劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置及工作方法
【专利摘要】本发明公开了一种劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置，包括循环流化床气化炉、第一旋风分离器、第二旋风分离器、第一下料管、第二下料管、U型返料器、M型返料器、排渣管、循环流化床锅炉、第三旋风分离器、第二回料管和烟道，循环流化床气化炉上部与第一旋风分离器上部相连，循环流化床气化炉下部与循环流化床锅炉下部相连，第一旋风分离器下部与M型返料器的顶部相连，第一旋风分离器顶部与第二旋风分离器上部相连，第二旋风分离器下部与第一下料管下部相连，M型返料器与循环流化床气化炉下部相连，循环流化床锅炉上部与第三旋风分离器上部相连。该装置提高了废物利用率。同时，还公开该装置的工作方法，可高效利用废物，转化率高。
【专利说明】劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置及工作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种综合利用废弃物的装置及工艺，具体来说，涉及一种劣质煤、生物 质和固体废弃物综合利用的装置及工作方法。
【背景技术】
[0002] 煤炭在生产、加工过程中会产生大量劣质煤，其利用率低甚至被弃之不用。自然界 中产生的大量生物质也常常处于被搁置状态。资源开采及生产过程中会产生大量的固体废 弃物。上述的劣质煤、生物质及固体废弃物，不仅使资源利用率降低，而且造成了一定的环 境问题。如果将其利用起来，会有很大的开发潜力。目前，已有一些高效清洁的技术用来利 用这些燃料，同时也出现了诸如设备转化效率低、废弃物转化产物单一等问题。因此，在劣 质煤、生物质、固体废弃物综合利用中，能否实现燃料的高效清洁利用、转化产物的高商业 价值成为关键所在。
【发明内容】
[0003] 技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种劣质煤、生物质和固体废弃 物综合利用的装置，利用劣质煤、生物质、固体废弃物这些含碳燃料制取煤气，提高了废物 利用率。同时，还提供了该装置的工作方法，该方法可高效利用废物，转化率高。
[0004] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
[0005] -种劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置，其特征在于，该装置包括循环 流化床气化炉、第一旋风分离器、第二旋风分离器、第一下料管、第二下料管、U型返料器、M 型返料器、排渣管、循环流化床锅炉、第三旋风分离器、第二回料管和烟道，循环流化床气化 炉上部与第一旋风分离器上部相连，循环流化床气化炉下部通过排渣管与循环流化床锅炉 下部相连，第一旋风分离器下部通过第一下料管与M型返料器的顶部相连，第一旋风分离 器顶部与第二旋风分离器上部相连，第二旋风分离器下部依次通过第二下料管和U型返料 器与第一下料管下部相连，M型返料器侧部设有第一回料管和排灰管，M型返料器通过第一 回料管与循环流化床气化炉下部相连，M型返料器通过排灰管与排渣管相连，循环流化床锅 炉上部与第三旋风分离器上部相连，第三旋风分离器下部通过第二回料管与循环流化床锅 炉下部相连，第三旋风分离器顶部与烟道顶部相连。
[0006] 进一步，所述的循环流化床气化炉下部设有固体含碳燃料入口，循环流化床气化 炉底部设有气化剂入口。
[0007] 进一步，所述的第二旋风分离器的顶端设有煤气出口。
[0008] 进一步，所述的循环流化床锅炉的底端设有空气入口，循环流化床锅炉的下部设 有用于补充二次空气的补入口。
[0009] 进一步，所述的循环流化床锅炉的顶端设有蒸汽出口，烟道的上部设有过热蒸汽 出口。
