一种用流化床热裂解可燃固体废弃物制燃气的装置及方法与流程

本发明涉及一种用流化床热裂解可燃固体废弃物制燃气的装置及方法。

背景技术：

可燃固体废弃物多种多样，有农林固体废弃物和生活固体可燃废弃物等，如农林可燃固体废弃物多为农林生物质，生活固体可燃废弃物为生活垃圾中的可燃物。目前可燃固体废弃物的处理方法，都是用空气作为气化剂，锅炉生产出蒸汽用汽轮发电机发电。生活垃圾采用这种处理方法，存在有如下问题：烟气处理的工艺设备复杂，热效率低下；并且生活垃圾处理带来二恶英和重金属粉尘二次污染；同时由于高温烟气中的碱金属气体在蒸汽锅炉等换热设备上凝固，对换热设备的换热效率、安全生产和使用寿命都有很大的影响。

技术实现要素：

本发明针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，目的在于提供一种用流化床热裂解可燃固体废弃物制燃气的装置与方法，生产一种不含有二恶英、不含焦油、不含粉尘的高热值燃气。热效率高，无二次污染，炉灰渣热灼减率低。并且消除了碱金属对换热设备的换热效率、安全生产和使用寿命的影响。

本发明采用的技术方案如下：一种用流化床热裂解可燃固体废弃物制燃气的装置，其特征在于：由流化热裂解反应制气炉、灰渣分离器、送灰器和钾钠碱金属冷凝器组成；所述流化热裂解反应炉的上部出口用管道与灰渣分离器进口连接；灰渣分离器的灰渣出口管与送灰器相连，用送灰器灰渣输送管使送灰器与炉灰渣沸腾流化反应段相连；灰渣分离器燃气出口用管道与钾钠碱金属冷凝器进口连接；钾钠碱金属冷凝器还设有冷激气进口管和燃气出口管；所述流化热裂解反应制气炉为分段流化热裂解反应制气炉或流化床热裂解反应制气炉；

本发明采用的分段流化热裂解反应制气炉自下至上分为灰渣沸腾流化反应段、重质物料裂解反应段、轻质物料裂解反应段，在灰渣沸腾流化反应段的下部设有风箱，风箱设有纯氧过热蒸汽混合气进风管，风箱上部的分布板上设有多个风帽，底部以下设有出渣器；在重质物料裂解反应段中下部设有两层燃气纯氧高温烧嘴，轻质物料裂解反应段下部设有重质物料加入口，重质物料加入口的下部设有过热蒸汽纯氧混合气喷嘴；重质物料加入口的上部设有燃气纯氧高温烧嘴，燃气纯氧高温烧嘴的上部设有轻质物料加入口，在轻质物料裂解流化段的上部设有1-2层过热蒸汽纯氧混合气喷嘴。

可燃固体废弃物通过原料加工阶段的风选加工分为重质物料和轻质物料，并将两种物料分别粉碎到所需粒度，将重质物料和轻质物料分别在轻质物料裂解反应段的两处加入炉中。灰渣沸腾流化反应段用过热蒸汽纯氧为气化剂，其与灰渣中残余的生物质碳发生水煤气反应；重质物料裂解反应段是燃气纯氧高温烧嘴来的燃烧气和灰渣沸腾流化反应段来的水煤气及本段反应生成的裂解气为流化风；轻质物料裂解反应段是本段过热蒸汽纯氧混合气喷嘴来的过热蒸汽纯氧混合气、燃气纯氧高温烧嘴来的燃烧气和重质物料裂解反应段来的及本段反应生成的裂解气为流化风。

本发明采用的流化床热裂解反应制气炉分为上流化裂解反应段、中流化裂解反应段和灰渣沸腾流化反应段，在灰渣沸腾流化反应段底部设有风箱，风箱设有过热蒸汽纯氧混合气进风管，风箱上部的气体分布板上设有多个风帽，灰渣沸腾流化反应以下设有出渣器；在中流化裂解反应段的中下部设有两层燃气纯氧高温烧嘴；在上流化裂解反应段下部设有重质物料加入口，在其以下设有过热蒸汽纯氧混合气喷嘴；在重质物料加入口的上面设有燃气纯氧高温烧嘴；燃气纯氧高温烧嘴以上设有轻质物料加入口；在上裂解流化反应段的中上部设有1-2层过热蒸汽纯氧混合气喷嘴。

