CN108397777A - 一种生活垃圾气化发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生活垃圾气化发电系统，包括垃圾预处理系统，垃圾预处理系统分两路，一路与带有MVR系统的渗滤液处理系统连接，另一路与垃圾气化焦油催化系统连接，垃圾气化焦油催化系统包括出口设置有焦油催化床的气化炉，气化炉的入口与垃圾预处理系统连接，气化炉的出口分两路，一路与渗滤液处理系统连接，用于实现垃圾无害化和资源化处理，另一路经过设置有一级气气换热器及二级气气换热器的气体净化系统与内燃机发电及余热利用系统连接，用于进行换热并通过内燃机组进行燃烧发电。实现垃圾气化发电无害化处理及高效资源化利用。

Description

一种生活垃圾气化发电系统

技术领域

本发明属于垃圾气化发电及渗滤液的无害化处理及资源化利用技术领域，具体涉及一种生活垃圾气化发电系统。

背景技术

由于工业化进程的提高，近年来，全世界生活垃圾年增长速度飞快，中国生活垃圾年增长率更高，成为污染环境、水资源，危害人类生存的隐患。

目前垃圾的处理主要方法是填埋，部分用焚烧处理，少量采用堆肥形式处理。填埋和堆肥方法占用大量土地资源、填埋也没有实现垃圾的减量化和资源化。而焚烧过程极易产生二次污染，释放二噁英、多环芳烃化合物、颗粒物(PM)、酸臭性气体、有毒重金属Hg、Pb、cr等污染物质，难以符合垃圾的“减量化、无害化、资源化”处理目标。

垃圾气化发电技术对垃圾的含水率和渣土有一定的要求，如果垃圾的含水率或渣土含量较高，无法保证气化炉的温度和生成的合成气的热值。

与此同时，在垃圾收集储运过程中会产生大量的渗滤液，垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水，水质成分复杂，含有高浓度的氨氮和种类繁多的有机污染物。通过渗透等方式，渗滤液会对周围造成严重的水体污染，其中渗滤液流量和速度、垃圾的性质和堆埋时间都影响着污染程度。我国目前渗滤液技术仍在发展阶段，处理渗滤液的运营费用昂贵，且管理能力尚未完善，因此如果水质受到渗滤液污染，其处理难度远远高于一般水质。而且被渗滤液污染的水质会丧失利用价值，严重影响人们的健康问题。

目前国内外浓缩液的处理有回灌、焚烧、固化、蒸馏干燥和真空干燥等方法,但与回灌法相比，其他方法的设备投资和运行费用都非常昂贵,但回灌不能完全消除渗滤液，仍有部分渗滤液须外排等处理，而且由于渗滤液在垃圾层中的不断循环,会导致其氨氮、重金属和盐的不断积累。因此，如何能经济快速地处理垃圾渗滤液也是垃圾处理时所必须考虑的问题。

此外，由于垃圾气化过程中，气化炉的温度较高，焦油在高温时呈气态，与气化气能完全混合，气化炉出口气送往换热器或冷却塔冷却过程中，大量得焦油析出，气化炉出口管道容易被焦油堵塞；因此，如何促进焦油的转化也是垃圾气化发电过程中必须考虑的问题。

垃圾气化过程中，由于富氧条件，容易产生二噁英。二噁英生成的机理主要有“三种方式”：热分解合成、前驱体合成、再次生成。含有苯类的有机物因受热分解而先生成“前驱体”类物质如各类含氯苯系物，在580～680℃温度区间通过一系列氯化、缩合、氧化等反应生成；温度降至250～450℃区间，已经彻底分解的有机物经过一系列复杂的化学反应在一些金属的催化下也会重新合成二噁英类。因此，如何控制整个系统中二噁英的生成量也是垃圾气化发电过程中必须要考虑的问题。

为了避开这几种生成方式，垃圾气化炉床层内设为高温，从气化炉出来后的合成气，经过一级换热器后经过除尘器，去除低温环境下二噁英生成需要的催化剂，从而控制二噁英的生成，气化和一级换热阶段可能生成的二噁英通过SCR装置将二噁英催化分解，

因此，将气化熔融技术用于我国垃圾处理，需要解决以下问题：

1、如何低成本提高我国原生垃圾的热值；

2、如何处理生活垃圾产生的渗滤液；

3、如何处理垃圾干燥过程中生成的臭气；

4、如何控制二噁英和焦油的生成量，满足内燃机进气要求；

5、如何降低整个系统的能量消耗，实现高效的无害化垃圾处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种生活垃圾气化发电系统，实现垃圾气化发电无害化处理及高效资源化利用。

