一種內(nèi)循環(huán)流化床富氧氣化裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種內(nèi)循環(huán)流化床富氧氣化裝置，包括氣化爐本體、富氧發(fā)生裝置、多風(fēng)室布風(fēng)裝置、進(jìn)料裝置和出渣裝置；所述氣化爐本體包括位于下部的密相區(qū)和位于上部的稀相區(qū)，密相區(qū)和稀相區(qū)通過一個喉部區(qū)域相連；在密相區(qū)的底部布置有配備定向風(fēng)帽的多風(fēng)室布風(fēng)裝置，并與富氧發(fā)生裝置相連接；在密相段和稀相段的交界處為進(jìn)料裝置的出口，在密相段底部多風(fēng)室布風(fēng)裝置與氣化爐本體的間隙處為出渣口，出渣口下布置有出渣裝置。本系統(tǒng)可高效的實現(xiàn)垃圾、生物質(zhì)等廢棄固體有機質(zhì)的熱解氣化，并且具有氣化速度快、轉(zhuǎn)化效率高、排渣殘?zhí)忌佟⑽廴疚镆子诳刂频葍?yōu)點。
【專利說明】一種內(nèi)循環(huán)流化床富氧氣化裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及固體有機廢棄物的熱解氣化領(lǐng)域,特別涉及一種內(nèi)循環(huán)流化床富氧氣
化裝置。
技術(shù)背景
[0002]隨著國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，以城市生活垃圾為首的有機固體廢棄物產(chǎn)生量急劇增長，處理問題迫在眉睫。
[0003]目前我國垃圾處理主要采用填埋法、堆肥法和焚燒法。填埋場極易產(chǎn)生富含甲烷的填埋氣，引起爆炸，還會產(chǎn)生大量垃圾滲濾液，其中含有重金屬、有毒有害的有機化學(xué)污染物及大量病毒病原菌。堆肥法由于垃圾分類不精細(xì)，造成肥料品質(zhì)較低難以銷售。焚燒法處理城市生活垃圾時，由于生活垃圾中含有大量含氯塑料及重金屬物質(zhì)，燃燒時極易造成劇毒性致癌物質(zhì)“二噁英”污染?！岸f英”難以在線監(jiān)測且累積效應(yīng)嚴(yán)重，隨著空氣吸入及食物鏈進(jìn)入人體且極難被排出，具有強烈的致癌、致畸作用，同時還具有生殖毒性、免疫毒性和內(nèi)分泌毒性。
[0004]由于垃圾成分的多樣性、易變性、焚燒過程影響因素的復(fù)雜性等，現(xiàn)階段垃圾焚燒技術(shù)不可避免的容易對環(huán)境造成的二噁英、重金屬等二次污染，因此國外學(xué)者提出垃圾熱解氣化熔融技術(shù)，該技術(shù)可以有效地防止垃圾焚燒過程中的二惡英和重金屬污染物生成。垃圾進(jìn)入流化床氣化爐之后，通過外部熱源加熱或者部分燃燒放熱使其溫度升高，其中的有機可燃物質(zhì)分解為可燃?xì)怏w和灰渣，之后可燃?xì)怏w進(jìn)入后續(xù)工藝燃燒放熱，實現(xiàn)其能量的資源化利用，而灰渣通過高溫熔融成液態(tài)，之后冷卻形成玻璃態(tài)的固體熔渣，實現(xiàn)其無害化。
[0005]雖然垃圾氣化熔融技術(shù)在環(huán)保性上相比傳統(tǒng)的垃圾焚燒擁有巨大的優(yōu)勢，但是垃圾氣化熔融技術(shù)需要垃圾的熱值較高才能保證足夠的氣化爐溫度及合成氣熱值。一旦氣化爐達(dá)不到合適的溫度則無法保證足夠的氣化率，導(dǎo)致底渣含碳量過高，造成能量浪費；而合成氣熱值不夠則會導(dǎo)致在無輔助燃料的情況下后續(xù)的熔融爐溫較低，難以實現(xiàn)飛灰熔融，從而導(dǎo)致飛灰的捕集率下降，造成系統(tǒng)的環(huán)保性下降。目前我國垃圾含水率較高，熱值較低，尚無法滿足當(dāng)前垃圾氣化熔融工藝的需要。因此，將氣化熔融技術(shù)用于我國垃圾，必須解決如下問題:
[0006]1、如何低成本地提高低熱值物料在氣化爐內(nèi)的氣化溫度；
[0007]2、如何低成本地提高低熱值物料氣化合成氣的熱值；
