一种生活垃圾热解气化焚烧系统和工艺的制作方法

本发明涉及固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种生活垃圾热解气化焚烧系统和工艺。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

当前，大中型集中式直燃焚烧发电与中小型分布式热解气化焚烧是生活垃圾减量化处理的主要方式。对于生活垃圾产生量较少的丘陵山区或县域城镇地区，由于垃圾原料不便于长距离运输，且焚烧发电项目投资及运行成本较高，不适合将生活垃圾单独进行焚烧发电处理，目前主要采用热解气化工艺减量化处理生活垃圾。

然而，在没有大规模推广实行生活垃圾分类收集处置或分类不细的背景下，生活垃圾物料成分繁杂、含水率较高，并且热解气化前一般没有独立的垃圾分选或干燥处理环节。现有的中小型分布式生活垃圾热解气化焚烧系统多采用固定床式的焖烧工艺，并且烟气净化处理工艺简陋，造成垃圾处理量有限，不能连续稳定运行，燃室温度、灰渣热灼减率及烟气排放难以达到生活垃圾焚烧处理技术规范要求。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出一种新型的适用于中小型分布式的生活垃圾热解气化焚烧系统和工艺，大大降低排烟量，减少占地空间，降低制造成本，提高系统能量利用率，保证复杂组分生活垃圾物料的高效清洁处置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下所述：

在本发明的第一方面，提供一种生活垃圾热解气化焚烧系统，包括依次连接的生活垃圾进料仓、热解气化燃烧炉、高温换热器及烟气净化处理系统；

所述热解气化燃烧炉包括依次相通连接的干燥区、热解气化与灰渣燃尽区、二次燃烧区；

所述干燥区为由左侧炉墙、底部一级炉排、顶部第一隔离墙、右侧第二隔离墙与前后侧炉墙所围成的区域；

所述热解气化与灰渣燃尽区为由左侧炉墙、底部二级炉排、顶部干燥风灰斗、右侧第二隔离墙及前后侧炉墙所围成的区域；

所述二次燃烧区为由第一隔离墙、第二隔离墙、底侧炉墙、右侧炉墙、顶部炉墙及前后侧炉墙所围成的区域，并在二次燃烧区顶部炉墙的左端部设置烟气出口。

在本发明的第二方面，提供一种基于第一方面所述生活垃圾热解气化焚烧系统的生活垃圾热解气化焚烧工艺：

生活垃圾进入热解气化燃烧炉，首先在干燥区干燥风的作用下蒸发水分干燥物料；在一级炉排的末端，物料受到第二隔离墙的阻挡，通过干燥风灰斗与第二隔离墙之间的落料通道下落至二级炉排，进入热解气化区；蒸发出的水汽等气体则通过第一喉口状结构进入二次燃烧区；

热解气化区中的物料在一次风的作用下进行分阶段的热解气化反应，直至灰渣的完全灼烧，最终通过排渣口将灰渣排出，而热解气化产生的气体则进入二次燃烧区；

进入二次燃烧区的热解气化气，首先在第二喉口状结构下方的区域与多组二次风结合进行分级燃烧；随后，燃烧产生的高温烟气在经过第二喉口状结构时与干燥区蒸发出的水汽混合，并对水汽形成灼烧；最后，混合烟气在第一隔离墙上方的二次燃烧区，经第四隔离墙与第五隔离墙扰流，可燃气体组分充分燃烧分解，并通过第一隔离墙向干燥区高温辐射传导供热；

二次燃烧区产生的烟气，依次通过三级高温换热器换热降温后通入急冷塔急冷降温，再经喷射活性炭进一步吸附固化有害成分后进入袋式除尘器去除颗粒物杂质，经引风机抽引输送至脱酸塔吸收中和烟气中酸性气体成分，最终由排气筒达标排放。

本发明的具体实施方式具有以下有益效果：

(1)采用热解气化燃烧的工艺处理生活垃圾，过量空气系数低，热解气化与燃烧均在低氧或控氧的环境中运行，大大降低排烟量，并可抑制烟气中的重金属、二噁英、氮氧化物、硫氧化物等污染物的低生成率，减少烟气处理设备投资；

(2)热解气化燃烧炉集干燥、热解气化及二次燃烧于一体，通过隔离墙将炉体分隔成多个腔室，结构更加合理紧凑，减少占地空间，降低制造成本；并通过特殊的结构设计，实现了真正意义上的热解气化与二次燃烧空间的物理隔离和化学反应过程的有机耦合，保证复杂组分生活垃圾物料的高效清洁处置；

