CN112696686A

CN112696686A - 有机固废气化焚烧系统及方法

Info

Publication number: CN112696686A
Application number: CN202011621006.2A
Authority: CN
Inventors: 赵明; 杨竹; 董卫果
Original assignee: Suzhou Yunqing Environmental Energy Technology Co Ltd; Tsinghua University
Current assignee: Suzhou Yunqing Environmental Energy Technology Co ltd; Tsinghua University
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-04-23
Anticipated expiration: 2040-12-31
Also published as: CN112696686B

Abstract

本发明公开了有机固废气化焚烧系统及方法，所述系统包括固定床气化炉、二燃室、余热锅炉和气体预热器，固定床气化炉包括进料装置、反应区炉体、炉顶气化剂进气口、中段气化剂进气口、炉底气化剂进气口、煤气出气口和排渣装置。本发明的主要优点在于气化炉主体设备结构简单、对原料种类和粒度的要求不高；采用中部外延出气的方式，使燃气中的飞灰和焦油在输送过程中被物料层吸附，燃气飞灰含量低；将余热锅炉和气体预热器产生的预热空气和水蒸汽作为气化剂返回至气化炉，提高了气化效率以及热量综合利用效率。

Description

有机固废气化焚烧系统及方法

技术领域

本发明涉及固废处理处置与资源化领域，具体而言，本发明涉及有机固废气化焚烧系统及方法。

背景技术

有机固体废弃物是指在生产、生活、消费以及其他活动中产生的丧失原有价值的或被抛弃的固态有机类物品和物质，主要包括城市源有机固废(生活垃圾、市政污泥、园林绿化废物等)、农业源有机固废(作物秸秆、畜禽粪便等)、工业源有机固废(有机废渣、汽车拆解废物等)、有机危险废物、医疗垃圾等。

目前，我国对有机固体废弃物处理处置方式主要包括卫生填埋和焚烧。随着热解气化技术的发展，这一技术也逐步被应用到有机固废的处理中。卫生填埋能够一次性对固废进行处置，但会占用大量土地面积，且随着时间推移还会存在一定的环境风险。焚烧处理能够实现有机固废的减量化和资源化，但其设备投资大，且容易造成飞灰和二噁英等二次污染。气化焚烧技术的原理是有机固废在厌氧或缺氧气氛下发生热解，热解产生的热能使得复杂成分的有机物化合键发生断裂、异构化、聚合等，该过程伴随产生气体、焦油和半焦，半焦可在气化剂作用下气化产生可燃气；挥发物随烟气进一步进入热风炉或二燃室中，有机固废的气相、固相产物在热风炉或二燃室中充分燃烧。

气化焚烧处理工艺的核心在于气化焚烧炉炉型的选择，目前主要的炉型有炉排炉、回转窑、流化床和固定床等，不同的炉型和气化焚烧方法有着与各自相适应的条件和要求。专利名称为“一种可燃固体废物回转窑气化焚烧方法”(专利公开号：CN101839488A)的现有技术中公开了基于回转窑对含油污泥、城市污泥、煤矸石、城市生活垃圾和生物质的混合物进行气化燃烧的工艺，该工艺中需要对物料进行机械脱水、破碎、风干、配伍等一系列预处理，且回转窑中的连续传动装置复杂、耐火材料易损。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出有机固废气化焚烧系统及方法。本发明的主要优点在于气化炉主体设备结构简单、对原料种类和粒度的要求不高；采用中部外延出气的方式，使燃气中的飞灰和焦油在输送过程中被物料层吸附，燃气飞灰含量低；将余热锅炉和气体预热器产生的预热空气和水蒸汽作为气化剂返回至气化炉，提高了气化效率以及热量综合利用效率。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种有机固废气化焚烧系统。根据本发明的实施例，该有机固废气化焚烧系统包括：固定床气化炉、二燃室、余热锅炉和气体预热器；

其中，所述固定床气化炉包括进料装置、反应区炉体、炉顶气化剂进气口、中段气化剂进气口、炉底气化剂进气口、煤气出气口和排渣装置；

所述反应区炉体设置在所述进料装置下方，所述反应区炉体包括上段炉体和下段炉体，所述上段炉体的外径小于所述下段炉体的内径，所述上段炉体部分套设在所述下段炉体内，所述上段炉体与所述下段炉体重合的部分形成外延环形空腔，所述外延环形空腔顶部设有密封件；所述下段炉体内的底部设有炉篦；

所述炉顶气化剂进气口设置在所述上段炉体的顶部和/或上部上，并延伸至所述上段炉体内；

所述中段气化剂进气口设置在所述炉顶气化剂进气口下方，所述中段气化剂进气口设置在所述上段炉体的侧壁上，并延伸至所述上段炉体内；

所述炉底气化剂进气口与所述炉篦的下部连通；

所述煤气出气口设置在所述外延环形空腔对应的所述下段炉体的侧壁上，所述煤气出气口与所述外延环形空腔连通；

所述排渣装置设在所述下段炉体的下方或侧下方；

所述二燃室具有煤气进气口和高温烟气出口，所述煤气进气口与所述煤气出气口相连；

所述余热锅炉具有高温烟气进口、过热蒸汽出口和降温烟气出口，所述高温烟气进口和所述高温烟气出口相连，所述过热蒸汽出口与所述固定床气化炉的进气口相连；

所述气体预热器具有降温烟气进口、冷气体进口、预热气体出口和尾气出口，所述降温烟气进口与所述降温烟气出口相连，所述预热气体出口与所述固定床气化炉的进气口相连。

根据本发明上述实施例的有机固废气化焚烧系统，1)通过炉顶气化剂进气口、中段气化剂进气口和炉底气化剂进气口的设置，可实现气化剂多级供应，进而可通过精准稳定的多级氧化实现氧化层的稳定控制，使燃气中的焦油充分裂解，从而既提高了获得的煤气的品质，又保证了灰渣较低的含碳量；2)可通过调节不同位置气化剂的供应量、中段气化剂进气口的位置来应对不同挥发份含量和固定碳含量的含碳有机固体的气化需求；3)采用外延出气的方式减少了炉内高温区构件，避免了结渣问题发生，同时竖直向上的外延外延环形空腔能有效减少燃气中颗粒物；4)上段顺流和下段逆流的气体流动方式能够避免传统逆流式气化炉顶部进料口燃气泄漏造成的环境污染；5)与现有技术中的回转窑、流化床和炉排炉热解气化炉等相比，本发明的固定床气化炉具有设备结构简单、对原料种类和粒度的要求不高等优势；6)与现有技术中的直接气化焚烧相比，本发明将有机固废的气化过程和燃气焚烧过程分开，可在气化过程中控制焦油的生成，有效避免焦油直接燃烧带来的环境危害，降低后续烟气处理的成本；7)燃气在二燃室中燃烧产生的高温烟气在余热锅炉中进行余热回收利用，产生的水蒸汽返回至气化炉中作为气化剂，从而降低了热空气和水蒸汽的制备成本；8)将经过余热锅炉初步降温的烟气供给至气体预热器，初步降温的烟气与冷气体进行热交换使冷气体变成预热气体，预热气体返回至气化炉中，从而有效提高了气化效率以及热量综合利用效率。

另外，根据本发明上述实施例的有机固废气化焚烧系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述进料装置包括至少一个进料通道，每个所述进料通道由上到下依次布置有进料口、进料缓冲仓上阀、进料缓冲仓、进料缓冲仓下阀和惰性气体吹扫进气口，所述进料缓冲仓的侧部设置有进料缓冲仓充泄压口；所述上段炉体的顶部通过过渡仓与所述进料装置相连，所述过渡仓与所述反应区炉体的炉腔连通且所述过渡仓的侧壁上布置有所述炉顶气化剂进气口。由此，惰性气体吹扫进气口、进料缓冲仓的充卸压设计能够有效保证气化炉运行的安全性。

在本发明的一些实施例中，所述进料装置包括两个所述进料通道，两个所述进料通道的进料缓冲仓之间设有连通阀门；所述进料通道的出料端与所述过渡仓连通且位于所述炉顶气化剂进气口的上方。

