本發(fā)明涉及一種基于預干燥進行生活垃圾高溫氣化制取合成氣的系統(tǒng)及制取合成氣的方法，屬于廢固利用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

伴隨著中國經(jīng)濟的快速增長和城鎮(zhèn)化水平的提高，固體廢物尤其是城鎮(zhèn)生活垃圾的產(chǎn)生量也迅速上升，造成了嚴重的環(huán)境和社會問題。衛(wèi)生填埋和垃圾焚燒是目前我國處理生活垃圾的主要手段，在一定時期內(nèi)對緩解因垃圾過量而帶來的環(huán)境和社會問題起到了積極作用，但是衛(wèi)生填埋不能有效的利用生活垃圾中的熱量，且占用大量的土地，生活垃圾在填埋坑中會發(fā)酵產(chǎn)生滲濾液和甲烷氣體，滲濾液會對周圍土壤、地下水構(gòu)成長期的威脅，甲烷則對全球溫室效應產(chǎn)生負面影響。垃圾焚燒具有減量化，資源化處理生活垃圾的特點，但是二噁英類有毒有害物質(zhì)的低濃度排放和飛灰的無害化處理是垃圾焚燒面臨的技術(shù)難題。隨著國內(nèi)外環(huán)保要求的日益提高，垃圾熱解氣化逐漸受到人們的關(guān)注和研究。

垃圾熱解氣化技術(shù)中按照對熱解氣的利用方式可分為兩大類：1、爐內(nèi)直接燃燒熱解氣，利用蒸汽輪機發(fā)電或供熱；2、對熱解氣進行凈化儲存，利用燃氣輪機發(fā)電。第一種利用方式與垃圾焚燒相比可以顯著減少過量空氣系數(shù)，降低煙氣處理量。第二種利用方式根據(jù)對熱解氣中焦油的處理方法可細分為三類：1、直接水洗焦油凈化；2、催化劑催化裂解焦油凈化；3、高溫裂解焦油凈化。水洗焦油會損失掉焦油熱值和熱解氣的顯熱，同時焦油轉(zhuǎn)移到洗滌水中會帶來二次污染。催化劑催化裂解焦油需要大量的催化劑，且氣體中的酸性氣體如h2s會使催化劑中毒失活。高溫裂解焦油通過熱解氣的部分燃燒形成高溫，焦油在高溫氣氛中重整轉(zhuǎn)化為小分子氣體(co、h2和co2等)。焦油高溫裂解凈化技術(shù)是通過熱解氣的部分燃燒形成高溫，因此熱解氣的初始溫度越高，則達到相同溫度時，熱解氣部分燃燒的量越少，最終可燃氣的熱值越高。提高熱解氣初始溫度的有效方法就是降低垃圾的水分，因此本申請對垃圾預干燥的氣化方法進行了研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有固體廢棄物，尤其是城鎮(zhèn)生活垃圾氣化技術(shù)中存在的缺陷和不足，提供了一種基于預干燥進行生活垃圾高溫氣化制取合成氣的系統(tǒng)，通過垃圾預干燥提高合成氣的熱值，通過換熱系統(tǒng)充分利用高溫合成氣的顯熱，最終實現(xiàn)氣化爐的高效率運行，同時避免焦油堵塞及二噁英類氣體造成的二次污染。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種基于預干燥進行生活垃圾高溫氣化制取合成氣的系統(tǒng)，包括干燥裝置、爐排氣化爐、重整凈化室、換熱室、氣化風機、補燃風機、干燥風機、引風機、1#動力波洗滌塔、2#動力波洗滌塔、儲氣罐和垃圾儲坑；

干燥裝置的頂部、2#動力波洗滌塔、干燥風機、換熱室和干燥裝置的底部通過管路依次連通、形成循環(huán)；

干燥裝置、爐排氣化爐、重整凈化室、換熱室、1#動力波洗滌塔、引風機和儲氣罐通過管路依次連通；

垃圾儲坑、補燃風機、換熱室和重整凈化室通過管路依次連通；

垃圾儲坑、氣化風機、換熱室和爐排氣化爐通過管路依次連通。

高溫干燥氣與固體廢棄物在干燥裝置內(nèi)進行逆流換熱和傳質(zhì)，通過與干燥風的逆流換熱降低固體廢棄物的水分，提高固體廢棄物的熱值。

氣化爐出口的粗合成氣在重整凈化室與高溫補燃空氣混合燃燒形成1100-1300℃的高溫，在高溫作用下焦油被裂解成小分子氣體，二噁英等有害氣體也被分解。

換熱室對高溫合成氣的顯熱進行梯級回收，用于加熱氣化空氣、補燃空氣和干燥氣。

重整凈化室的操作溫度范圍在1100-1300℃，最優(yōu)操作溫度在1200℃左右。粗合成氣和補燃空氣在重整凈化爐內(nèi)非完全燃燒形成高溫，將大分子焦油裂解成小分子氣體，二噁英等有毒有害物質(zhì)徹底分解。

