一种移动床固体废物分段式热解气化工艺及其系统 |
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| 申请号 | CN201710000780.3 | 申请日 | 2017-01-03 | 公开(公告)号 | CN106833690A | 公开(公告)日 | 2017-06-13 |
| 申请人 | 中国五环工程有限公司; | 发明人 | 梁永煌; 游伟; 魏涛; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种移动床固体废物分段式 热解 气化 工艺及系统，解决了现有固体废物热解气化技术工艺系统复杂，故障率高、效率低、能耗高、环保性差、投资和运行成本高的问题。技术方案包括以下步骤：(1)将固体废物送入热解系统进行热解得到热解气和热解残渣；(2)所述热解气送入有机物气化分解系统升温气化分解脱除焦油和二噁英等大分子有机物，再经回收热量、洗涤除尘脱酸后得到 合成气 ；(3)所述热解残渣经冷却分选后得到的可燃炭渣和剩余残渣。本发明系统简单、工艺可靠，操作简便， 能量 转化效率高、资源化利用效果好，节能降耗，投资和运行成本低，对环境友好。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种移动床固体废物分段式热解气化工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)将固体废物送入热解系统进行热解得到热解气和热解残渣；(2)所述热解气送入有机物气化分解系统升温气化分解脱除焦油和二噁英等大分子有机物，再经回收热量、洗涤除尘脱酸后得到合成气；(3)所述热解残渣经冷却分选后得到的可燃炭渣和剩余残渣。 |
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| 说明书全文 | 一种移动床固体废物分段式热解气化工艺及其系统技术领域背景技术[0002] 当前针对固体废物(城市垃圾、工业垃圾、医疗废物、其他有毒有害废物等)处理主要有三种方式，即卫生填埋、堆肥和焚烧发电，其遵循的处理原则为无害化、减量化和资源化，无疑在三种处理方式中，焚烧发电方式具有比较突出的优势，不仅可以减少占地，实现固体废物减量化的同时进行发电，创造一定的经济效益，但焚烧方式也带来了一些问题：①由于焚烧温度不高，容易产生二噁英和呋喃等致癌物质；②焚烧产生的飞灰和残渣中富含有毒有害重金属物质，容易造成地下水源污染；③焚烧产生大量烟气，碳排放量大；此外，由于规划建设焚烧发电厂带来的“邻避效应”所引起的群体性事件时有发生。因此，研究开发出一种针对固体废物处理的绿色环保新技术，尽可能减少和消除其处理过程中造成的环境污染问题，已成为当前固体废物处理领域一个新的研究课题。 [0003] 固体废物气化技术和热解技术是近几年发展起来的一种固体废物处理新技术。以等离子体气化技术和热分选气化技术为代表的固体废物气化技术经过近三十年的研究和发展，取得了一定的成果，目前这两种技术在国外已经进行了一定程度上的应用和推广，但并不广泛，主要存在如下几个问题：①气化反应温度高，用于保证固体废物中所有组分均发生熔融和气化，导致能耗较高；②工艺系统较为复杂，等离子体气化技术需要专门的等离子炬系统，而热分选气化技术也需要专门的燃料气辅助系统；③由于反应温度高，系统操作较为复杂，可靠性较差，运行和维护费用较高；④由于气化压力为微正压，处理能力普遍偏低，目前已工业化应用单炉最大能力为360t/d；⑤投资较高，项目经济性差。而目前已有的固体废物热解技术尚不够成熟，还存在诸多问题需要研究解决，因此鲜见相关的工业化应用报道。