CN101400948B - 垃圾处理方法及应用该方法的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾处理方法及应用该方法的设备，在利用以热解方式进行垃圾处理的设备和方法中，被处理后的垃圾在热解焚烧室(24)内用水冲洗并让其流经一栅网(18)来获得可回收物质。热解在400-700℃温度下进行，产生的废气溶解于湿式洗涤器(13)中的溶液里进行水过程处理。水被导入到焚烧室并以过热水蒸汽通过管道(5)来冲洗处理过的垃圾及清洗焚烧室内部。通过热解的方式来处理不可回收垃圾将可回收物质从不可回收物质中分离，并且将不可回收垃圾通过液体排放口(8)冲走。热解设备可为一模块化、自支撑的设备，其包括连接至电源的插头、连接至水源的连接头以及连接至污水排放系统(16)的连接头，还包括一容积为0.01-0.5m³焚烧室。

Description

垃圾处理方法及应用该方法的设备

技术领域

本发明涉及一种垃圾处理的设备及垃圾处理方法，特别是一种对来自多个垃圾源头的垃圾进行处理的设备和方法，垃圾源头包括商务楼宇、家用住宅及多用居住住宅。 

背景技术

国际公布文本WO00/20801公开了一种采用热解处理家庭(卫生)垃圾的方法。船上装有小型热解单元来处理少量的生活垃圾。这些单元采用多步工艺，在热解前用真空泵排走空气，并主动清空接下来单元进行垃圾处理的残留物。由于单元只用来处理少量类似同类型的生活垃圾，一般将单元放在靠近使用者的地方，如卫生间里。 

从美国专利US2004/0168621、欧洲专利EP0724008、EP692677、EP692677、EP0505278及EP0610120公开的内容可知大规模的工业热解垃圾的处理方法。大量的垃圾要传输给工业规模的热解厂，并在高温下连续进行处理，由于垃圾在处理时持续接触高温，工厂会产生二噁英等大量有毒气体。这些废气通常需要通过焚烧炉，从焚烧炉排出的废气在排到大气之前需进行另外的处理，或在设备内将其热能进行转化利用。 

也可从日本专利JP2005140346、JP2002081623、P2001062437、JP60105816、欧洲专利1371713、美国专利US3779182、国际申请公布文本WO02/40618、英国专利GB2289324和GB2310485得知较小规模的热解垃圾处理方法。

热解和家用烤箱也有关系，如美国专利US2005/0145241所公开的一种自洁机械系统中所采用的。 

由于城市大部分的垃圾都被埋在地下，城市垃圾处理已成为一个日益严重的问题。减少垃圾处理量的需求直接导致需要增大垃圾的回收。考虑到家庭垃圾的特点，该方法需要适应于居住环境，并取得了一定的成功。 

根据严格的水文地质学要求，为避免地下水位被污染，并考虑到一些环境方面的因素，现在已越来越难找到适合掩埋垃圾的地点。简而言之，适合掩埋垃圾的地方越来越少，垃圾处理方法的替代方案急需提上日程。 

现在使用最广泛的替代掩埋垃圾的方案是焚烧，然而，这需要有大规模工业处理工场来进行处理，不但耗时，而且成本高。此外，公众反对建造这样的工厂，尤其反对将废气排入本地区。垃圾焚烧不可避免产生难闻的气体，并需要有一系列工艺将复杂的混合气体中的污染物分离。 

热解垃圾是垃圾掩埋和焚烧的另一种替代方案，但热解需要有持续工作的热解工业工厂，在处理前，需要收集垃圾，并将垃圾运送到这些工厂。由于要处理的垃圾种类不同，而且热解时温度较高，处理时一般会排放出有毒气体。毒气体并不适于排放到大气，因此，工厂需要配置相应的复杂气体处理系统，对有毒气体进行处理。 

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在家庭，或者在大型居住区内对垃圾进行现场处理的设备及其处理方法。本发明具体的实施方案针对的是单人或多人住所、私人住宅或商场、企业公司、事业单位等，例如超市和餐厅。本发明的更进一步的目的是减少或消除垃圾的运输，防止垃圾最终被掩埋，并帮助当地政府达到垃圾回收再利用指标。此外，本发明的目的亦是 为了提高收集可再回收利用物质的效率，并通过推广该再回收利用工艺，使得公众渐渐接受。 

相应地，本发明方案包括一种垃圾处理方法以及实施该方法所需的设备，其中，本发明结合热解和焚烧的步骤、工艺或设备，结合其中一种或多种、或结合本发明涉及的所有方面。 

本发明的第一个方面包括一种用热解和焚烧处理垃圾的方法，将处理的垃圾用栅网进行分离，留下可回收的物质。该方面需要的设备包括一个热解室，并在其垃圾处理区及出口之间设置有栅网。 

本发明的第二个方面包括在400-700℃温度范围内热解。 

本发明的第三个方面包括将热解和焚烧产生的废气溶解在溶剂中并对溶液进行处理，例如排放到下水道。该方面需要的设备包括一个盛放溶剂的溶剂箱，一个从热解室排出废气的排气口，及一个连接排气口及溶剂箱管道，使得气体可从热解室的排气口排出，经由管道溶解于溶剂箱的溶剂中。 

本发明的第四个方面包括将水以高温蒸汽引入热解室，不仅可以冲走处理过的废弃物，还可以清洗热解室。该方面所需要的设备包括设置在热解室壁上的管道，该管道可引导水进入热解室，同时热解室壁的温度可加热管道中的水，使得进入到热解室内的水成为高温蒸汽。 

