CN211999596U - 一种流化床气化rdf-5制备合成气的制备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种流化床气化RDF‑5制备合成气的制备系统，属于废弃物处理技术领域，RDF‑4燃料添加配料添加剂制备成一定粒径、灰熔点较高的RDF‑5燃料，然后通过配料及输送单元载气喷吹入流化床的密相床层，在1000℃左右的温度下，RDF‑5燃料与旋风分离器所分离出的料腿回料以及预热空气和过热蒸汽进行充分的、足够时间的气化反应，可直接合成不含焦油和二噁英的合成气，通过普通的余热回收和净化即可直接输送至气柜或合成气外输管线，净化彻底，有效的降低了企业的成本，并可得到价值更高的工业合成气或洁净工业燃气。

Description

一种流化床气化RDF-5制备合成气的制备系统

技术领域

本实用新型涉及废弃物处理技术领域，特别涉及一种流化床气化RDF-5制备合成气的制备系统。

背景技术

城市生活垃圾(MSW)主要是指城市居民产生的生活垃圾、商业垃圾、市政维护和管理中产生的垃圾，如废纸、废塑料、废家具、废玻璃制品、废瓷器、厨房垃圾等。目前世界城市生活垃圾量正以快于经济平均增长速度的2.5～3倍的速度增加，据统计我国城市生活垃圾也以每年平均10％的速度递增，但我国人均耕地还不到美国的3.85％，可供垃圾填埋的宝贵土地资源正日益减少。此外垃圾填埋很容易造成地下水、土壤和大气的污染，威胁着人们的健康和生存环境。因此垃圾填埋或露天堆放不是垃圾处理的最终办法。垃圾焚烧可达到减容、减量、高温灭菌的目的,并可将其产生的能量用于发电,因此垃圾焚烧技术在工业发达国家得到研究与应用。

世界各地各种型号垃圾焚烧炉已多达200多种,但目前最具代表性的垃圾焚烧炉技术主要有流化床焚烧炉(包括RDF焚烧炉)技术、回转窑焚烧炉技术以及炉排型焚烧炉技术。从焚烧方式看循环流化床有很多优点，但在用于处理我国低热值城市生活垃圾时存在不少问题。如：入炉垃圾需要分拣，要求入炉垃圾热值较高。有时为了提高垃圾热值稳定焚烧，还需要添加一定比例(≥20％)的辅助燃料。回转窑焚烧炉主要适宜处理危险废物，且容量较小，在城市垃圾的处理中应用不多。炉排炉目前使用较多，并得到了国家推荐。炉排炉最大特点是入炉垃圾不需分拣，但其运行也遇到高水份、低热值入炉垃圾带来的燃烧温度低以及燃烧不受控、局部塌陷、尾气黑烟污染物排放不合格等诸多问题，排放的烟气需要经过复杂的处理过程才能达标排放，否则就是超标排放，助燃燃料成本与烟气处理成本极高。

上述问题促使业内人士认识到，原生垃圾直接焚烧存在诸多问题，原生垃圾经过分选、除铁和除无机质等前处理，先制备成大小均匀、热值均匀稳定的垃圾衍生燃料(RDF-5)、再进行焚烧或热解气化有相当的重要性和必要性。

