CN1172925A

CN1172925A - 垃圾气化发电供热供冷工艺及其气化炉

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Publication number: CN1172925A
Application number: CN 97107062
Authority: CN
Inventors: 刘平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 1998-02-11
Anticipated expiration: 2017-07-31
Also published as: CN1100233C

Abstract

本发明公开了一种垃圾气化发电供热供冷工艺及其气化炉,该工艺是垃圾处理后进行气化和净化后再发电、供热、供冷。其气化炉的炉壁内侧砌蓄热墙,炉体内上端连接喷水器。本发明可以处理各种成分的城市生活垃圾,无工艺废水排放。综合利用好。垃圾中小颗粒不可燃物质和腐质物质,经高温发酵后作肥料出售,锅炉废渣和大块不可燃物粉碎后,可做水泥砌块。出锅炉飞灰少,生产环境好,后处理负担轻。经济效益高,热效率高。发电总效率在30%。

Description

垃圾气化发电供热供冷工艺及其气化炉

本发明涉及一种利用城市生活垃圾发电的工艺及其该工艺的气化炉。

利用城市生活垃圾发电在欧洲和日本已有三十余年历史，日本“节能”(省工ネルギ一)杂志1995年12月14期曾有详尽的介绍，其主要工艺流程有两种：

1、将垃圾分拣粉碎，制成颗粒垃圾燃料，在循环流动床锅炉燃烧生产蒸汽发电，余热供热。处理垃圾能力：200T/天×4，锅炉34.5T/h×4，发电能力1.2万KW×2，外供热5Gcal/h，锅炉蒸汽条件：380℃×370ata，该种工艺流程于1995年10月投产，热效率20.6％。

2、将垃圾分拣粉碎，制成垃圾燃料，在旋转窑内用烟道气加热，热分解气体二次燃烧，垃圾进阶梯型焚烧炉燃烧，燃烧气体进废热锅炉回收热量产蒸汽发电。燃气轮机发电作辅助设备，焚烧垃圾能力460T/天(230T/天×2)，蒸汽发电10900KW，燃气轮机发电3500KW，联合发电12400KW+4100KW。该流程1993年筹建，热效率达22％。

上述两种垃圾发电工艺流程主要存在问题：

1、制造垃圾燃料成本高：①垃圾燃料要求颗粒小而且均匀，机械加工费用高。②垃圾燃料含水为5.4％，而垃圾含水为46.24％，干燥费用高。③垃圾燃料成型费用高。

2、进锅炉燃烧气体中HCL含量高，对锅炉腐蚀大，因此不能提高锅炉压力和温度，制约锅炉效率。

3、燃烧空气比高，一为1.2，一为1.6-1.9，降低热效率。

4、循环流动床锅炉飞灰量大，除尘负荷重。

本发明的目的是要提供一种垃圾气化发电供热供冷工艺，该工艺制造垃圾燃料成本低、HCL含量低、热效率高；为此，本发明还要提供一种用于该工艺的气化炉。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案。

工艺：垃圾处理→气化→净化→发电→供热、供冷。

所述的垃圾处理是垃圾→电磁除铁→人工分拣→振动筛分→粉碎分拣→电磁除铁→加药→成型。

所述的气化是垃圾燃料+空气+水→气化气。

所述的气化时的垃圾燃料成份：总水30～50％，灰份≤15％，碳≥30％，粒度0.1～200mm均可。

所述的气化时的温度控制范围和操作方法是进口空气温度：25～300℃，出灰温度：160℃，气化气出口温度：350～500℃，冷气体：350～400℃，热气体：450～500℃，出口气温控制方法：向料斗中垃圾燃料加水。

