CN211822401U - 一种l型有机固废炭气化炉的主体结构及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉公开了一种L型有机固废炭气化炉的主体结构及系统，包括炉体和设置在炉体内下部位置的往复炉排，位于往复炉排上方的炉体内部空间按照物料输送方向通过隔墙依次被分隔为独立的三个室：辅助燃烧室A’、碳化室C和主燃烧室A，所述辅助燃烧室A’内设置有若干燃烧器，辅助燃烧室A’上设置有加料布料装置，辅助燃烧室A’的上方设置有热烟气出口，在位于辅助燃烧室A’的往复炉排的下方设置有热烟气进口，碳化室C内设置有若干辐射加热管，碳化室C上设置有热解气体出口，主燃烧室A的结构具有以下三种结构中的一种：活化炉结构、气化炉结构、锅炉结构。本实用新型实现了有机固废的清洁燃烧，无二噁英产生、无需脱硫脱硝，无环境二次污染。

Description

一种L型有机固废炭气化炉的主体结构及系统

技术领域

本实用新型涉及有机固废处理技术领域，具体涉及一种L型有机固废炭气化炉的主体结构及系统。

背景技术

目前有机固废大部分采用焚烧的手段，仅回收热能，而高温焚烧其所需的设备投入及运行成本高，焚烧热效率低，且焚烧后的烟气还需要脱硫脱硝。

更为严重的是，有机固废垃圾采用焚烧手段会产生严重危害人类健康的二噁英，造成二次环境污染。这种毒性极强的二噁英(dioxins)是多氯二苯并二恶英(PCDD，Polycholoro dibenzo-p-dioxin)和多氯二苯并呋喃(PCDF，Polycholoro dibenzo-furan)的统称，其毒性相对于人们熟知的剧毒物质氰化物的130倍、砒霜的900倍，具有在低剂量环境下对人体的内分泌干扰作用和极强的致癌作用等多种毒性，还能导致皮肤痊疮、头痛、失聪、忧郁、失眠、消瘦综合征、胸腺萎缩、免疫毒性、肝脏毒性、氯痤疮、生殖毒性、发育毒性和致畸性，并可能导致染色体损伤、心力衰竭，导致胎儿生长不良、男子精子数明显减少、免疫功能下降、智商降低、精神障碍等疾患。二噁英在自然界中几乎不存在,只有通过化学合成才能产生，是人类创造的最可怕的化学物质,被称为“地球上毒性最强的毒物”。二噁英主要来源于垃圾焚烧、含氯农药合成、纸浆的氯气漂白。其中垃圾焚烧所排放二噁英量为其排放总量的75％以上。为了达到垃圾减量化，目前国内各大城市开始普及垃圾分类及垃圾焚烧。

有机固废焚烧产生二噁英的机理如下：焚烧时，有机固废垃圾中的氯化物在固废中原有的重金属催化下，在250～600℃之间产生大量二噁英。因此现有技术采用直接燃烧的方式处理有机固废垃圾，不能从源头上解决二噁英的生成问题。

