一種等離子輔助加熱熔融氣化反應器的製造方法

2023-05-20 11:03:16

一種等離子輔助加熱熔融氣化反應器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種等離子輔助加熱熔融氣化反應器，包括給料器、反應腔室，給料器與反應腔室連接，所述反應腔室按照反應順序沿水平方向依次包括有乾燥區、熱解氣化區、燃盡區、灰渣熔融區，乾燥區通過進料口與給料器連接，熱解氣化區底部低於乾燥區底部，燃盡區底部低於熱解氣化區底部，灰渣熔融區底部低於燃盡區底部，燃盡區頂部通過喉口連接有合成氣重整區；灰渣熔融區和合成氣重整區內均設置有等離子炬；本發明利用等離子體炬作為高品質外熱源將生活垃圾熱解氣化後產生的灰渣熔融，並將氣化後的合成氣重整，去除了生活垃圾在熱解氣化過程中可能產生的所有有害物質，降低了垃圾等離子氣化的一次性投入成本及運營成本，並使合成氣更加純淨。
【專利說明】
一種等離子輔助加熱熔融氣化反應器

【技術領域】
[0001]本發明涉及以城市生活垃圾為主的固態廢棄物的處理技術，具體地說是一種可以防止二噁英產生的等離子輔助加熱熔融氣化反應器。

【背景技術】
[0002]伴隨著全球經濟的持續增長和城市化進程的加速，生活垃圾的產生已成為一個日益嚴重的環境問題。城市垃圾產量的不斷增加及其造成的環境汙染已成為各國所共同面臨的問題，城市生活垃圾的無害化處理是促進經濟和生態環境達到可持續發展的重要措施之
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[0003]目前，城市生活垃圾無害化處理技術有堆肥技術、填埋技術、焚燒技術和氣化技術等。填埋或堆肥都不能完全實現垃圾處理的無害化和減量化，且填埋仍需佔用大量土地。由於焚燒處理可以實現城市垃圾熱能回收、減容、減重、高溫滅菌等目的，在環境保
燒導致的二噁英及重金屬等二次汙染問題不容忽視，制約了垃圾焚燒技術的大規模應用。
[0004]氣化技術是一種新型的垃圾處理技術，與常規的垃圾處理方法相比，氣化處理技術具有能源回收利用率高、二次汙染小、煙氣量小、後處理設備簡單，而且氣化與等離子熔融處理技術的結合使得在對垃圾的有機成分加以利用的同時，可以對無機成分進行穩定化無害化處理和資源化利用，從而根本上解決了二噁英和重金屬等二次汙染問題，有著廣闊的發展前景。
[0005]然而現階段的等離子垃圾氣化技術尚有許多不足之處。首先，用等離子體炬直接氣化垃圾需要極大地功率,其耗電率可到其產電力的30%?40%，由於耗電過高導致運營成本大大增加，使其不具備商業運行的價值。其二，該方法氣化垃圾，後續氣體淨化過程還需加二噁英處理裝置，增加了先期的一次性投入，使其設備成本大幅提高。第三，使用等離子體炬直接氣化垃圾，由於其溫度場分布不均，使垃圾不能完全被高溫處理，排出的廢渣中會有大量的二噁英和其他有害物質，致使其廢渣的處理又成為一道難題。


【發明內容】

[0006]本發明針對現有等離子氣化技術存在的缺陷和不足，提供一種帶等離子重整與熔融的氣化反應爐及其氣化工藝，利用等離子體炬作為高品質外熱源將生活垃圾熱解氣化後產生的灰渣熔融，並將氣化後的合成氣重整，去除了生活垃圾在熱解氣化過程中可能產生的所有有害物質，降低了垃圾等離子氣化的一次性投入成本及運營成本，並使合成氣更加純淨。
[0007]本發明的技術方案如下:
