一种生物质活性炭生产耦合垃圾焚烧发电的方法与流程

本发明涉及一种生物质活性炭生产耦合垃圾焚烧发电的方法，属于垃圾发电。

背景技术：

1、根据《生活垃圾焚烧处理工程技术规范(cjj90-2009)》（以下简称“规范”）垃圾焚烧厂应包括: 接收、储存与进料系统、焚烧系统、燃烧辅助系统、烟气净化系统、灰渣处理系统以及其他辅助系统。在焚烧系统中，规范要求焚烧炉温度应在850℃以上，烟气停留2s，其目的是分解垃圾焚烧时产生的二噁英；当垃圾低位热值为 4200～5000kj/kg，要达到此要求，必须添加辅助燃料。规范允许添加的辅助燃料为油燃料或气体燃料，在垃圾热值不高的情况下，如果增加辅助燃料，会明显增加垃圾焚烧发电厂的运营成本。燃烧辅助系统的另一个作用是在垃圾焚烧炉启停过程中保证在没有任何垃圾投入的情况保持炉温在850℃以上15分钟。烟气净化系统利用中和剂、吸收剂和吸附剂捕获烟气中氯化氢、二氧化硫、氮化氧物以及重金属氧化物使烟气达到排放标准。目前，喷射活性炭是普遍采用的吸附重金属和二噁英的吸附剂。

2、垃圾发电系统一般包括：余热锅炉、蒸气轮机和发电机。余热锅炉是利用垃圾燃烧释放的热能, 将水加热到一定温度和压力的换热设备。余热锅炉蒸汽参数不宜低于450℃、4mpa。高温高压的蒸气也是生产活性炭的一种原料。

3、生物质活性炭生产一般包括：生物质的成型、烘干、干馏、活化、以及对干馏、活化时产生的木煤气的净化和可凝物质的提纯。如果是自供热干馏炉和活化炉，由于燃烧自身产生的木煤气，还需要烟气的达标排放系统和灰渣的处理系统。由于环保要求的不断提高，致使活性炭的生产成本不断上升。

4、生物质的烘干可以用电、蒸气、热风等为热源，将生物质原料的含水率降低到一定程度。生物质的干馏是在有限供氧或完全缺氧的条件下，生物质受热分解脱除挥发分产生固体生物炭、生物焦油和可燃气体的过程。生物质的干馏温度在550℃左右，同样需要用外部热源。生物质炭活化有物理活化、化学活化等多种方法，比较简单的活化方法是蒸汽活化，水蒸气能充分地扩散到炭的微孔内，使活化反应能在整个炭颗粒内均匀进行，得到比表面积大、吸附能力强的活性炭。其反应方程式为：

5、c+h2o=h2+co-129.7kj     ①

6、可见，生物质炭蒸气活化过程中产生可燃气体h2和co，是吸热反应，需要外部热源。

7、综上所述，将生物质活性炭生产与垃圾焚烧发电两种生产过程耦合到一起，彼此取长补短、互通有无、变废为宝将取得可观的经济效果。已有技术进行了一系列探索，例如：

8、中国专利cn214880240u提供了一种生物质制备活性炭耦合垃圾焚烧发电的系统，技术方案是：生物质制备活性炭系统产生的尾气与垃圾焚烧发电系统产生的尾气共同利用垃圾焚烧发电系统中的烟气净化设备进行净化处理，有效地避免了二次投资；通过生物质输入端向碳化炉中输入生物质，同时开启空气源向碳化炉中输入空气，确保碳化炉内的温度达到400℃-500℃，对生物质进行碳化及部分燃烧，碳化后的生物质焦炭转入活化炉中，可燃性气体输入二燃室中。由于该方法需要燃烧部分生物质产生生物质炭和可燃气体，这个过程实质就是土法制炭的闷烧过程，炭化温度的高低完全取决于燃烧生物质的多少，产生的可燃气体中含有更多的co2、产生的生物质炭中含有更多燃尽的灰分、炭化程度不均匀。

9、中国专利cn1377826a提供了一种垃圾焚烧炉耦合活化炉制备活性炭的方法，技术方案的核心是利用垃圾焚烧炉产生的高温，达到活化所需温度，利用焚烧炉尾气作为活化所需的氧化剂，活化炉尾气返回垃圾焚烧炉再次燃烧。虽然该专利申请没有记载发电过程，但是，已有技术处中垃圾焚烧项目基本都是热电联产。利用焚烧炉尾气生产活性炭实质是利用尾气中的co2作为活化剂，理论上纯净的co2是可以作为活化剂的，其反应方程式为

10、c+co2=2co-173.2kj    ②

11、其需要的能量大于化学反应方程式①，反应速度是反应方程式①的三分之一。但是，垃圾焚烧的尾气不行，因为尾气中除了含有co2还含有大量的污染物，实际上垃圾焚烧发电厂正是用活性炭做为烟气污染物的吸附剂。

