[发明专利]一种清洁高效垃圾气化与能源利用系统及垃圾气化与能源利用方法

说明书

本发明涉及城市垃圾气化与能源利用系统及垃圾气化与能源利用方法，具体说是一种由垃圾气化反应装置、气化剂发生装置、燃气净化处理装置、垃圾破碎干燥与密闭加料装置、密闭排渣装置、氧化剂输入装置等构成的垃圾材料气化与能源利用系统及方法。其独特性包括，气化剂发生装置产生垃圾气化所需和温度可根据垃圾材料和工艺要求有效控制的乏氧高温气化剂；垃圾气化反应装置为垃圾材料直接与乏氧高温气化剂进行接触和作用而发生气化反应，提供气化反应的空间结构和反应条件。根据气化和能源利用需要，在维持气化反应和产生并输出燃气同时，乏氧高温气化剂可作为高温热能输出，实现洁净高效气化和能源利用；具有气化与能源效率高、不产生二噁暎、适用于含碳氢成分的城市垃圾等特点。

技术领域

本发明涉及清洁高效垃圾气化系统和方法，以及垃圾能源清洁利用系统和方法，具体说是一种垃圾气化系统、一种能源利用系统，以及垃圾气化方法与能源利用方法。

背景技术

各种规模城市每年产生的大量垃圾导致日益严重的环境问题，而现有的垃圾处理方法和过程中存在严重的污染排放问题。由于各类城市垃圾的来源和成分复杂、数量巨大，对各种规模的城镇造成日益严重的“垃圾围城”现象和环保问题。长期以来城市垃圾的最终处理方法是垃圾填埋和垃圾焚烧：前者需占用大量土地，同时对大气、土壤、地下水造成严重甚至永久性的污染和破坏，受到土地和自然环境以及环境修复能力的限制，而难以持续；而后者则在垃圾焚烧过程中产生飞灰、剧毒物质二噁暎和其他污染物的排放，受到民众越来越强烈的反对和抵制，而难以推广。这两种垃圾处理方法都不仅不能实现有效清洁处理和消除与日俱增的城市垃圾，还导致严重的大气污染和环境破坏，及能源和资源的浪费。

由于城市生活垃圾包括塑料等多种材料，成分复杂，垃圾物态和所含热值不同，需要采用不同的处理方法和相应的能源回收利用方法。由于垃圾掩埋处理存在的问题和限制，对于难以通过垃圾分类和回收利用的垃圾材料，只能通过垃圾焚烧的方法进行减量处理来解决“垃圾围城”问题和实现能源利用。但由于垃圾中普遍存在塑料等复杂成分，且热值较低，垃圾通过现有垃圾焚烧处理的“强氧化”过程，虽然可以达到垃圾减量和产热的目的，但其直接焚烧处理会产生二噁暎这样的剧毒物质，以及氮氧化物(NOx)等其他二次污染物，造成严重的二次污染问题并因此在大众中引发“邻避效应”，严重影响城市垃圾问题的解决。

目前，垃圾气化也是一种垃圾减量化处理和能源利用的常见方法。然而，由于现有的垃圾气化技术采用传统的燃烧-半燃烧方法，在气化过程依然存在垃圾燃烧的“强氧化”过程，虽然可以达到垃圾减量和气化的目的，但同时依然产生剧毒物质二噁暎和其他气体污染物，不能完全解决垃圾污染治理问题。

现有垃圾气化技术及特点

除垃圾填埋以外，直接焚烧是垃圾处理和利用的最简单和最基本方式，也是当前普遍采用的一种方式。然而，由于垃圾的材质和物料特性具有变化范围广和热值低等特点，现有垃圾焚烧系统存在设备简单、能源效率低、大气污染排放显著、产生剧毒物质二噁暎和其他气体污染物等问题，属于应该被淘汰的垃圾处理方法和技术。垃圾清洁高效气化是实现垃圾减量处理、能源高效利用和解决环境问题的有效方法和发展方向。现有垃圾气化及其装置和技术是在煤气化技术的基础上，从最初的鲁奇炉技术原理和基本装置结构发展出气化技术和装置，但尚未在现实中得到普及。一般以气化装置压力可分类为，常用气化和加压气化(中压气化、高压气化)；以气化温度可分类为，低温气化、中温气化、高温气化；以加热方式可分类为，内热式气化和外热式气化；以垃圾材料在气化炉内的移动状态可分类为，固定床、流化床、气流床；以垃圾气化采用的氧化剂可分类为，空气、富氧、纯氧；以气化装置燃气产出位置可分类为，一段式、二段式等。

现有垃圾气化技术和装置可以是以上多种分类特点的组合，比如常压固定层间歇式垃圾气化技术、常压固定层垃圾富氧连续气化技术、鲁奇固定床垃圾加压气化技术、流化床垃圾气化技术、两段式垃圾加压气化技术等。这些垃圾气化工艺技术和系统各有其特点和优缺点，及适用范围。而且，现有各种垃圾气化工艺技术和系统都只完成垃圾气化生产，而不能直接利用所产出燃气产生可供不同应用的热能或二次能源，实现燃气的清洁高效利用。