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CN105689360A - 一种利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统及工艺 - Google Patents

一种利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统，包括：转炉冷却余热锅炉(2)，用于对转炉(1)中产生的转炉煤气进行初步热量回收；回转窑式气化炉(3)，输入到回转窑式气化炉(3)中的生活垃圾在转炉煤气的作用下可发生热分解反应；二次室锅炉(4)，回转窑式气化炉(3)中的气化气和转炉煤气进入二次室锅炉(4)中并在二次室锅炉(4)中燃烧放热，以产生高温蒸汽；发电装置(5)，二次室锅炉(4)中产生的高温蒸汽可输送到发电装置(5)中，以进行发电。本发明还公开了一种利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的工艺。本发明利用转炉煤气气化处理城市生活垃圾，并将转炉煤气直接燃烧发电，有利于能源环保。

Description

一种利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统及工艺
技术领域
本发明涉及钢铁转炉煤气利用、城市生活垃圾焚烧处理技术领域，特别涉及转炉煤气利用、垃圾气化焚烧技术。
背景技术
钢铁厂转炉生产冶炼过程中，氧枪顶吹氧脱碳会产生大量高浓度CO转炉煤气，转炉煤气经过冷却、净化、除尘等工艺后送入煤气柜进行再利用。这项工艺的安全可靠性、科学回收性、产能性是回收转炉煤气的关键。目前我国绝大多数转炉煤气净化多采用“OG法”和“LT法”进行回收利用，取得了较好的经济效益。
由于转炉煤气固有的特殊性，其回收过程也存在较多问题。其中，“OG法”需要消耗大量冷却水迅速冷却900～1000℃的高温烟气，水资源消耗量大，且大量转炉煤气余热没有被利用。“LT法”系统回收转炉煤气虽然可减少大量水资源使用，可仍需配套喷淋冷却系统，消耗一定水来冷却高温烟气；且系统要求更加精细，对设备及相关控制系统要求较高，一次性投资大。
同时，转炉煤气回收工艺在回收过程中需时刻检测煤气中CO、O2浓度，当O2浓度不超过2％、CO浓度大于30％才进行回收，而未达标的气体则通过三通阀送入放散塔燃烧排放，造成大量能源浪费。
随着我国工业化和城市化的逐步推进，城市生活垃圾问题也越来越受到人们的关注。当前，我国城市垃圾每年产生量接近2亿吨，平均每人每年生产垃圾量约300kg，且近年来基本以10％的速度在增长，已经严重影响了人们的生活质量。
目前，我国处理生活垃圾的方式主要是垃圾填埋及垃圾焚烧，但由于垃圾填埋占用土地资源，而由于我国人口分布极不均匀，在人口密度大的地区，城市生活垃圾与土地资源紧缺的矛盾日益尖锐，急需加大垃圾焚烧和垃圾回收。同时，由于垃圾成分极其复杂，在直接焚烧过程中会产生具有致癌作用的二噁英等有机污染物，造成日益严重的环境污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不仅能够避免转炉煤气回收过程中的冷却耗水及余热散失，又能够有效缓解生活垃圾处理时所带来的环境问题的利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统及工艺。
为实现上述目的，本发明的一种利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统及工艺的具体技术方案为：
一种利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统，包括：转炉冷却余热锅炉，与转炉的气体出口相连通，用于对转炉中产生的转炉煤气进行初步热量回收，以产生蒸汽；回转窑式气化炉，与转炉冷却余热锅炉的气体出口相连通，输入到回转窑式气化炉中的生活垃圾在转炉煤气的作用下可发生热分解反应，以产生气化气和含碳废渣；二次室锅炉，与回转窑式气化炉的气体出口相连通，回转窑式气化炉中的气化气和转炉煤气进入二次室锅炉中并在二次室锅炉中燃烧放热，以产生高温蒸汽；发电装置，与二次室锅炉相连，二次室锅炉中产生的高温蒸汽可输送到发电装置中，以进行发电。
