劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置及工作方法
2023-05-31 07:05:16
劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置及工作方法
【專利摘要】本發明公開了一種劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置，包括循環流化床氣化爐、第一旋風分離器、第二旋風分離器、第一下料管、第二下料管、U型返料器、M型返料器、排渣管、循環流化床鍋爐、第三旋風分離器、第二回料管和煙道，循環流化床氣化爐上部與第一旋風分離器上部相連，循環流化床氣化爐下部與循環流化床鍋爐下部相連，第一旋風分離器下部與M型返料器的頂部相連，第一旋風分離器頂部與第二旋風分離器上部相連，第二旋風分離器下部與第一下料管下部相連，M型返料器與循環流化床氣化爐下部相連，循環流化床鍋爐上部與第三旋風分離器上部相連。該裝置提高了廢物利用率。同時，還公開該裝置的工作方法，可高效利用廢物，轉化率高。
【專利說明】劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置及工作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種綜合利用廢棄物的裝置及工藝，具體來說，涉及一種劣質煤、生物 質和固體廢棄物綜合利用的裝置及工作方法。
【背景技術】
[0002] 煤炭在生產、加工過程中會產生大量劣質煤，其利用率低甚至被棄之不用。自然界 中產生的大量生物質也常常處於被擱置狀態。資源開採及生產過程中會產生大量的固體廢 棄物。上述的劣質煤、生物質及固體廢棄物，不僅使資源利用率降低，而且造成了一定的環 境問題。如果將其利用起來，會有很大的開發潛力。目前，已有一些高效清潔的技術用來利 用這些燃料，同時也出現了諸如設備轉化效率低、廢棄物轉化產物單一等問題。因此，在劣 質煤、生物質、固體廢棄物綜合利用中，能否實現燃料的高效清潔利用、轉化產物的高商業 價值成為關鍵所在。
【發明內容】
[0003] 技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種劣質煤、生物質和固體廢棄 物綜合利用的裝置，利用劣質煤、生物質、固體廢棄物這些含碳燃料製取煤氣，提高了廢物 利用率。同時，還提供了該裝置的工作方法，該方法可高效利用廢物，轉化率高。
[0004] 技術方案：為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下：
[0005] -種劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置，其特徵在於，該裝置包括循環 流化床氣化爐、第一旋風分離器、第二旋風分離器、第一下料管、第二下料管、U型返料器、M 型返料器、排渣管、循環流化床鍋爐、第三旋風分離器、第二回料管和煙道，循環流化床氣化 爐上部與第一旋風分離器上部相連，循環流化床氣化爐下部通過排渣管與循環流化床鍋爐 下部相連，第一旋風分離器下部通過第一下料管與M型返料器的頂部相連，第一旋風分離 器頂部與第二旋風分離器上部相連，第二旋風分離器下部依次通過第二下料管和U型返料 器與第一下料管下部相連，M型返料器側部設有第一回料管和排灰管，M型返料器通過第一 回料管與循環流化床氣化爐下部相連，M型返料器通過排灰管與排渣管相連，循環流化床鍋 爐上部與第三旋風分離器上部相連，第三旋風分離器下部通過第二回料管與循環流化床鍋 爐下部相連，第三旋風分離器頂部與煙道頂部相連。
[0006] 進一步，所述的循環流化床氣化爐下部設有固體含碳燃料入口，循環流化床氣化 爐底部設有氣化劑入口。
[0007] 進一步，所述的第二旋風分離器的頂端設有煤氣出口。
[0008] 進一步，所述的循環流化床鍋爐的底端設有空氣入口，循環流化床鍋爐的下部設 有用於補充二次空氣的補入口。
[0009] 進一步，所述的循環流化床鍋爐的頂端設有蒸汽出口，煙道的上部設有過熱蒸汽 出口。
