垃圾氣化發電供熱供冷工藝及其氣化爐的製作方法

2023-04-23 01:43:26

專利名稱：垃圾氣化發電供熱供冷工藝及其氣化爐的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用城市生活垃圾發電的工藝及其該工藝的氣化爐。
利用城市生活垃圾發電在歐洲和日本已有三十餘年歷史，日本「節能」(省工ネルギ一)雜誌1995年12月14期曾有詳盡的介紹，其主要工藝流程有兩種1、將垃圾分揀粉碎，製成顆粒垃圾燃料，在循環流動床鍋爐燃燒生產蒸汽發電，餘熱供熱。處理垃圾能力200T/天×4，鍋爐34.5T/h×4，發電能力1.2萬KW×2，外供熱5Gcal/h，鍋爐蒸汽條件380℃×370ata，該種工藝流程於1995年10月投產，熱效率20.6％。
2、將垃圾分揀粉碎，製成垃圾燃料，在旋轉窯內用煙道氣加熱，熱分解氣體二次燃燒，垃圾進階梯型焚燒爐燃燒，燃燒氣體進廢熱鍋爐回收熱量產蒸汽發電。燃氣輪機發電作輔助設備，焚燒垃圾能力460T/天(230T/天×2)，蒸汽發電10900KW，燃氣輪機發電3500KW，聯合發電12400KW+4100KW。該流程1993年籌建，熱效率達22％。
上述兩種垃圾發電工藝流程主要存在問題1、製造垃圾燃料成本高①垃圾燃料要求顆粒小而且均勻，機械加工費用高。②垃圾燃料含水為5.4％，而垃圾含水為46.24％，乾燥費用高。③垃圾燃料成型費用高。
2、進鍋爐燃燒氣體中HCL含量高，對鍋爐腐蝕大，因此不能提高鍋爐壓力和溫度，制約鍋爐效率。
3、燃燒空氣比高，一為1.2，一為1.6-1.9，降低熱效率。
4、循環流動床鍋爐飛灰量大，除塵負荷重。
本發明的目的是要提供一種垃圾氣化發電供熱供冷工藝，該工藝製造垃圾燃料成本低、HCL含量低、熱效率高；為此，本發明還要提供一種用於該工藝的氣化爐。
為實現上述目的，本發明採取如下技術方案。
工藝垃圾處理→氣化→淨化→發電→供熱、供冷。
所述的垃圾處理是垃圾→電磁除鐵→人工分揀→振動篩分→粉碎分揀→電磁除鐵→加藥→成型。
所述的氣化是垃圾燃料+空氣+水→氣化氣。
所述的氣化時的垃圾燃料成份總水30～50％，灰份≤15％，碳≥30％，粒度0.1～200mm均可。
所述的氣化時的溫度控制範圍和操作方法是進口空氣溫度25～300℃，出灰溫度160℃，氣化氣出口溫度350～500℃，冷氣體350～400℃，熱氣體450～500℃，出口氣溫控制方法向料鬥中垃圾燃料加水。
所述的淨化是氣化爐的氣化氣→預腐蝕→消石灰→燒鹼→除溼→發電。
所述的淨化還可以是氣化爐氣化氣→預腐蝕→發電。
氣化爐爐壁內側砌蓄熱牆，爐壁下端連接空氣水蒸汽進口和灰鬥，爐壁上端連接料鬥和氣化氣出口，爐體內上端連接噴水器，下部連接爐柵。
所述的料鬥為密封雙鬥。
所述的料鬥可以連接爐壁外側。
所述的爐柵上物料進口面積的10％不設進風孔，使垃圾在此處熱分解階段，依次為氣化階段面積佔85％，進風量佔91％，靠近內壁為出灰段。為降低出灰溫度，少量進風約佔9％。
所述的爐柵為可調式。
本發明的優點1、可以處理各種成份的城市生活垃圾，無工藝廢水排放。排氣、噪聲、環境都符合國家環保標準。
