[实用新型]生活垃圾热解与低热值热解气燃烧一体化装置

说明书

技术领域

生活垃圾热解与低热值热解气燃烧一体化装置。 

背景技术

随着环保意识的提高，传统的填埋、堆肥和焚烧等垃圾处理技术的缺陷日益明显。其中，垃圾填埋占地面积大、降解时间长；垃圾堆肥技术处理量小、效率低；而垃圾焚烧所产生的二次污染十分严重。 

垃圾热解技术是指将垃圾在无氧或缺氧气氛下进行加热并产生热解气、燃料油和残炭的工艺技术，相对于垃圾焚烧技术而言，垃圾热解技术可有效控制二噁英等有害气体的排放量，同时有助于减少PM2.5的排放。垃圾热解是一项复杂的技术，涉及可再生能源技术、工程热物理、化学等多个科学领域。垃圾热解过程是一个吸热过程，热解工艺可分为外热式和内热式两种。华中科技大学江建方等人研制的外热式热解装置，利用列管组织生物质高温燃烧产物与垃圾之间的换热过程，为垃圾热解提供足够的热量，同时利用水蒸汽强化半焦的水煤气反应，提高产气率至45%左右，其热解气以CO、H₂、CH₄、CO₂为主，热值可达到14MJ/Nm³左右，但垃圾热解后的残渣含碳量仍然较高，并且热解气的后期净化处理工艺设备比较复杂。常见的内热式垃圾热解工艺包括移动床热解工艺、双回路（回转窑+热解焚烧炉）热解工艺、纯氧高温热解工艺、双塔流化床热解工艺等等。其中，移动床和双回路工艺通过焚烧一部分垃圾（或辅助燃料）为其余垃圾的热解过程提供热量，尽管与纯粹的垃圾焚烧技术相比其二次污染物排放量有所降低，但仍不容忽视；另外，前期燃烧产物的介入使热解气中含有大量的N₂，热解气热值很低，若不进行提纯，很难加以利用。纯氧高温热解工艺与前述两种工艺类似，只是不再利用空气而是使用纯氧作为氧化剂组织一部分垃圾的前期焚烧，由于燃烧产物温度较高，故垃圾热解是在高温下完成的，其热解气以CO、H₂、CO₂为主要成分，热值较低；尽管该工艺热解效率很高，但纯氧的使用成本也很高。双塔流化床热解工艺是日本月岛开发的技术，双流化床结构，利用其中一床的高温热载体和半焦为另一床中垃圾的热解过程提供能量，其热解气热值较高，但设备相对复杂。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种生活垃圾热解及低热值热解气燃烧一体化装置，通过组织低热值热解气的燃烧过程产生高温烟气，并以之为热载体和气氛环境进行垃圾热解的循环工艺。它是可有效促进生活垃圾能源化、减量化和无害化处理的工艺技术。本实用新型是多孔介质清洁燃烧技术和高效垃圾热解技术相结合的、以输出热水或蒸汽为目的的生活垃圾处理技术，具有污染物排放低（尤其是可以有效控制PM2.5的排放）、热解效率高、热效率高、设备简单等特点，可广泛应用于城镇生活垃圾处理领域。 

本实用新型提供的生活垃圾热解及低热值热解气燃烧一体化工艺包括的步骤： 

1）利用多孔介质燃烧器组织低热值热解气在燃烧炉内的燃烧过程，启动期间的燃料为天然气；

2）燃烧产生的高温烟气与燃烧炉内的水系统进行换热，生产热水或蒸汽；

3）在燃烧炉中段抽取一定量的中温烟气（900-950^oC），并将其导入垃圾热解炉内，使生活垃圾在烟气气氛下（由N₂、CO₂、H₂O和O₂等组成的混合气体）完成热解过程，产生以CO₂、CO、N₂、H₂和碳氢化合物为主要成分的低热值热解气；实验测试结果显示，热解气的低位发热量约为3.4MJ/Nm³。

4）低热值热解气经旋风除尘器处理后，送入多孔介质燃烧器燃烧；上述工艺过程为循环过程，需确保垃圾热解所需热量与中温烟气提供热量之间的热量平衡，以及整个系统的质量平衡。

5）垃圾热解剩余的残渣做无害化处理；烟气在燃烧炉内完成换热后，经脱硝工艺处理后排入大气。

该循环过程中，当热解气热值过低时，以甲烷作为辅助燃料；

本实用新型提供的生活垃圾热解及低热值热解气燃烧一体化工艺中的装置主要包括：多孔介质燃烧器、燃烧炉、中温烟气抽吸管、热解炉及螺旋送料装置、旋风除尘器、引风机和热解气输送管道等。 

多孔介质燃烧器由预混室和多孔介质两部分组成，整体为圆柱形结构；低热值热解气沿轴线注入预混室，作为启动燃料或辅助燃料的天然气切向进入预混室，助燃空气切向进入预混室；低热值燃气、天然气和空气在预混室内均匀混合后，进入多孔介质燃烧。