CN101200643A - 防止二恶英产生的可燃垃圾气化制气装置及工艺 - Google Patents
防止二恶英产生的可燃垃圾气化制气装置及工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种防止二恶英产生的可燃垃圾气化制气装置，包括气化炉体，炉体上部设有进料斗，炉体内上部设有布料器，下部设有炉排和除灰器，炉体侧壁上设有喷嘴，炉体外部下面连接有燃气进口和燃气出口，喷嘴切向并与炉体向下成30～60度的角度，在燃气出口处设置一个燃气骤冷二恶英分离器。本发明同时还提供了防止二恶英产生的可燃垃圾气制气工艺。本发明从气化炉的结构、燃烧原理以及燃气骤冷***入手，充分控制反应温度，延长燃气在高温区的停留时间，同时实现燃气的迅速骤冷降温，从根本上破坏二恶英生成得机理和条件，避免二恶英的产生。
Description
技术领域
本发明涉及一种以城市可燃垃圾为主的固态可燃废弃物气化制气装置及工艺，具体地说是一种可以防止二恶英产生的固态可燃废弃物气化制气装置及工艺，适用原料包括城市可燃垃圾、农林废弃物等。
背景技术
随着中国社会经济的发展，约有2/3的城市陷入垃圾围城的困境。我国仅“城市垃圾”的年产量就近1.5亿吨，这些城市垃圾绝大部分是露天堆放。它不仅影响城市景观，同时污染了与我们生命至关重要的大气、水和土壤，对城镇居民的健康构成威胁，垃圾已成为城市发展中的棘手问题。目前处理生活垃圾的方法除露天堆放外，还有卫生填埋，这种方法避免了露天堆放产生的问题，其缺点是建填埋场占地面积大，使用时间短(一般十年左右)，造价高，垃圾中可回收利用的资源浪费了；再是焚烧使垃圾体积缩小50％～95％，但烧掉了可回收的资源，释放出有毒气体，如二恶英、电池中的汞蒸汽等。同时在广大的农村，农作物收获后，可燃的农、林废弃物除小部分被回收加工成牲畜饲料，大部分都被堆放在田间焚毁或成为简单农用灶燃料。上述可燃垃圾和秸秆废弃物的焚烧，既是对资源的巨大浪费，又会产生二次污染。
垃圾处理如果采用传统的气化炉或垃圾焚烧炉，所产生的燃气或烟气中将不可避免的含有剧毒物质二恶英。二恶英包括210种化合物，这类物质非常稳定，熔点较高，极难溶于水，可以溶于大部分有机溶剂，是无色无味的脂溶性物质，所以非常容易在生物体内积累。自然界的微生物和水解作用对二恶英的分子结构影响较小，因此，环境中的二恶英很难自然降解消除，对人类生存环境危害巨大。
二恶英的合成温度为400-600℃，在705℃以下处于稳定状态，在850℃的工况下，存在2秒以上方可全部分解；另外烟气在250-450℃时极易和杂质(主要是重碱金属)反应合成二恶英。
二恶英主要产生在两个阶段
第一、炉内燃烧阶段。传统的气化炉和焚烧炉虽然燃烧温度高于800℃，反应生成燃气，这时不产生二恶英，但其炉内温度不均衡，在氧化层和还原层温度较高，一般大于800℃，在干馏层和干燥层温度较低，一般在500-700℃。在氧化还原层生成的燃气依次经过干馏层与干燥层后离开气化炉时温度偏低，一般在400-600℃，正是二恶英形成的最佳温度，将不可避免的生成二恶英。
第二、燃气及烟气离开反应炉或焚烧炉以后，温度大约在400-500℃，如果烟气降温时间太长，烟气将与其中的杂质(主要是碱金属)进行反应，再次生成二恶英。
以上两个阶段是生成二恶英的温床，国内外焚烧炉和气化炉都不可避免的面对这个问题，但是还没有能够较好解决这个问题的装置和工艺。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、使用方便、避免二恶英产生的可燃垃圾气化制气装置和工艺。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：一种防止二恶英产生的可燃垃圾气化制气装置，包括气化炉体，炉体上部设有进料斗，炉体内上部设有布料器，下部设有炉排和除灰器，炉体侧壁上设有喷嘴，炉体外部下面连接有燃气进口和燃气出口，喷嘴切向并与炉体内壁向下成30～60度的角度，在燃气出口处设置一个燃气骤冷二恶英分离器。