[0008]3、如何降低底渣中的含碳量，從而實現(xiàn)最佳的能量轉(zhuǎn)化效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)循環(huán)流化床富氧氣化裝置，適用于垃圾、生物質(zhì)等固體有機廢棄物的資源化利用領(lǐng)域?？梢詫崿F(xiàn)固體有機廢棄物高效、快速、穩(wěn)定地?zé)峤鈿饣瑥亩畲笙薅鹊漠a(chǎn)生高熱值的可燃?xì)怏w。[0010]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0011]一種內(nèi)循環(huán)流化床富氧氣化裝置，包括氣化爐本體、富氧發(fā)生裝置、多風(fēng)室布風(fēng)裝置、進(jìn)料裝置和出渣裝置；所述氣化爐本體包括位于下部的密相區(qū)和位于上部的稀相區(qū)，密相區(qū)和稀相區(qū)通過一個喉部區(qū)域相連；在密相區(qū)的底部布置有配備定向風(fēng)帽的多風(fēng)室布風(fēng)裝置，并與富氧發(fā)生裝置相連接；在密相段和稀相段的交界處為進(jìn)料裝置的出口，在密相段底部多風(fēng)室布風(fēng)裝置與氣化爐本體的間隙處為出渣口，出渣口下布置有出渣裝置。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:多風(fēng)室布風(fēng)裝置由兩個或多個緊密連接且內(nèi)部空間相互獨立的風(fēng)室組成；風(fēng)室為環(huán)形且互相嵌套；在每個風(fēng)室的上部是布風(fēng)板，布風(fēng)板與風(fēng)室的大小相匹配，為圓錐形，在布風(fēng)板最高位置的風(fēng)室出口的流化風(fēng)速相對于布風(fēng)板最低位置的風(fēng)室出口的流化風(fēng)速較低，供風(fēng)為空氣；而在布風(fēng)板最低位置的風(fēng)室出口的流化風(fēng)速相對于布風(fēng)板最高位置的風(fēng)室出口的流化風(fēng)速較高，供風(fēng)為富氧。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:所述定向風(fēng)帽由一個一端封閉的圓管加工而成，在靠近封閉端的管壁側(cè)面有兩個出風(fēng)孔，在同一水平面內(nèi)，兩個出風(fēng)孔相互呈40?120°夾角布置；定向風(fēng)帽在布風(fēng)板上呈中心對稱分布，其出風(fēng)孔沿布風(fēng)板圓周方向呈順時針或逆時針布置，其兩個出風(fēng)孔中心線的角平分線沿布風(fēng)板圓周切線外側(cè)方向有10?40°的夾角，使流化床底層床料能夠沿螺旋線由中心向外側(cè)運動。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:出渣口位于多風(fēng)室布風(fēng)裝置通入富氧的最低一側(cè)與氣化爐本體之間。
[0015]所述含有密相區(qū)和稀相區(qū)的兩段式流化床氣化爐本體；氣化爐本體采用密相區(qū)和稀相區(qū)兩段式布置，在密相區(qū)和稀相區(qū)之間有一個喉部區(qū)域，物料進(jìn)入氣化爐爐膛后首先進(jìn)入該區(qū)域，由于受到爐內(nèi)高溫缺氧環(huán)境的加熱，物料進(jìn)行熱解階段，伴隨著大量揮發(fā)分析出，物料逐漸向下運動，越來越接近位于氣化爐底部的多布風(fēng)裝置，并且此時氧氣濃度逐漸增大，將物料熱解后的殘余焦炭燃燒放熱，為氣化爐連續(xù)運行提供熱源，殘余的焦炭隨著傾斜的多風(fēng)室布風(fēng)板運動到爐膛邊緣成為底渣，一部分底渣從排渣口排出，另一部分被多風(fēng)室布風(fēng)板邊緣的高風(fēng)速的流化風(fēng)吹起，并碰撞到密相區(qū)頂部喉部附近的折流板，返回爐膛中央，與新入爐的物料相混合，可提高新入爐物料的加熱熱解速率。
