CN101618392A

CN101618392A - 垃圾分选及热解处理的综合利用工艺方法

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Publication number: CN101618392A
Application number: CN200910105591A
Authority: CN
Inventors: 王新平; 杨启才
Original assignee: SHENZHEN AIMATE INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN AIMATE INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2029-03-02
Also published as: CN101618392B

Abstract

垃圾分选及热解处理的综合利用工艺方法，解决垃圾分选处理中的分选预处理和热解汽的综合利用问题，采用将垃圾进行分选破碎，二次分类，将垃圾中可利用成分被分成三大类，一类是纸及塑料等，为热解原料1，二类泥土和厨余等混合物，三类为破布、鲜树枝和藤蔓等混合物，三类混合物切碎处理，切碎处理后的第三类与第二类混合物混合，将第二、三类混合物，好氧发酵处理，渗透液，用于高温区间的直接回喷蒸发。获得的产物，进行二次筛分，为热解原料2，混合热解原料1和2烘干，产生的蒸汽，蒸汽冷凝后的热水回流到发电系统余热锅炉作为补水使用，热解原料产品化回收，获得的可燃气，气体燃烧发电。本发明的优点是，回收率高，能耗低，排放无污染。

Description

垃圾分选及热解处理的综合利用工艺方法

背景技术

城市生活垃圾处理的现状，传统的垃圾处理方式中，卫生填埋法：因占地面积大，处理费用高，浪费大量土地资源，而适用价值逐渐降低。堆肥法：因有机物的利用不完全，肥料成份复杂，减量化较小等因素，将逐步被淘汰。垃圾的焚烧因其具有的许多独特优点将已成为城市生活垃圾无害化处理的主流。主要表现在：1、垃圾经焚烧处理后，垃圾中的病原体彻底消灭，燃烧过程中产生的有害气体和烟尘经处理后达到排放要求，无害化程度高。2、垃圾经焚烧后可减重80％，减容90％以上，减量效果好，节约大量土地。尾气、热能可充分回收和利用。但受垃圾成分限制，焚烧装置及热电系统热能输出与回收率低，运行费用大；发电成本高；同时尾汽与炉渣排放环保指标差，治理成本高；极大的影响了此技术的推广应用。

诸多国际通用的垃圾处理方法在国内的众多工程实践中未取得良好的效果的原因为：受消费习惯和环保意识的影响，国外大多数国家的垃圾投放及收集方法均为分类接收，在进入处理设施以前的垃圾，已被良好分类，同时受生活习惯的影响垃圾中的厨余及泔脚类物质的量较少水分及易腐烂物质较低，袋装规范，已为综合回收利用创造了良好条件；而中国垃圾的收集方法均为混合接收，垃圾中的厨余及泔脚类物质的量较高，水分及易腐烂物质较高，袋装不规范，原始垃圾几乎为“袋中袋”形式投放且袋内物质成分复杂无法分类，垃圾热解技术国内研究使用现状，热解处理是把固体废弃物在无氧或贫氧条件下加热到一定温度，用热能使化合物的化合键断裂，由大的相对分子质量的有机物转化成能源产品的中间产物，即小的相对分子质量的可燃气体、液体燃料和焦炭的过程，是一种非常有效的资源化处理方式。垃圾热解是近几年发展起来的一项处理生活垃圾的新技术.该项技术具有洁净、处理彻底、能源利用率高等特点。在中国垃圾热解处理技术尚处于基础性应用研究阶段，国内许多高校及科研院所对其

进行了大量的试验、实践也取得了相当的应用性支撑技术。中国专利：200610014998公布了一种城市垃圾的热解炭化方法及装置。该项目技术已产业化。技术为2004年开始立项，至今以形成15吨/天处理能力的垃圾热解汽化装置。技术主要经济指标：

1).垃圾热解处理装置每日处理15吨生活垃圾，可产生约2500～3000立方米可燃气(前期的试验已经获得此数据)，热值约2000大卡/立方米(已经检验部门验证)。

