一种垃圾裂解气化装置控制系统的控制方法与流程

本发明涉及垃圾裂解气化技术领域，尤其涉及一种垃圾裂解气化装置控制系统的控制方法。

背景技术：

随着人们生活水平的不断提高，消费能力不断增强，随之也产生了越来越多的生活垃圾。目前对垃圾的处理方式主要有填埋式、焚烧式，还有对垃圾进行裂解气化产生可燃烧气体进行回收利用。填埋式会占用土地资源，也会影响地下水质量。焚烧式成本高，污染空气，浪费资源，不利于可持续发展。而对垃圾进行裂解气化产生可燃烧气体进行回收利用是一种绿色的、可持续发展的方式，也有利于节约资源。

目前，对垃圾的裂解气化过程主要利用垃圾裂解气化炉进行。而由于现阶段垃圾裂解气化炉设备的限制，以及现阶段垃圾裂解气化的工艺限制，使垃圾裂解气化效率低，产能低，并且自动化程度差，无法实现连续的垃圾裂解气化过程，致使无法有效利用垃圾进行造气发电，从而限制对垃圾资源的利用。

技术实现要素：

本发明提供了一种垃圾裂解气化装置的控制方法，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：一种垃圾裂解气化装置的控制方法，所述垃圾裂解气化装置控制系统包括：加料控制单元、炉温控制单元、风压控制单元以及除渣控制单元；所述控制方法包括如下步骤：

s1，获取待投料的垃圾块，投入加料装置中；

s2，启动所述加料控制单元，由所述加料装置将所述垃圾块投入炉体内，通过所述炉体下方的炉门孔进行点火；

s3，通过所述炉温控制单元实时监测炉内不同位置的反应温度，调控所述风压控制单元向炉内送风，以使炉内由底部到顶部分别形成不同的温度梯度，所述温度梯度依次保持为50～100℃、800～1000℃、400～500℃、300～400℃、280～320℃、100～270℃以及50～100℃；

s4，通过所述炉体上端的出气管输出得到可燃烧气体，并且，调用所述加料控制单元向所述炉体内加料，同时启动所述除渣控制单元运行，将所述炉体内底部的灰渣排出去，保持炉内所述垃圾块裂解气化的连续性。

作为进一步改进的，所述加料控制单元连接于所述炉体上方的所述加料装置，用于控制炉内的加料量；

所述炉温控制单元连接于所述炉体不同位置的温度传感器，用于获取炉内不同位置的实时温度；

所述风压控制单元连接位于所述炉体下端的进风管和二次进风管，根据所述炉温控制单元测得的炉内温度，调控炉内送风量；

所述除渣控制单元连接于所述炉体下方的除渣装置，在每次所述加料控制单元加料的同时，控制炉内底部灰渣的排出。

作为进一步改进的，所述步骤s1中的垃圾块为脱水后、经压缩的块体，所述垃圾块长度为4～6cm，宽度为3～5cm，高度为3～5cm。

作为进一步改进的，在所述步骤s2中，当所述炉门孔(14)位置对应的炉内温度达到140～160℃时关闭炉门，炉内温度自然升高并产生连续的裂解气化反应。

作为进一步改进的，所述步骤s3中，通过所述风压控制单元调控所述进风管和所述二次进风管向炉内送风，从而保持炉内气压为1.5～2.5kpa。

作为进一步改进的，所述步骤s3中，所述温度梯度分别对应炉内的不同反应层，所述反应层从底到顶依次为灰渣层、氧化还原层、碳化层、裂解层、熔化层、干馏层以及干燥层。

作为进一步改进的，所述炉体的高度为8～9m，且对应的所述氧化还原层的高度为1.8～2.2m。

作为进一步改进的，所述步骤s4中，当炉内最上方的所述垃圾块至所述炉体顶盖内表面的空层高度大于1.8～2.2m时，则调用所述加料控制单元向所述炉体内加料，加料至所述空层高度为1.4～1.6m时，停止加料。

