CN112594695A - 一种用于工业垃圾的超临界水气化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于工业垃圾的超临界水气化装置，包括：气化炉，所述气化炉的运行温度大于374℃，所述气化炉的运行压力大于22.1Mpa，以利用超临界水气化所述气化炉内的垃圾，生成气化气；进料装置，与所述气化炉相连，用于将垃圾送入所述气化炉；进气管路，与所述气化炉相连，用于向所述气化炉中补充助燃气；进水管路，与所述气化炉相连，用于向所述气化炉中补充水，以在所述气化炉中形成超临界水；发电单元，与所述气化炉相连，利用所述气化气进行发电。根据本发明提供的用于工业垃圾的超临界水气化装置，利用超临界水气化送入气化炉内的垃圾生成气化气，燃烧后的气化气不会生成NOx、SO2、H2S、HCl等气态污染物，无需烟气净化即可直接排入大气中。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域，具体而言涉及一种用于工业垃圾的超临界水气化装置。
背景技术
工业垃圾是指在工业生产过程中产生的固体废弃物。工业垃圾通常包括纺织物、木质材料、塑胶、海绵、泡沫等可燃物。由于工业垃圾的热值较高，采用焚烧法对其进行处理具有减量化、无害化、生态化和资源化的优点，可以在实现垃圾减量化的同时进行发电，创造一定的经济效益。然而，在垃圾焚烧过程中会产生大量的烟气，含有HCl、SO2及NOx等有害物质，造成空气污染，因此需要对所述烟气进行处理，达标后方可排放。
因此，有必要提出一种用于工业垃圾的超临界水气化装置，以解决上述问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明提供了一种用于工业垃圾的超临界水气化装置，包括：
气化炉，所述气化炉的运行温度大于374℃，所述气化炉的运行压力大于22.1Mpa，以利用超临界水气化所述气化炉内的垃圾，生成气化气；
进料装置，与所述气化炉相连，用于将垃圾送入所述气化炉；
进气管路，与所述气化炉相连，用于向所述气化炉中补充助燃气；
进水管路，与所述气化炉相连，用于向所述气化炉中补充水，以在所述气化炉中形成超临界水；
发电单元，与所述气化炉相连，利用所述气化气进行发电。
进一步，所述气化炉的运行温度范围为450℃-700℃，所述气化炉的运行压力范围为23MPa-25MPa。
进一步，所述进料装置包括密闭容器，所述进料装置与所述气化炉之间还通过充压管路连通，以使所述进料装置与所述气化炉的压力一致。
进一步，所述超临界水气化装置还包括：
泄压气燃烧室，与所述进料装置相连，用于燃烧所述进料装置泄压时排出的泄压气。
进一步，所述超临界水气化装置还包括：
第一加热装置，设置在所述进气管路上，利用所述泄压气燃烧室的余热加热向所述气化炉中补充的助燃气；
第二加热装置，设置在所述进水管路上，利用所述泄压气燃烧室的余热加热向所述气化炉中补充的水。
进一步，所述发电单元包括：
高压汽轮机，与所述气化炉相连，用于在所述气化炉排出的气化气中的高压蒸汽作用下驱动发电机发电；
二燃室，与所述高压汽轮机相连，用于燃烧所述气化炉排出的气化气中的可燃气体；
低压汽轮机，与所述二燃室相连，用于在所述二燃室排出的蒸汽作用下驱动发电机发电。
进一步，所述发电单元包括：
燃气轮机，与所述气化炉相连，用于燃烧所述气化炉排出的气化气中的可燃气体以驱动发电机发电；
汽轮机，与所述燃气轮机相连，用于在所述燃气轮机排出的蒸汽作用下驱动发电机发电。
进一步，所述超临界水气化装置还包括：
凝汽器，连接至所述发电单元，用于将所述发电单元排出的乏气进行冷却凝结，生成的凝结水通过回流管路送入所述进水管路中。
根据本发明提供的用于工业垃圾的超临界水气化装置，利用超临界水气化送入气化炉内的垃圾生成气化气，垃圾中的N、S、Cl等元素以盐的形式固定在底渣中，燃烧后的气化气不会生成NOx、SO2、H2S、HCl等气态污染物，无需烟气净化即可直接排入大气中。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为根据本发明示例性实施例的用于工业垃圾的超临界水气化装置的示意图。
