一种生活垃圾热解气化处理系统、处理方法及发电系统与流程

本发明涉及一种生活垃圾热解气化处理系统、处理方法及发电系统，属于生活垃圾处理技术领域。

背景技术：

目前，城镇生活垃圾具有高水分、成分复杂、热值变化大的特性，垃圾无害化处理的方式主要有垃圾分类回收、填埋、堆肥、焚烧和热解气化等。根据国家统计局发布的2016年城市建设统计年鉴，我国年垃圾产生量约为20046万吨，其中填埋量为11866万吨，焚烧量为7378万吨，其他处理量429万吨。

生活垃圾填埋仍然是我国垃圾处理的主要方式。垃圾填埋处理需占用大量的土地资源，垃圾中有害成分对空气、水体、土壤等环境会造成较严重的污染。

生活垃圾焚烧发电作为目前快速发展的垃圾处理方式，可以做到垃圾体积减少90%，质量减少70%-80%，焚烧产生的热量可用于发电，能够实现垃圾处理的无害化、减量化、资源化的目的，但垃圾是在过量空气条件下进行剧烈的氧化焚烧，烟气生产量大，垃圾中含氯有机物也将产生二噁英等难以分解的剧毒污染物，因此，垃圾焚烧处理时需配置复杂的烟气处理工艺系统，运行处理成本高，比较适合于生活垃圾热值较高、日垃圾处理量较大城镇的生活垃圾无害化处理。

生活垃圾热解气化是从垃圾中回收燃料气的再生能源新技术，对垃圾的资源利用率高，二噁英生成量低。目前垃圾热解气化技术主要有固定床气化技术、流化床气化技术、回转窑气化技术、管式反应器与固定床气化炉的两步法气化技术。其中：固定床气化技术存在热解气焦油含量高、垃圾水分含量要求低的不足。流化床气化技术存在垃圾需要进行破碎、分级等预处理，热解气焦油含量高等不足。回转窑气化技术存在炉渣热灼减率高、焦油含量高等不足。管式反应器与固定床气化炉的两步法气化技术存在入炉垃圾需要进行分拣，水分含量要求低、有机物含量要求高、系统稳定性差等不足。

面对生活垃圾的无害化处理现有技术存在的不足，研究开发一种能够适应现有生活垃圾特性、无二次污染、垃圾能源热利用效率高、系统运行稳定的技术是非常必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于，为了克服现有生活垃圾热解气化技术存在的不足，提供一种生活垃圾热解气化处理系统、处理方法及发电系统，以减少二噁英生产量、减少热解气焦油量、降低炉渣热灼减率、提高垃圾能源热利用效率、提高系统运行稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种生活垃圾热解气化处理系统，包括依次连通的回转窑气化单元、流化床重整单元和净化单元，

所述回转窑气化单元包括回转窑，所述回转窑的进料端设有进料机构；

所述流化床重整单元包括与回转窑出料端连通的流化床重整炉，所述流化床重整炉的热解气出口连通有空气预热器，空气预热器的空气入口管上设有助燃风机，空气预热器的空气出口管与流化床重整炉连通，空气预热器的热解气出口管与净化单元的进气口连通；流化床重整炉上设有用于添加催化剂的给料机构；

还包括热解气循环单元，该热解气循环单元的进气口与回转窑的进料端连通，热解气循环单元的出气口与流化床重整炉的底部连通。

所述进料机构包括垃圾仓和推料机，推料机的进料口与垃圾仓连通，推料机的出料口与回转窑的进料端连通。

所述回转窑的进料端高于出料端，其倾斜度为1-5%。

所述空气预热器为蓄热式高温空气预热器。

所述流化床重整单元还包括高温分离器，该高温分离器的进气口与流化床重整单元的热解气出口连通，高温分离器的出气口与空气预热器的热解气入口管连通，高温分离器的出料口与流化床重整炉连通。

