申请日2014.12.16
公开(公告)日2015.04.01
IPC分类号C10B53/02; F02B63/04; C10K1/02; C10B49/02
摘要
本发明公开了一种利用生活污泥生物质颗粒气化发电的方法与装置，包括生活污泥生物质颗粒气化装置、气体冷却装置、气体电捕焦装置和气体发电装置;气化炉的气体出口通过管道与风冷换热器的进气口连通，风冷换热器的出气口与一级水冷换热器的进口连通，一级水冷换热器的出口与电捕焦油器的进气口连通，电捕焦油器的上端设有出气口，出气口通过引风机与二级水冷换热器的进气口连通，二级水冷换热器的出气口与捕滴器连通，捕滴器与发电机组连通。本发明在高温、缺氧的条件将生物质颗粒热解气化成烷类、一氧化碳、焦油等可燃气体和水蒸气，通过对可燃气体充分冷却和净化，使可燃气体达到低污染燃气发电的要求，从而使生物质颗粒高效地综合利用。
摘要附图
权利要求书
1.一种利用生活污泥生物质颗粒气化发电的装置，其特征在于，包括生活污泥生物质 颗粒气化装置、气体冷却装置、气体电捕焦装置和气体发电装置;
所述生活污泥生物质颗粒气化装置包括斗式提升机、螺旋进料机、匀料机、气化炉、 鼓风机和螺旋出料机;所述气化炉中设有可开合地将气化炉分为上下封闭两层的气化炉阀 门，上层为进料层，下层为热解气化层;斗式提升机、螺旋进料机和匀料机依次连接，匀 料机位于进料层的上端，鼓风机与汽化炉燃烧室连通，螺旋出料机连接在热解气化层的底 部;气化炉的热解气化层上部设有气体出口;
所述气体冷却装置包括风冷换热器、一级水冷换热器、二级水冷换热器、第一冷凝池、 第二冷凝池、冷却塔、第一水泵、第二水泵;气体过滤装置包括电捕焦油器、引风机、焦 油池和捕滴器;气化炉的气体出口通过管道与风冷换热器的进气口连通，风冷换热器的出 气口与一级水冷换热器的进口连通，一级水冷换热器的出口与电捕焦油器的进气口连通， 电捕焦油器的底部设有焦油出口，焦油出口与焦油池连通，电捕焦油器的上端设有出气口， 出气口通过引风机与二级水冷换热器的进气口连通，二级水冷换热器的出气口与捕滴器连 通，捕滴器与发电机组连通;第一水泵一端连接第一冷凝池，另一端分别与风冷换热器和 一级水冷换热器顶部连通;第二水泵一端通过管道与第二冷凝池连通，另一端通过管道分 别与一级水冷换热器和二级水冷换热器的进水口连通，一级水冷换热器和二级水冷换热器 的出水口都与冷却塔连通。
2.根据权利要求1所述的利用生活污泥生物质颗粒气化发电的装置，其特征在于，所 述冷却塔与第二冷凝池连通。
3.根据权利要求1所述的利用生活污泥生物质颗粒气化发电的装置，其特征在于，所 述第一冷凝池位于风冷换热器和一级水冷换热器的下端。
4.根据权利要求1所述的利用生活污泥生物质颗粒气化发电的方装置，其特征在于， 所述一级水冷换热器和二级水冷换热器选用型号为GLL7-160L的换热器;所述风冷换热器 选用型号为KL-410的换热器。
5.根据权利要求1所述的利用生活污泥生物质颗粒气化发电的装置，其特征在于，所 述冷却塔选用型号为DBNL3-30的冷却塔。
6.根据权利要求1所述的利用生活污泥生物质颗粒气化发电的装置，其特征在于，所 述捕焦油器选用型号为TD1K的电捕焦油器。
7.根据权利要求1所述的利用生活污泥生物质颗粒气化发电的装置，其特征在于，所 述捕滴器选用规格为1420×4600mm的捕滴器。
8.应用权利要求1-7任一项所述装置的利用生活污泥生物质颗粒气化发电的方法，其 特征在于包括如下步骤：
