基于流化床和移動床的固體廢棄物兩段熱解氣化系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種固體廢棄物熱解氣化裝置，特別涉及一種基于流化床和移動床的固體廢棄物兩段熱解氣化系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是現(xiàn)代社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，中國目前能源供給形勢嚴峻，環(huán)境問題嚴重，發(fā)展清潔可再生能源已成為緊迫的課題。農(nóng)林和垃圾等廢棄物屬于低碳能源，中國有豐富的農(nóng)林和垃圾等廢棄物的資源，其研發(fā)、推廣和普及有助于減少污染物排放和改善生態(tài)環(huán)境。工業(yè)污泥也是急需處理的固體廢棄物，熱解氣化將是行之有效的有前途的處理方式。垃圾等廢棄物的焚燒易產(chǎn)生二惡英等污染物，這個問題一直困擾著垃圾處理行業(yè)。熱解氣化技術(shù)是較直燃更清潔和高效的一種轉(zhuǎn)化方式，在根本上抑制了二惡英等污染物的產(chǎn)生，熱解氣和合成氣既可以用于產(chǎn)熱發(fā)電、合成燃料和化學品，也可以制氫。
[0003]間接加熱熱解技術(shù)可以有效實現(xiàn)空氣中氮氣和熱解氣的自然分離從而提高了熱解氣的熱值，近年來在國內(nèi)外發(fā)展較快，但均不能很好的同時滿足焦油和污染物含量少、熱值高、成本較低的要求。與傳統(tǒng)熱解相比，微波加熱具有獨特的傳熱傳質(zhì)規(guī)律，不僅加熱均勻、速率快、溫度可調(diào)控，而且熱解過程及預(yù)期最終產(chǎn)物容易控制，安全無害，其主要的優(yōu)勢在于無污染。熱解得到的氣體富含氫氣、一氧化碳、甲烷;生物油中高附加值的組分含量高；固體生物炭比表面積大，吸附能力強。國內(nèi)外有不少文獻研究了微波熱解，但大都是采用間歇操作的固定床實驗裝置，目前尚沒有連續(xù)進料移動床微波熱解裝置的報導(dǎo)和記載。國內(nèi)外目前也沒有將間接加熱熱解技術(shù)和微波加熱有效地結(jié)合起來的技術(shù)和裝置。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的一是:開發(fā)一種基于流化床和移動床與微波加熱的固體廢棄物兩段熱解氣化系統(tǒng)以同時制備熱解氣和合成氣，并提高熱解氣熱值與整體熱解氣化效率；目的二是:進一步減少熱解氣和合成氣中焦油與污染物的含量。
[0005]實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案是:一種基于流化床和移動床的固體廢棄物兩段熱解氣化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括依次連通連接的固體廢棄物進料系統(tǒng)、熱解器、生物炭收集器、循環(huán)流化床氣化器、氣化器旋風分離器、旋風分離式反應(yīng)器，系統(tǒng)生成合成氣和熱解氣，所述循環(huán)流化床氣化器采用循環(huán)回料裝置，例如循環(huán)回料管，使得部分生物炭和床料又循環(huán)至循環(huán)流化床氣化器內(nèi)；熱解器采用螺桿移動床的結(jié)構(gòu)設(shè)計，螺桿為水平螺桿。熱解器與氣化器旋風分離器連通連接，其外部可設(shè)有微波加熱裝置，使得熱解器可采用循環(huán)熱床料加熱和微波加熱相結(jié)合的熱解方式。