(3)采用高温烟气换取热空气实现热量的回收利用，提高系统能量利用率，保证垃圾物料干燥、热解气化及二次燃烧所需的热量，能量自给自足，正常运行时无需外部辅助热源，运行费用低，并提高了系统对于高水分、低热值生活垃圾物料的适应性，实现就地最大化减量处理，免除集中处理转运成本，特别适用于中小规模生活垃圾分布式布局处置。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1中所述生活垃圾热解气化焚烧系统的装置示意图；

其中，1、热解气化燃烧炉，101、生活垃圾进料仓，102、一级炉排，103、第一隔离墙，104、干燥风灰斗，105、第二隔离墙，106、二级炉排，107、排渣口，108、一次风灰斗，109、二次风入口，110、辅助燃烧机接口，111、第三隔离墙，112、补充风入口，113、脱硝喷枪接口，114、第四隔离墙，115、第五隔离墙，116、烟气出口；201、一级换热器，202、二级换热器，203、三级换热器；3、急冷塔；4、活性炭喷射接口；5、袋式除尘器；6、引风机；7、脱酸塔；8、排气筒。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的一种实施方式中，提供了一种生活垃圾热解气化焚烧系统，包括依次连接的生活垃圾进料仓、热解气化燃烧炉、高温换热器及烟气净化处理系统；

所述热解气化燃烧炉包括依次相通连接的干燥区、热解气化与灰渣燃尽区、二次燃烧区；

所述干燥区为由左侧炉墙、底部一级炉排、顶部第一隔离墙、右侧第二隔离墙与前后侧炉墙所围成的区域；

所述热解气化与灰渣燃尽区为由左侧炉墙、底部二级炉排、顶部干燥风灰斗、右侧第二隔离墙及前后侧炉墙所围成的区域；

所述二次燃烧区为由第一隔离墙、第二隔离墙、底侧炉墙、右侧炉墙、顶部炉墙及前后侧炉墙所围成的区域，并在二次燃烧区顶部炉墙的左端部设置烟气出口；

优选的，所述燃烧炉的左侧炉墙上设有垃圾进料口；

优选的，所述一级炉排为机械式往复炉排，由相间布置的活动炉排片与固定炉排片组成，且沿垃圾物料运到方向向下呈倾角设置；

优选的，所述一级炉排下方连接干燥风灰斗，干燥风经干燥风灰斗由炉排片间隙供入炉内干燥垃圾物料，并可在系统停炉检修时实现炉排漏渣的清理；

进一步优选的，为实现布风均匀，干燥风灰斗设有多个独立分段设置的腔室，且每个腔室的干燥风均沿前后侧炉墙双向供风管通入；

优选的，所述第一隔离墙位于一级炉排的上方并与其平行布置，限制垃圾进料过程中可能出现的向上起拱，控制垃圾干燥料层的厚度；

优选的，所述第一隔离墙与左侧炉墙及前后侧炉墙无缝隙连接，右侧延伸至第二隔离墙的上方，且与第二隔离墙形成第一喉口状结构；

优选的，所述第二隔离墙位于干燥风灰斗的右侧，与前后侧炉墙无缝隙连接，与干燥风灰斗之间形成干化物料落料通道，与右侧炉墙之间形成二次燃烧区烟气通道；

优选的，所述二级炉排为机械式往复炉排，由相间布置的活动炉排片与固定炉排片组成，沿垃圾物料运到方向向下呈倾角设置；

进一步优选的，为延长垃圾物料的热解气化及灰渣燃烧反应时间，保证达到较低的炉渣热灼减率，二级炉排倾角小于一级炉排倾角；

进一步优选的，所述二级炉排位于一级炉排的正下方偏右侧，且与一级炉排运动方向相反，二级炉排右侧端可以承接干燥区落下的物料，二级炉排左侧端与左侧炉墙间设有排渣口；

优选的，所述二级炉排下方连接一次风灰斗，一次风经一次风灰斗由炉排片间隙供入炉内，并可在系统停炉检修时实现炉排漏渣的清理；

进一步优选的，为实现布风均匀，一次风灰斗设有多个独立分段设置的腔室，且每个腔室的一次风均沿前后侧炉墙双向供风管通入；

优选的，所述右侧炉墙的中部靠近第一隔离墙右端部位置设有向炉内凸起的第三隔离墙，并与第一隔离墙形成第二喉口状结构；所述第二喉口状结构下方设有辅助燃烧机接口，且在第二喉口状结构下方的底侧炉墙与右侧炉墙或前后侧炉墙设有至少两组二次风入口；所述第二喉口状结构上方的右侧炉墙或前后侧炉墙设有补充风入口；所述第二喉口状结构上方的顶部炉墙设有脱硝喷枪接口；