附图标记
101、气化炉 102、进料装置
103、泄压气燃烧室 104、第一加热装置
105、第二加热装置 106、高压汽轮机
107、二燃室 108、低压汽轮机
109、分离器 110、凝汽器
111、充压管路 112、进料管路
113、进水管路 114、进气管路
115、回流管路
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明的工业垃圾的超临界水气化装置。显然，本发明的施行并不限于垃圾处理领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。
目前，高热值工业垃圾的减量化处理方式主要包括：1)根据工业垃圾的成分进行回收利用；2)与生活垃圾混合燃烧，进行协同焚烧处理；3)采用水冷炉排炉结合水冷炉膛进行焚烧处理；4)采用循环流化床的方式进行焚烧处理。
根据工业垃圾的成分进行回收利用是工业垃圾最好的减量处理方式，但要求其垃圾成分单一、洁净度较高，对于很多工业垃圾而言该方法并不适用，如牛奶盒包装的边角料，将PE、纸、铝箔热压在一起，分离十分困难，回收利用过程会产生较大的能耗，也会伴随带来许多废水。
与生活垃圾混合燃烧进行协同焚烧处理的方式已有不少地区进行尝试，该方法适用于工业垃圾产量较小的地区，同时要求工业垃圾中含Cl量较少，否则进入传统生活垃圾焚烧炉的工业垃圾会极大程度地提升焚烧炉的热值，造成焚烧炉容积热负荷超过设计值，从而引发焚烧炉内耐火材料更换频繁、过热器爆管、结焦严重等等一系列的问题。
基于工业垃圾高热值的特性，针对性地设计水冷炉排炉或循环流化床进行燃烧，能够规避上述缺点，但仍存在以下不足：水冷炉排片的冷却水会带走部分热量，造成能量损失；受限于材料，***主蒸汽温度一般无法高于450℃，否则过热器极易腐蚀爆管，影响安全运行，能量利用效率较低；且循环流化床厂用电较高，无法实现对于高热值工业垃圾能量的高效回收利用。
并且，在直接焚烧的过程中，由于工业垃圾热值较高，焚烧炉中火焰温度极高，工业垃圾中的元素N、S、Cl均会以气态污染物的形式(NOx、SO2、HCl)存在于烟气中，为后续烟气净化过程带来了巨大压力；垃圾中的碱金属、重金属也会在高温下形成气态化合物，富集在飞灰中，为环境带来巨大的影响。
针对上述问题，本发明提供了一种用于工业垃圾的超临界水气化装置，如图1所示，包括：
气化炉101，所述气化炉101的运行温度大于374℃，所述气化炉101的运行压力大于22.1Mpa，以利用超临界水气化所述气化炉101内的垃圾，生成气化气；
进料装置102，与所述气化炉101相连，用于将垃圾送入所述气化炉101；
进气管路114，与所述气化炉101相连，用于向所述气化炉101中补充助燃气；
进水管路113，与所述气化炉101相连，用于向所述气化炉101中补充水，以在所述气化炉101中形成超临界水；
发电单元，与所述气化炉101相连，利用所述气化气进行发电。
示例性地，所示气化炉101为利用超临界水对垃圾进行气化氧化的设备。超临界水是指当气压高于22.1MPa、温度高于374℃时，因高温而膨胀的水的密度和因高压而被压缩的水蒸气的密度正好相同时的水。此时，水的液体和气体便没有区别，完全交融在一起，成为一种新的、呈现高压高温状态的超临界流体，垃圾在设备中完全被超临界水包裹并充分混合，能够在高温高压的环境中与超临界水进行充分的反应。
进一步，为了使水在气化炉101内形成超临界水，所述气化炉101的运行温度大于374℃，所述气化炉101的运行压力大于22.1Mpa。优选地，所述气化炉的运行温度范围为450℃-700℃，所述气化炉的运行压力范围为23MPa-25MPa。
在一个实施例中，气化炉101运行在水的临界压力与临界温度之上，此时水无明显的相变过程，与高热值工业垃圾接触时反应速率极快，能确保工业垃圾可燃组分完全气化，生成气化气，所述气化气主要包括H2、CO、CmHn、CO2等，不含有N、S、Cl等元素。
