一种煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢系统及方法，用于将垃圾焦炭与煤粉掺烧，产生热沙与热烟气，以及生产蒸汽用于供热或发电的循环流化床燃煤系统；用于将生活垃圾转化为焦炭及富氢合成气的固定床垃圾气化系统；用于将合成气冷却净化，分离出焦油杂质并得到高品质富氢合成气的合成气处理系统。本发明专利技术将垃圾在还原性条件下进行气化，并通过水蒸气与焦油、焦炭发生的蒸汽重整反应，同时提升产气率和产气品质，得到富氢合成气实现垃圾制氢功能。

A Hydrogen Production System and Method of Coal Combustion Coupled with Waste Steam Gasification

The invention discloses a hydrogen production system and method for coal combustion coupled with waste steam gasification, which is used for mixing waste coke and pulverized coal to produce hot sand and hot flue gas, and a circulating fluidized bed coal combustion system for producing steam for heating or power generation; a fixed bed refuse gasification system for converting domestic refuse into coke and hydrogen-rich syngas; and a cooling and purification system for syngas, and a separation system for syngas. Tar impurities were separated and a high-quality synthetic gas treatment system with hydrogen-rich syngas was obtained. The invention gasifies waste under reductive conditions, and realizes the hydrogen production function of waste by steam reforming reaction of water vapor with tar and coke, at the same time improving the gas production rate and gas production quality to obtain hydrogen-rich syngas.