[0016]所述多風(fēng)室布風(fēng)裝置；由于物料進(jìn)入爐膛后先在爐膛中央?yún)^(qū)域進(jìn)行熱解氣化反應(yīng)，此時主要是揮發(fā)分析出的反應(yīng)，并不需要太多氧氣參與反應(yīng)，因此在多風(fēng)室布風(fēng)裝置的中央?yún)^(qū)域所用的載氣為空氣，空氣中含有的氧氣與床層中央底部的熱解殘渣發(fā)生燃燒反應(yīng)，放出熱量供床層中央上部的物料熱解；而由于多風(fēng)室布風(fēng)裝置為傾斜布置，床層中央底部的物料會逐漸向床層邊緣運動，當(dāng)進(jìn)入到多風(fēng)室布風(fēng)裝置的富氧布風(fēng)區(qū)以后，熱解殘渣中的焦炭將與富氧發(fā)生反應(yīng)，由于在富氧條件下焦炭的燃燒速度更快，放出的熱量更大，因此可以有效地降低排渣中的含碳量，提高系統(tǒng)總體的燃料轉(zhuǎn)化率。
[0017]所述定向風(fēng)帽；在氣化爐中，為了實現(xiàn)高的氣化效率，既需要延長底層物料在流化床內(nèi)的停留時間以確保碳的轉(zhuǎn)化率，又需要控制底層物料在床內(nèi)的運動方向，使得燃盡的底渣及時排出爐膛，因此本方案中采用兩個出風(fēng)孔的定向風(fēng)帽，并且沿圓周方向順時針或逆時針布置，從而使得流化床底層物料在向爐膛邊緣運動的同時，在圓周方向做旋轉(zhuǎn)運動，這樣既延長了底層物料的停留時間，又較好的控制了其運動方向，從而在氣化爐中實現(xiàn)較高的氣化效率。另外，由于垃圾屬于復(fù)雜寬篩分燃料，易于結(jié)焦結(jié)渣，且在氣化爐中由于風(fēng)量較低更易導(dǎo)致布風(fēng)不均，而本裝置中的定向風(fēng)帽開孔率較小，出口風(fēng)速較高，且出風(fēng)方向互相交叉，易于實現(xiàn)均勻布風(fēng)，從而可有效的防止結(jié)焦結(jié)渣。
[0018]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0019](I)由于我國的垃圾含水量較高、熱值較低，采用空氣作為氣化介質(zhì)會有大量的氮氣進(jìn)入氣化反應(yīng)器，從而增大系統(tǒng)熱損失，并且降低了合成氣的熱值，而采用富氧作為氣化介質(zhì)，比采用空氣作為氣化介質(zhì)的氣化爐更能達(dá)到較高的氣化溫度，并且可以提高燃料的碳轉(zhuǎn)化率，產(chǎn)生的合成氣也具有更高的熱值，產(chǎn)生的便于后續(xù)利用。并且由于本發(fā)明中，通過多風(fēng)室布風(fēng)裝置將富氧完全供給燃盡階段，使得富氧的利用效果達(dá)到優(yōu)化，降低了運行的成本，提高了系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。
[0020](2)由于多風(fēng)室布風(fēng)裝置給流化床內(nèi)提供了不均勻的布風(fēng)，從而使得床內(nèi)的物料在宏觀上存在一個內(nèi)循環(huán)，剛剛進(jìn)入爐內(nèi)的物料在床層上部，處于高溫還原性氣氛下，從而使得物料中的揮發(fā)分充分的析出，使得物料中容易氣化的部分先完成熱解氣化反應(yīng)；經(jīng)過熱解氣化后的物料半焦逐漸運動到床層下部，與從多風(fēng)室布風(fēng)裝置中進(jìn)入爐膛的空氣及富氧發(fā)生不完全燃燒，產(chǎn)生二氧化碳及一氧化碳，并放出熱量，加熱上升的載氣為上層入爐物料的熱解氣化反應(yīng)提供能量。物料的內(nèi)循環(huán)可以將物料在爐內(nèi)不同溫區(qū)、不同氣氛中的運動過程與物料本身受熱分解的特性相匹配，從而實現(xiàn)物料的高效氣化。
[0021](3)灰渣含碳量是影響氣化爐氣化效率的關(guān)鍵因素之一，采用富氧和定向風(fēng)帽可以提高碳的轉(zhuǎn)化率。在本裝置中多風(fēng)室布風(fēng)裝置實現(xiàn)物料的內(nèi)部循環(huán)，采用定向風(fēng)帽延長了物料的停留時間并控制了底層物料的宏觀運動方向，使得底層物料從中心向邊緣緩慢運動，而將富氧在床層下部的外側(cè)位置加入，使得富氧直接與外側(cè)的底層物料接觸反應(yīng)，促進(jìn)了底層物料燃盡階段的燃燒效果，從而有效的提高了燃料的碳轉(zhuǎn)化率。此外，如果富氧與物料熱解產(chǎn)生的燃?xì)獍l(fā)生反應(yīng)會降低合成氣的熱值并增大富氧的消耗量，而本裝置中熱解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w位于床層上部，而富氧的加入位置位于床層的下部，從而避免了富氧與可燃?xì)怏w發(fā)生反應(yīng)，實現(xiàn)了富氧的高效利用，提高了富氧氣化的經(jīng)濟(jì)性。
