连续式垃圾绝氧热解装置、垃圾热解耦合电站锅炉发电装置
和工艺
技术领域
[0001] 本
发明属于垃圾处理技术领域，尤其涉及一种将垃圾热解与电站发电耦合的装置和工艺。
背景技术
[0002] 近年来，随着人民生活
水平的提高，城市化
进程的加快，城市垃圾的
排放量迅速增加，多种垃圾处理技术应运而生。其中，由于垃圾焚烧发电技术具有垃圾处理规模大、减容率大、
能量利用效率高等特点成为了当前垃圾处理的主流技术。但是垃圾在焚烧过程中会产生大量的二噁英，二噁英是强致癌物，在自然界极难降解，而且二噁英由于性质特殊，无法实现在线监测，并且检测
费用昂贵，导致垃圾焚烧电厂二噁英排放量的监管名存实亡，另外垃圾焚烧发电会产生大量含氯产物和飞灰，从而对电站锅炉受热面和飞灰品质产生不良影响，甚至影响燃
煤机组的安全稳定运行。相比较而言，垃圾热解技术是一种更为环保的垃圾处理工艺，但此类热解装置同样存在许多局限性，比如
稳定性差、效率较低、设备放大困难等等。
[0003] 与此同时，随着国家
能源结构的改革和调整，国内燃煤电厂的年利用小时屡创新低，造成严重的资源闲置，所以
生物质热解
气化耦合电站锅炉发电技术也是垃圾处理领域的新趋势之一。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，为克服以上背景技术中提到不足和
缺陷，提供了一种连续式垃圾绝氧热解装置，包括给料单元、
流化床热解炉本体、气固分离装置、除尘装置、燃气引
风机、返料装置和返料风机；所述流化床热解炉本体进料口与给料单元相连接，流化床热解炉本体的气体出口端与所述气固分离装置入口端相连接，流化床热解炉本体的底部返料入口端和所述返料装置相连接；所述气固分离装置的底部固体出口端与所述返料装置相连接，所述气固分离装置的气体出口端与所述除尘装置的入口端相连接；除尘装置的气体出口端与所述燃气引风机相连接；所述燃气引风机通过返料风机和第一路管道与所述返料装置相连接，通过第二路管道与流化床热解炉本体底部的气体入口端相连接。
[0005] 该技术方案的主要思路是通过燃气引风机和管道将气固分离装置、除尘装置和返料装置、流化床热解炉本体相连接，将流化床热解炉本体需要的流化介质、返料装置需要的返料介质用装置内产生的燃气燃烧后的高温烟气或者高温烟气和燃气的混合气代替，同时为系统热解提供热源，实现了利用流化床类设备对垃圾进行绝氧热解，杜绝了氧气进入系统内部，从而避免了垃圾利用过程中二噁英的生成，同时相较于常规垃圾热解设备而言，其热解效率更高，系统运行更加稳定；同时设置除尘装置可以收集未被气固分离装置分离的残炭。
[0006] 作为上述技术方案的优选，所述流化床热解炉本体底部为锥形。该处设计的原因在于本发明采用的流化介质为燃气燃烧后的烟气或者混合气，所以气量略有不足，而将流化床热解炉本体底部设计为锥形是为了提高热解炉底部流化速度，实现垃圾在炉内的良好流化。
[0007] 作为上述技术方案的优选，所述
正压给料单元包括原料料仓、一级料斗、二级料斗、异径给料螺旋；所述原料料仓、一级料斗、二级料斗、异径给料螺旋从上至下按顺序依次相连接，所述原料料仓和一级料斗连接处设置有1#密封
阀；一级料斗和二级料斗的连接处设置有2#密封阀；一级料斗还连接有
泄压阀、1#充压阀、高位料位计和低位料位计，二级料斗还连接有2#充压阀及二级料斗压
力表，所述异径给料螺旋与流化床热解炉本体连接处设置有水冷夹套，泄压阀与泄压缓冲罐连接。
[0008] 上述正压给料单元通过设置三个料斗、三个密封阀以及高位、低位料位计能够实现装置的自动连续加料，同时通过充入惰性气体并设置有两个充压阀和异径给料螺旋以保证给料单元内部的正压，避免空气进入装置内部，同时也防止流化床热解炉本体内部气体反窜入给料单元中。