优选的，所述第一隔离墙与顶部炉墙间的二次燃烧区设有第四隔离墙与第五隔离墙；第四隔离墙位于靠近第一隔离墙右端部位置，与前后炉墙无缝隙连接，但与第一隔离墙和顶部炉墙之间均留有间隙，且与顶部炉墙的间隙远大于与第一隔离墙的间隙，引导烟气主要经过上部间隙流动，下部间隙主要用于可能出现的沉积灰尘下落返回至二次燃烧区下部燃烧区域；第五隔离墙位于二次燃烧区靠近烟气出口的位置，与顶部炉墙及前后侧炉墙无缝隙连接，起挡灰与烟气扰流作用。

在一种具体的实施方式中，所述高温换热器包括依次连接的一级换热器、二级换热器和三级换热器，利用热解气化燃烧炉排出的高温烟气预热空气回收热量；所述一级换热器产生的高温空气通入二次风入口与补充风入口，所述二级换热器产生的高温空气通入一次风入口，所述三级换热器产生的高温空气通入干燥风入口。

在一种具体的实施方式中，所述烟气净化处理系统包括依次连通的急冷塔、袋式除尘器、引风机、脱酸塔与排气筒；

进一步的，所述急冷塔与袋式除尘器之间的烟道上设有活性炭喷射接口；

所述脱酸塔与排气筒为一体式设备，排气筒位于脱酸塔上方，与脱酸塔烟气出口连接，节约排气筒建造材料用量，节省设备占地面积；

进一步的，在热解气化燃烧炉体与系统设备及管道关键点位均设有温度压力传感器，在线监测系统运行工况。

本发明的一种实施方式中，提供了一种基于上述生活垃圾热解气化焚烧系统的生活垃圾热解气化焚烧工艺，包括：

生活垃圾进入热解气化燃烧炉，首先在干燥区干燥风的作用下蒸发水分干燥物料，并在一级炉排的带动下实现物料的松动与推进移动；在一级炉排的末端，干燥的固态物料受到第二隔离墙的阻挡，通过干燥风灰斗与第二隔离墙之间的落料通道下落至二级炉排，进入热解气化区；蒸发出的水汽等气体则通过第一喉口状结构进入二次燃烧区；

热解气化区中的物料在二级炉排的带动下实现物料的松动与推进移动，并在一次风的作用下进行分阶段的热解气化反应，直至灰渣的完全灼烧，最终通过排渣口将灰渣排出，而热解气化产生的主要组分为一氧化碳、甲烷、二氧化碳等的气体则进入二次燃烧区；

进入二次燃烧区的热解气化气，首先在第二喉口状结构下方的区域与多组二次风结合进行分级燃烧，保证二噁英等有害成分的充分分解，并可抑制高温条件下的氮氧化物产出；随后，燃烧产生的高温烟气在经过第二喉口状结构时与干燥区蒸发出的水汽混合，并对水汽形成灼烧，分解随水汽带出的异味等废气成分；最后，混合烟气在第一隔离墙上方的二次燃烧区，经第四隔离墙与第五隔离墙扰流，延长烟气停留时间，促进可燃气体组分的充分燃烧分解，并通过第一隔离墙向干燥区高温辐射传导供热，补充干燥区物料干燥用能；

二次燃烧区产生的烟气，依次通过三级高温换热器换热降温后通入急冷塔急冷降温，再经喷射活性炭进一步吸附固化有害成分后进入袋式除尘器去除颗粒物杂质，经引风机抽引输送至脱酸塔吸收中和烟气中的硫化物、氯化物、氟化物等酸性气体成分，最终由排气筒达标排放。

经过干燥区干燥后的物料水分大大降低，并且物料性状更加均一，更有利于后续的热解气化反应及灰渣中有机质的充分灼烧，保持系统的连续稳定运行。

设置立式与卧式组合的二次燃烧区特殊结构，通过立式喉口与卧式扰流结构保证二燃室内气体的充分湍流与有效混合，实现气体成分的完全燃烧。

进一步的，当垃圾中的水分或灰分过高、原料热值较低时，通过回用烟气部分热量仍不能满足二次燃烧区温度要求时，开启辅助燃烧机向系统补充热量，并调减二次风量，同时开启补充风，保持二次燃烧区温度在850℃以上。

