CN108977211A - 一种耦合高温热解气直接燃烧的固体废弃物热解系统 - Google Patents

Abstract

一种耦合高温热解气直接燃烧的固体废弃物热解系统，固体废弃物输送系统的出口与预处理系统的入口相接，预处理系统的出料口与热解炉的进口相接，热解炉的残余焦炭出口与焦炭收集罐相接，热解炉的气体出口与高温合成气管道的入口连接，高温合成气管道上设置高温除尘器，高温合成气管道的出口与燃烧系统的入口相接；鼓风机与空气预热器连接，空气预热器的热空气出口与燃烧系统的入口相接，燃烧系统的出口与加热炉的入口相接，热解炉位于加热炉内，加热炉的烟气出口与空气预热器相接，空气预热器的烟气出口与烟气净化处理系统连接。本发明提供了一种能量回收率较高、能避免堵塞和焦油二次污染、耦合高温热解气直接燃烧的固体废弃物热解系统。

Description

一种耦合高温热解气直接燃烧的固体废弃物热解系统

技术领域

本发明涉及一种固体废弃物热解及热解焦油净化处理系统。

背景技术

我国经济和城市化的快速发展导致城镇固体废弃物的大量产生。传统的固体废弃物直接填埋方法不但占用大量土地资源，而且容易引起地下水和土壤的二次污染，固体废弃物焚烧法则难以实现固体废弃物的高值化利用。与直接填埋和焚烧法相比，固体废弃物热解技术既能实现固体废弃物的减量化、无害化和资源化利用，又能获得可燃合成气、焦炭等产品。固体废弃物热解技术的主要技术瓶颈是热解过程不可避免地产生焦油，造成固体废弃物的能量回收率降低、热解炉下游设备和管道堵塞以及二次污染等一系列问题。目前，固体废弃物热解焦油的主要脱除方法通常包括洗涤法、催化分解法和电捕法等。洗涤法所得的焦油洗涤液难以进一步处理，容易引起二次污染；催化分解法的焦油脱除率取决于催化剂种类，催化剂成本较高且容易失活；电捕法能耗较高，电捕所得的焦油的处理仍是难题。

发明内容

为了克服已有固体废弃物热解技术存在的热解焦油造成固体废弃物能量回收率较低、热解焦油堵塞设备和管道以及热解焦油造成的二次污染的不足，本发明提供了一种能量回收率较高、能避免堵塞和焦油二次污染、耦合高温热解气直接燃烧的固体废弃物热解系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种耦合高温热解气直接燃烧的固体废弃物热解系统，所述系统包括固体废弃物输送系统、预处理系统、热解炉、高温合成气管道、高温除尘器、燃烧系统、加热炉、鼓风机、空气预热器和烟气净化处理系统。所述固体废弃物输送系统的出口与所述预处理系统的入口相接，所述预处理系统的出料口与所述热解炉的进口相接，所述热解炉的残余焦炭出口与焦炭收集罐相接，所述热解炉的气体出口与高温合成气管道的入口连接，所述高温合成气管道上设置高温除尘器，所述高温合成气管道的出口与所述燃烧系统的入口相接；所述鼓风机与所述空气预热器连接，所述空气预热器的热空气出口与所述燃烧系统的入口相接，所述燃烧系统的出口与所述加热炉的入口相接，所述热解炉位于所述加热炉内，所述加热炉的烟气出口与所述空气预热器相接，所述空气预热器的烟气出口与所述烟气净化处理系统连接。