中国专利CN105351019A、CN105363756A、CN204113363U、CN105983568A等公开了一种生活垃圾制备RDF、再热解气化、燃气焚烧发电工艺，首先将原生垃圾经过分选、粉碎和干燥，然后制成RDF固体燃料，再将RDF固体燃料进行热解气化生成可燃气体，850℃以上焚烧可燃气体，烟气余热回收产蒸汽和发电。相比较原生垃圾，该专利将生活垃圾制成可燃烧的RDF固体燃料，在缺氧或贫氧条件下热解气化RDF燃料能有效遏制二恶英的形成。制棒成型后，含水率降低热值提高，提高了发电效率，产生的可燃气经过二次蓄温焚烧，使二噁英彻底分解。但同所有RDF燃料的热解气化一样，上述专利低温热解气化生产的燃气不可避免含有焦油和二噁英，燃气达不到工业燃气品质，只能通过现场二次燃烧以完全消除其中的焦油和二噁英。此外，这类燃气未经脱酸脱硫净化，直接燃烧，烟气中酸性气体含量仍比较高，这限制了高温烟气余热锅炉所产蒸汽的等级，也影响了蒸汽发电的效率。另一方面，垃圾焚烧发电上网一直受当地电网调峰的限制，燃煤锅炉火力发电运行稳定，垃圾发电上网将影响电力调峰，对当地电网节约燃煤用量作用不大，原则上造成了整体资源浪费。

中国专利CN108033446A公开了一种以城市垃圾衍生燃料RDF 5为原料的热电炭肥活性炭联产工艺，该专利公开了RDF燃料热解气化后残留生物炭的利用价值和途径，但其热解气化工艺不可避免会产生焦油和二噁英，需要现场二次高温燃烧以彻底消除这些极其难以分解的有毒有害污染物。

中国专利CN107057794A公开了一种生活垃圾改性成型及气化的方法，包括对生活垃圾进行破袋、磁选、筛分、粗破、中破、细破的工序。该专利提出了RDF-5燃料固化成型的改进工艺，目的在于提高固定床热解气化时的燃料强度，而不是灰熔点。RDF燃料从固定床顶部进料，与上升的燃气逆流接触完成低温干馏，生成焦油和二噁英。不同于气化煤质，RDF燃料基本以挥发分为主，大部分RDF燃料在固定床顶部发生热解气化消耗，只有少量碳化燃料向下移动进入气化层，气化温度与普通不配料RDF燃料没有明显变化，以防止床层底部灰渣熔融，影响排渣。该专利的RDF配料成型工艺没有解决燃气含焦油和二噁英的问题。

中国专利CN107365614A公开了一种烟秆生物成型燃料资源化循环利用方法，该专利提出在RDF燃料中添加煤粉以增加热值，添加生石灰以吸收燃气中二氧化碳，将生物质燃气中的二氧化碳成分固化在炭渣中，增加炭渣中碳成分比例，作为生产炭基肥料的原料，同时减少生物质燃气燃烧时二氧化碳排放量。但该专利提出的RDF配料方法并没有提高RDF的灰熔点，RDF燃料热解气化仍产生含焦油和二噁英的燃气，燃气燃烧产生的蒸汽等级不高，使用受限。

日本专利JP2016044819A公开了一种RDF流化床气化配置高温旋流燃烧室的方法，RDF气化所产生的焦油、二噁英在高温旋流燃烧室完全分解，高温同时也熔融燃气可能夹带的飞灰，使之成为液态熔渣，高温烟气再经余热回收产蒸汽。同样该专利仍关注于含焦油和二噁英的燃气燃烧方法，未解决RDF流化床气化阶段焦油和二噁英等问题。

综上可知，目前RDF燃料的气化技术都集中在低温热解气化，燃气经冷却和电捕焦、或直接高温燃烧脱除其中的焦油和二噁英。但从技术经济角度，无任何种方式，RDF燃料气化+燃气燃烧的能效都不如RDF燃料直接燃烧，这极大地限制了RDF燃料热解气化技术的应用前景。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种流化床气化RDF-5制备合成气的制备系统，原生垃圾经过处理后得到散状RDF-4燃料，在添加了配料添加剂制作成RDF-5燃料后经流化床高温气化，并控制足够的停留时间，即可制备出不含焦油和二噁英的合成气。

