[發明專利]一種催化熱解煙氣循環的垃圾熱解氣化爐及其工作方法

在審

• 申請號: 202010915086.6
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN111978995A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 李先春;林建廷;王晴;王煥然
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: C10J3/48
• 分類號: C10J3/48;C10J3/50
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 陶新亞

1.一種催化熱解煙氣循環的垃圾熱解氣化爐，其特征在于，包括熱解氣化爐本體、物料輸送螺桿及燃燒室套管；所述熱解氣化爐本體由爐本體、熱解物料進料口、催化劑進料口、多孔碳收集口、催化劑收集口、循環煙氣入口、合成氣出口及合成氣支路組成；所述爐本體水平設置，爐本體一端的頂部設熱解物料進料口，爐本體另一端的頂部設催化劑進料口；靠近爐本體中心位置的爐本體底部設多孔碳收集口及催化劑收集口；爐本體的內部空間按功能劃分為熱解區域、氣化區域；熱解物料進料口的出料端與多孔碳收集口的入料端之間的爐本體內為熱解區域，催化劑進料口的出料端與催化劑收集口的入端料之間的爐本體內為氣化區域；爐本體的爐膛內沿縱向通長設有物料輸送螺桿，物料輸送螺桿的一端由設于燃燒室套管外部的電機驅動，物料輸送螺桿上對應熱解區域、氣化區域分別設置1段旋向相反的螺旋葉片；對應熱解區域的螺旋葉片的輸送方向為自熱解物料進料口一端向多孔碳收集口一端；對應氣化區域的螺旋葉片的輸送方向為自催化劑進料口一端向催化劑收集口一端；對應氣化區域外端的爐本體上部設合成氣出口管；所述燃燒室套管套設在爐本體外側且兩者之間留有間隙，對應合成氣出口管一端的爐本體外端與燃燒室套管之間通過隔氣擋板分隔為燃燒區域，燃燒室套管與爐本體之間的其余部分形成夾套換熱結構；隔氣擋板上設有多個燒嘴，所述燒嘴通過氧氣入口管與外部的氧氣輸送管道相連，通過合成氣支管連接合成氣出口管；對應熱解區域外端的爐本體上部設循環煙氣入口與夾套換熱結構連通。

2.根據權利要求1所述的一種催化熱解煙氣循環的垃圾熱解氣化爐，其特征在于，所述多個燒嘴沿爐本體的周向均勻設置，燒嘴另外通過外部燃料入口管與外部燃料輸送管道相連。

3.根據權利要求1所述的一種催化熱解煙氣循環的垃圾熱解氣化爐，其特征在于，所述燃燒室套管的外壁設保溫層。

4.根據權利要求1所述的一種催化熱解煙氣循環的垃圾熱解氣化爐，其特征在于，所述物料輸送螺桿通過螺桿支架支撐在爐本體的爐膛內。

5.根據權利要求1所述的一種催化熱解煙氣循環的垃圾熱解氣化爐，其特征在于，所述熱解物料進料口、催化劑進料口、多孔碳收集口、催化劑收集口處分別設控制閥門。

6.根據權利要求1所述的一種催化熱解煙氣循環的垃圾熱解氣化爐，其特征在于，對應熱解區域的爐本體內、對應氣化區域的爐本體內、合成氣出口管上、夾套換熱結構中及循環煙氣入口處分別設有熱電偶。

7.根據權利要求1所述的一種催化熱解煙氣循環的垃圾熱解氣化爐，其特征在于，所述合成氣出口管、合成氣支管、氧氣入口管、循環煙氣入口處分別設有調節閥。

8.根據權利要求1所述的一種催化熱解煙氣循環的垃圾熱解氣化爐，其特征在于，所述物料輸送螺桿及其上的螺旋葉片均采用陶瓷或石英材料制作。

9.根據權利要求1所述的一種催化熱解煙氣循環的垃圾熱解氣化爐，其特征在于，所述隔氣擋板由設于燃燒室套管內側的隔氣擋板一及設于爐本體外側的隔氣擋板二共同組成，隔氣擋板一與隔氣擋板二之間鉚接或通過螺栓連接固定。

10.如權利要求1～9任意一種所述催化熱解煙氣循環的垃圾熱解氣化爐的工作方法，其特征在于，包括：

1)包括生活垃圾在內的生物質熱解物料貯存在物料進料倉中，在垃圾熱解氣化爐運行時，通過熱解物料進料口不斷供入熱解氣化爐本體的爐膛內，在物料輸送螺桿的輸送作用下，生物質熱解物料在熱解區域內移動同時進行熱解反應，熱解產生的多孔碳通過多孔碳收集口被送至多孔碳收集倉中；

2)氣化用的催化劑貯存在催化劑進料倉中，在垃圾熱解氣化爐運行時，通過催化劑進料口不斷供入熱解氣化爐本體的爐膛內，在物料輸送螺桿的輸送作用下，催化劑在氣化區域內移動同時進行催化氣化反應，反應后的催化劑通過催化劑收集口被送至催化劑收集倉中；

3)垃圾熱解氣化爐運行初期，向熱解氣化爐本體的爐膛內供入一部分生物質熱解物料及催化劑，再向爐膛內供入CO₂氣體進行洗氣操作；當爐本體內的CO₂氣氛達到設定濃度后，分別通過合成氣支管和氧氣入口管向燒嘴內供入燃料和氧氣，經過燒嘴燃燒產生高溫煙氣；

4)當爐本體內各段溫度達到運行要求后，即熱解區域對應的爐膛溫度達到500～550℃，氣化區域對應的爐膛溫度達到900～950℃時，逐漸用爐本體內熱解及氣化過程產生的合成氣替代外部燃料供入燒嘴；通過設置在熱解區域的爐本體內、氣化區域的爐本體內、合成氣出口管上、夾套換熱結構中及循環煙氣入口處的熱電偶反映的溫度，對熱解物料進料量、催化劑進料量、合成氣回收速率、氧氣供給速率進行調整，使各區域的溫度達到熱解氣化爐的運行要求；

5)爐本體內生成的合成氣溫度為900℃以上，一部分合成氣通過合成氣出口管送出，另一部分合成氣通過合成氣支管送入燒嘴中進行燃燒，產生的高溫煙氣溫度達900℃以上；高溫煙氣在夾套換熱結構中流動，依次流經對應氣化區域和熱解區域的爐本體外側，通過爐本體的外壁進行間接換熱，使對應區域的爐膛溫度保持運行要求；夾套換熱結構與燃燒區域之間通過隔氣擋板阻隔，防止高溫煙氣回流影響傳熱效果；換熱后冷卻的煙氣溫度在500℃以內，由循環煙氣入口進入爐本體內作為熱解區域的熱解保護氣和熱載體，以及氣化區域的氣化劑，燃燒后的煙氣中所含的包括NH₃、NO_X在內的污染物在催化劑和高溫作用下被逐漸分解。