高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统及工艺

1079 编辑：中冶有色技术网来源：山东百川同创能源有限公司

2023-12-25 15:27:01

权利要求书： 1.一种高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统，其特征在于：包括：混合罐，其中设置有加热装置；

热解反应器，其进口设置有喷头，喷头与混合罐之间通过管道连接；其为筒状结构，筒壁上设置有加热结构，喷头设置有载气进口，用于与载气源连接；

气化反应器，其进口与热解反应器的出口连通，其顶部设置出口，底部设置有床料层和气化剂进口；

灰分燃烧室，其进口与气化反应器的出口连通；

所述热解反应器为自进口至出口的扩径结构；

所述热解反应器的侧壁外侧设置有加热夹套，加热夹套内设置有折流板，加热夹套的靠近气化反应器的一端与加热气体源连接，靠近混合罐的一端与所述喷头连通。

2.根据权利要求1所述的高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统，其特征在于：混合罐顶部设有与防爆风机连接的管道，用于抽取混合罐内物料挥发的气体并引流至燃气锅炉燃烧。

3.根据权利要求2所述的高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统，其特征在于：防爆风机与燃气锅炉之间的管道上设置阻火阀和截止阀。

4.根据权利要求1所述的高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统，其特征在于：气化反应器的床料层为石英砂床料层。

5.根据权利要求1所述的高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统，其特征在于：灰分燃烧室中设置有折流板，折流板竖向设置，其顶部与灰分燃烧室的顶部固定连接，灰分燃烧室的进口和出口分别位于折流板的两侧。

6.根据权利要求1所述的高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统，其特征在于：还包括燃气锅炉，其进口与灰分燃烧室之间设置有气固分离器，其出口分别与气化反应器、热解反应器的加热夹套连通。

7.根据权利要求6所述的高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统，其特征在于：还包括烟气净化装置，净化装置的入口与燃气锅炉的出口连通。

8.根据权利要求7所述的高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统，其特征在于：烟气净化装置包括依次连接的除尘装置和脱硫装置，除尘装置与燃气锅炉的烟气出口连接。

9.根据权利要求8所述的高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统，其特征在于：还包括烟囱，烟囱与烟气净化装置的出口连通。

10.权利要求1-9任一所述高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统的热解气化燃烧方法，其特征在于：包括如下步骤：中药生产过程中产生的高粘稠有机废弃物在混合罐中加热、搅拌，降低其粘度，达到泵送及雾化要求；