【技术实现步骤摘要】
一种煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢系统及方法
本专利技术属于固废处置领域，特别涉及一种煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢系统及方法。
技术介绍
为减少在能源使用过程中所产生的污染物对人类环境造成的破坏，人们越来越重视氢能的开发和利用。氢能作为一种较为理想的二次能源，清洁无污染，同时燃烧热值高，储存运输方便，被视为是未来最具发展潜力的能源。而随着城市化进程的加快，“垃圾围城”的问题日趋突出，如何实现垃圾的资源化无害化处置成为亟待解决的问题。城市生活垃圾有机组分含有大量的碳氧化合物，因而可以看作是一种可再生资源，利用水蒸气气化技术处理城市生活垃圾不仅能对垃圾进行减量化，而且还能生产富氢合成气，回收氢能源。然而水蒸气气化过程需要吸收大量的热量，实现稳定可持续的运作需要与燃烧供热系统进行充分耦合。另一方面，在煤电去产能的大背景下，电厂设备利用率低，超过20GW的过时火力发电厂将被淘汰，现有的燃煤电厂汽轮机大多无法满负荷运行。利用现役煤电厂的燃煤系统提供垃圾水蒸气气化所需的热量，可以实现生活垃圾水蒸气气化的稳定运行，同时垃圾经气化过程的产物焦炭机械强度较小，经过破碎其物性参数与煤接近，可以与煤混烧替代部分原煤。因此，有必要设计一种燃煤耦合垃圾水蒸气气化的系统及方法，将煤燃烧产生的热量供给于垃圾气化系统，实现持续稳定的水蒸气气化制氢过程。
技术实现思路
本专利技术的目的是实现生活垃圾持续稳定的水蒸气气化，同时将气化后的垃圾焦炭送入燃煤锅炉与煤掺烧，替代一部分燃煤负荷，实现将热电产品间接转化成富氢合成气的功能。为了解决上述技术问题，本专利技术的第一个技术方案是：一种煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢系统，其特征在于：包括用于将垃圾焦炭与煤粉掺烧，产生热沙与热烟气，以及生产蒸汽用于供热或发电的循环流化床燃煤系统；用于将生活垃圾转化为焦炭及富氢合成气的固定床垃圾气化系统；用于将合成气冷却净化，分离出焦油杂质并得到高品质富氢合成气的合成气处理系统。优选地，所述的循环流化床燃煤系统包括：流化床燃烧炉、燃烧炉出口旋风分离器、回料腿、燃烧炉螺旋给料机及余热锅炉；在流化床燃烧炉的炉膛左壁面下部设有煤粉给料口，与燃烧炉螺旋给料机连接，炉膛右壁面下部与回料腿连接；流化床燃烧炉底部设有下渣口，流化气通过下渣口正上方的布风板从底部通入炉膛；流化床燃烧炉顶部与燃烧炉出口旋风分离器连接相通，燃烧炉出口旋风分离器与余热锅炉连接。优选地，所述的固定床垃圾气化系统包括：固定床气化炉、气化炉出口旋风分离器、焦炭破碎机及气化炉螺旋给料机；在固定床气化炉的炉膛右壁面上部设有垃圾给料口，与气化炉螺旋给料机连接；左壁面上部与燃烧炉出口旋风分离器连接，左壁面下部的焦炭出料口与焦炭破碎机连接；气化炉底部设有气化剂入口，炉膛顶部与气化炉出口旋风分离器连接相通。优选地，所述的合成气处理系统包括：电子除油器、CO2吸附塔、脱水塔及换热器；气化炉内的合成气经气化炉出口旋风分离器气固分离后，依次通过电子除油器，换热器、CO2吸附塔及脱水塔，得到富氢合成气。优选地，所述的循环流化床燃煤系统，煤粉从燃烧炉螺旋给料机给料进入流化床燃烧炉。优选地，所述的循环流化床燃煤系统，采用双压级余热锅炉，部分热量用于生产低压饱和蒸汽，作为水蒸气气化剂通入气化炉，其余热量用于生产过热蒸汽通入汽轮机做功发电。优选地，所述的固定床垃圾气化系统，干燥后的垃圾从气化炉螺旋给料机给料进入固定床气化炉。优选地，所述的固定床垃圾气化系统，从气化炉出料的垃圾焦炭经过焦炭破碎机后，粒径变小，机械强度降低，易于与煤粉掺烧；经破碎后送入流化床燃烧炉的垃圾焦炭粒径小于30mm。优选地，所述的合成气处理系统，空气从风机获得动力，并在换热器处，与从电子除油器排出的合成气进行热交换，升温后作为流化气及气化剂分别通入通入流化床燃烧炉和固定床气化炉，同时通过流量控制阀门控制其流量。本专利技术的第二个技术方案是：一种煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：煤粉通过燃烧炉螺旋给料机从流化床燃烧炉左壁面上部的煤粉给料口给入，在流化气的氧化作用下发生燃烧反应，燃烧产生的烟气夹带着携热床料进入燃烧炉出口旋风分离器，在离心力的作用下气固分离，携热床料颗粒经过返料器落入固定床气化炉，烟气则进入双压级余热锅炉；流化床燃烧炉出口烟气温度达到890℃；步骤2)：预处理后的生活垃圾通过气化炉螺旋给料机从固定床气化炉右壁面上方进料后，与携热床料在固定床气化炉底部混合传热，发生脱挥发分反应及气化还原反应，并在水蒸汽的氛围下发生水蒸气重整反应；气化产生的垃圾焦炭排入焦炭破碎机，破碎后经过回料腿进入流化床燃烧炉与煤粉掺烧；气化产生的以H2、CO2、CO、H2O及CH4为主的粗合成气则进入气化炉出口旋风分离器，分离出灰渣后进入合成气处理系统，固定床气化炉出口的粗合成气温度约在600℃～800℃；步骤3)：从回料腿进入流化床燃烧炉的垃圾焦炭与煤粉充分混合燃烧，固定碳被转化，焦炭与煤产生的炉渣从流化床燃烧炉的下渣口排出；燃烧产生的热量用来生产蒸汽用以供热或发电；步骤4)：从气化炉出口旋风分离器出来的粗合成气先经过电子除油器去除焦油，再经过换热器，与从风机鼓出的空气进行换热；其次经过CO2吸附塔，合成气所含的大部分CO2被吸附；最后在脱水塔去除水分得到品质较高的富氢合成气。优选地，所述步骤1)中落入固定床气化炉的携热床料温度达到850℃。优选地，所述步骤2)中的生活垃圾经过破碎干燥等预处理后，送入固定床气化炉的垃圾含水率小于20％。优选地，所述步骤4)中从电子除油器获得的焦油，输送至固定床气化炉进料口，进入固定床气化炉进行二次裂解气化。相比现有的垃圾处置技术，本专利技术具有以下优势：(1)本专利技术将垃圾在还原性条件下进行气化，并通过水蒸气与焦油、焦炭发生的蒸汽重整反应，同时提升产气率和产气品质，得到富氢合成气实现垃圾制氢功能。(2)本专利技术在原有燃煤电厂的基础上展开新的发电技改试点，充分利用现役煤电机组设备及烟气处理系统，以此为基础只需耦合普通的固定床气化炉，减少了大量的资金投入。(3)本专利技术采用流化床燃烧和固定床气化过程的双床设计，以床料为热载体,在两炉膛之间循环，解决了固定床垃圾水蒸气气化吸热反应的热源输入问题以及单床气化焦炭的再利用问题，同时通过控制床料循环量,达到了准确控制气化炉内温度的目的，保证了系统的持续稳定运行。(4)本专利技术将环境治理与能源革命相结合，规模化处置生活垃圾，实现了垃圾的稳定高效气化，大幅减少了垃圾直接焚烧带来的二次环境污染；将煤粉掺烧垃圾焦炭使设备满负荷运载，降低煤电耗煤量、提升可再生能，并且通过耦合燃烧和气化两过程实现了热电气的多联产。附图说明以下结合附图和本专利技术的实施方式来作进一步详细说明图1为本专利技术的系统结构示意图。附图标记说明：1.流化床燃烧炉、2.固定床气化炉、3.燃烧炉出口旋风分离器、4.回料腿、5.焦炭破碎机、6.气化炉出口旋风分离器、7.电子除油器、8.CO2吸附塔、9.脱水塔、10.换热器、11.流量控制阀门、12.送风机、13.返料器、14.燃烧炉螺旋给料机、15.气化炉螺旋给料机、16.余热锅炉a.垃圾、b.煤粉、c.焦炭、d.富氢合成气、e.焦油、f.蒸汽、g.烟气、h.气化剂、i.流化床炉渣、j.灰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢系统，其特征在于：包括用于将垃圾焦炭与煤粉掺烧，产生热沙与热烟气，以及蒸汽用于供热或发电的循环流化床燃煤系统；用于将生活垃圾转化为焦炭及粗合成气的固定床垃圾气化系统；用于将合成气冷却净化，分离出焦油杂质并得到高品质富氢合成气的合成气处理系统。