在本发明的一些实施例中，所述排渣装置由上至下依次包括渣仓上阀、渣仓、渣仓下阀、所述渣仓的侧部设有渣仓充泄压口。

在本发明的一些实施例中，所述下段炉体的下部呈倒锥形，所述下段炉体的底部设有出渣口，所述排渣装置设在所述下段炉体的下方，且与所述出渣口相连。

在本发明的一些实施例中，所述下段炉体的下部侧壁设有出渣口，所述排渣装置设在所述下段炉体的侧下方，且与所述出渣口相连。

在本发明的一些实施例中，所述炉篦为可旋转设置，且所述炉篦上形成有布风口。

在本发明的一些实施例中，所述排渣装置设置在水中且位于所述反应区炉体的下方，所述排渣装置包括灰盘、碎渣圈、炉篦支撑件和第一灰刀，所述灰盘设置在所述炉篦的下方，所述碎渣圈呈环状且套设在所述灰盘内，所述炉篦支撑件设置在所述炉篦的下方且位于所述碎渣圈内，所述第一灰刀设置所述灰盘的内侧壁上。由此，灰盘与碎渣圈共同组成灰盘水封，由于炉内存在一定压力，把灰盘内的水挤压到一定高度实现有压液封，当炉内压力过大时气体会从水中冒出从而安全泄压，采用灰盘液封湿法排渣的方式能够有效的控制炉内的正压状态，降低气化炉的安全隐患。

在本发明的一些实施例中，所述排渣装置还包括第二灰刀和破渣块，所述第二灰刀设置在所述炉篦支撑件的底部，所述破渣块设置在所述炉篦支撑件的侧壁上。

在本发明的一些实施例中，所述炉篦为可旋转设置，且所述炉篦上形成有布风口，所述炉篦支撑件用于支撑炉篦且随所述炉篦转动。

在本发明的一些实施例中，所述气化炉还包括气化剂分布调节器，所述气化剂分布调节器可上下移动地设置在所述炉底气化剂进气口的出口端，且位于所述炉篦内。由此，气化剂分布调节器能够更好地适应炉底气化剂进气口小流量情况下的均匀布气。

在本发明的一些实施例中，所述气化炉还包括布料装置，所述布料装置设置在所述上段炉体内的上方。由此，布料装置能够更好地实现物料在干燥层的均匀布料。

在本发明的一些实施例中，所述炉顶气化剂进气口为多个，多个所述炉顶气化剂进气口沿所述反应区炉体的周向对称设置。

在本发明的一些实施例中，所述中段气化剂进气口为多个，多个所述中段气化剂进气口沿所述反应区炉体的周向对称设置。

在本发明的一些实施例中，所述外延环形空腔的高度为所述反应区炉体总高度的10％～30％。

在本发明的一些实施例中，所述外延环形空腔的宽度与反应区炉体内径的比值为(0.1～0.3):1。

在本发明的一些实施例中，所述上段炉体的内径为0.3～8.0m，所述下段炉体的内径为0.4～8.0m。

在本发明的一些实施例中，所述上段炉体的高度为所述反应区炉体总高度的40％～80％。

在本发明的一些实施例中，所述上段炉体距所述炉篦的高度为所述反应区炉体总高度的20％～60％。由此，使氧化层产生的二氧化碳与还原段的碳层反应生成所需要的一氧化碳，上段炉体与炉篦之间的距离设置为上述范围，可以使二氧化碳和碳层具有合理的反应接触时间。

在本发明的一些实施例中，所述二燃室还具有设在所述煤气进气口下部的引风机进口，用于供引风机往所述二燃室内补充助燃剂。

在本发明的一些实施例中，所述气体预热器为箱式列管结构，所述降温烟气走管程，所述冷空气走壳程。

在本发明的一些实施例中，所述气体预热器上方设置空气泄气阀。

在本发明的一些实施例中，所述上段炉体和所述下段炉体的外侧为膜式水冷壁或夹套水冷壁。由此，通过膜式水冷壁降低炉体向外辐射热量同时有效避免炉内因为高温产生的结渣现象，还能使煤气出气口燃气温度降低，同时较传统采用水夹套的方式可以有效避免鼓包造成的夹套爆炸的安全问题。

在本发明的一些实施例中，所述膜式水冷壁为列管式膜式水冷壁或盘管式膜式水冷壁。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种采用上述实施例的有机固废气化焚烧系统进行气化焚烧的方法。根据本发明的实施例，该有机固废气化方法包括：

(1)通过进料装置向反应区炉体供给有机固废，通过惰性气体吹扫进气口向进料装置下方吹扫惰性保护气体；

(2)通过炉顶气化剂进气口、中段气化剂进气口和炉底气化剂进气口向所述反应区炉体供给气化剂，所述反应区炉体包括自上至下依次设置的干燥层、干馏层、上氧化层、还原层、下氧化层和灰渣层；

(3)使所述有机固废发生气化反应，得到可燃气和灰渣，将所述可燃气通过煤气出气口排出所述反应区炉体；

(4)利用排渣装置将所述灰渣排出所述反应区炉体；

(5)将所述可燃气供给至二燃室进行燃烧处理，得到高温烟气；

(6)将所述高温烟气供给至余热锅炉进行换热处理，得到降温烟气和过热蒸汽；

(7)将所述过热蒸汽返回至所述固定床气化炉，将所述降温烟气供给至所述气体预热器对冷气体进行预热处理，得到预热气体和烟气尾气；

(8)将所述预热气体返回至所述固定床气化炉，所述烟气尾气进入尾气处理系统。

根据本发明上述实施例的有机固废气化焚烧方法，与现有技术中的直接气化焚烧相比，本发明将有机固废的气化过程和燃气焚烧过程分开，可在气化过程中控制焦油的生成，有效避免焦油直接燃烧带来的环境危害，降低后续烟气处理的成本；燃气在二燃室中燃烧产生的高温烟气在余热锅炉中进行余热回收利用，产生的水蒸汽返回至气化炉中作为气化剂，从而降低了热空气和水蒸汽的制备成本；将经过余热锅炉初步降温的烟气供给至气体预热器，初步降温的烟气与冷气体进行热交换使冷气体变成预热气体，预热气体返回至气化炉中，从而有效提高了气化效率以及热量综合利用效率。

另外，根据本发明上述实施例的有机固废气化方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述预热气体选自二氧化碳、空气和富氧中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述反应区炉体内存在压力，压力范围为0～20.0kPa。由此，通过控制炉内维持正压状态避免负压运行过程中的安全隐患，同时炉内为正压反应条件时，较负压状态相比气化反应速率更快，气化炉处理量更大。

在本发明的一些实施例中，所述气化剂包括水蒸气、二氧化碳、空气、富氧(氧气浓度21v％～100v％)中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述气化剂为水蒸气和富氧的混合气，所述水蒸气的质量与所述富氧中氧气的体积之比为0～8.0kg/Nm³，由此，可以使不同灰熔点的物料气化温度维持在灰渣的软化点温度以下，防止灰渣结渣影响气化炉正常运行。

在本发明的一些实施例中，所述气化剂为水蒸气和空气的混合气，所述气化剂的温度为40～70℃，由此，可以使空气带入适量的水蒸汽进入气化炉的氧化还原层发生碳与水蒸汽的水煤气反应，生成一氧化碳和氢气。

在本发明的一些实施例中，所述气化剂为二氧化碳和富氧的混合气，所述二氧化碳的质量与所述富氧中氧气的体积之比为0～19.5kg/Nm³。由此，可以使二氧化碳和碳发生还原反应生成一氧化碳，并吸收反应层热量，使反应层温度维持在合理范围内，保持煤气品质及灰渣不结渣。

在本发明的一些实施例中，所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口的进气量为所述气化剂总进气量的30％～90％，其中，所述炉顶气化剂进气口的进气量为所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口总进气量的70％～90％，所述中段气化剂进气口的进气量为所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口总进气量的10％～30％所述炉底气化剂进气口的进气量为所述气化剂总进气量的10％～70％。由此，通过控制气化炉各进气口的进气量在上述范围内，可以使上氧化层中产生焦油的挥发分直接被气化剂中的氧气氧化成煤气，避免焦油的产生，同时下氧化层中的碳被气化剂中的氧气氧化生成煤气。

在本发明的一些实施例中，所述干燥层的温度为20～200℃，所述干馏层的温度为200～600℃，所述上氧化层的温度为600～1200℃，所述还原层的温度为600～1100℃，所述下氧化层的温度为600～1100℃，所述灰渣层的温度为200～600℃。由此，通过控制气化炉中各反应区域的温度在上述范围内，可以使氧化层反应层维持合理的反应温度，保证煤气品质，同时使灰渣反应温度低于软化点，不发生结渣。

另外，需要说明的是，本发明中针对有机固废气化焚烧系统所描述的全部特征和优点，同样适用于该有机固废气化方法，在此不再一一赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例1的固定床气化炉的结构示意图。