所述的净化是气化炉的气化气→预腐蚀→消石灰→烧碱→除湿→发电。

所述的净化还可以是气化炉气化气→预腐蚀→发电。

气化炉：炉壁内侧砌蓄热墙，炉壁下端连接空气水蒸汽进口和灰斗，炉壁上端连接料斗和气化气出口，炉体内上端连接喷水器，下部连接炉栅。

所述的料斗为密封双斗。

所述的料斗可以连接炉壁外侧。

所述的炉栅上物料进口面积的10％不设进风孔，使垃圾在此处热分解阶段，依次为气化阶段面积占85％，进风量占91％，靠近内壁为出灰段。为降低出灰温度，少量进风约占9％。

所述的炉栅为可调式。

本发明的优点：

1、可以处理各种成份的城市生活垃圾，无工艺废水排放。排气、噪声、环境都符合国家环保标准。

2、垃圾转变成可燃气体，使用方便清洁。可用于燃气轮机发电，也可以烧锅炉产汽发电，发电后蒸汽可用于外供蒸汽，供热和双效制冷水供冷。气化气可直接用于水泥、陶瓷等工业窑炉玻璃工业利用烧嘴加工玻璃制品或干燥物品的其它用途均可。

3、综合利用好。垃圾中小颗粒不可燃物质和腐质物质，经高温发酵后作肥料出售，锅炉废渣和大块不可燃物粉碎后，可做水泥砌块。

4、出锅炉飞灰少，生产环境好，后处理负担轻。

5、经济效益高。原城市处理垃圾需要财政补贴(如徐州市每处理一吨补15元)，用于发电，成本同水电，等于火力发电去掉燃料费用。或用于烧锅炉或烧工业窑炉或与现有电厂联合发电的工矿企业，效益好，回收投资快。

6、热效率高。气化气净化后热值低适于燃气轮机发电，用于烧锅炉，可以提高压力和温度，从而提高锅炉发电效率，发电总效率在30％。与日本工艺相比效率提高50％。

7、可以根据国内设备和技术水平及自己资金情况选择不同的工艺路线，设备价格低，操作技术可靠，实施操作弹性大。

下面结合附图及实施例对本发明作详细说明。

图1为本发明的一个实施例的垃圾处理工艺图。

图2为本发明的一个实施例的气化、净化和发电工艺图。

图3为本发明的一个实施例的另一种气化、净化和发电工艺图。

图4为本发明的一个实施例的气化炉结构图。

图5为本发明的一个实施例的另一种气化炉结构图。

图中1.料斗、2.探火孔、3.蓄热墙、4.水夹套、5.空气水蒸汽进口、6.喷水器、7.气化气出口、8.炉栅、9.灰斗、10.砖墙、11.耐火材料、12.人孔、13.称量斗、14.称砣、15.控制阀、16.进料管。

在图1中，将垃圾送进橡胶皮带运输机，在皮带机上设置电磁除铁器除铁，人工分拣出大块不可燃物，用于制作水泥砌块。其余去振动或圆筒筛分机，筛分出小块不可燃物和小碎块腐质物质，运往高温发酵处理场，发酵后作肥料出售。筛分机上余物进粉碎分拣机，出来不合格品返回重新粉碎，分拣出小颗粒不可燃物同样运往高温发酵处理场处理。分拣出的可燃物(以φ50毫米为主)用皮带运输机运出，皮带运输机上加二次电磁除铁器除铁，并在皮带运输机上加药消石灰。消石灰添加量以垃圾中CL和S的含量决定，一般为2-3倍，或者更多一些，消石灰还起粘结剂作用。然后进搅拌机加水或造纸碱性废液，使垃圾和消石灰能捏合成型。控制垃圾燃料水份在30-50％之间，不能低于30％，以免进热炉内产生爆炸，为贮存方便可以少加或不加水，使用时可以从气化炉入口处加水调节。出拌合机的垃圾燃料可以进贮藏室或直接进气化炉生产。注意事项，尽量除尽不可燃物。