[0010] 进一步，所述的烟道底部设有烟气排出口。 toon] 一种上述的劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置的工作方法，所述的工 作方法包括以下过程：将劣质煤、生物质、固体废弃物这些含碳燃料从固体含碳燃料入口置 于循环流化床气化炉内，向循环流化床气化炉的气化剂入口通入气化剂，含碳燃料与气化 剂在循环流化床气化炉中反应，生成由煤气、灰渣和未反应的焦炭组成的反应产物，反应产 物上升进入第一旋风分离器中，部分灰分和未反应的焦炭经第一旋风分离器分离，通过第 一下料管进入M型返料器中，其余无法捕捉到的灰分及未完全反应的焦炭则通过第一旋风 分离器顶部由气体产物夹带进入第二旋风分离器中，该灰分及未完全反应的焦炭经过第二 旋风分离器分离，再经过第二下料管和U型返料器，汇入第一下料管中，并进入M型返料器； 煤气通过第二旋风分离器顶部煤气出口收集；在M型返料器中，未完全反应的焦炭经第一 回料管返回至循环流化床气化炉中，继续参与反应，而灰分则经排灰管排出至排渣管中；循 环流化床气化炉中，含碳燃料与气化剂反应产生的灰渣经过排渣管，并与排灰管排出的灰 分一起进入循环流化床锅炉中，作为循环流化床锅炉的燃料；向循环流化床锅炉的空气入 口和补入口通入空气，与循环流化床锅炉中的燃料进行反应，反应产生的烟气和未反应的 焦炭通过第三旋风分离器分离，未反应的焦炭经第二回料管返回循环流化床锅炉中，继续 参加反应，烟气从第三旋风分离器的上端进入烟道中，烟气在烟道中进行对流换热反应后， 从烟气排出口排出，经除尘器过滤后排入大气，经过烟道中的过热器产生的过热蒸汽由过 热蒸汽出口排出。
[0012] 进一步，上述装置的工作方法中，通过调节M型返料器的松动板上的松动风吹向 第一回料管和排灰管的风量，来控制进入循环流化床气化炉和循环流化床锅炉中的未完全 反应的焦炭的量，进而调节循环流化床气化炉和循环流化床锅炉中热量。
[0013] 有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0014] (1)劣质煤、生物质、固体废弃物在循环流化床气化炉内反应生成煤气，其主要成 分为CO、H2、C02、CH4及H2S,通过硫回收装置后可获得干净煤气。循环流化床锅炉产生的烟 气则通过除尘器后排出。整个工艺流程清洁环保。
[0015] (2)劣质煤、生物质、固体废弃物在循环流化床气化炉内反应后的焦炭以及灰分经 分离收集后，再次送入循环流化床锅炉中燃烧，产生热量从而产出蒸汽，碳的利用率高，其 利用率P>99.5%。整个工艺高效、燃料利用率高。
[0016] (3)相比于转换产物单一的其他技术，本装置转换产物有煤气和蒸汽，煤气可以作 为清洁燃料或化工原料，过热蒸汽可用来发电。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为本发明中的装置的结构示意图。
[0018] 图2为本发明的实施例1的结构示意图。
[0019] 图3为本发明的实施例2的结构示意图。
[0020] 图中有：循环流化床气化炉1、第一旋风分离器2、第二旋风分离器3、第一下料管 4、第二下料管5、U型返料器6、M型返料器7、第一回料管701、排灰管702、排渣管8、循环流 化床锅炉9、第三旋风分离器10、第二回料管11、烟道12、煤气净化装置13、蒸汽轮机14、第 一发电机15、凝汽器16、燃烧室17、燃气透平18、第二发电机19、余热锅炉20。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
[0022] 如图1所示，本发明的一种劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置，包括循 环流化床气化炉1、第一旋风分离器2、第二旋风分离器3、第一下料管4、第二下料管5、U型 返料器6、M型返料器7、排渣管8、循环流化床锅炉9、第三旋风分离器10、第二回料管11和 烟道12。循环流化床气化炉1上部与第一旋风分离器2上部相连，循环流化床气化炉1下 部通过排渣管8与循环流化床锅炉9下部相连，第一旋风分离器2下部通过第一下料管4 与M型返料器7的顶部相连，第一旋风分离器2顶部与第二旋风分离器3上部相连，第二旋 风分离器3下部依次通过第二下料管5和U型返料器6与第一下料管4下部相连，M型返 料器7侧部设有第一回料管701和排灰管702, M型返料器7通过第一回料管701与循环流 化床气化炉1下部相连，M型返料器7通过排灰管702与排渣管8相连，循环流化床锅炉9 上部与第三旋风分离器10上部相连，第三旋风分离器10下部通过第二回料管11与循环流 化床锅炉9下部相连，第三旋风分离器10顶部与烟道12顶部相连。