1)向气化炉4内加入燃料，点火燃烧，鼓风机将空气送入气化炉，使炉内燃料充分燃 烧，控制气化炉内温度升至360℃～440℃;
2)通过斗式提升机、螺旋进料机和匀料机将生物质颗粒加入气化炉的进料层，当进料 质量与气化炉容积比达到0.2～0.25t/m3时，螺旋进料机停止工作，并将气化炉上层与外界 空气流通隔断，同时打开气化炉阀门，在匀料机的作用下，生物质颗粒进入气化炉下层;
3)气化炉内的生物质颗粒在缺氧的条件下，并在温度400-450℃的灼热燃气的烘烤下， 经过1～1.5小时热解气化反应，得到充分的热解气化，在热解气化过程中有机质大分子态 裂解成小分子态，发生干馏反应，生成烷类、一氧化碳、氢气、焦油的可燃气体和水蒸气， 剩余物为熔融炉渣，各类细菌病原菌被杀灭;
4)温度为180～250℃的烷类、一氧化碳、氢气、焦油和水蒸气的混合气体以单位立 方米产气气量200～300m3/h的速度从气化炉上部排出并经管道进入风冷换热器，在风冷换 热器中，可燃气体与空气进行热交换，热交换后可燃气体降至120～150℃，从风冷换热器 出口排出;若可燃气体温度不能达到额定温度120～150℃，启动第一水泵，将第一冷凝池 中的水注入风冷换热器顶端，水沿着输送可燃气体的管道外壁，在重力的作用下自上往下 流动，强制冷却;在第一冷凝池收集流下的水，从而形成循环水;
5)可燃气体经管道进入一级水冷换热器，第二水泵向一级水冷换热器循环水管道注入 第二冷凝池中的循环水，可燃气体与循环水进行热交换，可燃气体进一步冷却至60～90℃， 当其温度不能达到额定温度60～90℃时，启动第一水泵，将第一冷凝池中的循环水注入一 级水冷换热器顶端，循环水沿着输送可燃气体的管道外壁，在重力的作用下自上往下流动， 强制冷却;
6)可燃气体经管道进入电捕焦油器，在电捕焦油器中电场的作用下，可燃气体中的焦 油、粉尘、水雾的粒子与电子结合带电，在电场力的作用下向两极运动;到达沉淀极板中 和后，依靠残存的静电引力和分子间凝聚力首先吸附于沉淀极，而后靠自身重力沿极板下 落，通过焦油出口排出进入焦油池，可燃气体实现初步过滤;
7)电捕焦油器中的可燃气体在引风机的作用下经管道进入二级水冷换热器，第二水泵 向二级水冷换热器循环水管道注入第二冷凝池中的循环水，可燃气体与循环水进行热交换， 可燃气体进一步冷却至30～40℃;
8)流经一级水冷换热器及二级水冷换热器中的循环水进入冷却塔，循环水在冷却塔中 与空气进行热交换;
9)可燃气体经管道进入捕滴器，捕滴器分离出可燃气体中水雾;随后可燃气体经管道 进入发电机组发电。
9.根据权利要求8所述的利用生活污泥生物质颗粒气化发电的方法，其特征在于，每 小时给气化炉添加进料质量与气化炉容积比为20～25kg/m3的生物质颗粒。
说明书
一种利用生活污泥生物质颗粒气化发电的方法与装置
技术领域
本发明涉及生活污泥处理，特别是涉及一种利用生活污泥生物质颗粒气化发电的方法 与装置，是一种生活污泥经脱水干燥后的资源化方法，用于生活污泥的综合利用。
背景技术
在污泥处置中，传统的污泥处理主要方法填埋、堆肥、焚烧三种技术日益显示出其缺 陷,如填埋占用大片土地,堆肥法处理量小、效率低，焚烧法容易产生二次污染，使污泥处理 真正实现起来困难重重。
