一种生物质气化与垃圾焚烧耦合系统的制作方法

本发明涉及一种生物质气化与垃圾焚烧耦合系统。

背景技术：

生物质气化是在一定的热力学条件下，借助于气化介质（空气、氧气、水蒸气等）的作用，使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原重整反应，最终转化为一氧化碳，氢气和低分子烃类等可燃气体的过程。生物质气化将固态生物质原料转换成使用方便而且清洁的高品位可燃气体，用于发电、供气、供热等，是生物质能高品位利用的一种主要技术。

国家发展改革委、财政部、农业部、环境保护部2015年11月16日联合发布《关于进一步加快推进农作物秸秆综合利用和禁烧工作的通知》：“完善秸秆收储体系，进一步推进秸秆肥料化、饲料化、燃料化、基料化和原料化利用，加快推进秸秆综合利用产业化，加大秸秆禁烧力度，进一步落实地方政府职责，不断提高禁烧监管水平，促进农民增收、环境改善和农业可持续发展。”在国家有关部门和各地政府积极推动和支持下，秸秆综合利用取得了显著成果，各地投资建设了一批秸秆人造板、秸秆直燃发电、秸秆沼气、秸秆气化、秸秆成型燃料等综合利用项目。

我国生活垃圾日均产生量在100~800吨/天的中小城镇建设垃圾焚烧发电厂，由于其垃圾总量小，导致单位垃圾的处理设施投资、运营成本增加，经济性不强。从技术角度考虑，我国中小城镇生活垃圾热值（一般在3.5~5.0mj/kg）普遍不高，在垃圾焚烧量较小的情况下，其燃烧稳定性不能保障，热负荷波动较大，二噁英在燃烧温度较低的条件下迅速生成，不适宜单独直接焚烧。且垃圾中大量的无机不可燃成分也被加热，浪费了大量的热量，影响了垃圾焚烧的燃烧效率，而且我国的垃圾分类工作做得不好，甚至有些铁片、石块等也被送进焚烧炉，因此垃圾在焚烧过程中不得不补充煤或燃油等高品质的燃料，即采取混烧方式。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种生物质气化与垃圾焚烧耦合系统，其将生物质气化与垃圾焚烧有机耦合，实现高低品位能量的互补利用，为生物质、生活垃圾的高效资源化综合利用提供一条技术途径。

本发明的技术方案是，提供一种生物质气化与垃圾焚烧耦合系统，包括生物质气化设备、燃气储存设备、活性炭改性设备和垃圾焚烧设备；

生物质气化设备包括气化炉、向气化炉输送原料的给料装置和从气化炉排渣的出渣装置；燃气储存设备包括储罐；垃圾焚烧设备包括垃圾焚烧炉、尾气净化系统和余热锅炉；

所述储罐与所述气化炉之间通过第一燃气管相连，在所述储罐内安装省煤器，所述省煤器通过管道与余热锅炉相连；

在垃圾焚烧炉中安装至少一个燃气燃烧器，所述储罐通过第二燃气管与燃气燃烧器相连；所述出渣装置与活性炭改性设备相连，活性炭改性设备与所述尾气净化系统相连。

优选地，通过省煤器使燃气的温度降低至400℃~450℃。

优选地，所述出渣装置还与垃圾焚烧设备的进料斗相连。

优选地，所述第二燃气管上设加压风机。

优选地，所述生物质为农业和/或林业废弃物。

优选地，所述垃圾焚烧炉中安装1-6个燃气燃烧器。

生物质通过干燥、热解、挥发分及焦炭部分燃烧、气化过程产生含有一氧化碳、氢气、甲烷等气体成分的低位热值大于4600kj/m³的生物质燃气。

燃气储存设备用于储存气化炉产生的生物质燃气，并利用省煤器冷却至400~450℃，冷却的热量通过垃圾焚烧炉设备的冷凝水（用于余热发电）回收，此温度下焦油不会凝结。所储存的生物质燃气由燃气加压风机加压后，送入垃圾焚烧炉燃烧。

