一种垃圾、固体废物气化炉的制作方法

本实用新型涉及垃圾、固体废物气化领域，特别是一种垃圾、固体废物气化炉。

背景技术：

随着城市化进程的加快和土地资源的日益紧缺，垃圾焚烧技术已经成为大中城市处理生活垃圾的主要手段之一。

目前国内外所采用的焚烧炉主要包括机械炉排炉、流化床焚烧炉和固定床焚烧炉。这些焚烧技术在处理生活垃圾时，均需要采用过量的空气作为助燃剂，空气过剩系统非常高，机械炉排炉为1.5～1.8，流化床焚烧炉为2.0～2.5，固定床焚烧炉更高，达到3.0以上。每千克垃圾经过焚烧处理后产生6～15Nm3废气，需要庞大的尾气净化系统进行烟气净化。

另外，由于我国垃圾含水率高达50％以上，甚至达到70％，垃圾热值低，一般只有800～1000kca l/kg，使得焚烧温度难以达到850℃以上，对于焚烧过程二噁英的控制受到影响。流化床焚烧炉不得不通过补加大量燃煤来满足焚烧热值的需要。

申请公布号为CN104745235A的专利文献公开了一种等离子垃圾气化热解设备，包括等离子垃圾气化炉和垃圾热解炉和垃圾自动进料装置，在气化炉的顶部设有合成气的出口，在气化炉顶部设置有气化炉顶部等离子体炬，在气化炉中下部设有若干个气化炉料仓的进料口，在该进料口的下方设有气化炉布风板，在气化炉的底部设有气化炉底部等离子炬；在热解炉的顶部设有热解气合成气的出口，在热解炉的中下部设有热解炉料仓的进料口，在该进料口的下方设有热解炉布风板。生活垃圾由气化炉料仓经进料口进入气化炉，气化介质经气化炉布风板进入气化炉和垃圾物料发生气化反应生成合成气；从气化炉顶部出来的合成气经热解炉布风板进入热解炉与由热解炉料仓进入的垃圾进行热解反应。该设备中设有等离子体炬能够保证气化所需的温度。但是等离子体炬的使用寿命非常短(几百个小时)，等离子体炬需要频繁的更换。

技术实现要素：

本实用新型的目的是将垃圾、固体废物气化产生燃气，并保证燃气中的二噁英含量符合环保要求。

为达上述优点，本实用新型提供一种垃圾、固体废物气化炉，其包括气化炉炉体和供氧单元，所述气化炉炉体与所述供氧单元连通，所述气化炉炉体用于将高于设定热值的垃圾、固体废物与气化剂发生气化反应；所述供氧单元用于向所述气化炉内提供高于设定浓度的富氧空气或纯氧为气化剂使气化反应的温度为1200℃-2000℃。

本实用新型的垃圾、固体废物气化炉的一个实施例中，所述气化炉的垃圾、固体废物进料口位于气化炉炉体顶部的中间位置。

本实用新型的垃圾、固体废物气化炉的一个实施例中，所述气化炉炉体采用上大下小的锥筒形结构。

本实用新型的垃圾、固体废物气化炉的一个实施例中，所述气化炉的下部设有环形结构的第一气化剂进口集箱和第一气化剂进口支管，所述第一气化剂进口支管两端分别与所述第一气化剂进口集箱、所述气化炉炉体连通，多个所述第一气化剂进口支管在气化炉炉体的周向均匀布置。

本实用新型的垃圾、固体废物气化炉的一个实施例中，所述气化炉还包括液态排渣管、所述液态排渣管用于连接所气化炉炉体的底部和液态排渣池。

本实用新型的垃圾、固体废物气化炉的一个实施例中，所述气化炉的上部设有环形结构的第一气化剂进口集箱和第一气化剂进口支管。

本实用新型的垃圾、固体废物气化炉的一个实施例中，所述第一气化剂进口支管的方向朝向气化炉炉体的中心线O或多个第一气化剂进口支管的朝向在气化炉炉体中部形成中间假想切圆。

本实用新型的垃圾、固体废物气化炉的一个实施例中，所述设定热值大于或等于1200kca l/kg。

本实用新型的垃圾、固体废物气化炉的一个实施例中，所述设定浓度(氧气的体积百分比)大于或等于30％。

本实用新型的垃圾、固体废物气化炉的一个实施例中，所述气化剂进入气化炉前，所述气化剂被加热至100-800℃。

在本实用新型垃圾、固体废物气化炉中，供氧单元用于向所述气化炉内提供高于设定浓度的富氧空气或纯氧为气化剂使气化反应的温度为1200℃-2000℃，气化反应的残渣灰为熔融状态的液态高温渣，并以熔融状态排出，气化反应的连续性好，稳定性高。