1#動力波洗滌塔主要用于合成氣的冷卻、酸性氣體的脫除及除塵。2#動力波洗滌塔主要用于干燥氣的冷卻和除塵。儲氣罐用于潔凈合成氣的儲存。

本發(fā)明對固體廢棄物的熱值有較強的適應性，生產(chǎn)的合成氣可用來發(fā)電、合成液體燃料和用于精細化工。

為了進一步提高垃圾的熱值，干燥裝置為回轉(zhuǎn)窯。干燥裝置采用回轉(zhuǎn)窯對垃圾進行初步干燥脫水處理，提高進入爐排氣化爐的熱值。

為了進一步提高熱利用率，換熱室內(nèi)設有第一換熱器、第二換熱器和第三換熱器；垃圾儲坑、補燃風機、第一換熱器和重整凈化室通過管路依次連通；垃圾儲坑、氣化風機、第二換熱器和爐排氣化爐通過管路依次連通；干燥裝置的頂部、2#動力波洗滌塔、干燥風機、第三換熱器和干燥裝置的底部通過管路依次連通、形成循環(huán)。

所述的換熱室主要用于合成氣顯熱回收。通過換熱器將補燃風加熱到600℃左右，氣化風加熱到350℃左右，干燥風加熱到200℃左右，控制出口合成氣的溫度在200℃。

為了進一步提高固廢的利用率，爐排氣化爐為機械爐排爐。進一步優(yōu)選，爐排氣化爐包括料斗、料斗擋板、推料器、氣化爐爐膛、爐排系統(tǒng)、漏渣斗、點火燃燒器和出渣機；料斗、料斗擋板、推料器、氣化爐爐膛和出渣機順序相接；爐排系統(tǒng)設在氣化爐爐膛內(nèi)，漏渣斗設在氣化爐爐膛內(nèi)爐排系統(tǒng)的底部；點火燃燒器的燃燒頭伸入氣化爐爐膛內(nèi)；干燥裝置與料斗相接，氣化爐爐膛與重整凈化室相接。料斗用于儲存垃圾，料斗擋板用于密封和破拱。爐排系統(tǒng)對垃圾進行翻滾推進。漏渣斗用于收集從爐排間隙處掉下的小顆粒垃圾和爐渣，同時從側(cè)面接收氣化風，然后通過爐排向爐內(nèi)均勻供風。固體廢棄物堆積在料斗內(nèi)，由推料器送入氣化爐爐膛，在氣化爐爐膛內(nèi)垃圾經(jīng)過干燥、熱分解和燃燒最終形成粗合成氣和灰渣，粗合成氣進入重整凈化室，灰渣在燃燒段爐排的作用下進入出渣機。出渣機用于爐渣的排出，并對氣化爐進行水封。

氣化爐爐膛的操作溫度范圍在700-900℃，最優(yōu)操作溫度為800℃左右。

為了更進一步提高固廢的利用率，爐排系統(tǒng)包括順序相接的干燥段爐排、熱解段爐排和燃燒段爐排，干燥段爐排的高度高于熱解段爐排，熱解段爐排的高度高于燃燒段爐排，干燥段爐排、熱解段爐排和燃燒段爐排的下方均分別設有漏渣斗；垃圾儲坑、氣化風機和第二換熱器通過管路依次連通，從第二換熱器引出的氣化風分支為三路，分別通向干燥段爐排、熱解段爐排和燃燒段爐排下方的漏渣斗。通過控制高溫氣化空氣的量使氣化爐的爐膛溫度維持在800℃左右。

爐排氣化爐包括垃圾干燥區(qū)、氣化熱解區(qū)和燃燒區(qū)，分別對應于干燥段爐排、熱解段爐排和燃燒段爐排，在干燥區(qū)內(nèi)垃圾的水分進一步析出，在熱解區(qū)垃圾析出揮發(fā)分，剩余的焦炭進入燃燒區(qū)進行燃燒，生成的高溫氣體為垃圾熱解和干燥提供熱量，反應剩余的爐渣進入出渣機。

