專利名稱：生活垃圾氣化制備燃料氣的方法及復(fù)合式氣化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種氣化制燃料氣的方法，具體地說(shuō)涉及一種生活垃圾氣化制備燃料氣的方法及其專用的復(fù)合式氣化反應(yīng)器。
我國(guó)垃圾的歷年堆積量已達(dá)60多億噸，侵占土地面積多達(dá)5億平方米，200多座城市陷于垃圾包圍之中。1996年我國(guó)城市人均垃圾的年產(chǎn)量達(dá)400Kg，城市生活垃圾清運(yùn)量已達(dá)1億噸，且其產(chǎn)量以每年8-10％的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2000年我國(guó)城市生活垃圾年產(chǎn)量將達(dá)到1.5億噸，目前的垃圾總量已超出了常規(guī)填理技術(shù)的處理能力，同時(shí)造成嚴(yán)重的大氣、水源及土壤的污染。城市生活垃圾中可回收的部分是有機(jī)物，主要是熱值較低的生物質(zhì)類廚余(與煤熱值相比)，還包括少量的高熱值高分子材料(塑料、橡膠及合成纖維)，其占垃圾重量的百分十左右，但可占垃圾體積的百分之三十五。
由于常規(guī)的填埋方法受場(chǎng)地及滲漏污染的限制，近年來(lái)垃圾堆肥和焚燒技術(shù)得到了較快發(fā)展。堆肥可將垃圾中生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥，但不能分解高分子類物質(zhì)，故需將兩種有機(jī)質(zhì)分離處理，增加了工藝的復(fù)雜性，同時(shí)存在有毒物質(zhì)及重金屬污染。焚燒法成為近期垃圾處理的主流技術(shù)，可回收垃圾中的能量，減容量大，但存在二次污染，需專門(mén)的污染控制設(shè)備，同樣增加了工藝的復(fù)雜性，尤其是二惡英類物質(zhì)的控制問(wèn)題。國(guó)家環(huán)?？偩忠延?000年6月1日正式頒布《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》，特別規(guī)定了二惡英類物質(zhì)排放限制，為1.0Ng/NM3TED；美歐等國(guó)制定的二惡英類物質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格，達(dá)0.1Ng/NM3TED。新興垃圾氣化技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)在于將垃圾轉(zhuǎn)化為高品位的化學(xué)能，同時(shí)環(huán)保性能優(yōu)越，無(wú)或極少產(chǎn)生二惡英類物質(zhì)，因此氣化法是當(dāng)前垃圾能量利用的新方向，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面(1)高溫還原性氣氛下，熱解氣化過(guò)程中產(chǎn)生的高分子碳?xì)浠衔锟捎行Х纸?，同時(shí)阻斷逆向合成反應(yīng)的進(jìn)行；由于氯元素以氯化氫而非游離氯的形式存在，也無(wú)游離氧存在，且在高溫較長(zhǎng)停留時(shí)間下操作可較好控制二惡英類物質(zhì)的生成。已有研究表明，常規(guī)垃圾焚燒法由于在氧化性氣氛下操作，高分子烴類及二惡英類物質(zhì)的生成量均較高；(2)氣化過(guò)程中無(wú)SOx和NOx等酸性氣體生成，產(chǎn)生的HCL、NH3和H2S已有成熟技術(shù)加以控制；
(3)產(chǎn)生煤氣氣量?jī)H為焚燒法產(chǎn)生煙氣量的1/3，氣氛中粉塵、HCL及H2S濃度高，后續(xù)污染控制設(shè)備的規(guī)模小，處理費(fèi)用低；(4)原料中的重金屬在氣化過(guò)程中基本上以還原態(tài)形式富集于排除的灰渣中，灰渣中高分子烴類及二惡英類物質(zhì)含量極少或痕量，因此視為非危險(xiǎn)物，可作安全填埋處理，甚至可作為水泥等建筑材料的原料。