2).垃圾处理后产生5-8％左右体积的固体无机物，拟用做为小区花草的养殖土。

3).垃圾处理过程产生的二恶英低于国际最低标准0.1ngTEQ/m3，我国制定的标准是1.0ng TEQ/m3。

4).15吨装置的全年生活垃圾处理量为5000吨(按330天计算)，可获得825000m3的可燃气，折合人民币40多万元(按0.5元/m3计)。

5).全年5000吨垃圾就地处理可节省运输车辆6000台次/车，节省交通费用约30万元(按50元/台车计)。

6).全年节省垃圾处理费用15万元(按30元/吨垃圾计)。

每年总计产生经济效益约85万元。

上述技术方案存在的主要问题：

(1)垃圾处理能力较小。最大装置处理能力15吨/天。

(2)由于垃圾水分干扰木醋酸、焦油类产量大，成分复杂回收价值较低。

(3)热解产物若为半焦，则产量小不易利用，若为深度裂解自身能量消耗太大，影响回收效益。

(4)垃圾的热解气体热值低、产量小不便于综合利用。

中国专利200710144076.1公布了一种生活垃圾低温负压热馏技术及设备。经过几年努力项目技术装置已达到日处理100吨/天。其100吨/每天处理能力装置已于2008年9月开始试运行。

主要工艺流程(见附图2)

项目的主要经济技术指标：100吨垃圾经过热解处理，产生出2吨液化天然气、9吨生物甲醇，剩下不足10吨的固体残渣，可以作为燃烧用的炭灰。

该技术方案存在的主要问题：

(1)处理技术不完整，中国垃圾中含有30-60％的渣土类物质项目技术对此类物质未进行良好的处理，造成二次填埋量大，易造成二次污染。

(2)运行成本高；生物甲醇的质量不稳定，销售形式较差。

(3)10％的炭灰作为燃料直接使用附加值低。

(4)生产过程的三废排放至今尚未达标。

(5)系统的综合热能及物料转化效率低于50％；运行成本较高回收效益低下。

中国专利申请号：200920130095.3公布了一种以垃圾分选物为原料制取煤气和/或活性炭的系统、装置和方法。该工艺采用先进的低温氮气保护微波加热工艺实现垃圾的热解处理和热解产物的产品化回收，在国内现有技术中具有典型代表意义。其主要优势体现在：

(1)、物料的封闭能量及物料循环，得到极高的产品収率和良好的回收效益。

(2)、工艺流程极其简洁，思路巧妙，整过过程的三废排放极小。

(3)、产品结构合理，低温热解保证无二噁英类物质产生，同时巧妙利用垃圾热解过程产物的特性，封闭循环利用，将不能深度裂解的优质固定碳活化成活性炭产品。

(4)、充分利用微波加热的加热速度快、加热均匀、热效率极高易于控制、选择性加热、安全无害的特点，实现垃圾分选物的热解与活性炭制作。

(5).生产高效清洁能源，运行成本极低，原料不用成本将垃圾资源化利用发挥到了极致，属当今国内最高技术水准。

该技术方案的主要技术经济指标：

经预处理后的垃圾分选物原料：主要成分为高热值合成和植物类有机物(以垃圾中的纸塑、布类、植物纤维、包装类等为主)在低于5％的水分条件下：每吨分选物可以达到以下回收指标：

热解气：热值大于3600kcal/kg；产量480-550kg/吨、

硅钙外加剂成分：产量150-200kg/吨；

活性炭：产量150-200kg/吨

主要存在的问题：

技术的处理对象为垃圾分选脱水处理至5％水分以下的高热值合成和植物类有机物。垃圾中的大量无机及动物类厨余类物质无法处理。

热解汽的综合利用系统技术不涉及，存在技术体系的不完整，影响该项目技术的优势发挥和回收效益。

发明目的

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种技术先进的垃圾分选物热解处理的综合利用工艺方法，本发明主要解决垃圾分选物热解处理过程中的存在的垃圾分选预处理与热解汽的综合利用难题，将垃圾原料化处理，通过逐级的分选加工及分类回收得到不同的产品和中间产物，从而达到提高垃圾处理回收效率；将垃圾彻底无害化处理的目的，过程实现产品化回收率95％以上。通过热解气直接推动燃气轮机发电及高温烟气余热回收。将热解汽的热能利用率提高到80％以上。从而达到垃圾处理彻底资源化、回收效益最大化和节能减排最优化的目的。本发明特别适用于，中国专利申请号：200920130095.3以垃圾分选物为原料制取煤气和/或活性炭的系统、装置和方法的配套工艺。

发明内容

本发明实现发明目的采用的具体技术方案是：

A.垃圾的分选及预处理：

A-1.利用所述垃圾处理系统中的混合垃圾初级分选粉碎机，将城市生活垃圾进行分选破碎，提取出其中的电池、金属、无机物等硬性物质，配合滚筒气流分选装置的二次分类，将垃圾中可利用成分被分成三大类；