进一步，所述系统还包括合成气压缩机，所述高温除尘器的出口与所述合成气压缩机的入口连接，所述合成气压缩机的出口与所述燃烧系统的入口连通。

更进一步，所述预处理系统包括用于对固体废弃物进行破碎的破碎系统和用于对破碎后的固体废弃物进行分选的分选系统，所述破碎系统的出口与所述分选系统的入口相接。

再进一步，所述燃烧系统包括分级式燃烧器，所述燃烧器为可燃合成气和气态焦油燃烧器或其他补充燃料燃烧器。其他补充燃料包括汽油或天然气。

所述烟气净化处理系统包括依次相接的脱销塔、除尘器、脱硫塔、引风机和烟囱。

本发明的有益效果主要表现在：1、能够实现固体废弃物减量化、无害化处理和资源化利用。经过热解处理，固体废弃物的体积大大减小。通过燃料分段分级燃烧和脱硝、除尘、脱硫等处理，污染物排放满足环保标准要求。热解炉产生的残余焦炭可以用作其他能源设备的燃料；2、相比传统的焦油脱除方法，本发明不需要设置额外的焦油净化脱除设备，极大减小了投资；焦油在气态下完全燃烧，能够实现彻底脱除；节能效益显著，焦油燃烧释放的热量，用于加热热解炉和进入燃烧器的空气，实现了能量回收利用；3、热解焦油通过高温管道输送到燃烧系统，在气态下完全燃尽，避免了焦油后续处置产生的二次污染。

附图说明

图1是耦合高温热解气直接燃烧的固体废弃物热解系统的结构示意图，

附图标记如下：1输运系统；2预处理系统(2-1破碎系统；2-2分选系统)；3热解炉；3’焦炭收集罐；4高温管道；4’高温除尘器；4”合成气压缩机；5燃烧系统；6加热炉；7鼓风机；8空气预热器；9脱硝装置；10除尘器；11脱硫装置；12引风机；13烟囱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，一种耦合高温热解气直接燃烧的固体废弃物热解系统，包括固体废弃物输送系统1、预处理系统2(包括破碎系统2-1、分选系统2-2)、热解炉3、高温管道4、高温除尘器4’、合成气压缩机4”、燃烧系统5、加热炉6、鼓风机7、空气预热器8、烟气净化处理系统(包括脱销塔9、除尘器10、脱硫塔11、引风机12、烟囱13)。

所述系统中，输运系统1将固体废弃物连续不断送往预处理系统2；

所述预处理系统2，对固体废弃物进行破碎、分选等预处理。破碎系统2-1的作用是减小固体废弃物中塑料、橡胶、纸张、木材、化纤等成分的尺寸；分选系统2-2的作用是分离固体废弃物中的砖块、金属、电池、泥沙等无机物。

所述热解炉3，其作用是将固体废弃物中的纸张、塑料、橡胶、木材、化纤以及其他碳水化合物进行加热，使上述组分在高温下发生热分解反应，产生含H₂、CO、CH₄等可燃气体的合成气以及气态焦油。热解炉3的特征是反应气氛为无氧或贫氧，高温分解后剩余的固体废弃物成为残余焦炭。焦炭在收集罐3’中收集，可以用作锅炉等能源装备的燃料。

所述高温管道4，其特征在于操作温度最高可高于400℃，在高温下气态焦油不会在其中冷凝变成液态焦油，从而将热解炉产生的焦油以气态形式与可燃合成气一起输送到燃烧系统5。

所述高温除尘器4’，其作用是将颗粒物从热解炉出口合成气和气态焦油中分离。当热解炉出口气体中颗粒物浓度较低时，可不必设置高温除尘器4’。

所述合成气压缩机4”，其作用是将含可燃气和焦油的合成气压缩，提高气体的压力，以克服流经下游管道和设备产生的压力损失。

所述燃烧系统5，其作用是接收可燃合成气和气态焦油，同时接收来自空气预热器8的加热空气，使可燃合成气和气态焦油与空气中的氧发生燃烧反应，释放出热量。所述燃烧系统5，可包括多组可燃合成气和气态焦油燃烧器，也可包括天然气、汽油等补充燃料的燃烧器。燃烧系统5各种燃烧器的特征在于采用分段分级燃烧，其特征是部分燃料首先与一部分空气接触，发生部分燃烧反应；然后，剩余的燃料一次性或再分多次与剩余的空气接触，使燃料完全燃烧，其特征是显著降低了污染物NOx的排放。