将降低粘度后的物料泵送至喷头，在热解反应器内，物料在载气的作用下雾化，并单向移动、热解；

热解后的气固混合物进入到气化反应器内，在氧气作用下，炭颗粒进行气化反应；

气化反应残渣在气流的携带下进入灰分燃烧器进行充分燃烧。

11.根据权利要求10所述的热解气化燃烧方法，其特征在于：所述高粘稠有机废弃物为中药生产过程中的沉降渣与干馏液的混合物。

12.根据权利要求11所述的热解气化燃烧方法，其特征在于：沉降渣与干馏液的质量比为1:0.8-1.2。

13.根据权利要求12所述的热解气化燃烧方法，其特征在于：混合罐内的温度为70-80℃。

14.根据权利要求10所述的热解气化燃烧方法，其特征在于：热解反应器内的温度自进口至出口呈梯级分布。

15.根据权利要求14所述的热解气化燃烧方法，其特征在于：热解反应器内，进口端的温度为75-85℃，出口端的温度为290-320℃。

16.根据权利要求14所述的热解气化燃烧方法，其特征在于：热解反应器内的载气的氧气含量为5-8vol.％。

17.根据权利要求14所述的热解气化燃烧方法，其特征在于：雾状颗粒在热解反应器内的停留时间不少于1min。

18.根据权利要求14所述的热解气化燃烧方法，其特征在于：气化反应器内的气化温度为600-800℃。

19.根据权利要求10所述的热解气化燃烧方法，其特征在于：未燃烧充分的热解气和气化气进入燃气锅炉中燃烧，部分燃烧烟气分别通入热解反应器的加热夹套和气化反应器内。

说明书：一种高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统及工艺技术领域[0001] 本发明属于有机废弃物的清洁能源化处理技术领域，具体涉及一种高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统及工艺。背景技术[0002] 公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。[0003] 中药生产中，很多中药材需要蒸煮并从浆液中通过水提醇沉或醇提水沉工艺提取有效成分，会产生大量湿基的固体中药渣及半流体沉淀渣等废弃物；也有一些中药材需要干馏并从干馏液中提取有效成分，但提取后会残余高粘性液体废弃物。由于这些废弃物具有抗菌性、半流体以及高粘性等特点，难以采用填埋、发酵分解等常规方法进行无害化处理。[0004] 采用以循环流化床为主的热解气化工艺已实现了大宗湿基中药渣的即时规模化有效处置。现有的对于以上中药生产过程中产生的高粘性沉淀渣等废弃物的处理方法，是将半流体高粘性废弃物在混合罐中混合均匀、降低粘度，经过管道泵与气化剂混合，在喷嘴的雾化作用下呈颗粒状喷入燃烧炉与中药渣等固体废弃物进行协同热解气化燃烧处置。[0005] 然而，发明人发现，将沉淀渣等废弃物喷入循环流化床与中药渣等固体废弃物协同处置时，循环流化床底部风室上方的运行压力易出现快速升高的现象。此外，沉淀渣等废弃物中含有乙醇等易挥发成分，受热时沉淀渣颗粒表面迅速膨胀成膜，表面的水分、乙醇等成分迅速析出，残余糖分等大分子不易快速分解，且具有更高粘度的组分形成新的颗粒基体，有的颗粒继续热解，粒径逐渐变小而随气流带出，还有的颗粒在流化风作用下发生碰撞粘结形成更大粒径的颗粒，于流化床底部风室上方逐渐沉积，造成系统运行压力的升高，影响系统安全稳定运行。因此，虽然沉淀渣、干馏液等废弃物的灰分含量低、热值高，但仍难以实现直燃或混燃的低成本有效处置。发明内容[0006] 为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统及工艺，以实现中药生产过程中产生的高粘度沉淀渣废弃物的低成本清洁转化处置与能源化利用。[0007] 为解决以上技术问题，本发明的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：[0008] 第一方面，本发明提供一种高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统，包括：[0009] 混合罐，其中设置有加热装置；[0010] 热解反应器，其进口设置有喷头，喷头与混合罐之间通过管道连接；其为筒状结构，筒壁上设置有加热结构，喷头设置有载气进口，用于与载气源连接；[0011] 气化反应器，其进口与热解反应器的出口连通，其顶部设置出口，底部设置有床料层和气化剂进口；[0012] 灰分燃烧室，其进口与气化反应器的出口连通。[0013] 第二方面，本发明提供一种高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧方法，包括如下步骤：[0014] 中药生产过程中产生的高粘稠有机废弃物在混合罐中加热、搅拌，降低其粘度，达到泵送及雾化要求；[0015] 将降低粘度后的物料泵送至喷头，在热解反应器内，物料在载气的作用下雾化，并单向移动、热解；[0016] 热解后的气固混合物进入到气化反应器内，在氧气作用下，炭颗粒进行气化反应；[0017] 气化反应残渣在气流的携带下进入灰分燃烧器进行充分燃烧。[0018] 与现有技术相比，本发明的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：[0019] 1)通过将高粘稠有机废弃物的热解、气化、燃烧进行分步操作，可以有效防止其受热而急剧膨胀粘结，有效防止了大粒径颗粒在流化床底部的沉积，进而有效控制了系统运行压力的升高，保证系统的安全稳定运行。[0020] 2)通过将高粘稠有机废弃物的热解、气化、燃烧，实现了该部分有机废弃物的减量化处理，生成的灰渣可以直接外送填埋或用作建筑材料，简化了处理步骤。[0021] 3)热解反应器内物料整体单向移动，没有局部的干扰气流，可以有效防止物料在热解过程中发生粘结，进而提高物料的热解效果。