利用上述基于預干燥進行生活垃圾高溫氣化制取合成氣的系統(tǒng)制備合成氣的方法，包括順序相接的如下步驟：

a、固體廢棄物首先在干燥裝置內(nèi)進行預干燥，干燥風與固體廢棄物逆流換熱，干燥風的溫度逐漸降低，水分含量逐漸增加，干燥風隨后進入2#動力波洗滌塔，2#動力波洗滌塔對干燥裝置出來的干燥風進行冷卻和洗滌除塵，然后潔凈的干燥風由干燥風機引入換熱室，溫度升高后再次進入干燥裝置；

b、經(jīng)干燥裝置干燥后的固體廢棄物進入爐排氣化爐，得到粗合成氣，爐排氣化爐內(nèi)的氣化風來自垃圾儲坑區(qū)，經(jīng)過氣化風機獲得動能和壓力勢能后進入換熱室，經(jīng)加熱升溫后進入爐排氣化爐；

c、粗合成氣進入重整凈化室內(nèi)與補燃風混合燃燒形成高溫，將大分子焦油裂解成小分子氣體、將有毒有害物質(zhì)徹底分解，得到高溫合成氣，其中，補燃風來自垃圾儲坑區(qū)，經(jīng)過補燃風機獲得動能和壓力勢能后進入換熱室，經(jīng)加熱升溫后進入重整凈化室；

d、重整凈化室所得的高溫合成氣通過換熱室內(nèi)降溫后進入1#動力波洗滌塔，1#動力波洗滌塔對合成氣進行冷卻、酸性氣體的脫除及除塵，隨后合成氣在引風機的作用下進入儲氣罐。

步驟d合成氣的顯熱被回收利用。

為了進一步提高固廢的利用率，步驟b為：經(jīng)干燥裝置干燥后的固體廢棄物進入料斗，然后通過推料器進入氣化爐爐膛，在氣化爐爐膛內(nèi)，固體廢棄物通過干燥段爐排翻滾前進，氣化風從漏渣斗的側(cè)面進入干燥段爐排的下方，然后通過干燥段爐排向氣化爐爐膛均勻供風，隨著垃圾與氣化風傳熱傳質(zhì)的進行，固體廢棄物的水分進一步降低，熱值升高，隨后進入熱解段爐排，固體廢棄物在熱解段爐排的作用下翻滾前進，垃圾內(nèi)的揮發(fā)分逐漸釋放，熱解后的垃圾在燃燒段爐排的作用下翻滾前進，最終燃盡變?yōu)榛以淙氤鲈鼨C，同時得到粗合成氣。

為了進一步降低有害氣體的排放，粗合成氣進入重整凈化室內(nèi)與補燃風混合燃燒形成1100-1300℃的高溫；氣化爐爐膛的操作溫度范圍在700-900℃。

換熱室將合成氣顯熱回收，通過換熱器將補燃風加熱到600±10℃，將氣化風加熱到350±10℃，將干燥風加熱到200±10℃，換熱室出口合成氣的溫度為200±10℃。

本發(fā)明未提及的技術(shù)均參照現(xiàn)有技術(shù)。

本發(fā)明基于預干燥進行生活垃圾高溫氣化制取合成氣的系統(tǒng)，通過干燥裝置對固體廢棄物預干燥，降低了進入爐排氣化爐的垃圾水分含量，提高了合成氣熱值；同時有效降低了合成氣處理量，節(jié)約了氣體處理成本；重整凈化室的高溫(1100-1300℃)有利于焦油的裂解重整和二噁英類有毒有害氣體的完全分解；換熱室內(nèi)的換熱器對高溫合成氣的顯熱梯級利用；將補燃風加熱到600℃，用于粗合成氣的不完全燃燒；加熱干燥氣和氣化風，用于干燥裝置內(nèi)垃圾的預干燥和氣體室的熱解燃燒；爐排系統(tǒng)通過對垃圾的翻滾，使垃圾與氣體的接觸更加均勻，垃圾的干燥、熱解和燃燒更加迅速，有利于單位爐排垃圾處理量的提高；與焚燒相比，系統(tǒng)的空氣系數(shù)低、合成氣量小，且無需等離子火炬輔助加熱，因此耗電量少。