实现上述目的的技术方案是：

本实用新型提供一种RDF-5燃料，通过RDF-4燃料和配料添加剂混合、挤压成型所得，所述配料添加剂包括高铝粉煤或高铝粉煤灰、焦炭、RDF-5挤压成型粘合剂和生石灰，其中，RDF-4燃料和各配料添加剂的比例为，RDF-4燃料：高铝粉煤或高铝粉煤灰：焦炭：RDF-5挤压成型粘合剂：生石灰＝1：0.1-0.5：0.1-0.5：0.1-0.5：0-0.5，该比例优选为1：0.1-0.3：0.1-0.3：0.1-0.3：0-0.3，使配料后产生的RDF-5燃料的灰熔点达到1000℃以上，挤出粒径控制在当量粒径5-10mm，除灰熔点之外，上述配料添加剂也用于调节RDF-5燃料的热值在设定范围内，利于稳定流化床气化系统的稳定。

进一步地，所述RDF-5挤压成型粘合剂为焦油或纤维素生物质。

进一步地，所述高铝粉煤或高铝粉煤灰的灰分中，氧化铝的含量为30％-50％，优选为35％-45％。

本申请还提供了一种流化床气化RDF-5制备合成气的制备方法，包括以下步骤：

S1，将RDF-4燃料和配料添加剂混合、挤压成型制备成前述的RDF-5燃料；

S2，将RDF-5燃料通过载气气力输送至流化床的密相床层，同时通入过热蒸汽和预热空气，其中过热蒸汽温度为250-300℃，预热空气温度为300-700℃，优选为400-600℃，并控制RDF-5燃料在密相床层的停留时间在10-80min；

S3，分离流化床稀相段内的悬浮合成气，经冷却、净化后排出。

进一步地，在步骤S2中的载气为空气、氮气或CO₂。

进一步地，在步骤S2和S3之间，还包括步骤S2-1，将生石灰通过载气喷吹入流化床的稀相段，其中载气为氮气或CO₂，若用于RDF-5辅助煤气化生产合成氨或甲醇，则全厂富余CO2可用于螺旋给料机气力输送和流化床稀相段生石灰喷吹。

进一步地，在步骤S2中，RDF-5燃料在密相床层的停留时间通过密相床层的床层高度进行控制，密相床层的床层高度通过螺旋冷渣机的排渣速率进行控制，根据流化床层内燃料的成分、螺旋冷渣机的规格型号等通过合适的螺旋冷渣机的旋转速度排放底渣。

本申请还提供了一种制备上述流化床气化RDF-5制备合成气的制备系统，包括：

配料及输送单元，所述配料及输送单元包括螺杆搅拌捏合机和螺旋给料机，所述螺杆搅拌捏合机设有进料口和出料口，所述出料口连通所述螺旋给料机的料斗，RDF-4燃料在配料、混合、挤压后成为灰熔点较高的复合棒状或颗粒状RDF-5燃料，通过螺旋给料机载气气力输送至流化床的密相床层；

高温气化单元，所述高温气化单元包括气化炉和旋风分离器，所述气化炉内设有流化床和进气室，所述流化床设有上下分布的稀相段和密相床层，所述密相床层的底部设有隔离所述进气室的分布板，所述分布板上设有筛孔和排渣管，所述排渣管连接有螺旋冷渣机；所述流化床的侧壁设有连通所述密相床层的第一进口和第二进口，所述第一进口连通上述螺旋给料机，所述第二进口连通所述旋风分离器的料腿回料，所述稀相段的顶部连通所述旋风分离器的一入口，RDF-5燃料通过第一进口进入密相床层，旋风分离器的料腿回料通过第二进口进入密相床层，同时下述的高温预热器提供的预热空气、余热锅炉提供的蒸汽也通过筛孔进入密相床层，使燃料得到充分的高温气化，而螺旋冷渣机通过排出密相床层的底渣控制密相床层的高度，使燃料在密相床层可以停留足够的时间，来完全分解普通热解气化可能产生的焦油和二噁英；

余热回收及净化单元，所述余热回收及净化单元包括依次连接的高温预热器、余热锅炉以及净化装置，所述高温预热器连通所述旋风分离器的一合成气出口，所述净化装置通过一引风机连通一气柜或合成气外输管线，所述高温预热器以及余热锅炉均连通所述进气室；以及