一種等離子輔助加熱熔融氣化反應器，包括給料器、反應腔室，給料器與反應腔室連接，其特徵在於:所述反應腔室按照反應順序沿水平方向依次包括有乾燥區、熱解氣化區、燃盡區、灰渣熔融區，乾燥區通過氣化反應器的進料口與給料器連接，熱解氣化區的底部低於乾燥區的底部，燃盡區的的底部低於熱解氣化區的底部，灰渣熔融區的底部低於燃盡區的底部，燃盡區的頂部通過一喉口連接有合成氣重整區；所述灰渣熔融區的底部設置有至少兩個等離子炬一，等離子炬一的中心線與反應爐截面中心線呈β角，β角為40° -60°，以提供經燃盡區來的灰渣轉化為無害的惰性玻璃熔渣所需要的能量；所述合成氣重整區內設置有等離子炬二，等離子炬二的中心線與合成氣重整區縱向的中心線垂直，以提供經氣化區和熔融區來的合成氣轉化為無害的氣體。
[0008]所述反應腔室的截面可以呈L型，或者矩形，或者圓形，反應腔室的內壁設有耐火材料保護襯和保溫層，外壁為鋼板。
[0009]所述乾燥區底部的爐壁設有經高溫熱解氣化反應後的循環熱合成氣進口，用於提供垃圾乾燥的部分熱源；所述乾燥區的循環熱合成氣進口為8-12個，在爐壁上均勻布置，與爐膛中心線呈α角度，α為40° -60° ;所述乾燥區的循環熱合成氣進口均連接一次合成氣管。
[0010]所述熱解氣化區底部的爐壁上均勻布置有經高溫氣化反應後的循環熱合成氣進口，用於提供垃圾氣化的部分熱源；所述熱解氣化區的循環熱合成氣進口為10-15個，循環熱合成氣進口與垂直方向的夾角為α角，α角為40-60° ;所述熱解氣化區的循環熱合成氣進口均連接二次合成氣管。
[0011]所述燃盡區的爐壁上均勻布置有經預熱過的高溫熱空氣進口，用於提供熱解氣化反應未完全的殘炭燃燒的所需的氧量，殘炭焚燒產生的熱量可提供給含碳物質的氣化；所述高溫熱空氣進口為8-12個，高溫熱空氣進口與垂直方向的夾角為α角，α角為40。-60。。
[0012]所述合成氣重整區的頂部設置有合成氣出口，合成氣重整區側面的爐壁設置有合成氣循環利用出口。
[0013]本發明帶等離子重整與熔融的氣化反應爐的工作過程:
通過給料器將落入到料倉的垃圾從防火門前推入到氣化爐內的乾燥區，並通過防火門與熱解氣化區隔離；
在乾燥區，垃圾被從一次合成氣管輸送來的熱合成氣乾燥，水分迅速蒸發；乾燥段爐排將經過一次合成氣乾燥後的垃圾推動送入到熱解氣化區；
在熱解氣化區內垃圾在缺氧環境下發生還原反應生成主要成分為4和CO的合成氣，在熱解氣化區內垃圾熱解氣化所需要的熱源由二次合成氣經二次合成氣管提供；熱解氣化段爐排將經過熱解氣化後的垃圾推動送入到燃盡區，與經高溫合成氣進口來的熱空氣進行燃燒，得到熱空氣和燃盡後剩餘的灰渣；
燃盡區殘炭燃燒所要的熱空氣由通入到燃盡段爐排中的中空輥棒裡面被加熱的空氣提供，通入的空氣還起到了冷卻輥棒的作用，有利於其長時間正常工作，提高其使用壽命；同時被加熱的熱空氣在熱解燃盡區參與殘炭的燃燒，實現熱風助燃，提高了等離子反應爐的熱效率；
燃盡後剩餘的灰渣經燃盡段爐排推送到灰渣熔融區，經灰渣熔融區的等離子炬提供的高溫進行熔融，利用高溫將灰渣中未反應的有機物及有害物質再次氣化，並除掉灰渣中的二噁英和呋喃，最後成為熔融狀態的無機物和金屬通過排渣系統排出；
熱解氣化區和燃盡區產生的混合氣通過與燃盡區連接的喉部進入合成氣重整區，合成氣重整區的等離子炬對混合氣進行高溫重整，破壞混合氣中的二噁英、呋喃等有害物質，之後混合氣分兩股，一股從合成氣重整區側面爐壁的的合成氣循環利用出口引出作為垃圾的乾燥與熱解氣化熱源，另一股從合成氣重整區頂部的合成氣出口引出進入到後續的尾氣處理系統。
[0014]本發明的有益效果如下:
(1)本發明採用側部進料、上部排氣、底部排渣結構使垃圾氣化過程中的有毒有害氣體在合成氣重整區去除掉、熱解氣化後產生的灰渣經灰渣熔融區被等離子炬一產生的高溫熔融變成無害的玻璃臺熔渣，徹底的解決了垃圾焚燒處理過程中有害氣體排放與灰渣需再處理的問題；
(2)本發明帶等離子重整與熔融的氣化反應器利用經等離子炬重整反應後的高溫合成氣加熱對垃圾進行乾燥、預熱、實現熱合成氣乾燥；同時採用中空的滾動輥棒支撐的鏈條循環爐排結構，中空輥棒裡面通冷空氣，起到了冷卻輥棒的作用，有利於其長時間正常工作，提高其使用壽命；同時被加熱的空氣進入熱解氣化區參與殘炭的燃燒，實現熱風助燃，提高了等離子反應爐的熱效率；
(3)本發明帶等離子重整與熔融的氣化反應爐利用垃圾自身的熱值進行缺氧燃燒熱解氣化，之後對其產生的合成氣和灰渣進行等離子高溫處理，這樣避免了等離子高溫直接對垃圾進行熱解氣化，大大降低了耗電功率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發明等離子輔助加熱熔融氣化反應器立體結構示意圖；
其中，附圖標記為:I給料器，1-1進料口，2反應腔室，2-1乾燥段爐排，2-2熱解氣化段爐排，2-3燃盡段爐排，2-4 —次合成氣管，2-5 二次合成氣管，2-6高溫熱空氣進口，2_7氣化爐反應腔室爐壁，3-1灰渣熔融區的爐壁，3-2排渣口，3-3等離子炬一，4-1喉口，4_2合成氣重整區側面的爐壁，4-3等離子炬二，4-4合成氣出口，4-5合成氣循環利用出口，A乾燥區，B熱解氣化區，C燃盡區，D灰渣熔融區，E合成氣重整區。

【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述:
如圖1所示，本發明所述的用於將城市生活垃圾轉化為合成氣和惰性熔渣產物的一種等離子輔助加熱熔融氣化反應器，包括給料器1、反應腔室2、氣化反應腔室爐壁2-7，給料器I與反應腔室2連接，所述反應腔室2按照反應順序沿水平方向依次包括設置附加循環熱合成氣的乾燥區A、設有附加循環熱合成氣和加水蒸汽的熱解氣化區B、設有加熱空氣的燃盡區C、附有等離子體發生器的灰渣熔融區D，乾燥區A通過反應爐的進料口 1-1與給料器I連接，熱解氣化區B的底部低於乾燥區A的底部，燃盡區C的的底部低於熱解氣化區B的底部，灰渣熔融區D的底部低於燃盡區C的底部，燃盡區C的頂部通過一喉口 4-1連接有合成氣重整區E ;所述灰渣熔融區D的底部設置有至少兩個等離子炬一 3-3，等離子炬一
3-3的中心線與灰渣熔融區D縱向截面的中心線呈β角，β角為40° -60°，以提供經燃盡區C來的灰渣轉化為無害的惰性玻璃熔渣所需要的能量；所述合成氣重整區E內也設置有等離子炬二 4-3，等離子炬二 4-3的中心線與合成氣重整區E縱向的中心線垂直，以提供經熱解氣化區B和灰渣熔融區D來的合成氣轉化為無害的氣體。
[0017]所述給料器I可以採用氣密式給料器。
[0018]所述反應腔室2的截面可以呈L型，或者矩形，或者圓形，反應腔室2的內壁設有耐火材料保護襯和保溫層，外壁為鋼板。
[0019]所述乾燥區A底部的爐壁上均勻布置有經高溫熱解氣化反應後的循環熱合成氣進口，用於提供垃圾乾燥的部分熱源；所述乾燥區A的循環熱合成氣進口為8-12個，循環熱合成氣進口與垂直方向的夾角為α角，α角為40° -60° ;所述乾燥區A的循環熱合成氣進口均連接一次合成氣管2-4。