目前，比较普遍的做法是用污泥压干机将污泥压滤到低含水率，直接进行焚烧，用来 发电或供热。此法虽然简单但是却会对周边环境造成污染。中国实用新型专利 CN203794764U公开了一种生活污泥深度干化和资源化利用一体式装置，包括污泥传送装 置、污泥改性装置、污泥机械脱水装置、污泥烘干装置和污泥资源化装置;污泥机械脱水 装置为板框式压滤脱水机;污泥烘干装置为热泵;污泥资源化装置包括混合机和造粒机; 污泥池和污泥改性罐通过第一单螺杆泵和第一管道连接;污泥改性罐与板框式压滤机通过 第二单螺杆泵和第二管道连接;板框式压滤机与热泵通过第一传送带连接，热泵通过第二 传送带与混合机连接，混合机通过第四传送带与造粒机连接。经本发明中的装置处理后污 泥的含水率可以控制在20%以下，有利于降低了污泥的体积，节省污泥后续的运输，处置 成本，但要利用该发明产出的生活污泥生物质颗粒，则需要相应的资源化设备。
发明内容
本发明旨在提供一种可平稳利用生活污泥生物质颗粒发电，二次污染危害非常小的利 用生活污泥生物质颗粒气化发电的方法与装置。
本发明采用热解气化技术将生活污泥生物质颗粒放入热解气化炉中，在高温、缺氧的 条件下，经过一段时间热解气化反应，使生物质颗粒中有机类组分得到充分的热解气化， 在热解气化过程中有机质大分子态裂解成小分子态可燃气体，并经风冷和水冷方法，对可 燃气体进行冷却，同时使用电捕焦技术、水雾分离技术对可燃气体进一步净化，使可燃气 体达到低污染燃气发电的要求，经燃料发电机发电，从而使生活污泥生物质颗粒高效地综 合利用;本发明热解气化过程没有直接的气体排出，电捕焦技术从焦油出口排入焦油池1 的焦油、粉尘等粒子量少，还可进一步资源化利用或处理;进入发电机组的燃气已经经过 净化处理，产生的二次污染很小。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种利用生活污泥生物质颗粒气化发电的方法与装置，包括生活污泥生物质颗粒气化 装置、气体冷却装置、气体电捕焦装置和气体发电装置;
所述生活污泥生物质颗粒气化装置包括斗式提升机、螺旋进料机、匀料机、气化炉、 鼓风机和螺旋出料机;所述气化炉中设有可开合地将气化炉分4为上下封闭两层的气化炉 阀门，上层为进料层，下层为热解气化层;斗式提升机、螺旋进料机和匀料机依次连接， 匀料机位于进料层的上端，鼓风机与汽化炉燃烧室连通，螺旋出料机连接在热解气化层的 底部;气化炉的热解气化层上部设有气体出口;
所述气体冷却装置包括风冷换热器、一级水冷换热器、二级水冷换热器、第一冷凝池、 第二冷凝池、冷却塔、第一水泵、第二水泵;气体过滤装置包括电捕焦油器、引风机、焦 油池和捕滴器;气化炉的气体出口通过管道与风冷换热器的进气口连通，风冷换热器的出 气口与一级水冷换热器的进口连通，一级水冷换热器的出口与电捕焦油器的进气口连通， 电捕焦油器的底部设有焦油出口，焦油出口与焦油池连通，电捕焦油器的上端设有出气口， 出气口通过引风机与二级水冷换热器的进气口连通，二级水冷换热器的出气口与捕滴器连 通，捕滴器与发电机组连通;第一水泵一端连接第一冷凝池，另一端分别与风冷换热器和 一级水冷换热器顶部连通;第二水泵一端通过管道与第二冷凝池连通，另一端通过管道分 别与一级水冷换热器和二级水冷换热器的进水口连通，一级水冷换热器和二级水冷换热器 的出水口都与冷却塔连通。
应用上述装置的利用生活污泥生物质颗粒气化发电的方法，包括如下步骤：
1)向气化炉4内加入燃料，点火燃烧，鼓风机将空气送入气化炉，使炉内燃料充分燃 烧，控制气化炉内温度升至360℃～440℃;