图2是根据本发明实施例1的固定床气化炉中的排渣装置的主视图。

图3是根据本发明实施例1的固定床气化炉中的排渣装置的俯视图。

图4是根据本发明实施例2的固定床气化炉的结构示意图。

图5是根据本发明实施例3的固定床气化炉的结构示意图。

图6是根据本发明实施例4的有机固废气化焚烧系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种有机固废气化焚烧系统，所述系统包括固定床气化炉、二燃室、余热锅炉和气体预热器。根据本发明的实施例，所述固定床气化炉包括进料装置、反应区炉体、炉顶气化剂进气口、中段气化剂进气口、炉底气化剂进气口、煤气出气口和排渣装置。

根据本发明的实施例，所述进料装置用于向反应区炉体供给有机固废。其中，进料装置可以包括至少一个进料通道，每个进料通道由上到下依次布置有进料口、进料缓冲仓上阀、进料缓冲仓、进料缓冲仓下阀和惰性气体吹扫进气口，进料缓冲仓的侧部形成有进料缓冲仓充泄压口；其中，多个进料通道可以共用一个进料口，惰性气体吹扫进气口适于向进料装置下方吹扫惰性气体，进料缓冲仓充泄压口适于对进料缓冲仓进行充压或泄压，以方便有机固废进入缓冲仓或控制缓冲仓内压力与反应区炉体内的压力一致从而方便有机固废进入反应区炉体的炉腔；另外，进料缓冲仓上阀和进料缓冲仓下阀可交替使用，当有机固废进入进料缓冲仓时，可使进料缓冲仓上阀打开，进料缓冲仓下阀关闭；当进料缓冲仓中的有机固废供给至反应区炉体的炉腔时，可使进料缓冲仓上阀关闭，进料缓冲仓下阀打开。

根据本发明的一个具体实施例，在单通道进料装置中，进料口可以为上宽下窄的圆锥形进料口，下部焊接有圆形法兰。进料口下部为进料缓冲仓上阀，通过法兰进行连接，进料缓冲仓上阀下部炉体为进料缓冲仓，进料缓冲仓下部为进料缓冲仓下阀，进料缓冲仓上阀、进料缓冲仓、进料缓冲仓下阀之间通过法兰连接，进料缓冲仓是上下窄中间宽的圆柱形结构，进料缓冲仓侧边设有进料缓冲仓充泄压口，进料缓冲仓充泄压口水平布置。

根据本发明的再一个具体实施例，发明人发现，气化炉通过加压气化的方法能够提高气化强度和气化效率，但是单位时间内物料的处理量受限于进料口阀门直径以及间歇式的充泄压，无法实现处理量的提升，同时单通道进料充泄压过程会带来大量含尘烟气通过充泄压口排出，为此，可以优选进料装置包括两个进料通道a和b，两个进料通道a和b的进料缓冲仓之间可以设有连通阀门，在双通道进料装置中，进料缓冲仓为两个，对应的进料缓冲仓上阀、进料缓冲仓下阀和惰性气体吹扫进气口均有两个，进料口底部有两个圆锥形出料口，分别与两个进料缓冲仓上阀通过法兰进行连接，进料缓冲仓下阀下部为进料缓冲仓，通过法兰进行连接，进料缓冲仓之间存在进料缓冲仓气体通道，并通过连通阀门控制开闭；两个进料缓冲仓侧边各有一个进料缓冲仓充泄压口；进料缓冲仓下部为进料缓冲仓下阀通过法兰进行连接；进料缓冲仓下阀为接入过渡仓的通道，惰性气体吹扫进气口位于进料缓冲仓下阀下部通道上，水平布置。通过连通阀门和两个进料通道中进料缓冲仓上阀、进料缓冲仓下阀的组合使用，不仅可以解决单通道进料充泄压过程会带来大量含尘烟气的问题，还可以提高单位时间内供给至炉腔中的有机固废供给量，解决进料量受限的问题。

根据本发明的实施例，所述反应区炉体设置在所述进料装置下方，所述反应区炉体包括上段炉体和下段炉体，所述上段炉体的外径小于所述下段炉体的内径，所述上段炉体部分套设在所述下段炉体内，所述上段炉体与所述下段炉体重合的部分形成外延环形空腔，所述外延环形空腔顶部设有密封件；所述下段炉体内的底部设有炉篦。所述炉顶气化剂进气口设置在所述上段炉体的顶部和/或上部上，并延伸至所述上段炉体内；所述中段气化剂进气口设置在所述炉顶气化剂进气口下方，所述中段气化剂进气口设置在所述上段炉体的侧壁上，并延伸至所述上段炉体内；所述炉底气化剂进气口与所述炉篦的下部连通；所述煤气出气口设置在所述外延环形空腔对应的所述下段炉体的侧壁上，所述煤气出气口与所述外延环形空腔连通。由此，通过炉顶气化剂进气口、中段气化剂进气口和炉底气化剂进气口的设置，可实现气化剂多级供应，进而可通过精准稳定的多级氧化实现氧化层的稳定控制，使燃气中的焦油充分裂解，从而既提高了获得的煤气的品质，又保证了灰渣较低的含碳量。同时，可通过调节不同位置气化剂的供应量、中段气化剂进气口的位置来应对不同挥发份含量和固定碳含量的含碳有机固体的气化需求。另外，采用外延出气的方式减少了炉内高温区构件，避免了结渣问题发生，同时竖直向上的外延外延环形空腔能有效减少燃气中颗粒物。而且，上段顺流和下段逆流的气体流动方式能够避免传统逆流式气化炉顶部进料口燃气泄漏造成的环境污染。

根据本发明的实施例，下段炉体内径超出上段炉体外径的部分设置有外延环形空腔和煤气出气口，外延环形空腔位于上段炉体膜式水冷壁外和下段炉体内径超出上段炉体顶部区域，外延环形空腔外采用耐火砖材料进行隔热，煤气出气口位于外延环形空腔顶部水平放置。

根据本发明的实施例，可以利用炉顶气化剂进气口、中段气化剂进气口和炉底气化剂进气口向反应区炉体供给气化剂，将反应区炉体由上至下分为干燥层、干馏层、上氧化层、还原层、下氧化层和灰渣层，使有机固废发生气化反应，得到可燃气和灰渣，可燃气通过煤气出气口排出反应区炉体，其中，可燃气可以为煤气。

根据本发明的一个具体实施例，所述炉顶气化剂进气口6为多个，多个所述炉顶气化剂进气口沿所述反应区炉体的周向水平均匀布置。由此，多个炉顶气化剂进气口环形均匀布置，通过多个炉顶气化剂进气口和炉顶内空腔区实现均匀布风。

根据本发明的再一个具体实施例，所述中段气化剂进气口为多个，多个所述中段气化剂进气口沿所述反应区炉体的周向对称设置，由此实现均匀布风。

根据本发明的实施例，所述炉底气化剂进气口与所述炉篦的下部连通。炉底气化剂进气口通过位于下方管道与外部气源连接，炉篦上分布有布风口实现炉底进风的均匀布风，所通气体为水蒸气、二氧化碳、空气、富氧(氧气浓度21％～100％)以及这四种气体不同比例的混合气体。

所述外延环形空腔的高度为所述反应区炉体总高度的10％～30％，由此，可以保证外延环形空腔具有足够的高度，进一步有利于对可燃气产品进行降温，并给可燃气中的颗粒物提供了充足的沉降空间，减少可燃气中的颗粒物。

在本发明的实施例中，上述上段炉体的内径以及下段炉体的内径的具体数值并不受特别限制，本领域人员可根据实际情况随意选择，作为一种优选的方案，所述上段炉体的内径为0.3～8.0m，所述下段炉体的内径为0.4～8.0m。

根据本发明的一个具体实施例，所述外延环形空腔的宽度与反应区炉体内径的比值为(0.1～0.3):1，例如0.1:1、0.2:1、0.3:1等。发明人发现，若外延环形空腔的宽度过大，会降低炉内的反应空间，导致气化炉处理能力显著降低，而若外延环形空腔的宽度过小，既不利于颗粒物的沉降，也不利于工作人员对外延环形空腔进行检修，而通过控制外延环形空腔为上述宽度范围，既能同时兼顾气化炉的处理能力与燃气中颗粒物的沉降效果，避免出现因气流量较大时灰渣上浮影响燃气品质的问题，还便于实现外延环形空腔的安装及检修。需要说明的是，所述外延环形空腔的宽度指的是单侧外延环形空腔水平方向的宽度。