本发明采用以下技术方案：

一种生活垃圾气化发电系统，包括垃圾预处理系统，垃圾预处理系统分两路，一路与带有MVR系统的渗滤液处理系统连接，另一路与垃圾气化焦油催化系统连接，垃圾气化焦油催化系统包括出口设置有焦油催化床的气化炉，气化炉的入口与垃圾预处理系统连接，气化炉的出口分两路，一路与渗滤液处理系统连接，用于实现垃圾无害化和资源化处理，另一路经过设置有一级气气换热器及二级气气换热器的气体净化系统与内燃机发电及余热利用系统连接，用于进行换热并通过内燃机组进行燃烧发电。

具体的，垃圾预处理系统包括生活垃圾料仓，生活垃圾料仓的出口与垃圾分选破碎挤压装置的入口连接，垃圾分选破碎挤压装置的出口分两路，渗滤液出口与渗滤液处理系统连接，另一路出口经过垃圾干燥筛分装置与气化炉的入口连接，用于将干燥筛分后的垃圾送入气化炉内进行气化。

进一步的，垃圾干燥筛分装置的干燥气入口连接一级气气换热器及二级气气换热器，用于将气化气干燥需要的高温富氧经过一级气气换热器及二级气气换热器换热后送入垃圾干燥筛分设备内实现边筛分边干燥。

具体的，一级气气换热器和二级气气换热器的一端与供风及富氧系统连接，另一端与气化炉的入口连接，用于将干燥后的臭气送入气化炉内做流化气，随着垃圾气化合成气进入气化炉气化燃烧。

具体的，渗滤液处理系统包括MVR处理装置，MVR处理装置的入口通过渗滤液储罐池与垃圾预处理系统连接，MVR处理装置的出口与渗滤液浓缩液处理装置的入口连接，渗滤液浓缩液处理装置的出口经过搅拌器与气化炉的进料口连接。

进一步的，气化炉的炉渣出口处设置有筛分装置，筛分装置的出口与渗滤液浓缩液处理装置的入口连接，渗滤液浓缩液处理装置的蒸发气体出口与RO处理装置的入口连接。

进一步的，筛分装置连接有冷渣器用于冷却回收。

进一步的，MVR处理装置内设置有压缩机，压缩机与内燃机组中一台不发电的内燃机连接，用于为压缩机提供能量。

具体的，气化炉的合成气出口连接一级气气换热器的入口，一级气气换热器的合成气出口连接除尘器的入口，除尘器的出口连接SCR设备的入口，SCR设备的出口连接二级气气换热器的入口，二级气气换热器的出口与内燃机组连接。

进一步的，二级气气换热器与内燃机组之间设置有脱酸装置，二级气气换热器的出口连接脱酸装置的入口，脱酸装置的出口连接内燃机组的入口，内燃机组的烟气出口与余热利用系统的入口连接。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种生活垃圾气化发电系统，通过前处理工艺提高了垃圾热值，气化炉采用气化炉+焦油催化床催化气化系统，生成的二噁英通过SCR系统分解，低温下合成需要的催化剂也在除尘器中被去除，从而满足内燃机进气要求。垃圾渗滤液通入MVR系统进行处理，采用MVR技术，MVR流出的渗滤液浓缩液，被筛分后的炉渣加热，蒸发的气体进入RO系统处理，固体剩余物和残渣在搅拌器内混合后送入气化炉燃烧，实现垃圾渗滤液无害化处理，MVR系统中压缩机需要的能量来自于内燃机组，不需要消耗额外的能量，垃圾渗滤液浓缩液通过加入气化炉出口处筛分后的颗粒粒径合适的高温炉渣进行浓缩吸附，产生的蒸汽进入RO系统，剩余的浓缩液随着高温炉渣返回垃圾气化炉进行无害化处理。

进一步的，由于我国原生垃圾成分复杂、含水率高，因此无法满足垃圾气化发电的基本需要，本发明的垃圾预处理技术将干燥和筛分过程合并，在提升进入气化发电系统垃圾热值的基础上，减少设备投资，降低场地占用面积。