所述的布料器呈锥形，并与炉体上部端盖通过法兰连接，布料器由布料漏斗以及均匀相间设置在其周边的四块布料直板和四块布料斜板组成。
所述的燃气骤冷二恶英分离器位于炉排下部炉体的外侧，与炉排下部的燃气出口相连接，形成与炉体一体式的结构；其由若干折流分离板和盘管冷却器组成，折流分离板固定在分离器的内壁上，盘管冷却器迂回设置于折流分离板之间。
所述的炉排呈锥体。
所述的除灰器内设有螺旋铰龙。
所述的喷嘴与炉体通过螺旋连接。
一种防止二恶英产生的可燃垃圾气化制气工艺，包括以下步骤：
A.将可燃垃圾从气化炉上方的进料斗送入炉体内，经布料器均匀布料后，进入气化炉炉膛；
B.通过设置在炉膛氧化还原区周边的喷嘴送入具有90-110℃的空气，空气当量比为2～4m3/kg，实现氧化还原区的均匀配风；射入的空气沿阿基米德曲线强力旋转，充分扰动炉内的垃圾原料，使垃圾与空气充分接触反应，炉内反应温度由低到高，最高温度超过900℃，燃气在高温区停留时间超过4秒钟；同时焦油在此区域高温裂解，分解为永久性小分子气体，出炉燃气焦油含量小于10mg/Nm3；
C.反应后产生的高温燃气迅速通入燃气骤冷二恶英分离器内，经过与其内的盘管冷却器接触后，利用分离器内低温液体高速扰动降温，使燃气在4秒钟内温度低于250℃，冷却水流量为8m3/h，盘管冷却器管束进水口和出水口冷却水温差为2.8℃；
D.二恶英分离器内产生的灰尘颗粒在二恶英分离器内折流板的作用下从燃气中分离出来，使燃气杂质含量小于10mg/m3；燃气经分离器的燃气出口后，二恶英含量为0.1ng/Nm3；
E.气化炉内气化产生的炉渣和炉灰经过旋转塔式炉排转动刮出并经螺旋除灰器排出炉外。
本发明从气化炉的结构、燃烧原理以及燃气骤冷***入手，充分控制反应温度，延长燃气在高温区的停留时间，同时实现燃气的迅速骤冷降温，从根本上破坏二恶英前期炉内生成和后期合成的机理和条件，避免二恶英的产生。
在气化炉内反应温度由低到高，最高温度超过900℃，燃气在高温区停留时间超过4秒钟，有效避免二恶英的产生的同时，也使燃气中焦油大量裂解，从根本上减少了燃气中焦油的产生。
本气化炉采用微负压操作，在加料间歇期内密闭，防止燃气外溢和空气的大量进入对炉内燃烧温度场产生干扰，避免炉内流场和燃烧场的改变，确保稳定气化。
高温燃气在燃气骤冷二恶英分离器内4秒钟内温度降至250℃以下，避开了传统焚烧烟气逐步降温过程中二恶英的生成条件，避免后续二恶英的生成；同时燃气的骤冷也使燃气中的气态焦油充分凝结沉降，避免了后续管道的污染问题。同时本装置的燃气净化过程无任何水与燃气直接接触，避免了传统气化存在的水洗净化所产生的二次污染问题，真正实现了环保。
附图说明
图1是本发明制气装置结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是本发明制气装置的布料器结构示意图；
图4是本发明制气装置的喷嘴结构示意图；
图5是本发明制气装置的炉体内阿基米德曲线示意图；
图6是本发明制气装置的燃气骤冷二恶英分离器结构示意图。
