

伴随着中国经济的快速增长和城镇化水平的提高，固体废物尤其是城镇生活垃圾的产生量也迅速上升，造成了严重的环境和社会问题。卫生填埋和垃圾焚烧是目前我国处理生活垃圾的主要手段，在一定时期内对缓解因垃圾过量而带来的环境和社会问题起到了积极作用，但是卫生填埋不能有效的利用生活垃圾中的热量，且占用大量的土地，生活垃圾在填埋坑中会发酵产生渗滤液和甲烷气体，渗滤液会对周围土壤、地下水构成长期的威胁，甲烷则对全球温室效应产生负面影响。垃圾焚烧具有减量化，资源化处理生活垃圾的特点，但是二噁英类有毒有害物质的低浓度排放和飞灰的无害化处理是垃圾焚烧面临的技术难题。随着国内外环保要求的日益提高，垃圾热解气化逐渐受到人们的关注和研究。

垃圾热解气化技术中按照对热解气的利用方式可分为两大类：1、炉内直接燃烧热解气，利用蒸汽轮机发电或供热；2、对热解气进行净化储存，利用燃气轮机发电。第一种利用方式与垃圾焚烧相比可以显著减少过量空气系数，降低烟气处理量。第二种利用方式根据对热解气中焦油的处理方法可细分为三类：1、直接水洗焦油净化；2、催化剂催化裂解焦油净化；3、高温裂解焦油净化。水洗焦油会损失掉焦油热值和热解气的显热，同时焦油转移到洗涤水中会带来二次污染。催化剂催化裂解焦油需要大量的催化剂，且气体中的酸性气体如H₂S会使催化剂中毒失活。高温裂解焦油通过热解气的部分燃烧形成高温，焦油在高温气氛中重整转化为小分子气体(CO、H₂和CO₂等)。焦油高温裂解净化技术是通过热解气的部分燃烧形成高温，因此热解气的初始温度越高，则达到相同温度时，热解气部分燃烧的量越少，最终可燃气的热值越高。提高热解气初始温度的有效方法就是降低垃圾的水分，因此本申请对垃圾预干燥的气化方法进行了研究。

实用新型内容

针对现有固体废弃物，尤其是城镇生活垃圾气化技术中存在的缺陷和不足，提供了一种基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统，通过垃圾预干燥提高合成气的热值，通过换热系统充分利用高温合成气的显热，最终实现气化炉的高效率运行，同时避免焦油堵塞及二噁英类气体造成的二次污染。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统，包括干燥装置、炉排气化炉、重整净化室、换热室、气化风机、补燃风机、干燥风机、引风机、1#动力波洗涤塔、2#动力波洗涤塔、储气罐和垃圾储坑；

干燥装置的顶部、2#动力波洗涤塔、干燥风机、换热室和干燥装置的底部通过管路依次连通、形成循环；

干燥装置、炉排气化炉、重整净化室、换热室、1#动力波洗涤塔、引风机和储气罐通过管路依次连通；

垃圾储坑、补燃风机、换热室和重整净化室通过管路依次连通；

垃圾储坑、气化风机、换热室和炉排气化炉通过管路依次连通。

高温干燥气与固体废弃物在干燥装置内进行逆流换热和传质，通过与干燥风的逆流换热降低固体废弃物的水分，提高固体废弃物的热值。

气化炉出口的粗合成气在重整净化室与高温补燃空气混合燃烧形成1100-1300℃的高温，在高温作用下焦油被裂解成小分子气体，二噁英等有害气体也被分解。

换热室对高温合成气的显热进行梯级回收，用于加热气化空气、补燃空气和干燥气。

重整净化室的操作温度范围在1100-1300℃，最优操作温度在1200℃左右。粗合成气和补燃空气在重整净化炉内非完全燃烧形成高温，将大分子焦油裂解成小分子气体，二噁英等有毒有害物质彻底分解。

