一种采用垃圾热解产物的联合发电装置及方法与流程

本技术涉及一种生活垃圾处理技术领域，尤其涉及一种采用垃圾热解产物的联合发电装置及方法。

背景技术：

目前，化石资源石油和煤炭仍是当今社会主要得能源，在长期的人类社会发展中，人类无节制的对地下资源的开采，势必造成化石资源逐渐的减少和慢慢的枯竭，往往这些资源属于不可再生能源。在长时间使用化石能源过程中产生大量有害气体，影响人民的身体健康。新能源如风能、太阳能和潮汐能的出现，减小的传统能源的消耗，但生产能的量有限。在利用传统能源和新能源中，作为产物电能属于洁净能源，能方便的向机械能、光能和热能转变。随着社会发展。人口的增加，生活垃圾的产量日渐增加，加强对垃圾的处理，转变成可利用的电能或其他产品产物，有利于能源的重复利用，减少不可再生资源的使用量。

目前，世界上对垃圾的处理发电技术，主要是焚烧发电技术。焚烧会产生有害气体加剧对环境的危害，火力发电对化石资源的消耗不言而喻，焚烧发电技术通常采用中温，中压(4.0mpa，400)蒸汽推动汽轮机发电，蒸汽的含湿率较高，发电效率仅为21％，推动汽轮机后产生的乏汽通过冷凝净化返回余热锅炉循环利用，来实现稳定持续。

现有生活垃圾热解发电技术，多采用单回路蒸汽发电(如，专利cn110578568a)或将热解气送入燃气轮机发电(如，专利cn107488467a)，这些技术方案虽然在一定程度上达到了以上目的，但普遍存在不能够充分利用热能，尾气直接或经过简单处理后间接排放到空气中，尾气中的热能被浪费，含有热能的尾气不仅会引起温室效应而且会造成二次污染，也有的专利，如cn207865399u提供一套装置，包括粉煤制箱，装有特制刀片，除增大了制造成本和装置故障外，还增大了产生的炉渣直接堆放或填埋的量，也会影响土质，污染水源。

燃气轮机运行可靠，发电效率约为40％，启动和运行可靠性能高、发电质量好、重量轻、体积小，维护简单等优点，压缩空气和热解燃料气在燃气轮机的燃烧室里燃烧，利用涡轮机动力驱动，带动发电机发电；与循环流化床锅炉自身蒸汽系统带动蒸汽轮机相结合耦合发电，可有效提高发电的效率和能源的利用率。另外，垃圾产物焦油、焦炭和热解气具有热值高、燃烧稳定、二次污染少等诸多优点。

垃圾热解技术分级联合发电是先将垃圾热解，热解气冷凝后得到焦油和低温热解气，经分离净化后进入燃气轮机发电，焦油作为介质进入主锅炉系统产生热源生成蒸汽，进入蒸汽轮机发电。

技术实现要素：

本发明的目的在于：能够恰当的利用和处理生活垃圾处理过程中的所有产物，综合利用原料产物，产生清洁能源电能，提高装置的发电效率。这样能有效减少化石资源的用量和废物固体炉渣的排放，实现给社会带来更大的环境和经济效益。

本发明的技术方案如下：一种采用垃圾热解产物的联合发电装置，包括余热锅炉、固体热载体炉，固体热载体炉连接一次旋风分离器，一次旋风分离器连接热解反应器，且在一次旋风分离器与热解反应器的连接管路上安装有垃圾进料机构；热解反应器连接中间料仓，中间料仓连接返料器，返料器连接固体热载体炉；

热解反应器还连接热解气旋风分离器，热解气旋风分离器连接热解气急冷塔，热解气急冷塔连接焦油分离装置，焦油分离装置连接焦油泵，焦油泵固体热载体炉；

热解气急冷塔还连接聚结分离器，聚结分离器连接净化装置，净化装置连接气液分离罐，气液分离罐连接热解气引风机，热解气引风机连接燃气轮机，燃气轮机连接一次旋风分离器与余热锅炉，余热锅炉连接蒸汽轮机；一次旋风分离器连接余热锅炉。