[0010] 進一步，所述的煙道底部設有煙氣排出口。 toon] 一種上述的劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置的工作方法，所述的工 作方法包括以下過程：將劣質煤、生物質、固體廢棄物這些含碳燃料從固體含碳燃料入口置 於循環流化床氣化爐內，向循環流化床氣化爐的氣化劑入口通入氣化劑，含碳燃料與氣化 劑在循環流化床氣化爐中反應，生成由煤氣、灰渣和未反應的焦炭組成的反應產物，反應產 物上升進入第一旋風分離器中，部分灰分和未反應的焦炭經第一旋風分離器分離，通過第 一下料管進入M型返料器中，其餘無法捕捉到的灰分及未完全反應的焦炭則通過第一旋風 分離器頂部由氣體產物夾帶進入第二旋風分離器中，該灰分及未完全反應的焦炭經過第二 旋風分離器分離，再經過第二下料管和U型返料器，匯入第一下料管中，並進入M型返料器； 煤氣通過第二旋風分離器頂部煤氣出口收集；在M型返料器中，未完全反應的焦炭經第一 回料管返回至循環流化床氣化爐中，繼續參與反應，而灰分則經排灰管排出至排渣管中；循 環流化床氣化爐中，含碳燃料與氣化劑反應產生的灰渣經過排渣管，並與排灰管排出的灰 分一起進入循環流化床鍋爐中，作為循環流化床鍋爐的燃料；向循環流化床鍋爐的空氣入 口和補入口通入空氣，與循環流化床鍋爐中的燃料進行反應，反應產生的煙氣和未反應的 焦炭通過第三旋風分離器分離，未反應的焦炭經第二回料管返回循環流化床鍋爐中，繼續 參加反應，煙氣從第三旋風分離器的上端進入煙道中，煙氣在煙道中進行對流換熱反應後， 從煙氣排出口排出，經除塵器過濾後排入大氣，經過煙道中的過熱器產生的過熱蒸汽由過 熱蒸汽出口排出。
[0012] 進一步，上述裝置的工作方法中，通過調節M型返料器的鬆動板上的鬆動風吹向 第一回料管和排灰管的風量，來控制進入循環流化床氣化爐和循環流化床鍋爐中的未完全 反應的焦炭的量，進而調節循環流化床氣化爐和循環流化床鍋爐中熱量。
[0013] 有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
[0014] (1)劣質煤、生物質、固體廢棄物在循環流化床氣化爐內反應生成煤氣，其主要成 分為CO、H2、C02、CH4及H2S,通過硫回收裝置後可獲得乾淨煤氣。循環流化床鍋爐產生的煙 氣則通過除塵器後排出。整個工藝流程清潔環保。
[0015] (2)劣質煤、生物質、固體廢棄物在循環流化床氣化爐內反應後的焦炭以及灰分經 分離收集後，再次送入循環流化床鍋爐中燃燒，產生熱量從而產出蒸汽，碳的利用率高，其 利用率P>99.5%。整個工藝高效、燃料利用率高。
[0016] (3)相比於轉換產物單一的其他技術，本裝置轉換產物有煤氣和蒸汽，煤氣可以作 為清潔燃料或化工原料，過熱蒸汽可用來發電。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明中的裝置的結構示意圖。
[0018] 圖2為本發明的實施例1的結構示意圖。
[0019] 圖3為本發明的實施例2的結構示意圖。
[0020] 圖中有：循環流化床氣化爐1、第一旋風分離器2、第二旋風分離器3、第一下料管 4、第二下料管5、U型返料器6、M型返料器7、第一回料管701、排灰管702、排渣管8、循環流 化床鍋爐9、第三旋風分離器10、第二回料管11、煙道12、煤氣淨化裝置13、蒸汽輪機14、第 一發電機15、凝汽器16、燃燒室17、燃氣透平18、第二發電機19、餘熱鍋爐20。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細的說明。
[0022] 如圖1所示，本發明的一種劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置，包括循 環流化床氣化爐1、第一旋風分離器2、第二旋風分離器3、第一下料管4、第二下料管5、U型 返料器6、M型返料器7、排渣管8、循環流化床鍋爐9、第三旋風分離器10、第二回料管11和 煙道12。循環流化床氣化爐1上部與第一旋風分離器2上部相連，循環流化床氣化爐1下 部通過排渣管8與循環流化床鍋爐9下部相連，第一旋風分離器2下部通過第一下料管4 與M型返料器7的頂部相連，第一旋風分離器2頂部與第二旋風分離器3上部相連，第二旋 風分離器3下部依次通過第二下料管5和U型返料器6與第一下料管4下部相連，M型返 料器7側部設有第一回料管701和排灰管702, M型返料器7通過第一回料管701與循環流 化床氣化爐1下部相連，M型返料器7通過排灰管702與排渣管8相連，循環流化床鍋爐9 上部與第三旋風分離器10上部相連，第三旋風分離器10下部通過第二回料管11與循環流 化床鍋爐9下部相連，第三旋風分離器10頂部與煙道12頂部相連。