2、垃圾轉變成可燃氣體，使用方便清潔。可用於燃氣輪機發電，也可以燒鍋爐產汽發電，發電後蒸汽可用於外供蒸汽，供熱和雙效製冷水供冷。氣化氣可直接用於水泥、陶瓷等工業窯爐玻璃工業利用燒嘴加工玻璃製品或乾燥物品的其它用途均可。
3、綜合利用好。垃圾中小顆粒不可燃物質和腐質物質，經高溫發酵後作肥料出售，鍋爐廢渣和大塊不可燃物粉碎後，可做水泥砌塊。
4、出鍋爐飛灰少，生產環境好，後處理負擔輕。
5、經濟效益高。原城市處理垃圾需要財政補貼(如徐州市每處理一噸補15元)，用於發電，成本同水電，等於火力發電去掉燃料費用。或用於燒鍋爐或燒工業窯爐或與現有電廠聯合發電的工礦企業，效益好，回收投資快。
6、熱效率高。氣化氣淨化後熱值低適於燃氣輪機發電，用於燒鍋爐，可以提高壓力和溫度，從而提高鍋爐發電效率，發電總效率在30％。與日本工藝相比效率提高50％。
7、可以根據國內設備和技術水平及自己資金情況選擇不同的工藝路線，設備價格低，操作技術可靠，實施操作彈性大。
下面結合附圖及實施例對本發明作詳細說明。


圖1為本發明的一個實施例的垃圾處理工藝圖。
圖2為本發明的一個實施例的氣化、淨化和發電工藝圖。
圖3為本發明的一個實施例的另一種氣化、淨化和發電工藝圖。
圖4為本發明的一個實施例的氣化爐結構圖。
圖5為本發明的一個實施例的另一種氣化爐結構圖。
圖中1.料鬥、2.探火孔、3.蓄熱牆、4.水夾套、5.空氣水蒸汽進口、6.噴水器、7.氣化氣出口、8.爐柵、9.灰鬥、10.磚牆、11.耐火材料、12.人孔、13.稱量鬥、14.稱砣、15.控制閥、16.進料管。
在圖1中，將垃圾送進橡膠皮帶運輸機，在皮帶機上設置電磁除鐵器除鐵，人工分揀出大塊不可燃物，用於製作水泥砌塊。其餘去振動或圓筒篩分機，篩分出小塊不可燃物和小碎塊腐質物質，運往高溫發酵處理場，發酵後作肥料出售。篩分機上餘物進粉碎分揀機，出來不合格品返回重新粉碎，分揀出小顆粒不可燃物同樣運往高溫發酵處理場處理。分揀出的可燃物(以φ50毫米為主)用皮帶運輸機運出，皮帶運輸機上加二次電磁除鐵器除鐵，並在皮帶運輸機上加藥消石灰。消石灰添加量以垃圾中CL和S的含量決定，一般為2-3倍，或者更多一些，消石灰還起粘結劑作用。然後進攪拌機加水或造紙鹼性廢液，使垃圾和消石灰能捏合成型。控制垃圾燃料水份在30-50％之間，不能低於30％，以免進熱爐內產生爆炸，為貯存方便可以少加或不加水，使用時可以從氣化爐入口處加水調節。出拌合機的垃圾燃料可以進貯藏室或直接進氣化爐生產。注意事項，儘量除盡不可燃物。
在圖2中，垃圾燃料進氣化爐氣化，出氣化爐熱氣體進預腐蝕器，預腐蝕器用鐵格網架支撐，內放石灰石和石灰塊，使氣體中HCL在此先與石灰石、石灰塊和鐵器進行化學反應，反應生成氯化物落下集中定期取出，定期更換預腐蝕器。出預腐蝕器的熱氣體(含未反應的碳、分解氣體、油霧飛灰等)繼續進鍋爐燃燒，因是氣體燃燒，空氣比1.10～1.15，其熱效率較高，出鍋爐氣體排空。蒸汽進蒸汽輪機發電，效率在26～35％。出蒸汽輪機蒸汽除供工藝用汽外可外供、也可採用雙效溴化鋰吸收式冷水機組制7℃冷水供冷。也可以回收蒸汽輪機0.22ata60℃蒸汽利用嗅化鋰吸收式熱泵加熱49℃循環水到80℃供用戶。如果資金緊張，也可以只產蒸汽供用戶供熱、供冷。
