CN102746903A - 一种大型、无废气和二噁英排放的生活垃圾干馏-气化炉 - Google Patents

Abstract

一种把生活垃圾干馏-气化炉分割成多个标准干馏处理单元，根据不同处理能力的需要，组合成大型的生活垃圾干馏-气化炉，标准干馏处理单元为立方形炉体，上方设置垃圾的干馏段(23)和干燥段(21)，利用垃圾处于无氧状态下先把垃圾干馏，分解出干馏煤气和碳化物残渣，碳化物在下方燃烧层(6)燃烧产生高温，以水蒸汽和空气作气化剂，还原层(7)高温状态下的碳化物把燃烧产生的CO₂和水蒸气还原，生成气化煤气，就不产生二噁英；高温的气化煤气在上升的过程中把垃圾干馏段(23)的垃圾加热、干馏，继续上升把干燥段(21)的垃圾加烘干，把垃圾中的有机物转变为清洁燃气，收集干馏煤气和气化煤气进行利用，实现无二噁英、无废气排放、又可大型化的组合式生活垃圾干馏-气化炉。

Description

一种大型、无废气和二噁英排放的生活垃圾干馏-气化炉

技术领域

本发明涉及一种改进型的组合式生活垃圾干馏-气化炉，通过对两段式煤气发生炉结构的彻底改造，提高其处理效率，并使之适用单元组合的方式，可根据不同处理能力的需要，组合成用于处理垃圾大型的生活垃圾干馏-气化炉。技术领域属于环保和节能减排。

背景技术

众所周知，二噁英的结构是一个或者两个氧结合两个被氯取代的苯环，所以它的产生必须具备两个条件：一是有氯的存在；另一是发生氧化反应。混合垃圾不可能没有氯存在，焚烧是氧化反应，所以，垃圾焚烧正好符合产生二噁英的两个条件，据此可以断言：垃圾焚烧不可避免会产生二恶英；垃圾焚烧同时产生大量的废气，排放到空中，污染环境、加剧地球的温室效应；对大气和周围环境产生严重的影响，受到群众的强烈反对。同时，垃圾焚烧投资大，运行成本高，维修成本高，令一般城市的政府承受不了，推广困难，致使许多城市形成垃圾围城，酿成垃圾危机。

我们过去采用生活垃圾干馏技术处理生活垃圾，能够完全杜绝二噁英的产生。因为干馏是固体有机物在隔绝空气状态下的分解反应，即使有氯存在，没有氧、不发生氧化反应也不会产生二噁英；然后再燃烧碳化物(或可燃气体)，则因为没有氯的存在，也不会产生二噁英。这种工艺正好和两段式煤气发生炉的生产工艺基本相同，但煤气发生炉的规模小，只能用于日处理在100吨以下生活垃圾的处理，这就不能适应城市生活垃圾处理的实际需要，特别是大城市生活垃圾处理的实际需要，例如上海日产垃圾20000吨，北京日产垃圾18400吨，所以要求垃圾处理设备大型化，北京正在着手建设日处理3000吨的垃圾焚烧场。

本发明的目的在于提供一种根据我们关于垃圾干馏能够从根本上杜绝产生二噁英的理论，利用煤气发生炉的基本结构加以改造、创新，提供一种新型的、高效率并且能够采用单元组合方式，根据要求的处理能力的不同，相应组合成日处理能力在100-1000吨(及以上)的大型生活垃圾干馏-气化炉；既实现垃圾处理无二噁英排放、无废气排放，而且满足垃圾处理设备的大型化的需求的生活垃圾干馏-气化炉。