鑒于常規(guī)垃圾焚燒法的缺陷，現(xiàn)有垃圾焚燒爐采用二段焚燒技術(shù)，該技術(shù)將熱解和焚燒結(jié)合，首先熱解垃圾再將殘余物在熱解氣助燃下二次燃燼，可控制高分子烴類及二惡英類物質(zhì)生成，但設(shè)備和工藝較復(fù)雜。美國(guó)幾個(gè)大型煤氣化公司曾利用氣流床氣化爐直接對(duì)垃圾進(jìn)行還原性氣氛下的氣化處理，結(jié)果表明二惡英類物質(zhì)的生成可控制在0.01Ng/Nm3TED水平，遠(yuǎn)低于目前世界各國(guó)二惡英排放標(biāo)準(zhǔn)，顯示氣化技術(shù)的優(yōu)越性，但氣流床氣化爐內(nèi)整體溫度很高，導(dǎo)致系統(tǒng)冷煤氣效率和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)降低。但降低操作溫度又會(huì)使高分子烴類產(chǎn)生較多，即通常所說(shuō)的焦油，造成后系統(tǒng)堵塞，同寸使煤氣產(chǎn)率和熱值下降。焦油可采用催化劑催化裂化，催化劑包括各種重油裂化催化劑或廉價(jià)的石灰石，但均存在催化劑積炭問(wèn)題，影響使用壽命，因此需再生處理，增加了設(shè)備、工藝的復(fù)雜性，且焦油裂解不徹底，使煤氣的利用受到限制(如燃?xì)廨啓C(jī)適用燃?xì)庖蠼褂秃啃∮?.1g/NM3)。另有報(bào)道在廢料氣化過(guò)程中使回收焦油返回爐內(nèi)燃燒消耗的工藝，但需增加油水分離系統(tǒng)，回流泵和回流管路內(nèi)易發(fā)生堵塞等問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)境指標(biāo)好且無(wú)焦油生成、工藝簡(jiǎn)單的生活垃圾氣化制備燃料氣的方法及其復(fù)合式氣化反應(yīng)器。
本發(fā)明生活垃圾氣化制備燃料氣包括如下步驟(1)將垃圾原料中的非可燃物分離后，得到垃圾原料中的可燃有機(jī)質(zhì)；(2)將砂料預(yù)先加入到氣化爐中，烘爐使?fàn)t下部溫度升高到700-800℃，爐上部溫度升高到850-950℃；(3)將備好的垃圾原料預(yù)干燥后加入到氣化爐內(nèi)，并與砂料在攪拌狀態(tài)下通入空氣，其中通入空氣總量與垃圾加入量配比為2.O-3.5NM3/Kg，保持爐下部溫度為700-800℃，生成含焦油的空氣煤氣和粉塵；(4)含焦油的空氣煤氣在氣化爐上部850-950℃高溫區(qū)停留1-3秒，使焦油裂解，生成不含焦油的煤氣；(5)不含焦油的煤氣經(jīng)除塵器除塵，脫氯塔脫HCl、脫硫塔脫H2S及冷卻塔降溫得到不含焦油、粉塵、氯化物和硫化物的潔凈煤氣；(6)將潔凈煤氣一部分返回到氣化爐上部噴嘴入爐燃燒，并調(diào)節(jié)燃燒空氣使?fàn)t溫保持在850-950℃，其余潔凈煤氣作為產(chǎn)品；(7)粉塵和砂料一起從爐底部排出，并由壓縮空氣輸送到爐頂?shù)男L(fēng)分離器中分離，砂料返回到氣化爐內(nèi)，粉塵由除塵器截留，空氣排放。
如上所述的空氣總量是底部與上部噴嘴進(jìn)入空氣之和。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明，設(shè)計(jì)了一種專用復(fù)合式氣化爐，該裝置是由爐體、燃料噴嘴、進(jìn)料口、排灰口、回砂口、測(cè)溫口、煤氣出口組成，其特征在于進(jìn)料口位于爐體下部，并安裝有水平移動(dòng)料耙，爐底之上是布風(fēng)箱，爐底之下安裝有空氣分布管，在爐體布風(fēng)箱和進(jìn)料口之間裝有傾斜移動(dòng)爐耙，爐耙的高位端位于進(jìn)料口下部，爐耙的低位端位于爐體底部的排灰口之上，排灰口聯(lián)接料封灰斗，爐體內(nèi)裝有攪拌器，爐體中部安裝有一組燃料噴嘴，在爐體上部的煤氣出口之下安裝另一組燃料噴嘴，每組噴嘴可以是一個(gè)或多個(gè)噴嘴沿爐床呈徑向分布，爐頂裝有旋風(fēng)分離器，施風(fēng)分離器與料封排灰口用風(fēng)力輸送管聯(lián)接。
