一种气化和热解相结合的垃圾热转化多联产系统

1.本实用新型属于气化与热解、垃圾发电技术领域，特别涉及一种气化和热解相结合的垃圾热转化多联产系统。


背景技术：

2.近年来，全球塑料产量稳步增长，2015年全球年产量达到3.22亿吨。2020年，中国塑料制品产量达到7603万吨，导致废物积累明显增长。为了满足垃圾塑料的快速增长，已经采取了环保措施，如填埋、焚烧、回收和重复使用。由于废旧塑料重量小、体积大、难分解，焚烧后产生多种有毒物等特性，决定了垃圾的处理不宜填埋和焚烧，这使得废旧塑料的处置十分困难；同时，废旧塑料的热值较高，因此塑料热解被认为是一种很有前途的技术，以回收有价值的碳氢化合物。塑料热解是利用固体废物中有机物的热不稳定性，将其置于热解反应器内受热分解的过程，可以将其转化为燃料油、天然气和固态燃料。
3.等离子体气化是指通过等离子技术使得兰炭在等离子气化炉中气化的一种最新技术，利用等离子点火器产生的等离子电弧制造高能热环境，通入适当比例的等离子气化剂，使兰炭在等离子活性状态的热环境中发生一系列复杂的化学反应，生成主要成分为氢气、一氧化碳的可燃气体，可燃气体具有纯度高、洁净的优点，等离子体气化已被证明是固体废物处理和能源利用的最有效和最环保的方法之一，等离子体技术目前已在机械加工、冶金和化工等领域得到了广泛的应用，而在固体废物的处理方面，等离子气化技术的研究也在不断深入。
4.在我国正在经历的长期处于混合能源时代的现状下，传统化石能源的主导地位仍然不会改变，但新能源电力在电源结构布局中的比例将逐步增加。热解和气化都是处理城市废物的可行技术，因此，将气化与热解相结合的垃圾热转化多联产系统可以有效提高能源利用效率，减缓当前环境压力。