其中，1.上端盖，2.布料器，3.炉体，4.阿基米德螺旋线，5.塔式旋转炉排，6.螺旋除灰器，7.冷却水管进口8.冷却水管出口，9.燃气出口，10.燃气进口，11.二恶英分离器，12折流分离板，13喷嘴，14.进料接口，15.进料斗，16.盘管冷却器，17.布料漏斗，18.布料直板，19.布料斜板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1-图6所示，炉体3的上端盖1上部设有进料斗15，炉体3内上部设有布料器2，下部设有呈锥体的塔式旋转炉排5和螺旋除灰器6，螺旋除灰器6内设有螺旋铰龙，炉体3侧壁上设有与炉体3通过螺旋连接的喷嘴13，炉体3外部下面连接有燃气进口10和燃气出口9，喷嘴13切向并与炉体3向下成30～60度，在燃气出口处设置一个燃气骤冷二恶英分离器11。本气化炉采用微负压操作，在加料间歇期内密闭，防止燃气外溢和空气的大量进入对炉内燃烧温度场产生干扰，避免炉内流场和燃烧场的改变，确保稳定气化。燃气骤冷二恶英分离器11位于炉内炉排下部炉体的外侧，与炉排下部的燃气出口9相连接，形成与炉体3一体式的结构；其由若干折流分离板12和盘管冷却器16组成，折流分离板12固定在分离器的内壁上，盘管冷却器16迂回设置于折流分离板12之间。该分离器采用机械渗透除尘远离与间接骤冷相结合的新型燃气净化工艺。
布料器2呈锥形，并与炉体3上端盖1通过法兰连接，布料器2由布料漏斗17以及八块均匀布置在其周边的布料直板18和布料斜板19组成。
燃气骤冷二恶英分离器11位于炉排下部炉体的外侧，
可燃垃圾从气化炉上方炉口进入气化炉，经过布料器2均匀布料后，进入气化炉炉膛，通过设置在炉膛氧化还原区周边的喷嘴13送入具有温度为100℃的空气，按照2～4m3/kg的空气当量比实现氧化还原区的均匀配风；炉内喷嘴13切向并与炉体内壁向下成30～60度，使射入的空气沿阿基米德螺旋线4强力旋转，充分扰动炉内的垃圾原料，使垃圾与空气充分接触反应，使燃气在炉内反应距离和停留时间均大大延长。随着燃气的移动，炉内反应温度由低到高，最高温度超过900℃，燃气在高温区停留时间超过4秒钟。在有效避免二恶英的产生的同时，也使燃气中焦油大量裂解，从根本上减少了燃气中焦油的产生。
将产生的高温燃气迅速通入燃气骤冷二恶英分离器中，分离器设有多次折流分离板12，利用管内低温液体高速扰动降温，达到燃气骤冷工艺要求。使燃气在4秒钟内温度低于250℃，避开了传统焚烧烟气逐步降温过程中二恶英的生成条件，避免后续二恶英的生成；同时燃气的骤冷也使燃气中的气态焦油充分凝结沉降，避免了后续管道的污染问题。同时本装置的燃气净化过程无任何水与燃气直接接触，避免了传统气化存在的水洗净化所产生的二次污染问题，真正实现了环保。
气化所产生灰渣经塔式旋转炉排5破碎后，经螺旋密闭除灰器6排至炉外。
气化配风喷嘴13与炉体3进行活动螺纹连接，便于拆卸与维护。
实施例：
A.本气化炉产气量为600m3/h。将可燃垃圾从气化炉上方的进料斗15送入布料器2，布料器2呈锥形，与上炉体端盖1利用法兰连接，在物料重力的作用下开启，物料经过相间均布的4块布料直板和4块斜板，向炉内360度均匀布料；
炉体3采用倒锥体结构，确保垃圾等物料随着气化过程向下移动时，具有足够高的气化反应强度。炉内辐射高温耐火层，确保了炉体自身的寿命和耐高温能力。
B.通过设置在炉膛氧化还原区周边的喷嘴13送入具有100℃的高温空气，实现氧化还原区的均匀配风；喷嘴13与炉体内壁呈45度，并与切线方向呈30度射入炉内。空气当量比为3.786m3/kg；射入的空气沿阿基米德螺旋线4强力旋转，充分扰动炉内的垃圾原料，使垃圾与空气充分接触反应，炉内反应温度由低到高，最高温度达913℃，燃气在高温区停留时间达4.26秒钟，低温区生成的二恶英在此区域高温分解，抑制了二恶英的炉内生成；同时焦油在此区域高温裂解，分解为永久性小分子气体，出炉燃气焦油含量小于10mg/Nm3，达到了国家管道煤气的标准。
C.反应后产生的高温燃气经过燃气出气口10进入二恶英分离器11内，经过与其内的冷却管束接触后，利用分离器内低温液体高速扰动降温，在3.6秒内迅速降温至232℃，冷却水流量为8m3/h，冷却水管进水口7和冷却水管出水口8冷却水温差为2.8℃。