一种利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的工艺，包括以下步骤：转炉产生的转炉煤气进入转炉冷却余热锅炉中进行初步热量回收，以产生蒸汽；转炉煤气由转炉冷却余热锅炉进入回转窑式气化炉，以在回转窑式气化炉内部形成高温环境，预处理的生活垃圾经生活垃圾进料装置送入回转窑式气化炉，并在回转窑式气化炉内部的高温环境下发生热分解反应，以生成气化气和含碳废渣；回转窑式气化炉中产生的气化气和转炉煤气进入二次室锅炉，并在二次室锅炉中燃烧放热，以产生高温蒸汽；二次室锅炉中产生的高温蒸汽输送至发电装置中，以进行发电。
本发明的利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统及工艺具有以下优点：
1)本发明采用转炉煤气高温热量进行气化生活垃圾，避免了煤气回收过程中的喷淋冷却耗水及余热散失，且产生的气体送入锅炉直接燃烧，不存在回收煤气不达标排放问题，可有效利用转炉煤气能源。
2)本发明将生活垃圾在高温转炉煤气作用下气化，产生气化气体后再进行焚烧，可避免生活垃圾直接焚烧时二噁英等有机污染物的产生，且先将生活垃圾气化处理后填埋，可有效缩小生活垃圾体积，减少直接填埋对土地的占用。
附图说明
图1为本发明的利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统的结构示意图；
图2为本发明中的回转窑气化炉的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统及工艺做进一步详细的描述。
如图1所示，本发明的利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统包括顺次连接的转炉冷却余热锅炉2、回转窑式气化炉3、二次室锅炉4和发电装置5。其中，转炉冷却余热锅炉2与转炉1的气体出口相连通，用于对转炉1中产生的转炉煤气进行初步热量回收，以产生蒸汽；回转窑式气化炉3与转炉冷却余热锅炉2的气体出口相连通，输入到回转窑式气化炉3中的生活垃圾在转炉煤气的作用下可发生热分解反应，以产生气化气和含碳废渣；二次室锅炉4与回转窑式气化炉3的气体出口相连通，回转窑式气化炉3中的气化气和转炉煤气进入二次室锅炉4中并在二次室锅炉4中燃烧放热，以产生高温蒸汽；发电装置5与二次室锅炉4相连，二次室锅炉4中产生的高温蒸汽可输送到发电装置5中，以进行发电。
进一步，转炉冷却余热锅炉2中的汽包21与蓄热器6相连，转炉冷却余热锅炉2中产生的蒸汽由汽包21引出后可进入蓄热器6进行蓄热调压，以变为连续、稳定的低压蒸汽。应注意的是，蓄热器6的出口管道分为两路，其中一路连接回转窑式气化炉3中的蒸汽喷嘴31，另外一路连接除氧给水装置7。
具体来说，回转窑式气化炉3中设置有蒸汽喷嘴31，转炉冷却余热锅炉2中产生的蒸汽由蓄热器6调压后输送至回转窑式气化炉3中的蒸汽喷嘴31，并由蒸汽喷嘴31喷入到回转窑式气化炉3中，蒸汽喷嘴31喷出的蒸汽与生活垃圾热分解产生的含碳废渣可在回转窑式气化炉3中进一步发生水煤气反应，以产生气化气和垃圾废渣。
除氧给水装置7分别与转炉冷却余热锅炉2中的汽包21和二次室锅炉4中的汽包41相连，以为转炉冷却余热锅炉2中的汽包21和二次室锅炉4中的汽包41提供循环水。其中，转炉冷却余热锅炉2中产生的蒸汽由蓄热器6调压后可输送至除氧给水装置7中，以作为除氧热源。
进一步，如图2所示，回转窑式气化炉3的炉体倾斜安装，倾斜角度优选为3～5°，炉体入口位置切圆均布有蒸汽喷嘴31，炉体中间部位加装旋转驱动装置32，炉体内壁布置有蓄热材料33，炉体尾部的气体出口处设置有旋风分离装置34。其中，旋风分离装置34的顶部出口与二次室锅炉4相连，底部出口与出渣装置8相连，旋风分离装置34分离的气体进入二次室锅炉4中燃烧，被分离的废渣则进入出渣装置8，由出渣装置外排。此外，由于转炉煤气的间断性，在回转窑式气化炉3与转炉冷却余热锅炉2的连通管道上优选加装水冷式插板阀35，炼钢转炉正常冶炼时插板阀打开，停炉或装炉时插板阀关闭。
进一步，回转窑式气化炉3与生活垃圾进料装置9相连。其中，为防止漏风，生活垃圾进料装置9优选为三级缓仓进料系统。具体来说，系统进料时，一级卸料阀开启，其他卸料阀关闭；一级缓仓垃圾量达到一定储量时，一级卸料阀关闭，二级卸料阀开启，垃圾进入二级缓仓…依次类推完成进料过程。
