一种适配有机固废物处理的内循环流化床气化炉

一种适配有机固废物处理的内循环流化床气化炉

　　技术领域

　　本发明涉及气化炉技术领域，具体涉及一种适配有机固废物处理的内循环流化床气化炉。

　　背景技术

　　污泥中含有大量有机污染物(如:苯、氯酚、多氯联苯(PCBs)等)、病原微生物、重金属(Cu、Cd及Cr等)、盐分及氮、磷等养分，处置不当必定会造成水体与土壤中有机污染物与重金属超标、病原体泛滥及水体富营养化等严重生态环境污染。研发适合我国污泥特性的和生态文明建设要求的污泥处理处置技术迫在眉睫。

　　常见的污泥处理处置方式包括卫生填埋、厌氧消化、好氧发酵堆肥和焚烧。

　　卫生填埋是目前我国应用较多的污泥处理方式之一，具有处理工艺简单、投资与处理成本较低等优点，但是占用大量土地资源，且容易造成水土污染，加之污泥粘稠的特性导致其无法正常堆积，易堵塞填埋场渗沥液管道，最终无法实现污泥清洁化、无害化和减量化处置，属于限制使用工艺。

　　厌氧消化具有沼气可实现能源回收利用和有机质稳定化大于40％等优点，但存在设备投资高、占地面积大、减量化程度低、产生大量的沼液和沼渣无法有效处理等问题。由于我国污泥泥质差、处理厂运行管理水平低等因素，国内建设的约60座污泥厌氧消化设施中，可以稳定运营的不到15座。

　　好氧发酵可将污泥转化为腐殖质，用于农林绿化或改良土壤。但存在其系统占地面积大，露天布置产生大量臭气污染环境、发酵产品存在重金属污染风险等问题。

　　污泥干化焚烧能够实现污泥最大减量化，主要分为污泥干化焚烧和干化掺烧两种模式。由于污泥热值较低，干化焚烧需额外增加加大量燃料助燃，且燃烧后产生的大量烟气污染物，污泥独立焚烧投资大。干化掺烧主要是指将污泥送至燃煤锅炉、垃圾焚烧炉等锅炉燃烧，受地域限制严重，大多无法实现就地处置，需要电厂等资源配置才能实现。

　　污泥热解气化技术是正在蓬勃发展的污泥处置新技术，采用还原性气氛对污泥进行热化学处置，其NOx、SOx和重金属等污染物的排放远远低于直接焚烧的排放量。与传统技术相比，污泥热解气化技术同时具有减量化程度高，系统能耗和运行成本较低，占地面积小等优点。成为生活污泥处置技术的重要发展方向之一。对有机固废热化学转化而言，流化床是一种优良的反应器，其特点是气固接触好，传热传质迅速，反应强烈而且高效。因为颗粒浓度高，气固掺混强烈，流化床可以高效热化学转化低热值含碳固体燃料(固废)。相对于气流床和固定床，流化床反应器操作温度适中(一般在600-1000℃)，易于在反应过程中控制污染物生成。

　　发明内容

　　本发明的目的在于提供一种适配有机固废物处理的内循环流化床气化炉，可适用于稻壳、秸秆、污泥、生活垃圾等多种生物质原料和有机固体废弃物。

　　为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种适配有机固废物处理的内循环流化床气化炉，包括：

　　气化炉本体，所述气化炉本体的内部设置有炉膛；

　　折焰角，所述折焰角设置于所述炉膛的内部的一侧，并且所述折焰角将所述炉膛分隔成上下相连的第一腔体及第二腔体，所述折焰角的尖端与所述炉膛的内壁之间形成有连通所述第一腔体与所述第二腔体的导通槽；

　　进料口，所述进料口设置于所述炉膛的内部的另一侧，并且所述进料口朝向所述折焰角的尖端布置；

　　鼓风口，所述鼓风口与所述炉膛连通，并且所述鼓风口设置于所述折焰角的下方；

　　排渣口，所述排渣口设置于所述炉膛的下端。

　　与现有技术相比，本发明的有益效果包括：有机固废物通过所述进料口进入所述炉膛内部，由于所述进料口相对所述折焰角的尖端布置，部分有机固废物下落的过程中，会冲击折焰角的尖端，从而有利于有机固废物的分散，从鼓风口向上运动的气流与下落的有机固废物形成对流，从而有利于多元有机固废物的混合与扰动，避免多元固废物由于密度不同发生明显分层的技术问题。

　　附图说明

　　图1是本发明提供的适配有机固废物处理的内循环流化床气化炉一种实施方式的侧面内部结构示意图；

　　图2是图1中C处的局部放大结构示意图；

　　图3是本发明提供的风帽一种实施方式的剖面结构示意图；

　　图4是本发明提供的布风板一种实施方式的俯视面结构示意图。

　　具体实施方式

　　为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

　　需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

　　除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

　　请参阅图1～图4，本实施例提供了一种适配有机固废物处理的内循环流化床气化炉，包括：气化炉本体1、折焰角2、进料口3、鼓风口4、排渣口5。

　　所述气化炉本体1的内部设置有炉膛，所述折焰角2设置于所述炉膛的内部的一侧，并且所述折焰角2将所述炉膛分隔成上下相连的第一腔体a1及第二腔体a2，所述折焰角2的尖端与所述炉膛的内壁之间形成有连通所述第一腔体a1与所述第二腔体a2的导通槽a3，所述进料口3设置于所述炉膛的内部的另一侧，并且所述进料口3朝向所述折焰角2的尖端布置，所述鼓风口4与所述炉膛连通，并且所述鼓风口4设置于所述折焰角2的下方，所述排渣口5设置于所述炉膛的下端。