进一步的，垃圾干燥会产生臭气，臭气中含有硫化氢、甲硫醇、甲硫醚等恶臭物质，还有烷烃、苯系物、卤代烃等有机可燃物质，常见的恶臭处理方法主要有物理法、化学法以及生物法。物理法和化学法投资成本和运行成本均较高，生物除臭发具有处理效率高、无二次污染，设备简单等优势，但生物处理过程设计到气、液、固相传质和生化降解过程，目前研究不太深入，而本发明利用气化过程的高温富氧环境，在焦油催化床的作用下对臭气中的恶臭气体或烷烃、苯系物等物质进行催化分解，产生的合成气经过气体净化后在内燃机中燃烧发电，从而实现物料的高效利用。

进一步的，由于渗滤液处理过程中，渗滤液的处理将产生13％～30％的浓缩液，回灌是目前国内广泛应用的渗滤液浓缩液处理方法之一，回灌技术可以促进有机物的降解，但是会导致出水COD、电导率以及NH4+、Cl-等的富集，还会造成地下水污染；渗滤液无害化处理可分为物理法和化学法两种，但存在对污染物去除不够彻底或比较依赖操作条件等问题，传统的膜分离法，稀释后生化处理法也存在处理成本高等问题。而本发明利用垃圾气化过程中生成的高温炉渣作为渗滤液浓缩液的能量来源，通过多效蒸发，实现了渗滤液浓缩液的浓缩，之后又将浓缩后的渗滤液通入炉内进行燃烧分解，彻底分解其中难降解的有机物，并通过熔渣固化了其中的重金属，实现了渗滤液的无害化处理。

进一步的，气化炉后设有一级气气换热器，将高温合成气的热量换给气化、干燥和SCR设备所需要的富氧，换热后的中温合成气经过除尘器后，通入SCR装置将二噁英催化分解，再经过二级换热器将剩余的热量传递利用，在实现能量利用的同时降低并控制整个系统中二噁英的生成量。

进一步的，气化炉出口合成气进过一级气气换热器后，通入除尘器除去飞灰，去除低温下二噁英催化合成需要的催化剂，合成气再经过SCR装置分解二噁英，去除合成气中生成的二噁英，从而满足内燃机进气要求。

进一步的，垃圾渗滤液中采用MVR技术进行处理，MVR系统中压缩机需要提供额外的能量对二次蒸汽进行压缩。而本发明从内燃机组中分选一台内燃机和压缩机相连，不需消耗额外能量，提高能量利用率和系统整体效率。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为发明系统示意图。

其中：1.生活垃圾料仓；2.垃圾分选破碎挤压装置；3.垃圾干燥筛分装置；4.气化炉；5.一级气气换热器；6.除尘器；7.SCR装置；8.二级气气换热器；9.脱酸装置；10.内燃机组；11.余热利用装置；12.渗滤液储罐池；13.MVR处理装置；14.压缩机；15.渗滤液浓缩液处理装置；16.RO处理装置；17.搅拌器；18.筛分装置；19.冷渣器。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种生活垃圾气化发电系统，将原生生活垃圾经过预处理后进入高温气化炉气化，生成的可燃气体经过一级换热器换热后，通入除尘器除尘，除尘后的合成气进入高温SCR分解二噁英，再通过二级换热器将热量利用，得到的低温合成气通过气体净化器除掉合成气中的酸性气体和剩余灰尘，进入内燃机燃烧发电。燃机后的烟气经过脱硝装置后进入余热利用系统，实现垃圾无害化和资源化处理。垃圾预处理过程生成的渗滤液通入MVR处理装置，MVR处理装置中压缩机需要的动力来自内燃机组，不需要额外提供能量，渗滤液浓缩液采用高温炉渣进行预热吸附，剩余的浓缩液随着炉渣进入炉子继续气化燃烧，实现垃圾渗滤液的无害化处理。

请参阅图1，本发明一种生活垃圾气化发电系统，包括垃圾预处理系统、渗滤液处理系统、垃圾气化焦油催化系统、气体净化系统、内燃机发电及余热利用系统。垃圾预处理系统分两路，一路与带有MVR系统的渗滤液处理系统连接，另一路与垃圾气化焦油催化系统连接，垃圾气化焦油催化系统包括气化炉4，气化炉4入口与垃圾预处理系统连接，出口分两路，一路与渗滤液处理系统连接，用于实现垃圾无害化和资源化处理，另一路经过设置有两级气气换热器的气体净化系统与内燃机发电及余热利用系统连接，用于进行换热并通过内燃机组10进行燃烧发电。