发明内容

本发明在两段式煤气发生炉的基础上进行改造、创新，提供一种把生活垃圾干馏-气化炉分割成多个标准干馏处理单元，根据不同处理能力的需要，组合成大型的生活垃圾干馏-气化炉；标准干馏处理单元把煤气发生炉圆柱形炉体改成立方形、密封炉体，便于拼装多个处理单元，实现大型化；标准干馏处理单元上方设置垃圾的干馏段和干燥段，利用垃圾处于无氧状态下先把垃圾干馏，分解出可燃气体(称之为“干馏煤气”)和碳化物残渣，碳化物在下方燃烧产生高温，以水蒸汽和空气作气化剂，高温状态下的碳化物把燃烧产生的CO₂和水蒸气(H₂O)还原，生成半水煤气(CO、H₂和N₂等，可称之为“气化煤气”)，高温的气化煤气在上升的过程中把干馏段的垃圾加热，使垃圾干馏(分解反应)，气化煤气继续上升、把干燥段的垃圾加热、烘干；收集干馏煤气和气化煤气进行利用，从而既实现生活垃圾处理无二噁英排放、无废气排放，又实现大型化的的组合式生活垃圾干馏-气化炉。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

本发明解决技术问题的技术方案是：把生活垃圾干馏-气化炉分割成多个标准干馏处理单元，根据需要的处理能力的不同，相应组合成大型的生活垃圾干馏-气化炉；每个标准处理单元采用立方形和密封结构，便于同时拼装多个标准处理炉单元，组成大型的生活垃圾干馏-气化炉，如同钢厂的炼焦炉，实现垃圾处理设备大型化；每个标准处理单元内部，把原来圆柱形煤气发生炉的中心管，改换成整排的中间排管，把标准处理单元分隔成对称的左右两部分；为了让垃圾有效加热，每部分垃圾的宽度一般在1-2米为宜；上方设置垃圾的干馏段和干燥段，利用垃圾处于无氧状态下先把垃圾干馏，分解出干馏煤气和碳化物残渣，碳化物在下方燃烧层燃烧产生高温，以水蒸汽和空气作气化剂，在还原层高温状态下的碳化物把燃烧产生的CO₂和水蒸气(H₂O)还原，生成气化煤气(CO、H₂和N₂等)，高温的气化煤气在上升的过程中为垃圾干馏段的垃圾提供加热热量，垃圾干馏分解，再上升到垃圾干燥段使垃圾加热、烘干；另外，因为垃圾和碳化物的透气性不好，灼热的气化煤气透过碳化物和垃圾层上升的阻力较大，致使从气化煤气直接获得加热热量还不能使垃圾充分干馏、干燥，而且因为气化煤气上升不通畅，其中还原性气体CO、N₂滞留，碳化物燃烧就不旺盛，减缓碳化物的燃烧速度，从而降低垃圾处理的效率，为此，在标准干馏处理炉单元的干馏段，特意在四周和中间处设置高温燃气室，高温燃气室的内壁开有通风孔，干馏煤气通过这些通风孔进入高温燃气室，和气化煤气混合、汇集到一起，凭借燃气的高温(600℃以上)，使干馏煤气中的焦油蒸气产生裂解，生成小分子的燃气；同时通过辐射把夹在中间的垃圾加热，充分干馏；在干燥段设置燃气通气管，引导燃气(包括气化煤气和干馏煤气)上升；高温燃气室的通气面积比燃气通气管大，因此燃气在高温燃气室停留时间长，垃圾被充分加热、干馏；而且流速低，夹杂在气化煤气中的烟尘也掉落，起到除尘的作用；高温燃气从燃气通气管上升到干燥段，使垃圾加热、干燥；垃圾干燥产生的水蒸汽必须尽快离开，否则垃圾就不能进入干馏状态，影响垃圾的处理效率，为此，在两根燃气通气管之间设置水蒸汽的出气管，也开有通汽孔，垃圾干燥产生的水蒸汽经通气孔进入水蒸汽孔出气管，快速上升到达炉顶，由于水蒸汽不滞留，能够尽快离开，垃圾快速烘干，进入干馏段，进行分解反应，所以处理效率提高；最后，收集干馏煤气和气化煤气，可以进行各种利用；垃圾干燥消耗了大量的汽化热，产生的水蒸汽也是有用的资源，可以利来作为气化剂。

