專利名稱：一種有機廢棄物的氣化方法及專用氣化爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于有機廢棄物氣化處理技術領域，涉及一種有機廢棄物的氣化方法及專用氣化爐。
背景技術：
固體燃料的氣化過程是一個熱化學過程。它是以固體燃料(煤或焦炭等)為原料，以氧氣(空氣、富氧或純氧)、水蒸氣或氫氣等作為氣化劑(或稱氣化介質(zhì))，在高溫條件下通過化學反應將固體燃料轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過程。氣化時所得到的可燃氣體稱為氣化煤氣，其有效成分包括一氧化碳、氫氣及甲烷等。氣化煤氣可用作城市燃氣、工業(yè)燃氣和化工原料氣。氣化技術以煤氣化最為典型，煤的氣化過程是在煤氣發(fā)生爐(又稱氣化爐)中進行的。氣化爐內(nèi)原料層大致可以分為爐渣層、氧化層、還原層、干餾層和干燥層，其技術原理為將碳氧化時放出的熱量作為水蒸氣氣化的熱源，以此實現(xiàn)氣化原料的氣化。氣化過程有逆流操作和順流操作，前者氣化原料由上部加料裝置裝入爐膛，原料層及爐渣層由下部爐柵支撐，氣化劑由下部送風口進入，經(jīng)爐柵均勻分配，與原料層接觸而發(fā)生氣化反應，產(chǎn)生的氣化煤氣由原料層上方引出，殘存的爐渣由下部灰盤排出；后者氣化劑由爐體上部送入，煤氣自下部引出。有機廢棄物(城市生活垃圾、有機工業(yè)垃圾、污泥和秸桿等)的處置應以資源化、減量化、無害化為原則。將有機廢棄物利用焚燒爐焚燒(在燃燒室合理布置換熱裝置能夠得到熱風、蒸汽或熱水等)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)資源化和減量化，但可能會產(chǎn)生少量的二噁英，正是由 于二噁英的存在，極大阻礙與限制了焚燒爐的推廣與應用；氣化技術由于具有還原性氣氛而具有顯著抑制二噁英的特點，并可產(chǎn)生出高品位燃氣產(chǎn)品，特別適合于對有機廢棄物的處理，目前正受到業(yè)界的普遍青睞。有機廢棄物如城市生活垃圾的組成可能較為復雜、含水率可能較高、熱值可能較低，有試驗直接依靠氣化爐的氧化層燃燒供熱，但氣化極不穩(wěn)定、燃氣品質(zhì)極差，在業(yè)界未有成功運行報道；有試驗先將氣化原料造粒烘干后制成垃圾衍生燃料即燃料棒(簡稱RDF，形狀與熱值等盡可能接近煤)再應用于氣化爐，氣化爐的運行得到明顯改善，但RDF工藝成本極高且難以穩(wěn)定運行，使該技術未能得到進一步推廣應用；有試驗將原料與煤或焦炭一起摻混送往氣化爐氣化，雖然氣化爐能夠穩(wěn)定運行，但首先由于需要添加輔助燃料而造成建廠成本高、運行成本高和維護成本高等，其次由于原料差異性大、排渣含碳量高和熱效率低等問題，市場認可度較低，較難推廣應用。有試驗在氣化爐的氧化段增加輔助燃氣或燃油燃燒器(一種直熱裝置)，在爐溫低時自動開啟燃燒器補充熱量，氣化爐能夠穩(wěn)定運行，但是大量的煙氣混入燃氣中，造成燃氣熱值偏低，甚至無法應用而只能設置二燃室將其燃燒掉，且二燃室需要額外消耗燃油等高品位能源以維持爐溫，造成尾氣凈化工藝復雜龐大，運行成本過高。這樣的工藝，產(chǎn)品為在二燃室換熱得到的蒸汽或熱水，而不能供應合格燃氣，造成系統(tǒng)相比較焚燒的優(yōu)越性極大降低,二噁英的控制也不夠理想。有試驗在氣化爐的氧化段增加等離子發(fā)生裝置(一種直熱裝置)，依靠等離子加熱氣化原料，氣化強度高而穩(wěn)定，氣化爐能夠穩(wěn)定運行，燃氣品質(zhì)好，但是存在電耗高、氣化爐造價高、維護成本高等缺點，難以推廣應用于一般原料的處理，而只能作為危廢等特殊原料的處置工具，規(guī)模小、適應面窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有氣化技術的不足，提供一種燃氣有效成分高、氣化原料適應性強、能耗低、維護成本低、二次污染少的有機廢棄物的氣化方法及專用氣化爐，適用于有機廢棄物如城市生活垃圾的氣化處理。本發(fā)明方法具體是
