一种城市垃圾或工业污泥热解气化机械化生产煤气高炉

摘要

本发明涉及一种城市垃圾或工业污泥热解气化机械化生产煤气高炉，包括：密封上料与称重钢仓卸料机构、热解及气化立式高炉三级供风产煤气系统以及热解及气化高炉液态出渣系统。本发明将城市垃圾或工业污泥热解还原产生可燃气体，供应工业锅炉燃烧供热或发电，通过焦炭辅助燃料和石灰石助溶剂使其高炉出渣为液态排渣，其液态渣为坚硬的无害玻璃体，可完全回用于建材行业。使之城市垃圾或工业污泥出渣体积最大的减量化和无害化以及资源化。用这种先进的产气高炉代替现行的炉排炉落后的燃烧方式，以达到我国城市垃圾或工业污泥的全面技术升级，以真正达到资源化、无害化与减量化的目的。

权利要求

1.一种城市垃圾或工业污泥热解气化机械化生产煤气高炉，其特征在于，包括：

一密封上料与称重钢仓卸料机构：包括一个上料贮存计量钢仓、以及进料端与上料贮存计量钢仓出料端连接的钟形下料分配器；所述钟形下料分配器内设有一个推进杆以及固定在推进杆底端的倒漏斗形分配器；

一热解及气化立式高炉三级供风系统：包括一个热解及气化立式高炉；所述热解及气化立式高炉的进口端与密封上料与称重钢仓卸料机构出料口连接；所述热解及气化立式高炉内设有三级供风系统；所述三级供风系统包括设置在热解及气化立式高炉上端的第一级供风系统、设置在热解及气化立式高炉中部的第二级供风系统、以及设置在热解及气化立式高炉底部的第三级供风系统；三级供风系统共用一台鼓风机；所述第一级供风系统和第二级供风系统结构相同，均包括周向均匀设置在热解及气化立式高炉壁的进风口，进风口通过管道与鼓风机连接，管道上设有阀门；所述第三级供风系统包括周向设置在热解及气化立式高炉底部外壁的进风管，所述进风管插入高炉外壁向高炉内延伸，且进风管的插入方向偏离高炉中心，每个进风管内设有能够沿进风管伸入到高炉内通渣防堵器；所述进风管通过进气管与鼓风机管道连接；

一热解及气化高炉液态出渣系统：包括一个设置在热解及气化立式高炉出料端的水淬池、连接在水淬池底端的渣水分离器、以及与渣水分离器出料端连接的磁选机。

2.根据权利要求1所述的一种城市垃圾或工业污泥热解气化机械化生产煤气高炉，其特征在于，所述第三级供风系统中，进风管的插入方向偏离高炉中心为45度，通渣防堵器包括一个电动推杆，该电动推杆一端设有活塞，另一端耐高温头插入进风管内并能够伸入到炉体内部。

3.根据权利要求1所述的一种城市垃圾或工业污泥热解气化机械化生产煤气高炉，其特征在于，所述第三级供风系统中的进气管为一个环形，进风管的进风端与环形的进气管相通，所述第三级供风系统还包括一个供富氧装置，该供富氧装置包括一个富氧进气端以及通过管道与富氧进气端连接的制氧装置，所述管道上设有阀门。

4.根据权利要求1所述的一种城市垃圾或工业污泥热解气化机械化生产煤气高炉，其特征在于，所述进风管为四个，其插入时相对与高炉的轴向为倾斜设置，相对与高炉的径向偏离高炉的中心线为45度。

5.根据权利要求3所述的一种城市垃圾或工业污泥热解气化机械化生产煤气高炉，其特征在于，环形的进气管高于进风管的管口设置，所述进风管的管口分别通过垂直设置的过渡进气管与环形进气管连接。

说明书

一种城市垃圾或工业污泥热解气化机械化生产煤气高炉

技术领域

[0001] 本发明涉及一种城市垃圾或工业污泥热解气化机械化生产煤气高炉。

背景技术

[0002] 根据我国的环保要求以及国际上的减排任务，针对我国城市生活垃圾以及工业污泥偷排现象和简单填埋处理的形势仍然十分严峻。由于找不到可靠有效的处理技术，多少年来，造成土壤污染、水源污染，给当地人民与政府造成极其严重的压力与负担，长此以往，我国将会由一个制造大国逐渐变成一个污染大国。

