一种燃煤耦合生活垃圾热解的发电系统及方法与流程

本发明属于固废处置领域，特别涉及一种燃煤耦合生活垃圾热解的发电系统及方法。

背景技术：

随着城市化进程的加快，“垃圾围城”的问题日趋突出，如何实现垃圾的资源化无害化处置成为亟待解决的问题。目前应用最广泛的处置方法是垃圾焚烧发电，但现阶段其处理量仍然无法满足需求。新建符合标准的垃圾焚烧发电厂需要耗费巨量资金且面临着“邻避效应”等问题，同时垃圾焚烧过程产生的二噁英等有害物质，对环境造成不可避免的二次污染。

垃圾的热解气化技术是另一种热处理方式，其原理是利用垃圾中有机物的热不稳定性，在无氧或者缺氧条件下加热，使之在高温条件下分解，形成可燃气，液态焦油，固体可燃焦炭。热解法相比焚烧法更利于能源的高效再利用，且对环境更友好。热解过程是在还原性气氛下进行的，烟气排放量小，粉尘夹带少，且还原性气氛下sox、nox和hcl的生成也会受到一定限制，同时较低的空气当量比抑制二噁英的生成。

另一方面，随着政府对环境问题的愈发重视，燃煤电厂正在逐渐被淘汰，其汽轮机大多无法满负荷运行。利用燃煤电厂的锅炉及其成熟的烟气处理系统来处置垃圾具有广阔的应用前景。然而生活垃圾水分高，热值低，几何尺寸大，其物性参数与煤粉差异过大，无法有效地与煤粉直接掺烧。而垃圾焦炭机械强度较小，经过破碎其物性参数更接近于煤，易于与煤混烧。

因此，有必要设计一种燃煤耦合垃圾热解的系统及方法，将垃圾转化为焦炭并与煤掺烧，同时生成可燃气，加压通入燃煤锅炉掺烧，得到热电产品。

技术实现要素：

本发明的目的是实现生活垃圾的高效稳定热解，并将生活垃圾的热解产物送入燃煤锅炉与煤掺烧，在不影响燃煤锅炉系统的情况下替代一部分燃煤负荷，达到垃圾资源化同时降低二次污染。

为此，本发明的第一个技术方案是：一种燃煤耦合生活垃圾热解的发电系统，包括：

用于将垃圾焦炭与煤粉掺烧，产生蒸汽以供热或发电的循环流化床燃煤系统；

用于将干燥后的生活垃圾转化为焦炭及合成气的固定床垃圾热解系统；

用于将合成气冷却净化，分离出焦油并得到可燃气的合成气处理系统；

所述循环流化床燃煤系统包括流化床燃烧炉、燃烧炉出口旋风分离器、回料腿和燃烧炉螺旋给料机，流化床燃烧炉左侧下方设有煤粉给料口，与燃烧炉螺旋给料机相连；流化床燃烧炉顶部的出口与燃烧炉出口旋风分离器连接相通；所述流化床燃烧炉的炉膛上设有4～8组燃气喷嘴；所述流化床燃烧炉右侧下方与回料腿相连接；流化床燃烧炉底部设有下渣口；

所述的固定床垃圾热解系统包括固定床热解炉和热解炉出口旋风分离器，固定床热解炉左侧上方与燃烧炉出口旋风分离器连接，左侧下方通过回料腿连接流化床燃烧炉；所述固定床热解炉顶部与热解炉出口旋风分离器连接相通；

所述合成气处理系统包括电子除油器和加压机，热解炉出口旋风分离器连接电子除油器，电子除油器上方连接加压机，加压机与流化床燃烧炉的燃气喷嘴相连；电子除油器下方设有焦油出口，焦油出口连接至燃烧炉螺旋给料机。

优选地，所述固定床垃圾热解系统还包括焦炭破碎机及热解炉螺旋给料机；固定床热解炉右侧上方设有垃圾给料口，与热解炉螺旋给料机相连；所述固定床热解炉左侧下方设有焦炭出料口，与焦炭破碎机相连，焦炭破碎机与回料腿相连接；固定床热解炉底部设有气化剂入口。