根据本发明的再一个具体实施例，所述上段炉体的高度为所述反应区炉体总高度的40％～80％，例如40％、60％、80％等。由此，高挥发分物料经过裂解产生的大分子有机物在较高的料层内停留时间长，大分子有机物裂解成无机的小分子的几率提高，最大程度地减少了煤气中的焦油，从而提高了煤气洁净程度。

根据本发明的再一个具体实施例，所述上段炉体距所述炉篦的高度为所述反应区炉体总高度的20％～60％，例如20％、40％、60％等，由此，使氧化层产生的二氧化碳与还原段的碳层反应生成所需要的一氧化碳，上段炉体与炉篦之间的距离设置为上述范围，可以使二氧化碳和碳层具有合理的反应接触时间。

根据本发明的再一个具体实施例，所述上段炉体和所述下段炉体的外侧为膜式水冷壁，所述膜式水冷壁可以为列管式或盘管式，也可以替换为水夹套。上段炉体、下段炉体和膜式水冷壁通过法兰固定。由此，通过膜式水冷壁降低炉体向外辐射热量同时有效避免炉内因为高温产生的结渣现象，还能使煤气出气口燃气温度降低，同时较传统采用水夹套的方式可以有效避免鼓包问题。

根据本发明的实施例，排渣装置可以设在反应区炉体的下方或侧下方，用于通过中心排渣或侧排渣的方式将灰渣排出反应区炉体，排渣装置也可以设置在水中且位于反应区炉体的下方。

根据本发明的实施例，炉篦可以是可旋转设置，炉篦上可以形成有布风口，由此可进一步实现炉底进风的均匀布风。

根据本发明的一个具体实施例，炉篦下端设有炉底气化剂进气口与炉篦连通，炉篦正下方或侧下方为排灰通道，炉底气化剂进气口通过位于正下方或侧下方的管道与外部气源连接；炉篦上可焊接有刮刀对灰渣进行破碎，炉篦上分布有布气口实现炉底气化剂的均匀布气，所通气化剂为水蒸气、二氧化碳、空气、富氧(氧气浓度21～100v％)以及这四种气体不同比例的混合气体。

根据本发明的一个具体实施例，排渣方式可以为中心排渣，此时下段炉体的下部可以呈倒锥形结构，下段炉体上与炉篦对应的区域可以设有用于破碎灰渣的刮刀，倒锥形结构的底部形成有出渣口，出渣口与排渣装置相连，由此，炉篦可以通过电机带动旋转，将上方灰渣层的炉渣由刮刀实现炉渣的破碎，避免大块的炉渣堵塞，炉渣由炉篦破碎后沿下方的中心通过炉篦下方的中心出渣口在重力作用下进入排渣装置。

根据本发明的再一个具体实施例，排渣方式可以为侧排渣，炉篦上可以设有用于破碎灰渣的刮刀，下段炉体下部的侧壁上可以形成有出渣口，出渣口与排渣装置相连。由此，炉篦可通过电机带动旋转，炉篦上带有的刮刀可以实现炉渣的破碎，避免大块的炉渣堵塞，灰渣由炉篦破碎后通过侧方的出渣口通过旋转挤压进入排渣装置。

根据本发明的又一个具体实施例，排渣装置由上至下可以依次包括渣仓上阀、渣仓和渣仓下阀，渣仓的侧部可以设有渣仓充泄压口。其中，反应器炉体出渣口下方为渣仓上阀，炉体底部与渣仓通过法兰连接，渣仓上阀和渣仓之间通过法兰连接，渣仓为上下窄中间宽的圆柱形结构，用于对灰渣进行收集，渣仓下阀与渣仓通过法兰连接。

根据本发明的又一个具体实施例，排渣方式可以为湿法排渣，炉篦偏心布置在灰盘上，灰盘与碎渣圈共同组成灰盘水封，同时还有灰刀焊接在炉体及碎渣圈上，旋转过程对灰渣进行破碎并进行排渣。具体地，参考附图2和3，所述排渣装置设置在水中且位于所述下段炉体的下方，所述排渣装置包括灰盘1-13、碎渣圈1-19、炉篦支撑件1-21和第一灰刀1-20，所述灰盘1-13设置在所述炉篦1-12的下方，所述碎渣圈1-19呈环状与上部膜式壁焊接在一起且套设在所述灰盘1-13内，所述炉篦支撑件1-21设置在所述炉篦1-12的下方且位于所述碎渣圈1-19内，所述第一灰刀1-20设置所述灰盘的内侧壁上，所述第一灰刀1-20呈犁形。进一步地，参考附图2和3，所述排渣装置还包括第二灰刀1-22和破渣块1-23，所述第二灰刀1-22设置在所述炉篦支撑件1-21的底部，所述破渣块1-23设置在所述炉篦支撑件1-21的侧壁上，由此，更好地破碎灰渣。需要说明的是，所述第一灰刀指的是大灰刀，所述第二灰刀指的是小灰刀。具体地，灰渣由反应区炉体排出进入灰盘1-13中，灰盘1-13中的灰渣在碎渣圈1-19、炉篦支撑件1-21、第二灰刀1-22以及破渣块1-23的挤压作用下同时伴随着炉篦支撑件1-21的旋转对灰渣进行破碎，破碎的灰渣沿着第一灰刀的方向排出所述灰盘。由此，灰盘与碎渣圈共同组成灰盘水封，由于炉内存在一定压力，把灰盘内的水挤压到一定高度实现有压液封，当炉内压力过大时气体会从水中冒出从而安全泄压，采用灰盘液封湿法排渣的方式能够有效的控制炉内的正压状态，降低气化炉的安全隐患。

进一步地，所述气化炉还包括气化剂分布调节器，所述气化剂分布调节器可上下移动地设置在所述炉底气化剂进气口的出口端，且位于所述炉篦内，通过气化剂分布调节器的上下移动来调节炉篦内气化剂分布，更好地适应炉底气化剂进气口小流量情况下的均匀布气。

进一步地，所述气化炉还包括布料装置，所述布料装置设置在所述上段炉体内的上方。由此，布料装置实现物料在干燥层的均匀布料。

根据本发明的实施例，二燃室，所述二燃室具有煤气进气口和高温烟气出口，所述煤气进气口与所述煤气出气口相连。二燃室又被称为焚烧炉或热风炉，目的在于将有机固废气化后的燃气通入二燃室进行燃烧，产生热量和热烟气以供后续工艺使用。具体地，二燃室呈筒体结构，炉内内衬耐火砖。所述二燃室还具有设在所述煤气进气口下部的引风机进口，引风机进口与引风机(即过助燃鼓风机)相连，引风机可以在燃气热值不够时向二燃室内补充助燃剂(空气或氧气)。

根据本发明的实施例，余热锅炉，所述余热锅炉具有高温烟气进口、过热蒸汽出口和降温烟气出口，所述高温烟气进口和所述高温烟气出口相连，所述过热蒸汽出口与所述固定床气化炉的进气口相连。具体地，余热锅炉包括炉膛内的过热器、蒸发器、省煤器和汽包，高温烟气依次通过炉膛内的过热器、蒸发器、省煤器和汽包；水在省煤器内吸收热量升温到略低于汽包压力下的饱和温度后进入汽包，进入汽包的水与汽包内的饱和水混合后沿下降管进入蒸发器中开始产汽，汽水混合物通过上升管进入到汽包中汽水分离，水在汽包内水空间进入下降管继续吸热产汽，而蒸汽从汽包上部进入过热器使得饱和蒸汽变成过热蒸汽。余热锅炉的具体结构属于本领域的公知常识，在此不再赘述。

根据本发明的实施例，气体预热器，所述气体预热器具有降温烟气进口、冷气体进口、预热气体出口和尾气出口，所述降温烟气进口与所述降温烟气出口相连，所述预热气体出口与所述固定床气化炉的进气口相连。进一步地，所述气体预热器为箱式列管结构，余热锅炉余热回收后的降温烟气走管程，冷气体经过气体鼓风机进入到气体预热器中的壳程，烟气与冷气体进行热量交换之后，预热气体随着管道输送至气化炉中。进一步地，气体预热器上方设置空气泄气阀，在空气或热空气超负荷或者温度过高时，紧急释放壳程中的空气。