在图2中，垃圾燃料进气化炉气化，出气化炉热气体进预腐蚀器，预腐蚀器用铁格网架支撑，内放石灰石和石灰块，使气体中HCL在此先与石灰石、石灰块和铁器进行化学反应，反应生成氯化物落下集中定期取出，定期更换预腐蚀器。出预腐蚀器的热气体(含未反应的碳、分解气体、油雾飞灰等)继续进锅炉燃烧，因是气体燃烧，空气比1.10～1.15，其热效率较高，出锅炉气体排空。蒸汽进蒸汽轮机发电，效率在26～35％。出蒸汽轮机蒸汽除供工艺用汽外可外供、也可采用双效溴化锂吸收式冷水机组制7℃冷水供冷。也可以回收蒸汽轮机0.22ata60℃蒸汽利用嗅化锂吸收式热泵加热49℃循环水到80℃供用户。如果资金紧张，也可以只产蒸汽供用户供热、供冷。

在图3中，垃圾燃料进气化炉气化，气化气进预腐器，反应机理同图2。出来的气体进空气加热器加热空气，再进热水加热器加热热水后，进行消石灰水净化：气体进洗气箱和喷淋式洗气塔，气体与石灰水接触，CL、SOx、CO₂、NOx与之反应生成钙盐，出洗气塔污水进沉淀池，污泥进干化床，污泥主要成份是钙盐、可作建筑材料用。去除钙盐的清水，用泵打进冷却塔冷却，冷却水加石灰循环使用，石灰添加量尽量多一些，因为氯化钙溶解度大，不易清除，此外生成的钙盐仍可回收用于建筑材料不浪费。

出洗气塔气体，仍有少量HCL，进行烧碱净化：在泡罩塔或浮阀塔中使气体与烧碱厂废烧碱液接触，生成钠盐，母液循环使用。气体中CO₂含量高，HCL含量低，NaoH先与CO₂生成碳酸钠或碳酸氢钠，它们再与HCL反应生成氯化钠等。由于碳酸钠的溶解度很小，容易堵塞管道，碳酸钠浓度控制在5％的范围以内，以此控制NaoH添加量。NaCL也不易分离，当NaCL浓度在饱和前，应定期用泵打到锅炉给水处理工段，软化补充水。烧碱净化后气体进除湿器，除去水份。

净化除湿后的气化气经压气机加压到10～14大气压，进入燃气轮机的燃烧室，因气化气热值低，燃气温度在1000～1300℃之间，正好符合燃气轮机的要求，燃气轮机带动发电机发电，效率在28～32％，出口气体在480～580℃，其流程可分两种：

其一、用废热锅炉回收热量产蒸汽带动蒸汽轮机发电，其联合总热效率在30％，除发电外可外供蒸汽，气化气加热热水排放。

其二、是与现有发电厂联合，出燃气轮机热气体加热电厂锅炉蒸汽，尔后进蒸汽轮机发电，提高蒸汽轮机的发电效率，联合效率可达40～47％。

除湿后的冷气化气还可用于陶瓷厂烧制精瓷，玻璃厂烧玻璃制品等用途。

在图4中，气化炉的料斗(1)上端连接称量斗(13)，下端连接控制阀(15)。称量斗(13)采用自动重力控制计量，称量斗(13)加够一定的重量后自动落入料斗(1)，料斗(1)垃圾燃料由控制阀(15)控制连续进炉，并防止炉火窜出炉外。在炉内加蓄热墙(3)，因为垃圾燃料成份复杂，热含量变化大，水份含量差别大，利用蓄热墙(3)可弥补燃料垃圾热量不均的缺陷，此外炉温高也可使气化速度快。垃圾气化速度比煤快，垃圾燃料因为在制造阶段尽量除去了不可燃物，可燃物含灰分设计为15％，如塑料制品中的充填剂碳酸钙，二氧化硅等。植物秸杆、木头、橡胶等灰分少，结焦结渣物质少，因此炉栅(8)高度为炉直径的1/4～1/5。炉栅(8)用圆盘阶梯塔形，并且每一层都有部分重叠，以方便于垃圾水分的蒸发，或小颗粒燃料的燃烧和气化。进料直径多为φ50毫米，可以有少量0.1-200毫米的小颗粒和大块(如一只鞋大小)。