优选地，所述热解炉出口旋风分离器通过流量控制阀门分为两路，一路连接固定床热解炉底部的气化剂入口，另一路连接合成气处理系统的电子除油器。

优选地，所述固定床垃圾热解系统中，从固定床热解炉出料的垃圾焦炭经过焦炭破碎机后，垃圾焦炭粒径小于30mm。

本发明的第二个技术方案是：一种燃煤耦合生活垃圾热解的发电方法，包括以下步骤：

1)煤粉通过燃烧炉螺旋给料机从流化床燃烧炉的煤粉给料口给入，在流化气的氧化作用下发生燃烧反应，燃烧产生的烟气夹带着携热床料进入燃烧炉出口旋风分离器，在离心力的作用下气固分离，携热床料经过返料器落入固定床热解炉，烟气则进入烟气处理系统；

2)干燥破碎后的生活垃圾通过热解炉螺旋给料机从固定床热解炉右侧上方进料后，与携热床料在热解炉底部进行混合传热，发生脱挥发分反应及热解还原反应；热解产生的垃圾焦炭排入破碎机，破碎后经过回料腿进入流化床燃烧炉与煤粉掺烧；热解产生的以co2、co、h2、h2o及ch4为主的粗合成气则进入热解炉旋风分离器，分离出灰渣后进入合成气处理系统，热解炉出口的合成气温度约为500℃～700℃；

3)从回料腿进入流化床燃烧炉的垃圾焦炭与煤粉充分混合燃烧，固定碳被转化，焦炭与煤产生的炉渣从流化床燃烧炉的下渣口排出；燃烧产生的热量用来生产蒸汽用以供热或发电；

4)从热解炉旋风分离器出来的粗合成气通过流量控制阀门分配调控后，部分返回固定床热解炉用于提供热解气氛，同时促使新产生的合成气排出固定床热解炉，另一部分经过电子除油器去除焦油，得到的可燃气通入加压机压缩加压后向固定床热解炉输送加压燃气。

优选地，所述步骤1)中落入固定床热解炉的携热床料温度达到850℃。

优选地，所述步骤2)中的生活垃圾经过破碎干燥等预处理后，送入固定床热解炉的垃圾原料含水率小于20％。

优选地，步骤4)中从电子除油器获得的焦油，输送至流化床燃烧炉的煤粉进料口，进入燃烧炉进行氧化燃烧。

相比现有技术，本发明的有益效果如下：

(1)本发明充分利用了现有的燃煤电厂锅炉及其烟气处理设备，以此为基础只需耦合普通的固定床热解炉，减少了大量的资金投入。

(2)本发明将煤粉混烧垃圾焦炭使设备满负荷运载，并且通过掺烧合成气使锅炉热效率提高，减少耗煤的同时高效处置生活垃圾。

(3)本发明循环流化床燃烧和固定床热解过程的双床设计，以床料为热载体,在两炉膛之间循环，解决了固定床热解气化吸热反应的热源输入问题以及单床热解焦炭的再利用问题，同时通过控制床料循环量,达到了准确控制热解炉内温度的目的，保证了系统的持续稳定运行。

(4)本发明将垃圾在还原性条件下进行热解气化，烟气排放量小，粉尘夹带少，且还原性气氛下sox、nox和hcl的生成也会受到一定限制，同时较低的空气当量比抑制二噁英的生成，大幅减少了垃圾直接焚烧带来的二次环境污染。

附图说明

以下结合附图和本发明的实施方式来作进一步详细说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图中标记为：1.流化床燃烧炉、2.固定床热解炉、3.燃烧炉出口旋风分离器、4.回料腿、5.焦炭破碎机、6.热解炉出口旋风分离器、7.电子除油器、8.加压机、9.燃烧炉螺旋给料机、10.热解炉螺旋给料机、11.流量控制阀门、12.返料器、a.生活垃圾、b.煤粉、c.垃圾焦炭、d.可燃气、e.焦油、f.蒸汽、g.烟气、h.气化剂、i.流化床炉渣、j.灰渣、k.流化气。

具体实施方式

参见附图。本实施例包括循环流化床燃煤系统、固定床垃圾热解系统及合成气处理系统。其中，燃煤系统设计基于功率135mw的hg-480/13.7l.mg31型循环流化床锅炉，热解系统设计基于固定床实验数据。

所述的循环流化床燃煤系统包括：流化床燃烧炉1、燃烧炉出口旋风分离器3、回料腿4及燃烧炉螺旋给料机9；在流化床燃烧炉1的炉膛左壁面下部设有煤粉给料口，与燃烧炉螺旋给料机9连接，炉膛右壁面下部与回料腿4连接；流化床燃烧炉1底部设有下渣口，流化气k通过下渣口正上方的布风板从底部通入炉膛；流化床燃烧炉1顶部的出口与燃烧炉出口旋风分离器3连接相通。

