[发明专利]一种煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢系统及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于固废处置领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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。