所述热解气循环单元包括相互连通的收尘器和循环风机。

所述净化单元包括依次相互连通的布袋收尘器和引风机。

一种发电系统，包括如上所述的生活垃圾热解气化处理系统和燃气发电机，所述净化单元的出气口与燃气发电机连通。如此，可将热解气中的化学能转化为电能，带来经济效益。

优选地，所述燃气发电机与热解气化处理系统之间设有储气罐，以存储热解气。

一种生活垃圾热解气化处理方法，利用如上所述的生活垃圾热解气化处理系统进行，包括如下步骤：

通过进料机构将生活垃圾送入回转窑内，控制回转窑的转速为1-5r/min；

通过热解气循环单元将流化床重整单元产生的部分高温热解气引入回转窑，使得回转窑内的生活垃圾热解气化，获得低温热解气和炉渣；期间，回转窑出料端处的压力为-50pa~-200pa；

将低温热解气通过热解气循环单元全部通入流化床重整炉内作为流化风，期间，控制低温热解气通入风压为8kpa~15kpa；

将炉渣直接排入流化床重整炉；

通过给料机构向流化床重整炉内添加催化剂，控制流化床重整炉炉膛温度为850-1050℃，使得炉渣及低温热解气催化裂解或燃烧分解，获得高温热解气；其中，催化剂的添加量为送入回转窑内的生活垃圾质量的2-8%；

将部分高温热解气送入空气预热器，与空气换热后，将热解气送入净化单元处理，将预热后的空气送入流化床重整炉。

进一步地，控制空气预热器热解气出口管内热解气的温度低于180℃，空气预热器空气出口管内空气的温度大于550℃。

通过控制助燃空气通入量，可使得低温热解气和炉渣在流化床重整炉内进行缺氧条件下的催化重整裂解产生高温热解气。

所述催化剂包括石灰石和白云石中的至少一种，优选地，催化剂的粒径小于8mm。

本发明中，流化床重整炉内产生的高温热解气，一部分进入回转窑，作为回转窑热解气化的热源，回转窑无需额外能源供应，有利于提高能源利用效率；回转窑内，热解气与物料形成逆向运动，有利于充分换热，提升热解气化效率；通过流化床重整炉的空气预先通过空气预热器预热，有效利用了高温热解气余热，并可使得流化床重整炉内反应更为充分，减少热解气焦油量、降低炉渣热灼减率。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）将回转窑与流化床重整炉进行耦合利用，有利于成分复杂、水分高、热值变化较大的生活垃圾进行热解气化无害化处理，系统适用范围广。

（2）生活垃圾经过热解气化及裂解重整两步处理，产生的热解气热值较高，焦油含量低，便于热解气的综合利用，提高系统运行的稳定性，可靠性。

（3）能够减少生活垃圾无害化处理中二噁英的产生，减少污染物的排放，且炉渣热灼减率低，系统的能源热利用效率高。

附图说明

图1是本发明第一种实施方式的发电系统的逻辑结构图。

图2是本发明第一种实施方式的发电系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1和图2所示，一种生活垃圾热解气化处理系统，包括依次连通的回转窑气化单元100、流化床重整单元200和净化单元400，

所述回转窑气化单元100包括回转窑103，所述回转窑103的进料端设有进料机构；

所述流化床重整单元200包括与回转窑103出料端连通的流化床重整炉201，所述流化床重整炉201的热解气出口连通有空气预热器206，空气预热器206的空气入口管208上设有助燃风机205，空气预热器206的空气出口管209与流化床重整炉201连通，空气预热器206的热解气出口管210与净化单元的进气口连通；流化床重整炉201设有用于添加催化剂的给料机构；

还包括热解气循环单元300，该热解气循环单元300的进气口与回转窑的进料端连通，热解气循环单元300的出气口与流化床重整炉201的底部连通。

所述进料机构包括垃圾仓101和推料机102，推料机的进料口与垃圾仓连通，推料机的出料口与回转窑的进料端连通。所述给料机构包括催化剂料仓203和给料机204，给料机的进料口与催化剂料仓连通，给料机的出料口与流化床重整炉连通。