在圖3中，垃圾燃料進氣化爐氣化，氣化氣進預腐器，反應機理同圖2。出來的氣體進空氣加熱器加熱空氣，再進熱水加熱器加熱熱水後，進行消石灰水淨化氣體進洗氣箱和噴淋式洗氣塔，氣體與石灰水接觸，CL、SOx、CO2、NOx與之反應生成鈣鹽，出洗氣塔汙水進沉澱池，汙泥進幹化床，汙泥主要成份是鈣鹽、可作建築材料用。去除鈣鹽的清水，用泵打進冷卻塔冷卻，冷卻水加石灰循環使用，石灰添加量儘量多一些，因為氯化鈣溶解度大，不易清除，此外生成的鈣鹽仍可回收用於建築材料不浪費。
出洗氣塔氣體，仍有少量HCL，進行燒鹼淨化在泡罩塔或浮閥塔中使氣體與燒鹼廠廢燒鹼液接觸，生成鈉鹽，母液循環使用。氣體中CO2含量高，HCL含量低，NaoH先與CO2生成碳酸鈉或碳酸氫鈉，它們再與HCL反應生成氯化鈉等。由於碳酸鈉的溶解度很小，容易堵塞管道，碳酸鈉濃度控制在5％的範圍以內，以此控制NaoH添加量。NaCL也不易分離，當NaCL濃度在飽和前，應定期用泵打到鍋爐給水處理工段，軟化補充水。燒鹼淨化後氣體進除溼器，除去水份。
淨化除溼後的氣化氣經壓氣機加壓到10～14大氣壓，進入燃氣輪機的燃燒室，因氣化氣熱值低，燃氣溫度在1000～1300℃之間，正好符合燃氣輪機的要求，燃氣輪機帶動發電機發電，效率在28～32％，出口氣體在480～580℃，其流程可分兩種其一、用廢熱鍋爐回收熱量產蒸汽帶動蒸汽輪機發電，其聯合總熱效率在30％，除發電外可外供蒸汽，氣化氣加熱熱水排放。
其二、是與現有發電廠聯合，出燃氣輪機熱氣體加熱電廠鍋爐蒸汽，爾後進蒸汽輪機發電，提高蒸汽輪機的發電效率，聯合效率可達40～47％。
除溼後的冷氣化氣還可用於陶瓷廠燒制精瓷，玻璃廠燒玻璃製品等用途。
在圖4中，氣化爐的料鬥(1)上端連接稱量鬥(13)，下端連接控制閥(15)。稱量鬥(13)採用自動重力控制計量，稱量鬥(13)加夠一定的重量後自動落入料鬥(1)，料鬥(1)垃圾燃料由控制閥(15)控制連續進爐，並防止爐火竄出爐外。在爐內加蓄熱牆(3)，因為垃圾燃料成份複雜，熱含量變化大，水份含量差別大，利用蓄熱牆(3)可彌補燃料垃圾熱量不均的缺陷，此外爐溫高也可使氣化速度快。垃圾氣化速度比煤快，垃圾燃料因為在製造階段儘量除去了不可燃物，可燃物含灰分設計為15％，如塑料製品中的充填劑碳酸鈣，二氧化矽等。植物秸杆、木頭、橡膠等灰分少，結焦結渣物質少，因此爐柵(8)高度為爐直徑的1/4～1/5。爐柵(8)用圓盤階梯塔形，並且每一層都有部分重疊，以方便於垃圾水分的蒸發，或小顆粒燃料的燃燒和氣化。進料直徑多為φ50毫米，可以有少量0.1-200毫米的小顆粒和大塊(如一隻鞋大小)。
圖5中，用耐火磚砌氣化爐，爐柵(8)採用可調動(從10°-45°)的階梯型爐柵，以便於除灰。
氣化爐氣化操作工藝1.入爐垃圾燃料成份總水30～50％，灰份≤15％，碳≥30％，碳為碳元素，入爐垃圾燃料粒度主要為50mm塊，少量0.1～200mm均可。
2.氣化劑空氣、水和少量水蒸汽。
3.氣化氣成份不可燃氣體N2+Ar+CO255～60％，可燃氣體CO+H2+CH4+CmHn40～45％。熱氣體低熱值發熱量1000～1500仟卡/NM3(含碳黑、飛灰、油霧等)，冷氣體低熱值發熱量1000～1300仟卡/NM3。