[0022] 4)该操作方法简单，与将沉淀泥、干馏液作为危险废弃物运出厂区集中处理相比，其处置成本费用低，具有普适性，易于推广应用。附图说明[0023] 构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。[0024] 图1是本发明的高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统的整体结构示意图。[0025] 其中，1-混合罐；2-热解反应器；3-气化反应器；4-灰分燃烧器；5-高温旋风除尘器；6-燃气锅炉；7-烟气净化装置；8-烟囱。具体实施方式[0026] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。[0027] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。[0028] 第一方面，本发明提供一种高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统，包括：[0029] 混合罐，其中设置有加热装置；[0030] 热解反应器，其进口设置有喷头，喷头与混合罐之间通过管道连接；其为筒状结构，筒壁上设置有加热结构，喷头设置有载气进口，用于与载气源连接；[0031] 气化反应器，其进口与热解反应器的出口连通，其顶部设置出口，底部设置有床料层和气化剂进口；[0032] 灰分燃烧室，其进口与气化反应器的出口连通。[0033] 在一些实施例中，混合罐顶部设有与防爆风机连接的管道，用于抽取混合罐内物料挥发的气体并引流至燃气锅炉燃烧，保障混合罐内处于负压运行状态。[0034] 进一步的，防爆风机与燃气锅炉之间的管道上设置阻火阀和截止阀，保障系统运行安全。[0035] 在一些实施例中，所述热解反应器为自进口至出口的扩径结构。[0036] 由于物料在雾化时呈锥状喷射出来，所以有部分气固混合物会朝向热解反应器的内壁运动，将热解反应器设置为扩径结构，可以有效减少物料与热解反应器的内壁的碰撞，进一步降低固体颗粒之间的粘结。[0037] 进一步的，所述热解反应器的侧壁外侧设置有加热夹套，加热夹套内设置有折流板，加热夹套的靠近气化反应器的一端与加热气体源连接，靠近混合罐的一端与所述喷头连通。[0038] 加热气体与热解混合物逆向流动，有利于控制物料逐渐升温，抑制物料的热解反应速率。对物料加热后降温后的气体进入喷头中，对物料进行雾化，同时作为载气携带固体颗粒。由于该部分气体仍有较高的温度，对物料的雾化有利，且对物料起到较好的预热效果，有利于雾化后的热解。[0039] 在一些实施例中，气化反应器的床料层为石英砂床料层。[0040] 在一些实施例中，灰分燃烧室中设置有折流板，折流板竖向设置，其顶部与灰分燃烧室的顶部固定连接，灰分燃烧室的进口和出口分别位于折流板的两侧。[0041] 未充分气化的炭颗粒在灰分燃烧室的进口侧，高温条件下，在气化气和热解气的燃烧作用下充分灼烧，实现中药生产过程中高粘稠有机废弃物的彻底处理。[0042] 在一些实施例中，还包括燃气锅炉，其进口与灰分燃烧室之间设置有气固分离器，其出口分别与气化反应器、热解反应器的加热夹套连通。[0043] 燃气锅炉产生的高温烟气通入气化反应器内，并向气化反应器内补充部分新鲜空气，有利于炭颗粒的气化。将高温烟气通入热解反应器的加热夹套内，可以实现热量的利用，同时将降温后的烟气作为载气将物料雾化，由于烟气中氧气含量很低，所以有利于物料在低氧环境中的热解，并控制反应速率，避免物料受热在短时间内的剧烈膨胀。[0044] 进一步的，还包括烟气净化装置，净化装置的入口与燃气锅炉的出口连通。[0045] 进一步的，所述烟气净化装置包括依次连接的除尘装置和脱硫装置，如袋式除尘器、脱硫塔等，除尘装置与燃气锅炉的烟气出口连接。[0046] 进一步的，还包括烟囱，烟囱与烟气净化装置的出口连通。[0047] 第二方面，本发明提供一种高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧方法，包括如下步骤：[0048] 中药生产过程中产生的高粘稠有机废弃物在混合罐中加热、搅拌，降低其粘度，达到泵送及雾化要求；[0049] 将降低粘度后的物料泵送至喷头，在热解反应器内，物料在载气的作用下雾化，并单向移动、热解；[0050] 热解后的气固混合物进入到气化反应器内，在氧气作用下，炭颗粒进行气化反应；[0051] 气化反应残渣在气流的携带下进入灰分燃烧器进行充分燃烧。[0052] 在一些实施例中，所述高粘稠有机废弃物为中药生产过程中的沉降渣与干馏液的混合物。[0053] 进一步的，沉降渣与干馏液的质量比为1:0.8-1.2。[0054] 进一步的，混合罐内的温度为70-80℃。在该温度下加热，可以使混合物的粘度降至3000mPa·s以下，使其具有流动性。[0055] 在一些实施例中，热解反应器内的温度自进口至出口呈梯级分布。[0056] 进一步的，热解反应器内，进口端的温度为75-85℃，出口端的温度为290-320℃。[0057] 进一步的，热解反应器内的载气的氧气含量为5-8vol.％。[0058] 进一步的，雾状颗粒在热解反应器内的停留时间不少于1min。[0059] 实现雾状颗粒的缓慢升温与低氧热解，抑制颗粒物料表面急剧受热出现的剧烈膨胀与快速炭化，保证颗粒内部物质先挥发析出后再炭化。[0060] 在一些实施例中，气化反应器内的气化温度为600-800℃。[0061] 在一些实施例中，未燃烧充分的热解气和气化气进入燃气锅炉中燃烧，部分燃烧烟气分别通入热解反应器的加热夹套和气化反应器内。[0062] 实施例[0063] 如图1所示，一种高粘稠有机废弃物的热解气化燃烧系统，包括依次连接的混合罐1、热解反应器2、气化反应器3、灰分燃烧室4、高温旋风除尘器5、燃气锅炉6、烟气净化装置