12、中国专利cn207276565u提供了一种生物质气化与垃圾焚烧耦合系统，将生物质在800℃下气化，通过省煤器使燃气的温度降低至400℃-450℃送入焚烧炉燃烧。之所以燃气只降低到400℃-450℃是为了保持其中的焦油不凝结，但燃气中除了有焦油还有木醋液，如此高温下对金属管路有很强的腐蚀作用。气化炉的高温是靠燃烧生物质产生的，有大量的生物质在气化炉中燃烧并如该专利所述产生“固体含碳灰渣”，这些灰渣一部分部用于生产改性活性炭，一部分随垃圾焚烧。该专利申请涉及的生物质除去少部分制成了含灰分极高的劣质活性炭，大部分以气体或固体的形式燃烧了，不利于碳减排。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种生物质活性炭生产耦合垃圾焚烧发电的方法，用电加热的方式生产生物质活性炭不存在生物质燃烧过程、不产生烟气、不存在废气排放问题，产生的木煤气co2和氮氧化物含量低，热值高，可达到生物天然气的标准；不仅节约了发电厂采购天然气、活性炭吸附剂的开支，还可以销售活性炭增加发电厂经济收入；生物质烘干、活化需要的蒸气由垃圾焚烧发电系统的余热锅炉提供，解决已有技术存在的上述技术问题。

2、本发明的技术方案是：

3、一种生物质活性炭生产耦合垃圾焚烧发电的方法，以林业垃圾和农业秸秆为生物质原料，以发电厂自身电力和高温蒸气为热源实现生物质的干馏和生物质炭活化；在干馏和生物质炭活化过程中产生所有的木煤气，经净化后作为垃圾发电厂焚烧炉的辅助燃料，用电加热的方式生产生物质活性炭，不存在生物质燃烧过程、不产生烟气、不存在废气排放问题；产生的木煤气co2和氮氧化物含量低，热值高，可达到生物天然气的标准。

4、进一步地，所述林业垃圾和农业秸秆为生物质原料，与普通垃圾一起运输到垃圾焚烧发电厂后，首先进入分类系统，将林业垃圾和农业秸秆与普通垃圾分开，分别进入活性炭生产流程和焚烧发电流程。

5、已有技术的垃圾焚烧发电厂是将包含林业垃圾、农业秸秆和其他同生活垃圾一起烧掉的，没有实现碳固化，燃烧后又完全转化为co2；本发明目的就是解决这一问题。

6、由于所述林业垃圾和农业秸秆是与普通垃圾混合在一起运输到垃圾焚烧发电厂，并不是垃圾发电厂特意采购的生物质原料，所有普通垃圾进入垃圾焚烧发电厂后都需要分类，这个分类是本发明垃圾焚烧工艺的一个工序；普通垃圾中还包含有毒有害物质和不可燃建筑垃圾等等，首先将林业垃圾和农业秸秆作为生物质原料一类分出来做活性炭用；相比其他垃圾，林业垃圾和农业秸秆含木质素较多。

7、进一步地， 所述活性炭生产流程利用分拣出来的含木质素比较多的生物质垃圾，经粉碎和烘干后进入高温电干馏釜；在高温电干馏釜内生物质垃圾被热解，溢出的挥发分就是木煤气，经高温裂解釜将木煤气中的大部分大分子物质裂解成不凝结的小分子气体，然后经净化器分离出剩余可凝物质：木醋液和木焦油；净化后的木煤气送入储气罐，作为焚烧发电流程辅助燃烧系统用气；干馏的剩余固体部分就是木炭，经蒸气活化后成为活性炭。

8、进一步地，所述进入焚烧发电流程的普通垃圾在垃圾存储池中存储，自然干燥、发酵和渗沥出水分，渗沥液由渗沥液处理系统处理；5-7天后普通垃圾被送进焚烧炉，炉温自动控制到850℃以上，当普通垃圾热值低、炉温温度低于850℃时，开启燃烧辅助系统，利用木煤气增加焚烧炉温度；焚烧炉加热余热锅炉中的水产生蒸气推动汽轮机转动，带动发电机转动，产生电力；大部分电力送到电网销售，一部分用于活性炭生产线中的高温电干馏釜和炭活化釜加热。

9、进一步地，所述焚烧炉垃圾焚烧后剩余的炉渣和烟气除尘后剩余的飞灰，直接填埋处理或作为建筑材料；净化后的烟气经引风机从烟囱放空。

10、本发明工艺特点：生物质活性炭生产耦合垃圾焚烧发电；在垃圾发电厂的进料之后增加垃圾的分拣过程；用干馏所得木煤气作为发电厂的燃烧辅助燃气;发电厂自供电用于干馏、炭活化的能源。

11、本发明的积极效果：用电加热的方式生产生物质活性炭不存在生物质燃烧过程、不产生烟气、不存在废气排放问题，产生的木煤气co2和氮氧化物含量低，热值高，可达到生物天然气的标准；不仅节约了发电厂采购天然气、活性炭吸附剂的开支，还可以销售活性炭增加发电厂经济收入；生物质烘干、活化需要的蒸气由垃圾焚烧发电系统的余热锅炉提供。