一种采用垃圾热解产物的联合发电方法，包括以下步骤：

s1：向固体热载体炉内加入固体热载体，产生的高温烟气结合进炉风将其流化加热至850-900℃，固体热载体和烟气进入一次旋风分离器气固分离，烟气从一次旋风分离器顶部分离出进入后段余热锅炉，高温热载体从一次旋风分离器底部进入热解反应器，并与由垃圾进料机构输送进来垃圾混合反应，生成热解气、残碳及焦油；

s2：s1中所产生的残碳和固体热载体原料由热解反应器下部进入中间料仓，由中间料仓再进入返料器，经返料器输送返回固体热载体炉再次加热，形成循环回路；

s3：s1中热解反应器所产生的热解气和气态焦油混合气由热解反应器的出口进入热解气旋风分离器，烟灰和大颗粒固体由热解气旋风分离器底部排出，实现气固分离；

s4：燃气轮机中产生的高温烟气并入一次旋风分离器，然后进入固体热载体炉；

s5：s3中在热解气急冷塔急冷降温捕集出的液态焦油，由底部排出汇集到焦油分离罐将水和焦油静置分离，将上部静置分离后的焦油经焦油泵3送回固体热载体炉作为热源燃料燃烧。

所述s1中，点燃的天然气产生的高温烟气结合进炉风将其流化加热至850-900℃。

所述s3中，较纯净的热解气进入热解气急冷塔降温，热解气中气态焦油在热解气急冷塔中被水低温捕集由热解气急冷塔底部排出。

所述s3中，含有水蒸气的热解气进入聚结器，除去焦油，再经净化装置洗涤除酸，经气液分离罐除去水蒸气，生成纯净的热解气，最后由热解气引风机6，送入燃气轮机，与外部的压缩空气在燃气轮机内联合燃烧形成动力源带动发电器发电。

所述s5中，热量进入后面的余热锅炉，加热水冷屏管中的水形成蒸汽由上升管进入汽包，蒸汽达到一定压力后泄放进入蒸汽轮机，提供蒸汽推动力带动发电机进行发电。

所述s1中，产生的高温烟气结合进炉风将其流化加热至860℃。

所述s1中，产生的高温烟气结合进炉风将其流化加热至880℃。

所述s1中，产生的高温烟气结合进炉风将其流化加热至890℃。

所述s1中，产生的高温烟气结合进炉风将其流化加热至900℃。

本发明相对传统发电工艺，其优势工艺：

[1]产生蒸汽推动蒸汽轮机发电的工艺系统：

本系统由热解旋风分离器、热解气急冷塔、焦油分离装置和焦油泵组成；从热解反应器由高温热载体和垃圾物料反应产的热解气进入本系统的热解气急冷塔急冷降温捕集焦油，流入下部的焦油分离装置，经焦油泵送返回固体热载体炉雾化焚烧，为产生蒸汽提供热源，减少资源的利用。

[2]用于净化的热解气原料进入燃气轮机发电的工艺系统：

本系统由聚结分离器、净化系统装置、气液分离罐和热解气引风机组成；从热解气急冷塔初步降温净化的热解气进入本系统的聚结分离器进行除尘过滤，进入净化系统装置进行精细净化分离脱酸脱出硫化氢，再进入气液分离罐罐除去水分，经热解气引风机送入燃气轮机点燃推动发电机发电，热解气跟压缩空气在燃气轮机燃烧室内燃烧产生的400-500℃的烟气经烟道并入固体热载体烟气出口管道进入后段余热锅炉系统加热省煤器和再热器管程中的水回收余热，产生高温蒸汽，为蒸汽发电系统提供加热源，提高能源利用率。

上述[1]、[2]工艺系统末段均能为余热锅炉水冷屏中的水加热产生蒸汽经汽包分离高温高压蒸汽送往蒸汽轮机动力发电。释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出的乏汽，下阶段经冷凝，除氧作为补给水返回余热锅炉系统加热循环重复利用；此是目前较为成熟的工艺。

综上所述，本发明实现分级联合发电方法：

1)余热发电：收集的焦油经泵送入炉膛提供热源物料加热生成蒸汽推动蒸汽轮机发电；

2)热解燃气发电：将净化的热解燃气体通入到燃气发电机进行发电；

垃圾在密闭的热解反应器里与高温热载体接触反应，避免直接焚烧产生有害气体，垃圾热解碳经中间料仓和返料器再次进入炉膛，实现固体热载体物料的循环利用，降低原料的经济成本。热解气中的气态的焦油，经过补集生成液态焦油经泵送进入炉膛，为流化床锅炉提供高热值的原料，即提高了加热炉壁的效率，又减少了天然气的利用率，利用成熟的余热锅发电，产量高。产生的热解气作为燃料气经净化后直接通入燃气轮机发电，中间无需其他能量转变，提高发电效率。热解燃料分级和蒸汽发电分级结合发电，提高了单蒸汽发电常规发电站的发电效率。