本发明的第五个方面包括将可回收垃圾从不可回收垃圾中分离，用热解焚烧处理混合垃圾中的混合垃圾，然后冲走不可回收垃圾，分离出可回收垃圾。 

本发明的第六个方面包括模块化的热解与焚烧的设备，该设备体积小不占空间，并且设有与电力设备、供水设备及排污系统相连的接口。

本发明的第七个方面包括一种热解焚烧设备，该设备设有一个体积在0.01-0.05m³的焚烧室。 

进一步具体说明，本发明第一个方面提供了一种垃圾处理的工艺，包括：先把垃圾导入焚烧室，并加热到可使垃圾热解的高温，导入氧气使垃圾燃烧，然后用水冲洗焚烧过的垃圾，其中，可回收物质会被栅网拦截下来。处理过的垃圾几乎都是很小的灰尘，极易通过栅网排入污水池等下水道。从而达到就地处理垃圾的目的。 

栅网可安装在焚烧室的外侧，例如安装在焚烧室的出口与下水道的入口之间。但是，最好将栅网安装在焚烧室内侧，以便于形成整体或部分构架，而且，这样可以使进入焚烧室的垃圾留在栅网上。 

该方法可将可回收垃圾回收，并且可以将其从栅网上转移到焚烧室外的接收装置上。收集到的可回收垃圾可取走并进行再利用，以避免占用掩埋空间。本发明所述的“可回收垃圾”是指经过本发明的处理方法处理后，不能成为灰烬的可回收物质，例如玻璃和金属。 

栅网优选设置为可移动式，本发明将栅网设置为可移动到可回收物质截留处及可回收物质转移到接收装置处。因此，不论进行了一次或多次垃圾循环处理，栅网也能移动，并且能自动动作进行清洁。为便于操作，栅网可经由一控制系统进行控制，例如，可设置为与处理设备的自动监控操作系统相连。 

进一步具体说明，本发明的方法包括了在热处理垃圾时可摇动栅网。这样可将热量传送到垃圾中间，并使得焚烧室里的垃圾尽可能完全的处理。 

热解和焚烧设备包括一个可密封的焚烧室，焚烧室内设有垃圾处理区、处理垃圾入口及处理过垃圾出口、加热元件，以及位于垃圾处理区及出口之间的栅网。在使用时，有一些不能处理的物质，一般含有大量可回收物质，例如玻璃和金属，将会被截留，并可进行回收。 

优选将栅网设置为一个构架，并设置于焚烧室里，使得垃圾可直接在上面进行处理。栅网也可设置为焚烧室内的一部分，使得栅网在垃圾热解过程中可固定或定位垃圾。在下述更为详细的说明中，将栅网设置为一个正对焚烧室底部的架子，并距底部有一定距离，在处理废物时，废物放置并固定于其上，在垃圾被热解和焚烧处理后，用水将剩余灰尘从栅网上冲下，并使灰尘随水冲出焚烧室；留在栅网上的大颗粒物质一般无法被处理。焚烧室底部设有阀门，出口倾斜有一定角度，以便水流出焚烧室。 

优选将栅网设置在处理过的物质被冲出焚烧室前可被截留下来的位置，并可将栅网移动到焚烧室外的接收装置前，这样设置有利于清除焚烧室内的可回收垃圾。 

控制栅网在上述两个位置之间移动的设备可以与摇动栅网的设备结合。 

栅网的作用之一是截留颗粒物质，防止其进入下水道，使得灰烬容易冲走。为此，栅网可包含一系列小孔，其中，小孔直径可设置为：直径在15mm以内；直径在10mm以内；直径在7mm以内；或直径在5mm或更小。进一步的实施例中，栅网的孔径直径可设置为3mm。一般来说，孔的形状可以随意而定，但一般优选为圆孔或方孔。栅网的孔不能设得过细，以免在使用时被残留灰烬堵住，优选将孔径设置为至少1mm，最好设置为至少2mm。 

本发明的设备也可包括两个或多个栅网的组合。例如，第一个栅网采用第一种尺寸的孔径，第二个栅网采用另一种较小尺寸的孔径，并将第二个栅网设置于第一个栅网和出口之间。其中，第二个栅网的较小孔的直径设置为2mm或3mm或比第一个栅网孔径要小，并将第二个栅网安装在靠近焚烧炉出口处，并根据尺寸将截留物质分为两组，相比只有一个栅网，这样的设置可以防止或减少堵塞几率。其中，合适的栅网孔径尺寸组合方式有：第一个15mm或以下，第二个10mm或以下，优选为7mm或以下；第一个12mm或以下，第二个10mm或以下，优选7mm或以下；第一个12mm或以下，第二个7mm或以下，优选5mm或以下。 

栅网可设置为焚烧室的一个篮子或一部分，优选将栅网设置为可从焚烧室移出式。在使用时，垃圾可以在焚烧室外方便的地方装入篮子中，然后再将篮子装入焚烧室内对垃圾进行处理。 

本发明垃圾处理方法的第二个方面包括：将垃圾导入焚烧室，并将垃圾加热到可热解温度，同时导入氧气使垃圾燃烧，之后用水冲走处理过的废物，其中，所述热解温度为400—700℃，在此温度下进行处理后，快速冷却焚烧室及里面的处理物，当处理完成后，再用一相对短的循环时间进行处理，以避免形成一些较为有毒污染物的相关标准热解单位，或形成一些毒性较低的物质，同时确保包括不仅是可回收物质在内的所有物质都得到处理。因此，本发明的优势之一是可以同时进行废气的清理和就地排放物的减少，尤其是本发明可达到完全的就地零排放，并且废气可从排放口排出，其中排放口可设置在下水道等污水处理系统中。 

