一种以垃圾炭为原料制备燃气的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及燃气生产领域，具体涉及以垃圾炭为原料制备燃气的装置和方法。
【背景技术】
[0002] 随着国家城乡一体化建设的推进，城市垃圾的产量日益增加，对环境的影响也越 发严重。城市垃圾处理是减轻城市污染，保障城市居民生活、工作条件和身体健康的重要和 必要措施。城市垃圾处理的目的是要达到减量化，无害化和资源化。通常经过分选（手选 或技术设备分选），回收部分资源后，主要的处理方法是填埋，堆肥，焚烧和热解。其中，垃圾 热解技术与其他技术相比在达到减量化的同时，可获得可燃气体以及少量油品产生再生能 源，减少二次污染并达到再生资源的充分利用。
[0003] 然而由于我国城市垃圾含水率高，垃圾成分复杂、波动性大，这种特性造成了热解 后产物品质不稳定，进一步利用还存在问题，尤其是垃圾热解炭的利用问题。通过研宄发现 我国垃圾热分解后所剩余固体物中的灰分含量很高（>50% )，挥发份含量低且不均匀，杂 质含量较多，市场销路不好，很难进行进一步的利用，大多数垃圾热解炭最终只能作为热解 残渣进行填埋处理，不仅占用了土地资源，而且造成了能源的浪费。因此，仅通过现有热解 技术无法经济、充分的实现城市垃圾资源化利用的效果。如果能够利用这种垃圾热解炭低 成本、高效地制备工业或民用燃气，则能够提高垃圾热解资源化效率，更利于垃圾热解的工 业化生产和推广。
[0004] 现有燃气制备技术对垃圾热解炭这种高灰分、低热值原料的适应性很差，尚无相 关报道。即使与煤掺混，利用现有制气工艺也需对装置进行改造，破坏了原有的工艺过程， 对正常的工艺运行造成了影响；同时还存在制气效果差，掺混量有限，不能实现垃圾炭大规 模处理，成本增加，能源利用率和热效率降低等问题。
[0005] 专利文献CN1385647A公开了一种生活垃圾无害化处理，具体的说是一种生活垃 圾或经炉内裂化后的炭碴实施处理后再利用的生活垃圾、炭碴造气装置。该专利是在一般 的锅炉基础上，实施改造后，其顶部设置有气体回收装置，顶部侧端设置有进料装置，底部 为排灰装置，作为生活垃圾、炭碴造气装置，经该装置处理后的炭碴和生活垃圾可以制造再 生燃烧气体进行利用，实现无害化气体排放和排放出的固体是体积极小的灰的新型装置。 但由于是在锅炉基础上实施改造的装置，其处理量、气化剂的选择等受到原有设备的限制； 其气体净化除尘设施不适合高灰分垃圾炭制备燃气的净化要求，同时燃气热量未充分回 收，造成能量损失；未充分回收灰分中所携带的大量显热，造成能源利用率低，热效率差的 问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种利用垃圾热解炭低成本、高效率的制备燃气的方法和 装置。本发明通过充分回收气化残渣、高温气体热量的多级利用技术和两级气化技术解决 现有燃气制备技术对垃圾热解炭这种高灰分、低热值原料的适应性很差的问题，同时可降 低成本，提高能源利用率和系统热效率，进而实现垃圾炭大规模处理和进一步资源化利用。
[0007] 本发明提供了一种以垃圾炭为原料制备燃气的方法。所述垃圾炭为垃圾经过常规 方法热解后获得的垃圾炭。
[0008] 具体而言，所述方法包括以下步骤：
[0009] (I)取垃圾炭，依次经破碎和筛分预处理后，得到粒径大于6mm的颗粒少于总量 3%的气化原料；
[0010] (II)气化原料在气化剂的作用下，依次进行一级、二级热解气化，即得高温燃气和 热灰渣；
[0011] 热灰渣与软化冷水进行热交换，得低温水；热交换后的灰渣进一步冷却到室温后， 即得冷灰渣；
[0012] (III)将高温燃气进行高温除尘，去除飞灰，即得一次净化的高温燃气；
[0013] (IV)将一次净化的高温燃气依次与室温空气、饱和蒸汽、高温水和低温水进行多 级热交换，即得低温燃气；
[0014] 所述一次净化的高温燃气与室温空气进行热交换后，还得到高温空气，作为步骤 (II)所述气化剂使用；
[0015] 同时，步骤（II)所得低温水逆向参与所述多级热交换，依次获得高温水、饱和蒸 汽和过热蒸汽，所述过热蒸汽作为步骤（II)所述气化剂使用；
[0016](V)将低温燃气冷却，脱硫净化后，即得净燃气。