[0023] 进一步，所述的循环流化床气化炉1下部设有固体含碳燃料入口 A，循环流化床气 化炉1底部设有气化剂入口 B。固体含碳燃料入口 A用于通入劣质煤、生物质和固体废弃 物。气化剂入口B用于通入气化剂。气化剂为氧气或水蒸气。所述的第二旋风分离器3的 顶端设有煤气出口C。煤气出口C用于收集煤气。所述的循环流化床锅炉9的底端设有空 气入口D，循环流化床锅炉9的下部设有用于补充二次空气的补入口 E。空气入口D和补入 口 E均用于通入空气。所述的循环流化床锅炉9的顶端设有蒸汽出口，烟道12的上部设有 过热蒸汽出口 F。蒸汽出口用于输出蒸汽，过热蒸汽出口 F用于输出过热蒸汽。烟道12底 部设有烟气排出口G。烟气排出口G用于排出烟气。
[0024] 上述的劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置的工作方法，包括以下过程： 将劣质煤、生物质、固体废弃物这些含碳燃料从固体含碳燃料入口 A置于循环流化床气化 炉1内，向循环流化床气化炉的气化剂入口 B通入气化剂，含碳燃料与气化剂在循环流化床 气化炉1中反应，生成由煤气、灰渣和未反应的焦炭组成的反应产物，反应产物上升进入第 一旋风分离器2中，部分灰分和未反应的焦炭经第一旋风分离器2分离，通过第一下料管4 进入M型返料器7中，其余无法捕捉到的灰分及未完全反应的焦炭则通过第一旋风分离器 2顶部由气体产物夹带进入第二旋风分离器3中，该灰分及未完全反应的焦炭经过第二旋 风分离器3分离，再经过第二下料管5和U型返料器6,汇入第一下料管4中，并进入M型 返料器7 ;煤气通过第二旋风分离器3顶部煤气出口 C收集；在M型返料器7中，未完全反 应的焦炭经第一回料管701返回至循环流化床气化炉1中，继续参与反应，而灰分则经排灰 管702排出至排渣管8中；循环流化床气化炉1中，含碳燃料与气化剂反应产生的灰渣经过 排渣管8,并与排灰管702排出的灰分一起进入循环流化床锅炉9中，作为循环流化床锅炉 9的燃料；向循环流化床锅炉9的空气入口 D和补入口 E通入空气，与循环流化床锅炉9中 的燃料进行反应，反应产生的烟气和未反应的焦炭通过第三旋风分离器10分离，未反应的 焦炭经第二回料管11返回循环流化床锅炉9中，继续参加反应，烟气从第三旋风分离器10 的上端进入烟道12中，烟气在烟道12中进行对流换热反应后，从烟气排出口 G排出，经除 尘器过滤后排入大气，经过烟道12中的过热器产生的过热蒸汽由过热蒸汽出口 F排出。
[0025] 上述装置的工作方法中，通过调节M型返料器7的松动板上的松动风吹向第一回 料管701和排灰管702的风量，来控制进入循环流化床气化炉1和循环流化床锅炉9中的未 完全反应的焦炭的量，进而调节进入循环流化床气化炉1和循环流化床锅炉9中热量。在 实际运行中，通过控制M型返料器的风量，可以对循环流化床气化炉1和循环流化床锅炉9 的工况进行灵活的调节，使其达到最佳的反应状态，提高燃料的利用率。
[0026] 本发明的装置实现了煤气和蒸汽的有效收集，蒸汽可以用来发电或利用制取的煤 气进行燃气一蒸汽联合循环发电，提高了对废弃物的利用效率。
[0027] 下面结合利用上述装置和方法进行发电的两个实施例。
[0028] 实施例1