[0009] 作为上述技术方案的优选，在所述气固分离装置和燃气引风机之间，依次连接有燃气换热器、干式脱氯器和高温过滤装置，该燃气换热器气体入口端与气固分离装置气体出口端相连接，该高温过滤装置气体出口端与燃气引风机相连。
[0010] 设置燃气换热器的目的在于降低燃气
温度，利于后续系统燃气脱氯及燃气输送。设置高温过滤装置和干式脱氯器能够收集垃圾热解过程中产生的飞灰以及脱除燃气中的氯，减少了去往电站锅炉系统的飞灰及含氯产物，从而避免对电站锅炉受热面及锅炉飞灰
质量产生不良影响。
[0011] 作为上述技术方案的优选，所述燃气引风机和所述流化床热解炉本体之间的第二路管道上还设置有燃气
燃烧室。
[0012] 设置燃气燃烧室的目的在于，对系统产生的部分燃气进行燃烧，将所产生的热量输送到流化床热解炉本体及返料装置中，为炉内垃圾的热解提供热量，从而实现在隔绝氧气的条件下流化床热解炉本体的稳定运行。
[0013] 作为上述方案的优选，输送经绝热燃烧室内燃烧后生成的高温烟气或者高温燃气和烟气混合气的管道为内保温结构。
[0014] 作为上述方案的优选，燃气燃烧室为绝热结构，其与流化床热解炉本体可设计为一体结构。
[0015] 本发明还提供了一种连续式垃圾绝氧热解耦合电站锅炉发电装置，包括上述中任意一项技术方案中的连续式垃圾绝氧热解装置以及电站锅炉、
汽轮机、发
电机，该电站锅炉通过
燃气管道与燃气引风机相连接，通过
蒸汽管道与汽轮机相连接；所述汽轮机与发电机相连接。
[0016] 该优选技术方案的优势在于能够充分利用电站锅炉的高温燃烧环境、高效发电装置、完善的环保设施，实现垃圾热解燃气的高效、环保利用。作为上述技术方案的优选，所述汽轮机还通过管道与燃气换热器的换热介质入口相连接。该处设计的目的在于，利用汽轮机抽汽来冷却热解产生的燃气，避免焦油在燃气换热器中析出；同时，用于冷却的蒸汽经燃气换热器升温后，又能根据具体情况再次利用其
热能，提高了装置的能量利用效率。
[0017] 作为上述技术方案的优选，所述泄压缓冲罐上设置有气体出口阀
门，该气体出口阀门通过管道与电站锅炉燃气燃烧处相连接。该处设计的优势在于可以将给料装置中释放出的有污染的气体引入电站锅炉中一并燃烧处理，提高装置的环保性。
[0018] 根据上述连续式垃圾热解耦合电站锅炉发电装置，本发明提出一种连续式垃圾绝氧热解耦合电站锅炉发电工艺，包括以下步骤：
[0019] (1)准备工艺所需垃圾废料及床料，床料先经一给料单元加入流化床热解炉本体，垃圾废料经过预处理后经给料单元加入流化床热解炉本体；
[0020] (2)垃圾废料加入流化床热解炉本体后发生热解，生成垃圾残炭及燃气，燃气携带的残炭进入一气固分离装置，被气固分离装置分离后的固体物料通过一返料装置回到所述的流化床热解炉本体继续反应，未被气固分离装置分离的残炭通过一除尘装置进行收集；燃气通过管道送往燃气换热器；
[0021] (3)燃气在所述燃气换热器中冷却后送至一干式脱氯器中脱除烟气中氯，再经高温
过滤器进一步除去燃气中携带的飞灰后去往燃气引风机；
[0022] (4)燃气经燃气引风机加压后分三路进行处理：一路送往一燃气燃烧室燃烧，产生的高温燃气或高温烟气和燃气的混合气送往流化床热解炉本体为垃圾热解提供热源并流化介质；一路送往燃气耦合电站锅炉发电单元进行耦合燃烧发电；一路经返料风机加压后作为返料介质送往所述返料装置；
[0023] 所述耦合燃烧发电过程中，燃气先通入一电站锅炉耦合燃烧产生蒸汽，并推动一汽轮机发电，从汽轮机
抽取蒸汽送往燃气换热器冷却燃气，完成换热的蒸汽根据实际情况灵活利用。
[0024] 作为上述工艺的优选，步骤(1)中所述给料单元的装置包括：原料料仓、一级料斗、二级料斗和异径给料螺旋；所述原料料仓、一级料斗、二级料斗、异径给料螺旋从上至下按顺序依次相连接；