[0006]本實用新型所述的基于流化床和移動床的固體廢棄物兩段熱解氣化系統(tǒng)，固體廢棄物進料系統(tǒng)包括輸送機、進料下降管，輸送機將固體廢棄物輸送至進料下降管內(nèi)，進料下降管位于熱解器上方，其頂部為補充床料加入口，進料下降管管身伸入熱解器內(nèi)部深處，至螺桿上方。進料下降管里面的物料起到料封作用。
[0007]熱解器包括內(nèi)部的水平螺桿反應(yīng)器、外部的微波加熱器，熱解器尾部的上方設(shè)有出氣管，下方設(shè)有出料管；
[0008]生物炭收集器位于熱解器尾部下方，出料管伸入至生物炭收集器內(nèi)；
[0009]循環(huán)流化床氣化器包括提升管、下部的進氣系統(tǒng)和密封管、底部的熔渣出口、連通提升管與密封管的循環(huán)回料管，所述密封管連通連接生物炭收集器的底部；
[0010]氣化器旋風分離器包括相連接的氣化器一級旋風分離器和氣化器二級旋風分離器，所述氣化器一級旋風分離器連接提升管的頂部，其底部連接熱解器的進料側(cè)，氣化器二級旋風分離器的底部連接旋風分離式反應(yīng)器，前述各連接為管道連通連接。
[0011 ]旋風分離式反應(yīng)器位于氣化器旋風分離器下方，其與熱解器的出氣管連接，且與生物炭收集器連接，其上方的出氣管道連接冷卻凈化系統(tǒng)和引風機。
[0012]本實用新型所述的基于流化床和移動床的固體廢棄物兩段熱解氣化系統(tǒng)，旋風分離式反應(yīng)器可置于熱解器的內(nèi)部或外部，位于內(nèi)部時更有利于提高熱效率。
[0013]本實用新型所述的基于流化床和移動床的固體廢棄物兩段熱解氣化系統(tǒng)，更優(yōu)選的方案是:進料下降管為具有閉鎖料斗系統(tǒng)，例如進料下降管為上下兩段式，其中上下兩段分別安裝有閥門，兩個閥門交替開閉，保證反應(yīng)系統(tǒng)的密封并能實現(xiàn)連續(xù)進料。
[0014]本實用新型所述的基于流化床和移動床的固體廢棄物兩段熱解氣化系統(tǒng)，更優(yōu)選的方案是:循環(huán)流化床氣化器的中下段外部可設(shè)有蒸汽發(fā)生器，以利用其熱量產(chǎn)生水蒸氣，同時利于熔渣的冷卻和排出。
[0015]本實用新型所述的基于流化床和移動床的固體廢棄物兩段熱解氣化系統(tǒng)，當熱解器采用微波加熱時，熱解器的螺桿優(yōu)選采用強化石墨、金屬或陶瓷材質(zhì)，熱解器的殼體優(yōu)選采用陶瓷或石英管材質(zhì)以適合微波熱解的需要。
[0016]本實用新型所述的基于流化床和移動床的固體廢棄物兩段熱解氣化系統(tǒng)，循環(huán)流化床氣化器底部的進氣系統(tǒng)通入空氣和循環(huán)的合成氣、熱解氣或者粉狀燃料(如生物炭或生物質(zhì)粉狀顆粒)，混合燃燒產(chǎn)生高溫區(qū)域使灰分熔融，熔渣冷卻后落下由循環(huán)流化床氣化器底部排出。循環(huán)流化床氣化器里面有燃燒、部分氧化和氣化反應(yīng)發(fā)生，燃燒和部分氧化反應(yīng)產(chǎn)生1200攝氏度的高溫氣體，主要是0)2和出0;高溫氣體(0)2和出0)在循環(huán)流化床氣化器底部徑向中間的位置進入從而加熱生物炭和其它床料，熔渣(含重金屬和熔點較低的金屬及其化合物)由氣化器下面排出，進氣系統(tǒng)的燃燒產(chǎn)物COdPH2O提供了熱解熱源和氣化介質(zhì)，循環(huán)流化床氣化器的氣體產(chǎn)物是含有⑶和出的合成氣;循環(huán)回料管延長了生物炭在氣化器里的停留時間，從而提高了碳轉(zhuǎn)化率。