[0029] 如图2所示，一种劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置，包括循环流化床 气化炉1、第一旋风分离器2、第二旋风分离器3、第一下料管4、第二下料管5、U型返料器6、 M型返料器7、排渣管8、循环流化床锅炉9、第三旋风分离器10、第二回料管11、烟道12、煤 气净化装置13、蒸汽轮机14、发电机15和凝汽器16。循环流化床气化炉1上部与第一旋 风分离器2上部相连，循环流化床气化炉1下部通过排渣管8与循环流化床锅炉9下部相 连，第一旋风分离器2下部通过第一下料管4与M型返料器7的顶部相连，第一旋风分离器 2顶部与第二旋风分离器3上部相连，第二旋风分离器3的上部和煤气净化装置13连接， 煤气净化装置13设有出口 H，第二旋风分离器3下部依次通过第二下料管5和U型返料器 6与第一下料管4下部相连，M型返料器7侧部设有第一回料管701和排灰管702, M型返料 器7通过第一回料管701与循环流化床气化炉1下部相连，M型返料器7通过排灰管702与 排渣管8相连，循环流化床锅炉9上部与第三旋风分离器10上部相连，第三旋风分离器10 下部通过第二回料管11与循环流化床锅炉9下部相连，第三旋风分离器10顶部与烟道12 顶部相连。烟道12的过热蒸汽出口 F和蒸汽轮机14连接，蒸汽轮机14分别和第一发电机 15与凝汽器16连接。
[0030] 上述装置综合利用劣质煤、生物质、固体废弃物以制取煤气，并利用生成的蒸汽发 电。劣质煤、生物质、固体废弃物置于循环流化床气化炉1内反应，产物依次通过第一旋风 分离器2、第二旋风分离器3,得到粗煤气，主要成分为CO、H 2、C02、CH4及H2S。粗煤气通过 煤气净化装置13,把粗煤气中的灰分、含硫化合物等有害物质除净，在出口 H处得到干净煤 气。循环流化床气化炉1的排灰和排渣置于循环流化床锅炉9中燃烧，循环流化床锅炉9 产生的蒸汽送入蒸汽轮机14中，带动第一发电机15发电，凝汽器16用于将汽轮机14中做 过功的乏汽冷凝成水后再利用。
[0031] 实施例2
[0032] 如图3所示，一种劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置，该装置和实施例 1的结构相同，但是还增加了燃烧室17、燃气透平18、第二发电机19、余热锅炉20。其中，燃 烧室17与煤气净化装置13的出口相连，燃气透平18分别与燃烧室17、第二发电机19和余 热锅炉20相连，余热锅炉20通过蒸汽管道与从循环流化床锅炉9出来的的蒸汽管道连接， 该蒸汽管道的另一端连接蒸汽轮机14。
[0033] 实施例2的装置可以实现燃气一蒸汽联合循环发电。劣质煤、生物质、固体废弃物 置于循环流化床气化炉1内反应，产物依次通过第一旋风分离器2、第二旋风分离器3,得到 粗煤气，主要成分为CO、H 2、CO2、CH4及H2S。粗煤气通过煤气净化装置13,把粗煤气中的灰 分、含硫化合物等有害物质除净，从而得到干净煤气。再将干净煤气通入燃烧室17,之后进 入燃气透平18,从而带动第二发电机19发电。之后气体进入余热锅炉20,产生蒸汽。气化 炉的排灰和排渣置于循环流化床锅炉9中燃烧，循环流化床锅炉9产生的蒸汽与余热锅炉 20产生的蒸汽一起送入蒸汽轮机14中，带动发电机15发电。
【权利要求】
1. 一种劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置，其特征在于，该装置包括循环 流化床气化炉（1)、第一旋风分离器（2)、第二旋风分离器（3)、第一下料管（4)、第二下料 管（5)、U型返料器（6)、Μ型返料器（7)、排渣管（8)、循环流化床锅炉（9)、第三旋风分离器 (10)、第二回料管（11)和烟道（12)，循环流化床气化炉（1)上部与第一旋风分离器（2)上部 相连，循环流化床气化炉（1)下部通过排渣管（8)与循环流化床锅炉（9)下部相连，第一旋 风分离器（2)下部通过第一下料管（4)与Μ型返料器（7)的顶部相连，第一旋风分离器（2) 顶部与第二旋风分离器（3)上部相连，第二旋风分离器（3)下部依次通过第二下料管（5)和 U型返料器（6)与第一下料管（4)下部相连，Μ型返料器（7)侧部设有第一回料管（701)和 排灰管（702 )，Μ型返料器（7 )通过第一回料管（701)与循环流化床气化炉（1)下部相连， Μ型返料器（7)通过排灰管（702)与排渣管（8)相连，循环流化床锅炉（9)上部与第三旋风 分离器（10)上部相连，第三旋风分离器（10)下部通过第二回料管（11)与循环流化床锅炉 (9)下部相连，第三旋风分离器（10)顶部与烟道（12)顶部相连。