步驟(I).將氣化原料通過進料機構送入氣化爐上部或頂部的進料口 ；
所述的氣化原料包括煤、焦炭、城市生活垃圾、有機工業(yè)垃圾、養(yǎng)殖業(yè)廢棄物、污泥、秸桿中的一種或多種的混合物；
所述的進料機構為密閉進料機構，采用鎖氣加料斗、液壓推桿進料機或螺旋輸送機。步驟(2).通過攪拌裝置將送入到氣化爐上部的氣化原料均勻分布在氣化爐的內(nèi)部;
所述的攪拌裝置為氣化爐上部豎直設置的攪拌棒、氣化爐內(nèi)水平設置的攪拌棒中的一種或兩種的組合；所述的攪拌棒設置在氣化爐進料口的下方，氣化爐上部豎直設置的攪拌棒的形狀為一字形、十字形或傘形，氣化爐內(nèi)水平設置的攪拌棒的形狀為螺旋形或耙齒形。步驟(3).利用設置在氣化爐爐體中部的間熱裝置對氣化爐上部和中部的氣化原料進行加熱，使氣化原料干燥、部分干餾和部分氣化；
所述的間熱裝置包括呈盒體形狀的加熱室，加熱室內(nèi)設置有燃氣輻射管加熱器，加熱室的一個面開放，其他各面封閉，加熱室與爐體側(cè)壁固定連接，且加熱室與爐體內(nèi)部連通；燃氣輻射管加熱器的進氣端和出氣端穿過加熱室的一個封閉面，加熱室的開放面設置有格柵，加熱室內(nèi)燃氣輻射管加熱器產(chǎn)生的熱量由開放面進入爐體內(nèi)，格柵將爐體內(nèi)的氣化原 料阻擋在加熱室外；燃氣經(jīng)過進氣端的燒嘴燃燒，產(chǎn)生800 1200°C的高溫煙氣，對氣化爐上部和中部的氣化原料進行間接加熱，使氣化原料干燥、部分干餾和部分氣化，冷卻后的煙氣由出氣端排出；
間熱裝置可以為一個，也可以為多個，多個間熱裝置沿氣化爐爐體周向均勻分布。步驟(4).氣化原料連續(xù)送入氣化爐內(nèi)，加熱后的氣化原料向下移動至氣化爐下部；由氣化爐底部送風口連續(xù)供給氧化氣體和還原氣體，使得氣化爐內(nèi)部分碳氧化放出熱量，氣化原料在氣化爐下部實現(xiàn)完全干餾和完全氣化，并形成爐渣；
所述的氧化氣體為空氣或氧氣；所述的還原氣體為水蒸氣、二氧化碳或氫氣。步驟(5).采用濕法排渣或干法排渣方法將爐渣排出氣化爐外，粗燃氣由氣化爐上部或頂部的燃氣出口引出；所述的粗燃氣為干餾和氣化產(chǎn)生的燃氣、干燥產(chǎn)生的水蒸氣，以及雜質(zhì)的混合氣體。步驟￠).將粗燃氣經(jīng)過燃氣凈化系統(tǒng)冷卻、除雜，得到凈燃氣。利用燃氣凈化系統(tǒng)將粗燃氣進行冷卻、除雜采用常規(guī)的現(xiàn)有技術。
實現(xiàn)該方法的氣化爐的具體結(jié)構是
包括爐體和排渣裝置，爐體固定安裝在基座上。進料口開設在爐體側(cè)壁的上部或爐體頂部，燃氣出口開設在爐體側(cè)壁的上部或爐體頂部；
爐體內(nèi)水平設置有水平攪拌棒，水平攪拌棒設置在進料口和燃氣出口的下方，水平攪拌棒的轉(zhuǎn)軸穿過爐體側(cè)壁設置，水平攪拌棒為螺旋形或耙齒形；
爐體內(nèi)的上部豎直設置有豎直攪拌棒，豎直攪拌棒的轉(zhuǎn)軸穿過爐體頂部設置，豎直攪拌棒為一字形、十字形或傘形；
氣化爐爐體中部的側(cè)壁設置有間熱裝置，所述的間熱裝置包括呈盒體形狀的加熱室，加熱室內(nèi)設置有燃氣輻射管加熱器，加熱室的一個面開放，其他各面封閉，加熱室與爐體側(cè) 壁固定連接，且加熱室與爐體內(nèi)部連通；燃氣輻射管加熱器的進氣端和出氣端穿過加熱室的一個封閉面，加熱室的開放面設置有格柵；燃氣福射管加熱器為成熟的現(xiàn)有技術；