控制装置，所述控制装置内设有DCS控制系统，用来控制流化床、旋风分离器、余热回收及净化单元。

进一步地，所述流化床为循环流化床或鼓泡流化床，便于RDF-5燃料与大量高温床料快速混合并传热至气化温度。

进一步地，所述稀相段连通有生石灰喷嘴，生石灰由载气喷吹入流化床稀相段，用于流化床内干法脱酸。

进一步地，所述排渣管与所述螺旋冷渣机之间还设有夹套灰渣冷却器，先通过夹套灰渣冷却器给底渣降温至550℃，然后再经螺旋冷渣机冷却至100℃左右排出流化床。

进一步地，所述净化装置包括布袋除尘器，所述布袋除尘器内设有活性炭喷吹装置，用于吸附流化床气化系统起始阶段可能含有的焦油。

进一步地，所述高温预热器为空气预热器或富氧预热器。

有益效果：同现有技术相比，本实用新型的不同之处在于，本实用新型提供的流化床气化RDF-5制备合成气的制备系统，RDF-4燃料添加配料添加剂制备成一定粒径、灰熔点较高的RDF-5燃料，然后通过配料及输送单元载气喷吹入流化床的密相床层，在1000℃左右的温度下，RDF-5燃料与旋风分离器所分离出的料腿回料以及预热空气和过热蒸汽进行充分的、足够时间的气化反应，可直接合成不含焦油和二噁英的合成气，通过普通的余热回收和净化即可直接输送至气柜，净化彻底，有效的降低了企业的成本；

另外，热解气化燃气受限用于现场生产蒸汽和发电，而发电若上网又受到当地电力调峰及电网建设的限制，本申请拓展了RDF-5燃料的应用范围，使RDF-5燃料的应用从热解气化+燃烧+蒸汽+发电，拓展到RDF-5高温气化+合成气余热回收、净化+下游煤化工应用，或作为工业燃气，而不必担心二噁英超标，即RDF-5燃料高温气化可得到价值更高的洁净工业合成气或可长距离输送的工业燃气；

本申请可与现有合成氨或甲醇等煤化工生产装置匹配，用作现有煤气化造气入炉煤的辅助燃料，只需与现有入炉煤掺混即可正常使用，利于下游合成气余热回收和净化系统，可大幅降低RDF气化项目投资，大幅提升现有生产装置的经济效益。

附图说明

图1为原生垃圾生成RDF-4燃料的流程框架图。

图2为本申请流化床气化RDF-5制备合成气的制备系统的流程框架图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参阅图1所示，原生垃圾(LHV～6748kJ/kg，水分Mt～56％)经过大物破碎机成为20～30cm垃圾，再经过一级除铁至滚筒筛，滚筒筛筛网直径90mm,筛上物>90mm至二级破碎机，筛下物为高水分有机质，至生物干化或发酵，或直接作为有机腐殖土处理，筛上物经二级破碎、二级除铁至60～80mm振动筛，筛下物为玻璃、灰分等无机质，筛上物至涡轮风选，除去其它金属及可能的玻璃等，得到高热值(LHV～16700kJ/kg,Mt～20％)、当量粒径25mm以下的散状RDF-4燃料；