第一类为纸及塑料等轻质可燃物纸其水份含量低于25％，作为热解原料1备用；

第二类为高含水量的泥土和厨余等混合物；

第三类为高含水量的破布、鲜树枝和藤蔓等混合物；

A-2.将所述的破布、鲜树枝和藤蔓等组成的第三类混合物，在所述垃圾处理系统中的切碎设备进行切碎处理，切碎处理后的第三类混合物与所述的泥土和厨余等组成的第二类混合物混合；

A-3.将第二、三类混合物，在所述垃圾处理系统中的发酵池内，进行好氧生物发酵处理脱水，好氧发酵处理15-20天，去除第二、三类混合物中的水份70-75％，出料综合水份低于22％，该步骤产生的渗透液，用于高温区间的直接回喷蒸发。

A-4.将步骤A-3获得的发酵、脱水产物，在所述垃圾处理系统中的筛选设备中进行二次筛分，筛选出具有热值高、固定碳纤维含量高、碳水化合物充分降解去除的植物、厨余类的剩余纤维、破布及合成有机类高热值有机物，用于提取纤维类活性炭的原料，该物质作为热解原料2备用；

其余筛下物，为动物及厨余中易降解成分的发酵产物加上泥土等无机成分的混合物，该筛下物的成分和无害化指标达到农用堆肥标准，作为精堆肥原料；

A-5.配料，将步骤A-1获得的热解原料1和将步骤A-4获得的热解原料2，进行按垃圾的平均典型成分含量标准计量配料获得热解原料；

A-6.热解原料烘干，将步骤A-5获得的热解原料，在所述垃圾处理系统中的采用高效蒸汽换热式搅拌烘干设备进行烘干处理，将步骤B获得的热解原料的水分降至5％以内，烘干设备使用的热源由所述垃圾处理系统中的燃气轮机发电的余热回收所产生的蒸汽，蒸汽冷凝后的热水回流到发电系统余热锅炉作为补水使用；

B.垃圾分选物的热解及热解固体产物的产品化回收，在所述垃圾处理系统中的垃圾分选物热解炉，对步骤A获得的热解原料，进行垃圾分选物热解及热解固体产物的产品化回收，得CO2及饱和蒸汽、人工煤气和活性碳粗制品；

C.对步骤B中热解汽的综合热能利用，利用对步骤B中获得的可燃人工煤气，使用常规低热值气体燃汽轮机进行气体燃烧发电，燃汽轮机产生的高温尾气利用余热锅炉进行余热回收，余热锅炉所产蒸汽用于步骤A-5热解原料烘干工序作为热源，余热锅炉用水一部分来源于步骤A-5干燥机的回流热水、一部分用自来水补充。

本发明的有益效果是，针对现有垃圾热解技术所存在的垃圾分类水平低下、水分预处理难度高的特点，利用申请人已有的技术特长进行针对性垃圾分选、分类逐级回收及进行热解原料预处理，将垃圾彻底原料化、产品化处理，实现垃圾处理的无害化处理率100％；处理后产品化回收率大于80％。

本发明根据中国垃圾的特点对垃圾进行有效的分拣、分选、分类、破碎和好氧发酵处理，达到彻底无害化和无污水排放脱水后，得到农用堆肥及进行配料与烘干预处理后，将原料水分降至5％以下水分后得到热值及组分均匀热解原料。为垃圾原料化处理创造条件。垃圾的彻底无害化处理和热能的回收重复利用极大降低了垃圾处理过程中的能耗，降低垃圾处理成本，为实现无污染处理城市生活垃圾提供了技术保证。

附图说明

附图1为以垃圾分选物为原料制取煤气和/或活性炭的系统应用技术进行配套使用的工艺路线图。

附图2为现有技术主要工艺流程路线图。

具体实施方式

垃圾分选物热解处理的综合利用工艺方法，该工艺方法在由垃圾初级分选粉碎机、滚筒气流分选设备、发酵池、筛选设备、切碎设备、烘干设备、氮气保护微波加热式低温垃圾分选物热解及炭活化一体炉、燃气轮机和余热锅炉等组成的城市生活垃圾分选及热解处理系统中实现的，该工艺方法由以下步骤实现：