与现有技术相比，本发明实施例的有机固废气化焚烧系统具有的优点主要体现在：1)通过炉顶进气口、中段气化剂进气口和炉底气化剂进气口实现气化剂的多级供应，通过精准稳定的多级氧化实现氧化层的稳定控制，从而使燃气中的焦油充分裂解提高可燃气品质，同时又保证了炉渣较低的含碳量；2)通过调节不同位置气化剂供应量以及中段气化剂进气口位置可以应对不同挥发份含量和固定碳含量的含碳有机固体的气化需求；3)气化剂分布调节器能够更好的适应炉底气化剂进气口小流量情况下的均匀布气；4)上段顺流和下段逆流的气体流动方式能够避免顶部进料口燃气泄漏，采用外延出气的方式减少了炉内高温区构件，避免了结渣问题的发生，同时竖直向上的外延外延环形空腔能减少燃气中颗粒物；5)炉内为正压反应条件，较负压状态相比，气化反应速率更快，气化炉处理量更大；6)采用灰盘液封湿法排渣的方式能够有效地控制炉内的正压状态，降低气化炉的安全隐患；7)膜式水冷壁用于炉体降温，使运行更稳定，避免出现水夹套的鼓包现象；8)吹扫进气口、进料缓冲仓和渣仓的充卸压设计能够有效保证气化炉运行的安全性；9)与现有技术中的直接气化焚烧相比，本发明将有机固废的气化过程和燃气焚烧过程分开，可在气化过程中控制焦油的生成，有效避免焦油直接燃烧带来的环境危害，降低后续烟气处理的成本；10)燃气在二燃室中燃烧产生的高温烟气在余热锅炉中进行余热回收利用，产生的水蒸汽返回至气化炉中作为气化剂，从而降低了热空气和水蒸汽的制备成本；11)将经过余热锅炉初步降温的烟气供给至气体预热器，初步降温的烟气与冷气体进行热交换使冷气体变成预热气体，预热气体返回至气化炉中，从而有效提高了气化效率以及热量综合利用效率。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种采用上述实施例的有机固废气化焚烧系统进行气化焚烧的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)通过进料装置向反应区炉体供给有机固废，通过惰性气体吹扫进气口向进料装置下方吹扫惰性保护气体。

(2)通过炉顶气化剂进气口、中段气化剂进气口和炉底气化剂进气口向所述反应区炉体供给气化剂，所述反应区炉体包括自上至下依次设置的干燥层、干馏层、上氧化层、还原层、下氧化层和灰渣层。

在该步骤中，通过鼓风机把气化剂输送进入炉内，使炉内变为正压状态，上述反应区炉体所述反应区炉体内的压力为0～20.0kPa(例如0.1kPa、1kPa、4kPa、8kPa、12kPa、14kPa、20kPa等)，进气口的气化剂压力为0-20kPa，所述压力为压力仪表测量得到的表压。由此，通过控制炉内维持正压状态，避免负压运行过程中的安全隐患，同时炉内为正压反应条件时，较负压状态相比气化反应速率更快，气化炉处理量更大。

进一步地，所述气化剂包括水蒸气、二氧化碳、空气、富氧(氧气浓度21v％～100v％)中的至少之一。

进一步地，所述气化剂为水蒸气和富氧的混合气，所述水蒸气的质量与所述富氧中氧气的体积之比为0～8.0kg/Nm³，例如0.1kg/Nm³、1.0kg/Nm³、3.0kg/Nm³、5.0kg/Nm³、7.0kg/Nm³、8.0kg/Nm³等。发明人发现，当气化剂采用水蒸气和富氧的混合气时，通过控制水蒸气的质量与富氧中氧气的体积之比在上述范围，可以使不同灰熔点的物料气化温度维持在灰渣的软化点温度以下，防止灰渣结渣影响气化炉正常运行。优选地，水蒸气的质量与富氧中氧气的体积之比设置为1.0～6.0kg/Nm³。如果水蒸气的质量与富氧中氧气的体积之比过大，则可能使气化反应温度降低，造成煤气中有效组分一氧化碳和氢气等组分含量降低，煤气热值降低。如果水蒸气的质量与富氧中氧气的体积之比过小，则可能使气化反应温度升高使氧化层温度高于灰渣的软化点温度，使灰渣结渣气化炉不能正常运行。

进一步地，所述气化剂为水蒸气和空气的混合气，所述气化剂的温度为40～70℃，例如40℃、50℃、60℃、70℃等。发明人发现，当气化剂采用水蒸气和空气的混合气时，通过控制气化剂的温度在上述范围，可以使空气带入适量的水蒸汽进入气化炉的氧化还原层发生碳与水蒸汽的水煤气反应，生成一氧化碳和氢气。如果气化剂的温度过低，则可能带入的水蒸汽量较少，使氧化层温度过高，若高于灰渣的软化点温度，会造成严重的结渣现象，影响气化炉正常运行；如果气化剂的温度过高，则可能带入的水蒸汽量过多，反应温度过低，导致煤气品质降低。

进一步地，所述气化剂为二氧化碳和富氧的混合气，所述二氧化碳的质量与所述富氧中氧气的体积之比为0～19.5kg/Nm³，例如0.10kg/Nm³、1.0kg/Nm³、3.0kg/Nm³、5.0kg/Nm³、8.0kg/Nm³、10.0kg/Nm³、13.0kg/Nm³、16.0kg/Nm³、19.5.0kg/Nm³等，由此，可以使二氧化碳和碳发生还原反应生成一氧化碳，并吸收反应层热量，使反应层温度维持在合理范围内，保持煤气品质及灰渣不结渣。优选地，二氧化碳的质量与富氧中氧气的体积之比设置为1.0～15.0kg/Nm³。发明人发现，如果二氧化碳的质量与富氧中氧气的体积之比过大，则可能导致反应层温度降低过大，从而导致煤气品质较差。

进一步地，所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口的进气量为所述气化剂总进气量的30％～90％(例如30％、50％、70％、90％等)，其中，所述炉顶气化剂进气口的进气量为所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口总进气量的70％～90％(例如70％、80％、90％等)，所述中段气化剂进气口的进气量为所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口总进气量的10％～30％(例如10％、20％、30％等)；所述炉底气化剂进气口的进气量为所述气化剂总进气量的10％～70％(例如10％、30％、50％、70％等)。由此，通过控制气化炉各进气口的进气量在上述范围内，可以使上氧化层中产生焦油的挥发分直接被气化剂中的氧气氧化成煤气，避免焦油的产生，同时下氧化层中的碳被气化剂中的氧气氧化生成煤气。

进一步地，所述干燥层的温度为20～200℃(例如20℃、60℃、100℃、140℃、180℃、200℃等)，所述干馏层的温度为200～600℃(例如200℃、300℃、400℃、500℃、600℃等)，所述上氧化层的温度为600～1200℃(例如600℃、800℃、1000℃、1200℃等)，所述还原层的温度为600～1100℃(例如600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃等)，所述下氧化层的温度为600～1100℃(例如600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃等)，所述灰渣层的温度为200～600℃(例如200℃、300℃、400℃、500℃、600℃等)。由此，通过控制气化炉中各反应区域的温度在上述范围，可以使氧化层反应层维持合理的反应温度，保证煤气品质，同时使灰渣反应温度低于软化点，不发生结渣。

(3)使所述有机固废发生气化反应，得到可燃气和灰渣，将所述可燃气通过煤气出气口排出所述反应区炉体。

(4)利用排渣装置将所述灰渣排出所述反应区炉体。

(5)将所述可燃气供给至二燃室进行燃烧处理，得到高温烟气。

(6)将所述高温烟气供给至余热锅炉进行换热处理，得到降温烟气和过热蒸汽。

在该步骤中，高温烟气依次通过炉膛内的过热器、蒸发器、省煤器和汽包；水在省煤器内吸收热量升温到略低于汽包压力下的饱和温度后进入汽包，进入汽包的水与汽包内的饱和水混合后沿下降管进入蒸发器中开始产汽，汽水混合物通过上升管进入到汽包中进行汽水分离，水在汽包内水空间进入下降管继续吸热产汽，而蒸汽从汽包上部进入过热器使得饱和蒸汽变成过热蒸汽。

(7)将所述过热蒸汽返回至所述固定床气化炉，将所述降温烟气供给至所述气体预热器对冷气体进行预热处理，得到预热气体和烟气尾气。

在该步骤中，余热锅炉余热回收后的降温烟气走管程，冷气体经过气体鼓风机进入到气体预热器中的壳程，烟气与冷气体进行热量交换之后，预热气体随着管道输送至气化炉中。进一步地，所述预热气体选自二氧化碳、空气和富氧中的至少之一。