1#动力波洗涤塔主要用于合成气的冷却、酸性气体的脱除及除尘。2#动力波洗涤塔主要用于干燥气的冷却和除尘。储气罐用于洁净合成气的储存。

本实用新型对固体废弃物的热值有较强的适应性，生产的合成气可用来发电、合成液体燃料和用于精细化工。

为了进一步提高垃圾的热值，干燥装置为回转窑。干燥装置采用回转窑对垃圾进行初步干燥脱水处理，提高进入炉排气化炉的热值。

为了进一步提高热利用率，换热室内设有第一换热器、第二换热器和第三换热器；垃圾储坑、补燃风机、第一换热器和重整净化室通过管路依次连通；垃圾储坑、气化风机、第二换热器和炉排气化炉通过管路依次连通；干燥装置的顶部、2#动力波洗涤塔、干燥风机、第三换热器和干燥装置的底部通过管路依次连通、形成循环。

所述的换热室主要用于合成气显热回收。通过换热器将补燃风加热到600℃左右，气化风加热到350℃左右，干燥风加热到200℃左右，控制出口合成气的温度在200℃。

为了进一步提高固废的利用率，炉排气化炉为机械炉排炉。进一步优选，炉排气化炉包括料斗、料斗挡板、推料器、气化炉炉膛、炉排系统、漏渣斗、点火燃烧器和出渣机；料斗、料斗挡板、推料器、气化炉炉膛和出渣机顺序相接；炉排系统设在气化炉炉膛内，漏渣斗设在气化炉炉膛内炉排系统的底部；点火燃烧器的燃烧头伸入气化炉炉膛内；干燥装置与料斗相接，气化炉炉膛与重整净化室相接。料斗用于储存垃圾，料斗挡板用于密封和破拱。炉排系统对垃圾进行翻滚推进。漏渣斗用于收集从炉排间隙处掉下的小颗粒垃圾和炉渣，同时从侧面接收气化风，然后通过炉排向炉内均匀供风。固体废弃物堆积在料斗内，由推料器送入气化炉炉膛，在气化炉炉膛内垃圾经过干燥、热分解和燃烧最终形成粗合成气和灰渣，粗合成气进入重整净化室，灰渣在燃烧段炉排的作用下进入出渣机。出渣机用于炉渣的排出，并对气化炉进行水封。

气化炉炉膛的操作温度范围在700-900℃，最优操作温度为800℃左右。

为了更进一步提高固废的利用率，炉排系统包括顺序相接的干燥段炉排、热解段炉排和燃烧段炉排，干燥段炉排的高度高于热解段炉排，热解段炉排的高度高于燃烧段炉排，干燥段炉排、热解段炉排和燃烧段炉排的下方均分别设有漏渣斗；垃圾储坑、气化风机和第二换热器通过管路依次连通，从第二换热器引出的气化风分支为三路，分别通向干燥段炉排、热解段炉排和燃烧段炉排下方的漏渣斗。通过控制高温气化空气的量使气化炉的炉膛温度维持在800℃左右。

炉排气化炉包括垃圾干燥区、气化热解区和燃烧区，分别对应于干燥段炉排、热解段炉排和燃烧段炉排，在干燥区内垃圾的水分进一步析出，在热解区垃圾析出挥发分，剩余的焦炭进入燃烧区进行燃烧，生成的高温气体为垃圾热解和干燥提供热量，反应剩余的炉渣进入出渣机。

利用上述基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统制备合成气的方法，包括顺序相接的如下步骤：

A、固体废弃物首先在干燥装置内进行预干燥，干燥风与固体废弃物逆流换热，干燥风的温度逐渐降低，水分含量逐渐增加，干燥风随后进入2#动力波洗涤塔，2#动力波洗涤塔对干燥装置出来的干燥风进行冷却和洗涤除尘，然后洁净的干燥风由干燥风机引入换热室，温度升高后再次进入干燥装置；

B、经干燥装置干燥后的固体废弃物进入炉排气化炉，得到粗合成气，炉排气化炉内的气化风来自垃圾储坑区，经过气化风机获得动能和压力势能后进入换热室，经加热升温后进入炉排气化炉；