A.垃圾的分选及预处理：

A-1.利用垃圾处理系统中的混合垃圾初级分选粉碎机，将城市生活垃圾进行分选破碎，提取出其中的电池、金属、无机物等硬性物质，配合滚筒气流分选装置的二次分类，将垃圾中可利用成分被分成三类。

第一类为纸及塑料等轻质可燃物纸其水份含量低于25％，作为热解原料1备用。

第二类为高含水量的泥土和厨余等混合物。

第三类为高含水量的破布、鲜树枝和藤蔓等混合物。

该工艺步骤使用的混合垃圾初级分选粉碎机是采用本申请人申请的专利号为“200620017724.8”混合垃圾初级分选粉碎机，经现场运行试验证明，完全可以满足本发明的工艺需要。

该工艺步骤的好氧发酵的条件为：物料进料水分低于70％；物料中的炭氮比＝20-23∶1；物料堆积厚度＝0.95倍双螺旋翻堆机的螺旋长度；物料氧气消耗量0.5-0.7m³/H.m³物料；高温区最低65-75℃，5-7天。由于生活垃圾属于人类的消费产物，具有“可人类消化性”

其炭氮比非常适合发酵处理，所以不需刻意调整其炭氮比。

该工艺步骤中垃圾好氧发酵处理，脱除大量结合水；前期产生的渗透液回喷蒸发，实现处理过程零污水排放。垃圾分选物通过15-20天的生物处理；可以将垃圾中的水分去除70-75％，所有产生的渗透液，用于高温区间的直接回喷蒸发，整个过程无污水排放。高温时间长；能有效的杀灭病源性微生物；快速腐熟泔脚、动物类物质；无害化程度高。

自动补充氧气和调整水分；好氧发酵过程中CH4、H2S、HF等物质产生量小；尾汽指标较好。同时发酵CO2的产量也是常规方法的50％以下，能充分保证堆肥中有机质的含量。

采用双螺旋曝气翻堆机具有集翻堆、充氧、增湿为一体的功能性；所以整个过程可有效减少发酵时间；增加物料堆积厚度，从而实现单位面积处理能力为常规发酵的2-2.5倍。

物料发酵入池物料在升温前期产生的渗透液用泵泵回位于双螺旋翻堆机机架上自带的液体喷头进行喷淋，随着翻堆机的平面移动而被均匀泼洒与不断搅匀，随着大量水蒸气的蒸发而被带走。这样做具有两大目的：1、通过外加水达到平衡物料温度，保障大量酵素菌类的活性，以达到充分降解糖类及动物类物质的目的；2、通过此工序可以去除此类项目所配套的污水处理设施，极大降低成本及减少二次排放。

利用发电装置的余热回收产生的蒸汽热量进行热解原料的深度脱水，采用蒸汽换热式搅拌干燥机进行作业，既提高热效率又能达到回收热水的目的，实现良好的能量循环。

A-5.配料，将步骤A-1获得的热解原料1和将步骤A-4获得的热解原料2，进行按垃圾的平均典型成分含量标准计量配料获得热解原料。

该工序首先用项目实施地的原始垃圾中的合成有机物类(主要为：纸、塑料、布类、橡胶及包装类)和植物类有机物类的原始比列为参照，根据发酵结果进行二次数据核准(虽然植物类物质在发酵过程中的糖类及碳水化合物的损失极大，水分去除75％以上.但根据行业经验数据植物类的发酵完成与原始重量比为0.2-0.25∶1)以实现最终的配比设计。

A-6.热解原料烘干，将步骤A-5获得的热解原料，在所述垃圾处理系统中的采用高效蒸汽换热式搅拌烘干设备进行烘干处理，将步骤B获得的热解原料的水分降至5％以内，烘干设备使用的热源由所述垃圾处理系统中的燃气轮机发电的余热回收所产生的蒸汽，蒸汽冷凝后的热水回流到发电系统余热锅炉作为补水使用。

经该工艺步骤处理的热解原料，外形尺寸整齐、含量稳定不存在成分偏析，有力于加料及热解过程控制，无结焦死床现象，运行稳定可靠。充分去除水分有效降低热解活化能，其过程能耗比常规高水分直接热解减少60％以上；产汽成分稳定、热值高，经试验其热解汽热值可达普通天然气水平。由于充分去除水分及发酵过程对碳水化合物的降解与分离，其过程基本不产生煤焦油、木醋酸类液态物质，热解可燃气产汽率提高30％以上，热解汽含水及其他杂质低，无需二次分离可直接使用。排渣中(半焦)除了大量无机金属氧化物及泥土，外剩下45％以上的组分为纤维类固定碳，是进行纤维型活性炭生产的良好原料。针对现有技术热解汽回收手段缺乏、技术体系不完整、回收效益不明显的特点进行技术提升与应用，形成型的物料及能量循环与回收体系；将现有垃圾热解处理工艺的吨垃圾处理回收效益提高一倍以上。