2)通过斗式提升机、螺旋进料机和匀料机将生物质颗粒加入气化炉的进料层，当进料 质量与气化炉容积比达到0.2～0.25t/m3时，螺旋进料机停止工作，并将气化炉上层与外界 空气流通隔断，同时打开气化炉阀门，在匀料机的作用下，生物质颗粒进入气化炉下层;
3)气化炉内的生物质颗粒在缺氧的条件下，并在温度400-450℃的灼热燃气的烘烤下， 经过1～1.5小时热解气化反应，得到充分的热解气化，在热解气化过程中有机质大分子态 裂解成小分子态，发生干馏反应，生成烷类、一氧化碳、氢气、焦油的可燃气体和水蒸气， 剩余物为熔融炉渣，各类细菌病原菌被杀灭;
4)温度为180～250℃的烷类、一氧化碳、氢气、焦油和水蒸气的混合气体单位立方 米产气气量200～300m3/h的速度从气化炉上部排出并经管道进入风冷换热器，在风冷换热 器中，可燃气体与空气进行热交换，热交换后可燃气体降至120～150℃，从风冷换热器出 口排出;若可燃气体温度不能达到额定温度120～150℃，启动第一水泵，将第一冷凝池中 的水注入风冷换热器顶端，水沿着输送可燃气体的管道外壁，在重力的作用下自上往下流 动，强制冷却;在第一冷凝池收集流下的水，从而形成循环水;
5)可燃气体经管道进入一级水冷换热器，第二水泵向一级水冷换热器循环水管道注入 第二冷凝池中的循环水，可燃气体与循环水进行热交换，可燃气体进一步冷却至60～90℃， 当其温度不能达到额定温度60～90℃时，启动第一水泵，将第一冷凝池中的循环水注入一 级水冷换热器顶端，循环水沿着输送可燃气体的管道外壁，在重力的作用下自上往下流动， 强制冷却;
6)可燃气体经管道进入电捕焦油器，在电捕焦油器中电场的作用下，可燃气体中的焦 油、粉尘、水雾的粒子与电子结合带电，在电场力的作用下向两极运动;到达沉淀极板中 和后，依靠残存的静电引力和分子间凝聚力首先吸附于沉淀极，而后靠自身重力沿极板下 落，通过焦油出口排出进入焦油池，可燃气体实现初步过滤;
7)电捕焦油器中的可燃气体在引风机的作用下经管道进入二级水冷换热器，第二水泵 向二级水冷换热器循环水管道注入第二冷凝池中的循环水，可燃气体与循环水进行热交换， 可燃气体进一步冷却至30～40℃;
8)流经一级水冷换热器及二级水冷换热器中的循环水进入冷却塔，循环水在冷却塔中 与空气进行热交换;
9)可燃气体经管道进入捕滴器，捕滴器分离出可燃气体中水雾;随后可燃气体经管道 进入发电机组发电。
优选地，每小时给气化炉4添加进料质量与气化炉容积比为20～25kg/m3的生物质颗 粒。
本发明具有以下优点：
①能耗少，成本低。原料来源于污泥脱水后制成的生物质颗粒，该原料成本极低，同 时相对于其它的处理污泥的方式，所需的设备成本费用低;
②采用先进的进料技术和高效的气化技术，生活污泥处理后得到的生物质颗粒可以连 续进入气化炉，与生活污泥深度干化和资源化利用一体式装置相互结合，可以全天24小时 不间断处理生活污泥;
③可燃气体冷却时综合考虑各阶段的冷却效果，在不同阶段分别采用风冷和水冷的方 式，同时水冷中的循环水是循环利用的，从而实现自然资源和水资源的高效利用。
④可燃气体燃烧发电前采用了电捕焦技术，除去了可燃气体中的焦油、水汽以及粉尘， 因而保证了燃烧发电所需要的气体质量，同时二次污染很小。
⑤充分利用了污泥中的有机物成分进行气化发电，经后续的稳压等处理措施后可作为 日常的用电，从而降低污泥处理的成本，做到变废为宝。
⑥经气化后的废渣由于经历了高温、无氧阶段，能有效的起到杀菌消毒的作用，因而 废渣可以安全地用于制砖等处理方式。