垃圾预处理系统包括生活垃圾料仓1，垃圾分选破碎挤压装置2，垃圾干燥筛分装置3；原生垃圾进入生活垃圾料仓1，垃圾储存料仓出口连接垃圾分选破碎挤压装置2入口，垃圾分选破碎挤压装置2出口连接垃圾干燥筛分装置3入口，垃圾干燥筛分装置3干燥气入口连接一级气气换热器5及二级气气换热器8干燥高温富氧气出口；

原生垃圾从清运站收集后储存于生活垃圾料仓，经过分选破碎挤压脱水后，进入垃圾干燥筛分装置，将原生垃圾处理成具有一定粒径、热值较高、含水较低的垃圾燃料，从而克服我国垃圾成分复杂、含水率高、热值较低的缺点，保证在后续的气化炉中物料的粒径及热值，提高系统的稳定性，干燥过程产生的臭气通入装有焦油催化床的气化炉中，将有机可燃物质分解，随着合成气进入净化系统。

渗滤液处理系统包括MVR处理装置13和浓缩液处理装置15；垃圾分选破碎挤压装置2的渗滤液出口连接渗滤液储罐池12，渗滤液储罐池12出口连接MVR处理装置13入口，MVR处理装置13的浓缩液出口连接渗滤液浓缩液处理装置15入口，MVR处理装置13的预热室出口直接排放MVR过程分离的冷凝水，MVR处理装置13的压缩机14和内燃机组10中的一台内燃机相连；

渗滤液浓缩液处理装置15入口连接垃圾气化焦油催化系统的筛分装置18出口，筛分装置18设置在气化炉4的炉渣出口，筛选合适粒径的炉渣进行垃圾渗透液浓缩液的处理；渗滤液浓缩液处理装置15的蒸发气体出口连接RO处理装置16入口，剩余渗滤液和炉渣通过渗滤液浓缩液处理装置15的出口连接搅拌器17入口，搅拌器17的入口连接气化炉4进料口；

垃圾在预处理过程中产生的渗滤液通入MVR处理装置13，产生的冷凝液可直接排放，垃圾渗滤液浓缩液中加入气化炉4生成的炉渣进行加热，用炉渣吸附垃圾渗滤液浓缩液中难降解的有机物并且固化其中的重金属，加热产生的蒸汽通过RO处理装置16进行处理，剩余的渗滤液和吸附后的炉渣通入气化炉4内进行燃烧。

垃圾气化焦油催化系统包括气化炉4以及与之配套的富氧系统，在气化炉内靠近出口处设置有焦油催化床，垃圾干燥筛分装置3的垃圾出口连接气化炉4的垃圾入口，利用气化炉4的高温环境，实现边气化边催化过程，垃圾经过处理后进入气化炉4，在气化炉4内的高温富氧环境下发生气化，利用气化炉4内的高温环境对焦油进行催化裂解，气化炉4出口的高温合成气经过气体净化系统的两级气气换热器，将热量传递给气化炉需要的高温富氧，提高能量利用率。

气体净化系统包括气体一级气气换热器5、除尘器6、SCR装置7、二级气气换热器8，脱酸装置9；气化炉4的合成气出口连接一级气气换热器5及二级气气换热器8入口，一级气气换热器5合成气的出口连接除尘器6入口，用于避免二噁英的生成，除掉低温环境下二噁英生成需要的催化剂，除尘器6出口连接SCR设备7入口，可以有效的催化分解二噁英，SCR设备7出口连接二级气气换热器8入口，二级气气换热器8出口连接脱酸装置9入口，脱酸装置9出口连接内燃机组10。

气化炉4产生的炉渣经过筛分后选择合适粒径的炉渣通入渗滤液浓缩液处理系统，随着浓缩液进入气化炉4反应，剩余的炉渣直接排放。

供风及富氧系统经一级气气换热器5及二级气气换热器8连接气化炉4，通过一级气气换热器5及二级气气换热器8换热后的高温富氧送入垃圾筛分干燥设备3内实现边筛分边干燥，降低垃圾的含水率提高垃圾热值，干燥筛分后的垃圾送入气化炉4内进行气化，用于干燥和筛分过程合并。

气化气干燥需要的高温富氧经过两级气气换热器换热后送入垃圾干燥筛分设备3，干燥后的臭气送入气化炉4内做流化气，随着垃圾气化合成气进入气化炉4气化燃烧，臭气中含有的醇类、醚类等有机可燃物质在气化炉4和焦油催化床中被分解，臭气中的氨氮随着合成气燃烧后进入SCR设备，为内燃机出口烟气脱硝过程提供需要的氨。