目前，垃圾焚烧控制二噁英有如下几种方法：

(1)燃前垃圾预处理：去除氯及重金属，减少二噁英生产的必要条件。

(2)改进燃烧技术：充分燃烧，提高炉膛温度，控制烟温度等。

(3)从烟气中脱除二恶英：活性炭吸附，布袋除尘清除以及烟气急冷技术等。

但以上方式都未能从根本上有效解决有机固废垃圾处理中面临的环境问题。

因此，现有技术迫切需要创新出一种新的有机固废垃圾处理技术，以解决传统有机固废垃圾处理中产生二噁英的问题。

另外，现有技术还需要解决有机固废垃圾处理中产气洁净度低和能源利用率低的问题。例如，传统的低温热解方式属于缺氧焚烧技术，虽然具备一定的优点，但是传统的热解气化炉上端是进料口，热解气化炉内部从上到下依次是干燥层，热解气化层，燃烧层和灰斗，所以会导致热解气中混入大量的烟气、水汽、粉尘等，导致热解气不干净且热值低，只能用于焚烧，焚烧后烟气需要脱硫脱硝。且现有技术的低温热解工艺热解缓慢、效率低，其中混有一部分空气还对安全带来隐患。如果采用间接传热(如回转窑式)来干馏，则传热效率低、投资大，干燥干馏区难以分清，从而无法实现资源利用的最大化。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出一种L型有机固废炭气化炉的主体结构及系统，旨在克服传统有机固废垃圾处理过程中会产生二噁英的弊端，并实现有机固废的清洁燃烧和能源、资源的分级利用。其是通过清洁燃烧的方式将有机固废炭化热解，分别产出以甲烷为主高热值清洁热解气和活性炭。余热可生产饱和或过热蒸汽。其内热燃烧的燃料是活化气化产生的一氧化碳和氢气，是一种清洁能源，燃烧生成的是水和二氧化碳，并提供物料干燥、热解、活化所需要的热量包括提供合适的温度和活化所需的蒸汽)。其中热解气可作为内部燃料，也可作为外部燃料及化工资源。活性炭可作为污水处理厂或其他去除污染物用的吸附剂，蒸汽可以供热或发电，有可观的经济效益。

具体的技术方案如下：

一种L型有机固废炭气化炉主体结构，包括由耐热炉墙构成的炉体和设置在所述炉体内下部位置的用于物料输送的往复炉排，位于所述往复炉排上方的炉体内部空间按照物料输送方向通过隔墙依次被分隔为独立的三个室：辅助燃烧室A’、碳化室C和主燃烧室A，所述辅助燃烧室A’内设置有若干燃烧器，所述辅助燃烧室A’上设置有加料布料装置，所述辅助燃烧室A’的上方设置有热烟气出口，在位于所述辅助燃烧室A’的往复炉排的下方设置有热烟气进口，所述碳化室C内设置有若干辐射加热管，所述碳化室C上设置有热解气体出口，所述主燃烧室A的结构具有以下三种结构中的一种：活化炉结构、气化炉结构、锅炉结构。

其中，除了碳化室C所产生的热解气体经收集后可供外部利用外，主燃烧室A的三种不同结构用于实现三种不同的清洁能源利用方式：活化炉结构将产生一氧化碳、氢气和活性炭，供外部利用；气化炉结构产生一氧化碳、氢气和炉渣(灰烬)，供外部利用；锅炉结构将产生的蓝炭直接燃烧成二氧化碳和灰烬，并产生锅炉蒸汽。

优选的，所述主燃烧室A为活化炉结构，且所述活化炉结构的所述主燃烧室A内设置有若干燃烧器，在位于所述主燃烧室A的往复炉排的下方设置有蒸汽喷口，在位于所述主燃烧室A的往复炉排的上方设置有挡板，所述挡板与所述往复炉排之间形成活化区，所述活化区连接所述主燃烧室A下部的出料装置。

优选的，所述辐射加热管的内孔连通所述所述辅助燃烧室A’和主燃烧室A。

本实用新型中，所述活化区与所述出料装置之间设置有蒸汽喷管。

本实用新型中，所述辅助燃烧室A’内设置有余热回收装置。

本实用新型中，所述热解气体出口连接热解气收集装置。

优选的，所述碳化室C内设置有竖立的隔板以形成热解气体的分段输出。

优选的，在位于所述往复炉排上端与所述辅助燃烧室A’、碳化室C的交汇邻接处设置有气体防漏控制装置，在位于所述往复炉排上端与所述碳化室C、主燃烧室A的交汇邻接处设置有气体防漏控制装置。