本发明的有益效果是：

1、不产生二恶英

垃圾焚烧不可避免会产生二恶英。垃圾在干馏-气化炉中先在隔绝空气状态下把垃圾干馏，因为没有氧就不会产生二噁英；然后再燃碳化物，没有氯存在也不会产生二噁英。这是垃圾干馏处理不产生二噁英的理论根据。实际上，因为垃圾中的有机物都转变为清洁燃气，全部收集利用，没有排放，自然没有二噁英。

2、没有废气排放、没有大烟囱、没有污染

每吨垃圾焚烧要产生4000-7000立方米的废气，构成对空气的严重污染和气候的严重影响。特别是垃圾焚烧产生的高温，生成NOx和SOx，对环境的影响更加严重。利用生活垃圾干馏-气化炉处理垃圾，废气CO₂被当作资源利用，没有废气排放，不构成对环境的污染。

3、垃圾无需分类

生活垃圾干馏-气化炉处理垃圾，垃圾无需分类。垃圾焚烧为了抑制二噁英的产生，需要垃圾分类。这需要广大群众的配合，全民行动起来从源头进行垃圾分类。但我国没有实行垃圾分类的习惯；还需要进行垃圾分类收集、分类运输、分类处理，增加许多投入。

4、实现真正的垃圾减量化

过去人们对于减量化有片面的认识：以为垃圾焚烧掉、“眼睛看不见”就是减量化。实际上物质不灭，我们不可能把垃圾“烧没”了，而是变成废气，体积大了，危害范围广了，指垃圾的物质形态发生变化：把废弃的垃圾消灭了，转换成有用清洁燃气，这才真正的垃圾减量化。

5、把废气也利用起来、实现独一无二的资源化

垃圾处理燃烧有机物，产生大量的废气，在本发明中把废气中的CO₂也当作资源，把它还原成CO回收利用，这是独一无二的垃圾资源化利用。

6、单元组合实现垃圾处理设备大型化

过去垃圾焚烧不可避免会产生二恶英，许多城市垃圾处理选点非常困难，所以要求大型化，以满足垃圾处理的需要。而以往的炉排炉无法实现大型化，而且投资大，推广受到限制。本发明可以根据实际需要，把固定炉排单元组合起来，构成大型的炉排炉，可以满足大城市的需求，有助于破解垃圾危机。

7、克服垃圾处理投资大、运行成本高、维修成本高的难题

垃圾焚烧设备复杂，处理时需要花大量资金进行废气治理、飞灰处置，致使垃圾处理的投资大、运行成本高、维修成本高，一般城市和乡镇的政府负担不起，成为困扰各级政府的大难题。生活垃圾生物质燃气利用完全克服这个难题。

8、节能减排特别显著，可进行碳交易

过去垃圾填埋，产生大量的温室气体，主要是甲烷，其温室效应比CO2还强21倍。全球为了应对气候变暖，联合国多次召开节能减排会议。生活垃圾干馏-气化炉处理垃圾，完全避免甲烷的排放；同时，清洁燃气可以代替燃煤，又节省CO₂的排放，可以进行碳交易(CDM)，出卖碳指标，获取丰厚的额外收入。

9、清洁燃气的可以有多种应用

垃圾焚烧的资源化利用只能搞余热发电，垃圾焚烧发电首先需要大量的投资，建设一个垃圾焚烧发电厂比建设一个同样发电能力的发电厂投资要多得多；其次，垃圾焚烧发电的效率低下，有大量的热量随废气跑掉；余热锅炉和蒸汽轮机的效率低；第三，日处理规模在200吨以下的小规模的垃圾焚烧发电厂，经济效益低，很难回收投资，不适合建设垃圾焚烧发电厂已成共识；第四，垃圾焚烧发电厂生产不稳定，上网困难。本发明把垃圾转换为清洁燃气，可以直接供应民用燃气，或提供工业锅炉使用；也可用于燃气发电效率更高，比垃圾焚烧发电的效率更高；更可以用来烧砖，同时消耗垃圾中的无机物；还可以进行人工合成。所有这些，都可以获得另外的收益，垃圾处理变成有利可图的新能源。