作为进一步改进的，所述步骤s4中，所述可燃烧气体包括一氧化碳、碳四以及碳五。

本发明的有益效果是：

其一：本发明提供垃圾裂解气化装置控制系统，所述控制系统包括：加料控制单元、炉温控制单元、风压控制单元以及除渣控制单元；并且提供了垃圾裂解气化装置控制系统的控制方法，所述控制方法中，利用所述加料控制单元、炉温控制单元、风压控制单元以及除渣控制单元，对炉内垃圾块的裂解气化过程进行精确调控，使炉内从底到顶形成不同的温度梯度，所述温度梯度保持为50～100℃、800～1000℃、400～500℃、300～400℃、280～320℃、100～270℃以及50～100℃；所述温度梯度分别对应着不同的反应层，保证了垃圾裂解气化的稳定性，可通过控制系统自动化调控炉内的送风量和投料量，保证炉内产生可燃气体的连续性，提供可燃气体的产量。

其二：本发明通过风压控制单元调控进风管和二次进风管向炉内送风，从而保持炉内气压为1.5～2.5kpa，优选为2kpa；恒定的炉内气压保证了各个反应层的稳定性，从而保证了垃圾的裂解气化的反应过程。

其三：本发明中对炉内上方空层高度和燃气出口温度进行了限定，当空层高度大于2m，且燃气出口温度为150～250℃时，则需要向炉内投料；投料至空层高度为1.5m，且燃气出口温度低于120℃时，则停止投料；从而可精确判断何时需要向炉内进行投料，保证了炉内垃圾裂解反应各个反应层的稳定性，从而使炉内持续的产出可燃气体。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的一种垃圾裂解气化装置的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种垃圾裂解气化装置的剖切结构示意图。

图3是本发明实施例提供的一种垃圾裂解气化装置的除渣装置结构示意图。

图4是本发明实施例提供的一种垃圾裂解气化装置的布料机构结构示意图。

图中附图标识为：

1.炉体；11.外筒；12.内筒；13.出气口；14.炉门孔；

2.加料装置；21.储料仓；211.加料口；212.除尘口；

22.衡料仓；23.第一阀门开关；24.第二阀门开关；

3.除渣装置；31.除渣炉栅；32.储渣槽；33.传动系统；

331.蜗杆；34.齿轮盘；35.导灰槽；36.转动钢珠；

4.风压系统；41.进风管；42.二次进风管；

5.温度传感器；

6.布料机构；61.布料器；62.支撑条；

7.基座；71.底盘；

8.立柱。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

参照图1所示，本实施例提供了一种垃圾裂解气化装置，包括：炉体1、加料装置2、除渣装置3、风压系统4、温度传感器5、布料机构6、基座7以及立柱8。

炉体1；所述炉体1的炉壁包括外筒11和内筒12。所述外筒11和内筒12均为钢板焊接，内部光滑。所述外筒11和内筒12之间还设置有横隔板，将所述外筒11和内筒12之间分为上下两段水夹套。所述上下两段水夹套内均填充有冷却水，并且在所述上下两段水夹套中均设有进水管和出水管(图中未示出)。常规垃圾裂解气化炉内壁用耐火材料切筑，这样会让炉内温度过高；因为生活垃圾里面塑料居多，温度升高后，垃圾一进入炉内就行成了液态，那么垃圾就会粘在耐火材料上形成挂炉结疤，垃圾裂解气化炉上段内堂空间不断变小，垃圾就进不了垃圾裂解气化炉下段的高温气化区，这样常规垃圾裂解气化炉就不能正常运行。在本实施例中，所述上段水夹套通过冷却水的循环，把温度控制在100℃以内，这样避免垃圾料中塑料提前熔化后黏贴在上段炉内壁上形成挂炉结疤，从而避免了传统中在上段炉内壁砌高温耐火砖的做法。并且，在所述上段水夹套内设置有恒温传感器，本实施例中的垃圾裂解气化炉上段水夹套是用水循环来降温，当上段水夹套对应的炉壁温度达到100℃时水泵会自动循环补水，垃圾便不会提前熔化形成挂炉结疤，使本实施例中的垃圾裂解气化炉就能长期正常运行。

加料装置2，其设于所述炉体1的顶盖，用于向所述炉体1进行加料；所述加料装置2包括上端的储料仓21和下端的衡料仓22；所述储料仓21与衡料仓22之间设有第一阀门开关23，所述衡料仓22与所述炉体1的顶盖之间设有第二阀门开关24；其中，在所述储料仓21上端设有加料口211和若干除尘口212。