[0022]本發(fā)明系統(tǒng)可高效的實現(xiàn)垃圾、生物質(zhì)等廢棄固體有機質(zhì)的熱解氣化，并且具有氣化速度快、轉(zhuǎn)化效率高、排渣殘?zhí)忌?、污染物易于控制等?yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為多風(fēng)室布風(fēng)裝置的示意圖；其中圖2 (a)為多風(fēng)室布風(fēng)裝置的俯視圖，圖2(b)為圖2 (a)所示多風(fēng)室布風(fēng)裝置的主視圖；
[0025]圖3為定向風(fēng)帽的示意圖；其中圖3 Ca)為定向風(fēng)帽的主視圖，圖3 (b)為圖3(a)所示定向風(fēng)帽的俯視圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0027]請參閱圖1至圖3 (b)所示，本發(fā)明一種內(nèi)循環(huán)流化床富氧氣化裝置，包括氣化爐本體1、富氧發(fā)生裝置2、多風(fēng)室布風(fēng)裝置3、進(jìn)料裝置4和出渣裝置5。
[0028]氣化爐本體I包括密相段和稀相段，其中密相段為爐體的下部，而稀相段在爐體的上部，在密相區(qū)和稀相區(qū)之間有一個喉部區(qū)域；在氣化爐的密相段底部，布置有多風(fēng)室布風(fēng)裝置3，該裝置與可產(chǎn)生富氧的富氧發(fā)生裝置2相連，在密相段和稀相段的交界處為進(jìn)料裝置4的出口，在密相段底部多風(fēng)室布風(fēng)裝置與爐體的間隙處為爐體的出渣口，出渣口下布置有由冷渣裝置和出渣機構(gòu)成的出渣裝置5。
[0029]多風(fēng)室布風(fēng)裝置3由兩個或多個緊密連接且內(nèi)部空間相互獨立的風(fēng)室組成；本實施例包括兩個風(fēng)室:第一風(fēng)室32和第二風(fēng)室33。風(fēng)室為環(huán)形互相嵌套；在每個風(fēng)室的上部是布風(fēng)板，布風(fēng)板與風(fēng)室的大小相匹配，為圓錐形，在布風(fēng)板最高位置的第一風(fēng)室32出口的流化風(fēng)速較低，供風(fēng)為空氣，而在布風(fēng)板最低位置的第二風(fēng)室33出口的流化風(fēng)速較高，供風(fēng)為富氧。
[0030]布風(fēng)板上安裝有多個定向風(fēng)帽31，定向風(fēng)帽31由一個管端封閉的圓管加工而成，在靠近管端的管壁側(cè)面有兩個出風(fēng)孔310，在同一水平面內(nèi)，相互呈40?120°夾角布置。定向風(fēng)帽31在布風(fēng)板上呈中心對稱分布，其出風(fēng)孔沿圓周方向呈順時針或逆時針布置，其兩個出風(fēng)孔中心線的角平分線與沿圓周切線外側(cè)方向有10?20°的夾角，從而使得流化床底層床料沿螺旋線由中心向外側(cè)運動，從而既可延長了底層床料的停留時間，又有利于控制底層床料的運動方向。
[0031 ] 出渣口位于多風(fēng)室布風(fēng)裝置3較低一側(cè)(即多風(fēng)室布風(fēng)裝置通入富氧的風(fēng)室)與氣化爐本體I之間；這樣可以保證底層物料在出渣之前與富氧直接接觸，從而將其中殘余的碳徹底分解，降低排出爐膛的底渣中的含碳量。