[0025] 给料时：
[0026] a.先将原料加入所述原料料仓，备用；
[0027] b.当一级料斗中的原料料位较低时，通过一级料斗底部设置的低位料位计进行料位低报警，然后关闭连接所述一级料斗和二级料斗的2#密封阀；
[0028] c.打开设置在一级料斗上的泄压阀，一级料斗泄压至常压，打开连接原料料仓和一级料斗的1#密封阀，将原料从原料料仓送至一级料斗；
[0029] d.通过一级料斗顶部设置的高位料位计进行料位高报警，然后关闭1#密封阀，打开设置在一级料斗上的1#充压阀，充压至略高于二级料斗压力时关闭1#充压阀；
[0030] e.打开2#密封阀，将原料由一级料斗送入二级料斗，然后通过异径给料螺旋将原料输送至流化床热解炉本体；
[0031] f.当所述低位料位计报警时再重复上述步骤。
[0032] 作为上述工艺的优选，所述正压给料单元为微正压运行，利用惰性气体进行密封及充压；所需床料也通过正压给料单元加入，所述正压给料单元日常运行时2#充压阀保持常开，维持二级料斗压力高于流化床热解炉本体压力，压差维持在0-1000pa，2#充压阀由流化床热解炉本体和二级料斗之间的压差连
锁控制，根据压差
自动调节其开度。
[0033] 作为上述工艺的优选，所述汽轮机抽汽产出蒸汽温度300-450℃，所述干式脱氯器反应区温度≥320℃，燃气燃烧室的配风
过量空气系数≤1，燃气燃烧室温度为800-1200℃。
[0034] 作为上述工艺的优选，所述
破碎后的生物垃圾、有机固废、
医疗垃圾颗粒度≤10cm，含水率≤40％；流化床热解炉本体原料入口处压力为-500-2000pa；流化床热解炉本体热解温度为500-800℃；流化床热解炉本体内气体流速为4-15m/s；所述气固分离装置对循环物料粒径＜0.8mm的分离效率≤25％；所述床料粒径为0.5-2.5mm；燃气换热器中燃气出口温度为350-500℃。
[0036] 1、本发明选用循环流化床热解炉对垃圾进行热解，利用垃圾热解产生的燃气燃烧后的高温燃气和烟气混合物或高温烟气作为热解炉的流化介质和热源，无需从外部系统引入空气；同时，采用连续式正压给料单元进料，利用惰性气体进行密封及充压。二者结合实现了利用循环流化床对垃圾的绝氧热解，垃圾热利用过程中无二噁英生成，设备运行高效、稳定。
[0037] 2、本发明利用高温过滤器将垃圾热解过程中产生的飞灰收集，利用干式脱氯器脱除燃气中的氯，减少了去往电站锅炉系统的飞灰及含氯产物，从而避免对电站锅炉受热面及锅炉飞灰质量产生不良影响。
[0038] 3、本发明系统产生的燃气送往电站锅炉耦合燃烧，充分利用电站锅炉稳定的高温燃烧环境、高效发电装置、完善的环保装置，实现垃圾热解燃气的高效、环保利用。
[0039] 4、本发明利用汽轮机抽汽实现生物质燃气的冷却，防止了焦油在燃气换热器的析出，同时回收燃气
显热，完成换热的蒸汽可根据实际灵活利用。
附图说明
[0040] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041] 图1是本发明所述的连续式垃圾绝氧热解耦合电站锅炉发电装置的结构示意图。
[0042] 图例说明：
[0043] 1、泄压阀；2、1#充压阀；3、2#充压阀；4、原料料仓；5、1#密封阀；6、高位料位计；7、一级料斗；8、低位料位计；9、2#密封阀；10、二级料斗；11、二级料斗压力表；12、3#密封阀；13、热解炉进料口压力表；14、异径给料螺旋；15、水冷夹套；16、流化床热解炉本体；17、气固分离装置；18、除尘装置；19、燃气换热器；20、干式脱氯器；21、高温过滤装置；22、燃气引风机；23、返料风机；24、燃气燃烧室；25、返料装置；26、烟气处理装置；27、锅炉引风机；28、烟囱；29、电站锅炉；30、汽轮机；31、发电机；32、泄压缓冲罐。