上述两种实施方案中热裂解反应制气炉的燃气纯氧高温烧嘴的个数由每个烧嘴功率和炉的加工物料负荷来决定；过热蒸汽纯氧混合气喷嘴所提供的过热蒸汽及纯氧是为了稳定炉内反应温度和提供水煤气反应所需水蒸汽。而可燃固体废弃物的特性如热值，轻、重物料质量的比例等决定燃气纯氧高温烧嘴与过热蒸汽纯氧混合气喷嘴在炉中布置的位置，燃气纯氧高温烧嘴与过热蒸汽纯氧混合气喷嘴的位置可以互换。

所述钾钠碱金属冷凝器中设有冷激盘管，冷激气从冷激气进口管进入盘管，低温冷激气从冷激盘管小孔中喷出，高温燃气在冷激气的冷激作用下，高温燃气温度降到碱金属钾的沸点以下，使高温气体中的碱金属钾、钠与气相中的未分离净的粉尘粘结在一起形成固态，使其往下易于分离，以保护后段余热回收设备免受碱金属钾钠在其上粘结凝固时造成的损害。冷激盘管为一圆形管，其上钻有均匀分布的小孔，其上有一接管与冷激气进口管相接。冷激气可用室温燃气，也可以用饱和蒸汽或雾化冷凝水。

本发明用流化床热裂解可燃固体废弃物制燃气的方法，在轻质物料加入口定量连续加入的轻质物料，由于燃气纯氧烧嘴的高温燃烧气、过热蒸汽纯氧混合气和高温裂解气的作用下迅速进行裂解反应，由于反应段的高温条件及轻质物料在反应段足够长的反应时间，使轻质物料几乎裂解反应完全，只剩下灰分和少量生物质残碳送去灰渣分离器；在重质物料加入口定量连续加入的重质物料，在过热蒸汽纯氧混合气和高温裂解燃气共同作用下迅速发生裂解反应和水煤气反应；重质物料发生裂解时产物中较轻的部分随气流上升，与轻质物料汇合继续裂解，较重的部分在重力作用下下降，并进行裂解反应和水煤气反应，一部分裂解为高分子物质，随气流上升继续裂解，而最终也进入灰渣分离器。在重质物料中的较重的难裂解的物料和较大灰渣将落入灰渣沸腾流化段；灰渣分离器中的灰渣被送入送灰器内，在送灰高压气进口管高压气的作用下，送灰器灰渣输送管将灰渣也送至灰渣沸腾流化段。上述两种高温灰渣汇合，由底部分气风帽送来的过热蒸汽纯氧混合气通过沸腾流化与灰渣中的生物质残碳进行水煤气反应。反应生成的水煤气上升与重质物料段的气态产物汇合上行。

可燃固体废弃物通过原料加工阶段的风选加工分为重质物料和轻质物料，并将两种物料分别粉碎到所需粒度，将重质物料和轻质物料分别在轻质物料裂解反应段的两处加入炉中。灰渣沸腾流化反应段用过热蒸汽纯氧为气化剂，使渣中的残余的生物质碳发生水煤气反应；中段流化裂解反应段是燃气纯氧高温烧嘴来的燃烧气和灰渣沸腾流化反应段来的水煤气及本段反应生成的裂解气为反应流化风。上流化裂解反应段是燃气纯氧高温烧嘴来的燃烧气、本段过热蒸汽纯氧混合气喷嘴来的过热蒸汽纯氧混合气和中段来的及本段反应生成的裂解气为反应流化风。

本发明处理可燃固体废弃物热量转换率高，生产的燃气热值高；燃气用途广，既可用于燃气机发电，也可以作氢能汽车原料，还可以作合成氨、甲醇、二甲醚等有机合成物的原料气；处理过程中灰渣热灼减率低，无二次污染。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明另一种实施方案的结构示意图；