优选的，在位于所述碳化室C的往复炉排的下方设置有蒸汽喷口。

一种L型有机固废炭气化炉系统，包括由耐热炉墙构成的炉体和设置在所述炉体内下部位置的用于物料输送的往复炉排，位于所述往复炉排上方的炉体内部空间按照物料输送方向通过隔墙依次被分隔为独立的三个室：辅助燃烧室A’、碳化室C和主燃烧室A，所述辅助燃烧室A’和主燃烧室A分别内设置有若干燃烧器，所述辅助燃烧室A’上设置有加料布料装置，所述辅助燃烧室A’的上方设置有热烟气出口，在位于所述辅助燃烧室A’的往复炉排的下方设置有热烟气进口，所述碳化室C内设置有若干连通所述辅助燃烧室A’和主燃烧室A的辐射加热管，所述碳化室C上设置有热解气体出口，在位于所述主燃烧室A的往复炉排的下方设置有蒸汽喷口，在位于所述主燃烧室A的往复炉排的上方设置挡板，所述挡板与所述往复炉排之间形成活化区，所述活化区连接所述主燃烧室A下部的出料装置；所述辅助燃烧室A’的热烟气出口连接冷却排气系统，所述冷却排气管路系统上设置有将热烟气返送至所述热烟气进口的烟气循环支路。

采用本实用新型的一种L型有机固废炭气化炉系统的工艺流程说明如下：

一定量的物料通过加料布料装置进入L型有机固废炭气化炉的炉体内，由水平式往复炉排动态输送首先送经辅助燃烧区A’，物料受燃烧烟气的辐射加热、炉排下部烟气对流加热及炉排的传导加热，被干燥到含水2％左右，同时预热到200℃左右。然后再进入碳化室C，在此区物料进一步由辐射加热管在缺氧环境下加热到550～650℃，即热解干馏，碳化生成热解气。随后物料进入主燃烧区A，在活化区内活化，活化区产生的水煤气沿挡板进入A区燃烧。最后物料经出料装置排出。

在燃烧室A及A’中的燃烧器是在低过量空气比条件下进行燃烧的，A区燃烧温度保持在800～850℃，A’燃烧温度保持在700℃以上，辐射加热管连通A与A’区，A区烟气经辐射加热管与A’的烟气一同进入余热回收装置，最终以250℃温度排出。再进入系统冷却，最后以130℃左右排出系统。

因此，在带有辐射加热管的碳化室C产生的热解气体占据C区的大部分空间，不含有燃烧区混入的烟气，所以可以作为高质量的热解气，接近天然气，由热解气出口排出至热解气收集装置并余热回收后送至预定地点。

虽然在辅助燃烧室A’和主燃烧室A会产生极易爆炸的可燃气体，但由于燃烧器在低过量空气比条件下进行燃烧，这些区域的温度维持在700～800℃左右，从而这些可燃气体不仅密度低，而且已在这些区域燃尽，这样就不会有爆炸的危险，但最好在燃烧区内布置可燃气体检测器或氧气检测器，以控制空气燃料比，从而使可燃气体完全烧完。

到此已清楚的说明了，根据本实用新型L型有机固废炭气化炉由辅助燃烧室A’、碳化室C和主燃烧室A三个区域组成，A区的主要功能是通过燃烧器对一氧化碳及氢气的燃烧，提供C区的热量。A’区主要功能是干燥物料通过燃烧器来调节A’区的温度，同时确保C区的安全性。A’区的辐射不仅对物料起到了快速干燥的作用，而且起到了快速加热的作用，对物料进入C区后的热解提供了基础条件，同时提高了C区间接传热的传热效率及系统总效率。

由于本实用新型是采用在700℃内的缺氧环境下热解，有机固废垃圾中的重金属、硫等都被固定在碳中，金属Cu、Fe、Al等金属元素不会被氧化，由此破坏了二噁英形成的环境条件，大大减少了二噁英的产生，并使得大分子裂解后，有机物主要在气液中，再次利用不会产生二噁英的二次污染。

当主燃烧室A采用活化炉结构时，其是采用蒸汽作为活化剂，在高温下与炭接触进行活化而形成优质的活性炭。

本实用新型的有益效果是：

第一，本实用新型的一种L型有机固废炭气化炉的主体结构及系统，在缺氧环境下热解，有机固废垃圾中的重金属、硫等都被固定在碳中，由此破坏了二噁英形成的环境条件，且由于保持还原条件，Cr3+不会转化为Cr6+，Nox的产生量极少。由此实现了有机固废处理的无污水排放，清洁燃烧无二噁英、无需脱硫脱硝，不会造成环境二次污染。