参阅图2所示，配料及输送单元包括螺杆搅拌捏合机和螺旋给料机，所述螺杆搅拌捏合机具有承接上述RDF-4燃料的进料口，螺杆搅拌捏合机内添加配料添加剂进行配料并混合、挤压成型，所述螺杆搅拌捏合机的出料口连通所述螺旋给料机的料斗，所述配料添加剂为高铝粉煤或高铝粉煤灰、焦炭、RDF-5挤压成型粘合剂和生石灰，其中RDF-4燃料和各配料添加剂的比例为，RDF-4燃料：高铝粉煤或高铝粉煤灰：焦炭：RDF-5挤压成型粘合剂：生石灰＝1：0.1-0.5：0.1-0.5：0.1-0.5：0-0.5，优选地，该比例为1：0.1-0.3：0.1-0.3：0.1-0.3：0-0.3，使配料后产生的RDF-5燃料的灰熔点达到1000℃以上，挤出粒径控制在当量粒径5-10mm，然后螺旋给料机通过载气气力输送至流化床的密相床层，除灰熔点之外，上述配料添加剂也用于调节RDF-5燃料的热值在设定范围内，利于流化床气化系统的稳定，RDF-4燃料按照表1配料，成为复合燃料，热值进一步提高(LHV～18200kJ/kg)、灰熔点达到1000℃，可满足流化床高温气化而不出现熔融影响流态化的问题，该运行温度高于普通RDF-5热解气化的温度(600-800℃)，这足以完全分解普通热解气化不可避免的焦油和二噁英；

表1：复合RDF-5配料组成、分析及热值

优选地，在配料添加剂中的高铝粉煤或高铝粉煤灰的灰分中，氧化铝含量为30％-50％，更优选为35％-45％。

表2为配料所需高铝粉煤的灰分分析，RDF-5燃料挤出粒径为当量直径5-10mm；

表2：RDF-5燃料所需高铝粉煤的灰分分析

高温气化单元包括气化炉和旋风分离器，所述气化炉内设有流化床和进气室，所述流化床设有上下分布的稀相段和密相床层，所述密相床层的下方设有隔离所述进气室的分布板，所述分布板设有筛孔和排渣管，所述流化床的侧壁设有连通密相床层的第一进口和第二进口，所述第一进口连通上述螺旋给料机，127kg/hr的复合棒状RDF-5燃料经螺旋给料机计量输送至流化床的密相床层，并与大量床料快速混合、传热、脱挥发成分、热解及高温气化，气化剂为(0.5Mpag，250℃)过热蒸汽60～75kg/hr、及60～70％富氧55～65Nm³/hr，富氧预热温度为400℃，流化床气化温度为950～1000℃，所述第二进口连通所述旋风分离器的料腿回料，所述稀相段的顶部连通所述旋风分离器的入口，高温合成气夹带细颗粒床料至旋风分离器，高温旋风捕集大部分细颗粒床料通过料腿和料封阀返回密相床层床层，使大量高温床料循环，既有利于维持流化床床层，又促进大量床料与相对少量进来的RDF-5燃料之间的混合和传热，所述排渣管连通螺旋冷渣机，通过螺旋冷渣机排出流化床内的底渣，通过排渣系统的控制，螺旋冷渣机连续排渣控制密相床层的高度，使RDF-5燃料在流化床密相床层的停留时间保持在10-80min，优选为30-50min，进行充分反应，来完全分解普通热解气化可能产生的焦油和二噁英；

余热回收及净化单元包括依次连接的高温预热器、余热锅炉以及净化装置，其中净化装置包括布袋除尘器，优选地，布袋除尘器中设有活性炭喷吹装置，用于吸附流化床气化系统起始阶段可能含有的焦油，所述高温预热器连通所述旋风分离器的合成气出口，合成气经高温预热器和余热锅炉回收热量，降温至150-200℃进行净化，然后通过引风机输送至系统气柜或合成气外输管线，余热锅炉副产蒸汽为06-0.9MPag低压蒸汽，仅用于气化和可能的RDF-4燃料干燥，而高温预热器预热到300-700℃，优选为500-600℃用于流化床气化剂，合成气净化后，H₂S含量≤50mg/Nm3,而粉尘含量≤10mg/Nm³，HCL含量≤5mg/Nm³(远低于GB 18484-2014危险废物焚烧污染控制标准(征求意见稿))，所述高温预热器和余热锅炉均还连通所述进气室来提供流化床所需的过热蒸汽和预热空气；