具体实施方式
[0044] 为了便于理解本发明，下文将结合
说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
[0045] 需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
[0046] 除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
[0047] 除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、
试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0048] 实施例1：
[0049] 如图1的垃圾热解耦合电站锅炉发电装置结构示意图所示，该装置包括泄压阀1、1#充压阀2、2#充压阀3、原料料仓4、1#密封阀5、高位料位计6、一级料斗7；低位料位计8、2#密封阀9、二级料斗10、二级料斗压力表11、3#密封阀12、热解炉进料口压力表13、异径给料螺旋14、水冷夹套15、流化床热解炉本体16、气固分离装置17、除尘装置18、燃气换热器19、干式脱氯器20、高温过滤装置21、燃气引风机22、返料风机23、燃气燃烧室24、返料装置25、烟气处理装置26、锅炉引风机27、烟囱28、电站锅炉29、汽轮机30、发电机31、泄压缓冲罐32。
[0050] 其中原料料仓4、1#密封阀5、一级料斗7、2#密封阀9、二级料斗10、3#密封阀12、异径给料螺旋14从上至下按顺序依次相连接，一级料斗7还连接有泄压阀1、1#充压阀2、高位料位计6、低位料位计8，二级料斗10还连接有2#充压阀3及二级料斗压力表11，异径给料螺旋14与流化床热解炉本体16连续处设置有水冷夹套15，泄压阀1与泄压缓冲罐32连接，泄压缓冲罐32气体出口与电站锅炉29相连接。流化床热解炉本体16还分别与气固分离装置17、流化风机、燃气燃烧室24和返料装置25相连接，气固分离装置17底部与返料装置25相连接，顶部与除尘装置18相连接，燃气换热器19与除尘装置18和汽轮机30相连接，干式脱氯器20与燃气换热器19和高温过滤装置21均相连，高温过滤装置21通过燃气引风机22及管道分别与电站锅炉29、燃气燃烧室24和返料风机23相连接。电站锅炉29分别与烟气处理装置26和汽轮机30相连接，烟气处理装置26还通过锅炉引风机27与烟囱28相连接，汽轮机30与发电机31和燃气换热器19相连接。
[0051] 实施例2：
[0052] 采用实施例1中所述装置的一种连续式垃圾绝氧热解耦合电站锅炉发电工艺，准备所需原料和床料，床料粒径0.5-2mm，先经给料单元加入流化床热解炉本体16内；所选原料为生活垃圾，进行预处理后加入原料料仓4内备用，预处理后原料的颗粒度≤5cm，含水率≤25％。低位料位计8报警时，关闭2#密封阀9；然后打开泄压阀1，一级料斗7泄压至常压，打开1#密封阀5，将原料从原料料仓4送至一级料斗7；等到高位料位计6报警后关闭1#密封阀5，打开1#充压阀2，充入惰性气体，一级料斗7开始充压，充压至略高于二级料斗10压力时关闭1#充压阀2；然后打开2#密封阀9，将原料由一级料斗7送至二级料斗10，然后通过异径给料螺旋14将原料输送至流化床热解炉本体16中。其中，充入的惰性气体为氮气。异径给料螺旋14与流化床热解炉本体16连接处压力维持在200Pa，二级料斗10与流化床热解炉本体16压力之差维持在100Pa。泄压后的气体经缓冲罐缓冲后送往锅炉焚烧。