2. 根据权利要求1所述的劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置，其特征在于， 所述的循环流化床气化炉（1)下部设有固体含碳燃料入口（Α)，循环流化床气化炉（1)底部 设有气化剂入口（Β)。
3. 根据权利要求1所述的劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置，其特征在于， 所述的第二旋风分离器（3)的顶端设有煤气出口（C)。
4. 根据权利要求1所述的劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置，其特征在于， 所述的循环流化床锅炉（9)的底端设有空气入口（D)，循环流化床锅炉（9)的下部设有用于 补充二次空气的补入口（Ε)。
5. 根据权利要求1所述的劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置，其特征在于， 所述的循环流化床锅炉（9)的顶端设有蒸汽出口，烟道（12)的上部设有过热蒸汽出口（F)。
6. 根据权利要求1所述的劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置，其特征在于， 所述的烟道（12)底部设有烟气排出口（G)。
7. -种权利要求1所述的劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置的工作方法， 其特征在于，所述的工作方法包括以下过程：将劣质煤、生物质、固体废弃物这些含碳燃料 从固体含碳燃料入口（Α)置于循环流化床气化炉（1)内，向循环流化床气化炉的气化剂入 口（Β)通入气化剂，含碳燃料与气化剂在循环流化床气化炉（1)中反应，生成由煤气、灰渣 和未反应的焦炭组成的反应产物，反应产物上升进入第一旋风分离器（2)中，部分灰分和未 反应的焦炭经第一旋风分离器（2)分离，通过第一下料管（4)进入Μ型返料器（7)中，其余 无法捕捉到的灰分及未完全反应的焦炭则通过第一旋风分离器（2)顶部由气体产物夹带进 入第二旋风分离器（3)中，该灰分及未完全反应的焦炭经过第二旋风分离器（3)分离，再经 过第二下料管（5)和U型返料器（6)，汇入第一下料管（4)中，并进入Μ型返料器（7);煤气 通过第二旋风分离器（3)顶部煤气出口（C)收集；在Μ型返料器（7)中，未完全反应的焦炭 经第一回料管（701)返回至循环流化床气化炉（1)中，继续参与反应，而灰分则经排灰管 (702)排出至排渣管（8)中；循环流化床气化炉（1)中，含碳燃料与气化剂反应产生的灰渣 经过排渣管（8)，并与排灰管（702)排出的灰分一起进入循环流化床锅炉（9)中，作为循环 流化床锅炉（9)的燃料；向循环流化床锅炉（9)的空气入口（D)和补入口（Ε)通入空气，与 循环流化床锅炉（9)中的燃料进行反应，反应产生的烟气和未反应的焦炭通过第三旋风分 离器（10)分离，未反应的焦炭经第二回料管（11)返回循环流化床锅炉（9)中，继续参加反 应，烟气从第三旋风分离器（10)的上端进入烟道（12)中，烟气在烟道（12)中进行对流换热 反应后，从烟气排出口（G)排出，经除尘器过滤后排入大气，经过烟道（12)中的过热器产生 的过热蒸汽由过热蒸汽出口（F)排出。
8.按照权利要求7所述的劣质煤、生物质和固体废弃物综合利用的装置的工作方法， 其特征在于，上述装置的工作方法中，通过调节Μ型返料器（7)的松动板上的松动风吹向第 一回料管（701)和排灰管（702 )的风量，来控制进入循环流化床气化炉（1)和循环流化床锅 炉（9)中的未完全反应的焦炭的量，进而调节循环流化床气化炉（1)和循环流化床锅炉（9) 中热量。
【文档编号】C10J3/54GK104263418SQ201410543540
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】向文国, 王欢欢, 许长春, 李静 申请人:东南大学