CN213901070U - 一种生活垃圾热解气化协同化学链式燃烧的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种生活垃圾热解气化协同化学链式燃烧的系统，包括依次连接的气化反应器、燃料反应器和空气反应器，以及分别设在气化反应器、燃料反应器和空气反应器上的第一分离器、第二分离器和第三分离器；气化反应器用于热解生活垃圾；燃料反应器侧壁设石灰石入口；空气反应器内设若干载氧体；第一分离器入口与气化反应器热解气出口连通，第一分离器气体出口与燃料反应器气体入口连通；第二分离器入口与燃料反应器出口连通，第二分离器尾气出口排入大气，第二分离器固体出口与空气反应器入口连通；第二分离器上设SNCR喷枪；第三分离器氮气出口排入大气，第三分离器入口与空气反应器出口连通，第三分离器固体出口与燃料反应器载氧体入口连通。
Description
技术领域
本实用新型涉及生活垃圾处理技术，具体为一种生活垃圾热解气化协同化学链式燃烧的系统。
背景技术
垃圾焚烧是目前最广泛采用的热处置手段，它可使垃圾中的毒性有机物和致病微生物经过高温分解而失去毒性，具有减容、减重率高，处理方法快等优点，同时通过回收焚烧过程中产生的热量实现垃圾的能源化利用；但焚烧烟气中含有的SOx、NOx和二噁英及重金属颗粒等有害物质会对环境造成污染；现有的垃圾焚烧设备投资大、焚烧废气处理费用高，难度大，一般用于大规模生活垃圾的集中处置。
热解气化技术是一种新兴的垃圾热处理技术，它是指在一定的温度和压力条件下，在无氧或缺氧环境下，通过一系列的热化学反应，将垃圾中的有机物转化为含有H2、CH4、CO、CnHm等可燃性气体、焦油和灰渣的过程。热解气化技术是一种高效清洁、技术和经济上均可行、且在一定程度上可以实现能量自持的城市垃圾处理方法。与焚烧相比，热解气化后产生的可燃气可以用来发电或供能，能量利用效率较高，同时不需外加燃料，SO2和NOx等有害气体排放量少，大部分重金属被固定在灰渣中，浸出毒性低，处理成本相对较低。
由于城市生活垃圾具有很高的挥发分，在热解气化过程中会产生一定量的焦油及N/S/Cl等污染物，带来一定的环境风险。因此，对生活垃圾热解气化过程中污染物的控制是实现生活垃圾清洁处理的关键前提。化学链式燃烧(Chemical Looping Gasification,CLC)是一种新颖的燃烧技术，它是通过链式反应利用固体载氧体中的晶格氧在燃料反应器中使燃料完全氧化成CO2和H2O，反应后的载氧体在空气反应器中被空气重新氧化恢复晶格氧循环使用的过程。化学链燃烧技术近年来得到国内外的广泛关注，如专利CN200910083719.5公开的一种利用垃圾填埋气的化学链式燃烧发电工艺及系统，包括垃圾填埋气集气系统、化学链式燃烧系统和燃气蒸汽联合循环发电系统。又如专利CN201510256727.0公开的一种低碳处理固体垃圾并抑制二噁英生成的方法，将粉碎后的固体垃圾执行化学链燃烧处理，该化学链燃烧采用经过吸附剂修饰的氧载体，能吸附并固定气态氯元素，冷凝并捕获化学链燃烧获得的二氧化碳。又如专利CN201510621464.9公开的一种固定挥发性重金属铬、镉、铅的方法，利用化学链燃烧解决目前固体废弃物能源利用过程中释放挥发性重金属铬、镉以及铅的氯化物的问题。但是，固体垃圾直接化学链燃烧的方式属于固-固反应，反应速率慢，反应不完全且物料消耗大，会增加垃圾处理的成本。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种生活垃圾热解气化协同化学链式燃烧的系统，结构简单，能够实现生活垃圾的清洁、高效、低成本处理，规模可以灵活调整，适用于小城市、县域或村镇等中小规模生活垃圾的处置。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种生活垃圾热解气化协同化学链式燃烧的系统，包括依次连接的气化反应器、燃料反应器和空气反应器，以及分别设置在气化反应器、燃料反应器和空气反应器上的第一分离器、第二分离器和第三分离器；
所述的气化反应器用于热解生活垃圾；所述的燃料反应器侧壁设置有石灰石入口；所述的空气反应器内设置有若干载氧体；
所述的第一分离器的入口与气化反应器的热解气出口连通，第一分离器的气体出口与燃料反应器的气体入口连通；
所述的第二分离器的入口与燃料反应器的出口连通，第二分离器的尾气出口排入大气，第二分离器的固体出口与空气反应器的入口连通；第二分离器上设置有SNCR喷枪；