【技术特征摘要】
1.一种煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢系统，其特征在于：包括用于将垃圾焦炭与煤粉掺烧，产生热沙与热烟气，以及蒸汽用于供热或发电的循环流化床燃煤系统；用于将生活垃圾转化为焦炭及粗合成气的固定床垃圾气化系统；用于将合成气冷却净化，分离出焦油杂质并得到高品质富氢合成气的合成气处理系统。2.如权利要求1所述的煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢系统，其特征在于：所述的循环流化床燃煤系统包括：流化床燃烧炉、燃烧炉出口旋风分离器、回料腿、燃烧炉螺旋给料机及余热锅炉；在流化床燃烧炉的炉膛左壁面下部设有煤粉给料口，与燃烧炉螺旋给料机连接，炉膛右壁面下部与回料腿连接；流化床燃烧炉底部设有下渣口，流化气通过下渣口正上方的布风板从底部通入炉膛；流化床燃烧炉顶部与燃烧炉出口旋风分离器连接相通，燃烧炉出口旋风分离器与余热锅炉连接。3.如权利要求1所述的煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢系统，其特征在于：所述的固定床垃圾气化系统包括：固定床气化炉、气化炉出口旋风分离器、焦炭破碎机及气化炉螺旋给料机；在固定床气化炉的炉膛右壁面上部设有垃圾给料口，与气化炉螺旋给料机连接；左壁面上部与燃烧炉出口旋风分离器连接，左壁面下部的焦炭出料口与焦炭破碎机连接；气化炉底部设有气化剂入口，炉膛顶部与气化炉出口旋风分离器连接相通。4.如权利要求1所述的煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢系统，其特征在于：所述的合成气处理系统包括：电子除油器、CO2吸附塔、脱水塔及换热器；气化炉内的合成气经气化炉出口旋风分离器气固分离后，依次通过电子除油器，换热器、CO2吸附塔及脱水塔，得到富氢合成气。5.如权利要求2所述的煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢系统，其特征在于：煤粉从燃烧炉螺旋给料机给料进入流化床燃烧炉；采用双压级余热锅炉，部分热量用于生产低压饱和蒸汽，作为水蒸气气化剂通入固定床气化炉，其余热量用于生产过热蒸汽通入汽轮机做功发电。6.如权利要求3所述的煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢系统，其特征在于：垃圾从气化炉螺旋给料机给料进入固定床气化炉；从固定床气化炉出料的垃圾焦炭经过焦炭破碎机破碎后送入...

【专利技术属性】
技术研发人员：严密，张思成，刘建雍，周宣佑，王国斌，苏红才，翁周超，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33