[0020]所述熱解氣化區B底部的爐壁上也均勻布置有經高溫氣化反應後的循環熱合成氣進口，用於提供垃圾氣化的部分熱源；所述熱解氣化區B的循環熱合成氣進口為10-15個，循環熱合成氣進口與垂直方向的夾角為α角，α角為40-60° ;所述熱解氣化區B的循環熱合成氣進口均連接二次合成氣管2-5。
[0021]所述燃盡區C的爐壁上均勻布置有經預熱過的高溫熱空氣進口 2-6，用於提供熱解氣化反應未完全的殘炭燃燒的所需的氧量，殘炭焚燒產生的熱量可提供給含碳物質的氣化；所述高溫熱空氣進口 2-6為8-12個，高溫熱空氣進口 2-6與垂直方向的夾角為α角，α 角為 40° -60°。
[0022]所述灰渣熔融區的底部設置有排渣口 3-2。
[0023]所述合成氣重整區E的頂部設置有合成氣出口 4-4，合成氣重整區E側面的爐壁
4-2設置有合成氣循環利用出口 4-5。
[0024]本發明的工作過程如下:
通過給料器I將落入到料倉1-1的垃圾從防火門1-3前推入到氣化反應器內的乾燥區Α，並通過防火門與熱解氣化區B隔離；
在乾燥區Α，垃圾被從一次合成氣管2-4的來的熱合成氣乾燥，水分迅速蒸發；乾燥段爐排2-1將經過一次合成氣乾燥後的垃圾按一定順序推動送入到熱解氣化區B ；
在熱解氣化區B內垃圾在缺氧環境下發生還原反應生成主要成分為4和CO的合成氣，在熱解氣化區B內垃圾熱解氣化所需要的熱源由二次合成氣經二次合成氣管2-5提供；熱解氣化段爐排2-2將經過熱解氣化後的垃圾按照一定的順序推動送入到燃盡區C，與經高溫合成氣進口 2-6來的熱空氣進行燃燒，得到熱空氣和燃盡後剩餘的灰渣；
燃盡區C殘炭燃燒所要的熱空氣由通入到燃盡段爐排2-3中的中空輥棒裡面被加熱的空氣提供，通入的空氣還起到了冷卻輥棒的作用，有利於其長時間正常工作，提高其使用壽命；同時被加熱的熱空氣進入燃盡區C參與殘炭的燃燒，實現熱風助燃，提高了等離子反應爐的熱效率；
燃盡後剩餘的灰渣經燃盡段爐排2-3推送到灰渣熔融區D，經灰渣熔融區D的等離子炬一 3-3提供的高溫進行熔融，利用高溫將灰渣中未反應的有機物及有害物質再次氣化，並除掉灰渣中的二噁英和呋喃，最後成為熔融狀態的無機物和金屬通過排渣系統排出。熱解氣化區B和灰渣熔融區D產生的混合氣通過與熱解氣化區B連接的喉部4-1進入合成氣重整區Ε，合成氣重整區E的等離子炬二 4-3對合成氣進行高溫重整，破壞氣體中的二噁英、呋喃等有害物質，之後合成氣分兩股，一股從合成氣重整區E側面的爐壁4-2的合成氣循環利用出口 4-5引出作為垃圾的乾燥與熱解氣化熱源，另一股從合成氣重整區E頂部的合成氣出口 4-4引出進入到後續的尾氣處理系統。
【權利要求】
1.一種等離子輔助加熱熔融氣化反應器，包括給料器(I )、反應腔室(2)，給料器(I)與反應腔室(2)連接，其特徵在於:所述反應腔室(2)按照反應順序沿水平方向依次包括有乾燥區(A)、熱解氣化區(B)、燃盡區(C)、灰渣熔融區(D)，乾燥區(A)通過氣化反應器的進料口(1-1)與給料器(I)連接，熱解氣化區(B)的底部低於乾燥區(A)的底部，燃盡區(C)的底部低於熱解氣化區(B)的底部，灰渣熔融區(D)的底部低於燃盡區(C)的底部，燃盡區(C)的頂部通過一喉口(4-1)連接有合成氣重整區(E);所述灰渣熔融區(D)的底部設置有至少兩個等離子炬一(3-3)，等離子炬一(3-3)的中心線與灰渣熔融區(D)縱向截面的中心線呈β角，β角為40° -60° ;所述合成氣重整區(E)內設置有等離子炬二(4-3)，等離子炬二(4-3)的中心線與合成氣重整區(E)縱向的中心線垂直，以提供經氣化區和燃盡區來的合成氣轉化為無害的氣體。