具体的，在加料装置2中设置了上方的储料仓21和下方的衡料仓22，先把垃圾块通过加料口211投入到储料仓21中，此时第一阀门开关23是关闭的。当打开第一阀门开关23时，垃圾块进入到衡料仓22，然后关闭第一阀门开关23，再开启第二阀门开关24，使垃圾块从衡料仓22下方的出料口进入到炉体1内部。同时设置储料仓21和衡料仓22，以及调控第一阀门开关23和第二阀门开关24的开关的次序，可以实现在进行投料时，炉体1内的燃气不会泄露，造成浪费燃气，同时保证安全，也保证裂解气化的可燃气体产量。同时，在进行垃圾投料时，除尘口212上的除尘袋可以将加料时垃圾带入的粉尘过滤掉，避免排泄空气时垃圾粉尘污染空气，同时起到泄压作用。本实施例中，在储料仓21和下方的衡料仓22的侧壁上匀设有检修孔，便于检修。

除渣装置3，如图2、图3所示，除渣装置3设于所述炉体1的下端，包含置于所述炉体1内部的除渣炉栅31和置于所述炉体1外部的储渣槽32以及传动系统33；所述除渣炉栅31和所述储渣槽32均固定于下方的齿轮盘34上，所述齿轮盘34啮合于所述传动系统33的蜗杆331，使所述除渣装置3可相对于所述炉体1转动。齿轮盘34下方设置多个转动钢珠36，形成一圈连续的转动钢珠36，转动钢珠36下方是底盘71，底盘71固定在基座7上。当传动系统33传动蜗杆331转动时，蜗杆331传动齿轮盘34转动，从而带动除渣炉栅31和储渣槽32转动。所述储渣槽32外壁顶端均匀设有若干倾斜向下的导灰槽35，并在所述储渣槽32内填充有水，用于炉内气体密封和除尘，并将炉体1内部与外部隔离。

具体的，除渣炉栅31的最外围与炉体1的内壁留有一定空隙。在炉体1内，垃圾燃烧之后会留下灰渣，灰渣会留在除渣炉栅31上。所述除渣炉栅31表面设有凸台，当除渣炉栅31转动时，所述凸台会带动除渣炉栅31上的灰渣下落，从除渣炉栅31与炉体1的内壁之间空隙落入到储渣槽32中。除渣炉栅31和储渣槽32在转动时，带动储渣槽32内的灰渣转动，使灰渣从储渣槽32顶端处的导灰槽35排出。优选的，本实施例中导灰槽35为两个，对称分布在储渣槽32的两侧。

风压系统4，其进风管41从所述齿轮盘34中穿出，进入所述除渣炉栅31内部，通过所述除渣炉栅31顶端开口为所述炉体1内送风；所述风压系统4还包括若干二次进风管42，所述二次进风管42分为两行，每行所述二次进风管42均匀分布在所述炉体1的外壁。

具体的，通过设置风压系统4的设置，可以为炉体1内部提供空气助燃。在本实施例中，设置了进风管41和二次进风管42。进风管41直接炉体1的底部送风，进风管41的开口端设置在除渣炉栅31内部，通过除渣炉栅31上端的开口向炉体1内送风。而垃圾块堆积在炉体1底部时，进风管41可以有效的调控垃圾块燃烧的速率，从而控制裂解气化的过程。同时，二次进风管42设置在炉体1的下部，二次进风管42分为两行，每行设置6～10个二次进风管42，优选为8个，使二次进风管42可以从炉体1内壁四周进行送风，控制垃圾的燃烧进程，以及炉体1内的燃烧温度，从而控制炉体1内的垃圾裂解气化的各个反应层温度。本实施例中设置了上下两行的二次进风管42，可在炉体1的侧面进行送风控制，从而可以多角度、多维度的进行送风，控制炉体1内的气流量，达到控制炉体1内垃圾块的裂解气化进程。炉体1内的送风量影响垃圾块的裂解气化的各个反应层温度，炉体1内的气压，以及可燃气体的产气量、产气效率等。本实施例中，第一行二次进风管42和第二行二次进风管42的高度为1.5～3m；位于下方的第一行二次进风管42的进风口，应当设在除渣炉栅31的底边和顶端之间。从而能够从炉体1底部进行送风，与进风管41形成中心到周边的送风系统。保证了炉体1内垃圾块均匀的裂解气化，也有利于调控炉体1内的气压，使炉体1内的气压保持稳定。在进风管41设置有阀门开关，在二次进风管42的各个分管管道和总管管道上均设置有阀门开关，便于控制每个管道的送风量。