附图说明

图1A是单个标准干馏处理单元的结构示意图；

图1B是它的侧面剖视图(MN剖视)。

图2是由标准干馏处理单元组合、构成大型的无废气排放的垃圾干馏-气化炉排炉平面布置示意图；

图中：1——气动鼓风机或一般的鼓风机，2——水蒸气通气管，3——空气通气管，4——空气和水蒸气的喷气口，5——炉篦，6——燃烧层，7——还原层，8——干馏留下的碳化物残渣，9——汇集气化煤气和干馏煤气的高温燃气室，10——左、右压块，11——集气管，12——左推料液压缸，13——左进料口，14——左压料液压缸，15——混合燃气出气口，16——右压料液压缸，17——干馏煤气和水蒸汽出气口，18——右进料口，19——右推料液压缸，20——进料喉，21——干燥段，22——燃气通气管，23——干馏段(包括碳化物残渣)，24——垃圾干馏残留的碳化物残渣，25——灰渣层，26——陶瓷隔热层，27——灰斗，28——炉门，29——双侧陶瓷隔热层，30——水蒸汽的出气管，31——干馏煤气和气化煤气集气管，32——水蒸集气管，I——第一个标准干馏处理单元，II——第二标准干单元，III第三个标准干馏处理单元，IV——第四标准干馏处理单元，N——直至第N个标准干馏处

具体的实施例子

根据图1，改进型的组合式生活垃圾干馏-气化炉是由标准干馏处理单元组合而成。标准干馏处理单元采用立方形和密封结构，在标准处理单元内部，炉子的内壁(26)和(29)用耐火隔热材料衬垫，防止热量散失；把以往圆柱形煤气发生炉的中心管改换成整排的中间燃气通气管(22)和高温燃气室(9)，把标准处理单元分隔成对称的左、右两部分；为了让垃圾能够充分受热干馏和干燥，每部分垃圾的宽度(即燃气通气管(22)之间的距离)以1-2米为宜；因为处理的对象是垃圾，和煤气发生炉处理的对象是煤有本质的差别，所以必须彻底改造进料系统：垃圾从左、右两边的两个进料口(13)和(18)进入，通过左、右两个推料液压缸(12)和(19)把垃圾推入炉内；受推料液压缸(12)和(19)的挤压，垃圾变得紧密不透气，推料液压缸(12)和(19)不把垃圾全部推入炉内，保留一部分压紧的垃圾封堵进料喉(20)，防止煤气泄漏；为了防止炉子垃圾板结，炉顶设置压料液压缸(14)和(16)，在垃圾入炉以后，带动左、右压块(10)从上面压下，即使垃圾板结，也能够保证可靠落料；炉内自上方而下设置垃圾的干馏段(23)、干燥段(21)、还原层(7)、燃烧层(6)和灰渣层(25)；利用垃圾摞在一起、缺乏空气和垃圾干馏产生干馏煤气的驱赶作用，垃圾就处于隔绝空气状态，在这种状态下先把垃圾加热干馏，分解出干馏煤气和碳化物残渣(24)，碳化物在下方的燃烧层(6)燃烧产生高温，以水蒸汽和空气作气化剂，通过空气和水蒸气的喷气口(4)经炉篦(5)从炉子下方鼓入，和燃烧层(6)的碳化物接触、燃烧，产生高温；在燃烧层(6)的上方是还原层(7)，燃烧层(6)燃烧产生的CO₂和上升的水蒸气在还原层(7)被高温状态下的碳化物还原，生成气化煤气：C+CO₂→2CO和C+H₂O→CO+H₂；在干馏层四周原来煤气发生炉的煤气管和中心管改造成为汇集气化煤气和干馏煤气的高温燃气室(9)；高温燃气室(9)的内侧开有通风孔，干馏煤气可以通过这些通风孔进入高温燃气室(9)，因为高温燃气室(9)的温度很高(600℃以上)，使干馏煤气中含有的焦油蒸气，在高温下产生裂解，生成小分子的燃气；另一方面通过辐射间接加热垃圾，使夹在中间的干燥垃圾充分干馏；混合燃气上升到干燥段(21)，高温燃气室(9)改成燃气通气管(22)，直通炉顶，使干燥段的垃圾除了受上部分升的干馏煤气加热干燥外，主要是受燃气通气管(22)辐射加热、烘干；在两根燃气通气管之间插入水蒸汽的出气管(30)，水蒸汽的出气管(30)也开有出汽孔，垃圾干燥产生的水蒸汽经出汽孔进入水蒸汽的出气管(30)，迅速到达炉顶；水蒸汽不滞留而快速上升，垃圾得以快速干燥，提高垃圾处理效率；干馏段(23)高温燃气室(9)的截面积比干燥段燃气通气排管(22)的截面积大得多，燃气的流速慢，使夹杂在气化煤气中的烟尘下落，起到除尘的作用；当炉内燃烧不均衡的时候，煤气发生炉只能关小燃气通气管(22)来降低燃烧温度，在这里如果采用气动鼓风机，可以设置多个空气和水蒸气的喷气口(4)，根据炉内燃烧情况，例如燃烧温度高，就增加水蒸汽的加入量来降低燃烧温度，调节炉内燃烧温度的均衡，由于增加水蒸汽作为气化剂，可以减少空气的鼓入量，就降低燃气中残存的N₂气，又增加了H₂的产生量，也就提高燃气的热值；干馏煤气和气化煤气混合，一起从集气管(31)收集利用，和煤气发生炉的上段气不同，从水蒸汽集气管(32)收集到的主要是垃圾干燥产生的水蒸汽，其中含有小部分干馏煤气，可以作为气化剂使用，节省软化水和产生水蒸汽的大量能源，其中含有部分燃气，在燃烧层燃烧也可以提高燃烧温度，增加水蒸汽的加入量，提高燃气的热值。