　　有机固废物通过所述进料口3进入所述炉膛内部，由于所述进料口3相对所述折焰角2的尖端布置，部分有机固废物下落的过程中，会冲击折焰角2的尖端，从而有利于有机固废物的分散，从鼓风口4向上运动的气流与下落的有机固废物形成对流，从而有利于多元有机固废物的混合与扰动，避免多元固废物由于密度不同发生明显分层的技术问题。

　　进一步的，所述折焰角2的尖端为锐角或者直角，本实施例中，所述折焰角2为锐角，具体的，所述折焰角2的角度为70度，所述进料口3高于所述折焰角2的尖端布置，所述进料口4为进料管4a的下端开口，所述进料管4a斜插于所述气化炉本体1的侧壁上，并且所述进料管4a与所述气化炉本体1的侧壁固定连接。

　　更进一步的，所述折焰角2包括第一阻挡面2a及第二阻挡面2b，所述第一阻挡面2a位于所述第二阻挡面2b的上方，所述第一阻挡面2a与所述第二阻挡面2b相交的棱线位置为所述折焰角2的尖端，所述进料口3的轴线与所述第一阻挡面2a的夹角等于所述第一阻挡面2a与所述第二阻挡面2b的夹角，均为70度。

　　本实施例中，所述的适配有机固废物处理的内循环流化床气化炉还包括布风板6，所述布风板6设置于所述第二腔体a2的下部，所述布风板6的下部分设置有一气室b，所述鼓风口4与所述气室b连通，所述布风板6包括布风板本体61及风帽62，所述布风板本体61与所述炉膛的内壁固定连接，所述风帽62为多个，多个所述风帽62均布于所述布风板本体61上，所述风帽62上开设有导气孔62a，所述导气孔62a用于导通所述气室b与所述第二腔体a2，每个所述风帽62的周向均开设有多个所述导气孔62a，位于所述导通槽a3正下方的风帽62上的所述导气孔62a的孔径小于位于所述折焰角2正下方的所述风帽62上的所述导气孔62a的孔径，并且所述导气孔62a的出气端朝斜下方布置，避免气流直接向上喷出，从而有利于布风板6上端面的气流的均布。

　　具体的，所述风帽62采用小直径无帽头形式，风帽62上的导气孔62采用四周侧向开孔，每个风帽62开孔8个，上下双排均匀布置，导气孔62直径采用4～6mm，导气孔62的中心线向下偏移15度，以利于风帽62间粗颗粒的扰动，防止堵塞。

　　进一步的，所述布风板本体61相对水平面倾斜10度，所述排渣口5开设于所述布风板6的最低端，从而有利于炉渣的排出，具体的，所述排渣口5为排渣管5a的上端，所述排渣管5a竖直布置，所述排渣管5a的上端设置有与所述布风板6对低端连接的引导斜面5b，从而有利于炉渣的汇聚、排出，所述排渣管5a的上端穿过所述气室b后与所述第二腔体a2的下端连通，并且本实施例中，炉膛的水平截面为长方体形，所述折焰角2为三棱柱形结构，上述结构有利于向上运动的气流遇到所述第二阻挡面2b后，在所述第二腔体a2内形成环流，提高气化反应强度，延长有机固废物在第二腔体a2内停留时间，提高转化率，减少污泥处理时辅助燃料生物质的用量，提高经济性。

　　本实施例中，气化炉炉膛上部稀相区(第一腔体a1)，采用适当的高径比，具体的，第一腔体a1高度、容积均为第二腔体a2的高度、容积的5～6倍，从而有利于延长第一腔体a1内气化合成气的还原反应时间，获得品质较高的可燃气，减少飞灰含碳量，降低二噁英和NOx的排放，显然，所述第一腔体a1上端的一侧设置有排气口7。

　　工作原理：

　　(1)湿污泥经干燥后形成含水率20-35％、粒径1-5mm的细小颗粒，与生物质成型原料颗粒(粒径1-2cm)，以2:1的比例通过双轴给料螺旋送至进料口，在螺旋中充分搅拌混合后的物料通过溜槽(本实施例中的进料管，可以理解为进料管可以是气化炉本体的侧壁上开设的滑槽，故而此处叫做溜槽)向气化炉本体的炉膛下部四周抛散。

　　(2)气化炉本体的外部设备鼓风机通过鼓风口送风至风室，通过布风板均布，形成较高流速的流化区，风室位于布风板下方。

　　(3)由物料进料口的溜槽进来的混合燃料，在气化炉本体的炉膛下部流化区(第二腔体)发生气化反应，通过流化区床层压力的变化来连续或者间断排渣。

　　(4)气化当量比为0.25-0.3，气化温度700-800℃。

　　(5)空气从布风板上的风帽的导气孔形成40-60m/s的高速气流，流化床料和物料实现强烈的扰动，携带固体颗粒的气流流经炉膛中部折焰角时，固体颗粒经碰撞后沉积，如此反复，最终合成气携带细小的飞灰中含碳量降低到10％以内。

　　具体实施例：某污水厂待处置污泥100吨/天(含水率80％)，采用气化耦合干化一体工艺，根据能量平衡，干燥100吨含水率80％的湿污泥至30％含水率的干污泥，利用干污泥能量的同时需额外补充0.6t/h的生物质。将干燥后的干污泥和补充的生物质分别输送至双轴螺旋，充分搅拌混合后送至内循环流化床气化炉。该系统当量比选择0.28，气化干污泥与生物质混合物料需1100m3/h空气。空气通过鼓风机增压后送至气化炉底部风室均布后通过布风板上的风帽的导气孔流出，带动床料与物料不停翻转扰动，折焰角的回流与排渣控制使气化炉炉膛下部维持稳定的床层。气化炉底渣最终含碳量低于5％，飞灰含碳量低于15％；气化效率高于75％，热效率高于85％。

　　以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。