在该步骤中，降温烟气经过气体预热器处理后，得到的烟气尾气通过尾气出口进入到尾气处理系统，经过过滤、吸附、酸洗、除尘等尾气处理过程后引入至烟囱中，达标后排放。

需要说明的是，如果从气体预热器中返回的预热气体和/或从余热锅炉返回的过热蒸汽无法满足固定床气化炉的需要，则从别的途径另外补充预热气体和/或过热蒸汽。

在本发明的实施案例中并没有具体介绍尾气处理系统，原因在于应用于有机固体废弃物热解气化或气化焚烧的尾气处理技术已经比较成熟，烟气处理量合适的净化装备可直接应用在本发明提及的尾气处理系统，在此不再赘述。

另外，需要说明的是，本发明实施案例中提到的有机固体废弃物包括但不限于城市源有机固废(生活垃圾、市政污泥、园林绿化废物等)、农业源有机固废(作物秸秆、畜禽粪便等)、工业源有机固废(有机废渣、汽车拆解废物等)、有机危险废物、医疗垃圾等。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

本实施例的固定床气化炉采用单通道进料和湿法排渣设计，其结构如图1-3所示，1-1-进料口，1-2-进料缓冲仓上阀，1-3-进料缓冲仓，1-4-进料缓冲仓下阀，1-5-进料缓冲仓充泄压口，1-6-炉顶气化剂进气口，1-7-布料装置，1-8-上段炉体，1-9-下段炉体，1-10-煤气出气口，1-11-膜式水冷壁，1-12-炉篦，1-13-灰盘，1-14-炉底气化剂进气口，1-15-外延环形空腔，1-16-气化剂分布调节器，1-17-中段气化剂进气口，1-18-惰性气体吹扫进气口，1-19-碎渣圈，1-20-第一灰刀，1-21-炉篦支撑件，1-22-第二灰刀，1-23-破渣块。

(1)进料

本发明的有机固废气化炉为进料装置、气化装置和排渣装置三部分构成。进料装置由进料口1-1、进料缓冲仓上阀1-2、进料缓冲仓1-3、进料缓冲仓下阀1-4和进料缓冲仓充泄压口1-5、惰性气体吹扫进气口1-18构成。进料口1-1位于气化炉最顶端，与进料缓冲仓1-3之间安装有进料缓冲仓上阀1-2，并通过法兰连接。进料缓冲仓1-3和上段炉体1-8之间安装有进料缓冲仓下阀1-4，并通过法兰连接，进料缓冲仓1-3侧边设有水平布置的进料缓冲仓充泄压口1-5。物料从进料口1-1进入气化炉，此时炉内存在一定压力，进料缓冲仓下阀1-4保持密闭状态，打开进料缓冲仓上阀1-2使进料口中的物料进入到进料缓冲仓1-3中，进料缓冲仓1-3处于常压状态，待进料缓冲仓1-3中加入物料后关闭进料缓冲仓上阀1-2，实现进料缓冲仓1-3的密封，此时通过进料缓冲仓充泄压口1-5进行充压，使进料缓冲仓1-3中压力与反应炉内压力一致，通过进料缓冲仓下阀1-4下部的惰性气体吹扫进气口1-18通入氮气、水蒸气或二氧化碳，使进料缓冲仓下阀1-4下部气氛为不可燃气体，打开进料缓冲仓下阀1-4，使进料缓冲仓1-3内物料在重力作用下进入上段炉体1-8进行气化。进料缓冲仓1-3内物料完全进入上段炉体1-8后关闭进料缓冲仓下阀1-4，通过进料缓冲仓充泄压口1-5进行泄压，达到常压状态，打开进料缓冲仓上阀1-2开启新一轮进料。

(2)进气

炉体内设有三处气化剂进气口，一是炉顶气化剂进气口1-6，位于惰性气体吹扫进气口1-18下方上段炉体1-8的顶部与上段炉体1-8连通，沿周向对称设置有多个，通过对称布置实现顶部均匀布风。二是中段气化剂进气口1-17位于上段炉体1-8中段位置，沿周向水平布置，与上段炉体1-8连通。三为炉底气化剂进气口1-14，该进气口与底部炉篦1-12连通，通过炉篦12的布气口实现底部均匀布风，炉篦1-12内部布置有气化剂分布调节器1-16。上段炉体1-8顶部侧边均匀布置的沿周向进气口1-6和炉篦1-12的均匀布风能够确保物料在气化反应区内形成均匀稳定的反应层，避免出现不均匀反应的现象。中段气化剂进气口1-17用于控制上氧化层位置，避免出现上氧化层过高或者过低问题，当气化原料为低热值或固定碳含量较低时，炉底气化剂进气口1-14气化剂供入量需求量较少，通过降低调节气化剂分布调节器1-16的高度，实现小流量的均匀布气。三个气化剂进气口通入的气化剂为空气+水蒸气。

(3)气化过程

本发明的有机固废气化炉气化反应区域主要位于上段炉体1-8和下段炉体1-9内，自上而下可以分为干燥层、干馏层、上氧化层、还原层、下氧化层、灰渣层。干燥层、干馏层、上氧化层位于上段炉体1-8内，下氧化层、灰渣层位于下段炉体1-9内，还原层位于上段炉体1-8和下段炉体1-9交界处。物料从进料缓冲仓1-3进入上段炉体1-8内，由布料装置1-7实现物料在干燥层的均匀布料，干燥层温度在20～200℃范围内，物料中的水分受热蒸发进入到气相，经过干燥的物料进入干馏层释放挥发分，生成焦油和焦炭，干馏层的温度在200～600℃范围。焦油和焦炭进入到上氧化层内，焦油和焦炭与气化剂中的氧气发生氧化反应释放热量使上氧化层温度能达到600～1200℃，同时部分焦油也在高温区发生裂解，焦炭由于气固接触较不充分仅部分发生氧化反应，以焦炭为主的物料重力作用下进入到还原层，上氧化层氧化生成的二氧化碳、水与还原层的焦炭发生气化反应，从而提高产气品质。还原层未反应完的焦炭进入到下氧化层与炉底气化剂进气口1-14通入的气化剂发生进一步氧化反应释放热量。还原层的热量来源于上氧化层和下氧化层的热辐射，温度范围在600～1100℃之间，下氧化层的温度范围在600～1100℃内。焦炭在下氧化层发生完全氧化反应后变为灰渣进入炉篦1-12上方的灰渣层，灰渣层温度范围在200～600℃内。炉底气化剂进气口通入的气化剂经由炉篦补气孔进入灰渣层与灰渣进行换热实现气化剂的加热以及灰渣的冷却。

(4)排渣

炉篦1-12和灰盘1-13可以通过电机带动旋转，灰盘1-13与碎渣圈1-19共同组成灰盘水封，由于炉内存在一定压力，把灰盘1-13内的水挤压到一定高度实现有压液封，当炉内压力过大时气体会从水中冒出从而安全泄压，避免炉内压强过大产生爆炸的安全隐患。固定不动的大灰刀焊接在炉体及碎渣圈上，下端插入灰盘水中，通过炉篦1-12、灰盘1-13的旋转以及碎渣圈和灰刀实现灰渣的破碎以及排出，灰渣通过灰刀对应的通道排出收集。

(5)出气

上段炉体1-8和下段炉体1-9外层为膜式水冷壁1-11，通过膜式水冷壁1-11避免炉体产生较高温度向外辐射热量同时有效避免炉壁因为高温产生的结渣现象，同时较传统采用水夹套的方式可以有效避免鼓包问题。下段炉体1-9顶部超出上段炉体1-8区域顶部安置有外延环形空腔1-15与下段炉体1-9连通，外延环形空腔1-15外为耐火砖材料，煤气出气口1-10位于外延环形空腔1-15顶部，水平放置，外延环形空腔1-15能够有效实现均匀出气，同时能够使燃气中的颗粒物实现沉降，减少燃气中的颗粒物。煤气出气口1-10对应的为还原层出气，由于在高温区没有安装套筒结构，避免了套筒产生结渣问题。最终由煤气出气口1-10得到低焦油、低颗粒物、高热值的可燃气。

