CN110484284A - 一种可燃固体废弃物热解装置及热解方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可燃固体废弃物热解装置及热解方法，该热解装置包括流化床热解反应器和流化床燃烧反应器，两者采用热载体床料交互循环；可燃固体废弃物燃料在流化床热解反应器内热解，热载体床料溢流通过星形返料器送至燃烧反应器；利用燃烧反应器燃烧热解油气放热将热载体床料再次加热；加热后的热载体床料通过流化床返料器再次进入热解反应器。利用热载体床料在两反应器间交互循环，将燃烧产生的热量传输给热解过程，解决常规反应器传热造成的反应器内部温度不均的问题；热解返料用星形返料器，达到良好的密封效果，燃烧返料用流化床返料器，避免机械运动部件高度氧化和变形，同时能控制固体循环通量。

Description

一种可燃固体废弃物热解装置及热解方法

技术领域

本发明涉及一种可燃固体废弃物热解装置及热解方法，属于可燃固体废弃物的热处理再利用技术。

背景技术

我国每年的生产、生活中会产生相当多的固体废弃物，包括农林废弃物、城市生活垃圾、市政污泥等，这些固体废弃物的处理以及高效利用，有着重要的意义。

固体废弃物处理由来已久，早期的时候因为城市规模小，小规模的固体废弃物就就近掩埋或堆放，随着社会的发展，固体废弃物的产生量越来越多，环保要求也变得更加严格，固体废弃物处理技术不断发展，在减量化、资源化和无害化各方面都取得显著成果，目前较有代表性的处理技术有：卫生填埋法、高温热解法、焚烧法、堆肥法、制沼气法和流化床制可燃气法。热解技术在众多选项中，由于其生产技术相对易于操作、工业化放大难度较低、同时热解产生的气体与固体能源产物能量密度较高且使用方便而得到广泛的关注与应用。

但是，固体废弃物的产生具有一定的地域性以及季节性，且固体废弃物的成分波动范围大，导致实际工业应用中可燃固体废弃物的热解控制有一定困难同时产物的各组成成分比例变化也较明显。双流化床***能够较好的解决上诉问题，但是，双流化床用于热解燃烧时，两炉之间的高温循环物料控制是关键，现有技术采用气力输送或高温蛟龙机械输送等办法，***复杂、可靠性差，要实现大量高温循环物料在两炉之间的循环流动，又要防止热解油气和烟气在两炉间串通，现有技术很难解决。

发明内容

发明目的：针对现有的固体废弃物热解技术存在的问题，本发明提供一种可燃固体废弃物热解装置，并提供一种利用该装置进行固体废弃物热解的方法，该装置及方法适用于农林废弃物、城市生活垃圾及市政污泥等多种固体废弃物。

技术方案：本发明所述的一种可燃固体废弃物热解装置，该热解装置为交互式双流化床，包括流化床热解反应器和流化床燃烧反应器，两者采用热载体床料交互循环，其中，流化床燃烧反应器通过流化床返料器与流化床热解反应器连通、将燃烧过程中吸热的热载体床料送入流化床热解反应器，流化床热解反应器通过星形返料器与流化床燃烧反应器连通、将放热后的热载体床料送入流化床燃烧反应器；流化床热解反应器上部出口连接热解反应器旋风分离器、分离固体炭产物和热解油气，出热解反应器旋风分离器的热解油气通过两道管路分别与流化床热解反应器和流化床燃烧反应器连通。

其中，流化床热解反应器的反应温度为450～500℃，流化床燃烧反应器的反应温度为800～900℃。

流化床燃烧反应器的流化风为热空气。具体而言，流化床燃烧反应器与空气预热器、鼓风机依次连接，空气由鼓风机鼓入后先经过空气预热器加热，然后分作两路，一路送入流化床燃烧反应器作为流化风，另一路作为二次风、从流化床燃烧反应器上部的稀相区送入。