C、粗合成气进入重整净化室内与补燃风混合燃烧形成高温，将大分子焦油裂解成小分子气体、将有毒有害物质彻底分解，得到高温合成气，其中，补燃风来自垃圾储坑区，经过补燃风机获得动能和压力势能后进入换热室，经加热升温后进入重整净化室；

D、重整净化室所得的高温合成气通过换热室内降温后进入1#动力波洗涤塔，1#动力波洗涤塔对合成气进行冷却、酸性气体的脱除及除尘，随后合成气在引风机的作用下进入储气罐。

步骤D合成气的显热被回收利用。

为了进一步提高固废的利用率，步骤B为：经干燥装置干燥后的固体废弃物进入料斗，然后通过推料器进入气化炉炉膛，在气化炉炉膛内，固体废弃物通过干燥段炉排翻滚前进，气化风从漏渣斗的侧面进入干燥段炉排的下方，然后通过干燥段炉排向气化炉炉膛均匀供风，随着垃圾与气化风传热传质的进行，固体废弃物的水分进一步降低，热值升高，随后进入热解段炉排，固体废弃物在热解段炉排的作用下翻滚前进，垃圾内的挥发分逐渐释放，热解后的垃圾在燃烧段炉排的作用下翻滚前进，最终燃尽变为灰渣落入出渣机，同时得到粗合成气。

为了进一步降低有害气体的排放，粗合成气进入重整净化室内与补燃风混合燃烧形成1100-1300℃的高温；气化炉炉膛的操作温度范围在700-900℃。

换热室将合成气显热回收，通过换热器将补燃风加热到600±10℃，将气化风加热到350±10℃，将干燥风加热到200±10℃，换热室出口合成气的温度为200±10℃。

本实用新型未提及的技术均参照现有技术。

本实用新型基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统，通过干燥装置对固体废弃物预干燥，降低了进入炉排气化炉的垃圾水分含量，提高了合成气热值；同时有效降低了合成气处理量，节约了气体处理成本；重整净化室的高温(1100-1300℃)有利于焦油的裂解重整和二噁英类有毒有害气体的完全分解；换热室内的换热器对高温合成气的显热梯级利用；将补燃风加热到600℃，用于粗合成气的不完全燃烧；加热干燥气和气化风，用于干燥装置内垃圾的预干燥和气体室的热解燃烧；炉排系统通过对垃圾的翻滚，使垃圾与气体的接触更加均匀，垃圾的干燥、热解和燃烧更加迅速，有利于单位炉排垃圾处理量的提高；与焚烧相比，系统的空气系数低、合成气量小，且无需等离子火炬辅助加热，因此耗电量少。

附图说明

图1为实用新型基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统示意图。

图中，1、回转窑；2、料斗；3、料斗挡板；4、推料器；5、漏渣斗；6、干燥段炉排；7、热解段炉排；8、燃烧段炉排；9、点火燃烧器；10、出渣机；11、炉排气化炉；12、重整净化室；13、换热室；14、换热器；15、引风机；16、1#动力波洗涤塔；17、储气罐；18、气化风机；19、补燃风机；20、干燥风机；21、2#动力波洗涤塔；22、垃圾储坑；23、固体废弃物。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图所示，基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统，包括干燥装置、炉排气化炉、重整净化室、换热室、气化风机、补燃风机、干燥风机、引风机、1#动力波洗涤塔、2#动力波洗涤塔、储气罐和垃圾储坑；换热室内设有第一换热器、第二换热器和第三换热器；

垃圾储坑、补燃风机、第一换热器和重整净化室通过管路依次连通；垃圾储坑、气化风机、第二换热器和炉排气化炉通过管路依次连通；干燥装置的顶部、2#动力波洗涤塔、干燥风机、第三换热器和干燥装置的底部通过管路依次连通、形成循环。

干燥装置的顶部、2#动力波洗涤塔、干燥风机、换热室和干燥装置的底部通过管路依次连通、形成循环；也即利用重整净化室得到的混合气对补燃风、气化风和干燥风进行预热，使热量得到了有效的利用；