产生的灰尘颗粒在分离器11内折流板12的作用下从燃气中分离出来，确保燃气杂质含量小于10mg/m3；
燃气经二恶英分离器11的燃气出口9后，二恶英含量为0.1ng/Nm3，远低于欧洲环保标准。
D.气化炉内气化产生的炉渣和炉灰经过旋转塔式炉排5转动刮出炉外，经螺旋除灰器6排出炉外，实现了干态出灰。螺旋除灰器6利用其内的灰渣进行密封，防止炉外空气的进入和炉内燃气的外溢。
本发明从气化炉的结构、燃烧原理以及燃气骤冷***入手，充分控制反应温度，延长燃气在高温区的停留时间，同时实现燃气的迅速骤冷降温，从根本上破坏二恶英前期炉内生成和后期合成的机理和条件，避免二恶英的产生。
本气化装置避开了传统焚烧烟气逐步降温过程中二恶英的生成条件，避免后续二恶英的生成；同时燃气的骤冷也使燃气中的气态焦油充分凝结沉降，避免了后续管道的污染问题。同时本装置的燃气净化过程无任何水与燃气直接接触，避免了传统气化存在的水洗净化所产生的二次污染问题，真正实现了环保。
Claims (7)
1.一种防止二恶英产生的可燃垃圾气化制气装置，包括气化炉体，炉体上部设有进料斗，炉体内上部设有布料器，下部设有炉排和除灰器，炉体侧壁上设有喷嘴，炉体外部下面连接有燃气进口和燃气出口，其特征在于：喷嘴切向并与炉体内壁向下成30～60度的角度，在燃气出口处设置一个燃气骤冷二恶英分离器。
2.根据权利要求1所述的防止二恶英产生的可燃垃圾气化制气装置，其特征在于：所述的布料器呈锥形，并与炉体上部端盖通过法兰连接，布料器由布料漏斗以及均匀相间设置在其周边的四块布料直板和四块布料斜板组成。
3.根据权利要求1所述的防止二恶英产生的可燃垃圾气化制气装置，其特征在于：所述的燃气骤冷二恶英分离器位于炉排下部炉体的外侧，由若干折流分离板和盘管冷却器组成，折流分离板固定在分离器的内壁上，盘管冷却器迂回设置于折流分离板之间。
4.根据权利要求1所述的防止二恶英产生的可燃垃圾气化制气装置，其特征在于：所述的炉排呈锥体。
5.根据权利要求1所述的防止二恶英产生的可燃垃圾气化制气装置，其特征在于：所述的除灰器内设有螺旋铰龙。
6.根据权利要求1所述的防止二恶英产生的可燃垃圾气化制气装置，其特征在于：所述的喷嘴与炉体通过螺旋连接。
7.一种防止二恶英产生的可燃垃圾气化制气工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A.将可燃垃圾从气化炉上方的进料斗送入炉体内，经布料器均匀布料后，进入气化炉炉膛；
B.通过设置在炉膛氧化还原区周边的喷嘴送入具有90-110℃的空气，空气当量比为2～4m3/kg，实现氧化还原区的均匀配风；射入的空气沿阿基米德曲线强力旋转，充分扰动炉内的垃圾原料，使垃圾与空气充分接触反应，炉内反应温度由低到高，最高温度超过900℃，燃气在高温区停留时间超过4秒钟；同时焦油在此区域高温裂解，分解为永久性小分子气体，出炉燃气焦油含量小于10mg/Nm3；
C.反应后产生的高温燃气迅速通入燃气骤冷二恶英分离器内，经过与其内的盘管冷却器接触后，利用分离器内低温液体高速扰动降温，使燃气在4秒钟内温度低于250℃，冷却水流量为8m3/h，盘管冷却器管束进水口和出水口冷却水温差为2.8℃；
D.二恶英分离器内产生的灰尘颗粒在二恶英分离器内折流板的作用下从燃气中分离出来，使燃气杂质含量小于10mg/m3；燃气经分离器的燃气出口后，二恶英含量为0.1ng/Nm3；
E.气化炉内气化产生的炉渣和炉灰经过旋转塔式炉排转动刮出并经螺旋除灰器排出炉外。
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