热解温度优选在500—700℃之间，进一步，更好为500—600℃之间。在本发明的具体实施例中，系统处理温度在550℃以下，下面将进行具体描述。

一般焚烧温度选择在400℃或以上，最好为450℃以上，优选为500℃或以上。本发明设备的典型操作是，将焚烧室加热到热解温度，随即进行焚烧，而不再把焚烧室的加热和冷却分开。由焚烧产生的热量一般可用于保持垃圾处理温度，并且可用其热量稍微提高焚烧室温度，因此，在热解过程中一般可关闭焚烧室的加热装置。热解时产生废气可通过散热器或热转换器进行散热，另外，补充的热量可另作他用。焚烧室内的温度也可通过控制进入焚烧室内空气的流量来调节。焚烧室的焚烧温度一般不高于800℃，最好不高于750℃或700℃。 

在本发明的具体实施方案中，包括一个较大体积的焚烧室，一个空气循环装置，其中优选设置有一风扇，在焚烧室预热时，风扇可使热气流在焚烧室内均匀散开。空气可被加热装置循环加热或再加热。这样确保了热量可更有效直接地导入垃圾中，使得垃圾热解更迅速。空气循环可在热解或焚烧阶段进行。在较小的焚烧室里，垃圾焚烧较快，允许热量快速经过，而不需要空气循环。 

 焚烧室体积决定了可装入垃圾的体积，垃圾体积决定了热解持续时间。本发明的设备一般可使用于单人公寓、多人住宅区以及小型企业公司。垃圾一般在室温状态下进入焚烧室，之后密封焚烧室并通过加热装置加热焚烧室至处理温度。设备在制造和测试期间，加热阶段一般持续2-20分钟，优选在5-10分钟，持续时间根据处理温度、焚烧室体积及焚烧室内的垃圾体积决定。在使用时，废气会随着温度的升高而分解，由此可得知，本发明的方法可降低有毒物成分的产生量，特别是与工业热解相比，降低了二噁英和氟排放量。本发明设备的运用步骤一般包括：将垃圾放置于高温下10-90分钟，优选为20-60分钟。在本发明的具体实施例中，热解持 续时间为大约30分钟。 

在本发明的一些具实施例中，采用智能计时系统来控制循环时间。该系统可以检测生成的废气温度并随之调节循环时间。采用该系统可改善进程的热效率。在一个例子中，用一控制系统监测废气温度或负载温度，例如设置在焚烧室内临近垃圾的热电偶，一旦达到预定温度就开始燃烧(例如450℃-500℃)。另一个例子，用一控制系统监测离开焚烧室的废气温度，并且当温度降到预定的温度等级(如300℃-400℃)时，系统控制结束燃烧，并导入水(过热水蒸气)进行焚烧室的清洗及冷却。另一个方法是监测焚烧的冷却速率，一旦焚烧室接近或达到焚烧室自然冷却速率时便结束燃烧。 

本发明在SITU的实施例中，废物处理设备由一个预先编好工艺的热解阶段组成，其中，此阶段由焚烧室体积和要处理垃圾的属性决定。该阶段可由保持热解阶段的垃圾有50％热解的温度确定，其中，优选垃圾有70％或更多热解的温度，最好高于80％。在实际操作中，垃圾要达到100％处理较困难，并且较消耗能量，特别是当垃圾中含有玻璃或金属等不能被分解但可以回收的可回收物时，处理尤为困难。从体积和成分来说，原有垃圾重量的60％—95％可被系统热解。 

本发明的第三个方案中，垃圾处理方法包括：将垃圾导入焚烧室，并加热到可热解温度，随之导入氧气使垃圾燃烧，之后用水将焚烧后的垃圾冲走，并将热解或焚烧产生的气体溶解在溶液中，并排放出溶剂。因此，与其将这些气体进行焚烧处理，不如将其溶解。 

目前已知的热解工厂和焚烧炉的一个不足之处是，在垃圾处理阶段会产生二噁英和氟，用废气焚烧进行处理可产生大量的热量。由于焚烧时有 产生有毒的化学物质并会排放到大气中的风险，出于环保理由，可能会遭到反对。本发明中，二噁英、氟和其他一些成分均通过水从焚烧室内冲走，从而将污染值降低可接受的范围，并且不会引起环境问题，此方法至少优于上述焚烧这些成分的方法。排放到下水道不难看而且容易实现，并且不会将污染物排放到热解工厂附近。排放的溶剂可以引入污水系统。 

本发明的具体实施方式会比以前的热解或焚烧方式产生更少的毒气。产生这种结果的原因是，由于以周围温度(低于100℃)以及类似的最高温度下限进行对垃圾进行处理，并且进行快速冷却，垃圾产生的污染会较少。 

由于垃圾的热解或焚烧产生的废气将适时通过一个液体搅拌系统以促进溶解。废气以泡沫方式通过溶剂，其中，溶剂可使用软水，也可以加入促进废气溶解的添加剂。 

并不是所有的废气都能溶解，因此，可在随后用气体清洁室对废气进行过滤。该方案也包含了将不溶性气体引入污水系统中。因此，在一个实施例中，过滤过但没有被溶解或被过滤器截留的气体将被导入下水道。这些气体将从地上的排气管排出。其中，这些气体一般无色无味，主要成分为二氧化碳和一氧化碳。 