所述回转窑103的进料端高于出料端，其倾斜度为2%。

所述空气预热器206为蓄热式高温空气预热器。

所述流化床重整单元200还包括高温分离器202，该高温分离器的进气口与流化床重整单元200的热解气出口连通，高温分离器202的出气口与空气预热器206的热解气入口管211连通，高温分离器202的出料口与流化床重整炉201连通。

所述热解气循环单元300包括相互连通的收尘器301和循环风机302。所述收尘器301为旋风收尘器。

所述净化单元包括依次相互连通的布袋收尘器401和引风机402。

所述回转窑为回转气化炉。

一种发电系统，包括如上所述的生活垃圾热解气化处理系统和与净化单元连通的燃气发电机502。

发电时，生活垃圾储存在垃圾仓101内，通过推料机102将垃圾仓101内的垃圾均匀推送至回转窑103并计量送入的垃圾质量，回转窑103按斜度为2%倾斜布置，进口端位置高，出口端位置低，控制回转窑的转速为1~5转/分钟，垃圾在回转窑103内从进口端向出口端移动，停留时间为60~90分钟，流化床重整炉201产生高温热解气，温度为850℃~1050℃，高温热解气从回转窑103的出口端向进口端流动，垃圾和高温热解气在回转窑103逆向运动，回转窑内温度为450℃~650℃，垃圾在高温热解气作用下，发生热解气化反应，产生的低温热解气和炉渣，低温热解气的主要成分为一氧化碳、氢气、甲烷、二氧化碳、氮气、少量焦油、粉尘，温度为150℃~250℃。

其中，回转窑103内生产的低温热解气全部经过收尘器301除尘后，进入循环风机302升压至10kpa~12kpa，全部送入流化床重整炉201作为流化风。

其中，回转窑103内生产的炉渣从回转窑103出口进入流化床重整炉201；催化剂料仓203中的催化剂采用白云石，白云石质量符合yb/t5278-2007《白云石》冶金炉料用白云石化学成分的标准，粒径为0~8mm，通过给料机204按照质量比为垃圾：白云石=100：4的比例将白云石给料送至流化床重整炉201，炉渣和白云石混合物在低温热解气的作用下，处于流化状态；经过空气预热器206预热到550℃~650℃的高温空气送入流化床重整炉201，通过调节送入流化床重整炉201的高温空气量使得低温热解气在缺氧条件下部分燃烧，维持流化床重整炉201内温度为850℃~1050℃，焦油在白云石的催化作用下发生裂解重整反应，显著降低热解气中焦油含量，生成850℃~1050℃的高温热解气；炉渣也进一步焚烧，降低炉渣热灼减率，并通过排渣管207排出流化床重整炉201。

其中，流化床重整炉201产生的850℃~1050℃高温热解气主要成分为一氧化碳、氢气、甲烷、二氧化碳、氮气、粉尘、微量焦油，经过高温分离器202分离部分粉尘，再进入蓄热式高温空气预热器206，高温热解气将热量传递给来自助燃风机205的空气，高温热解气冷却到160℃~170℃，空气加热到550℃~650℃，助燃风机风压为8kpa~10kpa。

其中，空气预热器206出来的160℃~170℃的中温热解气经过布袋收尘器401除尘，引风机402升压，引风机采用变频调节，通过调节引风机402转速控制回转窑出口位置处维持负压为-50pa~-200pa。

其中，净化热解气进入储气罐501，通过燃气发电机502发电，实现热解气的高效利用。储气罐501与燃气发电机502组成热解气利用系统500，实现资源化利用。

本发明将回转窑与流化床重整炉进行耦合利用进行生活垃圾无害化处理，以回转窑气化炉产生的热解气全部作为流化床重整炉的流化风，实现了热解气的裂解重整，有利于提高了热解气的热值，显著降低焦油含量，减少二噁英的生成，有效提高生活垃圾的能源热利用效率，降低污染物的排放。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。