活性炭改性设备将所述生物质气化设备排出的部分固体含碳灰渣进行改性（活化），制取活性炭并送入所述垃圾焚烧炉设备的尾气净化系统活性炭贮仓储存，用于吸附尾气中的二噁英等有害物质；其余固体含碳灰渣则直接通过所述垃圾焚烧炉设备与垃圾混烧。

垃圾焚烧耦合生物质气化发电技术是指农、林废弃物经过简单预处理之后，以热解气化的方式产生燃气直接送入垃圾焚烧锅炉，与垃圾进行混烧，利用原有垃圾焚烧发电系统实现高效发电、超低排放。相比生物质直接燃烧而言、气化耦合技术有很多优点：

①技术性能：原料预处理过程简单，可以适应多种生物质原料，扩大了原料来源；不必采用较高的运行温度，克服了生物质灰熔点低、具有腐蚀性、粘结性的问题对锅炉的困扰；燃气在较高温度下从气化炉进入锅炉，焦油不会冷凝。

②环境效益：由于生物质燃气部分取代燃煤，减少了co2、so2的排放，低热值燃气在锅炉中的燃烧减少了nox的排放。同时，提高垃圾焚烧温度和稳定性，降低二噁英的生成量。

③经济性：由于利用既有大型高效发电系统，极大地提高了生物质能转化为电能的效率；气化技术通过改变物质原料的形态来提高能量转化效率，获得高品位能源，为生物质与垃圾的利用提供了优化的机会。

④灵活性：本技术路线适用于垃圾日处理规模为100~800吨/天的垃圾焚烧炉，生物质气化再燃发电可以充分利用垃圾焚烧发电厂既有的高效发电设备、烟气净化设备，保证在各种规模下都有较高的发电效率、较低的环保排放值。

垃圾焚烧设备包括进料斗、炉排炉（一种垃圾焚烧炉）、燃气燃烧器等。在所述炉排炉的炉后、炉侧、炉顶等不同位置设置一定数量的燃气燃烧器，来自生物质燃气储存设备的生物质燃气经燃气加压风机加压后通过所述燃气燃烧器送入所述炉排炉与垃圾混合燃烧；来自生物质气化设备燃气净化产生的污泥通过所述垃圾焚烧炉设备的进料斗送入所述炉排炉与垃圾混烧并处理。

总体而言，通过本发明的以上技术方案与现有技术相比，主要的有益效果是：

1.本发明将生物质气化所得的低热值生物质燃气送入垃圾焚烧炉耦合燃烧，既确保入炉垃圾不够，或者垃圾热值低时，垃圾焚烧炉设备维持稳定的蒸发量，提高垃圾焚烧发电系统的发电量和运行稳定性，又实现了清洁能源高效利用，减少化石能源消耗，降低能源消耗成本的效果。

2.本发明的生物质气化过程通过控制生物质燃气储存温度来避免焦油冷凝造成的管路、燃气口堵塞，阀门失效，气缸污染等问题，以上问题易导致供气无法正常运行，增加设备维护和运行成本，阻碍生物质气化技术的应用。

