一种无二噁英、无废气排放的垃圾干馏-气化炉的制作方法
【专利摘要】一种无二噁英、无废气排放的垃圾干馏-气化处理炉，采用采用圆柱体结构，炉子的外壁内侧砌隔热层(17)，内部分布20-40根气化煤气通气管(6)直达炉顶集气管(9)，在干燥段每两根通气管(6)之间用带竖缝的不锈钢板(32)焊接起来构成水蒸汽上升空间(31)，在干馏段，设置一个带有竖缝的耐热钢内筒(33)，构成焦油裂解室(20)，在中心管(7)的前、后增加2-4根通气管(29)和不锈钢板(30)，把炉子内部分隔成左、右两半部分，垃圾从投料口(11)和(15)投入，由推料液压缸(10)和(16)推入炉内，顶部两个压料液压缸(12和14)把垃圾压下，在燃烧还原层化层设置两层炉条(4)和(5)，保证碳化物透气，并形成3级燃烧、还原结构，垃圾中的无机物就从灰盘(25)排出炉外。
【专利说明】—种无二噁英、无废气排放的垃圾干馏-气化炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在隔绝空气状态下把垃圾干馏，分解出可燃气体(称之为“干馏燃气”)和碳化物残渣，再燃烧干馏残留下来的碳化物产生高温，用水蒸汽和空气作气化剂，处于高温状态下的碳化物把水蒸气和燃烧所产生的CO2还原，生成气化煤气(CO和H2)，收集干馏煤气和气化煤气进行利用的垃圾干馏-气化炉，【技术领域】属于环保和节能减排。
【背景技术】
[0002]过去垃圾处理有填埋、焚烧和综合利用三种。垃圾填埋占用土地、污染环境，后患无穷，不宜推广已达成共识；垃圾燃烧方式虽然已有140多年的历史，在技术上也已经成熟，但往往还需要添加助燃剂来 帮助垃圾燃烧，而且投资大，运行成本高，最致命的问题是垃圾焚烧不可避免会产生二噁英，受到群众的强烈反对；垃圾综合利用处理成本高，堆肥没有市场，专家并不认可，成功案例也不多，所以也难以推广。因此，垃圾如何处理，成为政府头疼的问题，而与此同时，垃圾却越积越多，形成垃圾围城，酿成垃圾危机。
[0003]如何破解垃圾危机就成为大家所追求的目标。从二噁英的分子式看，二噁英是由一个或者两个氧原子结合两个被氯取代的苯环，所以它的产生必须具备两个必要的条件:即一是有氯的存在；二是发生氧化反应。显然，混合垃圾不能没有氯的存在，焚烧是氧化反应，正好满足产生二噁英的这两个条件，所以，垃圾焚烧就不可避免会产生二噁英。我们过去的发明专利:“一种高温干馏垃圾焚烧炉及其焚烧工艺”(发明专利号200510085232.2)利用干馏的方法处理生活垃圾，对于抑制二噁英和飞灰的产生有着显著的效果。
[0004]所谓干馏，就是固体的有机物在隔绝空气的状态下加热分解的化学反应过程，干馏的结果生成可燃气体、焦油和碳化物固体残渣，因为不是氧化反应，就不会产生二噁英；燃烧可燃气体或者碳化物固体残渣，因为没有氯的存在，也不会产生二噁英。这就是我们利用干馏技术处理垃圾，能够从根本上消除二噁英产生的理论根据。
[0005]因为高温干馏垃圾焚烧炉发明专利最后还是焚烧，所以还会有少量的二噁英产生，尽管二噁英排放符合当前的国家标准，但仍不够理想。
[0006]工业上有一种两段式煤气发生炉，其生产工艺就是将煤先干馏生成干馏煤气、焦油和半焦以后，再燃烧半焦生成气化煤气，正好符合垃圾干馏处理的工艺要求。所以我们在高温干馏垃圾焚烧炉发明专利的基础上，借鉴两段式煤气发生炉的工艺和经验，开发出完全没有二噁英、没有废气排放的垃圾干馏-气化处理炉。
[0007]显然，一般的两段式煤气发生炉以煤为原料生产燃气。煤和垃圾、半焦和干馏后残留的碳化物残渣的特性存在着巨大的差异:首先，煤气发生炉对煤块的大小有一定的要求，垃圾肯定不能满足这种要求；其次，半焦之间有间隙、可以透气，能够让气化煤气上升，同时加热煤块，使煤块发生干馏，生成半焦；垃圾和垃圾干馏以后残留的碳化物透气性不好，气化煤气上升受阻，指望气化煤气上升直接加热垃圾产生干馏就显得不足，需要另辟加热蹊径；第三，垃圾的成分复杂，比煤更容易“结渣”。当垃圾温度超过200°C以后，垃圾中的塑料融化，板结在一起，不仅不透气，甚至不往下掉，形成‘料滞’，影响垃圾的干馏和气化，需要采取特别措施；第四，垃圾中含有大量的水分，势必增加垃圾的烘干和预热的时间，就不能不增加炉子的总体高度和炉子的内部结构；第五，煤和半焦有足够的机械强度，能保证煤层通气，垃圾和垃圾干馏后残留的碳化物基本上没有机械强度，还承受上面垃圾的重量，透气性极差，燃烧层和还原层的高度就难以保证，燃烧不好不能保证温度；还原不充分则降低燃气的热值等等，故不能直接使用一般的煤气发生炉。