多个温度传感器5，由所述炉体1炉壁上的开孔置于炉内，用于检测所述炉体1内的反应温度；所述多个温度传感器5均匀地螺旋上升分布在所述炉体1侧壁上，所形成的每圈所述温度传感器5数量为4～8个，且左右相邻所述温度传感器5的高度差为20～50cm。在本实施例中，从炉体1的底部到顶部均设有温度传感器5。温度传感器5用于监测炉体1内的温度。本实施例中的温度传感器5是围绕炉体1侧壁均匀螺旋上升设置的，每个温度传感器5所形成的螺旋形的螺距为40～80cm。在垃圾裂解气化的全过程中，温度传感器5均可以实时监测炉体1内各个位置的温度，从而可以知道炉体1内垃圾块裂解气化的全过程。通过对炉体1内温度的监测，可以调控风压系统4的进风量，从而调控加料装置2的进行投料，以及所投料的量。因此，温度传感器5的设置对垃圾裂解气化的全过程至关重要，是调控炉体1内垃圾裂解气化的关键因素。

进一步的，还包括布料机构6。如图4所示，所述布料机构6设置在所述加料装置2底部出料口的正下方，所述布料机构6包括布料器61和若干支撑条62，所述布料器61的底端固定在若干支撑条62上，所述支撑条62固定于所述炉体1的内壁。

具体的，布料器61为圆锥体，圆锥尖端向上。定义布料器61的圆锥底面直径d1，衡料仓22下端出料口的直径d2；则，d1＝(1.5～2.5)d2，优选的，d1为两倍的d2。设置布料器61，可使垃圾块从加料装置2中下落的时候可以落入到布料器61上，再从布料器61上滑落下来。设置布料器61可以使垃圾块均匀分散下落到炉体1内部。若直接从衡料仓22出料口下落后，垃圾块会在炉体1内部中间位置高，周边垃圾块少，造成垃圾块分布不均匀。设置布料机构6可以使垃圾块均匀的下落在炉体1内部，避免垃圾块在炉体1内部堆积不均匀的情况。

进一步的，所述基座7上固定有若干立柱8，所述立柱8的顶端固定于所述炉体1的外壁，用于支撑所述炉体1。立柱8用于将炉体1支撑起来，使炉体1与除渣装置3分离，不连接在一起。因此，才能实现除渣炉栅31和储渣槽32相对于炉体1转动，使炉体1底部垃圾燃烧后的灰渣排到炉体1外。优选的，本实施例中设置了四个立柱8，对称设置在炉体1的外侧壁，是炉体1通过立柱8支撑在基座7上。

进一步的，所述炉体1顶盖上设置有出气口13，所述出气口13内设有温度传感器5。出气口13是用于炉体1内产生可燃气体的出口，使产生的可燃气被安全收集起来。出气口13的位置设置有温度传感器5，用于监测出气口13处的可燃气体温度，从而便于调整向炉内进行加料。

实施例2

本实施例提供一种垃圾裂解气化装置控制系统的控制方法，所述垃圾裂解气化装置控制系统包括：加料控制单元、炉温控制单元、风压控制单元以及除渣控制单元；所述控制方法包括如下步骤：

s1，获取待投料的垃圾块，投入加料装置2中；

具体的，在步骤s1中的所述垃圾块为脱水后、经压缩的块体，所述垃圾块长度为4～6cm，优选为5cm；宽度为3～5cm，优选为4cm；高度为3～5cm，优选为4cm。将所述垃圾块经过前置处理后，已经脱水并被压缩成块体，有利于垃圾的投料可控性，以及垃圾燃烧裂解气化的均匀性。

s2，启动所述加料控制单元，由所述加料装置2将所述垃圾块投入炉体1内，通过所述炉体1下方的炉门孔14进行点火；

具体的，定义炉内最上方的所述垃圾块至所述炉体1顶盖内表面的高度为空层高度。在步骤s2中，向炉体1内投料后，使所述空层高度为1.4～1.6m时则停止加料，优选为1.5m。当垃圾块裂解气化后，炉体1内的垃圾块减少，所述空层高度增大。当所述空层高度为大于1.8～2.2m时，优选为2m，且燃气出口温度150～250℃，优选为170℃时，则启动所述加料控制单元，继续向炉体1内加料。加料至所述空层高度为1.4～1.6m时，则停止加料，优选为1.5m。本实施例中，当所述炉门孔14位置对应的炉内温度达到140～160℃时关闭炉门，此时，炉内温度自然升高，并可以产生连续的裂解气化反应，连续的生产可燃气体。