所述加热炉6，其作用是将热解炉3加热到热解所需要的高温。加热炉6的特征在于其炉体空间包围热解炉3的外部，燃烧系统5产生的高温烟气进入加热炉6，对热解炉3的外壁面进行加热。

所述鼓风机7，其作用是将大气中的空气加压，并将空气输送到空气预热器8，其特征在于为空气提供额外的压力，克服空气在设备和管道中流动的压力损失。

所述空气预热器8，其作用是将来自鼓风机7的空气加热，提高进入燃烧系统之前的空气的温度。其特征在于，加热空气的热量来自于高温烟气，该烟气来自于加热炉3的出口。

所述脱硝塔9，其作用是将空气预热器8出口烟气中的氮氧化物进行脱除，其特征是烟气中的氮氧化物被转化为N₂。

所述除尘器10，其作用是将脱硝装置9出口烟气中含有的灰尘进一步脱除，其特征在于操作温度为20～100℃。

所述脱硫塔11，其作用是将除尘器10出口烟气中的含硫污染物进行脱除，其特征在于将烟气中的硫的氧化物变为硫酸盐。

所述引风机12，其作用是将净化后的烟气输送到烟囱13，其特征是进气口的压力低于当地大气压力。

所述烟囱13，其作用是将引风机排气口的烟气输送到高空，其特征是利用浮升力使烟气从下向上流动。

本实施例中，固体废弃物，通常包含塑料、橡胶、纸张、木材、纤维、砖块、金属、电池、沙土或其中两种、多种物质的混合物，通过包括抓斗和皮带运输机等设备的输运系统1进入预处理系统2。

在预处理系统2中，固体废弃物依次进入破碎系统2-1、分选系统2-2。破碎系统2-1可包括粗破碎机和二次破碎机。在粗破碎机中，固体废弃物中的塑料、橡胶、纸张、木材、纤维的长度被降低至小于20cm，在二次破碎机中上述固体废弃物组分被进一步破碎至长度小于5cm。分选系统2-2可包括滚筒筛、风选机、磁力分离机。在滚筒筛中，固体废弃物中长度小于5cm的沙土和砖块透过筛孔，排到系统外部；在风选机中，长度大于15cm的塑料、纸张、木材、纤维等组分被分离，并送入二次破碎机中进一步破碎至长度小于5cm；在磁选机中，固体废弃物中的金属、电池在磁力作用下与其他组分分离并排到系统外部。

经过预处理的固体废弃物进入热解炉3，其操作温度为300～600℃。固体废弃物中的塑料、橡胶、纸张、木材、纤维在隔绝氧气的条件下受热分解，产生含H₂、CO、CH₄、CO₂等气体的可燃合成气。热解同时产生气态焦油类物质，其特征是包含C、H、O等元素的有机物。固体废弃物热解的残余固体，主要包括残余的焦炭和灰分，其排出热解炉并被储存于收集罐3’，可用作锅炉等能源设备的燃料。

热解炉3产生的可燃合成气和气态焦油类物质，随后进入温度为350～400℃的高温合成气管道4，管道内敷保温材料。由于高温管道的操作温度高于气态焦油物质的露点，因此焦油不会在高温管道中发生冷凝。可燃合成气和气态焦油然后通过高温除尘器4’去除灰尘等颗粒物，进入燃烧系统5。在某些实施例中，可燃合成气和气态焦油中的颗粒物含量很低，可以不再设置高温除尘器4’(图中用虚线表示)。

可燃合成气和气态焦油在燃烧系统5中的各燃烧器分段分级燃烧。空气分多级进入燃烧器，空气总量与气体充分燃烧所需要的理论空气量的比值为1.05～1.2。在某些实施例，在第一级燃烧器中，空气的通入量占总空气量的40％～60％；在第二级燃烧器中，空气通入量占总空气量的60％～40％。在许多实施例中，燃烧系统5可包括多组合成气燃烧器和气态焦油燃烧器，每组燃烧器均可包括2个以上的燃烧器，并且每个燃烧器均可为分级燃烧器。由于空气被分段分级送入燃烧系统5，各级燃烧器的空气量减少，有利于减少热力型NOx污染物的排放。