7、烟囱8及相关联的管道、泵、风机。

[0064] 沉淀渣、干馏液等中药生产过程中产生的高粘稠有机废弃物在混合罐1中搅拌混合均匀，混合罐1设加热装置降低物料粘度，达到泵送及雾化的条件要求；混合罐1采用负压，收集物料混合搅拌及受热挥发的乙醇等有机废气，通入燃气锅炉6燃烧。[0065] 沉降渣与干馏液按质量比1:1加入混合罐1搅拌混合，混合罐1温度保持在70～80℃，使混合液粘度降至3000mPa·s以下，保持流动性。降粘后的物料经泵送至热解反应器2入口处设置的喷枪，在载气作用下形成锥面雾化状，喷入热解反应器2进行热解反应。热解反应器2由热解反应室与外层热夹套组成，外夹套热源为回用的燃气锅炉6出口的高温低氧烟气，夹套内设置螺旋式导流板引导烟气流动，烟气由热解反应器2出料口端进气口进入夹套、经热解反应器2入料口端出气口流出夹套，保证热解反应器2内部物料从入口到出口的受热温度呈由低到高的梯度分布，使物料颗粒由表及里受热尽量均匀，促使物料中易挥发物质的充分析出，避免颗粒物料表面的快速剧烈膨胀与炭化阻碍颗粒内部物质的挥发析出与热解反应。流出夹套的低氧烟气作为物料雾化的载气一同进入热解气化室。此外，热解气化室内不供给其他气源，减轻或避免其他气流对雾化物料颗粒扰动导致的碰撞粘结而形成大颗粒。[0066] 回用的燃气锅炉出口烟气的温度(即烟气进入热解反应器夹套时的温度)为300℃、氧气含量5-8vol.％，流出夹套烟气的温度(即烟气作为载气进入喷枪时的温度)为100℃，热解反应器2内部温度自进口端到出口端呈80-300℃逐渐升高的梯级分布，雾状颗粒物料在热解反应器内经历热解反应的时间为1min。实现雾状颗粒的缓缓升温与低氧热解，抑制颗粒物料表面急剧受热出现的剧烈膨胀与快速炭化，保证颗粒内部物质先挥发析出后再炭化。[0067] 热解产生的炭颗粒及热解气体均进入气化反应器3。气化反应器3为流化床形式，内部装有石英砂床料，采用空气并回用燃气锅炉6出口的部分高温低氧烟气作为气化剂，在氧气与炭颗粒气化反应放热维持反应所需的600-700℃温度条件下，控制炭颗粒的气化反应速率，避免颗粒表面发生剧烈反应而烧结沉积在反应器底部。[0068] 气化反应器3、灰分燃烧器4、燃气锅炉6新空气配风量之比为0.3:0.1:0.6，气化反应器3气化剂中新空气与回用的燃气锅炉出口烟气的体积比为2:1，气化剂中的氧气含量达到约16vol.％，且保证气化反应器3气化空气当量比达到0.3以上，并且与热解反应器2相比提高了配风中的氧气含量，既能满足炭颗粒在气化反应器3内进行气化反应放热维持600-700℃的反应温度，又可控制炭颗粒的反应速率，避免颗粒表面发生剧烈反应而烧结沉积在反应器底部。

[0069] 炭颗粒因发生气化反应而粒径逐渐变小形成炭粒子，在热解气与气化气的携带作用下，进入灰分燃烧器4进行燃烧。灰分燃烧器4为鼓泡床形式，一部分热解与气化燃气在灰分燃烧器4内燃烧，并采用空气助燃促使炭粒子燃烧完全。未燃烧的热解与气化燃气及炭粒子燃烧产物经高温旋风除尘，进入燃气锅炉6燃烧制取蒸汽，烟气一部分回用于热解反应器2与气化反应器3，其余烟气经净化后排放。

[0070] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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。