进一步的，二次燃烧区达到适宜的温度时，启动脱硝装置；优选的，采用sncr炉内脱硝工艺降低烟气出口的氮氧化物浓度。

进一步的，干燥风预热温度至150～250℃，一次风预热温度至300～500℃，二次风预热温度至500～700℃。

进一步的，垃圾原料在干燥区停留时间为45～90min，干燥后的物料平均含水率＜35％。

进一步的，干燥风、一次风、二次风配风量之比为(0.3～0.5)：0.4：(0.15～0.3)。

进一步的，二次燃烧区产生的烟气通过三级高温换热器换热降温至500～550℃；在急冷塔中急冷降温至约200℃；

进一步的，所述急冷塔为雾化水直喷高温烟气的喷淋塔，保证烟气的快速急冷，抑制二噁英的产生，节约用水量，并可控制烟气中水分避免达到饱和粘堵除尘器布袋。

进一步的，所述脱酸塔可采用湿法、半干法或干法脱酸工艺，为保证烟气净化效率，优选的是湿法脱酸工艺。

下面结合实施例对本发明作进一步的解释和说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种生活垃圾热解气化焚烧系统，包括依次连接的生活垃圾进料仓101、热解气化燃烧炉1、高温换热器及烟气净化处理系统；所述热解气化燃烧炉包括依次相通连接的干燥区、热解气化与灰渣燃尽区、二次燃烧区；

所述干燥区为由左侧炉墙、一级炉排102、第一隔离墙103、第二隔离墙105与前后侧炉墙所围成的区域；所述热解气化与灰渣燃尽区为由左侧炉墙、二级炉排106、干燥风灰斗104、第二隔离墙105及前后侧炉墙所围成的区域；所述二次燃烧区为由第一隔离墙103、第二隔离墙105、底侧炉墙、右侧炉墙、顶部炉墙及前后侧炉墙所围成的区域，并在二次燃烧区顶部炉墙的左端部设置烟气出口116；

所述燃烧炉的左侧炉墙上设有垃圾进料口；所述一级炉排102为机械式往复炉排，由相间布置的活动炉排片与固定炉排片组成，且沿垃圾物料运到方向向下呈倾角设置；所述一级炉排102下方连接干燥风灰斗104，干燥风经干燥风灰斗104由炉排片间隙供入炉内干燥垃圾物料，并可在系统停炉检修时实现炉排漏渣的清理；干燥风灰斗104设有多个独立分段设置的腔室，且每个腔室的干燥风均沿前后侧炉墙双向供风管通入，实现布风均匀；

所述第一隔离墙103位于一级炉排102的上方并与其平行布置，限制垃圾进料过程中可能出现的向上起拱，控制垃圾干燥料层的厚度；第一隔离墙103与左侧炉墙及前后侧炉墙无缝隙连接，右侧延伸至第二隔离墙105的上方，且与第二隔离墙105形成第一喉口状结构；

所述第二隔离墙105位于干燥风灰斗104的右侧，与前后侧炉墙无缝隙连接，与干燥风灰斗104之间形成干化物料落料通道，与右侧炉墙之间形成二次燃烧区烟气通道；

所述二级炉排106为机械式往复炉排，由相间布置的活动炉排片与固定炉排片组成，沿垃圾物料运到方向向下呈倾角设置；为延长垃圾物料的热解气化及灰渣燃烧反应时间，保证达到较低的炉渣热灼减率，二级炉排106倾角小于一级炉排102倾角；二级炉排106位于一级炉排102的正下方偏右侧，且与一级炉排102运动方向相反，二级炉排106右侧端可以承接干燥区落下的物料，二级炉排106左侧端与左侧炉墙间设有排渣口；

所述二级炉排106下方连接一次风灰斗108，一次风经一次风灰斗108由炉排片间隙供入炉内，并可在系统停炉检修时实现炉排漏渣的清理；一次风灰斗108设有多个独立分段设置的腔室，且每个腔室的一次风均沿前后侧炉墙双向供风管通入，实现布风均匀；

所述右侧炉墙的中部靠近第一隔离墙103右端部位置设有向炉内凸起的第三隔离墙111，并与第一隔离墙103形成第二喉口状结构；所述第二喉口状结构下方设有辅助燃烧机接口110，且在第二喉口状结构下方的底侧炉墙与右侧炉墙或前后侧炉墙设有至少两组二次风入口；所述第二喉口状结构上方的右侧炉墙或前后侧炉墙设有补充风入口；所述第二喉口状结构上方的顶部炉墙设有脱硝喷枪接口113；