优选的，流化床燃烧反应器上部出口连接燃烧反应器旋风分离器，燃烧反应器旋风分离器的固体出口通过返料下降管与流化床返料器的进料口连接，流化床返料器的出料口经由回料斜管与流化床热解反应器相连。进一步的，燃烧反应器旋风分离器的烟气出口依次连接余热锅炉、空气预热器、脱硝装置、除尘器、脱硫塔、引风机和烟囱。

可燃固体废弃物热解装置还可包括缓冲仓，流化床热解反应器中部出口通过溢料斜管依次连接缓冲仓和星形返料器，星形返料器出口经由返料斜管与流化床燃烧反应器连通。

较优的，流化床热解反应器的床料平均粒径为0.42～1.2mm，流化床燃烧反应器的床料为平均粒径0.42～1.2mm与平均粒径2～4mm的混合床料，其中，平均粒径为0.42～1.2mm的床料作为循环热载体床料在两个反应器之间循环。

本发明的可燃固体废弃物热解装置还可包括辅助燃料进料器，该辅助燃料进料器与流化床燃烧反应器连接。当流化床燃烧反应器燃烧不足时，可加入辅助燃料，以保证反应器中的热载体床料的载热。

本发明所述的利用上述热解装置热解可燃固体废弃物的方法，包括如下步骤：

(1)向流化床燃烧反应器内通入热空气作为流化风，流化并加热使流化床燃烧反应器达到运行温度，热载体床料吸热达到所需温度，通过流化床返料器进入流化床热解反应器，使流化床热解反应器逐渐升温；

(2)将可燃固体废弃物加入流化床热解反应器中，流化，依靠热载体床料吸收的热量进行热解，放热后的热载体床料通过星形返料器送至流化床燃烧反应器内；同时，热解产物进入热解反应器旋风分离器分离固体炭产物和热解油气，热解油气一路送入流化床热解反应器作为流化风，另一路送入流化床燃烧反应器作为燃料；

(3)热解油气在流化床燃烧反应器内燃烧将热载体床料再次加热，加热后的热载体床料通过流化床返料器再次进入流化床热解反应器，为热解反应提供热量，达到物质和能量的循环。

其中，流化床燃烧反应器在装置启动及运行初期通过外加热量达到运行温度，比如依靠燃料油进行点火或通过电加热，当装置稳定运行产生足量的热解油气后，通过热解油气的燃烧达到运行温度；流化床热解反应器在装置启动及运行初期通过外加惰性气体进行流化，装置稳定运行产生足量的热解油气后，通过热解油气进行流化。

上述步骤(1)中，吸热后的热载体床料与流化床燃烧反应器生成的燃烧烟气先送入燃烧反应器旋风分离器气固分离，分离出的吸热后的热载体床料送入流化床返料器，燃烧烟气先送入余热锅炉进行热利用，再进入空气预热器预热流化床燃烧反应器的流化风以及二次风，随后烟气依次经脱硝处理、活性炭喷射、除尘、脱硫处理后排出。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)采用热载体床料交互循环。本发明采用双流化床反应器***，两个流化床分别作为可燃固体废弃物热解反应器和固体废弃物热解油气燃烧反应器，双流化床之间采用热载体床料交互循环；流化床燃烧反应器的燃料主要为流化床热解反应器热解油气，流化床燃烧反应器在燃烧热解油气的同时，将热量传递给热载体床料；高温热载体床料进入流化床热解反应器将热量传递给固体废弃物，提供其热解所需的全部热能，由此构建的***结构简单，能够适应多变的固体废弃物原料成分，易于大规模连续生产；

(2)直接燃烧热解油气。直接将热解的气态产物送入燃烧炉燃烧，用高热值的热解油气作为燃烧炉的主要燃料，与现有的将热解油气中的热解油冷凝而仅将不凝结气体送入燃烧炉燃烧不同，避免耗能冷凝热解油但应用经济价值不高的问题；基本上可以实现固体废弃物自身热解油气燃烧供能平衡热解处理固体废弃物所需能量，对固体废弃物有巨大的减量化、无害化作用；