附圖說明

圖1為發(fā)明基于預干燥進行生活垃圾高溫氣化制取合成氣的系統(tǒng)示意圖。

圖中，1、回轉(zhuǎn)窯；2、料斗；3、料斗擋板；4、推料器；5、漏渣斗；6、干燥段爐排；7、熱解段爐排；8、燃燒段爐排；9、點火燃燒器；10、出渣機；11、爐排氣化爐；12、重整凈化室；13、換熱室；14、換熱器；15、引風機；16、1#動力波洗滌塔；17、儲氣罐；18、氣化風機；19、補燃風機；20、干燥風機；21、2#動力波洗滌塔；22、垃圾儲坑；23、固體廢棄物。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1

如圖所示，基于預干燥進行生活垃圾高溫氣化制取合成氣的系統(tǒng)，包括干燥裝置、爐排氣化爐、重整凈化室、換熱室、氣化風機、補燃風機、干燥風機、引風機、1#動力波洗滌塔、2#動力波洗滌塔、儲氣罐和垃圾儲坑；換熱室內(nèi)設有第一換熱器、第二換熱器和第三換熱器；

垃圾儲坑、補燃風機、第一換熱器和重整凈化室通過管路依次連通；垃圾儲坑、氣化風機、第二換熱器和爐排氣化爐通過管路依次連通；干燥裝置的頂部、2#動力波洗滌塔、干燥風機、第三換熱器和干燥裝置的底部通過管路依次連通、形成循環(huán)。

干燥裝置的頂部、2#動力波洗滌塔、干燥風機、換熱室和干燥裝置的底部通過管路依次連通、形成循環(huán)；也即利用重整凈化室得到的混合氣對補燃風、氣化風和干燥風進行預熱，使熱量得到了有效的利用；

干燥裝置、爐排氣化爐、重整凈化室、換熱室、1#動力波洗滌塔、引風機和儲氣罐通過管路依次連通；

干燥裝置為回轉(zhuǎn)窯。

利用上述基于預干燥進行生活垃圾高溫氣化制取合成氣的系統(tǒng)制備合成氣的方法，包括順序相接的如下步驟：

a、固體廢棄物首先在干燥裝置內(nèi)進行預干燥，干燥風與固體廢棄物逆流換熱，干燥風的溫度逐漸降低，水分含量逐漸增加，干燥風隨后進入2#動力波洗滌塔，2#動力波洗滌塔對干燥裝置出來的干燥風進行冷卻和洗滌除塵，然后潔凈的干燥風由干燥風機引入換熱室，溫度升高后再次進入干燥裝置；

b、經(jīng)干燥裝置干燥后的固體廢棄物進入爐排氣化爐，得到粗合成氣，氣化爐爐膛的操作溫度范圍為800℃，爐排氣化爐內(nèi)的氣化風來自垃圾儲坑區(qū)，經(jīng)過氣化風機獲得動能和壓力勢能后進入換熱室，經(jīng)加熱升溫后進入爐排氣化爐；

c、粗合成氣進入重整凈化室內(nèi)與補燃風混合燃燒形成1200℃的高溫，將大分子焦油裂解成小分子氣體、將有毒有害物質(zhì)徹底分解，得到高溫合成氣，其中，補燃風來自垃圾儲坑區(qū)，經(jīng)過補燃風機獲得動能和壓力勢能后進入換熱室，經(jīng)加熱升溫后進入重整凈化室；

d、重整凈化室所得的高溫合成氣通過換熱室內(nèi)降溫后進入1#動力波洗滌塔，1#動力波洗滌塔對合成氣進行冷卻、酸性氣體的脫除及除塵，隨后合成氣在引風機的作用下進入儲氣罐；換熱室將合成氣顯熱回收，通過換熱器將補燃風加熱到600℃，將氣化風加熱到350℃，將干燥風加熱到200℃，換熱室出口合成氣的溫度為200℃。

實施例2

與實施例1基本相同，所不同的是：爐排氣化爐為機械爐排爐。爐排氣化爐包括料斗、料斗擋板、推料器、氣化爐爐膛、爐排系統(tǒng)、漏渣斗、點火燃燒器和出渣機；料斗、料斗擋板、推料器、氣化爐爐膛和出渣機順序相接；爐排系統(tǒng)設在氣化爐爐膛內(nèi)，漏渣斗設在化工作室內(nèi)爐排系統(tǒng)的底部；點火燃燒器的燃燒頭伸入氣化爐爐膛內(nèi)；干燥裝置與料斗相接，氣化爐爐膛與重整凈化室相接。