图中：1a是分段流化热裂解反应制气炉，1-1a是轻质物料流化裂解反应段，1b是流化床热裂解反应制气炉，1-1b是上段流化裂解反应段，1-1-1是燃气出口管，1-1-2是过热蒸汽纯氧混合气喷嘴，1-1-3是轻质物料加入口，1-1-4是燃气纯氧高温烧嘴，1-1-5是重质物料加入口，1-1-6是过热蒸汽纯氧混合气喷嘴，1-2a是重质物料流化裂解反应段，1-2b是中段流化裂解反应段，1-2-1是燃气纯氧高温烧嘴，1-3是灰渣沸腾流化反应段，1-3-1是分气风帽，1-3-2是风箱，1-3-3是灰渣出口装置，1-3-4是纯氧过热蒸汽混合气进口管，1-4是测温热电偶，2是灰渣分离器，2-1是燃气进口，2-2是燃气出口，2-3是灰渣出口管，3是送灰器，3-1是送灰高压气进口管，3-2是送灰器灰渣输送管，4是钾钠碱金属冷凝器，4-1是燃气进口管，4-2是冷激气盘管，4-3是冷激气进口管，4-4是燃气出口管。

具体实施方式

下面根据附图和具体实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明一种具体实施方式的结构示意图，从图1可知，由流化热裂解反应制气炉、灰渣分离器、送灰器和钾钠碱金属冷凝器组成，流化热裂解反应制气炉采用分段流化热裂解反应制气炉1a，从上至下由轻质物料流化裂解反应段1-1a，重质物料流化裂解反应段1-2a，灰渣沸腾流化反应段1-3组成。原料加工阶段的风选加工，将可燃固体废弃物分为重质物料和轻质物料，并将两种物料分别粉碎到所需粒度。在分段流化热裂解反应制气炉1a达到运行工况条件下，轻质物料和重质物料在炉的轻质物料加入口和重质物料加入口分别加入，在燃气纯氧烧嘴的高温燃烧气、过热蒸汽纯氧混合气和裂解反应中产生的高温裂解气的作用下按各自的途径完成裂解反应。在轻质物料加入口1-1-3定量加入的轻质物料，在燃气纯氧高温烧嘴1-1-4、过热蒸汽纯氧混合气喷嘴1-1-2和炉下面上来的高温裂解气的作用下迅速进行裂解反应，由于反应段的高温条件及轻质物料在反应段足够长的反应时间，使轻质物料几乎裂解反应完全，只剩下灰分和少量生物质残碳送去灰渣分离器2。在重质物料加入口1-1-5定量加入的重质物料，在过热蒸汽纯氧混合气喷嘴1-1-6和重质物料流化裂解反应段1-2a来的高温裂解燃气共同作用下迅速发生裂解反应和水煤气反应；重质物料发生裂解时产物中较轻的部分随气流上升，与轻质物料汇合继续裂解。较重的部分在重力作用下降至重质物料流化反应段1-2a，在燃气纯氧高温烧嘴1-2-1的燃烧气和灰渣沸腾流化段1-3来的高温水煤气共同作用下，重质物料在炉1-2a中进行裂解反应和水煤气反应，一部分裂解为高分子物质，随气流上升经轻物料流化段1-1a继续裂解，而最终也进入灰渣分离器2。在重质物料段1-2a中的较重的难裂解的物料和较大灰渣将落入灰渣沸腾流化段1-3。灰渣分离器2中的灰渣被送入送灰器3内，在送灰高压气进口管3-1高压气的作用下，送灰器灰渣输送管3-2将灰渣也送至灰渣沸腾流化段1-3。上述两种高温灰渣汇合，由底部分气风帽1-3-1送来的过热蒸汽纯氧混合气通过沸腾流化与灰渣中的生物质残碳进行水煤气反应。灰渣沸腾流化段氧气和过热蒸汽的用量由两灰渣中的生物质残碳含量计算得出。反应生成的水煤气上升与重质物料段的气态产物汇合上行；反应后留下的灰渣通过灰渣出口装置1-3-3送出。