进一步，二次室锅炉4的烟气出口与烟气处理系统相连，烟气处理系统包括顺次连接的烟气净化装置10、除尘装置11、变频引风机12和烟囱13。此外，为避免二次室锅炉4中发生熄火现象，二次室锅炉4的混合气入口处优选加装常燃燃烧器42，燃料可以采用天然气、废油等。
如图1所示，本发明的利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的工艺，包括以下步骤：
首先，转炉1产生的转炉煤气进入转炉冷却余热锅炉2中进行初步热量回收，以产生蒸汽。
其次，转炉煤气由转炉冷却余热锅炉2进入回转窑式气化炉3，以在回转窑式气化炉3内部形成高温环境，预处理的生活垃圾经生活垃圾进料装置9送入回转窑式气化炉3，并在回转窑式气化炉3内部的高温环境下发生热分解反应，以生成气化气和含碳废渣。
然后，回转窑式气化炉3中产生的气化气和转炉煤气进入二次室锅炉4，并在二次室锅炉4中燃烧放热，以产生高温蒸汽，燃烧产生的烟气进入后续的烟气净化装置10、除尘装置11处理，并由变频引风机12引入烟囱13排入大气环境。
最后，二次室锅炉4中产生的高温蒸汽输送至发电装置5中，以进行发电。
其中，转炉冷却余热锅炉2中产生的蒸汽可经调压后由蒸汽喷嘴31送入回转窑式气化炉3中，蒸汽喷嘴31喷出的蒸汽与生活垃圾热分解产生的含碳废渣可在回转窑式气化炉3中发生水煤气反应，以产生气化气和垃圾废渣。
同时，转炉冷却余热锅炉2中产生的蒸汽经调压后还可输送至除氧给水装置7中，以作为除氧热源，除氧给水装置7分别与转炉冷却余热锅炉2中的汽包和二次室锅炉4中的汽包相连，以为转炉冷却余热锅炉2中的汽包21和二次室锅炉4中的汽包41提供循环水。
本发明的利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统及工艺利用转炉煤气气化处理城市生活垃圾，将生活垃圾处理扩大到钢铁领域；同时，将转炉煤气直接燃烧发电，避免回收处理过程中不宜回收煤气燃烧排空现象，有利于能源环保。
实施例1：
某钢铁厂有2台转炉炼钢生产线，单台转炉最大装铁水量达125t。炼钢转炉产生的高温煤气(～1850℃)，经转炉冷却余热锅炉回收蒸汽后温度降为1300℃，然后进入回转窑式气化炉。回转窑式气化炉内壁蓄热材料吸收烟气热进行蓄热，在炉体内部形成高温环境；预处理的生活垃圾经进料系统送入回转窑式气化炉，在高温炉内环境下迅速升温至700～800℃，发生热分解反应生成气化气和含碳废渣。
转炉冷却余热锅炉回收的蒸汽经蓄热器调压后送入回转窑式气化炉，同热分解产生的含碳废渣进一步发生水煤气反应，生成高热值垃圾气化气。最终产生的气化气和转炉煤气混合气体进入二次室锅炉，在热风助燃下充分燃烧放热产生高温烟气；产生的高温烟气进入二次室锅炉炉膛被吸热降温，在引风机作用下进入烟气净化系统、除尘设施处理净化，排入大气环境。
来自水处理站的软水，经除氧系统除氧后，由给水泵送入二次室锅炉炉膛吸收烟气放热，最终变为高温蒸汽送入发电装置进行发电，完成整个热力循环过程。
为了避免混合气燃烧熄火，在二次室锅炉混合气入口位置，设置一台常燃燃烧器，燃料可以采用天然气或废油等。
在整个热力循环系统中，转炉冷却余热锅炉和二次室锅炉给水均来自同一套给水除氧系统。转炉冷却余热锅炉回收的蒸汽经汽包收集进入蓄热器调压，分为两路：一路蒸汽送入除氧系统进行除氧，系统不再依靠其它热源；而另一路蒸汽作为气化剂送入回转窑气化炉进行气化反应。除氧系统的给水除氧后通过给水泵分别送入转炉冷却余热锅炉和二次室锅炉系统。
由于转炉煤气的间断性，在回转窑式气化炉入口管道上加装水冷式插板阀，炼钢转炉装炉停运时，插板阀关闭，运行时开启；同时控制变频引风机，调整引风量。
采用此工艺，可利用高温转炉煤气将生活垃圾在炉内进行气化再燃，可充分利用了高温转炉煤气的余热，实现生活垃圾气化焚烧处理。
实施例2：
参考实施例1，仅将生活垃圾原料改为预处理的生物质原料，将通入气化炉内蒸汽切断；混合气体经过回转窑气化炉尾部旋风分离后送入二次室锅炉燃烧放热；生物质炭化固体颗粒经出渣装置冷却后回收利用。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统，其特征在于，包括：
转炉冷却余热锅炉(2)，与转炉(1)的气体出口相连通，用于对转炉(1)中产生的转炉煤气进行初步热量回收，以产生蒸汽；
回转窑式气化炉(3)，与转炉冷却余热锅炉(2)的气体出口相连通，输入到回转窑式气化炉(3)中的生活垃圾在转炉煤气的作用下可发生热分解反应，以产生气化气和含碳废渣；