干燥装置、炉排气化炉、重整净化室、换热室、1#动力波洗涤塔、引风机和储气罐通过管路依次连通；

干燥装置为回转窑。

利用上述基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统制备合成气的方法，包括顺序相接的如下步骤：

A、固体废弃物首先在干燥装置内进行预干燥，干燥风与固体废弃物逆流换热，干燥风的温度逐渐降低，水分含量逐渐增加，干燥风随后进入2#动力波洗涤塔，2#动力波洗涤塔对干燥装置出来的干燥风进行冷却和洗涤除尘，然后洁净的干燥风由干燥风机引入换热室，温度升高后再次进入干燥装置；

B、经干燥装置干燥后的固体废弃物进入炉排气化炉，得到粗合成气，气化炉炉膛的操作温度范围为800℃，炉排气化炉内的气化风来自垃圾储坑区，经过气化风机获得动能和压力势能后进入换热室，经加热升温后进入炉排气化炉；

C、粗合成气进入重整净化室内与补燃风混合燃烧形成1200℃的高温，将大分子焦油裂解成小分子气体、将有毒有害物质彻底分解，得到高温合成气，其中，补燃风来自垃圾储坑区，经过补燃风机获得动能和压力势能后进入换热室，经加热升温后进入重整净化室；

D、重整净化室所得的高温合成气通过换热室内降温后进入1#动力波洗涤塔，1#动力波洗涤塔对合成气进行冷却、酸性气体的脱除及除尘，随后合成气在引风机的作用下进入储气罐；换热室将合成气显热回收，通过换热器将补燃风加热到600℃，将气化风加热到350℃，将干燥风加热到200℃，换热室出口合成气的温度为200℃。

实施例2

与实施例1基本相同，所不同的是：炉排气化炉为机械炉排炉。炉排气化炉包括料斗、料斗挡板、推料器、气化炉炉膛、炉排系统、漏渣斗、点火燃烧器和出渣机；料斗、料斗挡板、推料器、气化炉炉膛和出渣机顺序相接；炉排系统设在气化炉炉膛内，漏渣斗设在化工作室内炉排系统的底部；点火燃烧器的燃烧头伸入气化炉炉膛内；干燥装置与料斗相接，气化炉炉膛与重整净化室相接。

炉排系统包括顺序相接的干燥段炉排、热解段炉排和燃烧段炉排，干燥段炉排的高度高于热解段炉排，热解段炉排的高度高于燃烧段炉排，干燥段炉排、热解段炉排和燃烧段炉排的下方均分别设有漏渣斗；垃圾储坑、气化风机和第二换热器通过管路依次连通，从第二换热器引出的气化风分支为三路，分别通向干燥段炉排、热解段炉排和燃烧段炉排下方的漏渣斗。

利用上述基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统制备合成气的方法，包括顺序相接的如下步骤：

A、固体废弃物首先在干燥装置内进行预干燥，干燥风与固体废弃物逆流换热，干燥风的温度逐渐降低，水分含量逐渐增加，干燥风随后进入2#动力波洗涤塔，2#动力波洗涤塔对干燥装置出来的干燥风进行冷却和洗涤除尘，然后洁净的干燥风由干燥风机引入换热室，温度升高后再次进入干燥装置；

B、经干燥装置干燥后的固体废弃物进入料斗，然后通过推料器进入气化炉炉膛，在气化炉炉膛内，固体废弃物通过干燥段炉排翻滚前进，气化风从漏渣斗的侧面进入干燥段炉排的下方，然后通过干燥段炉排向气化炉炉膛均匀供风，随着垃圾与气化风传热传质的进行，固体废弃物的水分进一步降低，热值升高，随后进入热解段炉排，固体废弃物在热解段炉排的作用下翻滚前进，垃圾内的挥发分逐渐释放，热解后的垃圾在燃烧段炉排的作用下翻滚前进，最终燃尽变为灰渣落入出渣机，同时得到粗合成气，炉排气化炉内的气化风来自垃圾储坑区，经过气化风机获得动能和压力势能后进入换热室，经加热升温后进入漏渣斗，气化炉炉膛的操作温度范围为800℃；