在许多其他实施例中，需要同时将补充燃料(例如天然气、汽油等)通入燃烧系统5进行燃烧。这些实施例包括：在热解炉3启动阶段，利用天然气等燃料燃烧产生热量将热解炉3的温度加热到操作温度300～600℃；在热解炉3正常运行阶段，利用天然气等燃料燃烧产生热量作为补充热量，将热解炉3的操作温度保持在300～600℃。补充燃料燃烧器也可采用分段分级燃烧，并且可包括1个以上的燃烧器。

燃烧系统5燃烧产生的高温烟气，进入加热炉6的封闭空间，通过辐射、对流、导热等方式加热热解炉3的外壁面，使热解炉3达到所需要的操作温度。高温烟气的温度降低至大约300～400℃。

加热炉6出口的高温烟气随后进入空气预热器8。同时，鼓风机7将常温的空气送入空气预热器8。高温烟气与低温空气在8中进行热量传递。烟气的温度进一步降低至100～120℃，并进入尾部烟气净化系统。空气的温度被加热至60～100℃，进入燃烧系统5。

尾部烟气净化系统包括脱硝、除尘、脱硫等处理，以满足烟气污染物排放的环保要求。在脱硝装置9中，烟气中的氮氧化物在NH₃的作用下通过催化化学反应被还原为N₂。在除尘器10中，烟气中的细微固体颗粒物在电场或布袋阻力作用下从烟气中分离；在脱硫装置11中，烟气中的硫氧化物在石灰浆的作用下通过化学反应转化为熟石膏。净化后的烟气最后通过引风机12引入烟囱13，排向大气。

需要注意，本具体实施例仅是实现本发明目的一种典型方式，其他任何与本发明核心技术方案相似的具体实施方式都在本专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种耦合高温热解气直接燃烧的固体废弃物热解系统，其特征在于，所述系统包括固体废弃物输送系统、预处理系统、热解炉、高温合成气管道、高温除尘器、燃烧系统、加热炉、鼓风机、空气预热器和烟气净化处理系统，所述固体废弃物输送系统的出口与所述预处理系统的入口相接，所述预处理系统的出料口与所述热解炉的进口相接，所述热解炉的残余焦炭出口与焦炭收集罐相接，所述热解炉的气体出口与高温合成气管道的入口连接，所述高温合成气管道上设置高温除尘器，所述高温合成气管道的出口与所述燃烧系统的入口相接；所述鼓风机与所述空气预热器连接，所述空气预热器的热空气出口与所述燃烧系统的入口相接，所述燃烧系统的出口与所述加热炉的入口相接，所述热解炉位于所述加热炉内，所述加热炉的烟气出口与所述空气预热器相接，所述空气预热器的烟气出口与所述烟气净化处理系统连接。

2.如权利要求1所述的耦合高温热解气直接燃烧的固体废弃物热解系统，其特征在于，所述系统还包括合成气压缩机，所述高温除尘器的出口与所述合成气压缩机的入口连接，所述合成气压缩机的出口与所述燃烧系统的入口连通。

3.如权利要求1或2所述的耦合高温热解气直接燃烧的固体废弃物热解系统，其特征在于，所述预处理系统包括用于对固体废弃物进行破碎的破碎系统和用于对破碎后的固体废弃物进行分选的分选系统，所述破碎系统的出口与所述分选系统的入口相接。

4.如权利要求1或2所述的耦合高温热解气直接燃烧的固体废弃物热解系统，其特征在于，所述燃烧系统包括分级式燃烧器，所述燃烧器为可燃合成气和气态焦油燃烧器或其他补充燃料燃烧器。