[0017] 步骤（II)经两级热解气化后所得的高温燃气为气态，残余的灰渣为固态，高温燃 气与灰渣因性质不同可自然分离。所述高温燃气中，混有细小的固体颗粒状粉尘，即未热解 气化的飞灰，需要经过步骤（III)将飞灰从高温燃气中去除。
[0018] 所述方法还可以包括对步骤（III)所得飞灰的循环利用，具体为：将飞灰再进行 制气。
[0019] 步骤（II)所述气化剂的温度为500~650°C;所述一级热解气化的温度为800~ 900°C，二级热解气化的温度为900~1100°C。
[0020] 作为一种优选方案，步骤（II)所述气化剂的温度为600~650°C;所述一级热解 气化的温度为850~860°C，二级热解气化的温度为980~1000°C。
[0021] 步骤（IV)所述多级热交换具体为：将一次净化的高温燃气依次与室温空气、 150~200°C的饱和蒸汽、100~200°C的高温水和50~100°C的低温水进行多级热交换， 依次获得温度为650~750 °C的燃气、温度为400~500 °C的燃气、温度为250~300 °C的燃 气和温度为150~200°C的低温燃气。同时，步骤（II)所得50~100°C的低温水，逆向参 与步骤（IV)所述多级热交换，依次获得100~200°C的高温水、150~200°C的饱和蒸汽和 500~650°C的过热蒸汽，所述过热蒸汽作为步骤（II)所述气化剂使用。
[0022] 同时，步骤（IV)所述室温的空气，经过与900~1100°C的一次净化的高温燃气进 行热交换后，还得到500~650°C的空气，可作为气化剂用于步骤（II)的热解气化。
[0023] 步骤（V)所述低温燃气冷却，为冷却至20~50 °C。
[0024] 本发明还提供了一种以垃圾炭为原料制备燃气的装置，所述装置包括依次顺序连 接的预处理单元、气化制气单元、高温燃气除尘单元、高温燃气余热回收单元和燃气脱硫单 J1_1〇
[0025] 所述预处理单元包括相连的破碎装置和筛分装置。所述破碎装置设有垃圾炭的进 料口。
[0026] 所述气化制气单元包括制气单元。所述制气单元中包含相连的一级气化器和二级 气化器；所述一级气化器与筛分装置相连。
[0027] 所述的高温燃气除尘单元包括高温除尘单元，并与制气单元的二级气化器相连。 高温除尘单元中包含高温旋风除尘器，根据除尘的实际需要，所述高温旋风除尘器可以为 一级或串联的多级，级数越尚，除尘效率越尚。为了提尚除尘效果，在尚温除尘单兀中，还可 以在高温旋风除尘器后串联其它的除尘装置，如高温陶瓷过滤器。
[0028] 所述高温燃气余热回收单元包括依次顺序连接的空气预热器、过热蒸汽单元、饱 和蒸汽单元、省煤器和干法除尘器。
[0029] 所述燃气脱硫单元包括脱硫装置，所述脱硫装置设有净燃气出口。
[0030] 原料垃圾炭依次经过破碎装置、筛分装置、制气单元、高温除尘单元、空气预热器、 过热蒸汽单元、饱和蒸汽单元、省煤器、间接冷却器以及脱硫装置，即可获得洁净的燃气。
[0031] 为了实现废料的循环利用，高温除尘单元还可以通过飞灰循环管道与制气单元相 连，从而实现对飞灰的循环热解气化。
[0032] 为了提高能源利用率和系统热效率，空气预热器还可以设置空气进气口，并通过 空气气化剂管道与制气单元相连。将室温的空气通入空气预热器，经热交换后，所得到的热 空气可以作为气化剂，通入制气单元。
[0033] 为了提高能源利用率和系统热效率，所述装置还可以进一步包括高温灰渣余热回 收单元，所述高温余澄余热回收单元可包括灰澄冷却单元。
[0034] 所述灰渣冷却单元设有冷灰渣出口；制气单元还可以通过灰渣冷却管道与灰渣冷 却单元相连。灰渣冷却后，取出，可实现废料的持续利用。
[0035] 所述灰渣冷却单元还可进一步设置软化冷水的进水口，并通过蒸汽气化剂管道， 依次经由省煤器、饱和蒸汽单元和过热蒸汽单元，与制气单元相连。
[0036] 本发明所述制备洁净燃气的方法，可采用本发明提供的装置实现。
[0037] 本发明所述方法可进一步优选为：
[0038] (I)取垃圾炭，依次经破碎装置和筛分装置预处理后，得到粒径大于6mm的颗粒少 于总量1%的气化原料；
[0039] (II)将步骤⑴所得气化原料通入制气单元，经制气单元中温度为850~860°C 的一级气化器，在气化剂的作用下进行热解；将所得热解气和剩余固体物质一同通入温度 为980~1000°C的二级气化器，在气化剂的作用下充分气化，即得900~950°C的高