(3)采用“流化床返料器+星形返料器”耦合的返料形式：由于热解反应器的反应温度较低(450～500℃)，在循环物料有热解反应器进入燃烧反应器时布置缓冲料仓+星形返料器作为返料装置；而当物料由温度较高的燃烧反应器(800～900℃)进入热解反应器时仍采用传统的立管+流化床返料器的返料形式；这种设计既可以避免机械运动部件发生高度氧化和变形，又可以利用星形返料器保证良好密封，准确控制固体循环通量，能够实现大量循环物料在两炉之间的循环利用，同时能够有效防止热解油气和烟气在两炉间的串通，可以更方便地实现对装置压力平衡的控制和调节，降低装置的运行控制难度；

(4)设置辅助燃料加料器。本装置能够实现可燃固体废弃物自身能量供给平衡，不需要辅助燃料的加入；但是针对固体废弃物发热量和含水率的变化，在***中设置辅助燃料螺旋进料器，当进入固体废弃物含水率很高、热值很低时，将适量的生物质/煤送入流化床燃烧反应器燃烧，以保证***所需的热能，使***运行稳定，增加了***安全性；

(5)有效控制二次污染物排放。由于流化床热解反应器的运行温度低且床内温度均匀，没有达到二恶英的合成反应温度，重金属富集于固体残渣中比较稳定，因此无二恶英生成和重金属排放问题；流化床燃烧反应器的运行温度高、烟气停留时间长、反应器内扰动强烈可以完全分解在燃烧过程中生成的二恶英类物质；优选的，在燃烧反应器中加入高岭土和活性矾土等添加剂可以有效吸附从污泥热解残炭中释放出来的重金属；优选的，在燃烧反应器中加入石灰石可有效脱除硫、氯、氟等酸性气体，控制燃烧温度和空气分级供应可减少氮氧化物生成；通过以上措施可有效控制二次污染物排放，将其对环境的污染降至最低。

附图说明

图1为本发明的可燃固体废弃物热解装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明的一种可燃固体废弃物热解装置，如图1，该装置采用交互循环双流化床，包括流化床燃烧反应器和流化床热解反应器。

流化床热解反应器2上部出口与热解反应器旋风分离器3相连接，经热解反应器旋风分离器3固体炭直接收集，气体与循环风机4相连；流化床热解反应器中部设置有热解反应器溢料斜管5与热解反应器缓冲仓6相连，再送入热解反应器星形返料器7中；星形返料器7通过燃烧反应器返料斜管9与流化床燃烧反应器11相连；热解反应器星形返料器7的电机为调速电机8，通过控制电机转速来控制返料量。

流化床热解反应器2可为鼓泡流化床，采用下宽上窄型式，热解反应器旋风分离器3的热解油气接入循环风机4，然后分作两路，一路作为流化床热解反应器2的流化风，另一路送入流化床燃烧反应器11燃烧，从流化床燃烧反应器11上部的稀相区加入，在炉内燃烧放热的同时，增加炉内扰动。流化床热解反应器2上设有螺旋进料器1用于送入可燃固体废弃物原料。

流化床燃烧反应器11可为宽粒径循环流化床。流化床燃烧反应器11上部出口与燃烧反应器旋风分离器12相连接，而后经燃烧反应器旋风分离器返料下降管13与燃烧反应器高温流化床返料器14上部一侧相连接；流化床返料器14通过热解反应器回料管15与流化床热解反应器2相连；燃烧反应器旋风分离器12的排气接入余热锅炉16，再接入空气预热器17，然后依次通过脱硝装置18、活性炭喷射、布袋除尘器19、脱硫塔20最终经引风机21引至烟囱22排出。流化床燃烧反应器11的流化风为热空气，空气由鼓风机23鼓入后先经过空气预热器17加热，然后分作两路，一路作为流化床燃烧反应器11的流化风，另一路送入流化床燃烧反应器11作为二次风。流化床返料器14上部并列设有进料仓和出料仓，返料器下部并列设有出料仓风室、进料仓风室。