另外，控制装置内设有DCS控制系统，用来控制流化床、旋风分离器、余热回收及净化单元等的自动运行。

优选地，所述稀相段连通有生石灰喷嘴，生石灰由载气喷吹入流化床，用于流化床内干法脱酸，脱除可能含有的HC1、H₂S等酸性气体，载气可以是氮气或CO₂气体，若用于RDF-5燃料辅助煤气化生产合成氨或甲醇，则全厂富余CO₂可用于螺旋给料机气力输送和流化床稀相段生石灰喷吹，过量生石灰通过旋风分离器分离，其中大部分被捕集返回密相床层，并作为底渣进行外排。

优选地，所述排渣管与所述螺旋冷渣机之间设有夹套灰渣冷却器，先通过夹套灰渣冷却器给底渣降温至550℃，然后再经螺旋冷渣机冷却至100℃左右排出流化床。

优选地，RDF-5燃料在密相床层的停留时间通过连通排渣管的螺旋冷渣机的旋转速度或频率进行控制，根据流化床内进料的成分以及进料体积流量，通过螺旋冷渣机的排渣速率控制床层的体积，来控制燃料的停留时间。

本申请中通过配料使普通RDF-4燃料成为灰熔点较高的棒状或颗粒状RDF-5燃料，然后在循环流化床内高温气化，床料不被熔融而保持良好的流动化状态，循环流化床附属旋风分离器，确保高温床料与RDF-5燃料进行充分的传热，床层温度均匀，并通过保持高温密相床层的床层高度来确保RDF-5燃料在流化床内足够的停留时间，由此可完全分解普通热解气化可能产生的焦油和二噁英。

在本实施例中合成气成分参见表3：

组分

CO

H2

CH4

CO2

N2

焦油

二噁英

含量vol％

30.0～33.0

30.0～36.0

1.0～2.0

20.0～24.0

8.0～12.0

未检出

未检出

普通热解气化只能现场直接高温燃烧以消除其燃气中的焦油和二噁英，得到价值不高的蒸汽，若蒸汽发电上网还受电网调节等诸多限制。而本申请所产合成气(同时也是有一定热值的燃气)不含焦油和二噁英，通过普通的余热回收和净化处理即可成为价值更高的常温工业燃气和工业合成气。本申请可拓展RDF应用至工业合成气生产领域，特别适用于现有流化床煤气化的辅助合成气生产。

以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种流化床气化RDF-5制备合成气的制备系统，其特征在于，包括：

配料及输送单元，所述配料及输送单元包括螺杆搅拌捏合机和螺旋给料机，所述螺杆搅拌捏合机设有进料口和出料口，所述出料口连通所述螺旋给料机的料斗；

高温气化单元，所述高温气化单元包括气化炉和旋风分离器，所述气化炉内设有流化床和进气室，所述流化床设有上下分布的稀相段和密相床层，所述密相床层的底部设有隔离所述进气室的分布板，所述分布板上设有筛孔和排渣管，所述排渣管连接有螺旋冷渣机；所述流化床的侧壁设有连通所述密相床层的第一进口和第二进口，所述第一进口连通上述螺旋给料机，所述第二进口连通所述旋风分离器的料腿，所述稀相段的顶部连通所述旋风分离器的一入口；

余热回收及净化单元，所述余热回收及净化单元包括依次连接的高温预热器、余热锅炉以及净化装置，所述高温预热器连通所述旋风分离器的一合成气出口，所述净化装置通过一引风机连通一气柜或合成气外输管线，所述高温预热器以及余热锅炉均连通所述进气室；以及

控制装置，所述控制装置内设有DCS控制系统。

2.如权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述流化床为循环流化床或鼓泡流化床。

3.如权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述稀相段连通有生石灰喷嘴。

4.如权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述排渣管与所述螺旋冷渣机之间还设有夹套灰渣冷却器。

5.如权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述净化装置包括布袋除尘器，所述布袋除尘器内设有活性炭喷吹装置。

6.如权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述高温预热器为空气预热器或富氧预热器。

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