4.溫度控制範圍和操作方法(1)進口空氣溫度25～300℃(一般在150～300℃)。(2)出灰溫度160℃(灰鬥放水降低出灰溫度，並回收部分水蒸汽)。(3)氣化氣出口溫度350～500℃(一般在400℃)。冷氣體350～400℃。熱氣體450～500℃，也可以根據後工段工藝要求提高一些。(4)出口氣溫控制方法主要依靠向料鬥中垃圾燃料加水的方法控制，因水在火中直接汽化比在鍋爐中轉化成水蒸汽效率高，而且節約設備，當從料鬥中加水控制不好時，出氣溫度過高，可從噴水器噴水冷激，當溫度過低時或從垃圾燃料中加水不好操作時，可從爐下蒸汽管向爐內加蒸汽。
5.進風量布置物料進口面積的10％不設進風孔，使垃圾在此處熱分解階段，依次為氣化階段面積佔75％，進風量佔91％，靠近內壁為出灰段15％。為降低出灰溫度，少量進風約佔9％。
權利要求
1.一種垃圾氣化發電供熱供冷工藝，該工藝包括垃圾處理、發電、供熱、供冷，其特徵是垃圾處理後進行氣化和淨化後再發電、供熱、供冷。
2.根據權利要求1所述的垃圾氣化發電供熱供冷工藝，其特徵是垃圾處理是垃圾→電磁除鐵→人工分揀→振動篩分→粉碎分揀→電磁除鐵→加藥→成型。
3.根據權利要求1或2所述的垃圾氣化發電供熱供冷工藝，其特徵是所述的氣化是垃圾燃料+空氣+水→氣化氣，所述的氣化時的垃圾燃料成份。總水30～50％，灰份≤15％，碳≥30％，粒度0.1～200mm，所述的氣化時的溫度控制範圍和操作方法是進口空氣溫度25～300℃，出灰溫度160℃，氣化氣出口溫度350～500℃，冷氣體350～400℃，熱氣體450～500℃，出口氣溫控制方法向料鬥中垃圾燃料加水。
4.根據權利要求1或2或3所述的垃圾氣化發電供熱供冷工藝，其特徵是所述的淨化是氣化爐的氣化氣→預腐蝕→消石灰→燒鹼→除溼→發電。
5.根據權利要求1或2或3所述的垃圾氣化發電供熱供冷工藝，其特徵是所述的淨化還可以是氣化爐氣化氣→預腐蝕→發電。
6.一種用於權利要求1所述的工藝的氣化爐，該爐的爐壁下端連接空氣水蒸汽進口和灰鬥，爐壁上端連接料鬥和氣化氣出口，下部連接爐柵，其特徵是爐壁內側砌蓄熱牆，爐體內上端連接噴水器。
7.根據權利要求6所述的氣化爐，其特徵是氣化爐爐體為磚砌。
8.根據權利要求6或7所述的氣化爐，其特徵是所述的爐柵為圓盤階梯塔形。
9.根據權利要求6或7所述的氣化爐，其特徵是所述的爐柵為可調式。
全文摘要
本發明公開了一種垃圾氣化發電供熱供冷工藝及其氣化爐,該工藝是垃圾處理後進行氣化和淨化後再發電、供熱、供冷。其氣化爐的爐壁內側砌蓄熱牆,爐體內上端連接噴水器。本發明可以處理各種成分的城市生活垃圾,無工藝廢水排放。綜合利用好。垃圾中小顆粒不可燃物質和腐質物質,經高溫發酵後作肥料出售,鍋爐廢渣和大塊不可燃物粉碎後,可做水泥砌塊。出鍋爐飛灰少,生產環境好,後處理負擔輕。經濟效益高,熱效率高。發電總效率在30%。
文檔編號F23G5/027GK1172925SQ9710706
公開日1998年2月11日 申請日期1997年7月31日 優先權日1997年7月31日
發明者劉平 申請人:劉平