以下为具体的气化炉运行实施案例：

该气化炉的炉底内径为3.6m，处理物料为生活垃圾，处理量为4100kg/h。主要操作条件及气化结果如下：

(1)物料工业分析如下表所示：

(2)操作条件：

气化压力：7kPa；

气化剂：空气+水蒸气；

空气量：4600Nm³/h；

水蒸气量：500kg/h。

(3)气化结果：

产气量：7200Nm³/h；

燃气组成：H₂：16.17％，CO：24.80％，CH₄：1.50％，CO₂：6.89％，N₂：50.44％，O₂：0.10％，C_nH_m：0.10％；

气化效率：69％；

灰渣含碳量：2.8％；

燃气焦油含量：<1g/Nm³。

实施例2

本实施例的固定床气化炉采用单通道进料和中心排渣设计，其结构如图4所示，2-1-进料口，2-2-进料缓冲仓上阀，2-3-进料缓冲仓，2-4-进料缓冲仓下阀，2-5-进料缓冲仓充泄压口，2-6-炉顶气化剂进气口，2-7-布料装置，2-8-上段炉体，2-9-下段炉体，2-10-中段气化剂进气口，2-11-煤气出气口，2-12-膜式水冷壁，2-13-外延环形空腔，2-14-炉篦，2-15-炉底气化剂进气口，2-16-气化剂分布调节器，2-17-惰性气体吹扫进气口，2-18-渣仓上阀，2-19-渣仓，2-20-渣仓下阀，2-21-渣仓充泄压口，2-22-刮刀。

(1)进料

基本流程同实施例1。

(2)气化剂进气

基本流程同实施例1。

(3)气化过程

本实施例的有机固废气化炉气化反应区域主要位于上段炉体2-8和下段炉体2-9内，自上而下可以分为干燥层、干馏层、上氧化层、还原层、下氧化层、灰渣层。干燥层、干馏层、上氧化层位于上段炉体内，下氧化层、灰渣层位于下段炉体内，还原层位于上段炉体2-8和下段炉体2-9交界处。物料从进料缓冲仓2-3进入上段炉体2-8内，由布料装置2-7实现物料在干燥层的均匀布料，干燥层温度在20～200℃范围内，物料中的水分受热蒸发进入到气相，经过干燥的物料进入干馏层释放挥发分，生成焦油和焦炭，干馏层的温度在200～600℃范围。焦油和焦炭进入到上氧化层内，焦油和焦炭与气化剂中的氧气发生氧化反应释放热量使上氧化层温度能达到600～1200℃，同时部分焦油也在高温区发生裂解，焦炭由于气固接触较不充分仅部分发生氧化反应，以焦炭为主的物料重力作用下进入到还原层，上氧化层氧化生成的二氧化碳、水与还原层的焦炭发生气化反应，从而提高产气品质。还原层未反应完的焦炭进入到下氧化层与炉底气化剂进气口2-15通入的气化剂发生进一步氧化反应释放热量。还原层的热量来源于上氧化层和下氧化层的热辐射，温度范围在600～1100℃之间，下氧化层的温度范围在600～1100℃内。焦炭在下氧化层发生完全氧化反应后变为灰渣进入炉篦2-14上方的灰渣层，灰渣层温度范围在200～600℃内，炉篦2-14通过电机带动旋转，将上方灰渣层的炉渣由刮刀2-22实现炉渣的破碎，避免大块的炉渣堵塞，炉渣通过炉篦2-14下方的收集口进入渣仓2-19。炉底气化剂进气口2-15通入的气化剂经由炉篦2-14布气孔进入灰渣层与灰渣进行换热实现气化剂的加热以及灰渣的冷却。

(4)排渣

渣仓2-19为交替排灰，渣仓下阀2-20为关闭状态，渣仓上阀2-18为打开状态，灰渣由炉篦2-14破碎后沿下方的中心收集口在重力作用下进入渣仓2-19，之后关闭渣仓上阀2-18，通过渣仓充泄压口2-21泄压使渣仓压力变为常压状态，打开渣仓下阀2-20，排出灰渣，之后关闭渣仓下阀2-20，通过渣仓充泄压口2-21进行充压，渣仓压力和炉内相同，之后打开渣仓上阀2-18使灰渣层的灰渣进入渣仓内开始新一轮排渣。

(5)出气

基本流程同实施例1。

实施例3

本实施例的固定床气化炉采用双通道进料和侧排渣设计，其结构如图5所示，3-1a、3-1b-进料缓冲仓上阀，3-2a、3-2b-进料缓冲仓充泄压口，3-3a、3-3b-进料缓冲仓，3-4a、3-4b-进料缓冲仓下阀，3-5a、3-5b-惰性气体吹扫进气口，3-6-进料口，3-7-过渡仓，3-8-炉顶气化剂进气口，3-9-布料装置，3-10-上段炉体，3-11-下段炉体，3-12-煤气出气口，3-13-膜式水冷壁，3-14-外延环形空腔，3-15-中段气化剂进气口，3-16-炉篦，3-17-炉底气化剂进气口，3-18-气化剂分布调节器，3-19-渣仓上阀，3-20-渣仓，3-21-渣仓下阀，3-22-渣仓充泄，3-23-进料缓冲仓连通阀门。

(1)进料

本实施例的固定床气化炉采用双通道进料设计。双通道进料工作流程为进料缓冲仓3-3a处于常压状态时，进料缓冲仓连通阀门3-23和进料缓冲仓下阀3-4a处于关闭状态，进料缓冲仓上阀3-1a处于打开状态，物料经由进料口3-6通过打开的进料缓冲仓上阀3-1a进入到进料缓冲仓3-3a中，之后关闭进料缓冲仓上阀3-1a，进料缓冲仓3-3a形成常压密闭空间。同时另一个进料缓冲仓3-3b已经装填好的物料，通过进料缓冲仓充泄压口3-2b使进料缓冲仓3-3b内的压力与炉内压力相同，通过进料缓冲仓下阀3-4b下部的惰性气体吹扫进气口3-5b通入氮气、水蒸气或二氧化碳，使进料缓冲仓下阀3-4b下部气氛为不可燃气体，打开进料缓冲仓下阀3-4b，物料经重力作用落入过渡仓3-7内，过渡仓3-7内的气体进入进料缓冲仓3-3b，然后关闭进料缓冲仓下阀3-4b，打开进料缓冲仓连通阀门3-23，使进料缓冲仓3-3b中的高压气体进入到进料缓冲仓3-3a，使两个进料缓冲仓的压力相同，此时关闭进料缓冲仓连通阀门3-23，没有物料的进料缓冲仓3-3b通过进料缓冲仓充泄压口3-2b进行泄压，使进料缓冲仓3-3b变为常压状态，然后打开进料缓冲仓上阀3-1b进行装料，有物料的进料缓冲仓3-3a通过进料缓冲仓充泄压口3-2a进行充压，使压力与炉内压力相同，通过进料缓冲仓下阀3-4a下部的惰性气体吹扫进气口3-5a通入氮气、水蒸气或二氧化碳，使进料缓冲仓下阀3-4a下部气氛为不可燃气体，之后打开进料缓冲仓下阀3-4a使物料在重力作用下进入过渡仓3-7，两个进料缓冲仓交替工作，可有效地提高充泄压效率，并减少泄压过程排出的含尘气体。

(2)气化剂进气

反应区炉体主要包括炉顶气化剂进气口3-8、布料装置3-9、上段炉体3-10、煤气出气口3-12、下段炉体3-11、炉篦3-16、炉底气化剂进气口3-17、膜式水冷壁3-13、气化剂分布调节器3-18、中段气化剂进气口3-15。炉顶气化剂进气口3-8位于过渡仓3-7侧边布置，沿周向对称设置有多个炉顶气化剂进气口3-8，在过渡仓3-7区域形成的空腔以及多个进气口从而实现顶部的均匀布风。中段气化剂进气口3-15位于炉体中段偏上位置，与上段炉体3-10连通沿周向水平布置，用于调控上氧化层位置，避免出现上氧化层过高或者过低问题。炉底气化剂进气口与底部炉篦3-16连通，通过炉篦3-16上的布气孔实现底部的均匀布风。当气化原料为低热值或固定碳含量较低时，炉底气化剂进气口3-17气化剂供入量需求量较少，通过降低调节气化剂分布调节器的高度，实现小流量的均匀布气。通过炉顶气化剂进气口3-8和炉底气化剂进气口3-17的均匀布风能够确保物料在气化反应区内形成均匀稳定的反应层，避免出现不均匀反应的现象。两个进气口通入的气化剂为空气+水蒸气。布料装置位于过渡仓3-7正下方的气化炉体上部，从过渡仓3-7落入炉内的物料通过布料装置实现炉内的均匀布料。炉体外层为膜式水冷壁3-13避免炉内高温向外界辐射，同时也避免炉内壁发生结渣现象，较传统采用水夹套的方式可以有效避免鼓包问题。