間熱裝置可以為一個，也可以為多個，多個間熱裝置沿氣化爐爐體周向均勻分布； 爐體底部設置有送風口和排渣裝置。所述的排渣裝置采用濕法排渣裝置或干法排渣裝置，為成熟的現(xiàn)有技術，如賀永德主編的《現(xiàn)代煤化工技術手冊》(化學工業(yè)出版社)，P362頁中介紹了 M型爐箅濕式排灰的混合煤氣發(fā)生爐，采用濕法排渣裝置；P365頁中介紹了 W-G型(威爾曼-格努沙)混合煤氣發(fā)生爐和TG型混合煤氣發(fā)生爐，采用干法排渣裝置。本發(fā)明方法力求目標產(chǎn)品即燃氣的有效成分盡可能高，對氣化原料含水率的適應性盡可能高，系統(tǒng)造價盡可能低，運行成本盡可能低，特別是能提高有機廢棄物如城市生活垃圾資源化綜合處理的效益，與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點
I、利用間熱裝置對氣化爐內(nèi)原料增熱，爐溫穩(wěn)定，燃氣波動少，氣化強度高，特別是間熱裝置也可以作為調(diào)節(jié)產(chǎn)氣量的一種良好措施。由于燃氣為潔凈燃料，間熱裝置的尾氣能夠做到直接排放，系統(tǒng)簡潔。2、利用間熱裝置的顯著增熱效果，允許高含水率的氣化原料如城市生活垃圾直接入爐，對原料的水分含量不苛求，節(jié)能效果顯著，系統(tǒng)造價低，特別是能提高有機廢棄物資源化綜合處理的效益。3、間熱裝置的增熱效果提升了氣化爐爐溫，適當調(diào)整氧化氣體和還原氣體比例即允許更多的還原氣體如水蒸氣等供給，可使燃氣中有效組分如CO、H2、CH4、C2H4等極大增加，熱值顯著提升。4、間熱裝置的增熱效果減少了氧化氣體耗量，燃氣中氧含量低，燃氣使用安全，且燃氣中惰性組分如N2降低，熱值顯著提升，燃氣體積減少，燃氣凈化與增壓、燃氣應用系統(tǒng)效率增加，運行成本相對降低。特別是進一步控制減少氧化氣體的消耗量，本氣化爐也可以作為干餾爐使用。5、由于增設了間熱裝置，隨時能夠啟動間熱裝置對爐溫進行調(diào)節(jié)，允許氣化爐有較長的燜爐(臨時停爐)時間，而這也是本發(fā)明氣化爐性能優(yōu)越性的體現(xiàn)。6、點火階段間熱裝置的增熱提升了氣化爐爐溫，點火迅速且成本降低，產(chǎn)生的燃氣組分在較短時間內(nèi)就能合格使用，減少了放散氣體量，環(huán)保效果顯著。7、間熱裝置也可以作為間冷裝置運用，利用冷卻介質(zhì)對氣化爐進行迅速冷卻便于停爐檢修，而這也是本發(fā)明氣化爐性能優(yōu)越性的又一體現(xiàn)。


圖I為本發(fā)明一實施例的外形結(jié)構示意 圖2為圖I的A-A向剖面結(jié)構示意圖。
具體實施例方式如圖I和2所示，一種有機廢棄物專用氣化爐包括爐體I和排渣裝置2，爐體I固定安裝在基座3上。進料口 4和燃氣出口 8開設在爐體I上部。爐體I內(nèi)的上部豎直設置有豎直攪拌棒5，豎直攪拌棒5的轉(zhuǎn)軸穿過爐體I頂部設置，豎直攪拌棒5為一字形。爐體I內(nèi)水平設置有水平攪拌棒6，水平攪拌棒6設置在進料口 4和燃氣出口 8的下方，水平攪拌棒6的轉(zhuǎn)軸穿過爐體I側(cè)壁設置，水平攪拌棒6為耙齒形。爐體I側(cè)壁設置有4個沿周向均勻分布的間熱裝置。間熱裝置包括呈盒體形狀的加熱室7，加熱室7內(nèi)設置有燃氣輻射管加熱器10，力口熱室7的一個面開放，其他各面封閉，加熱室7與爐體I側(cè)壁固定連接，且加熱室7與爐體I內(nèi)部連通；燃氣福射管加熱器10的進氣端11和出氣端12穿過加熱室的一個封閉面,力口熱室7的開放面設置有格柵13。