[0023] 進一步，所述的循環流化床氣化爐1下部設有固體含碳燃料入口 A，循環流化床氣 化爐1底部設有氣化劑入口 B。固體含碳燃料入口 A用於通入劣質煤、生物質和固體廢棄 物。氣化劑入口B用於通入氣化劑。氣化劑為氧氣或水蒸氣。所述的第二旋風分離器3的 頂端設有煤氣出口C。煤氣出口C用於收集煤氣。所述的循環流化床鍋爐9的底端設有空 氣入口D，循環流化床鍋爐9的下部設有用於補充二次空氣的補入口 E。空氣入口D和補入 口 E均用於通入空氣。所述的循環流化床鍋爐9的頂端設有蒸汽出口，煙道12的上部設有 過熱蒸汽出口 F。蒸汽出口用於輸出蒸汽，過熱蒸汽出口 F用於輸出過熱蒸汽。煙道12底 部設有煙氣排出口G。煙氣排出口G用於排出煙氣。
[0024] 上述的劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置的工作方法，包括以下過程： 將劣質煤、生物質、固體廢棄物這些含碳燃料從固體含碳燃料入口 A置於循環流化床氣化 爐1內，向循環流化床氣化爐的氣化劑入口 B通入氣化劑，含碳燃料與氣化劑在循環流化床 氣化爐1中反應，生成由煤氣、灰渣和未反應的焦炭組成的反應產物，反應產物上升進入第 一旋風分離器2中，部分灰分和未反應的焦炭經第一旋風分離器2分離，通過第一下料管4 進入M型返料器7中，其餘無法捕捉到的灰分及未完全反應的焦炭則通過第一旋風分離器 2頂部由氣體產物夾帶進入第二旋風分離器3中，該灰分及未完全反應的焦炭經過第二旋 風分離器3分離，再經過第二下料管5和U型返料器6,匯入第一下料管4中，並進入M型 返料器7 ;煤氣通過第二旋風分離器3頂部煤氣出口 C收集；在M型返料器7中，未完全反 應的焦炭經第一回料管701返回至循環流化床氣化爐1中，繼續參與反應，而灰分則經排灰 管702排出至排渣管8中；循環流化床氣化爐1中，含碳燃料與氣化劑反應產生的灰渣經過 排渣管8,並與排灰管702排出的灰分一起進入循環流化床鍋爐9中，作為循環流化床鍋爐 9的燃料；向循環流化床鍋爐9的空氣入口 D和補入口 E通入空氣，與循環流化床鍋爐9中 的燃料進行反應，反應產生的煙氣和未反應的焦炭通過第三旋風分離器10分離，未反應的 焦炭經第二回料管11返回循環流化床鍋爐9中，繼續參加反應，煙氣從第三旋風分離器10 的上端進入煙道12中，煙氣在煙道12中進行對流換熱反應後，從煙氣排出口 G排出，經除 塵器過濾後排入大氣，經過煙道12中的過熱器產生的過熱蒸汽由過熱蒸汽出口 F排出。
[0025] 上述裝置的工作方法中，通過調節M型返料器7的鬆動板上的鬆動風吹向第一回 料管701和排灰管702的風量，來控制進入循環流化床氣化爐1和循環流化床鍋爐9中的未 完全反應的焦炭的量，進而調節進入循環流化床氣化爐1和循環流化床鍋爐9中熱量。在 實際運行中，通過控制M型返料器的風量，可以對循環流化床氣化爐1和循環流化床鍋爐9 的工況進行靈活的調節，使其達到最佳的反應狀態，提高燃料的利用率。
[0026] 本發明的裝置實現了煤氣和蒸汽的有效收集，蒸汽可以用來發電或利用製取的煤 氣進行燃氣一蒸汽聯合循環發電，提高了對廢棄物的利用效率。
[0027] 下面結合利用上述裝置和方法進行發電的兩個實施例。
[0028] 實施例1