爐排系統(tǒng)包括順序相接的干燥段爐排、熱解段爐排和燃燒段爐排，干燥段爐排的高度高于熱解段爐排，熱解段爐排的高度高于燃燒段爐排，干燥段爐排、熱解段爐排和燃燒段爐排的下方均分別設有漏渣斗；垃圾儲坑、氣化風機和第二換熱器通過管路依次連通，從第二換熱器引出的氣化風分支為三路，分別通向干燥段爐排、熱解段爐排和燃燒段爐排下方的漏渣斗。

利用上述基于預干燥進行生活垃圾高溫氣化制取合成氣的系統(tǒng)制備合成氣的方法，包括順序相接的如下步驟：

a、固體廢棄物首先在干燥裝置內(nèi)進行預干燥，干燥風與固體廢棄物逆流換熱，干燥風的溫度逐漸降低，水分含量逐漸增加，干燥風隨后進入2#動力波洗滌塔，2#動力波洗滌塔對干燥裝置出來的干燥風進行冷卻和洗滌除塵，然后潔凈的干燥風由干燥風機引入換熱室，溫度升高后再次進入干燥裝置；

b、經(jīng)干燥裝置干燥后的固體廢棄物進入料斗，然后通過推料器進入氣化爐爐膛，在氣化爐爐膛內(nèi)，固體廢棄物通過干燥段爐排翻滾前進，氣化風從漏渣斗的側(cè)面進入干燥段爐排的下方，然后通過干燥段爐排向氣化爐爐膛均勻供風，隨著垃圾與氣化風傳熱傳質(zhì)的進行，固體廢棄物的水分進一步降低，熱值升高，隨后進入熱解段爐排，固體廢棄物在熱解段爐排的作用下翻滾前進，垃圾內(nèi)的揮發(fā)分逐漸釋放，熱解后的垃圾在燃燒段爐排的作用下翻滾前進，最終燃盡變?yōu)榛以淙氤鲈鼨C，同時得到粗合成氣，爐排氣化爐內(nèi)的氣化風來自垃圾儲坑區(qū)，經(jīng)過氣化風機獲得動能和壓力勢能后進入換熱室，經(jīng)加熱升溫后進入漏渣斗，氣化爐爐膛的操作溫度范圍為800℃；

c、粗合成氣進入重整凈化室內(nèi)與補燃風混合燃燒形成1200℃的高溫，將大分子焦油裂解成小分子氣體、將有毒有害物質(zhì)徹底分解，得到高溫合成氣，其中，補燃風來自垃圾儲坑區(qū)，經(jīng)過補燃風機獲得動能和壓力勢能后進入換熱室，經(jīng)加熱升溫后進入重整凈化室；

d、重整凈化室所得的高溫合成氣通過換熱室內(nèi)降溫后進入1#動力波洗滌塔，1#動力波洗滌塔對合成氣進行冷卻、酸性氣體的脫除及除塵，隨后合成氣在引風機的作用下進入儲氣罐；換熱室將合成氣顯熱回收，通過換熱器將補燃風加熱到600℃，將氣化風加熱到350℃，將干燥風加熱到200℃，換熱室出口合成氣的溫度為200℃。

上述各例中的基于預干燥進行生活垃圾高溫氣化制取合成氣的系統(tǒng)，通過干燥裝置對固體廢棄物預干燥，降低了進入爐排氣化爐的垃圾水分含量，提高了合成氣熱值，對生活垃圾處理后的熱值達到12000kj/nm3；同時有效降低了合成氣處理量，節(jié)約了氣體處理成本；重整凈化室的高溫(1100-1300℃)有利于焦油的裂解重整和二噁英類有毒有害氣體的完全分解，實現(xiàn)了無毒氣體排放；換熱室內(nèi)的換熱器對高溫合成氣的顯熱梯級利用；將補燃風加熱到600℃，用于粗合成氣的不完全燃燒；加熱干燥氣和氣化風，用于干燥裝置內(nèi)垃圾的預干燥和氣體室的熱解燃燒；爐排系統(tǒng)通過對垃圾的翻滾，使垃圾與氣體的接觸更加均勻，垃圾的干燥、熱解和燃燒更加迅速，有利于單位爐排垃圾處理量的提高；與焚燒相比，系統(tǒng)的空氣系數(shù)低、合成氣量小，且無需等離子火炬輔助加熱，因此耗電量少。