加熱室7內(nèi)燃氣輻射管加熱器10產(chǎn)生的熱量由開放面進入爐體I內(nèi)，格柵13將爐體I內(nèi)的氣化原料阻擋在加熱室7外；燃氣經(jīng)過進氣端11的燒嘴燃燒，產(chǎn)生800 1200°C的高溫煙氣，對氣化爐上部和中部的氣化原料進行間接加熱，使氣化原料干燥、部分干餾和部分氣化，冷卻后的煙氣由出氣端12排出。爐體I底部設置有送風口 9和排渣裝置2，排渣裝置2采用濕法排渣裝置。利用該氣化爐進行有機廢棄物氣化的具體方法如下
步驟(I).將氣化原料通過進料機構送入氣化爐上部的進料口 4 ；
氣化原料包括煤、焦炭、城市生活垃圾、有機工業(yè)垃圾、養(yǎng)殖業(yè)廢棄物、污泥、秸桿中的一種或多種的混合物；
進料機構為密閉進料機構，可以采用鎖氣加料斗、液壓推桿進料機或螺旋輸送機；
步驟(2).通過豎直攪拌棒5和水平攪拌棒6將送入到氣化爐上部的氣化原料均勻分布在氣化爐的內(nèi)部；
步驟(3).開啟燃氣輻射管加熱器10，燃氣經(jīng)過輻射管加熱器10的進氣端11的燒嘴燃燒，產(chǎn)生800 1200°C的高溫煙氣，通過輻射管對氣化爐上部和中部的氣化原料進行間接加熱，使氣化原料干燥、部分干餾和部分氣化，冷卻后的煙氣由輻射管加熱器10的出氣端12排出；
步驟(4).氣化原料連續(xù)送入氣化爐內(nèi)，加熱后的氣化原料向下移動至氣化爐下部；由氣化爐底部送風口 9連續(xù)供給氧化氣體和還原氣體，使得氣化爐內(nèi)部分碳氧化放出熱量，氣化原料在氣化爐下部實現(xiàn)完全干餾和完全氣化，并形成爐渣；
氧化氣體為空氣或氧氣；還原氣體為水蒸氣、二氧化碳或氫氣；
步驟(5).采用濕法排渣裝置2將爐渣排出氣化爐外，粗燃氣由氣化爐上部的燃氣出口8引出；粗燃氣為干餾和氣化產(chǎn)生的燃氣、干燥產(chǎn)生的水蒸氣，以及雜質(zhì)的混合氣體； 步驟￠).將粗燃氣經(jīng)過燃氣凈化系統(tǒng)冷卻、除雜， 得到凈燃氣。
權利要求
1.一種有機廢棄物的氣化方法，其特征在于該方法具體是 步驟(I).將氣化原料通過進料機構送入氣化爐上部或頂部的進料口 ； 所述的氣化原料包括煤、焦炭、城市生活垃圾、有機工業(yè)垃圾、養(yǎng)殖業(yè)廢棄物、污泥、秸桿中的一種或多種的混合物； 所述的進料機構為密閉進料機構，采用鎖氣加料斗、液壓推桿進料機或螺旋輸送機；步驟(2).通過攪拌裝置將送入到氣化爐上部的氣化原料均勻分布在氣化爐的內(nèi)部；所述的攪拌裝置為氣化爐上部豎直設置的攪拌棒、氣化爐內(nèi)水平設置的攪拌棒中的一種或兩種的組合； 步驟(3).利用設置在氣化爐爐體中部的間熱裝置對氣化爐上部和中部的氣化原料進行加熱，使氣化原料干燥、部分干餾和部分氣化； 步驟(4).氣化原料連續(xù)送入氣化爐內(nèi)，加熱后的氣化原料向下移動至氣化爐下部；由 氣化爐底部送風口連續(xù)供給氧化氣體和還原氣體，使得氣化爐內(nèi)部分碳氧化放出熱量，氣化原料在氣化爐下部實現(xiàn)完全干餾和完全氣化，并形成爐渣； 所述的氧化氣體為空氣或氧氣；所述的還原氣體為水蒸氣、二氧化碳或氫氣； 步驟(5).采用濕法排渣或干法排渣方法將爐渣排出氣化爐外，粗燃氣由氣化爐上部或頂部的燃氣出口引出；所述的粗燃氣為干餾和氣化產(chǎn)生的燃氣、干燥產(chǎn)生的水蒸氣，以及雜質(zhì)的混合氣體； 步驟￠).將粗燃氣經(jīng)過燃氣凈化系統(tǒng)冷卻、除雜，得到凈燃氣。