所述的第三分离器的氮气出口排入大气，第三分离器的入口与空气反应器的出口连通，第三分离器的固体出口与燃料反应器的载氧体入口连通。
进一步的，所述的石灰石入口设置在燃料反应器出口下方的侧壁上。
进一步的，所述的SNCR喷枪设置在第二分离器入口相对的侧壁上，喷射方向与侧壁垂直。
进一步的，所述的气化反应器的底部设置有气化剂入口，侧壁上设置有物料入口和灰渣入口。
更进一步的，所述的气化反应器的物料入口上依次连接设置有储料仓和螺旋给料机。
更进一步的，所述的气化反应器的灰渣入口与第一分离器底部的灰渣出口连接。
进一步的，所述的空气反应器的底部设置有空气入口。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型中采用的气化反应器、燃料反应器和空气反应器结构简单、规模可以灵活调整，适用于小城市、县域或村镇等小规模生活垃圾的处置；而且，与固态垃圾直接反应相比，将生活垃圾热解气化后生成气态的热解气，能够提高化学链式燃烧的反应速率，促进热解气反应完全，并能够有效降低设备磨损，提高反应器使用寿命，热解气化后大部分重金属被固定在灰渣中，浸出毒性低，处理成本相对较低；气化气的化学链燃烧可将N元素转化为N2，部分S元素自固，脱除气化气中含有的N/S/Cl等污染物，进而实现生活垃圾的清洁处理；同时，本实用新型中采用石灰石脱除尾气中的硫氧化物，采用SNCR喷枪脱除尾气中的氮氧化物，采用化学链燃烧抑制二噁英的生成，从而确保尾气满足排放要求，可直接排入大气。
进一步，本实用新型中热解气在燃料反应器中燃烧，载氧体一般为过渡金属氧化物，载氧体的某些还原产物如金属Fe或其低价氧化物、金属Ni等均能催化裂解焦油，降低焦油含量，并生成清洁的二氧化碳和水，有效避免因生活垃圾热解气化过程中会产生大量焦油，从而容易堵塞管道和沾污反应器内壁现象的发生；同时，载氧体能循环利用，能够减少物料消耗。
附图说明
图1为本实用新型实施例中所述的系统结构示意图。
图中：1为生活垃圾，2为储料仓，3为螺旋给料机，4为气化反应器，5为气化剂入口，6为第一分离器，7为灰渣出口，8为热解气，9为载氧体入口，10为燃料反应器，11为石灰石，12为第二分离器，13为SNCR喷枪，14为尾气出口，15为载氧体，16为空气入口，17为空气反应器，18为第三分离器，19为氮气出口。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
本实用新型一种生活垃圾热解气化协同化学链式燃烧的系统，如图1所示，包括依次连接在气化反应器4物料入口处的储料仓2和螺旋给料机3，位于气化反应器4底部的气化剂入口5，连接在气化反应器4热解气出口的第一分离器6，设置在第一分离器6底部的灰渣出口7，连接在第一分离器6上的燃料反应器10，内部设置有载氧体15且通过第二分离器12与燃料反应器10连通的空气反应器17，设置在空气反应器17底部的空气入口16，连接在空气反应器17上的第三分离器18；设置在燃料反应器10底部的载氧体入口9，设置在燃料反应器10侧壁上的石灰石入口11，安装在第二分离器12侧壁上的SNCR喷枪13，以及分别设置在第二分离器12顶部的尾气出口14和第三分离器18顶部的氮气出口19；
其中，储料仓2中的生活垃圾由螺旋给料机3送入气化反应器4中，与气化剂发生化学反应。气化剂一般为空气或水蒸气，由气化反应器4底部的气化剂入口5通入。气化反应器4中一部分垃圾燃烧提供热量，维持气化反应温度；
其中，生活垃圾气化反应后生成热解气和灰渣的混合物，其中，产生热解气的反应如下2CHxOy+(1-y)O2→2CO+xH2，然后在第一分离器6中进行气固分离。分离得到的热解气通入燃料反应器10中；分离得到的灰渣一部分进入气化反应器4中继续反应，另一部分通过灰渣出口7排出后进入灰渣场回收处理；
其中，载氧体15一般为过渡金属氧化物，本优选实例中以MeO为例，Me为过渡金属，比如常见的赤泥。载氧体15首先布置在空气反应器17中，载氧体15通过载氧体入口9送入燃料反应器10中，燃料反应器10中，与热解气发生还原反应，CO+H2+2MeO→CO2+H2O+2Me，反应产物进入第二分离器。在第二分离器12中，被还原的载氧体15与烟气发生气固分离；烟气在石灰石11和SNCR喷枪13的共同作用下，脱除二噁英、硫氧化物和氮氧化物后通过尾气出口14排入大气；被还原的载氧体15返回空气反应器17；