根据图2，把N个标准干馏处理单元组合起来，如果每个标准干馏处理单元日处理能力为100吨，日处理能力就可达N×100吨。即只要10个标准干馏处理单元组合起来就可以实现日处理1000吨。并且，如果N个标准干馏处理单元组合起来，除了起始两个单元以外，中间的单元可以省去两侧的陶瓷隔热层(26)。

如果要求更大的日处理能力，可以按图2，组合成两组或者三组，就可以实现日处理能力超过1000吨的垃圾干馏-气化炉方便地实现大型化。

工业的实用性

本发明不仅适用于垃圾处理，也适用于煤气发生炉和秸秆气化炉，甚至用于把非粮生物钟转换成清洁燃气，实现化石能源的替代新能源。

Claims (11)

1.一种改进型的组合式生活垃圾干馏-气化炉，其技术特征是：把生活垃圾干馏-气化炉分割成多个标准干馏处理单元，根据不同处理能力的需要，组合成大型的生活垃圾干馏-气化炉。

2.根据权利要求1所述的标准干馏处理单元，其技术特征是：彻底改造煤气发生炉原来的进料系统：垃圾从左、右两边的两个进料口(13)和(18)进入，通过左、右两个推料液压缸(12)和(19)把垃圾推入炉内；受推料液压缸(12)和(19)的挤压，垃圾变得紧密不透气，推料液压缸(12)和(19)不把垃圾全部推入炉内，保留一部分压紧的垃圾封堵进料喉(20)，防止煤气泄漏。

3.根据权利要求1所述的标准干馏处理单元，其技术特征是：把煤气发生炉圆柱形炉体改成立方形、密封炉体，便于拼装多个处理单元，实现大型化；把圆柱形煤气发生炉的中心管改换成整排的中心燃气通气管(22)和高温燃气室(9)，把标准处理单元分隔成对称的左、右两部分；为了让垃圾能够充分受热干馏和干燥，每部分垃圾的宽度(即燃气通气管(22)之间的距离)以1-2米为宜。