如上所述的進(jìn)料口是直角型的，在豎直部分頂端設(shè)置有封板，水平部分的下邊是水平的，上邊是傾斜的，便于爐內(nèi)熱量輻射物料，使物料在入爐前預(yù)干燥。
如上所述的料封灰斗是兩個(gè)灰砂斗和高溫閥組成，高溫閥在兩個(gè)灰砂斗之間安裝。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明的反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
(2)本發(fā)明的制備燃?xì)獾姆椒ōh(huán)保性能好，不產(chǎn)生成或較少產(chǎn)生二次污染，且無(wú)焦油等副產(chǎn)品產(chǎn)生，工藝簡(jiǎn)單。
(3)系統(tǒng)氣化效率高，所產(chǎn)煤氣的熱值在1200-1500Kcal/Nm3。
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明的流程圖。
圖2是本發(fā)明專利復(fù)合式氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖所示，1是爐體，2是位于爐體1中部的燃料噴嘴，3是位于爐體1上部且位于煤氣出口4之下的燃料噴嘴，5是位于爐體1下部的直角型進(jìn)料口，在堅(jiān)直部分的頂端設(shè)置有封板6，在水平部分的水平底邊安裝水平移動(dòng)料耙7，水平部分的上邊呈傾料，便于來(lái)自爐膛內(nèi)的輻射熱預(yù)干燥垃圾物料，爐體1的底部之上是布風(fēng)箱8，爐體1底部之下安裝有布風(fēng)管9，布風(fēng)管9通過(guò)通氣管10與空氣壓縮機(jī)11聯(lián)接，在布風(fēng)箱8與進(jìn)料口5之間的爐體1內(nèi)裝有傾斜移動(dòng)爐耙12，爐耙12的高位端位于進(jìn)料口5之下，爐耙12的低位端處于爐體1底部的排灰口13之上，排灰口13連接一個(gè)灰砂斗14，再通過(guò)高溫閥15與另一個(gè)灰砂斗16相聯(lián)，在爐體1的頂部中央裝有電機(jī)17，通過(guò)電機(jī)17驅(qū)動(dòng)爐體1內(nèi)的攪拌器18攪拌床內(nèi)物料，在爐體1頂部正對(duì)爐內(nèi)傾斜移動(dòng)爐耙高端位置處安裝有旋風(fēng)分離器19，該旋風(fēng)分離器19通過(guò)氣力輸送管20與灰砂斗16相聯(lián)并與空氣壓縮機(jī)11連通。21、22、23是位于爐體1上、中、下三處的測(cè)溫口，24是儲(chǔ)存垃圾的料倉(cāng)，25是抓斗，26是砂料或垃圾，27是城市煤氣或液化氣，旋風(fēng)分離器19將砂料與灰塵分離，砂料返回到爐體1內(nèi)，灰塵和空氣一起進(jìn)入1號(hào)除塵器28，除塵后，輸送空氣29放空，煤氣從煤氣出口4進(jìn)入2號(hào)除塵器30，經(jīng)除塵后進(jìn)入脫氯塔31、脫硫塔32、換熱器33，最后得到潔凈煤氣34，潔凈煤氣的一部分經(jīng)真空泵35由燃料噴嘴2和3返回到氣化爐內(nèi)，36是1、2號(hào)除塵器底部排出余灰，37是新鮮脫氯劑，38為使用后的脫氯劑，39是新鮮脫硫劑，40為使用后的脫硫劑。