处理时产生的所有副产物均优选从下水道排出。 

本发明更进一步相关的垃圾处理循环工艺包括：提供溶解热解和焚烧所产生气体的干净溶液，根据本发明的垃圾处理方法，包括在溶液中溶解废气，之后排放使用过的溶液，并循环该过程。该工艺可包括监测焚烧室产生的废气，并在废气降低到预设温度后将焚烧室内的垃圾焚烧产物冲走。当该工艺快结束时，气体温度的变化就不大了，因此，监控气体是一 种确定垃圾处理是否快完成的有效方法。 

该方面的热解设备包括一个可密封的焚烧室，室内设有垃圾处理区、待处理垃圾进口和处理过垃圾出口、加热元件，最好设置一溶液池、一焚烧室排气口，并在溶液池和排气口之间设置一管道，使得离开焚烧室的气体能进入溶液进行溶解。 

下面所述的具体实施方式中，气体以泡沫方式进入溶液。另一种方式是使气体以饱和蒸汽方式通过溶液，或者使气体与溶液的液滴相混合，例如，可使气体通过喷射出的溶液，溶解有气体的溶液可回流或者留在溶液池里，其可作为循环的一部分进行清空或单独清空。 

气体清洁室包括一过滤不溶于溶液气体的过滤装置，可设置在管道下游。在一个实施方案里，气体过滤装置含有碳粒，并且整体容易移动拆装，以便于清洁及再使用。优选使用陶瓷过滤装置，一般每年都要进行更换，使用过的过滤装置在专门的地点进行掩埋处理。 

本发明的第四个方面提供的垃圾处理方法包括：将垃圾引入焚烧室，并将垃圾加热到热解温度，之后引入氧气使之燃烧，最后用水将处理过的垃圾冲走，其中，水是以过热水蒸气状态进入焚烧室的。 

在使用时，冷却水蒸气来清洗焚烧室，并冲走处理过的垃圾灰烬。这样处理方便且有效，焚烧室看上去很干净，减少了焚烧室留下的残余物会造成的不美观或难闻气味，使得使用者更容易接受。 

为使得冲洗方便，采用焚烧室壁上的管道引入水，在引入过程中水被焚烧室加热，吸收热量成为水蒸气，同时焚烧室也被降温，便于下一次循环使用。 

焚烧阶段包括将氧气导入与焚烧室物质接触，一般可使用空气。导入空气的管道优选采用导入水的管道，这样可共用管道，简化了系统的设计。其中，管道可设置于焚烧室壁内、焚烧室壁外或焚烧室内。为便于引入空气和水，管道直径一般设置为3-15mm，优选为5-8mm。 

少量的液态水可以生成大量的水蒸气，所以采用水蒸气冲洗的效果比采用水冲洗效果更好。因此，可采用焚烧室体积50％或更少的液态水冲洗焚烧室，优选为焚烧室体积的35％或更少。 

下面所述的实施例中，处理工艺包括将过热水蒸气通过喷头引入焚烧室，使其正对处理垃圾。这样可冲散残渣结构，有助于焚烧室的冲洗。 

 处理工艺也可包括用设置在焚烧室壁上的喷头将水蒸气引入焚烧室内进行喷射，这样可助于焚烧室的清洁及冲洗。 

一个优选的安排方式为，分别将水蒸气引到多个针对焚烧物的喷头(例如将喷头设置在焚烧室内多个处理物可能位于的地方)，以及将水引到焚烧室壁上。优选将喷嘴设置为可移动式。 

该方面的设备包括可密封的焚烧室、焚烧室内的垃圾处理区、待处理垃圾入口、处理过垃圾出口、加热元件、蓄水槽以及设置在焚烧室与蓄水槽之间的管道，其中管道通过焚烧室壁并连接焚烧室壁的管道系统，这样可使得水会被焚烧室壁的温度加热，形成过热水蒸气进入焚烧室。 

优选一个或多个固定的喷嘴来引导水蒸气进入焚烧室的方向。 

氧气供应设备(一般为空气)优选用管道与焚烧室相连接，在使用时，氧气及下阶段的水均可以通过管道进入焚烧室。氧气输入的速度与焚烧室大小及其他因素有关，一般输入速度为25-200升/分钟。 

本发明的第五方面提供了将可回收垃圾从不可回收垃圾中分离的工艺，其步骤包括，将垃圾导入焚烧室，并加热到不可回收垃圾的热解温度， 随即导入氧气焚烧不可回收垃圾，之后用水冲走处理过的垃圾并保留可回收垃圾，并将可回收垃圾转移到专门的容器里。 

本发明的第六个方面涉及热解模块和焚烧设备，包括可密封焚烧室，焚烧室内设置有垃圾处理区，垃圾进出口，以及加热元件，其中所述设备均独立，并设有与供电系统供水系统相连接的插座。 

家庭或小型商业区所使用的设备可设置有与主供电系统相连的插座，而大型设备则需要设有三相插座。 

设备中通常设置一水软化单元，设为便于拆转的可伸缩轮。 

本发明的第七个方面涉及的热解设备包括，可密封焚烧室，焚烧室内设置有垃圾处理区，垃圾进出口，以及加热元件，其中，焚烧室体积为0.01-0.50m³。 

焚烧室体积优选设置为0.02-0.30m³，最好为0.03-0.20m³或0.04-0.10m³。体积约为0.06m³及0.14m³的焚烧室均已成功通过测试。 

本发明的具体实施方式中的设备或工艺与上述两个或以上的方面有关，最好为包含上述本发明的所有方面的方法或设备。 

本发明用于多人居住住宅的设备包括可密封的破坏焚烧室，其室壁由不锈钢等耐热材料构成，其室内包括：一个加热元件，一般采用电阻型；一反射层(用于将热量反射回焚烧室中心)；一绝缘层；一水冷却层(用于冷却外表面)。焚烧室一般自设一个安全系统，如减压阀，可使得室内压力恒定。焚烧室一般为圆形，也可以是环形或椭圆形。 