[0003] 根据我国对外排废弃物（城市垃圾与工业污泥）处理等一系列工作，并参考国内外先进的城市与工业污泥处理技术方案，特别是无害化与减量化等方法与国外先进技术还存在很大的差距，如：SOX、NOX以及重金属排放与毒气（二恶英）H2S、HCl、Cr、Cd、Hg等重金属排放均严重超标。拿我国的城市垃圾发电厂来说，绝大部分工厂仍采用炉排炉传统方式的层燃燃烧方式。这种低温层燃燃烧方式,燃烧温度低，垃圾减量少，无害化处理不彻底，造成发电量不足和空气污染十分严重，周边居民意见很大，臭气蔓延，这些均是低温燃烧炉排炉造成的。

[0004] 现有的城市垃圾或工业污泥直接焚烧干化供热发电工厂，其核心设备是城市垃圾或工业污泥焚烧的工业炉。这种炉型是通过层燃燃烧的方式直接把城市垃圾引燃着火，燃烧产生热量供应锅炉直接发电或供热。

发明内容

[0005] 本发明针对上述技术问题主要是通过如下技术方案得以解决的：

[0006] 一种城市垃圾或工业污泥热解气化机械化高炉，其特征在于，包括：

[0007] 1、一密封上料与称重钢仓卸料机构：包括一个上料贮存计量钢仓、以及进料端与上料贮存计量钢仓出料端连接的钟形下料分配器；所述钟形下料分配器内设有一个推进杆以及固定在推进杆底端的倒漏斗形分配器；

[0008] 2、一热解及气化立式高炉三级供风系统：包括一个热解及气化立式高炉；所述热解及气化立式高炉的进口端与密封上料与称重钢仓卸料机构出料口连接；所述热解及气化立式高炉内设有三级供风系统；所述三级供风系统包括设置在热解及气化立式高炉上端的第一级供风系统、设置在热解及气化立式高炉中部的第二级供风系统、以及设置在热解及气化立式高炉底部的第三级供风系统；三级供风系统共用一台鼓风机；所述第一级供风系统和第二级供风系统结构相同，均包括周向均匀设置在热解及气化立式高炉壁的进风口，进风口通过管道与鼓风机连接，管道上设有阀门；所述第三级供风系统包括周向设置在热解及气化立式高炉底部外壁的进风管，所述进风管插入高炉外壁向高炉内延伸，且进风管的插入方向偏离高炉中心，每个进风管内设有能够沿进风管伸入到高炉内通渣防堵器；所述进风管通过进气管与鼓风机管道连接；

[0009] 3、一热解及气化高炉液态出渣系统：包括一个设置在热解及气化立式高炉出料端的水淬池、连接在水淬池底端的渣水分离器、以及与渣水分离器出料端连接的磁选机。

[0010] 本发明将城市垃圾或工业污泥热解还原产生可燃气体由煤气引风机引出！供应工业锅炉燃烧供热或发电，通过焦炭辅助燃料和石灰石助溶剂使其高炉出渣为液态排渣，使之城市垃圾或工业污泥出渣体积最大的减量化和无害化。用这种先进的产气高炉代替现行的炉排炉落后的燃烧方式，以达到我国城市垃圾或工业污泥的全面技术升级，以真正达到资源化、无害化与减量化的目的。

[0011] 在上述的一种城市垃圾或工业污泥热解气化机械化高炉，所述第三级供风系统中，进风管的插入方向偏离高炉中心为45度，通渣防堵器包括一个电动推杆，该电动推杆一端设有活塞，另一端耐高温头插入进风管内并能够伸入到炉体内部。

[0012] 在上述的一种城市垃圾或工业污泥热解气化机械化高炉，所述第三级供风系统中的进气管为一个环形，进风管的进风端与环形的进气管相通，所述第三级供风系统还包括一个供富氧装置，该供富氧装置包括一个富氧进气端以及通过管道与富氧进气端连接的制氧装置，所述管道上设有阀门。

[0013] 在上述的一种城市垃圾或工业污泥热解气化机械化高炉，所述进风管为四个，其插入时相对与高炉的轴向为倾斜设置，相对与高炉的径向偏离高炉的中心线为45度。

[0014] 在上述的一种城市垃圾或工业污泥热解气化机械化高炉，所述环形进气管高于进风管的管口设置，所述进风管的管口分别通过垂直设置的过渡进气管与环形进气管连接。