本發(fā)明的實(shí)施例如下實(shí)施例1垃圾原料在將其中的玻璃、金屬及建筑材料等非可燃物分離后裝入料倉(cāng)24，砂料置于氣化爐體1內(nèi)，開(kāi)啟空氣壓縮機(jī)11和城市煤氣27通過(guò)爐體1上部燃料噴嘴3和中部燃料噴嘴2進(jìn)入爐體1內(nèi)燃燒烘爐，使?fàn)t頂溫度升高到920℃，爐下部和中部的溫度升高到736℃；待床溫和氣量均調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，開(kāi)啟攪拌器18，以防止?fàn)t內(nèi)物料粘結(jié)結(jié)塊并使?fàn)t內(nèi)物料混合均勻，通過(guò)抓斗25將料倉(cāng)24中的垃圾從封板6進(jìn)入到水平移動(dòng)料耙7上，隨料耙7的移動(dòng)完成預(yù)干燥，最終落入爐體1內(nèi)傾料移動(dòng)爐耙12上；開(kāi)啟爐底空氣進(jìn)氣閥，空氣通過(guò)通氣管10和布風(fēng)管9進(jìn)入布風(fēng)箱8內(nèi)，并保持入爐空氣和垃圾進(jìn)量之比例在3.619Nm3/kg，使垃圾充分燃燒并氣化。為保持爐下部溫度保持在700-800℃的范圍內(nèi)，應(yīng)逐步調(diào)大爐底空氣和入爐垃圾進(jìn)量，并逐步關(guān)小燃料噴嘴2進(jìn)入的烘爐氣量和與之相配的空氣量，直至爐底空氣進(jìn)量和入爐垃圾量達(dá)到設(shè)定值，并將燃料噴嘴2關(guān)閉。生成的含有焦油的煤氣經(jīng)過(guò)爐頂850-950℃高溫區(qū)停留1秒，使煤焦油裂解，生成的不含煤焦油的煤氣經(jīng)煤氣出口4進(jìn)入除塵器30除塵，進(jìn)入除氯塔31脫除HCl，再進(jìn)入脫硫塔32脫除H2S，經(jīng)冷卻塔33降溫后得到不含焦油和粉塵及HCL及H2S的潔凈煤氣34。將潔凈煤氣34的一部分經(jīng)真空泵35返回到燃料嘴噴3，使?fàn)t頂溫度保持850-950℃，關(guān)閉城市煤氣或液化氣。
砂料和灰從排灰口13進(jìn)入灰砂斗14內(nèi)，打開(kāi)高溫閥門(mén)15，使砂料和灰進(jìn)入灰料斗16，砂料和灰在壓縮空氣的作用下，經(jīng)過(guò)氣力輸送管20到達(dá)爐頂旋風(fēng)分離器19，經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器19的分離，砂料返回到爐內(nèi)，輸送空氣及灰進(jìn)入除塵器28除塵后，空氣排放。
實(shí)施例2將爐頂溫度變?yōu)?85℃，爐體下部和中部溫度變?yōu)?30℃，空氣垃圾比變?yōu)?.032Nm3/kg，含有焦油的空氣煤氣上升到爐頂部885℃的高溫區(qū)，停留2秒，其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例3將爐頂溫度變?yōu)?90℃，爐體下部和中部溫度變?yōu)?35℃，空氣垃圾比變?yōu)?.051Nm3/kg，含有焦油的空氣煤氣上升到爐頂部890℃的高溫區(qū)，停留1.5秒，其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例4將爐頂溫度變?yōu)?30℃，爐體下部和中部溫度變?yōu)?20℃，空氣垃圾比變?yōu)?.337Nm3/kg，含有焦油的空氣煤氣上升到爐頂部930℃的高溫區(qū)，停留2秒，其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例5將爐頂溫度變?yōu)?80℃，爐體下部和中部溫度變?yōu)?20℃，空氣垃圾比變?yōu)?.524Nm3/kg，含有焦油的空氣煤氣上升到爐頂部880℃的高溫區(qū)，停留3秒，其余同實(shí)施例1。
以上實(shí)施例的氣化操作參數(shù)與結(jié)果見(jiàn)表1表權(quán)利要求