优选设置绝热性强，并且可密封的焚烧室盖，一般采用橡胶材料密封环密圈，在焚烧室盖上还设有冷却系统以保护橡胶密圈。 

在本发明的具体实施例里，提供了一个直径大约500mm，深度大约 650mm，容积大约为130升(0.13m³)的焚烧室；这样的体积可以容纳2到3个白色垃圾袋。焚烧室填充得越满，传到焚烧室中心的热效率就越低；因此可以搅动焚烧室内的垃圾以保证热效率的传递。 

适合多人居所使用的设备一般需要三相电源。在较小的居所里，小型焚烧室消耗能量较少，使用3千瓦的加热元件便可。 

焚烧室输出一般通过设有阀门、直径首选为75-100mm的管道和下水道相连。阀门要远离破坏焚烧室一段距离，以免暴露在100℃以上的在高温之下。破坏焚烧室通过独立管道连接有散热器或热交换器，再与一个或多个气体洗涤塔和气体清洗室相连。优选在封闭循环里使用软化末梢水，通过上述安装在下水道下游的阀将废气排放到大气中。气体洗涤室一般需要4升水，并且在每次热解循环之前都需要补充干净的水。散热器的主要功能就是在洗涤和过滤之前冷却废气。散热器有助于将气体温度从600℃降到200℃，最好降到100℃以下。可将散热器的热量用于其他地方，例如可用于加热家用洗澡水或者家用热水。 

气体洗涤室和气体清洗室用于控制气体排出的两个阶段。优选气体洗涤为第一阶段，包括水搅动系统以便有毒气体溶解在溶液中；优选气体清洗室为第二阶段，使用含炭粒的炭过滤器。一般将过滤器设置为可以移动式；在循环间隔中可以冲洗再使用。最好采用陶瓷过滤器，有无涂层都行，其可以每年更换。 

此工艺需要升温至热解温度，一般为400-700℃，优选在500-600℃，本发明的一个具体实施方案使用的温度为550℃，此温度可以从结构上粉碎处理物。如温度过低，便可能无法完全粉碎处理物，例如骨头；而温度过高则会产生更多的有毒的气体，使得尾气排放较麻烦，而且机器的构成 材料也不好选。 

有一个选择，特别是当处理物水分含量高的时候，为了除去多余的水，开始阶段多加一步骤：保持待处理物在100℃一段时间。因此，加热器可以保持在150到200℃下一段时间，并监控焚烧室的温度。一旦温度开始上升，说明了水分含量已经很低，此时加热器可以升温，例如加热到500℃。 

垃圾焚烧后用水冲洗焚烧室，优选采用软化的末梢水，这样可防止水垢沉积。由此产生的热水可以转入排水道，进入家庭加热系统或者预热下次操作。进一步，水可以在热解后直接从外面的水道里引入。 

本设备的具体操作步骤是：将垃圾装入破坏室，并关闭密封盖，之后升温至550度；此时监控热解产生的废气，当垃圾销毁后废气就会减少；一旦废气降低到预定值时便关闭加热器。随后空气通过加热器进入焚烧室，进入温度约为500℃以上。进入的空气随后在焚烧室里和废物燃烧。由于热解阶段的热量仍然保留，所以该阶段不必再从外界引入热量。进入的气流的流速保持在约100升/分钟，更高的流速可能会导致焚烧室的温度过高。在焚烧过程中时刻监控气体的排放，如果还有垃圾，气体的排出量就大于输入量。当气体排出量降到预定值时停止输入空气，并通过管道系统引入6-7升水。垃圾多的话则需要更多的水。水以500℃的过热水蒸气形式进入焚烧室，机器使用InconelTM管道系统来承受处理过程的热量冲击。过热水蒸气进入破坏焚烧室会有大量气体，因此在引入水蒸气前下水道连接需要立即打开。水蒸气会冲洗焚烧室，并将灰烬冲入下水道。无法焚烧的物质会被金属栅网截留，并可以移出进行回收，也可以留焚烧室里进行下一次的循环。有些热解性物质可能需要两次或三次循环才会被完 全破坏。引入水蒸气大约一分钟后，破坏焚烧室室内温度降到100度以下，可以安全打开盖子，并可以再次使用设备。 

在热解循环完成后，没有热解的垃圾将截留在破坏室出口处的一个或多个栅网上。在热解过程中，垃圾中的玻璃或者金属不会被破坏，在垃圾经过水蒸气或水冲过后将停留在栅网上。栅网的孔隙设计成允许理过垃圾的灰烬从其中穿过，因此直径至少是1mm左右。更具体说，孔隙一般为尺寸为10mm×10mm的方形或者直径为10mm的圆形；更好的选择是7mm×7mm或更小的方形，或者7mm或更小的圆形；最好的是尺寸是5mm×5mm、5mm或更小。在具体实施方案中，采用3mm×3mm方形孔隙的栅网。上述栅网可以在完成一个热解循环后从机器中移出，并将不能处理的物质转移到一个独立的容器里。这个转移过程可以手动操作，也可以设为自动工艺。 

该装置可以方便的兼容建筑物中已有的设施，并且也可以限制进入系统的物体的尺寸。相应的，该设备可以包括反馈设施来限制可进入系统物质的尺寸。该发明可以包括一个在热解过程中可以搅动破坏热解室里的处理物以帮助热量有效分配。进一步，该发明还可以包括一种防止或者减轻垃圾直接进入破坏室的冲击的机制。 