技术实现要素：

5.根据背景技术中提到的塑料热解和等离子气化的特点，本实用新型从我国的能源现状出发，提出了一种气化和热解相结合的垃圾热转化多联产系统，涉及到等离子气化、塑料热解技术以及化工和发电过程的耦合。一种气化和热解相结合的垃圾热转化多联产系统，主要包括等离子气化与净化过程、塑料热解过程、燃气-蒸汽联合循环发电机组以及气化、热解与联合循环发电机组的耦合，气化和热解产生的合成气作为燃气轮机工质用于发电，塑料热解的热源来自燃气轮机高温排气，提高了能量利用效率。
6.所述的等离子气化与净化部分包括等离子气化炉、合成气冷却器和脱硫装置；所述的塑料热解过程包括热解反应器、热解产物分离器和热解产物冷却器；所述的燃气-蒸汽联合循环发电机组的主要装置有：压气机、燃烧室、燃气透平、1#发电机、余热锅炉、蒸汽透平、2#发电机、凝汽器、给水泵;所述的气化、热解与联合循环发电机组的耦合部分的装置为压气机。
7.所述的等离子气化炉合成气出口与合成气冷却器进口相连，合成气冷却器出口连接至脱硫装置入口，脱硫装置出口与压气机进口相连，压气机出口与燃烧室进口连接，燃烧室出口与燃气透平入口相连，燃气透平与1#发电机单轴相连，燃气透平出口与热解反应器入口相连；热解反应器出口分别与热解产物分离器入口和余热锅炉入口相连接；热解产物分离器出口分别连接至热解产物冷却器入口和等离子气化炉入口，热解产物冷却器出口连接至压气机入口；余热锅炉进口连接的是热解反应器出口，余热锅炉出口与蒸汽透平入口相连，蒸汽透平与2#发电机同轴连接，蒸汽透平出口与凝汽器进口相连，凝汽器出口连接至给水泵入口，给水泵出口与余热锅炉入口相连。
8.所述的等离子气化与净化过程中等离子气化炉、合成气冷却器和脱硫装置依次连接。
9.所述的塑料热解过程，其特征在于：热解反应器、热解产物分离器和热解产物冷却器依次连接；塑料热解反应器是一个动力学反应器。热解产物冷却器冷却后的产物中的合成气部分经处理后进入压气机作为燃气轮机工质进行发电。
10.所述的气化、热解与联合循环发电机组的耦合部分中等离子气化与净化后的合成气进入压气机作为燃气轮机工质进行发电；热解产物冷却器、冷却后的产物中的合成气经处理后进入压气机作为燃气轮机工质进行发电。
11.所述的塑料热解反应器的热源来自燃气透平，燃气透平排出的烟气温度在400～650℃范围内，高温烟气进入塑料热解反应器对塑料进行热解。
12.所述的燃气-蒸汽联合循环发电机组中燃气透平排出的高温烟气通过热解反应器后再进入余热锅炉，经余热锅炉利用后的烟气可排向大气；余热锅炉将给水加热至过热蒸汽，余热锅炉出口与蒸汽透平进口相连接，过热蒸汽在蒸汽透平膨胀做功，进而带动2#发电机发电；蒸汽透平出口连接至凝汽器，凝结水经加热后通过给水泵送入余热锅炉进行循环。
13.本实用新型的有益效果为：
14.本实用新型提出的一种气化和热解相结合的垃圾热转化多联产系统，特别之处在于将气化和热解相结合。等离子体气化产生的可燃气体具有纯度高、洁净的优点，塑料热解的产物中含有合成气，气化与热解产生的合成气可以作为燃气轮机工质进行发电；热解的热源来自燃气轮机高温排气，有效利用了高温烟气的能量。该系统将化工和发电两个过程耦合，提高了能量利用的效率。
附图说明
15.图1所示为一种气化和热解相结合的垃圾热转化多联产系统的示意图。
16.图中：1-等离子气化炉；2-合成气冷却器；3-脱硫装置；4-压气机；5-燃烧室；6-燃气透平；7-1#发电机；8-塑料热解反应器；9-热解产物分离器；10-热解产物冷却器；11-余热锅炉；12-蒸汽透平；13-2#发电机；14-凝汽器；15-给水泵。
具体实施方式
17.本实用新型提供了了一种气化和热解相结合的垃圾热转化多联产系统，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
18.图1所示为一种气化和热解相结合的垃圾热转化多联产系统。
19.如图1所示，本实用新型提供的一种气化和热解相结合的垃圾热转化多联产系统，主要包括等离子气化与净化过程、塑料热解过程、燃气-蒸汽联合循环发电机组以及气化、热解与联合循环发电机组的耦合。
20.所述的等离子气化与净化部分中物料、工质的主要流程为：医疗垃圾和等离子气体进入等离子气化炉1，它会接触到高温等离子体弧(温度范围从1500c到5500c)，在等离子气化炉1中有机组分被转化为高质量的合成气和无机/残留馏分转化为稳定的玻璃化矿渣，其中矿渣从气化炉底部排出，高质量的合成气进入合成气冷却器2中被冷却和压缩到一定温度和一定压力；只有洁净的合成气才可以进入压气机4，因此从合成气冷却器2出来的合成气还要进一步通过脱硫装置3除去合成气中的硫元素。
21.所述的塑料热解过程工质的主要流程为：废旧塑料进入热解反应器8发生热解，热解产物进入热解产物分离器9后将蒸汽相和非蒸汽相分离，固态燃料可以送入等离子气化炉1进行循环，蒸汽相经热解产物冷却器10冷却后分离，分离的产物包括合成气和燃料油，合成气经处理后进入压气机4可作为工质进行循环。
22.所述的燃气-蒸汽联合循环发电机组工质流程为：一定参数和洁净的合成气作为工质进入压气机4进行气体压缩过程，同时会有空气作为工质进入压气机4，完成增压过程；压气机5出来的压缩气体进入燃烧室5与喷入燃料进行掺混，然后就会点火燃烧，这个过程可以认为是燃料化学能向压缩气体热能和势能的转换，在短短的距离内气体的温度上升数百甚至上千度，压力也会激增；高温高压的工质从燃烧室5出口喷出后在燃气透平6中进行膨胀，在膨胀的同时推动涡轮叶片做功，这个过程是工质热能和势能向动能的转化；1#发电机7由燃气透平6拖动发电；燃气透平6排出的烟气流经塑料热解反应器8后再进入余热锅炉11加热给水，烟气最终以废气形式排入大气；给水在余热锅炉11中被加热为高温高压的蒸汽，高温高压蒸汽在蒸汽透平12中膨胀做功，带动2#发电机13发电；做完功的蒸汽温度、压力降低，乏汽进入凝汽器14放热，凝结水经给水泵15后进入锅炉，可以作为锅炉给水循环使用。
23.所述的气化、热解与联合循环发电机组的耦合部分工质流程为：等离子气化与净化过程和塑料热解过程产生的合成气均送入压气机4。
24.本实用新型提出的一种气化和热解相结合的垃圾热转化多联产系统，主要包括等离子气化与净化过程、塑料热解过程、燃气-蒸汽联合循环发电机组以及气化、热解与联合循环发电机组的耦合。气化与热解产生的合成气可以作为燃气轮机工质进行发电；热解的热源来自燃气轮机高温排气，有效利用了高温烟气的能量。该系统将化工和发电两个过程耦合，提高了能量利用的效率。
25.上述实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构与连接方式可以有所改变，凡是以本实用新型技术方案为基础的等同变换和改进，都在本专利的保护范围内。