第二，本实用新型的一种L型有机固废炭气化炉的主体结构及系统，焚烧CO和H2提供热解热量，环保无污染。通过清洁燃烧产生的热量，提供有机固废的干燥、热解、活化，多余热量经余热回收产生蒸汽，从而获得以甲烷为主的热解气、活性炭及蒸汽，实现了热量、资源、环境的和谐统一。

第三，本实用新型的一种L型有机固废炭气化炉的主体结构及系统，所采用的顺推炉排(水平式往复炉排)及耐热炉墙等均是成熟可靠的结构和可靠的低氧燃烧技术，确保了整个系统的安全稳定运行。

第四，本实用新型的一种L型有机固废炭气化炉的主体结构及系统，独特的辅助燃烧室A’、碳化室C和主燃烧室A水平排布结构，使得烟气和粉尘被隔离，从而可以有效的收集高质量的热解气，如甲烷、一氧化碳、气态烃类等可燃气体；将物料碳化后生成活性炭；产生一定量的蒸汽可供热或发电。由此实现了节能和资源的最大化利用。

第五，本实用新型的一种L型有机固废炭气化炉的主体结构及系统，辅助燃烧室A’和主燃烧室A设置有燃烧器，其在低过量空气比条件下进行燃烧，可以有效保证即使有部分热解气从碳化室C泄漏至辅助燃烧室A’和主燃烧室A，也能燃尽，由此确保了炭气化炉运行的安全性。

附图说明

图1是本实用新型的一种L型有机固废炭气化炉的主体结构示意图；

图2是本实用新型的一种L型有机固废炭气化炉系统的结构示意图。

图中：1、炉体，2、水平式往复炉排，3、加料布料装置，4-1、出料口，4-2、出料装置，5、燃烧器，6、辐射加热管，7、余热回收装置，8-1、热烟气出口，8-2、热解气出口，9、耐热炉墙，10、隔板，11、热烟气进口，12-1、蒸汽喷口，12-2、蒸汽喷管，13、挡板，14、防漏控制装置，15、活化区，16，热解气收集装置，17、挡板，18、冷却排气系统，19、烟气循环支路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

实施例1：

如图1所示为一种L型有机固废炭气化炉的主体结构的实施例，按照本实施例的实施方案，炭气化炉的主体结构主要分为三个区，其是由辅助燃烧室A’，内置有辐射加热管碳化室C和主燃烧室A组成，这三个区是以炭化炉的加料侧顺序排列到出料侧。

上述的各区是由耐热炉墙9分割而成，从而使炉内各区的炉气在碳化室C和主燃烧室A、辅助燃烧室A’之间互不相通。碳化室C内设置有10隔板以形成热解气体的分段输出。在辅助燃烧室A’中装有若干个直接加热式燃烧器5，在该区加料侧装有加料布料装置3，确保往复炉排2上料层的厚度及均匀性。往复炉排下端设置热烟气进口11，热烟气进口上装有可调节的烟气进入装置，由烟气调节门调节烟气进入量；此回用烟气与燃烧器5燃烧产生的烟气及辐射加热管6中的烟气汇集后进入余热回收装置7中，产生中压或低压的蒸汽。辅助燃烧室A’内的烟气从热烟气出口8-1排出，温度约250℃，再通过系统冷却到130℃排出。

在主燃烧室A中装有若干个直接加热的燃烧器5，在该区的出料口4-1部位设置有出料装置4-2，并采用间接冷却；出料装置4-2对外采用连续封闭出料阀，防止空气混入。在该区下部的往复炉排下端及出料区下端装有蒸汽喷射装置(包括蒸汽喷口12-1、蒸汽喷管12-2)，形成活化区15活化来自碳化室C的碳，同时产生CO和H2。主燃烧区A的燃料主要是来自活化区的水煤气，燃烧生成的高温烟气温度800～850℃，进入辐射加热管6内提供碳化室C的碳化热量。烟气从辐射加热管6进入辅助燃烧室A’，温度约700～750℃。其中，炭化活化以及燃烧区主要反应如下：