内燃机发电及余热利用系统包括内燃机组10和余热利用系统11；

气体净化系统的脱酸装置9出口连接内燃机组10的入口，内燃机组10烟气出口连接余热利用系统11入口。

生成的合成气经过气体净化后，送入内燃机组10燃烧，内燃机组10中选择一台内燃机和MVR处理装置13中的压缩机14相连，不发电而提供压缩机14需要的动力，实现内燃机带动压缩机运转，提高系统效率，生成的高温烟气经过SCR装置7脱硝后，送入余热利用装置11，实现能量的高效利用。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生活垃圾气化发电系统，其特征在于，包括垃圾预处理系统，垃圾预处理系统分两路，一路与带有MVR系统的渗滤液处理系统连接，另一路与垃圾气化焦油催化系统连接，垃圾气化焦油催化系统包括出口设置有焦油催化床的气化炉(4)，气化炉(4)的入口与垃圾预处理系统连接，气化炉(4)的出口分两路，一路与渗滤液处理系统连接，用于实现垃圾无害化和资源化处理，另一路经过设置有一级气气换热器(5)及二级气气换热器(8)的气体净化系统与内燃机发电及余热利用系统连接，用于进行换热并通过内燃机组(10)进行燃烧发电。

2.根据权利要求1所述的一种生活垃圾气化发电系统，其特征在于，垃圾预处理系统包括生活垃圾料仓(1)，生活垃圾料仓(1)的出口与垃圾分选破碎挤压装置(2)的入口连接，垃圾分选破碎挤压装置(2)的出口分两路，渗滤液出口与渗滤液处理系统连接，另一路出口经过垃圾干燥筛分装置(3)与气化炉(4)的入口连接，用于将干燥筛分后的垃圾送入气化炉(4)内进行气化。

3.根据权利要求2所述的一种生活垃圾气化发电系统，其特征在于，垃圾干燥筛分装置(3)的干燥气入口连接一级气气换热器(5)及二级气气换热器(8)，用于将气化气干燥需要的高温富氧经过一级气气换热器(5)及二级气气换热器(8)换热后送入垃圾干燥筛分设备(3)内实现边筛分边干燥。

4.根据权利要求1所述的一种生活垃圾气化发电系统，其特征在于，一级气气换热器(5)和二级气气换热器(8)的一端与供风及富氧系统连接，另一端与气化炉(4)的入口连接，用于将干燥后的臭气送入气化炉(4)内做流化气，随着垃圾气化合成气进入气化炉(4)气化燃烧。

5.根据权利要求1所述的一种生活垃圾气化发电系统，其特征在于，渗滤液处理系统包括MVR处理装置(13)，MVR处理装置(13)的入口通过渗滤液储罐池(12)与垃圾预处理系统连接，MVR处理装置(13)的出口与渗滤液浓缩液处理装置(15)的入口连接，渗滤液浓缩液处理装置(15)的出口经过搅拌器(17)与气化炉(4)的进料口连接。

6.根据权利要求5所述的一种生活垃圾气化发电系统，其特征在于，气化炉(4)的炉渣出口处设置有筛分装置(18)，筛分装置(18)的出口与渗滤液浓缩液处理装置(15)的入口连接，渗滤液浓缩液处理装置(15)的蒸发气体出口与RO处理装置(16)的入口连接。

7.根据权利要求6所述的一种生活垃圾气化发电系统，其特征在于，筛分装置(18)连接有冷渣器(19)用于冷却回收。

8.根据权利要求5所述的一种生活垃圾气化发电系统，其特征在于，MVR处理装置(13)内设置有压缩机(14)，压缩机(14)与内燃机组(10)中一台不发电的内燃机连接，用于为压缩机(14)提供能量。

9.根据权利要求1所述的一种生活垃圾气化发电系统，其特征在于，气化炉(4)的合成气出口连接一级气气换热器(5)的入口，一级气气换热器(5)的合成气出口连接除尘器(6)的入口，除尘器(6)的出口连接SCR设备(7)的入口，SCR设备(7)的出口连接二级气气换热器(8)的入口，二级气气换热器(8)的出口与内燃机组(10)连接。

10.根据权利要求9所述的一种生活垃圾气化发电系统，其特征在于，二级气气换热器(8)与内燃机组(10)之间设置有脱酸装置(9)，二级气气换热器(8)的出口连接脱酸装置(9)的入口，脱酸装置(9)的出口连接内燃机组(10)的入口，内燃机组(10)的烟气出口与余热利用系统(11)的入口连接。