4.根据权利要求1所述的标准干馏处理单元，其技术特征是：自上而下设置垃圾的干馏段(23)和干燥段(21)，还原层(7)、燃烧层(6)和灰渣层(25)；利用垃圾摞在一起、缺乏空气和垃圾干馏产生干馏煤气的驱赶作用，垃圾就处于隔绝空气状态，先把垃圾干馏，分解出干馏煤气和碳化物残渣，因为没有氧、不发生氧化反应，所以就不会产生二噁英；以水蒸汽和空气作气化剂，通过空气和水蒸气的喷气口(4)经炉篦(5)从炉子下方鼓入，和燃烧层(6)的碳化物接触、燃烧，因为没有氯的存在也不会产生二噁英。

5.根据权利要求1所述的标准干馏处理单元，其技术特征是：碳化物在燃烧层(6)燃烧产生高温，高温状态下的碳化物把燃烧产生的CO₂和水蒸气(H₂O)还原，生成气化煤气：C+CO₂→2CO和C+H2O→CO+H₂；高温的气化煤气在上升的过程中把垃圾干馏段(23)的垃圾加热，使垃圾干馏、分解，煤气继续上升、把干燥段(21)的垃圾加热、烘干。收集干馏煤气和气化煤气进行利用，从而既实现生活垃圾处理无废气排放、无二噁英排放。

6.根据权利要求1所述的标准干馏处理单元，其技术特征是：在两根燃气通气管之间插入水蒸汽的出气管(30)，水蒸汽的出气管(30)开有出汽孔，垃圾干燥产生的水蒸汽经出汽孔进入水蒸汽的出气管(30)，迅速到达炉顶；水蒸汽不滞留而快速上升，垃圾得以快速干燥，提高垃圾处理效率。

7.根据权利要求1所述的标准干馏处理单元，其技术特征是：采用气动鼓风机，设置多个空气和水蒸气的喷气口(4)，根据炉内燃烧情况，如果燃烧的温度高，就增加水蒸汽的加入量，来降低燃烧温度，调节炉内燃烧温度达到均衡。由于增加水蒸汽作为气化剂，可以减少空气的鼓入量，就降低燃气中残存的N₂气，又增加了H₂的产生量，提高燃气的热值。

8.根据权利要求1所述的标准干馏处理单元，其技术特征是：使干馏煤气和气化煤气混 合，一起从集气管(31)收集利用，而与煤气发生炉的下段气只收集气化煤气、上段气收集干馏煤气不同，从水蒸汽集气管(32)收集到的主要是垃圾干燥产生的水蒸汽，其中含有小部分干馏煤气，用它作为气化剂使用，节省软化水和节省产生水蒸汽的能源消耗，其中含有部分燃气，在燃烧层燃烧也可以提高燃烧温度，为控制燃烧温度就要增加水蒸汽的加入量，减少空气鼓入累，从而降低N₂含量，增加H₂含量，提高燃气的热值。

9.根据权利要求2所述的进料系统，其技术特征是：为了防止炉子垃圾板结，炉顶设置压料液压缸(14)和(16)，在垃圾入炉以后，带动左、右压块(10)从上面压下，即使垃圾板结，也能够保证可靠落料。

10.根据权利要求3所述的燃气通气管(22)和高温燃气室(9)，其技术特征是：高温燃气室(9)的内侧开有通风孔，干馏煤气可以通过这些通风孔进入高温燃气室(9)，因为高温燃气室(9)的温度很高(600℃以上)，使干馏煤气中含有的焦油蒸气，在高温下产生裂解，生成小分子的燃气；另一方面通过辐射间接加热垃圾，使夹在中间的干燥垃圾充分干馏。

11.根据权利要求3所述的燃气通气管(22)和高温燃气室(9)，其技术特征是：混合燃气上升到干燥段(21)，高温燃气室(9)改成燃气通气管(22)，直通炉顶，使干燥段的垃圾除了受部分上升的干馏煤气加热干燥外，主要是受燃气通气管(22)辐射加热、烘干；干馏段(23)高温燃气室(9)的截面积比干燥段燃气通气管(22)的截面积大得多，燃气的流速慢，使夹杂在气化煤气中的烟尘下落，起到降尘的作用。 

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