[0032]使用時，經(jīng)過預(yù)處理后的生活垃圾原料通過進(jìn)料裝置4進(jìn)入氣化爐本體I的爐膛之后，落入流化床氣化爐內(nèi)的密相區(qū)上部，與從床層邊緣返回的高溫床料相混合，并被上升的高溫氣流加熱，開始進(jìn)行熱解氣化反應(yīng)。隨著熱解氣化反應(yīng)的進(jìn)行，物料中的揮發(fā)分不斷析出，物料變成半焦，并逐漸向床層底部開始運動，由于隨著物料在床層中位置的降低，床層載氣中的氧氣濃度逐漸增高，固定碳開始燃燒放熱，并將上升的載氣加熱。隨著物料逐漸接近燃盡并進(jìn)入床料底層，物料直接與從多風(fēng)室布風(fēng)裝置上的定向風(fēng)帽中噴出的載氣接觸，從而加速燃盡過程，并在定向風(fēng)帽的作用下，從爐膛的中央位置沿著螺旋線逐漸向爐膛外側(cè)運動，在接近多風(fēng)室布風(fēng)裝置外側(cè)的風(fēng)室時，接近燃盡的物料與富氧接觸，將物料中殘余的固定碳充分燃盡。燃盡后的物料進(jìn)入出渣口附近，其中一部分被外側(cè)風(fēng)室吹出的高速載氣吹到床層上部，與新入爐的物料進(jìn)行混合換熱，另一部分從出渣口排出爐膛，從而保證了爐渣的順利排出，并且確保排出的爐渣比同類氣化爐具有更低的含碳量，從而實現(xiàn)了垃圾在爐內(nèi)氣化反應(yīng)的高效、穩(wěn)定。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)循環(huán)流化床富氧氣化裝置，其特征在于，包括氣化爐本體(I)、富氧發(fā)生裝置(2)、多風(fēng)室布風(fēng)裝置(3)、進(jìn)料裝置(4)和出渣裝置(5);所述氣化爐本體(I)包括位于下部的密相區(qū)和位于上部的稀相區(qū)，密相區(qū)和稀相區(qū)通過一個喉部區(qū)域相連；在密相區(qū)的底部布置有配備定向風(fēng)帽(31)的多風(fēng)室布風(fēng)裝置(3)，并與富氧發(fā)生裝置(2)相連接；在密相段和稀相段的交界處為進(jìn)料裝置(4)的出口，在密相段底部多風(fēng)室布風(fēng)裝置(3)與氣化爐本體(I)的間隙處為出渣口，出渣口下布置有出渣裝置(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)循環(huán)流化床富氧氣化裝置，其特征在于，多風(fēng)室布風(fēng)裝置(3)由兩個或多個緊密連接且內(nèi)部空間相互獨立的風(fēng)室組成；風(fēng)室為環(huán)形且互相嵌套；在每個風(fēng)室的上部是布風(fēng)板，布風(fēng)板與風(fēng)室的大小相匹配，為圓錐形，在布風(fēng)板最高位置的風(fēng)室出口的流化風(fēng)速相對于布風(fēng)板最低位置的風(fēng)室出口的流化風(fēng)速較低，供風(fēng)為空氣；而在布風(fēng)板最低位置的風(fēng)室出口的流化風(fēng)速相對于布風(fēng)板最高位置的風(fēng)室出口的流化風(fēng)速較高，供風(fēng)為富氧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)循環(huán)流化床富氧氣化裝置，其特征在于，所述定向風(fēng)帽(31)由一個一端封閉的圓管加工而成，在靠近封閉端的管壁側(cè)面有兩個出風(fēng)孔，在同一水平面內(nèi)，兩個出風(fēng)孔相互呈40?120°夾角布置；定向風(fēng)帽(31)在布風(fēng)板上呈中心對稱分布，其出風(fēng)孔沿布風(fēng)板圓周方向呈順時針或逆時針布置，其兩個出風(fēng)孔中心線的角平分線與沿布風(fēng)板圓周切線外側(cè)方向有10?40°的夾角，使流化床底層床料能夠沿螺旋線由中心向外側(cè)運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)循環(huán)流化床富氧氣化裝置，其特征在于，出渣口位于多風(fēng)室布風(fēng)裝置(3)通入富氧的最低一側(cè)與氣化爐本體(I)之間。
【文檔編號】F23G5/30GK103471104SQ201310360644
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】王樹眾, 趙軍, 吳志強, 陳林, 孟海魚 申請人:西安交通大學(xué)