1.水蒸气转化反应：

C+H2O＝CO+H2-131KJ/mol

2.水煤气变换反应

CO+H2O＝CO2+H2+42KJ/mol

C+0.5O2＝CO+111KJ/mol

CO+2H2＝CH4+74KJ/mol

3.燃烧

2CO+O2＝2CO2-565KJ/mol

0.5H2+O2＝H2O-285.8KJ/mol

CH4+2O2＝CO2+2H2O-890KJ/mol

在碳化室C区装有若干根高温辐射加热管6，来自燃烧室的高温烟气通过辐射加热管确保进入碳化室的物料热解碳化所需的热量和温度。在碳化区C物料温度维持在550～650℃，停留时间在50～60min，干馏产生的干可燃气体为一氧化碳、甲烷及烃类，温度约550～600℃，通过热解气收集装置16进行回收。碳化室C下部的往复炉排2下端布置有蒸汽喷口12-1，在碳化室适当的位置喷射适当的蒸汽，产出水煤气及冷却炉排。在碳化室内有挡墙10，主要作用是划分热解气及气化分段输出，确保可燃气在短时间内出炉体，提高热解气的质量。

水平往复炉排2是物料从加料布料装置3到出料装置4-2的主要输送部件，让物料分别经过辅助燃烧区A’，碳化区C以及主燃烧区A，实现物料的干燥、碳化、活化到最后出料的过程。

本实施例的工艺说明如下：

一定量的物料通过加料布料装置3进入L型有机固废炭气化炉的炉体1内，由水平式往复炉排2动态输送首先送经辅助燃烧区A’，物料受燃烧烟气的辐射加热、炉排下部烟气对流加热及炉排的传导加热，被干燥到含水2％左右，同时预热到200℃左右。然后再进入碳化室C，在此区物料进一步由辐射加热管6在缺氧环境下加热到550～650℃，即热解干馏，碳化生成热解气。随后物料进入主燃烧区A，在活化区内活化，活化区产生的水煤气沿挡板17进入A区燃烧。最后物料经出料装置4-2排出。

在燃烧室A及A’中的燃烧器是在低过量空气比条件下进行燃烧的，A区燃烧温度保持在800～850℃，A’燃烧温度保持在700℃以上，辐射加热管6连通A与A’区，A区烟气经辐射加热管与A’的烟气一同进入余热回收装置7，最终以250℃温度排出。再进入系统冷却，最后以130℃左右排出系统。

因此，在带有辐射加热管的碳化室C产生的热解气体占据C区的大部分空间，不含有燃烧区混入的烟气，所以可以作为高质量的热解气，接近天然气，由热解气出口8-2排出至热解气收集装置16并余热回收后送至预定地点。

虽然在辅助燃烧室A’和主燃烧室A会产生极易爆炸的可燃气体，但由于燃烧器5在低过量空气比条件下进行燃烧，这些区域的温度维持在700～800℃左右，从而这些可燃气体不仅密度低，而且已在这些区域燃尽，这样就不会有爆炸的危险，但最好在燃烧区内布置可燃气体检测器或氧气检测器，以控制空气燃料比，从而使可燃气体完全烧完。

到此已清楚的说明了，根据本实施例L型有机固废炭气化炉由辅助燃烧室A’、碳化室C和主燃烧室A三个区域组成，A区的主要功能是通过燃烧器对一氧化碳及氢气的燃烧，提供C区的热量。A’区主要功能是干燥物料通过燃烧器来调节A’区的温度，同时确保C区的安全性。A’区的辐射不仅对物料起到了快速干燥的作用，而且起到了快速加热的作用，对物料进入C区后的热解提供了基础条件，同时提高了C区间接传热的传热效率及系统总效率。

由于本实施例是采用在700℃内的缺氧环境下热解，有机固废垃圾中的重金属、硫等都被固定在碳中，金属Cu、Fe、Al等金属元素不会被氧化，由此破坏了二噁英形成的环境条件，大大减少了二噁英的产生，并使得大分子裂解后，有机物主要在气液中，再次利用不会产生二噁英的二次污染。