附图说明

图1所示为本实用新型第一实施例的垃圾、固体废物气化炉的结构示意图。

图2所示为图1的垃圾、固体废物气化炉的截面图。

图3所示为本实用新型第二实施例的垃圾、固体废物气化炉的截面图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图1所示为本实用新型第一实施例的垃圾、固体废物气化炉的结构示意图。图2所示为图1的垃圾、固体废物气化炉的截面图。请参见图1、2，本实施例的垃圾、固体废物气化炉包括：垃圾、固体废物进料口1、燃气出口2、气化炉炉体3、第一气化剂进口集箱4、第一气化剂进口支管5、液态排渣管6、液态排渣池7、第二气化剂进口集箱8、第二气化剂进口支管9。

垃圾、固体废物进料口1位于气化炉炉体3顶部的中间位置。由于气化炉的进料口位于气化炉顶部的中部区域内，这样有利于垃圾、固体废物进入气化炉内部时较为均匀的分布在气化炉内，进而保证了气化炉内气化反应稳定。

燃气出口2位于气化炉炉体3的顶部，多个燃气出口2围绕气化炉炉体3的顶部中心设置。在本实用新型的其他实施例中，仅设有1个燃气出口2。燃气出口2与用气单元连接，用气单元为以燃气为燃料的锅炉，在本实用新型的其他实施例中，用气单元存储燃气的储罐或以燃气为原料合成甲烷、甲醇、二甲醚或烯烃的设备。

气化炉炉体3采用上大下小的锥筒形结构。气化炉炉体3的截面为圆形。第一气化剂进口集箱4围绕在气化炉炉体3下部，第二气化剂进口集箱8围绕在气化炉炉体3上部，第一气化剂进口集箱4和第二气化剂进口集箱8为环形结构，这样可以保证进入气化炉炉体3的气化剂压力或流量均匀。

第一气化剂进口集箱4、第二气化剂进口集箱8与供氧单元连接。供氧单元用于向气化炉提供富氧空气或纯氧作为气化剂。供氧单元可以是富氧空气储罐或纯氧储罐、富氧空气制造设备或纯氧制造设备。气化剂中的氧气浓度(体积百分比)为30％-100％。气化剂的压力在0-0.7MPa范围内可调，为了提高热量利用效率和提高反应温度，气化剂需要加热到300-800℃左右。

第一气化剂进口支管5两端分别与第一气化剂进口集箱4、气化炉炉体3连通。第一气化剂进口支管5在气化炉炉体3的周向均匀布置，第一气化剂进口支管5的方向朝向气化炉炉体3的中心线O。在本实用新型的其他实施例中，第一气化剂进口支管5为多层的结构。

第二气化剂进口支管9与两端分别与第二气化剂进口集箱8、气化炉炉体3连通。第二气化剂进口支管9的方向朝向气化炉炉体3的中心线O。在本实用新型的其他实施例中，第二气化剂进口支管9为多层的结构。

液态排渣管6用于连接气化炉炉体3的底部和液态排渣池7。在气化炉内的气化反应温度达到1200℃-2000℃以上时的气化反应的残渣灰为熔融状态的液态高温渣，并以熔融状态排出。液态高温渣直接冷却下来后，将会凝固成为体积很大的固体物质。本实用新型中将液态高温渣通过液态排渣管6排入液态排渣池7采用水淬处理后，由于是急冷，渣子急冷，崩裂下来，成为小颗粒渣子，不必破碎即可直接当做建筑材料来用。熔融状态的灰变成玻璃体，使垃圾、固体废物中有害物质，如重金属等固化在玻璃体中，达到无害化处理的目的。

图3所示为本实用新型第二实施例的垃圾、固体废物气化炉的截面图。多个第一气化剂进口支管5、第二气化剂进口支管9的朝向在气化炉炉体3中部形成中间假想切圆，目的是使液态的反应物垃圾、固体废物产生旋转，混合更均匀。

优选的垃圾、固体废物在进入气化炉前经过晾晒或脱水或烘干，使垃圾、固体废物热值提高，进入气化炉的垃圾、固体废物的热值应高于设定热值，设定的热值为1200kca l/kg。