[0008]本发明的目的在于在高温干馏焚烧炉的基础上，借鉴两段式煤气发生炉的生产工艺，提供一种适合于垃圾处理，直接把垃圾中的有机物变成干馏煤气和气化煤气的、没有二噁英、废气排放的垃圾干馏-气化炉。
【发明内容】
[0009]本发明在高温干馏垃圾焚烧炉的基础上，借鉴两段式煤气发生炉的生产工艺，提供一种混合垃圾先干馏分解以后，再燃烧碳化物固体残渣，生成气化煤气，以实现从根本上消除垃圾焚烧产生二噁英的问题，同时，把垃圾中的有机物直接转换为清洁的干馏煤气和气化煤气的没有二噁英、没有废气排放的垃圾干馏-气化炉。
[0010]本发明解决技术问题的技术方案是:垃圾干馏-气化炉采用两段式煤气发生炉的基本结构进行改造:首先，因为垃圾含有大量的水分，所以需要增加干燥、预热段的高度，以便垃圾有足够的时间干燥；其次，垃圾和煤相比，透气性很差，垃圾干馏后残留的碳化物没有机械强度，在上面垃圾的重压下，碳化物也不透气，燃烧效率很低。解决的办法是在燃烧层上面的还原层中，增设两层炉条，使碳化物透气，形成三级燃烧和还原层，每层都有部分碳化物燃烧提高温度，都有部分高温的碳化物把燃烧产生的CO2还原生成CO，取得的结果是增加燃烧层和还原层的高度，让CO2得以充分还原；最后全部碳化物燃尽、全部气化，不能燃烧的无机物掉到最下面的炉蓖上，就是灰渣层，通过灰盘的旋转排出炉外；第三，为了提高高温气化煤气热量传递给垃圾的效果，干馏-气化炉高温气化煤气的通气管直通到炉顶，为垃圾干燥和干馏提供辐射加热的热源:在干燥段，每根通气管之间用带百叶窗口的不锈钢板焊接起来，既增加机构的整体强度，又形成水蒸汽的上升通道；在中心管的前、后方向各增加2-4根通气管，两边用左、右两块开有百叶窗口的不锈钢板焊接起来，也形成水蒸汽的通气上升通道，让垃圾干燥产生的水蒸汽能够迅速到达炉顶，垃圾迅速干燥；同时把炉子分隔成左、右两半，垃圾分别从`左、右两个投料口投入，由左、右两个推料的液压缸推入炉内；第四，为防止垃圾中的塑料在加热的过程中熔化、结渣，把垃圾堵死，造成“料滞”，在处理炉的顶部增设左、右两个压料液压缸，在垃圾入炉以后，左、右两个压料液压缸把垃圾压下，即使下面垃圾结渣，也可以利用压料液压缸把垃圾压下去。第五，在干馏段气化煤气的内侧增加一个带有竖缝的内筒，与炉子外壁内侧的隔热层形成一个焦油高温裂解室，垃圾干馏产生的干馏煤气和焦油蒸气大部分通过内筒的竖缝进入焦油裂解室，在气化煤气高温的作用下裂解生成小分子的燃气，从气化煤气通气管输出。
[0011]本发明的有益效果是:
[0012]1、破坏产生二噁英的条件，从根本上消除二噁英的产生。
[0013]二噁英的产生需要两个必要的条件:一是有氯的存在；另一是发生氧化反应。在本发明中，垃圾入炉以后，就被堆在一起，处于缺氧状态，随着干馏煤气和气化煤气的上升和垃圾中水分蒸发产生的水蒸气把空气赶走，垃圾逐渐形成无氧状态，到了干馏段，受到上升的灼热的气化煤气加热和气化煤气通气管的辐射加热，垃圾中的有机物开始分解，生成干馏煤气、焦油(蒸气)和碳化物残渣，因为干馏是分解反应，虽然垃圾中有氯存在，但不燃烧(即氧化反应)就不产生二恶英；碳化物到达燃烧层，虽然是氧化反应，但已经没有氯的存在也不产生二噁英。这就破坏了产生二噁英的条件，从根本上消除了二噁英的产生。
[0014]2、没有废气排放，不构成对环境的污染 [0015]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对气候的严影响，特别是垃圾焚烧产生高温，促成NOx和SOx的生成，对环境的污染和对人类健康的威胁更加严重。本发明的垃圾干馏-气化炉把燃烧产生的CO2也还原成气化煤气加以利用，不产生废气，没有废气排放，就不构成对环境的污染。