[0015] 因此，本发明具有如下优点：1、城市垃圾或工业污泥、辅助燃料焦炭（或无烟煤、半焦煤、产气煤等）、助溶碱性原料石灰石等通过计量严格配比、均混，并通过斜桥提升机进入炉顶过渡料仓（称重仓）通过钟形下料器均布于炉内。2、立式垃圾焚烧炉将辅助燃料与城市垃圾或工业污泥所需燃烧风量通过严格空气系数，将所需燃烧风量应用多级配风燃烧技术，富氧燃烧技术。按三级配风从上到下，第一级在高温还原区300℃-600℃左右，空气过剩系数为0.95，形成较强的还原气氛，主要目的是让城市垃圾或工业污泥中的水蒸气尽快蒸发掉，并同时形成高温还原区。第二级配风在立式炉中部，这时立式炉中的城市垃圾或工业污泥由于本身还具备1500-2000Kcal/kg热值加之辅助燃料如焦炭发热值一般在6000Kcal/kg，在此区间进行强烈的放热反应，由于此区间供风量不足，空气过剩系数一般控制在0.95-1.05之间，炉内大量的可燃物如城市垃圾或工业污泥、辅助燃料在此间还原热解产生大量的可燃气体（CO、H2、CH4、HCl）并上升至预热带。

[0016] 相比，高炉炼铁产生的高炉煤气发热值要大些，与煤气发生炉产气品质相当，且没有那么多的煤焦油产生，即便是有少量的煤焦油产生后进入下一阶段高温区也被气化掉。炉内被溶融大量物质、体积迅速缩小，比重增加，逐渐下沉进入最后的焚烧溶融液化区。

[0017] 此区也是本立式焚烧炉的可燃物与不可燃物的液态区，在此区要用多喷头切向喷入富氧空气，富氧比例甚至可达到30%（体积分数）在激烈的富氧空气旋转扰动下，形成1700℃-1800℃的高温区，大量的炉内物质液化沉淀在溶池内。3、高温溶池的结构与出渣形式：依据传统工业中的炼铁高炉铁水（液态）出炉，冶炼粗铜的鼓风炉、粗铜反射炉、炼铝炉、炼铅炉及铅反射炉等各类炉型的液态出渣结构以及燃煤旋风炉的液态出渣结构。设计出完全不同形式高温富氧旋转气渣流，并通过中心渣流管式液态出渣结构，彻底避免了液态渣析铁现象，以达到保护炉体，延长炉体寿命的目的。同时也可降低溶融区的出渣温度。强烈的旋转渣流传导作用也能达到减少辅助燃料用量的目的。

[0018] 总结上述各类炉型的出渣方式并综合上述各类炉型的各自优点与不足的地方，结合我国国情设计出金属与非金属分类磁选装置，并经粒化水箱水淬，将城市垃圾或工业污泥转变为玻璃状坚硬颗粒。这种无毒无味的颗粒状物体可以有效的将重金属固化在这种物体内，为道路垫层或道路砖等建材行业提供非常有用的骨料。

[0019] 同时，在高达1800℃高温还原气氛的环境下，所有有毒有害物质，包括：二恶英（PCDDs）、H2S、Cr、Cd、Hg等重金属全部在此分解、固化转变为新型无毒物质。而炉顶产生的可燃气体进入工业锅炉或工业窑炉进行高温燃烧而提供了新的供热能源。为此，使城市垃圾与工业污泥等污染物真正实现了零排放。

附图说明

[0020] 图1 为本发明中城市垃圾或工业污泥密封上带与密封称重钢仓以及卸料机构结构示意图。

[0021] 图2 为本发明中热解、气化立式高炉微正压或零压三级供风系统结构示意图。

[0022] 图3为本发明中热解、气化立式高炉液态出渣炉体结构与出渣形式结构示意图。

[0023] 图4为本发明中溶渣池富氧旋转燃烧出渣立面示意图示意图。

[0024] 图5 为图4中A-A线剖视结构放大示意图。

具体实施方式

[0025] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

[0026] 实施例：

[0027] 以下是本发明的机构及工作过程。

[0028] 1、城市垃圾与工业污泥的密封上料与称重钢仓以及卸料（图1）。

[0029] 本图现行的工艺最大特点是不论城市垃圾或工业污泥输送或贮存都是在全密封状态下进行，并设置相关的通风系统，严防臭气外泄。其中最主要是上料贮存计量钢仓与钟形下料分配器。如图1所示，城市垃圾与干化颗粒状污泥与辅助燃料焦炭、助溶剂石灰石严格按比例通过斗式计量称下至汇总皮带机，进入斗式斜桥提升机，进入炉顶过渡计量钢仓，均分卸入炉内，以达到全自动控制水平。

[0030] 2、热解、气化立式高炉微正压或零压三级供风系统（图2）.