流化床热解反应器2与流化床燃烧反应器11中均有床料，两者采用热载体床料交互循环，其中，流化床燃烧反应器11通过流化床返料器14将燃烧过程中吸热的热载体床料送入流化床热解反应器2，流化床热解反应器2通过星形返料器7将放热后的热载体床料送入流化床燃烧反应器11。

流化床燃烧反应器11可设置辅助燃料螺旋进料器10，当如固体废弃物成分以及水分变化巨大，使得流化床燃烧反应器11燃烧不足或者超温时，可通过加入生物质、煤等辅助燃料，以保证反应器中的热载体床料的载热。

基于上述装置的可燃固体废弃物热解方法，包括如下步骤：

(1)通过鼓风机23鼓入的空气经过空气预热器17加热后进入流化床燃烧反应器11流化，加热、使流化床燃烧反应器11达到运行温度，其中，装置启动及运行初期通过电加热或者燃料油点火加热，当装置稳定运行产生足量的热解油气后通过燃烧热解油气加热；流化床燃烧反应器11中的热载体床料吸热达到所需温度，吸热后的热载体床料(800～900℃)从上部出口通过燃烧反应器旋风分离器12气固分离后经由流化床返料器14进入流化床热解反应器2，为热解反应提供热量，使流化床热解反应器2逐渐升温至450～500℃；同时，流化床燃烧反应器11生成的燃烧烟气经燃烧反应器旋风分离器12气固分离后送入余热锅炉16加以热利用，再进入空气预热器17用于预热流化床燃烧反应器11的流化风以及二次风，随后进入脱硝装置18进行脱硝处理，再进行活性炭喷射，并经过布袋除尘器19除尘后送入脱硫装置20，最后由引风机21引至烟囱22排出。

(2)将可燃固体废弃物通过螺旋给料器1加入流化床热解反应器2中，流化(装置启动及运行初期通过惰性气体进行流化，装置稳定运行热解油气足够时通过热解油气进行流化)，依靠吸热后的热载体床料的热量进行热解，放热过后的热载体床料(450～500℃)通过溢流斜管5进入热解反应器缓冲仓6，再送入中温式的星形返料器7中，随后送至流化床燃烧反应器11内；同时，热解过程产生的烟气进入热解反应器旋风分离器3分离固体炭产物和热解油气，热解油气一路送入流化床热解反应器2作为流化风，另一路送入流化床燃烧反应器11作为燃料；

(3)热解油气在流化床燃烧反应器11内燃烧、将热载体床料再次加热至800～900℃，加热后的热载体床料从流化床燃烧反应器11上部出口依次通过燃烧反应器旋风分离器12和流化床返料器14再次进入流化床热解反应器2，为热解反应提供热量，如此达到物质和能量的循环。

根据可燃固体废弃物的热解特性以及热解油气及辅助燃料的燃烧特性，通过调节反应器流化风气量、流化床返料器14进出料仓风室风速以及星形返料器的调速电机8转速，调整流化床热解反应器2和流化床燃烧反应器11内的流化状态，以及两个返料器的物料循环量，使得***能够稳定运行并以最优的方式从流化床热解反应器旋风分离器得到固体炭；流化床热解反应器2和流化床燃烧反应器11停留时间控制为2～3s，二者采用相同具有比热较大特性的床料作为循环热载体，不同的是，流化床热解反应器2采用小粒径床料(平均粒径0.42～1.2mm)，而燃烧反应器11采用大小粒径混合(平均粒径0.42～1.2mm与平均粒径2～4mm混合)的宽粒径床料，同时流化床燃烧反应器11流化风速高于流化床热解反应器2，热解流化风速(0.2～1.5m/s)达到使小粒径床料处于鼓泡流化状态，而流化床燃烧反应器11流化风速(1～5m/s)则需使得小粒径床料达到气力输送状态、同时大粒径床料达到基本流化状态，从而实现小粒径颗粒床料作为循环热载体在两个反应器之间循环并载热的效果。

Claims (10)