2.根據權利要求1所述的一種等離子輔助加熱熔融氣化反應器，其特徵在於:所述反應腔室(2)的截面呈L型，或者矩形，或者圓形；反應腔室(2)的內壁設有耐火材料保護襯和保溫層，外壁為鋼板。
3.根據權利要求1所述的一種等離子輔助加熱熔融氣化反應器，其特徵在於:所述乾燥區(A)底部的爐壁均勻布置有經高溫熱解氣化反應後的循環熱合成氣進口，用於提供垃圾乾燥的部分熱源；所述乾燥區(A)的循環熱合成氣進口為8-12個，循環熱合成氣進口與垂直方向的夾角為α角，α角為40° -60° ;所述乾燥區(A)的循環熱合成氣進口均連接一次合成氣管(2-4)。
4.根據權利要求1所述的一種等離子輔助加熱熔融氣化反應器，其特徵在於:所述熱解氣化區(B)底部的爐壁上均勻布置有經高溫氣化反應後的循環熱合成氣進口，用於提供垃圾氣化的部分熱源；所述熱解氣化區(B)的循環熱合成氣進口為10-15個，循環熱合成氣進口與垂直方向的夾角為α角，α角為40-60° ;所述熱解氣化區(B)的循環熱合成氣進口均連接二次合成氣管(2-5 )。
5.根據權利要求1所述的一種等離子輔助加熱熔融氣化反應器，其特徵在於:所述燃盡區(C)的爐壁上均勻布置有經預熱過的高溫熱空氣進口(2-6)，用於提供熱解氣化反應未完全的殘炭燃燒的所需的氧量，殘炭焚燒產生的熱量用於含碳物質的氣化；所述高溫熱空氣進口(2-6)為8-12個，高溫熱空氣進口(2-6)與垂直方向的夾角為α角，α角為40。-60。。
6.根據權利要求1所述的一種等離子輔助加熱熔融氣化反應器，其特徵在於:所述重整反應區(E)的頂部設置有合成氣出口(4-4)，合成氣重整區(E)側面的爐壁(4-2)設置有合成氣循環利用出口(4-5)。
7.根據權利要求1-6任意一項所述的一種等離子輔助加熱熔融氣化反應器，其特徵在於工作過程為: 通過給料器將落入到料倉的垃圾從防火門前推入到氣化反應器內的乾燥區(Α)，並通過防火門與熱解氣化區(B)隔離； 在乾燥區(Α)，垃圾被從一次合成氣管(2-4)輸送來的熱合成氣乾燥，水分迅速蒸發；經過一次合成氣乾燥後的垃圾被推動送入到熱解氣化區(B); 在熱解氣化區(B)內垃圾在缺氧環境下發生還原反應生成主要成分為HjP CO的合成氣，在熱解氣化區(B)內垃圾熱解氣化所需要的熱源為二次合成氣；然後將經過熱解氣化後的垃圾推動送入到燃盡區(C)，與外來熱空氣進行燃燒，得到熱空氣和燃盡後剩餘的灰渣； 熱空氣在灰渣熔融區(D)參與殘炭的燃燒，灰渣被推送到灰渣熔融區(D)，經灰渣熔融區(D)的等離子炬一(3-3)提供的高溫進行熔融，利用高溫將灰渣中未反應的有機物及有害物質再次氣化，並除掉灰渣中的二噁英和呋喃，最後成為熔融狀態的無機物和金屬通過排渣系統排出； 熱解氣化區(B)和燃盡區(C)產生的混合氣通過與熱解氣化區(B)連接的喉部(4-1)進入合成氣重整區(E)，合成氣重整區(E)的等離子炬二(4-3)對混合氣進行高溫重整，破壞混合氣中的二噁英、呋喃等有害物質，之後混合氣分兩股，一股從合成氣重整區(E)側面爐壁(4-2)的的合成氣循環利用出口(4-5)引出作為垃圾的乾燥與熱解氣化熱源，另一股從合成氣重整區(E)頂部的合成氣出口(4-4)引出進入到後續的尾氣處理系統。
【文檔編號】C10J3/72GK104449875SQ201410744643
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月9日 優先權日:2014年12月9日
【發明者】張春飛, 王希, 謝斐, 李宏, 王曉亮 申請人:中國東方電氣集團有限公司