二次室锅炉(4)，与回转窑式气化炉(3)的气体出口相连通，回转窑式气化炉(3)中的气化气和转炉煤气进入二次室锅炉(4)中并在二次室锅炉(4)中燃烧放热，以产生高温蒸汽；
发电装置(5)，与二次室锅炉(4)相连，二次室锅炉(4)中产生的高温蒸汽可输送到发电装置(5)中，以进行发电。
2.根据权利要求1所述的利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统，其特征在于，回转窑式气化炉(3)中设置有蒸汽喷嘴(31)，蒸汽喷嘴(31)喷出的蒸汽与生活垃圾热分解产生的含碳废渣可在回转窑式气化炉(3)中发生水煤气反应，以产生气化气和垃圾废渣。
3.根据权利要求2所述的利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统，其特征在于，转炉冷却余热锅炉(2)中的汽包与蓄热器(6)相连，蓄热器(6)与回转窑式气化炉(3)中的蒸汽喷嘴(31)相连，转炉冷却余热锅炉(2)中产生的蒸汽由蓄热器(6)调压后输送至回转窑式气化炉(3)中的蒸汽喷嘴(31)，并由蒸汽喷嘴(31)喷入到回转窑式气化炉(3)中。
4.根据权利要求1或3所述的利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统，其特征在于，还包括除氧给水装置(7)，除氧给水装置(7)分别与转炉冷却余热锅炉(2)中的汽包和二次室锅炉(4)中的汽包相连；转炉冷却余热锅炉(2)中的汽包与蓄热器(6)相连，蓄热器(6)与除氧给水装置(7)相连，转炉冷却余热锅炉(2)中产生的蒸汽由蓄热器(6)调压后可输送至除氧给水装置(7)中，以作为除氧热源。
5.根据权利要求1所述的利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统，其特征在于，回转窑式气化炉(3)的炉体倾斜安装，炉体内壁布置有蓄热材料(33)，炉体尾部的气体出口设置有旋风分离装置(34)，旋风分离装置(34)的顶部出口与二次室锅炉(4)相连，底部出口与出渣装置(8)相连。
6.根据权利要求5所述的利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统，其特征在于，回转窑式气化炉(3)与生活垃圾进料装置(9)相连，生活垃圾进料装置(9)为三级缓仓进料系统。
7.根据权利要求1所述的利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的系统，其特征在于，二次室锅炉(4)的烟气出口与烟气处理系统相连，烟气处理系统包括顺次连接的烟气净化装置(10)、除尘装置(11)、变频引风机(12)和烟囱(13)。
8.一种利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
转炉产生的转炉煤气进入转炉冷却余热锅炉(2)中进行初步热量回收，以产生蒸汽；
转炉煤气由转炉冷却余热锅炉(2)进入回转窑式气化炉(3)，以在回转窑式气化炉(3)内部形成高温环境，预处理的生活垃圾经生活垃圾进料装置(9)送入回转窑式气化炉(3)，并在回转窑式气化炉(3)内部的高温环境下发生热分解反应，以生成气化气和含碳废渣；
回转窑式气化炉(3)中产生的气化气和转炉煤气进入二次室锅炉(4)，并在二次室锅炉(4)中燃烧放热，以产生高温蒸汽；
二次室锅炉(4)中产生的高温蒸汽输送至发电装置(5)中，以进行发电。
9.根据权利要求8所述的利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的工艺，其特征在于，转炉冷却余热锅炉(2)中产生的蒸汽经调压后由蒸汽喷嘴(31)送入回转窑式气化炉(3)中，蒸汽喷嘴(31)喷出的蒸汽与生活垃圾热分解产生的含碳废渣可在回转窑式气化炉(3)中发生水煤气反应，以产生气化气和垃圾废渣。
10.根据权利要求8所述的利用转炉煤气气化生活垃圾焚烧发电的工艺，其特征在于，转炉冷却余热锅炉(2)中产生的蒸汽经调压后输送至除氧给水装置(7)中，以作为除氧热源，除氧给水装置(7)分别与转炉冷却余热锅炉(2)中的汽包和二次室锅炉(4)中的汽包相连。
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