由于垃圾的产生和处理是断断续续的，因此要求发明能效地管理繁忙和空闲时间。相应的，本发明包含一个可以控制垃圾的输入量的装置，优选为设置缓存系统的形式，还可包括储存加料斗或传输带。 

本发明的设备用于处理多人住所产生的垃圾。该发明不但消除了垃圾需要从产生处到处理处运输的必要性，而且进一步也不需要设有掩埋场，并帮助当地政府达到即将实施的欧洲垃圾处理指令的要求。 

本发明提供了一种低量气体排放的热解方法。将待处理物逐渐(而非 立刻)加热，垃圾成分和垃圾热解相对低的温度要求，可以产生比工业规模热解更少的有毒气体。在热解过程中产生的二噁英和氟相应地溶于水，因此，随着气体处理的进行，通过下水道排放也达到了可以接受的程度。 

热解系统可根据每个客户专门定制。垃圾的类型和数量决定了装置的尺寸和所需温度。下文所述的一个实例中，设备和工艺由一个可编程的逻辑控制器控制。优选方案是，本发明的后续具体实施所采用微处理器控制工艺来降低生产成本。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明： 

图1为热解设备示意图及其截面视图； 

图2为热解设备的轴侧示意图。 

上述附图的热解设备的组成是：1、贮存槽；2、进料门机构；3、进料门；4、盖；5、空气/水管道；6、加热板；7、存取抽屉；8、排放室(液体)；9、气体排放控制阀；10、气体冷却散热器；11、液体流出阀；12、液体排出控制阀；13、湿式洗涤器；14、过滤系统；15、过滤返回保护阀；16、污水出口；17、网箱；18网格；19、处理区；20、铰链；21液体出口；22、气体出口；23、网箱进出门；24、焚烧室；25、密封板；负载传感器(图中没有显示)；密封件(图中没有显示)；盖子冷却器(图中没有显示)；焚烧室绝热层(图中没有显示)；焚烧室内水的喷嘴(图中没有显示)；空气压缩机(图中没有显示)；空气箱(图中没有显示)；水泵(图中没有显示)；水源贮存箱(图中没有显示)；废气燃烧器(图中没有显示)。 

本发明实施例主要部件： 

加热室：

焚烧室24由316号不锈钢(奥氏体铬镍钢)做成，也可用钛等其他材料。焊接的材料需保留焚烧室主体的抗腐蚀特性。焚烧室对频繁的加热/冷却循环是具有弹性的，采用的材料需要热处理，并在生产厂家那里完成此过程。 

室的尺寸是450×450×700mm，壁厚1.5mm(也可为4mm)。室顶有一个密封板25，其中，所述密封板25整个顶部面都是平面(最多±0.1mm的误差)。室有两个出口，一个是在底部的通向排液管的液态水排出口21，另一个是在侧壁的顶部的气体和蒸汽出口22(直径大约38mm)。 

盖 

盖4采用与加热室相似的材料制作，虽然从一个平板做成的。表面要进行处理以便盖子和室能形成一个密封面。盖的背面也要加固，以避免由于重复性的加热冷却循环造成任何弯曲或者扭曲。盖子设计的越稳固越好。盖子背后含有铰链机构，使其底面与结合面能很好的密封。盖子也包括密封(下面详述)。盖子密封正上方的边缘含有整体结合的水冷却表面(附图中没有显示)，这可延长产品生命周期。 

密封件 

包有硅树脂橡胶的PTFE(聚四氟乙烯)密封件(图中没有显示)可用来密封任何非永久性的结合面，例如盖子和存取抽屉。其他的结合面均配置为软金属垫片。 

存取抽斗 

抽斗7用来移除任何没有在处理过程中分解的物质。抽斗有一个和盖相似的水冷却回路(附附图中没有显示)，用来冷却密封件的结合面。抽斗的工作面由一个孔径为3mm(5mm也能用)的网格18，固体、液体和气 体可以由此进入系统。抽斗还包含一个探测器，当抽斗内物质已经达到预设容积需要清空时，探测器可通知操作者。 

加热元件 

平板加热器6用在室的四个垂直面上。他们组装在一起以便尽可能的与室外紧密接触。 

空气/水管 

设置于室外表面的管子5用来传递水和空气。它可以在处理工艺的后面阶段直接射入的高温空气和蒸汽之前对垃圾进行预热。管子采用不锈钢制作，直径为5mm(也可用inconelTM材料做)。 

绝热体 

加热器外面有很多高效绝热层(附图中没有显示)，所述绝热层可将热量反射回焚烧室并减少热量向室外设备的散发量。绝热体可以确保所有的热量都充分用于加热垃圾。 

盖的底面有一层与不锈钢的盖子结合在一起约5mm厚的陶瓷板(附图中没有显示)。这样即可以减少外面的热损失又可以延长密封条的产品生命周期。 

冷却散热器 

散热器的主要功能就是在每次过滤之前冷却垃圾产生的气体。散热可延长过滤设备的寿命，并可保持最大工作效率。 

散热器10包括一个弯成2个轴，直径为38mm的管子(或者直径与焚烧室排气管直径相同)。纤细的水平肋片焊在外面的管子上，以助通过的气体散热。散热器可将排出的气体的温度从600度降到200度或更低。 