空气反应器17中被还原的载氧体15与空气反应器17中的中的氧气发生氧化反应，2Me+O2→2MeO，反应产物进入第三分离器18。在第三分离器18中，载氧体15与氮气发生气固分离，氮气通过氮气出口19排出，然后载氧体15通过载氧体入口9送入燃料反应器10与热解气发生还原反应，如此循环。其中，空气由空气反应器17底部的空气入口16通入。
在实际应用中，包括如下步骤：
步骤1，干燥、破碎后的生活垃圾送入气化反应器3中，与气化剂发生气化反应后生成热解气和灰渣的混合物，2CHxOy+(1-y)O2→2CO+xH2，并在第一分离器6中进行气固分离，分离得到的热解气8通入燃料反应器10；
步骤2，在燃料反应器10中，热解气8与载氧体9发生还原反应，CO+H2+2MeO→CO2+H2O+2Me，反应产物进入第二分离器12；在第二分离器12中，被还原的载氧体15与尾气14发生气固分离，被还原的载氧体15进入空气反应器17；尾气14与石灰石11发生脱硫反应，脱除尾气中的硫氧化物，CaO+SO2/SO3→CaSO4。石灰石11同时能够脱除氯元素，CaO+2HCl→CaCl2+H2O，由于氯元素是二噁英生成的重要前驱体，所以石灰石11能够通过脱除氯元素显著抑制二噁英的生成。SNCR喷枪13布置在第二分离器12壁面上，向分离器中喷入还原剂，还原尾气14中的氮氧化物，NOx+NH3→N2+H2O。脱除二噁英、硫氧化物和氮氧化物的尾气满足排放要求，通过尾气出口14直接排入大气；
步骤3，在空气反应器17中，被还原的载氧体15与空气16中的氧气发生氧化反应，2Me+O2→2MeO，反应产物进入第三分离器18。在第三分离器18中，载氧体15与氮气发生气固分离，氮气通过氮气出口19排出，载氧体15送入燃料反应器10中，重复步骤2和步骤3进行循环；
其中，步骤1中，所述的气化剂为空气或水蒸气中的一种。
其中，步骤1中，分离得到的灰渣一部分进入气化反应器4中继续气化反应，另一部分进入灰渣场回收处理。
其中，步骤2中，所述的载氧体15为过渡金属氧化物。
Claims (7)
1.一种生活垃圾热解气化协同化学链式燃烧的系统，其特征在于，包括依次连接的气化反应器(4)、燃料反应器(10)和空气反应器(17)，以及分别设置在气化反应器(4)、燃料反应器(10)和空气反应器(17)上的第一分离器(6)、第二分离器(12)和第三分离器(18)；
所述的气化反应器(4)用于热解生活垃圾；所述的燃料反应器(10)侧壁设置有石灰石入口(11)；所述的空气反应器(17)内设置有若干载氧体(15)；
所述的第一分离器(6)的入口与气化反应器(4)的热解气出口连通，第一分离器(6)的气体出口与燃料反应器(10)的气体入口连通；
所述的第二分离器(12)的入口与燃料反应器(10)的出口连通，第二分离器(12)的尾气出口(14)排入大气，第二分离器(12)的固体出口与空气反应器(17)的入口连通；第二分离器(12)上设置有SNCR喷枪(13)；
所述的第三分离器(18)的氮气出口(19)排入大气，第三分离器(18)的入口与空气反应器(17)的出口连通，第三分离器(18)的固体出口与燃料反应器(10)的载氧体入口(9)连通。
2.根据权利要求1所述的一种生活垃圾热解气化协同化学链式燃烧的系统，其特征在于，所述的石灰石入口(11)设置在燃料反应器(10)出口下方的侧壁上。
3.根据权利要求1所述的一种生活垃圾热解气化协同化学链式燃烧的系统，其特征在于，所述的SNCR喷枪(13)设置在第二分离器(12)入口相对的侧壁上，喷射方向与侧壁垂直。
4.根据权利要求1所述的一种生活垃圾热解气化协同化学链式燃烧的系统，其特征在于，所述的气化反应器(4)的底部设置有气化剂入口(5)，侧壁上设置有物料入口和灰渣入口。
5.根据权利要求4所述的一种生活垃圾热解气化协同化学链式燃烧的系统，其特征在于，所述的气化反应器(4)的物料入口上依次连接设置有储料仓(2)和螺旋给料机(3)。
6.根据权利要求4所述的一种生活垃圾热解气化协同化学链式燃烧的系统，其特征在于，所述的气化反应器(4)的灰渣入口与第一分离器(6)底部的灰渣出口(7)连接。
7.根据权利要求1所述的一种生活垃圾热解气化协同化学链式燃烧的系统，其特征在于，所述的空气反应器(17)的底部设置有空气入口(16)。
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