[0016]3、利用高温的气化煤气使垃圾干馏、干燥无需额外提供热量
[0017]垃圾干馏是吸热反应，需要供给热量；碳化物气化，也需要燃烧碳化物提供热量。碳化物燃烧的同时不仅会产生CO2，还把碳化物加热到高温。高温的碳化物就是很好的还原剂，能把CO2和水蒸气还原生成高温的气化煤气。利用高温的气化煤气的热量加热垃圾，使垃圾干馏、干燥，这就不需要再为垃圾干馏额外提供热量，提高垃圾资源利用效率。
[0018]同时，垃圾经过干馏-气化炉处理垃圾一次就转换为清洁燃气，省去碳化物的后续处理，垃圾中的有机物干馏生成干馏燃气、碳化物气化生气化气化煤气，简化了垃圾处理工艺。
[0019]4、无需废气处理、无需飞灰处理，节省大量投资和运行费用
[0020]垃圾焚烧不可避免会产生二噁英，二噁英不仅游离于废气之中，还大量附着于飞灰之中，因此，飞灰是危险废弃物，垃圾焚烧既需要严格处理废气，更需要收集飞灰进行妥善处理，从而增加大量的投资和运行费用；本发明不产生废气，所以无需废气处理；不产生二噁英，不产生带有二噁英的飞灰，无需飞灰处理，节省大量投资和运行费用。
[0021]5、清洁燃气可以有多种使用的选择，应用广泛，
[0022]垃圾处理的目标是无害化、减量化和资源化。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，一般不超过20%;第三，日处理规模在200吨以下的小规模垃圾焚烧发电厂经济效益低，很难回收投资，不适合垃圾焚烧发电；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，配套燃气轮机发电机组发电，通过余热锅炉和蒸汽轮机回收余热，效率成倍增加，可达45~40% ;燃气经过提纯、压缩既可供应民用燃气，或者提供工业锅炉使用；或用来烧砖，应用广泛而且灵活。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明的垃圾干馏-气化处理炉的纵向剖视图的示意图；图2是本发明的垃圾干馏-气化处理炉的侧面剖视图的示意图，图3是炉子干燥段的横断面结构示意图。
[0024]图中:1——水冷套，2——软化水进口，3——高温水蒸汽，4——下炉条，5——上炉条，6——气化煤气通气管，7——气化煤气中心管，8——左、右压料块，9——气化煤气集气管，10—左推料液压缸，11—左垃圾投料口，12—左顶部压料液压缸，13—上段气出气口，14——右顶部压料液压缸，15——右垃圾投料口，16——右推料液压缸，17——炉子内部耐火隔热层，18—垃圾预热干燥燥段，19—垃圾干馏段，20—焦油裂解室，21——垃圾干馏残留的碳化物上部燃烧、还原层，22——中部燃烧、还原层，23——碳化物燃烧层，24——灰渣层，25——灰盘，26——气化剂入口，27——垃圾进料口，28——气化煤气出气口，29——中心管后、前通气管，30——中心管前后通气管在干燥段两侧的隔板，31——水蒸汽上升空间，32——干燥段连接气化煤气通气管的带有竖缝的不锈钢板，33——带有竖缝的不锈钢内筒。
[0025]具体的实施例子
[0026]根据图1，垃圾干馏-气化处理炉采用圆柱体结构，它的直径在4米以下，炉子内壁砌一层优质的隔热耐火层(17)，防止热量散失，紧靠隔热耐火层(17)，根据炉子的大小，沿圆周布置20-40根由耐热不锈钢制造的气化煤气的通气管(6)，通气管(6)直达炉顶的集气管(9);在干燥段，每两根通气管(6)之间用带有竖缝的不锈钢板(32)焊接起来(参看图3)，不锈钢板(32)的竖缝宽度为5~20mm，间隔为100~300mm，上至集气管(9)，下方距离耐热钢内筒(33)300~500mm，留有开放口作为进入狭缝的碳化物的排出口，在中心管(7)的前后设置2-4根通气管(29)，两边设带百叶窗口的两片隔板(30)下到达干馏段，垃圾受热后水分蒸发，水蒸汽就透过竖缝和隔板(30)的百叶窗口进入通气管之间的水蒸汽上升空间(31)直达炉顶，构成完善的水蒸汽排气系统，无需透过厚厚且不透气的垃圾，由于这里的温度高，没有焦油积累、堵塞。