湿式洗涤器 

系统中的湿式洗涤器13安置在气体散热器后面，从气体中移除颗粒物质并为了下一步处理将气体溶解在洗涤液体里。洗涤设备里有很多堆起来的喷射口，可以产生很细的水雾。雾滴的外表面可吸附小颗粒，将其从气流中“拉到”液体垃圾流中。在洗涤塔里设有一系列开口，引导垃圾气流直接穿过薄雾喷射口。 

净化系统 

优选采用陶瓷过滤器。在释放排出的气体到污水系统之前将其清洁。过滤器旋上固定的歧管，其上有适合的橡胶密封条。气体通过管道进入过滤器的中心，管道设有外螺纹，以便过滤器可以固定在歧管上。气体通过多孔渗水的过滤膜和歧管里的反向管。正常使用时，过滤器大约每年更换一次。另一个实施方案为采用活性炭过滤器，大约90天更换一次。 

垃圾废气燃烧器 

在净化系统之后可设有一个小型的废气燃烧器的出口，可以烧掉任何由垃圾产生的可燃性气体。设定并固定好燃烧器以保证它不影响单元的安全可靠的运转。在首选的实施方案中，低处理温度和气体清洁系统的组合并非必须设有垃圾废气燃烧器。 

其他关键组件 

物料滑槽 

滑槽由防腐蚀材料制成。其容量小于室的体积以避免过载。 

室内有一个传感器(附图中没有表示)，可以记录垃圾加载程度，当垃圾满载时，一单独的螺线管/机械装置(附图中没表示)通过外部的滑槽锁定系统入口。滑槽包括了一个入料口(附图中没有表示)使得操作者可以手动加料。 

网箱 

系统装在一个网箱17里。框架上设有小轮子(附图中没有吧表示)，以方便故障时移动。网箱也有很多其他作用的接口(附图中没有表示)，可用于连接脏水，净水和三相电源(如果可行亦可使用单相电源)。各种接口设为易装拆式。 

进出口门23可以上锁，用于操作者进入做一些基本的维护工作。网箱也可以保护设备免遭破坏。 

室内水喷头 

室和绝热体盖外设有一个水喷头(附图中没有显示)。它可防止绝热体和室过热，并且可以根据需要迅速的冷却系统。 

电子控制 

可编程逻辑控制器(PLC)(附图中没有显示)控制着系统的运行，并监控位于大多数设备里的传感器(附图中没有显示)并激活系统。所有的电子设备都安装于不受天气影响的围隔(附图没显示)里，并安置在网箱的低处。 

空气压缩机 

空气压缩机(附图中没有显示)用来开动装满空气的汽缸(附图中没有显示)，通过打开和关闭盖子和滑槽门为燃烧提供空气。压缩机还可为注入空气阶段将空气通过室外管道输入。压缩机需要一个贮存罐(附图中没有显示)来为系统储存一些空气。这意味着压缩机不需要持续运行，这样可提高设备的使用寿命。压缩机也要安置于封闭的围隔(附图中没有显示)里以便低噪音泄露。 

水泵 

水泵用来把水从连箱运到系统各处，提供给各个部件，例如冷却回路，水夹套和加热室24内的水喷头。 

阀

高规格的阀9、11、12、15网络系统用来在室，排液管，散热器，湿的洗涤塔和净化系统之间控制和节流液体和气体，并且周期性更换洗涤塔里的水。这些由可编程逻辑控制远程控制。 

工艺循环 

1.加载垃圾 

打开室盖，通过存储滑槽装入垃圾(室温)，之后闭合盖将室密封。 

2.加热 

启动加热器，使室内部温度上升到500-550度。关闭排液管阀门，在此加热阶段中产生的气体通过冷却和净化系统排出。 

温度急剧变化时期持续5-10分钟，然后温度就通过自动调温器稳定下来。由于室的绝热体的作用，加热用的能量可用来保证室内温度的稳定。 

监控垃圾产生的气体，垃圾含的水分会以雾的形式通过排气管排出。这样一般垃圾的质量会减少约70％。 

温度要保持大约30分钟。 

3.注入空气(也称燃烧阶段) 

加热阶段完成后，关闭外部加热板，空气从室外的管道(预热空气到高温)进入室的顶部。和集中的喷头相比，此喷嘴能喷出大范围的空气雾滴。开始空气脉冲射入以降低室内压力，过段时间后就可以连续射入了。 

空气的流速保持在50l/min左右(25-100/min也行，此速度范围之外也行，根据系统尺寸和构造来实际选择)。保持此低速以确保室内压力不会上升太快，否则会影响密封的效率。 

注入空气后，垃圾开始发热，体积开始减少，一般可以缩水5％。最后变成很的细的灰烬。 

空气注入阶段系统里的烟和小颗粒会增加。所有的排气管都通向湿式洗涤塔和净化系统。燃烧阶段大约持续15分钟。 

4.注入蒸汽 

燃烧阶段结束后，停止注入空气，关闭空气排放阀，打开液体排放阀，水从空气通过的室外管道以过热水蒸气的形式射入室内。开始蒸汽以脉冲方式射入，然后以连续不断方式。脉冲方式为射一秒，停3秒，这样30次后连续喷3分钟。此阶段流量为21/min。 

蒸汽不仅可以将灰烬冲到排液口，还可以清洁室内表面。蒸汽还有冷却室效应，一分钟后，室内温度就降到100℃以下了。整齐注射阶段结束后，打开盖子，系统就可以开始下一次循环了。任何在该次循环中没有分解的垃圾都留在抽斗里以待移走回收。 