[0031] 依据世上固体可燃物（煤、生物质、城市垃圾、工业污泥等）由于本身含有一定的热值，都可以通过还原气氛进行高温（600℃-1000℃）热解，产气的工作原理。并通过分级供风的方式，进一步减少氮氧化物的产生，并应用了低氮化物的燃烧技术和富氧燃烧技术，减少空气量而产生剧烈的高温环境（1700℃-1800℃），使一切不可燃烧物与燃烧物全部溶为液态，从炉内流出。经水淬急冷后变成玻璃体，经磁化分类为金属与非金属物体，回用于建材行业与有色金属行业。真正做到城市垃圾与工业污泥的零排放。

[0032] 如图在第三级供风系统中采用环形高压供风，在供风管道上配入工业氧气，形成富氧状态，甚至可达到含氧量30%（体积分数）左右，均布于炉体4-6个喷咀，以切向高速喷入。在气化高炉溶池内形成强烈的液态渣旋流状。在这种高强度的旋风扰动下所有的可燃物都得到急速的热传导，加之石灰石的助溶作用，形成碱性渣。使城市垃圾或工业污泥的酸性物质如HCl得以中和，分解为无害物质。同时，也极大地降低了可燃物的灰熔点，使所有的物质（可燃物与不可燃料）快速熔化为液态流出炉外。由于准确地掌握进出物料的比例，使这种物料平衡，达到一个均匀进出料的水平，故此，本炉也能做到可持续的连续出料生产。

[0033] 第二级供风点在炉的中部，还原高温区600℃-1000℃，这时高炉是重要物料热分解带。由于是欠氧燃烧很快在炉内形成还原气氛，可燃物（城市垃圾或工业污泥、焦炭等）的挥发分与可燃气体大量排出，进入干燥带，这些环形高压风管中喷咀垂直均布于炉中，按比例供入高压空气。可达到可燃物挥发分与可燃气体加快进入干燥带，形成可燃煤气。

[0034] 第一级供风点靠近立式炉的干燥预热带。本带工作主要作用是加快城市垃圾或工业污泥的干燥，尽快达到蒸发物料水分的目的。本工作带温度一般在300℃-600℃左右，因此，本炉排出的煤气含有大量水蒸气、各类微小灰渣、粉尘，我们称之为粗煤气或荒煤气、脏煤气。在专用的煤气风机抽取与引导下，直接进入我司生产的脏煤气低热值燃烧器，喷射入工业窑炉或工业锅炉燃烧。形成1100℃±50℃的高温火焰供热或发电。这种脏煤气不必净化，直接燃烧即可，也可将此种脏煤气经净化，其效果更好，只是其投资有所增加。

[0035] 高炉内的通渣防堵器是通过电动推杆将炉渣进行来回疏通，方便通风流畅，使燃烧充分。

[0036] 3、热解、气化高炉液态出渣炉体结构与出渣形式（图3）

[0037] 该区域是炉内的城市垃圾与工业污泥的液态溶融区，由于该区域极度缺氧，这时可燃物完全处于还原气氛，在富氧空气的结合下会产生极高温状态，加之强烈的旋转气流与渣料流，极大地增加热量的传导作用。因此，为达到上述作用，炉底必须形成环形沟槽。在液态旋转渣流动下，起了极好传导与蓄热作用。由于液态出渣增多后，漫过沟槽从中心口流出，以达到均匀卸料的作用。也同时在渣料流的旋转下，极大地减少了析铁现象，以达到保护炉底耐材与极大延长了炉体寿命。由于渣料流的旋转作用，同时增加了渣料的高温传导作用，降低渣料的温度，节约了辅助燃料。液态渣出炉后，立即进入急冷水淬粒化水箱，由渣、水分离器分离、干渣出水，水循环后可再次回用。水淬液态渣进入非金属与金属磁选装置分类后出厂。

[0038] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。