s3，通过所述炉温控制单元实时监测炉内不同位置的反应温度，调控所述风压控制单元向炉内送风，以使炉内由底部到顶部分别形成不同的温度梯度，所述温度梯度依次保持为50～100℃、800～1000℃、400～500℃、300～400℃、280～320℃、100～270℃以及50～100℃；

具体的，在上述步骤s3中，所述温度梯度分别对应炉内的不同反应层，所述反应层从底到顶依次为灰渣层、氧化还原层、碳化层、裂解层、熔化层、干馏层以及干燥层。其中，所述炉体1的高度为8～9m，且对应的所述氧化还原层的高度为1.8～2.2m。

所述灰渣层对应的温度为50～100℃，在所述灰渣层中，主要是垃圾块燃烧后形成灰渣。

所述氧化还原层对应的温度为800～1000℃，在所述氧化还原层中，垃圾块燃烧，形成二氧化碳，二氧化碳进而被还原成为一氧化碳。

所述碳化层和所述裂解层对应的温度分别为400～500℃、300～400℃，所述碳化层和所述裂解层可同时进行，即垃圾的碳化和裂解同时进行，一部分垃圾裂解成为小分子化合物，一部分垃圾碳化分解为气体、焦油以及焦炭等。

所述熔化层对应的温度为280～320℃，在所述熔化层中，固体垃圾熔融为液体，大分化合物子转变小分子化合物，并且熔化过程中会有气体释放出来。

所述干馏层对应的温度为100～270℃，在所述干馏层中，塑料、橡胶以及有机物等碳水化合物的分子键断裂，大分子变小分子，碳五碳四系列气体上升排出。

所述干燥层对应的温度为50～100℃，在所述干燥层，可利用炉内下面的热量对新投放的垃圾块进行烘干，便于垃圾块进一步的裂解气化。

s4，通过所述炉体1上端的出气管12输出得到可燃烧气体，并且，调用所述加料控制单元向所述炉体1内加料，同时启动所述除渣控制单元运行，将所述炉体1内底部的灰渣排出去，保持炉内所述垃圾块裂解气化的连续性。

进一步的，所述步骤s4中，所述可燃烧气体包括一氧化碳、碳四以及碳五。

进一步的，控制系统包括：加料控制单元、炉温控制单元、风压控制单元以及除渣控制单元。

所述加料控制单元连接于所述炉体1上方的所述加料装置2，用于控制炉内的加料量。具体的，如实施例1中所述，通过加料装置2的第一阀门开关23和第二阀门开关24的开关顺序，从而控制储料仓21和衡料仓22的加料顺序。

所述炉温控制单元连接于所述炉体1不同位置的温度传感器5，用于获取炉内不同位置的实时温度。

所述风压控制单元连接位于所述炉体1下端的进风管41和二次进风管42，根据所述炉温控制单元测得的炉内温度，调控炉内送风量；若测得的炉内最高温度低于所述氧化还原层对应的温度下限时，即800℃，则增加送风量；若测得的炉内最高温度高于所述氧化还原层对应的温度上限时，即1000℃，则降低送风量，直至所述炉内最高温度保持在所述氧化还原层对应的温度梯度之间。

所述除渣控制单元连接于所述炉体1下方的除渣装置3，在每次所述加料控制单元加料的同时，控制炉内底部灰渣的排出。

进一步的，所述步骤s3中，通过所述风压控制单元调控所述进风管41和所述二次进风管42向炉内送风，从而保持炉内气压为1.5～2.5kpa。具体的，炉内气压优选为2kpa。保持炉内气压的恒定，有利于保持炉内由底部到顶部所形成不同温度梯度的稳定性，即保持所述氧化还原层、碳化层、裂解层、熔化层、干馏层以及干燥层的稳定性，从而保持垃圾裂解气化的稳定性，提高可燃气体的产量。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。