具体实施方式

本发明的设备测试过其处理家庭垃圾的能力，并保证废水废气的排放不超过环境保护法允许的范围。 

准备一个垃圾袋，根据家庭垃圾的典型破坏的分析，里面有100g花园垃圾，100g纸和纸板，200g PVC(聚氯乙烯塑料)，300g副产品肉类和精制食盐，100g聚酯，制成800g的混合垃圾。 

混合垃圾在本发明的设备里处理，使用预定参数在相对较短的一段时间里将其破坏。这些参数是热解温度是550度保持75分钟，然后使用 40-50升/分钟的气流吹15分钟，然后射入蒸汽将残留的灰烬冲入水收集罐(此罐取代污水连接进行排放测试)。 

结果表明该处理可以破坏所有混合垃圾，例如将其转换成可用蒸汽/水从室内冲走的灰烬。 

尾气测试的结果如下所示： 

表一

表二

 其中，湿式洗涤水一般操作中要排到下水道，经测试其中含有重金属和二噁英的结果如下： 

 因此，尾气和废水都符合环境法的规定。 

因此，本发明提供的热解方法和设备来处理垃圾来达到此目的。 

Claims (30)

1.一种垃圾处理方法，包括：

把垃圾置入焚烧室(24)；

将垃圾加热使其温度升高以便对垃圾施行热解；

向焚烧室内导入氧气对垃圾施行焚烧；并

用水冲走焚烧室内经焚烧过的垃圾；

其中，所述温度为400-700℃，并且施行焚烧的温度为400-800℃。

2.根据权利要求1所述的垃圾处理方法，其特征在于用于进行热解的温度为500-600℃。

3.根据权利要求1所述的垃圾处理方法，其特征在于用于进行热解的温度是550℃。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的垃圾处理方法，其特征在于将垃圾在升温过程中保持10-90分钟。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的垃圾处理方法，其特征在于升温过程要持续20-60分钟。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的垃圾处理方法，其特征在于升温过程要保持25-40分钟。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的垃圾处理方法，其特征在于将垃圾置于温升状态直到50％或者更多的垃圾热解降解为止。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的垃圾处理方法，其特征在于施行焚烧的温度为至少450℃。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的垃圾处理方法，其特征在于施行焚烧的温度为至少500℃。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的垃圾处理方法，其特征在于施行焚烧的温度为至多750℃。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的垃圾处理方法，其特征在于施行焚烧的温度为至多700℃。

12.根据权利要求1-3中任一项所述的垃圾处理方法，对于垃圾处理还包括将热解和/或焚烧所产生的气体溶解在一溶液中并将该溶液转入至污水系统中。

13.根据权利要求12所述的垃圾处理方法，其特征在于将未溶解的气体排放入污水系统。

14.根据权利要求1-3中任一项所述的垃圾处理方法，其包括冲洗焚烧过的垃圾经过栅网(18)来筛选出可回收物质。

15.根据权利要求14所述的垃圾处理方法，其特征在于栅网是可移动的，其先在初始位置截留可回收物质，然后移动到可以将可回收物质转移到一容器的位置。

16.根据权利要求1所述的垃圾处理方法，其中，水是以过热蒸气的形式进入导入焚烧室内。

17.根据权利要求16所述的垃圾处理方法，其特征在于水通过焚烧室室壁的管道(5)进入室内，水流通过管道时加热成过热蒸气。

18.根据权利要求16所述的垃圾处理方法，其特征在于将氧气通过焚烧室室壁内的管道进入室内，随后将水通过相同的管道导入室内。

19.一种适用于执行根据权利要求1所述的处理方法热解设备，包括：

一密封的焚烧室(24)，

焚烧室内有一垃圾处理区(19)；

一可将垃圾导入该焚烧室的入口(3)；

一可将垃圾导出该焚烧室内的出口(21)；

一加热元件(6)。

20.根据权利要求19所述的热解设备，其包括：

一安装好的管道(5)，使焚烧室内处理过的垃圾可以用水经该管道冲走；

以及

一容纳有气体处理溶液的容器，一用于焚烧室内气体排出的排气口以及一连接所述排气口与容器以供气体与所述溶液接触的导管。

21.根据权利要求18或19所述的热解设备，还包括一过滤不溶于溶液的气体的气体过滤器(14)。

22.根据权利要求19所述的热解设备，还包括一设于垃圾处理区与出口之间的栅网。

23.根据权利要求22所述的热解设备，其特征在于其栅网形成一横于焚烧室内用于支持待处理垃圾的架子。

24.根据权利要求22-23中任一项所述的热解设备，其特征在于栅网是可移动的，其先在初始位置在冲洗时截留未分解物质，然后移动到可以将可回收物质转移到室外回收容器的第二位置。

25.根据权利要求22-23中任一项所述的热解设备，其特征在于栅网包括多个直径为10mm或更小的孔。

26.根据权利要求22-23中任一项所述的热解设备，其特征在于栅网包括多个直径为7mm或更小的孔。

27.根据权利要求20所述的热解设备，其包括：

一盛水容器；以及

一连接于盛水容器和焚烧室出口之间的导管，经所述焚烧室的室壁上设有的管道(5)，以便在使用过程中，使进入焚烧室内的水在室壁上加热并以过热水蒸气形式进入焚烧室内。

28.根据权利要求27所述的热解设备，其包括一个或多个控制水蒸气在室内喷射方向的喷嘴。

29.根据权利要求28所述的热解设备，其特征在于喷嘴是可移动的。

30.根据权利要求27-29中任一项所述的热解设备，其包括与焚烧室壁管道相连的氧气供给管道，在使用过程中，氧气通过管道供应到室内，然后水通过同样的管道进入室内。

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