图5中，用耐火砖砌气化炉，炉栅(8)采用可调动(从10°-45°)的阶梯型炉栅，以便于除灰。

气化炉气化操作工艺：

1.入炉垃圾燃料成份：总水：30～50％，灰份：≤15％，碳≥30％，碳为碳元素，入炉垃圾燃料粒度：主要为50mm块，少量0.1～200mm均可。

2.气化剂：空气、水和少量水蒸汽。

3.气化气成份：不可燃气体：N₂+Ar+CO₂：55～60％，可燃气体：CO+H₂+CH₄+CmHn：40～45％。热气体低热值发热量：1000～1500仟卡/NM³(含碳黑、飞灰、油雾等)，冷气体低热值发热量：1000～1300仟卡/NM³。

4.温度控制范围和操作方法：(1)进口空气温度：25～300℃(一般在150～300℃)。(2)出灰温度：160℃(灰斗放水降低出灰温度，并回收部分水蒸汽)。(3)气化气出口温度：350～500℃(一般在400℃)。冷气体：350～400℃。热气体：450～500℃，也可以根据后工段工艺要求提高一些。(4)出口气温控制方法：主要依靠向料斗中垃圾燃料加水的方法控制，因水在火中直接汽化比在锅炉中转化成水蒸汽效率高，而且节约设备，当从料斗中加水控制不好时，出气温度过高，可从喷水器喷水冷激，当温度过低时或从垃圾燃料中加水不好操作时，可从炉下蒸汽管向炉内加蒸汽。

5.进风量布置：物料进口面积的10％不设进风孔，使垃圾在此处热分解阶段，依次为气化阶段面积占75％，进风量占91％，靠近内壁为出灰段15％。为降低出灰温度，少量进风约占9％。

Claims

1、一种垃圾气化发电供热供冷工艺，该工艺包括垃圾处理、发电、供热、供冷，其特征是垃圾处理后进行气化和净化后再发电、供热、供冷。

2、根据权利要求1所述的垃圾气化发电供热供冷工艺，其特征是垃圾处理是垃圾→电磁除铁→人工分拣→振动筛分→粉碎分拣→电磁除铁→加药→成型。

3、根据权利要求1或2所述的垃圾气化发电供热供冷工艺，其特征是所述的气化是垃圾燃料+空气+水→气化气，所述的气化时的垃圾燃料成份。总水30～50％，灰份≤15％，碳≥30％，粒度0.1～200mm，所述的气化时的温度控制范围和操作方法是进口空气温度：25～300℃，出灰温度：160℃，气化气出口温度：350～500℃，冷气体：350～400℃，热气体：450～500℃，出口气温控制方法：向料斗中垃圾燃料加水。

4、根据权利要求1或2或3所述的垃圾气化发电供热供冷工艺，其特征是所述的净化是气化炉的气化气→预腐蚀→消石灰→烧碱→除湿→发电。

5、根据权利要求1或2或3所述的垃圾气化发电供热供冷工艺，其特征是所述的净化还可以是气化炉气化气→预腐蚀→发电。

6、一种用于权利要求1所述的工艺的气化炉，该炉的炉壁下端连接空气水蒸汽进口和灰斗，炉壁上端连接料斗和气化气出口，下部连接炉栅，其特征是炉壁内侧砌蓄热墙，炉体内上端连接喷水器。

7、根据权利要求6所述的气化炉，其特征是气化炉炉体为砖砌。

8、根据权利要求6或7所述的气化炉，其特征是所述的炉栅为圆盘阶梯塔形。

9、根据权利要求6或7所述的气化炉，其特征是所述的炉栅为可调式。