1.一种可燃固体废弃物热解装置，其特征在于，包括流化床热解反应器和流化床燃烧反应器，两者采用热载体床料交互循环，其中，流化床燃烧反应器通过流化床返料器与流化床热解反应器连通、将燃烧过程中吸热的热载体床料送入流化床热解反应器，流化床热解反应器通过星形返料器与流化床燃烧反应器连通、将放热后的热载体床料送入流化床燃烧反应器；所述流化床热解反应器上部出口连接热解反应器旋风分离器、分离固体炭产物和热解油气，出热解反应器旋风分离器的热解油气通过两道管路分别与流化床热解反应器、流化床燃烧反应器连通。

2.根据权利要求1所述的可燃固体废弃物热解装置，其特征在于，所述流化床热解反应器的反应温度为450～500℃，流化床燃烧反应器的反应温度为800～900℃。

3.根据权利要求1所述的可燃固体废弃物热解装置，其特征在于，所述流化床燃烧反应器与空气预热器、鼓风机依次连接，空气由鼓风机鼓入后先经过空气预热器加热，然后分作两路，一路送入流化床燃烧反应器作为流化风，另一路作为二次风、从流化床燃烧反应器上部的稀相区送入。

4.根据权利要求1所述的可燃固体废弃物热解装置，其特征在于，所述流化床燃烧反应器上部出口连接燃烧反应器旋风分离器，燃烧反应器旋风分离器的固体出口通过返料下降管与流化床返料器的进料口连接，流化床返料器的出料口经由回料斜管与流化床热解反应器相连。

5.根据权利要求4所述的可燃固体废弃物热解装置，其特征在于，所述燃烧反应器旋风分离器的烟气出口依次连接余热锅炉、空气预热器、脱硝装置、除尘器、脱硫塔、引风机和烟囱。

6.根据权利要求1所述的可燃固体废弃物热解装置，其特征在于，所述流化床热解反应器的床料平均粒径为0.42～1.2mm，流化床燃烧反应器的床料为平均粒径0.42～1.2mm与平均粒径2～4mm的混合床料，其中，平均粒径为0.42～1.2mm的床料作为热载体床料在两个反应器之间循环。

7.根据权利要求1所述的可燃固体废弃物热解装置，其特征在于，还包括辅助燃料进料器，该辅助燃料进料器与流化床燃烧反应器连接。

8.一种利用权利要求1所述的热解装置热解可燃固体废弃物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)向流化床燃烧反应器内通入热空气作为流化风，流化并加热使流化床燃烧反应器达到运行温度，热载体床料吸热达到所需温度，通过流化床返料器进入流化床热解反应器，使流化床热解反应器逐渐升温；

(2)将可燃固体废弃物加入流化床热解反应器中，流化，依靠热载体床料吸收的热量进行热解，放热后的热载体床料通过星形返料器送至流化床燃烧反应器内；同时，热解产物进入热解反应器旋风分离器分离为固体炭产物和热解油气，热解油气一路送入流化床热解反应器作为流化风，另一路送入流化床燃烧反应器作为燃料；

(3)热解油气在流化床燃烧反应器内燃烧将热载体床料再次加热，加热后的热载体床料通过流化床返料器再次进入流化床热解反应器，为热解反应提供热量，达到物质和能量的循环。

9.根据权利要求8所述的热解可燃固体废弃物的方法，其特征在于，所述流化床燃烧反应器在装置启动及运行初期通过外加热量达到运行温度，当装置稳定运行产生足量的热解油气后，通过热解油气的燃烧达到运行温度；所述流化床热解反应器在装置启动及运行初期通过外加惰性气体进行流化，装置稳定运行产生足量的热解油气后，通过热解油气进行流化。

10.根据权利要求8所述的热解可燃固体废弃物的方法，其特征在于，步骤(1)中，吸热后的热载体床料与流化床燃烧反应器生成的燃烧烟气先送入燃烧反应器旋风分离器气固分离，分离出的吸热后的热载体床料送入流化床返料器，燃烧烟气先送入余热锅炉进行热利用，再进入空气预热器预热流化床燃烧反应器的流化风以及二次风，随后烟气依次经脱硝处理、活性炭喷射、除尘、脱硫处理后排出。