垃圾、固体废物经过烘干、破碎处理，从垃圾、固体废物进料口进入1气化炉炉体3，在气化炉炉体3下部与从第一气化剂进口支管5进入的高压富氧空气混合燃烧，产生高达1200℃-2000℃的高温。

为了使出口燃气温度保持在设定的温度范围内，当燃气出口温度低于设定值时，通过第二气化剂进口支管9加入富氧空气，使部分燃气燃烧，增加出口燃气的温度，使燃气温度达到设定值，使二噁英在高温下彻底分解。

气化炉内垃圾和固体废物在富氧空气或纯氧的作用下发生气化反应，在气化炉的燃气出口处燃气温度达到1000℃以上，并使燃气在高温下的停留时间大于2秒，彻底使二噁英分解。二噁英随温度变化的分解过程如下：

随着温度的升高，到750℃左右，其中分子量较大的二噁英类物质开始分解，但热稳定性好的氯苯类(如C6H5Cl)不易分解。随着温度的升高，这类物质会进行激烈的游离基反应而生成(C6H4ClOH)等物质。在二噁英类物质中主要有C-C、C-Cl、C-O、C-H等几种化学键，其键能如下表。

二噁英的热分解可能分为以下三步：

(1)、由于C-Cl键的键能是最低的，所以最先断裂，一般温度在750℃左右。

(2)、其次轮到C-O键的断裂，一般温度在800℃左右。

步骤(1)和(2)只是减少了实际上的二噁英类物质，但是大大增加了二噁英前体物的浓度，即增加了后期合成几率。

(3)、完全分解，这一步要求比较高，一般温度要在1000℃左右。二噁英分解在850℃左右在炉膛中停留时间到达2秒，或是1000℃左右在炉膛里停留1秒，或是1200℃左右停留几微秒二噁英可以完全分解。

在垃圾、固体废物富氧液态排渣的气化炉内发生的是气化反应，垃圾气化是将含有机可燃物的垃圾在缺氧的条件下利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物转变为小分子量的CO,H2,CH4等燃气。其抑制二噁英的主要途径有：①减少了二噁英前体物的生成；②垃圾中的有价金属没有被氧化，垃圾中的Cu、Fe等金属不易生成促进二噁英生成的催化剂。同时，垃圾的热解气化还有其优点：①制备出燃气；②热解气体燃烧时空气系数较低，能大大降低排烟量、提高能量利用率、降低NOx排量、减少烟气处理设备的投资和运行费。

此外，带有孤对电子的分子，如含有氮或硫的分子，也可与Cu、Fe及其它过渡金属反应形成稳定的化合物，从而降低催化形成二噁英的可能性。

此外在高温条件下的气化反应，燃气中不含焦油。

本实用新型中垃圾、固体废物气化炉可以按照以下步骤气化垃圾、固体废物：

1、预处理，包括提高垃圾、固体废物热值到设定热值；

提高垃圾、固体废物热值到设定热值的手段为降低垃圾、固体废物的含水率和/或在垃圾、固体废物内混入高热值物料；

2、气化，将预处理后的垃圾、固体废物送入气化炉内，以浓度高于设定浓度的富氧空气或纯氧为气化剂气化垃圾、固体废物；

高热值物料为热值高于设定热值的燃料，如煤、生物质、焦炭。高热值物料为块状结构，优选粒径为10mm-50mm，也可是其它粒径，这样高热值物料掺入极大的增加了垃圾、固体废物的透气性或孔隙率，使气化反应时氧气与垃圾、固体废物充分接触，极大的增加气化反应的速度，提高气化反应的温度。

在本实用新型的其他实施例中，预处理还包括将垃圾、固体废物粉碎的步骤。优选的粉碎后的垃圾、固体最大粒径应小于100mm，也可以是较大的粒径。

在本实用新型的其他实施例中，预处理还包括测定垃圾、固体废物热值的步骤。

在本实用新型的其他实施例中，气化炉内设有等离子体炬，等离子体炬用于气化炉的点火，和在气化炉内温度低于设定温度时提高气化炉内的温度。

下表所示为本实用新型第一实施例的垃圾、固体废物气化产生燃气的方法的实验数据。通过实验数据可以发现在本实用新型垃圾、固体废物气化炉中，供氧单元用于向所述气化炉内提供高于设定浓度的富氧空气或纯氧为气化剂使气化反应的温度为1200℃-2000℃，气化反应的残渣灰为熔融状态的液态高温渣，并以熔融状态排出。气化反应的连续性好，稳定性高。

以上，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化和修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。