[0053] 垃圾加入流化床热解炉本体16后发生热解，热解炉内温度为650℃，流化床热解炉本体16内气体流速为4.5m/s，热解生成垃圾残炭及燃气，燃气携带的残炭被气固分离装置17收集后，通过返料装置25回到流化床热解炉本体16继续反应，气固分离装置17对物料粒径小于0.8mm的分离效率为20％，未被气固分离装置17收集的残炭通过除尘装置18收集，燃气经除尘装置18后送往燃气换热器19。
[0054] 燃气在燃气换热器19中冷却至400℃后送至干式脱氯器20中脱除烟气中氯，干式脱氯器20内温度为370℃，再经高温过滤装置21进一步除去燃气中携带的飞灰后去往燃气引风机22；燃气经燃气引风机22加压后分三路进行处理：一路送往燃气燃烧室24燃烧，控制燃气燃烧室24内配风过量系数为0.9，燃气燃烧室24内温度为950℃，燃烧产生的高温燃气和烟气送往流化床热解炉本体16为垃圾热解提供热源、流化介质；一路送往电站锅炉29进行耦合燃烧发电；一路经返料风机23加压后送往返料装置25做为返料介质。
[0055] 燃气在电站锅炉29耦合燃烧生产蒸汽，推动汽轮机30发电，从汽轮机30抽取350℃的蒸汽送往燃气换热器19冷却燃气，完成换热后的蒸汽温度为400℃，送入蒸汽再热系统用于汽轮机30发电，电站锅炉29产生的烟气经过烟气处理装置26处理后，通过锅炉引风机27由烟囱28排出。
[0056] 实施例3：
[0057] 采用实施例1中所述装置的一种连续式垃圾绝氧热解耦合电站锅炉发电工艺，准备所需原料和床料，所选原料为医疗垃圾，将上述原料进行分拣、破碎等预处理后加入原料料仓4内备用，破碎后原料的颗粒度为≤8cm，含水率为≤30％。床料粒径0.5-2.5mm。低位料位计8报警时，关闭2#密封阀9；然后打开泄压阀1，一级料斗7泄压至常压，打开1#密封阀5，将原料从原料料仓4送至一级料斗7；等到高位料位计6报警后关闭1#密封阀5，打开1#充压阀2，充入惰性气体，一级料斗7开始充压，充压至略高于二级料斗10压力时关闭1#充压阀2；然后打开2#密封阀9，将原料由一级料斗7送至二级料斗10，然后通过异径给料螺旋14将原料输送至流化床热解炉本体16中。其中，充入的惰性气体为氮气，异径给料螺旋14与流化床热解炉本体16连接处压力维持在400Pa，二级料斗10与流化床热解炉本体16压力之差维持在250Pa。泄压后的气体经缓冲罐缓冲后送往锅炉焚烧。
[0058] 垃圾加入流化床热解炉本体16后发生热解，热解炉内温度为700℃，热解生成垃圾残炭及燃气，燃气携带的残炭被气固分离装置17收集后，通过返料装置25回到流化床热解炉本体16继续反应，气固分离装置17对物料粒径小于0.8mm的分离效率为25％，未被气固分离装置17收集的残炭通过除尘装置18收集，燃气经除尘装置18后送往燃气换热器19。
[0059] 燃气在燃气换热器19中冷却至420℃后送至干式脱氯器20中脱除烟气中氯，干式脱氯器20内温度为380℃，再经高温过滤装置21进一步除去燃气中携带的飞灰后去往燃气引风机22；燃气经燃气引风机22加压后分三路进行处理：一路送往燃气燃烧室24燃烧，控制燃气燃烧室24内配风过量系数在0.8，燃气燃烧室24内温度为1000℃，燃烧产生的高温燃气和烟气送往流化床热解炉本体16为垃圾热解提供热源、流化介质；一路送往电站锅炉29进行耦合燃烧发电；一路经返料风机23加压后送往返料装置25做为返料介质。
[0060] 燃气在电站锅炉29耦合燃烧生产蒸汽，推动汽轮机30发电，从汽轮机30抽取400℃的蒸汽送往燃气换热器19冷却燃气，完成换热的蒸汽温度为480℃，送入蒸汽再热系统用于汽轮机30发电，电站锅炉29产生的烟气经过烟气处理装置26处理后，通过锅炉引风机27由烟囱28排出。