通过查阅现有的文献资料分析，CN2447644Y公开了“一种立转炉式生活垃圾热解气化焚烧炉”，存在运行工况不稳定，故障率较高，燃烧不完全等缺点；CN2811769Y公开了“一种固体废物热解气化焚烧炉”，采用的是炉排热解焚烧加二燃室的方式，更侧重于焚烧；CN204388069U公开了“一种固体废物热解式熔融气化处理装置”，采用的是往复炉排炉结构的熔融焚烧方式，同时配有废气转化装置，也是侧重于固体废物的分步热解焚烧； CN202203950U公开了“一种有机固体废物热解气化装置”，主要采用的是带有热载体的回转窑热解炉和流化床燃烧室，工艺系统复杂，故障率高；CN104910930A公开了“有机固体废物热解处理装置、系统及方法”，采用的是类似回转窑结构的卧式转炉，具有多个套筒结构，主要是对有机固体废物进行低温热解，得到气、液、固三相产物，但没有针对三相产物的分离净化工艺进行发明创造，且工艺系统复杂，可实施性不高。经过进一步分析可知，目前的固体废物热解技术由于无法有效分离处理热解的气相和液相产物，往往采用二燃室结构将热解炉出口气液两相产物一烧了之，降低了热解的能源利用效率。 发明内容[0004] 本发明目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、操作简便、能量转化效率高、资源化利用效果好，节能降耗，对环境友好的移动床固体废物分段式热解气化工艺。 [0005] 本发明还提供一种用于上述工艺的系统，具有系统简单、能耗低、设备投资和运行成本低、可实现连续生产、劳动强度降低的优点。 [0006] 本发明移动床固体废物分段式热解气化工艺，包括以下步骤：(1)将固体废物送入热解系统进行热解得到热解气和热解残渣；(2)所述热解气送入有机物气化分解系统升温气化分解脱除焦油和二噁英等大分子有机物，再经回收热量、洗涤脱酸后得到合成气；(3)所述热解残渣经冷却分选后得到的可燃炭渣和剩余残渣。 [0007] 所述步骤(1)中，所述热解系统包括锁斗、热解炉、以及为热解炉供热的热风炉，所述热解炉为移动床热解炉，具有立式圆柱形套筒结构，由上段的热解段和下段的冷却段组成，固体废物经锁斗送入热解炉，控制热解炉内热解温度550～650℃，炉内操作压力控制在-3kPaG～-0.1kPaG，固体废物在热解段内停留时间为10～90mim，经冷却段卸出的热解残渣降温至250～350℃。 [0008] 所述步骤(1)中，所述热解段设有换热夹套，冷却段也设有冷却夹套，所述换热夹套及冷却夹套中均设有换热翅片；所述热风炉的高温烟气送入换热夹套，出换热夹套的烟气部分作为调温烟气送入热风炉调温，其余部分去余热利用统，控制出热风炉的高温烟气温度为800～1000℃。 [0009] 所述步骤(1)中，空气先进入所述冷却夹套预热后再送入热风炉作为助燃空气，所述空气优先采用来自固体废物储坑的臭气。 [0010] 所述有机物气化分解系统包括有机物分解气化器和热解气滞留缓冲罐，所述热解气先经有机物分解气化器加热升温至1050～1100℃，然后送入热解气滞留缓冲罐充分分解热解气中携带的焦油和二噁英等大分子有机物，控制热解气在热解气滞留缓冲罐停留时间在10～20s，出热解气滞留缓冲罐的合成气温度在1000～1050℃。 [0011] 所述步骤(2)中，所述有机物分解气化器为旋风分离器结构，所述热解气从有机物分解气化器中部进入后螺旋上升，并在燃烧喷嘴的作用下发生反应升温，使热解气中携带的焦油和二噁英等大分子有机物进行气化分解，而热解气中携带的灰渣则从有机物分解气化器底部出口排出。 [0012] 所述步骤(2)中，所述出热解气滞留缓冲罐的合成气经热量回收系统回收热量降温至180～250℃，再经过合成气洗涤除尘脱酸系统洗涤脱酸后温度进一步降至30～50℃，再通过合成气引风机抽引送入下游净化工序进一步处理。 [0013] 所述步骤(3)中，所述热解残渣和有机物气化分解系统产生的灰渣一起先经热解残渣冷却器冷却至40～90℃，再送入热解残渣分选系统进行分选得到可燃炭渣和剩余残渣，所述可燃炭渣送入热风炉作为燃料燃烧，不足部分引入步骤(2)得到的合成气或采用其他外部燃料补足。 [0014] 本发明用于上述工艺的移动床固体废物分段式热解气化系统，包括依次连接的热解系统、有机物气化分解系统、热量回收系统、合成气洗涤除尘脱酸系统，所述热解系统包括锁斗、热解炉、以及为热解炉供热的热风炉；所述热解炉上段的热解气出口与有机物气化分解系统连接，所述热解炉的底部出口经热解残渣冷却器、热解残渣分选系统与热风炉的燃料进口连接。 [0015] 所述热解炉为移动床热解炉，具有立式圆柱形套筒结构，由上段的热解段和下段的冷却段组成，所述热解段设有换热夹套，冷却段设有冷却夹套，所述换热夹套及冷却夹套中均设有换热翅片。 [0016] 所述热风炉的烟气出口与换热夹套的烟气进口连接，所述换热夹套的烟气出口与热风炉的调温烟气进口连接，所述合成气洗涤除尘脱酸系统的出口还与热风炉的燃料进口连接。 [0017] 所述冷却夹套具有空气进口与空气出口，所述空气进口与空气风机出口连接，空气出口与热风炉的空气进口连接。 [0018] 所述有机物分解气化器具有类似旋风分离器的结构，上部设有1-3个燃烧喷嘴，所述有机物分解气化器的中部进口与热解炉连接，顶部出口与热解气滞留缓冲罐连接，底部出口与所述热解残渣冷却器连接。 [0019] 热解炉所述有机物分解气化器的底部出口与所述热解残渣冷却器连接。 [0020] 所述热解炉与有机物分解气化器之间的连接管道具有向上的倾角，角度控制在30～60°。 [0021] 针对背景技术中存在的问题，发明人作出如下改进： [0022] 设置有机物气化分解系统，充分分解热解气中携带的焦油和二噁英等大分子有机物。由于固体废物本身一般都携带有一定量的二噁英，同时热解温度一般在850℃以下(本发明为中温热解，热解温度在550～650℃)，热解过程中难免会有二噁英产生，同时中温热解也会产生焦油等大分子有机物，该类有机物分解温度一般都在900℃以上，同时需要给予足够的停留时间才能完全分解，其中二噁英需要在850℃以上，停留时间2s以上，才能完全破坏和分解，而焦油需在1000℃以上，停留时间10s，才能完全分解。机物气化分解系统包括有机物分解气化器和热解气滞留缓冲罐，通过设置有机物分解气化器，通地燃料喷嘴喷入燃料和助燃氧气燃烧使热解气燃烧升温，为焦油和二噁英的分解提供反应温度，然后通过热解气滞留缓冲罐保证升温后的热解气具有足够的停留时间，从而保证焦油和二噁英充分分解，同时在热解气中携带的水蒸气作用下，发生水煤气气化反应，生成以H2和CO为主的合成气，从而进一步提高合成气的产量，也可以有效避免常规热解技术由于热解气中含焦油而导致的后续设备及管道系统的堵塞问题，后续合成气洗涤的废水中也不含焦油、萘、酚等污染物，可以降低后续废水处理难度，废水治理简单，易于达标排放。 [0023] 喷入所述有机物分解气化器为燃料气和(尽量避免使用少量、适量等不清楚的表述方式)纯氧气，通过控制氧气喷入量来控制热解气温度在1050～1000℃，通过控制热解气在热解气滞留缓冲罐停留时间在10～20s，控制出热解气滞留缓冲罐的合成气温度在1000～1050℃，从而保证证焦油和二噁英完全分解和气化；所述氧气体积浓度优选控制在≥95％。 [0024] 所述合成气从热解气滞留缓冲罐底部排出后，进入到热量回收系统，回收合成气中大部分高温显热，并副产蒸汽后，再送至合成气洗涤除尘脱酸系统，进行洗涤、冷却、除尘和脱酸，最后通过合成气引风机抽引至下游工序进一步净化处理，得到的合成气还可部分回送热风炉作为燃烧的燃料；所述合成气洗涤除尘脱酸系统可根据需要补入碱液，用于脱除HCl、HF等酸性气体。 [0025] 对热解炉底部排出的热解残渣和有机物分解气化器底部产生的灰渣，发明人不再采用简单一烧了之或填埋处置的方法，而是先经过热解残渣冷却器进一步冷却后，控制进热解残渣分选系统的残渣温度在40～90℃，再送至热解残渣分选系统进行分选，分选出的可燃炭渣送至热风炉作为主要燃料燃烧使用，剩余残渣去进一步综合利用统。通过上述方法一方面大大地提高了固体废物热解气化的能量综合利用效率，另一方面则进一步消除和避免了灰渣中二噁英的产生和扩散转移。这是由于热解温度较燃烧气化温度低，固体废物经热解后，还有相当一部分可燃物质夹杂在灰渣中不能完全热解和反应，将这部分未反应的可燃物质分选出来，通过热风炉的高温燃烧(温度可达1000℃以上)，可充分利用该部分能量为热解供热，从而达到能量有效回收，减少污染和排放的问题，不足部分可引入生产的合成气或通过外部燃料补足，从而实现系统能量的自给自足。同时，由于灰渣残碳经过高温燃烧后，可进一步破坏和分解其中可能携带的二噁英，从而消除和避免了灰渣中二噁英的产生和扩散转移。 [0026] 在热解炉下段设置了冷却段，冷却段的冷却夹套内可通入冷却介质，对进入冷却段的热解残渣进行间接换热降温，所述冷却介质可以为冷却水或空气，优选将进入热风炉的助燃空气作为冷却介质引入冷却段的冷却夹内作为冷却介质冷却热解残渣，助燃空气经过预热后送至热风炉，可以进一步降低能耗，又可降低热解残渣的出炉温度。优选地，该助燃空气优选采用固体废物储坑抽出的臭气，该臭气经过热风炉高温燃烧后，可以有效避免恶臭的扩散，对环境友好；所述热风炉产出的高温热烟气先与出换热夹套的中温烟气在热风炉内进行混合调温后，再送至热解炉热解段作为热解热源。 [0027] 所述热解炉和有机物分解气化器中间连接管道应尽量短，且其向上倾斜角度控制在30～60°，便于工况波动时，焦油等大分子有机物冷凝后能顺利回流到热解炉内进一步热解。 [0028] 本发明具体有益效果归纳如下： [0029] 1.采用固体废物分段式热解气化技术，固体废物先经过热解产生热解气，热解气再经有机物分解气化器分解其中携带的焦油和二噁英等大分子有机物，并通过碱洗脱除HCl、HF等卤族元素，可有效防止二噁英再次生成，保证合成气中不含二噁英，从而有效地解决了焚烧技术容易产生二噁英的问题。 [0030] 2.固体废物经分段式热解气化后产生的灰渣经分选得到的以可燃炭固体燃料循环到热风炉燃烧使用，并为热解炉提供热量，不但大大地提高了固体废物热解气化的能量综合利用效率，资源化循环利用效率高，进一步消除和避免了灰渣中二噁英的产生和扩散转移。 [0031] 3.通过设置机物分解气化器和热解气滞留缓冲罐充分分解热解气中携带的焦油、萘、酚等有机物，可以有效避免常规热解技术由于热解气中含焦油而导致的后续设备及管道系统的堵塞问题，同时由于废水中不含焦油、萘、酚等污染物，可以降低后续废水处理难度，废水治理简单，易于达标排放。 [0032] 4.固体废物经分段式热解气化后产生的合成气，不仅可以进一步用来燃烧发电，还可以用来生产天然气、甲醇、合成氨尿素等化工产品，资源化利用的产品方案众多，且工艺简单，资源化效果好，易于推广应用。 [0033] 5.采用移动床热解技术配合热风炉燃烧灰渣，通过选择合适的进料系统，进料可不受固体废物粒度尺寸限制，易于实现不同尺寸固体废物的同时进料，原料适应性更广。 [0034] 6.热风炉的助燃空气可以采用固体废物储坑抽出的臭气，可以有效避免恶臭的扩散。 [0035] 7.本发明热解炉和有机物分解气化器结构简单，炉内均无支撑或传动部件，维护量少，运行成本低、可有效保证设备的长周期运转。 [0036] 8.单台热解炉处理固体废物的公称能力为50～500t/d，既适用于大规模固体废物的集中处理，又适应于小规模固体废物的灵活处理，应用范围广。 [0037] 9.系统简单，结构紧凑，能效高，投资和运行成本均低，安全可靠、节能降耗、对环境友好，能够同时处理生活垃圾、有机污泥等固体废物，实现区域固体废物综合处置，生产清洁燃料，可作为分布式能源站在县城、乡镇、农村及工业园广泛推广，应用前景广阔。附图说明 [0038] 图1为本发明方法工艺流程图暨系统图； [0039] 其中：1—锁斗；2—热解炉，2.1—热解段，2.11-换热夹套、2.2—冷却段，2.21-冷却夹套、2.3—换热翅片；3—有机物分解气化器、3.1-燃烧喷嘴；4—热解气滞留缓冲罐；5—热量回收系统；6—合成气洗涤除尘脱酸系统；7—合成气引风机；8—热解残渣冷却器；9—热解残渣分选系统；10—热风炉；11—空气风机；12—烟气风机。 具体实施方式[0040] 下面结合附图对本发明系统作进一步解释说明 [0041] 参照图1，本发明包括热解系统、有机物气化分解系统、热量回收系统5和合成气洗涤除尘脱酸系统，所述热解系统包括锁斗1、热解炉2、以及为热解炉2供热的热风炉10；所述有机物气化分解系统包括有机物分解气化器3和热解气滞留缓冲罐4。所述锁斗1与热解炉2的物料进口连接，所述热解炉2上段的热解气出口经有机物分解气化器3、热解气滞留缓冲罐4、热量回收系统5、合成气洗涤除尘脱酸系统6和合成气引风机7连接，所述热解炉1的底部出口经热解残渣冷却器8、热解残渣分选系统9与热风炉10的燃料进口连接。 [0042] 所述热解炉2为移动床热解炉，具有立式圆柱形套筒结构，由上段的热解段2.1和下段的冷却段2.2组成，所述热解段2.1设有换热夹套2.11，冷却段2.2设有冷却夹套2.21，所述换热夹套2.11及冷却夹套2.21中均设有换热翅片2.3。所述热解炉2与有机物分解气化器3之间的连接管道具有向上的倾角a，角度控制在30～60°。 [0043] 所述热风炉10的烟气出口与换热夹套2.11的烟气进口连接，所述换热夹套2.11的烟气出口经烟气风机12与热风炉10的调温烟气进口连接。 [0044] 所述冷却夹套2.21具有空气进口与空气出口，所述空气进口与空气风机11出口连接，空气出口与热风炉10的空气进口连接。 [0045] 所述有机物分解气化器具有类似旋风分离器的结构，上部设有1-3个燃烧喷嘴，所述有机物分解气化器的中部进口与热解炉连接，顶部出口与热解气滞留缓冲罐连接，底部出口与所述热解残渣冷却器连接。 [0046] 工艺过程与方法： [0047] 参见图1，将原料固体废物破碎至5～150mm粒径后，通过进料装置送至锁斗1，再由物料进口送入到热解炉2内进行热解，控制热解炉2内热解温度550～650℃，固体废物在热解段2.1内停留时间10～90mim，换热夹套2.11通入来自热风炉10的的高温烟气为热解段2.1提供热量，使固体废物热解产生热解气和热解残渣，控制出热解炉2的热解气温度在300～350℃，热解气通过热解炉2的热解气出口送至有机物分解气化器3进一步气化升温，所述热解气从有机物分解气化器3中部进入后螺旋上升，通过上部的燃烧喷嘴3.1控制燃料和氧气(氧气体积浓度控制在≥95％)喷入量来控制热解气温度升高到1050～1100℃，使热解气中携带的焦油和二噁英等大分子有机物进行气化分解，而热解气中携带的灰渣则从有机物分解气化器3底部出口排出热解气经顶部出口直接送入热解气滞留缓冲罐4充分分解热解气中携带的焦油和二噁英等大分子有机物，控制热解气在热解气滞留缓冲罐4停留时间在 10～20s，出热解气滞留缓冲罐4的合成气温度在1000～1050℃，从而保证合成气中的焦油和二噁英等大分子有机物完全分解和气化，再通过热量回收系统5回收合成气中大部分热量副产蒸汽后，合成气温度降至180～250℃，再经过合成气洗涤除尘脱酸系统6洗洚、除尘、脱酸后，合成气温度进一步降至30～50℃，最后由合成气引风机7抽引至下游净化工序进一步处理。其中，合成气洗涤除尘脱酸系统6根据需要加入适量碱液，用于脱除HCl、HF等酸性气体；合成气引风机7用于抽引合成气，并控制热解炉2在微负压下操作，炉内操作压力控制在-3kPaG～-0.1kPaG，同时引风机出口合成气压力控制在3kPaG～10kPaG。 [0048] 热解炉2产生的热解残渣先落入到热解炉下部的冷却段2.2与冷却夹套2.21中的空气间接换热进行预冷却，将热解残渣冷却至250～350℃，再从热解炉2底部出口排出，控制固体废物在热解炉2内的停留时间为10～90mim。将热解炉2底部排出的热解残渣和有机物分解气化器3底部出口排出的灰渣一起通过热解残渣冷却器8进行冷却，控制冷却后的热解残渣温度在40～90℃，再进入热解残渣分选系统9进行分选，从而得到的可燃炭渣和剩余残渣，其中可燃炭渣经燃料进口送到热风炉10燃烧得到高温热烟气，为热解炉2的热解段2.1提供热量，剩余残渣则去进一步工序进行综合利用。通入冷却夹套2.21内的冷却介质可以采用空气，也可以采用冷却水，还可以采用其他流体介质，本实施例考虑采用空气，特别是优先采用固体废物储坑抽引出的臭气。空气先通过空气风机抽引由经冷却夹套2.21间接冷却热解残渣，同时自身被预热，再送至热风炉10作为助燃空气。 [0049] 热风炉10产出的高温热烟气(控制在1000～1100℃)先与烟气风机12送来的部分中温烟气在热风炉10内进行混合调温，控制出炉的高温烟气温度为800～1000℃，再送至热解炉2热解段2.1的换热夹套2.11中作为热解热源，使固体废物发生热解反应后，经烟气风机12抽引，从换热夹套2.11引出，出口温度控制在350～400℃。出热解炉2的中温烟气除了部分送热风炉10作为调温用，大部分送去余热利用和净化处理后排放。 |
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