C、粗合成气进入重整净化室内与补燃风混合燃烧形成1200℃的高温，将大分子焦油裂解成小分子气体、将有毒有害物质彻底分解，得到高温合成气，其中，补燃风来自垃圾储坑区，经过补燃风机获得动能和压力势能后进入换热室，经加热升温后进入重整净化室；

D、重整净化室所得的高温合成气通过换热室内降温后进入1#动力波洗涤塔，1#动力波洗涤塔对合成气进行冷却、酸性气体的脱除及除尘，随后合成气在引风机的作用下进入储气罐；换热室将合成气显热回收，通过换热器将补燃风加热到600℃，将气化风加热到350℃，将干燥风加热到200℃，换热室出口合成气的温度为200℃。

上述各例中的基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统，通过干燥装置对固体废弃物预干燥，降低了进入炉排气化炉的垃圾水分含量，提高了合成气热值，对生活垃圾处理后的热值达到12000kJ/Nm3；同时有效降低了合成气处理量，节约了气体处理成本；重整净化室的高温(1100-1300℃)有利于焦油的裂解重整和二噁英类有毒有害气体的完全分解，实现了无毒气体排放；换热室内的换热器对高温合成气的显热梯级利用；将补燃风加热到600℃，用于粗合成气的不完全燃烧；加热干燥气和气化风，用于干燥装置内垃圾的预干燥和气体室的热解燃烧；炉排系统通过对垃圾的翻滚，使垃圾与气体的接触更加均匀，垃圾的干燥、热解和燃烧更加迅速，有利于单位炉排垃圾处理量的提高；与焚烧相比，系统的空气系数低、合成气量小，且无需等离子火炬辅助加热，因此耗电量少。

Claims (6)

1.一种基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统，其特征在于：包括干燥装置、炉排气化炉、重整净化室、换热室、气化风机、补燃风机、干燥风机、引风机、1#动力波洗涤塔、2#动力波洗涤塔、储气罐和垃圾储坑；

干燥装置的顶部、2#动力波洗涤塔、干燥风机、换热室和干燥装置的底部通过管路依次连通、形成循环；

干燥装置、炉排气化炉、重整净化室、换热室、1#动力波洗涤塔、引风机和储气罐通过管路依次连通；

垃圾储坑、补燃风机、换热室和重整净化室通过管路依次连通；

垃圾储坑、气化风机、换热室和炉排气化炉通过管路依次连通。

2.如权利要求1所述基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统，其特征在于：干燥装置为回转窑。

3.如权利要求1所述基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统，其特征在于：换热室内设有第一换热器、第二换热器和第三换热器；垃圾储坑、补燃风机、第一换热器和重整净化室通过管路依次连通；垃圾储坑、气化风机、第二换热器和炉排气化炉通过管路依次连通；干燥装置的顶部、2#动力波洗涤塔、干燥风机、第三换热器和干燥装置的底部通过管路依次连通、形成循环。

4.如权利要求3所述基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统，其特征在于：炉排气化炉为机械炉排炉。

5.如权利要求4所述基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统，其特征在于：炉排气化炉包括料斗、料斗挡板、推料器、气化炉炉膛、炉排系统、漏渣斗、点火燃烧器和出渣机；料斗、料斗挡板、推料器、气化炉炉膛和出渣机顺序相接；炉排系统设在气化炉炉膛内，漏渣斗设在气化炉炉膛内炉排系统的底部；点火燃烧器的燃烧头伸入气化炉炉膛内；干燥装置与料斗相接，气化炉炉膛与重整净化室相接。

6.如权利要求5所述基于预干燥进行生活垃圾高温气化制取合成气的系统，其特征在于：炉排系统包括顺序相接的干燥段炉排、热解段炉排和燃烧段炉排，干燥段炉排的高度高于热解段炉排，热解段炉排的高度高于燃烧段炉排，干燥段炉排、热解段炉排和燃烧段炉排的下方均分别设有漏渣斗；垃圾储坑、气化风机和第二换热器通过管路依次连通，从第二换热器引出的气化风分支为三路，分别通向干燥段炉排、热解段炉排和燃烧段炉排下方的漏渣斗。