3.本发明的技术路线适用于中小城镇低热值、高水分生活垃圾的焚烧处理，满足日处理规模为100~800吨/天的垃圾焚烧系统运行经济性的要求。

4.本发明的技术路线有利于提高垃圾水分含量高、燃烧热值较低的生活垃圾焚烧的燃烧效率、燃烧稳定性，提高余热锅炉利用效率。

5.本发明的技术路线有利于提高生活垃圾焚烧炉膛温度，降低生活垃圾焚烧二噁英的生成量，提高垃圾焚烧的污染排放控制水平。

6.本发明的技术路线有利于提高生物质能的能源利用效率，简化生物质能利用系统设备配置，减少用地面积，降低系统投资。

附图说明

图1表示是本发明的生物质气化与垃圾焚烧炉耦合系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式对本发明的生物质气化与垃圾焚烧炉耦合系统作进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的生物质气化与垃圾焚烧耦合系统主要包括生物质气化设备a、燃气储存设备b、活性炭改性设备c和垃圾焚烧炉设备d。其中，生物质气化设备a用于将生物质原料转换成使用方便的可燃气体和固体含碳灰渣；燃气储存设备b用于储存并冷却清洁的高品位生物质燃气；活性炭改性设备c用于将固体含碳灰渣活化改性，制备活性炭；垃圾焚烧设备d用于实现生物质燃气、固体含碳灰渣和垃圾的高效清洁能源化利用。本发明通过上述各个设备的相互配合，实现生物质与垃圾的耦合高效清洁能源化利用。生物质气化所得的低热值生物质燃气用于替代柴油作为垃圾焚烧炉启停及助燃燃料，利用生物质气化系统替代垃圾焚烧炉原柴油点火系统及辅助燃烧系统。既确保入炉垃圾不够，或者垃圾热值低时，垃圾焚烧炉设备维持稳定的蒸发量，提高垃圾焚烧发电系统的发电量和运行稳定性，又有效规避了沉淀杂质堵塞油枪，柴油供给不畅导致的不良影响，彻底消除垃圾焚烧炉投油点火、助燃过程中烟囱冒黑烟等环境污染，实现了清洁能源高效利用，减少化石能源消耗，降低能源消耗成本的效果。

生物质气化设备a利用农、林废弃物如秸秆、稻壳、棉杆、树皮、木屑等作为原料，气化产生生物质燃气，其包括生物质给料装置1、气化炉2和出渣装置3。其中，生物质给料装置1向气化炉2输送生物质原料，出渣装置3将气化炉2气化产气后的固体灰渣排出炉体。该生物质原料借助于气化介质（空气、氧气、水蒸气等）的作用，通过热解、氧化、还原重整反应，转化为含有一氧化碳，氢气和低分子烃类等的低热值可燃气体。

气化炉2产气温度在800℃以上，生物质燃气经净化后送入生物质燃气的储罐8储存，通过省煤器9将生物质燃气冷却至400℃~450℃，焦油不会凝结。生物质燃气冷却的热量通过垃圾焚烧炉设备d的冷凝水回收，燃气经过加压风机4加压后送入垃圾焚烧炉设备d中燃烧。

活性炭改性设备c将生物质气化设备a出渣装置3排出的部分固体含碳灰渣进行改性，制取活性炭并送入垃圾焚烧炉设备d尾气净化系统活性炭贮仓储存，用于吸附尾气中的二噁英等有害物质；其余固体含碳灰渣直接通过垃圾焚烧炉设备d的进料斗5送入炉排炉6与垃圾混烧。

垃圾焚烧炉设备d包括进料斗5、炉排炉6、燃气燃烧器7等。在炉排炉5的炉后、炉侧、炉顶等不同位置设置一定数量的燃气燃烧器7，来自生物质燃气储存设备b的生物质燃气经燃气加压风机4加压后通过燃气燃烧器7送入炉排炉6与垃圾耦合燃烧；来自生物质气化设备a燃气净化产生的另一部分含碳灰渣通过垃圾焚烧炉设备d的进料斗5送入炉排炉6与垃圾混烧并处理。

本实施方式的生物质气化与垃圾焚烧炉耦合系统，将生物质气化与垃圾焚烧炉有机耦合，既解决了生物质气化产气热值低、单独发电效率低、二次污染无法有效处理的难题，又规避了垃圾焚烧炉依靠柴油点火、助燃的种种弊端，提高了垃圾焚烧炉的发电量与运行稳定性，实现了清洁能源高效利用，减少了化石能源消耗。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。