图2是本发明的的另一具体实施方式的结构示意图。从附图2可知流化床热裂解反应制气炉1b，从上至下由上段流化裂解反应段1-1b，中段流化裂解反应段1-2b，灰渣沸腾流化反应段1-3组成。可燃固体废弃物分为重质物料和轻质物料。在流化热裂解反应制气炉1b达到运行工况条件下，轻质物料和重质物料在流化热裂解反应制气炉的轻质物料加入口和重质物料加入口分别加入，在燃气纯氧烧嘴的高温燃烧气、过热蒸汽纯氧混合气和裂解反应中产生的高温裂解气的作用下按各自的途径完成裂解反应。在轻质物料加入口1-1-3连续定量加入的轻质物料，由于燃气纯氧高温烧嘴1-1-4来的高温燃烧气及过热蒸汽纯氧混合气喷嘴1-1-2和下段流化裂解反应段来的高温裂解气的作用，保证了上段流化裂解反应段1-1b具有反应的高温条件；用合适的气流速度和合适大的反应空间来保证足够的反应时间，使轻质物料几乎裂解反应完全，剩下的灰分和生物质残碳送去灰渣分离器2。在重质物料加入口1-1-5连续定量加入的重质物料，在过热蒸汽纯氧混合气喷嘴1-1-6和中段流化裂解反应段1-2b来的高温裂解燃气共同作用下迅速发生裂解反应；入炉的重质物料由于中段流化裂解反应段1-2b来的高温裂解气流和过热水蒸汽纯氧混合气喷嘴1-1-6作用下也迅速发生裂解反应和水煤气反应；重质物料发生裂解反应时产物中较轻的部分随气流上升，与轻质物料汇合继续裂解。较重的部分在重力作用下降至1-2b中段流化裂解反应段，在燃气纯氧高温烧嘴1-2-1的燃烧气和灰渣沸腾流化反应段1-3来的高温水煤气共同作用下，重质物料在炉中进行裂解反应和水煤气反应，一部分裂解变成高分子物质，随气流上升经上段流化裂解反应段1-1b继续裂解，而最终也进入灰渣分离器2。在中段流化裂解反应段1-2b中的较重的难裂解的物料和较大灰渣将落入灰渣沸腾流化反应段1-3。灰渣分离器2中的灰渣被送入送灰器3内，在送灰高压气进口管3-1高压气的作用下，送灰器灰渣输送管3-2将灰渣送至灰渣沸腾流化反应段1-3。上述两种高温灰渣汇合，由底部分气风帽1-3-1送来的过热蒸汽氧气混合气通过沸腾流化与灰渣中的生物质残碳进行水煤气反应。灰渣沸腾流化反应段过热蒸汽和氧气的用量由两灰渣中的生物质残碳含量计算得出。反应生成的水煤气上升与中段流化裂解反应的气态产物汇合上行；反应后留下的灰渣通过灰渣出口装置1-3-3送出。在3-1内高压气可以用燃气，也可以用过热蒸汽。

钾钠碱金属冷凝器4设有燃气进口管4-1，冷激气从冷激气进口管4-3进入冷激盘管4-2，低温冷激气进入盘管后，从冷激盘管小孔中喷出，从燃气进口管4-1来的高温燃气在冷激气的冷激作用下，温度降到碱金属钾的沸点以下，使高温气体中的碱金属钾、钠冷凝并与气相中的未分离净的粉尘粘结在一起形成固态，使其往下易于分离，以保护后段余热回收设备免受碱金属钾钠在其上粘结冷凝时造成的损害。冷激盘管4-2为一圆形管，其上钻有均匀分布的小孔，盘管上有一接管与冷激气进口管4-3相接。随后燃气从燃气出口管4-4流出，消除了碱金属钾、钠在换热设备上的粘结冷凝对换热设备的换热效率和安全使用寿命的影响。高温燃气冷激段所用冷激气可以是常温燃气，也可以是饱和蒸汽或雾化冷凝水。

所述流化热裂解反应制气炉的测温热电偶1-4的t1-t8与相对应的入炉气源开关阀联锁控制，使原料在整个炉膛处于自动调节的最佳高温裂解状态，原料裂解完全。

本发明所述的实施例仅仅是对发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。