(3)气化过程

基本流程同实施例1。

(4)排渣

炉体下方的渣仓3-20为交替排灰，渣仓下阀3-21为关闭状态，渣仓上阀3-19为打开状态，灰渣由炉篦3-16破碎后通过侧方的排渣口通过旋转挤压进入渣仓，之后关闭渣仓上阀，通过渣仓充泄压口泄压，渣仓压力变为常压状态，打开渣仓下阀，排出灰渣，之后关闭渣仓下阀，通过渣仓充泄压口进行充压，渣仓压力和炉内相同，之后打开渣仓上阀使灰渣层的灰渣进入渣仓内开始新一轮排渣。

(5)出气

基本流程同实施例1。

实施例4

采用实施例1的固定床气化炉组建余热回收利用系统，其结构如图6所示。图6中：100-固定床气化炉，2-二燃室，21-助燃鼓风机，3-余热锅炉，31-汽包，32-水蒸汽泄气阀，301-水蒸汽管道，4-气体预热器，41-鼓风机，42-热空气泄气阀，401-热空气管道。

利用实施例1的固定床气化炉对有机固废进行加压气化，气化产生的高温可燃气从煤气出气口经烟道首先进入到二燃室2中，高温可燃气在二次助燃风的作用下实现完全燃烧，需要保证高温可燃气在二燃室2中高温燃烧的时间不低于2秒，从而使烟气中的二噁英等毒害物质在高温条件下分解。

将所述高温烟气供给至余热锅炉进行换热处理，高温烟气依次通过炉膛内的过热器(在图中未示出)、蒸发器(在图中未示出)、省煤器(在图中未示出)和汽包；水在省煤器内吸收热量升温到略低于汽包压力下的饱和温度后进入汽包，进入汽包的水与汽包内的饱和水混合后沿下降管进入蒸发器中开始产汽，汽水混合物通过上升管进入到汽包中进行汽水分离，水在汽包内水空间进入下降管继续吸热产汽，而蒸汽从汽包上部进入过热器使得饱和蒸汽变成过热蒸汽。产生的过热蒸汽通过水蒸汽管道301返回至气化炉炉膛内；烟气温度降低至310-350℃左右后进入到气体预热器4中。

初步降温后的烟气立即进入烟道末端的气体预热器4中，通过热量交换来加热空气鼓风机41带入到气体预热器4的空气，余热锅炉余热回收后的降温烟气走管程，冷空气走壳程，热烟气与冷空气进行热量交换之后，预热空气经过热空气管道401返回到固定床气化炉100中。降温烟气经过气体预热器处理后，得到的烟气尾气通过尾气出口进入到尾气处理系统，经过过滤、吸附、酸洗、除尘等尾气处理过程后引入至烟囱中，达标后排放。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种有机固废气化焚烧系统，其特征在于，包括：固定床气化炉、二燃室、余热锅炉和气体预热器；

所述炉底气化剂进气口与所述炉篦的下部连通；

所述排渣装置设在所述下段炉体的下方或侧下方；

2.根据权利要求1所述的有机固废气化焚烧系统，其特征在于，所述进料装置包括至少一个进料通道，每个所述进料通道由上到下依次布置有进料口、进料缓冲仓上阀、进料缓冲仓、进料缓冲仓下阀和惰性气体吹扫进气口，所述进料缓冲仓的侧部设置有进料缓冲仓充泄压口；

所述上段炉体的顶部通过过渡仓与所述进料装置相连，所述过渡仓与所述反应区炉体的炉腔连通且所述过渡仓的侧壁上布置有所述炉顶气化剂进气口；

任选地，所述进料装置包括两个所述进料通道，两个所述进料通道的进料缓冲仓之间设有连通阀门；所述进料通道的出料端与所述过渡仓连通且位于所述炉顶气化剂进气口的上方。

3.根据权利要求1所述的有机固废气化焚烧系统，其特征在于，所述排渣装置具有以下其中之一的结构：

(1)所述排渣装置由上至下依次包括渣仓上阀、渣仓、渣仓下阀、所述渣仓的侧部设有渣仓充泄压口；

任选地，所述下段炉体的下部呈倒锥形，所述下段炉体的底部设有出渣口，所述排渣装置设在所述下段炉体的下方，且与所述出渣口相连；

任选地，所述下段炉体的下部侧壁设有出渣口，所述排渣装置设在所述下段炉体的侧下方，且与所述出渣口相连；

任选地，所述炉篦为可旋转设置，且所述炉篦上形成有布风口；

(2)或者，所述排渣装置设置在水中且位于所述反应区炉体的下方，所述排渣装置包括灰盘、碎渣圈、炉篦支撑件和第一灰刀，所述灰盘设置在所述炉篦的下方，所述碎渣圈呈环状且套设在所述灰盘内，所述炉篦支撑件设置在所述炉篦的下方且位于所述碎渣圈内，所述第一灰刀设置所述灰盘的内侧壁上；

任选地，所述排渣装置还包括第二灰刀和破渣块，所述第二灰刀设置在所述炉篦支撑件的底部，所述破渣块设置在所述炉篦支撑件的侧壁上；

任选地，所述炉篦为可旋转设置，且所述炉篦上形成有布风口，所述炉篦支撑件用于支撑炉篦且随所述炉篦转动。

4.根据权利要求1所述的有机固废气化焚烧系统，其特征在于，还包括气化剂分布调节器，所述气化剂分布调节器可上下移动地设置在所述炉底气化剂进气口的出口端，且位于所述炉篦内；

任选地，还包括布料装置，所述布料装置设置在所述上段炉体内的上方。

5.根据权利要求1所述的有机固废气化焚烧系统，其特征在于，所述炉顶气化剂进气口为多个，多个所述炉顶气化剂进气口沿所述反应区炉体的周向对称设置；

任选地，所述中段气化剂进气口为多个，多个所述中段气化剂进气口沿所述反应区炉体的周向对称设置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的有机固废气化焚烧系统，其特征在于，所述外延环形空腔的高度为所述反应区炉体总高度的10％～30％；

任选地，所述外延环形空腔的宽度与反应区炉体内径的比值为(0.1～0.3):1；

所述上段炉体的内径为0.3～8.0m，所述下段炉体的内径为0.4～8.0m；

任选地，所述上段炉体的高度为所述反应区炉体总高度的40％～80％；

任选地，所述上段炉体距所述炉篦的高度为所述反应区炉体总高度的20％～60％。

7.根据权利要求1-5任一项所述的有机固废气化焚烧系统，其特征在于，所述二燃室还具有设在所述煤气进气口下部的引风机进口，用于供引风机往所述二燃室内补充助燃剂；

任选地，所述气体预热器为箱式列管结构，所述降温烟气走管程，冷空气走壳程；

任选地，所述气体预热器上方设置空气泄气阀；

任选地，所述上段炉体和所述下段炉体的外侧为膜式水冷壁或夹套水冷壁；

任选地，所述膜式水冷壁为列管式膜式水冷壁或盘管式膜式水冷壁。

8.一种采用权利要求1～7任一项所述的有机固废气化焚烧系统进行气化焚烧的方法，其特征在于，包括：

(4)利用排渣装置将所述灰渣排出所述反应区炉体；

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预热气体选自二氧化碳、空气和富氧中的至少之一；

任选地，所述反应区炉体内的压力为0～20.0kPa；

任选地，所述气化剂选自水蒸气、二氧化碳、空气和富氧中的至少之一；

任选地，所述气化剂为水蒸气和富氧的混合气，所述水蒸气的质量与所述富氧中氧气的体积之比为0～8.0kg/Nm³；

任选地，所述气化剂为水蒸气和空气的混合气，所述气化剂的温度为40～70℃；

任选地，所述气化剂为二氧化碳和富氧的混合气，所述二氧化碳的质量与所述富氧中氧气的体积之比为0～19.5kg/Nm³。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口的进气量为所述气化剂总进气量的30％～90％，其中，所述炉顶气化剂进气口的进气量为所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口总进气量的70％～90％，所述中段气化剂进气口的进气量为所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口总进气量的10％～30％；所述炉底气化剂进气口的进气量为所述气化剂总进气量的10％～70％；

任选地，所述干燥层的温度为20～200℃，所述干馏层的温度为200～600℃，所述上氧化层的温度为600～1200℃，所述还原层的温度为600～1100℃，所述下氧化层的温度为600～1100℃，所述灰渣层的温度为200～600℃。