所述的固定床垃圾热解系统包括：固定床热解炉2、热解炉出口旋风分离器6、焦炭破碎机5及热解炉螺旋给料机10；在固定床热解炉的炉膛右壁面上部设有垃圾给料口，与热解炉螺旋给料机10连接；左壁面上部与燃烧炉出口旋风分离器3连接，左壁面下部的焦炭出料口与焦炭破碎机5连接；热解炉底部设有气化剂h的入口，炉膛顶部的出口与热解炉出口旋风分离器6连接相通。

所述的合成气处理系统包括：电子除油器7及加压机8。热解炉合成气经热解炉出口旋风分离器气6固分离后，进入电子除油器7，得到焦油，可燃气鼓入加压机8。所述的循环流化床燃煤系统，在流化床燃烧炉1的炉膛上安装4～8组燃气喷嘴，从加压机8送出具有一定压力的燃气向炉膛喷射。

本实施例中，煤粉b从燃烧炉螺旋给料机9给料进入流化床燃烧炉1，干燥后的生活垃圾a从热解炉螺旋给料机10给料进入固定床热解炉2；从热解炉出料的垃圾焦炭c经过焦炭破碎机5后，粒径变小，机械强度降低，易于与煤粉掺烧；经破碎后送入流化床燃烧炉的垃圾焦炭粒径小于30mm。

具体操作包括以下步骤：

步骤1)：初级筛分合格的煤粉b再经过破碎后粒径达到7mm以下，通过燃烧炉螺旋给料机10从流化床燃烧炉1左壁面上部的煤粉给料口给入，同时炉膛内覆有粒径≤1mm的床料砂。

步骤2)：温度约为200℃的空气通过流化床燃烧炉1底部的布风板通入流化床燃烧炉。经助燃油点火后煤粉b在流化气k的氧化作用下发生燃烧反应，燃烧产生的烟气g夹带着携热床料进入燃烧炉出口旋风分离器3，在离心力的作用下气固分离，携热床料颗粒经过返料器12落入固定床热解炉2，烟气g则进入烟气处理系统。

步骤3)：燃烧炉设计床温为890℃，实际运行床温维持在800℃～920℃左右，炉膛出口烟气温度设计温度达到890℃；燃烧炉出口旋风分离器3采用保温、耐火及耐磨的材料，以减小热损，使落入固定床热解炉2的携热床料颗粒温度达到850℃左右。增加床料量，提高物料的循环量，可降低床温。增大排渣量，床压下降，物料量减少，可使床温升高。

步骤4)：预处理后(原生垃圾筛分磁选后破碎)的生活垃圾a通过热解炉螺旋给料机10从热解炉右壁面上方的给料口进入固定床热解炉2。生活垃圾a与携热床料在固定床热解炉2内混合传热，并发生脱挥发分反应及热解还原反应。送入固定床热解炉2的生活垃圾a含水率小于20％。

步骤5)：热解产生的垃圾焦炭c排入焦炭破碎机5，破碎后经过回料腿4进入流化床燃烧炉1与煤粉b掺烧。经破碎后送入流化床燃烧炉的垃圾焦炭c粒径小于30mm。热解产生的以co2、co、h2、h2o及ch4为主的粗合成气则进入热解炉旋风分离器6，分离出灰渣j后进入合成气处理系统。

步骤6)：从热解炉旋风分离器6出来的粗合成气通过流量控制阀门11分配调控后，部分返回固定床热解炉2作为气化剂h用于提供热解气氛，同时促使新产生的合成气排出固定床热解炉2，另一部分经过电子除油器7去除焦油e，得到的可燃气d通入加压机8压缩加压后向流化床燃烧炉1输送加压燃气。得到的焦油e输送至流化床燃烧炉的进料口进入燃烧炉，煤粉b与垃圾焦炭c、可燃气d及焦油e一起掺烧产生蒸汽，用以供热或发电。

步骤7)：通过控制落入固定床热解炉2的床料量与生活垃圾a的给料量比例来调控固定床热解炉2的温度，使固定床热解炉2床温及出口合成气温度控制在500℃～700℃。表1基于实验数据，对不同温度下垃圾热解气化的产物特性进行分析，可为热解炉床温控制提供参考。

表1不同热解温度条件下的产物分布及特性。