进一步，为了在气化炉101内形成超临界水并利用超临界水气化工业垃圾，还需要向气化炉101内补充水和助燃气(例如，氧气)，因此，通过与所述气化炉101相连的进气管路114向所述气化炉101中补充助燃气，并且通过与所述气化炉101相连的进水管路113向所述气化炉101中补充水。
通过超临界水对垃圾进行气化氧化，可以将垃圾中的N、S、Cl等元素以及碱金属、重金属均能够以盐的形式固定在底渣中，而不会生成NOx、SO2、H2S、HCl等气态污染物，因此本发明提供的用于工业垃圾的超临界水气化装置中无需烟气净化装置。同时，将气化炉101的运行温度控制在700℃以下，可以有效避免焦油的产生。
示例性地，所述进料装置102包括密闭容器，作为一个实例，所述进料装置包括锁斗，锁斗是用于加压输送***中的压力缓冲容器，一般安装在常压容器和加压容器之间。
进一步，所述进料装置102与所述气化炉101之间还通过充压管路111连通。
在一个实施例中，在常压下打开锁斗，将破碎至5mm-100mm的工业垃圾送入锁斗中，然后关闭锁斗，打开充压管路111，以使锁斗中的压力与气化炉101中的压力一致，通过进料管路112使垃圾进入气化炉101中，并在气化炉101中被超临界水气化以生成灰渣和气化气。关闭充压管路111和进料管路112，打开锁斗，随着锁斗泄压，锁斗内的泄压气释放至泄压气燃烧室103中，由于该泄压气来源于气化炉101内生成的气化气，其主要包括H2、CO、CmHn、CO2等，不含有N、S、Cl等元素，因此向泄压气燃烧室103中通入氧气助燃，燃烧生成的气体仅含有H2O与CO2，可以直接排放到大气中。
示例性地，用于工业垃圾的超临界水气化装置还包括设置在所述进气管路114上的第一加热装置104和设置在所述进水管路113上的第二加热装置105，以分别加热送入所述气化炉101内的助燃气(例如，氧气)和水。
在一个实施例中，所述第一加热装置104和所述第二加热装置105均利用所述泄压气燃烧室103燃烧产生的余热进行换热，以分别加热送入所述气化炉101中的氧气和水。
通过利用泄压气燃烧室103的余热来加热送入所述气化炉101中的氧气和水，可以降低成本，实现能源的充分利用。
如图1所示，所述发电单元包括：
高压汽轮机106，与所述气化炉101相连，用于在所述气化炉101排出的气化气中的高压蒸汽作用下驱动发电机发电；
二燃室107，与所述高压汽轮机107相连，用于燃烧所述气化炉101排出的气化气中的可燃气体；
低压汽轮机108，与所述二燃室107相连，用于在所述二燃室107排出的蒸汽作用下驱动发电机发电。
在一个实施例中，高压汽轮机106配置为在气化气中的高压蒸汽作用下转动，从而带动发电机(未示出)发电。即，在高压汽轮机106中，首先将高压蒸汽的热能转化为机械能，然后再通过将机械能转化为电能，从而发电。由于气化炉101中产生的蒸汽属于高温高压蒸汽，因此其首先进入高压汽轮机106内，并驱动高压汽轮机106工作；接下来，从高压汽轮机106排出的气化气进入二燃室107内燃烧，其主要包括H2、CO、CmHn、CO2等，因此向二燃室107中通入氧气助燃，燃烧生成的气体仅含有H2O与CO2；接下来，从二燃室107排出的H2O与CO2进入低压汽轮机108中，低压汽轮机108配置为在二燃室107排出的蒸汽作用下转动，从而带动发电机发电。即，在低压汽轮机108中，首先将二燃室107排出的蒸汽的热能转化为机械能，然后再通过将机械能转化为电能，从而发电。
通过向高压汽轮机106提供高温高压的气化气，提高了汽轮机的发电效率。
在另一个实施例中，所示发电单元包括：
燃气轮机，与所述气化炉相连，用于燃烧所述气化炉排出的气化气中的可燃气体以驱动发电机发电；
汽轮机，与所述燃气轮机相连，用于在所述燃气轮机排出的蒸汽作用下驱动发电机发电。