本发明的显著效果在于：

本发明采用了固体热载体炉、一次旋风分离器、自主研发的热解反应器结合中间料仓和返料装置将生成的残碳灰渣以及结合热解气旋风分离器、急冷塔、自主研发的焦油分离装置和焦油泵将燃气分离后的焦油返回固体热载体炉重新作为原料燃烧，提供了加热源，这样，充分利用了垃圾热解产物的热值，减少资源的利用，提高了蒸汽发电的效率。另外，燃气经聚结分离器、净化装置、气液分离罐的本发明的分离工艺，提高燃气的品质，由热解气引风机送入燃气轮机发电。再次，通过利用了燃气轮机的产生的高温烟气和一次旋风分离器的烟气，并入炉子提高烟气产量，一并加热余热锅炉提高了蒸汽的产量，从而提高蒸汽发电的效率。实现两级发电连续运行的工艺效果。

附图说明

图1为本发明所述的采用垃圾热解产物的联合发电装置示意图；

图中：1-余热锅炉；2-固体热载体炉；3-焦油泵；4-焦油分离装置；5-燃气轮机；6-热解气引风机；7-气液分离罐；8-净化装置；9-聚结分离器；10-热解气急冷塔；11-热解旋风分离器；12-热解反应器；13-中间料仓；14-返料器；15-垃圾进料机构；16-一次旋风分离器；17-蒸汽轮机

具体实施方式

一种采用垃圾热解产物的联合发电装置，包括余热锅炉1、固体热载体炉2，固体热载体炉2连接一次旋风分离器16，一次旋风分离器16连接热解反应器12，且在一次旋风分离器16与热解反应器12的连接管路上安装有垃圾进料机构15；热解反应器12连接中间料仓13，中间料仓13连接返料器14，返料器14连接固体热载体炉2；

热解反应器12还连接热解气旋风分离器11，热解气旋风分离器11连接热解气急冷塔10，热解气急冷塔10连接焦油分离装置4，焦油分离装置4连接焦油泵3，焦油泵3固体热载体炉2；

热解气急冷塔10还连接聚结分离器9，聚结分离器9连接净化装置8，净化装置8连接气液分离罐7，气液分离罐7连接热解气引风机6，热解气引风机6连接燃气轮机5，燃气轮机5连接一次旋风分离器16与余热锅炉1，余热锅炉1连接蒸汽轮机17；一次旋风分离器16连接余热锅炉1。

一种采用垃圾热解产物的联合发电方法，包括以下步骤：

s1：向固体热载体炉2内加入固体热载体，点燃的天然气产生的高温烟气结合进炉风将其流化加热至850-900℃，固体热载体和烟气进入一次旋风分离器16气固分离，烟气从一次旋风分离器16顶部分离出进入后段余热锅炉1，高温热载体从一次旋风分离器16底部进入热解反应器12，并与由垃圾进料机构15输送进来垃圾混合反应，生成热解气、残碳及焦油；

s2：s1中所产生的残碳和固体热载体原料由热解反应器12下部进入中间料仓13，由中间料仓13再进入返料器14，经返料器14输送返回固体热载体炉2再次加热，形成循环回路；

s3：s1中热解反应器12所产生的热解气和气态焦油混合气由热解反应器12的出口进入热解气旋风分离器11，烟灰和大颗粒固体由热解气旋风分离器11底部排出，实现气固分离；较纯净的热解气进入热解气急冷塔10降温，热解气中气态焦油在热解气急冷塔10中被水低温捕集由热解气急冷塔10底部排出，含有水蒸气的热解气进入聚结器9，除去少部分焦油，再经净化装置8洗涤除酸，经气液分离罐7除去水蒸气，生成纯净的热解气，最后由热解气引风机6，送入燃气轮机5，与外部的压缩空气在燃气轮机5内联合燃烧形成动力源带动发电器发电，

s4：燃气轮机5中产生的高温烟气并入一次旋风分离器16，然后进入固体热载体炉2，为其提供补给热源。

s5：s3中在热解气急冷塔10急冷降温捕集出的液态焦油，由10底部排出汇集到焦油分离罐4将水和焦油静置分离，将上部静置分离后的焦油经焦油泵3送回固体热载体炉2作为热源燃料燃烧，源源不断的热量进入后面的余热锅炉1，加热水冷屏管中的水形成蒸汽由上升管进入汽包，蒸汽达到一定压力后泄放进入蒸汽轮机17，提供蒸汽推动力带动发电机7进行发电。