中心管(7)和通气管(29)，以及隔板(30)把炉膛分隔成左、右两部分(参看图3)，垃圾从左、右投料(11和15)加入，利用左、右推料液压缸(10和16)把垃圾推入炉内，并在入料口(27)留下一段垃圾封堵进料口(27)，防止燃气泄漏，然后再利用左、右压料液压缸(12和14)将垃圾压到进料口以下；在干馏段，在通气管(6)的内侧，设置一个带有竖缝、由耐热不锈钢制造的内筒(33)，是炉膛直径最小的部分，竖缝宽度为5~20mm，间隔为100~300mm，上方到达干燥段并封堵，封口砌入隔热层与炉壁固定，下方到达还原层并形成开放结构，内筒(33)和隔热耐火材料层之间构成有足够大空间的焦油裂解室(20)，干燥的垃圾受热分解，生成干馏煤气和焦油蒸气，大部分透过内筒(33)的竖缝到达焦油裂解室(20)，焦油蒸气在这里高温的环境下裂解，生成小分子的燃气，再与气化煤气混合，从气化煤气通气管(6)上升，集中到气化煤气出气口(28)输出，没有进入焦油裂解室的干馏煤气，上升直接加热垃圾，使垃圾干燥，最后和垃圾干燥蒸发的水蒸汽一起从上段气出气口(13)输出:在碳化物燃烧还原段，为了克服碳化物不透气又没有机械强度，使燃烧还原段的高度降低，燃烧温度低、还原不充分的问题，设置两层炉条，炉条采用耐热钢制成槽钢或工字钢形状，表面涂覆耐高温的隔热涂料，防止氧化烧损，上炉条的间隔400~600mm，下炉条的间隔200~400mm，把碳化物燃烧还原层分隔为三层，下部是燃烧层(23)，碳化物燃烧产生高温和C02，CO2和气化剂(空气和水蒸汽)上升到中间燃烧还原层(22)，部分碳化物继续燃烧提供高温，部分高温碳化物和CO2以及水蒸汽发生还原反应，生成气化煤气:
[0027]
【权利要求】
1.一种无二噁英、无废气排放的垃圾干馏-气化炉，其技术特征是:炉子采用圆柱体结构，直径在4米以下，内壁砌隔热层(17)，防止热量散失，根据炉子的大小，紧贴隔热层(17)，沿圆周布置20-40根气化煤气的通气管(6)直达炉顶的集气管(9);垃圾从左、右投料(11和15)加入，利用左、右推料液压缸(10和16)把垃圾推入炉内，炉顶的左、右压料液压缸(12和14)将垃圾压到进料口(27)以下；在干燥段，每两根通气管(6)之间焊接带有竖缝的不锈钢板(32)，中心管(7)直达炉顶的中间集气管(9);其前、后设2-4根通气管(29)，两边设带百叶窗口的两片隔板(30)，并把炉膛分隔成左、右两部分，在干馏段，在通气管(6)的内侧，设置一个带有竖缝的耐热钢内筒(33)，内筒(33)和隔热层(17)之间构成有足够大空间的焦油裂解室(20):在碳化物燃烧还原段，设置两层炉条，把碳化物燃烧还原层分隔为三层；垃圾中的无机物到达灰渣层(24)，通过灰盘(25)的旋转，把灰渣带出炉外，气化剂(包括空气和水蒸汽)从气化剂入口(26)进入，调节水蒸汽的流量控制炉内的温度。
2.根据权利要求1所述的气化煤气通气管出和29)，采用耐热钢材料制造，防止高温烧坏；不锈钢板(32)的竖缝宽度为5~20mm，上至集气管(9)，下至耐热钢内筒(33)上方300~500mm的地方，留有开放口作为进入狭缝的碳化物的排出口。
3.根据权利要求1所述的耐热钢内筒(33)上至干燥段，下方开口至还原层，竖缝宽度为5~20mm，间隔为100~300mm，上端封口砌入隔热层与炉壁固定。
4.根据权利要求1所述的炉条采用耐热钢制成槽钢或工字钢形状，表面涂覆耐高温的隔热涂料，防止氧化烧损，上炉条的间隔400~600mm，下炉条的间隔200~400mm，从而保证燃烧、还原层的高度达到80`0~2000mm，使CO2和水蒸汽得以充分还原。
【文档编号】C10J3/58GK103555373SQ201310326729
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】余式正 申请人:余式正