作为一个实例，燃气轮机配置为在气化气中的可燃气体作用下转动，从而带动发电机(未示出)发电，。即，在燃气轮机中，首先将可燃气体的化学能转化为机械能，然后再通过将机械能转化为电能，从而发电。由于气化气主要包括H2、CO、CmHn、CO2等，因此气化气在燃气轮机中燃烧生成的气体仅含有H2O与CO2；接下来，从燃气轮机排出的H2O与CO2进入汽轮机中，汽轮机配置为在燃气轮机排出的蒸汽作用下转动，从而带动发电机发电。即，在汽轮机中，首先将蒸汽的热能转化为机械能，然后再通过将机械能转化为电能，从而发电。
示例性地，用于工业垃圾的超临界水气化装置还包括分离器109和凝汽器110。
在一个实施例中，发电单元排出的乏气通常仅包括水蒸气与CO2，分离器109和凝汽器110用于使水蒸气冷却凝结以分离出CO2，将CO2直接排放到大气中，凝结产生的水经过除盐处理后通过回流管路105回流至进水管路113中，实现水的循环使用。凝结过程放出的热可以供热至需热工段或者用于厂区供暖等。
根据本发明提供的用于工业垃圾的超临界水气化装置，利用超临界水气化送入气化炉内的垃圾生成气化气，垃圾中的N、S、Cl等元素以盐的形式固定在底渣中，燃烧后的气化气不会生成NOx、SO2、H2S、HCl等气态污染物，无需烟气净化即可直接排入大气中。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (8)
1.一种用于工业垃圾的超临界水气化装置，其特征在于，包括：
气化炉，所述气化炉的运行温度大于374℃，所述气化炉的运行压力大于22.1Mpa，以利用超临界水气化所述气化炉内的垃圾，生成气化气；
进料装置，与所述气化炉相连，用于将垃圾送入所述气化炉；
进气管路，与所述气化炉相连，用于向所述气化炉中补充助燃气；
进水管路，与所述气化炉相连，用于向所述气化炉中补充水，以在所述气化炉中形成超临界水；
发电单元，与所述气化炉相连，利用所述气化气进行发电。
2.如权利要求1所述的超临界水气化装置，其特征在于，所述气化炉的运行温度范围为450℃-700℃，所述气化炉的运行压力范围为23MPa-25MPa。
3.如权利要求1所述的超临界水气化装置，其特征在于，所述进料装置包括密闭容器，所述进料装置与所述气化炉之间还通过充压管路连通，以使所述进料装置与所述气化炉的压力一致。
4.如权利要求3所述的超临界水气化装置，其特征在于，还包括：
泄压气燃烧室，与所述进料装置相连，用于燃烧所述进料装置泄压时排出的泄压气。
5.如权利要求4所述的超临界水气化装置，其特征在于，还包括：
第一加热装置，设置在所述进气管路上，利用所述泄压气燃烧室的余热加热向所述气化炉中补充的助燃气；
第二加热装置，设置在所述进水管路上，利用所述泄压气燃烧室的余热加热向所述气化炉中补充的水。
6.如权利要求1所述的超临界水气化装置，其特征在于，所述发电单元包括：
高压汽轮机，与所述气化炉相连，用于在所述气化炉排出的气化气中的高压蒸汽作用下驱动发电机发电；
二燃室，与所述高压汽轮机相连，用于燃烧所述气化炉排出的气化气中的可燃气体；
低压汽轮机，与所述二燃室相连，用于在所述二燃室排出的蒸汽作用下驱动发电机发电。
7.如权利要求1所述的超临界水气化装置，其特征在于，所述发电单元包括：
燃气轮机，与所述气化炉相连，用于燃烧所述气化炉排出的气化气中的可燃气体以驱动发电机发电；
汽轮机，与所述燃气轮机相连，用于在所述燃气轮机排出的蒸汽作用下驱动发电机发电。
8.如权利要求1所述的超临界水气化装置，其特征在于，还包括：
凝汽器，连接至所述发电单元，用于将所述发电单元排出的乏气进行冷却凝结，生成的凝结水通过回流管路送入所述进水管路中。
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|---|---|---|---|---|
| CN114989868A (zh) * | 2022-05-12 | 2022-09-02 | 上海丝竺投资有限公司 | 一种垃圾发电厂用零污染超临界水气化安全发电技改方法 |
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