[0029] 如圖2所示，一種劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置，包括循環流化床 氣化爐1、第一旋風分離器2、第二旋風分離器3、第一下料管4、第二下料管5、U型返料器6、 M型返料器7、排渣管8、循環流化床鍋爐9、第三旋風分離器10、第二回料管11、煙道12、煤 氣淨化裝置13、蒸汽輪機14、發電機15和凝汽器16。循環流化床氣化爐1上部與第一旋 風分離器2上部相連，循環流化床氣化爐1下部通過排渣管8與循環流化床鍋爐9下部相 連，第一旋風分離器2下部通過第一下料管4與M型返料器7的頂部相連，第一旋風分離器 2頂部與第二旋風分離器3上部相連，第二旋風分離器3的上部和煤氣淨化裝置13連接， 煤氣淨化裝置13設有出口 H，第二旋風分離器3下部依次通過第二下料管5和U型返料器 6與第一下料管4下部相連，M型返料器7側部設有第一回料管701和排灰管702, M型返料 器7通過第一回料管701與循環流化床氣化爐1下部相連，M型返料器7通過排灰管702與 排渣管8相連，循環流化床鍋爐9上部與第三旋風分離器10上部相連，第三旋風分離器10 下部通過第二回料管11與循環流化床鍋爐9下部相連，第三旋風分離器10頂部與煙道12 頂部相連。煙道12的過熱蒸汽出口 F和蒸汽輪機14連接，蒸汽輪機14分別和第一發電機 15與凝汽器16連接。
[0030] 上述裝置綜合利用劣質煤、生物質、固體廢棄物以製取煤氣，並利用生成的蒸汽發 電。劣質煤、生物質、固體廢棄物置於循環流化床氣化爐1內反應，產物依次通過第一旋風 分離器2、第二旋風分離器3,得到粗煤氣，主要成分為CO、H 2、C02、CH4及H2S。粗煤氣通過 煤氣淨化裝置13,把粗煤氣中的灰分、含硫化合物等有害物質除淨，在出口 H處得到乾淨煤 氣。循環流化床氣化爐1的排灰和排渣置於循環流化床鍋爐9中燃燒，循環流化床鍋爐9 產生的蒸汽送入蒸汽輪機14中，帶動第一發電機15發電，凝汽器16用於將汽輪機14中做 過功的乏汽冷凝成水後再利用。
[0031] 實施例2
[0032] 如圖3所示，一種劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置，該裝置和實施例 1的結構相同，但是還增加了燃燒室17、燃氣透平18、第二發電機19、餘熱鍋爐20。其中，燃 燒室17與煤氣淨化裝置13的出口相連，燃氣透平18分別與燃燒室17、第二發電機19和餘 熱鍋爐20相連，餘熱鍋爐20通過蒸汽管道與從循環流化床鍋爐9出來的的蒸汽管道連接， 該蒸汽管道的另一端連接蒸汽輪機14。
[0033] 實施例2的裝置可以實現燃氣一蒸汽聯合循環發電。劣質煤、生物質、固體廢棄物 置於循環流化床氣化爐1內反應，產物依次通過第一旋風分離器2、第二旋風分離器3,得到 粗煤氣，主要成分為CO、H 2、CO2、CH4及H2S。粗煤氣通過煤氣淨化裝置13,把粗煤氣中的灰 分、含硫化合物等有害物質除淨，從而得到乾淨煤氣。再將乾淨煤氣通入燃燒室17,之後進 入燃氣透平18,從而帶動第二發電機19發電。之後氣體進入餘熱鍋爐20,產生蒸汽。氣化 爐的排灰和排渣置於循環流化床鍋爐9中燃燒，循環流化床鍋爐9產生的蒸汽與餘熱鍋爐 20產生的蒸汽一起送入蒸汽輪機14中，帶動發電機15發電。
【權利要求】
1. 一種劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置，其特徵在於，該裝置包括循環 流化床氣化爐（1)、第一旋風分離器（2)、第二旋風分離器（3)、第一下料管（4)、第二下料 管（5)、U型返料器（6)、Μ型返料器（7)、排渣管（8)、循環流化床鍋爐（9)、第三旋風分離器 (10)、第二回料管（11)和煙道（12)，循環流化床氣化爐（1)上部與第一旋風分離器（2)上部 相連，循環流化床氣化爐（1)下部通過排渣管（8)與循環流化床鍋爐（9)下部相連，第一旋 風分離器（2)下部通過第一下料管（4)與Μ型返料器（7)的頂部相連，第一旋風分離器（2) 頂部與第二旋風分離器（3)上部相連，第二旋風分離器（3)下部依次通過第二下料管（5)和 U型返料器（6)與第一下料管（4)下部相連，Μ型返料器（7)側部設有第一回料管（701)和 排灰管（702 )，Μ型返料器（7 )通過第一回料管（701)與循環流化床氣化爐（1)下部相連， Μ型返料器（7)通過排灰管（702)與排渣管（8)相連，循環流化床鍋爐（9)上部與第三旋風 分離器（10)上部相連，第三旋風分離器（10)下部通過第二回料管（11)與循環流化床鍋爐 (9)下部相連，第三旋風分離器（10)頂部與煙道（12)頂部相連。