2.如權利要求I所述的一種有機廢棄物的氣化方法，其特征在于步驟(2)中所述的攪拌棒設置在氣化爐進料口的下方，氣化爐上部豎直設置的攪拌棒的形狀為一字形、十字形或傘形，氣化爐內(nèi)水平設置的攪拌棒的形狀為螺旋形或耙齒形。
3.如權利要求I所述的一種有機廢棄物的氣化方法，其特征在于步驟(3)中所述的間熱裝置包括呈盒體形狀的加熱室，加熱室內(nèi)設置有燃氣輻射管加熱器，加熱室的一個面開放，其他各面封閉，加熱室與爐體側(cè)壁固定連接，且加熱室與爐體內(nèi)部連通；燃氣輻射管加熱器的進氣端和出氣端穿過加熱室的一個封閉面，加熱室內(nèi)燃氣輻射管加熱器產(chǎn)生的熱量由開放面進入爐體內(nèi)；燃氣經(jīng)過進氣端的燒嘴燃燒，產(chǎn)生800 1200°C的高溫煙氣，對氣化爐上部和中部的氣化原料進行間接加熱，使氣化原料干燥、部分干餾和部分氣化，冷卻后的煙氣由出氣端排出。
4.如權利要求3所述的一種有機廢棄物的氣化方法，其特征在于所述的加熱室的開放面設置有格柵，將爐體內(nèi)的氣化原料阻擋在加熱室外。
5.如權利要求I所述的一種有機廢棄物的氣化方法，其特征在于所述的間熱裝置為多個，沿氣化爐爐體周向均勻分布。
6.實現(xiàn)如權利要求I所述氣化方法的氣化爐，包括爐體和排渣裝置，爐體固定安裝在基座上，其特征在于 進料口開設在爐體側(cè)壁的上部或爐體頂部，燃氣出口開設在爐體側(cè)壁的上部或爐體頂部; 爐體內(nèi)水平設置有水平攪拌棒，水平攪拌棒設置在進料口和燃氣出口的下方，水平攪拌棒的轉(zhuǎn)軸穿過爐體側(cè)壁設置，水平攪拌棒為螺旋形或耙齒形； 爐體側(cè)壁設置有間熱裝置，爐體底部設置有送風口和排渣裝置，所述的排渣裝置采用濕法排渣裝置或干法排渣裝置。
7.如權利要求6所述的氣化爐，其特征在于爐體內(nèi)的上部豎直設置有豎直攪拌棒，豎直攪拌棒的轉(zhuǎn)軸穿過爐體頂部設置，豎直攪拌棒為一字形、十字形或傘形。
8.如權利要求6所述的氣化爐，其特征在于所述的間熱裝置包括呈盒體形狀的加熱室，加熱室內(nèi)設置有燃氣輻射管加熱器，加熱室的一個面開放，其他各面封閉，加熱室與爐體側(cè)壁固定連接，且加熱室與爐體內(nèi)部連通；燃氣輻射管加熱器的進氣端和出氣端穿過加熱室的一個封閉面。
9.如權利要求8所述的氣化爐，其特征在于所述的加熱室的開放面設置有格柵。
10.如權利要求6所述的氣化爐，其特征在于所述的間熱裝置為多個，沿氣化爐爐體周向均勻分布。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有機廢棄物的氣化方法及專用氣化爐?，F(xiàn)有技術能耗、造價及維護成本高。本發(fā)明方法是將氣化原料送入氣化爐后通過攪拌裝置均勻分布，利用間熱裝置對氣化爐上部和中部的氣化原料進行加熱，使氣化原料干燥、部分干餾和氣化，由氣化爐底部連續(xù)供給氧化氣體和還原氣體，使得氣化爐內(nèi)部分碳氧化放出熱量，氣化原料實現(xiàn)完全干餾和完全氣化，形成的爐渣排出爐外，粗燃氣經(jīng)冷卻、除雜，得到凈燃氣。該方法所使用的氣化爐在原有的氣化爐基礎上，在側(cè)壁設置了間熱裝置。間熱裝置包括加熱室和燃氣輻射管加熱器，通過燃氣輻射管加熱器對爐內(nèi)進行加熱。本發(fā)明造價和運行成本低，燃氣有效成分高，能提高有機廢棄物綜合處理的效益。
文檔編號C10J3/82GK102746902SQ20121024691
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權日2012年7月17日
發(fā)明者張志霄 申請人:張志霄