合成氣經(jīng)氣化器旋風分離器氣固分離后，熱床料分別進入熱解器和旋風分離式反應(yīng)器，合成氣則去下游進行進一步的凈化，熱床料在熱解器和循環(huán)流化床氣化器之間循環(huán)流動，這些熱床料包含催化劑和微波吸波劑(如生物炭、活性炭、石墨、碳化硅、石灰石、白云石以及某些堿基化合物如鈉鹽鉀鹽等)。熱解器采用移動床的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主體是水平的螺桿反應(yīng)器，螺桿有攪拌和輸送的功能，固固混合好，氣固混合也較好。生物炭由生物炭收集器收集，熱解氣由熱解器的出氣管排出，經(jīng)旋風分離式反應(yīng)器氣固分離后，熱解氣去下游進行進一步的凈化和冷卻，固體進入生物炭收集器。熱解器采用微波加熱的方式，含有生物炭、催化劑和吸波劑的床料在熱解器和循環(huán)流化床氣化器之間循環(huán)流動從而極大地促進了焦油裂解、污染物脫除，提高了熱解的深度和效率。固體廢棄物由固體廢棄物進料系統(tǒng)進入熱解器，進料下降管深入到熱解器的里面，進料下降管里面的固體廢棄物和床料起到料封的作用。下游的引風機使熱解器在常壓或微負壓下操作。
[0017]本實用新型具有積極的效果:(I)熱解氣和合成氣可以在同一裝置兩個反應(yīng)器內(nèi)同時生成，提高了熱解氣化效率，減少了焦油和污染物排放。物料是在無氧或貧氧的環(huán)境下被熱解和氣化的的，在穩(wěn)定操作時不會像焚燒那樣產(chǎn)生二噁英等有害物質(zhì)，且不會造成二次污染;載熱體/催化劑/微波吸波劑和生物炭等的協(xié)同作用可以最大程度的減少焦油和污染物排放含量并調(diào)整熱解產(chǎn)品分布與其組成；(2)熱解器采用螺桿移動床的結(jié)構(gòu)設(shè)計，螺桿有攪拌和輸送的雙重功能，床層孔隙率比較均勻，固-固接觸好，便于加入床料(如微波吸收劑和催化劑等)，氣-固接觸也比較好，這些都有利于微波熱解反應(yīng)的進行;螺桿材質(zhì)可選擇強化石墨、陶瓷或金屬螺桿;物料是較均勻貼附在螺桿表面進入反應(yīng)區(qū)，使物料加熱更加均勻，不會造成微波無法完全穿透物料，導(dǎo)致物料內(nèi)部無法加熱;微波加熱有以下特點:體積加熱、選擇加熱、快速加熱和清潔加熱，加熱均勻，熱效率高;具有非熱效應(yīng)，可以改變體系的熱力學參數(shù)，使物料能在遠低于常規(guī)加熱方式的溫度發(fā)生熱解；(3)微波或加熱功率、螺桿轉(zhuǎn)速以及惰性氣體種類和氣速調(diào)整靈活，可靈活地調(diào)整反應(yīng)器溫度和氣固相停留時間，便于調(diào)節(jié)熱解產(chǎn)品的分布和組成；(4)循環(huán)流化床氣化器底部的進氣系統(tǒng)通入空氣和循環(huán)的合成氣、熱解氣或者粉狀燃料(如回收的生物炭或生物質(zhì)粉末)混合燃燒，在氣化器底部的徑向中間區(qū)域產(chǎn)生高溫使灰分熔融，熔渣冷卻后落下由氣化器底部排出，熔渣除去了固體廢棄物中的重金屬而且熔渣具有再利用價值。氣化器的燃燒段外面可設(shè)有蒸汽發(fā)生器以利用其熱量產(chǎn)生水蒸氣，同時利于熔渣的冷卻和排出；(5)旋風分離式反應(yīng)器用來進一步強化熱床料和熱解氣的混合、減少熱解氣焦油含量。熱解器旋風分離式反應(yīng)器可置于熱解器里面以提高傳熱效率。
【附圖說明】
[0018]為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中