2. 根據權利要求1所述的劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置，其特徵在於， 所述的循環流化床氣化爐（1)下部設有固體含碳燃料入口（Α)，循環流化床氣化爐（1)底部 設有氣化劑入口（Β)。
3. 根據權利要求1所述的劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置，其特徵在於， 所述的第二旋風分離器（3)的頂端設有煤氣出口（C)。
4. 根據權利要求1所述的劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置，其特徵在於， 所述的循環流化床鍋爐（9)的底端設有空氣入口（D)，循環流化床鍋爐（9)的下部設有用於 補充二次空氣的補入口（Ε)。
5. 根據權利要求1所述的劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置，其特徵在於， 所述的循環流化床鍋爐（9)的頂端設有蒸汽出口，煙道（12)的上部設有過熱蒸汽出口（F)。
6. 根據權利要求1所述的劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置，其特徵在於， 所述的煙道（12)底部設有煙氣排出口（G)。
7. -種權利要求1所述的劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置的工作方法， 其特徵在於，所述的工作方法包括以下過程：將劣質煤、生物質、固體廢棄物這些含碳燃料 從固體含碳燃料入口（Α)置於循環流化床氣化爐（1)內，向循環流化床氣化爐的氣化劑入 口（Β)通入氣化劑，含碳燃料與氣化劑在循環流化床氣化爐（1)中反應，生成由煤氣、灰渣 和未反應的焦炭組成的反應產物，反應產物上升進入第一旋風分離器（2)中，部分灰分和未 反應的焦炭經第一旋風分離器（2)分離，通過第一下料管（4)進入Μ型返料器（7)中，其餘 無法捕捉到的灰分及未完全反應的焦炭則通過第一旋風分離器（2)頂部由氣體產物夾帶進 入第二旋風分離器（3)中，該灰分及未完全反應的焦炭經過第二旋風分離器（3)分離，再經 過第二下料管（5)和U型返料器（6)，匯入第一下料管（4)中，並進入Μ型返料器（7);煤氣 通過第二旋風分離器（3)頂部煤氣出口（C)收集；在Μ型返料器（7)中，未完全反應的焦炭 經第一回料管（701)返回至循環流化床氣化爐（1)中，繼續參與反應，而灰分則經排灰管 (702)排出至排渣管（8)中；循環流化床氣化爐（1)中，含碳燃料與氣化劑反應產生的灰渣 經過排渣管（8)，並與排灰管（702)排出的灰分一起進入循環流化床鍋爐（9)中，作為循環 流化床鍋爐（9)的燃料；向循環流化床鍋爐（9)的空氣入口（D)和補入口（Ε)通入空氣，與 循環流化床鍋爐（9)中的燃料進行反應，反應產生的煙氣和未反應的焦炭通過第三旋風分 離器（10)分離，未反應的焦炭經第二回料管（11)返回循環流化床鍋爐（9)中，繼續參加反 應，煙氣從第三旋風分離器（10)的上端進入煙道（12)中，煙氣在煙道（12)中進行對流換熱 反應後，從煙氣排出口（G)排出，經除塵器過濾後排入大氣，經過煙道（12)中的過熱器產生 的過熱蒸汽由過熱蒸汽出口（F)排出。
8.按照權利要求7所述的劣質煤、生物質和固體廢棄物綜合利用的裝置的工作方法， 其特徵在於，上述裝置的工作方法中，通過調節Μ型返料器（7)的鬆動板上的鬆動風吹向第 一回料管（701)和排灰管（702 )的風量，來控制進入循環流化床氣化爐（1)和循環流化床鍋 爐（9)中的未完全反應的焦炭的量，進而調節循環流化床氣化爐（1)和循環流化床鍋爐（9) 中熱量。
【文檔編號】C10J3/54GK104263418SQ201410543540
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月14日 優先權日:2014年10月14日
【發明者】向文國, 王歡歡, 許長春, 李靜 申請人:東南大學