当主燃烧室A采用活化炉结构时，其是采用蒸汽作为活化剂，在高温下与炭接触进行活化而形成优质的活性炭。

实施例:2：

如图2所示为本实用新型的一种L型有机固废炭气化炉系统的实施例，包括，该实施例的炭气化炉的主体结构与实施例1相同，并在其主体结构上增加了连接热烟气出口8-1的冷却排气系统18，所述冷却排气系统18上设置有将热烟气返送至所述热烟气进口11的烟气循环支路19。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种L型有机固废炭气化炉的主体结构，其特征在于，包括由耐热炉墙构成的炉体和设置在所述炉体内下部位置的用于物料输送的往复炉排，位于所述往复炉排上方的炉体内部空间按照物料输送方向通过隔墙依次被分隔为独立的三个室：辅助燃烧室A’、碳化室C和主燃烧室A，所述辅助燃烧室A’内设置有若干燃烧器，所述辅助燃烧室A’上设置有加料布料装置，所述辅助燃烧室A’的上方设置有热烟气出口，在位于所述辅助燃烧室A’的往复炉排的下方设置有热烟气进口，所述碳化室C内设置有若干辐射加热管，所述碳化室C上设置有热解气体出口，所述主燃烧室A的结构具有以下三种结构中的一种：活化炉结构、气化炉结构、锅炉结构。

2.根据权利要求1所述的一种L型有机固废炭气化炉的主体结构，其特征在于，所述主燃烧室A为活化炉结构，且所述活化炉结构的所述主燃烧室A内设置有若干燃烧器，在位于所述主燃烧室A的往复炉排的下方设置有蒸汽喷口，在位于所述主燃烧室A的往复炉排的上方设置有挡板，所述挡板与所述往复炉排之间形成活化区，所述活化区连接所述主燃烧室A下部的出料装置。

3.根据权利要求2所述的一种L型有机固废炭气化炉的主体结构，其特征在于，所述辐射加热管的内孔连通所述辅助燃烧室A’和主燃烧室A。

4.根据权利要求2所述的一种L型有机固废炭气化炉的主体结构，其特征在于，所述活化区与所述出料装置之间设置有蒸汽喷管。

5.根据权利要求1所述的一种L型有机固废炭气化炉的主体结构，其特征在于，所述辅助燃烧室A’内设置有余热回收装置。

6.根据权利要求1所述的一种L型有机固废炭气化炉的主体结构，其特征在于，所述热解气体出口连接热解气收集装置。

7.根据权利要求1所述的一种L型有机固废炭气化炉的主体结构，其特征在于，所述碳化室C内设置有竖立的隔板以形成热解气体的分段输出。

8.根据权利要求1所述的一种L型有机固废炭气化炉的主体结构，其特征在于，在位于所述往复炉排上端与所述辅助燃烧室A’、碳化室C的交汇邻接处设置有气体防漏控制装置，在位于所述往复炉排上端与所述碳化室C、主燃烧室A的交汇邻接处设置有气体防漏控制装置。

9.根据权利要求1所述的一种L型有机固废炭气化炉的主体结构，其特征在于，在位于所述碳化室C的往复炉排的下方设置有蒸汽喷口。

10.一种L型有机固废炭气化炉的系统，其特征在于，包括由耐热炉墙构成的炉体和设置在所述炉体内下部位置的用于物料输送的往复炉排，位于所述往复炉排上方的炉体内部空间按照物料输送方向通过隔墙依次被分隔为独立的三个室：辅助燃烧室A’、碳化室C和主燃烧室A，所述辅助燃烧室A’和主燃烧室A分别内设置有若干燃烧器，所述辅助燃烧室A’上设置有加料布料装置，所述辅助燃烧室A’的上方设置有热烟气出口，在位于所述辅助燃烧室A’的往复炉排的下方设置有热烟气进口，所述碳化室C内设置有若干连通所述辅助燃烧室A’和主燃烧室A的辐射加热管，所述碳化室C上设置有热解气体出口，在位于所述主燃烧室A的往复炉排的下方设置有蒸汽喷口，在位于所述主燃烧室A的往复炉排的上方设置挡板，所述挡板与所述往复炉排之间形成活化区，所述活化区连接所述主燃烧室A下部的出料装置；所述辅助燃烧室A’的热烟气出口连接冷却排气系统，所述冷却排气管路系统上设置有将热烟气返送至所述热烟气进口的烟气循环支路。

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