1．生活垃圾氣化制備燃料氣的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將垃圾原料中的非可燃物如玻璃、金屬、灰土等分離后，得到垃圾原料中的可燃有機(jī)質(zhì)；(2)將砂料預(yù)先加入到氣化爐中，烘爐使?fàn)t下部溫度升高到700-800℃，爐上部溫度升高到850-950℃；(3)將備好的垃圾原料在特殊結(jié)構(gòu)的加料裝置中預(yù)干燥后落入到氣化爐內(nèi)，并與砂料在攪拌狀態(tài)下，通入空氣，在保持通入空氣總量與垃圾加入量配比為2.0-3.5NM3/Kg范圍內(nèi)，保持爐下部溫度為700-800℃，生成含焦油的空氣煤氣；(4)含焦油的空氣煤氣在氣化爐上部850-950℃高溫區(qū)停留1-3秒，使焦油裂解，生成不含焦油的煤氣；(5)不含焦油的煤氣經(jīng)除塵器除塵，脫氯塔脫HCl、脫硫塔脫H2S及冷卻塔降溫得到不含焦油、粉塵、氯化物和硫化物的潔凈煤氣；(6)將潔凈煤氣一部分返回到氣化爐上部噴嘴入爐燃燒，并調(diào)節(jié)燃燒空氣使?fàn)t溫保持在850-950℃，其余潔凈煤氣作為產(chǎn)品；(7)粉塵和砂料一起從爐底部排出，并由壓縮空氣輸送到爐頂?shù)男L(fēng)分離器中分離，砂料返回到氣化爐內(nèi)，粉塵由除塵器截留空氣排放。
2．一種生活垃圾氣化制備燃料氣的復(fù)合式氣化反應(yīng)器，是由爐體(1)、進(jìn)料口(5)、測(cè)溫口(21、22、23)、煤氣出口(4)、燃料噴嘴(2、3)和排灰口(13)及回砂旋風(fēng)分離器(19)組成，其特征在于呈直角形的進(jìn)料口(5)位于爐體(1)下部，其內(nèi)安裝有水平移動(dòng)料耙(7)，爐底之上是布風(fēng)箱(8)，爐底之下安裝有空氣分布管(9)，在爐體(1)的布風(fēng)箱(8)和進(jìn)料口(5)之間裝有傾斜移動(dòng)爐耙(12)，爐耙(12)的高位端位于進(jìn)料口(5)之下，爐耙(12)的低位端處于爐體(1)底部的排灰口(13)之上，排灰口(13)連接有料封灰斗(14)、(16)，爐體(1)內(nèi)裝有攪拌器(18)，爐體(1)中部安裝有一組燃料噴嘴(2)，在爐體(1)上部、煤氣出口(4)之下安裝有另一組燃料噴嘴(3)，爐頂裝有旋風(fēng)分離器(19)，旋風(fēng)分離器(19)與灰斗(16)排灰口用氣力輸送管(20)相連。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生活垃圾氣化制備燃料氣的復(fù)合式氣化反應(yīng)器，其特征在于所述的進(jìn)料口(5)是直角型的，在豎直部分頂端設(shè)置有封板(6)，水平部分的下邊是水平的，上邊是傾斜的。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生活垃圾氣化制備燃料氣的復(fù)合式氣化反應(yīng)器，其特征在于所述的料封灰斗是兩個(gè)灰砂斗(14)、(16)和高溫閥(15)組成，高溫閥(15)在兩個(gè)灰砂斗(14)、(16)之間安裝。
全文摘要
一種生活垃圾氣化制備燃料氣的方法是將垃圾原料加入到氣化爐中,在700—800℃裂解,氣化生成含有焦油的空氣煤氣,再經(jīng)過(guò)850—950℃高溫區(qū),使焦油裂解,得到不含焦油的煤氣。本發(fā)明具有環(huán)保性能好,不產(chǎn)生成或較少產(chǎn)生二次污染,且無(wú)焦油等副產(chǎn)品產(chǎn)生,工藝簡(jiǎn)單,系統(tǒng)氣化效率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C10B53/00GK1304975SQ0013072
公開(kāi)日2001年7月25日 申請(qǐng)日期2000年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月11日
發(fā)明者王洋, 曹晏, 房倚天, 陳寒石, 黃戒介, 張尚武, 王洪瑜, 徐奕豐 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所