[发明专利]可燃物料等离子体高温气化工艺及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及对可燃物料进行高温气化处理的技术，具体地指一 种可燃物料等离子体高温气化工艺及其设备。

技术背景

随着人口的自然增长和经济的持续发展，作为主要能源来源的 常规优质化石燃料却在迅速地减少，导致我国乃至世界都存在长期 而巨大的能源需求和供应压力。面对全球一体化的大趋势，我国高 耗能、低能效的经济将面临如何在国际竞争中求得生存和发展的严 峻考验。在燃煤、生物质、城市固体废物(MSW)等可燃原料的利 用问题上，节能降耗已成为促进国家经济、社会可持续发展的最重 要和最有效的手段之一。

与可燃物料燃烧获取能源这种相对落后的低级利用形态相比， 可燃物料气化所获得的合成气具有更高的价值，其用途也更为广泛。 在可燃物料气化技术中，高热值的燃煤气化技术早在二十世纪五十 年代就在国外实现了工业化生产，至今已成功开发出了对煤种适用 性广、气化压力高、气化效率高、污染少的各种煤气化工艺，其中 具有代表性的有固定床气化工艺、流化床气化工艺和气流床气化工 艺等。固定床气化工艺采用气-固逆流接触方式，燃料从气化炉顶 部加入，气化剂从气化炉底部进入，产生的煤气从炉顶引出，固态 或液态灰渣则从炉底排出。流化床气化工艺采用气-固混流接触方 式，燃料从气化炉下部给入，气化剂从气化炉底部和下部加入，产 生的初煤气由气化炉上部引入气-固分离器分离，产生的灰渣则由 炉底排渣管排出。气流床气化工艺采用气-固顺流接触方式，气化 剂和燃料同时送入气化炉进行反应，产生的初合成气与灰渣同时排 出气化炉。多年的实践证实这些气化工艺对燃煤的气化具有良好的 效果，但由于其对燃料的水份、灰份、挥发份以及灰熔点等特性很 敏感，同一种气化工艺大都只能适应一种燃料或物理化学性质很相 近的燃料，故其应用受到了很大的限制。

生物质和城市固体废物(MSW)等低热值燃料的气化技术则是 本世纪出现的一种新能源技术，至今也有了较快的发展，尤其是欧 洲和美洲对生物质气化发电技术进行了大量的研究，并取得了相当 的成果。近年来，国内很多高等院校和科研院对此也投入了大量的 精力，并采用固定床或流化床气化工艺对生物质等低热值燃料进行 了大量的气化试验。然而试验结果并不理想，其碳转化率低、气化 效率低、合成气有效成份(CO+H₂)的比例低、合成气热值低且不 稳定、焦油含量高等的缺陷十分突出。

究其缘由，一方面是因为如前所述的现有固定床或流化床气化 炉对燃料的适应性较差、一种气化炉只能适应一种燃料，导致其运 行的稳定性较差，碳转化率较低。另一方面是因为生物质和城市固 体废物(MSW)等的成份和热值随着收集渠道、季节、气候等自然 因素的变化极不稳定，对气化工艺中各项参数的控制要求也很高， 而现有固定床或流化床气化炉的气化温度一般在800～1200℃之间， 合成气的出口温度一般在500～800℃之间，最高的出口温度也不会超 过1000℃，而在该温度区间内的低热值燃料将大量产生焦油，这是 气化工艺最难净化的产物之一，焦油过多可造成管道堵塞和设备污 染，导致设备难以连续稳定运行，给合成气的后续工业利用带来极 大的困难。同时，由于排渣温度低，只能采用固态排渣，气化炉的 碳转化率也较低。故对于生物质和城市固体废物(MSW)、市政污泥、 劣质煤等的气化，目前国内外尚没有成功商业利用的业绩，特别是 生物质燃料的气化利用尚处于研究试验阶段。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种燃料适应性好、气化效率高、合 成气中焦油成份少、有效成份高的可燃物料等离子体高温气化工艺 及其设备。

为实现上述目的，本发明的指导思想将多个工艺步骤有机结合 为一体，各工艺步骤相互协作，分层次实现燃料的气化，并促使合 成气中的焦油类杂质转化为可利用的能源。本发明所设计的可燃物 料等离子体高温气化工艺，是在气化炉中利用等离子炬对各种燃煤、 生物质、城市固体废物、市政污泥或其他可燃物料进行高温加热处 理、将其中的有机物气化转变为合成气、将所产生的灰份熔化排出 的过程，其具体工艺过程包括如下步骤：

1)将具有耐高温特性和多孔隙特性的焦炭颗粒铺设到气化炉的 底部，形成焦炭床层；

2)将可燃物料、助熔剂和补充焦炭的混合物连续投入到焦炭床 层上，形成燃料床层；