所述第一隔离墙103与顶部炉墙间的二次燃烧区设有第四隔离墙114与第五隔离墙115；第四隔离墙114位于靠近第一隔离墙103右端部位置，与前后炉墙无缝隙连接，但与第一隔离墙103和顶部炉墙之间均留有间隙，且与顶部炉墙的间隙远大于与第一隔离墙103的间隙，引导烟气主要经过上部间隙流动，下部间隙主要用于可能出现的沉积灰尘下落返回至二次燃烧区下部燃烧区域；第五隔离墙115位于二次燃烧区靠近烟气出口的位置，与顶部炉墙及前后侧炉墙无缝隙连接，起挡灰与烟气扰流作用。

所述高温换热器包括依次连接的一级换热器201、二级换热器202和三级换热器203，利用热解气化燃烧炉排出的高温烟气预热空气回收热量；所述一级换热器201产生的高温空气通入二次风入口与补充风入口，所述二级换热器产生的高温空气通入一次风入口，所述三级换热器产生的高温空气通入干燥风入口。

所述烟气净化处理系统包括依次连通的急冷塔3、袋式除尘器5、引风机6、脱酸塔7与排气筒8；所述急冷塔3与袋式除尘器5之间的烟道上设有活性炭喷射接口4；所述脱酸塔7与排气筒8为一体式设备，排气筒8位于脱酸塔7上方，与脱酸塔7烟气出口连接，节约排气筒8建造材料用量，节省设备占地面积；在热解气化燃烧炉体与系统设备及管道关键点位均设有温度压力传感器，在线监测系统运行工况。

上述系统的工作流程如下：

经过初步分选去除大块异物的生活垃圾由进料仓经进料口进入热解气化燃烧炉1，首先在干燥区干燥风的作用下蒸发水分干燥物料，并在一级炉排102的带动下实现物料的松动与推进移动；垃圾原料在干燥区停留时间为45～90min，干燥后的物料平均含水率＜35％。在一级炉排102的末端，干燥的固态物料受到第二隔离墙105的阻挡，通过干燥风灰斗104与第二隔离墙105之间的落料通道下落至二级炉排106，进入热解气化区；蒸发出的水汽等气体则通过第一喉口状结构进入二次燃烧区。

热解气化区中的物料在二级炉排106的带动下实现物料的松动与推进移动，并在一次风的作用下进行分阶段的热解气化反应，直至灰渣的完全灼烧，最终通过排渣口107将灰渣排出，而热解气化产生的主要组分为一氧化碳、甲烷、二氧化碳等的气体则进入二次燃烧区；

进入二次燃烧区的热解气化气，首先在第二喉口状结构下方的区域与多组二次风结合进行分级燃烧，随后，燃烧产生的高温烟气在经过第二喉口状结构时与干燥区蒸发出的水汽混合，并对水汽形成灼烧，分解随水汽带出的异味等废气成分；最后，混合烟气在第一隔离墙103上方的二次燃烧区，经第四隔离墙114与第五隔离墙115扰流，延长烟气停留时间，促进可燃气体组分的充分燃烧分解，并通过第一隔离墙103向干燥区高温辐射传导供热，补充干燥区物料干燥用能；二次燃烧区达到适宜的温度时，启动脱硝装置；采用sncr炉内脱硝工艺降低烟气出口的氮氧化物浓度。

二次燃烧区产生的烟气，依次通过三级高温换热器换热降温至500～550℃，通入急冷塔急冷降温至约200℃，再经喷射活性炭进一步吸附固化有害成分后进入袋式除尘器去除颗粒物杂质，经引风机抽引输送至脱酸塔吸收中和烟气中的硫化物、氯化物、氟化物等酸性气体成分，最终由排气筒达标排放。

当垃圾中的水分或灰分过高、原料热值较低时，通过回用烟气部分热量仍不能满足二次燃烧区温度要求时，开启辅助燃烧机向系统补充热量，并调减二次风量，同时开启补充风，保持二次燃烧区温度在850℃以上。

干燥风预热温度至150～250℃，一次风预热温度至300～500℃，二次风预热温度至500～700℃；干燥风、一次风、二次风配风量之比为(0.3～0.5):0.4:(0.15～0.3)。

所述急冷塔3为雾化水直喷高温烟气的喷淋塔，所述脱酸塔7可采用湿法、半干法或干法脱酸工艺。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。