B.垃圾分选物的热解及热解固体产物的产品化回收，在所述垃圾处理系统中的氮气保护微波加热式低温垃圾分选物热解及炭活化一体炉，对步骤A获得的热解原料，进行垃圾分选物热解及热解固体产物的产品化回收，得CO2及饱和蒸汽、人工煤气和活性碳粗制品。

上述工艺步骤根据垃圾的热解气具有“高不成、低不就”的特点；如果该热解汽直接作为管道煤气供应至家庭民用具有热值不足(管道煤气最低热值4000kcal/kg，而热解汽的热值普遍低于此值)；产气量有限、配套供气设施成本高的特点。不适合直接外卖。若作为工业用气其产量和接收条件限制很难实现。若加压灌装出售其配套装备和物流与市场运行费用较高。

根据热解气的物理化学性质：其热值及水分与酸性气体含量均超过国内低热值烟气燃气轮机的最低工况。参照胜利油田动力机械公司低热值燃气轮机的产品运行条件：气体热值＞900kcal/kg，水分＜15％；酸性气体含量低于2％。

参看附图1，基于此本发明将国内现有的低热值燃气轮机发电及高温尾气的热量回收技术“移植”到垃圾热解技术中将热解气直接作为燃气轮机的燃料利用进行发电处理，烟气余热用余热锅炉进行回收，副产蒸汽作为垃圾热解原料烘干热源，达到系统热效率＞80％，热电回收效率达到35％以上的目的。

所述垃圾处理系统中的氮气保护微波加热式低温垃圾分选物热解及炭活化一体炉，是采用了微波加热、密闭低温裂解的炭化、活化为一体，在炉体内设置有热解炉室、加工固体炭化物的破碎室、将固体炭化物进一步处理的热解炉。氮气保护微波加热式低温垃圾分选物热解及炭活化一体炉为中国专利申请号：200920130095.3公开的技术方案。

所述步骤A-3的好氧生物发酵处理中，发酵温度大于60℃，物料高温区的持续时间大于5天。

所述步骤A-3的好氧生物发酵处理中，采用集翻堆、充氧、增湿功能为一体的双螺旋曝气翻堆机，同步实现物料的转移与工艺调控。

其中附图1为本发明实施例为中国专利申请号：200920130095.3以垃圾分选物为原料制取煤气和/或活性炭的系统应用技术进行配套使用的工艺路线图。

本发明实施例以垃圾处理10顿/小时，配套2台1500KW.h燃气轮机发电装置主要技术经济指标列表。

系统碳平衡列表。

Claims

1.垃圾分选及热解处理的综合利用工艺方法，该工艺方法在由垃圾初级分选粉碎机、滚筒气流分选设备、发酵池、筛选设备、切碎设备、烘干设备、氮气保护微波加热式低温垃圾分选物热解及炭活化一体炉、燃气轮机和余热锅炉等组成的城市生活垃圾分选及热解处理系统中实现的，其特征在于：该工艺方法由以下步骤实现：

A.垃圾的分选及预处理：

第二类为高含水量的泥土和厨余等混合物；

第三类为高含水量的破布、鲜树枝和藤蔓等混合物；

2.根据权利要求1所述的垃圾分选及热解处理的综合利用工艺方法，其特征在于：所述垃圾处理系统中的垃圾分选物热解炉，是采用了微波加热、密闭低温裂解的炭化、活化为一体，在炉体内设置有热解炉室、加工固体炭化物的破碎室、将固体炭化物进一步处理的活化室的热解炉。

3.根据权利要求1所述的垃圾分选及热解处理的综合利用工艺方法，其特征在于：所述步骤A-3的好氧生物发酵处理中，发酵温度大于60C°，物料高温区的持续时间大于5天。

4.根据权利要求1所述的垃圾分选物的制备及热解处理的综合利用工艺方法，其特征在于：所述步骤A-3的好氧生物发酵处理中，采用具有集翻堆、充氧、增湿功能为一体的双螺旋曝气翻堆机。同步实现物料的转移与工艺调控。