CN101811129B - 一种立式垃圾连续微波加热低温裂解炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种城市生活垃圾连续式还原性气氛微波加热低温裂解炉结构。达到提高裂解效率，提升垃圾裂解回收物的资源化利用水平，处理过程无害化的目的。低温裂解炉由设置在主机机体部分中的主机筒上的进料及垃圾气体置换机构、垃圾预热及裂解汽输出仓、垃圾水分蒸发及升温仓、垃圾主裂解仓、裂解物料碳化仓、碳化物料收集仓和碳化物料收集机构构成。本发明的有益效果是，连续处理垃圾，能量消耗少，粉尘排放量最低，特别是解决了NOx及二噁英产生的风险。基本达到NOx及二噁英产生的零排放。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域中的城市生活垃圾处理，特别是涉及一种城市生活垃圾连续式还原性气氛微波加热低温裂解炉结构。
背景技术：
1.垃圾裂解技术现状：
国内外现有的垃圾处理技术主要有填埋法、堆肥法、焚烧法几种工艺，由于其每种技术均存在一定的适用局限性二次污染的风险，加之其处理过程的资源回收率相对不完善造成其回收效益不明显。垃圾裂解技术由于其资源化水平高，二次污染小的特点成为垃圾处理技术的主要发展方向之一。
现有的垃圾裂解技术主要存在以下几方面问题：
(1)工业化城市生活垃圾裂解装置均采用“外热式”加热方法，其过程的能耗较高。
(2)由于外热式垃圾裂解其操作温度600-1000℃，其裂解环境不能实现较高的还原性气氛条件，均存在NOx及二噁英的污染风险。
(3)由于是外热式加热其裂解产物的利用性差，资源化水平低，回收效益不明显。
2.微波加热的优势：
微波加热的“致热效应”：
其能量通过空间或媒介以电磁波的形式传递，可实现分子水平上的搅拌，达到均匀加热的目的，因此微波加热又称为无温度梯度的“体加热”。
微波加热的“非致热效应”
微波频率与分子转动频率相近，微波电磁作用会影响反应分子中未成对电子的自旋方式和氢键缔合度，并能够通过在分子中储存微波能量以改变分子间微观排列及相互作用等方式来影响化学反应的宏观焓或熵效应，从而降低反应活化能，改变反应动力学。从而达到改变反应历程、降低反应活化能、加快反应速度、提高平衡转化率、减少副产物、改变立体选择性等效应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种立式垃圾连续微波加热低温裂解炉结构。达到提高裂解效率，提升垃圾裂解回收物的资源化利用水平，处理过程无害化的目的。
本发明实现发明目的采用的技术方案是，一种立式垃圾连续微波加热低温裂解炉，
(1)、低温裂解炉由：进料及垃圾气体置换机构、垃圾预热及裂解汽输出仓、垃圾水分蒸发及升温仓、垃圾主裂解仓、裂解物料碳化仓、碳化物料收集仓、碳化物料收集机构和主机机体部分构成。
(2)、主机机体部分包括：主机筒、动力主轴、主轴动力轮、主轴动力电机和机架构成。
主机筒上端为带锥形进料口的圆形筒状，主机筒上下两端为密封结构，动力主轴由轴承支撑设置在主机筒的中心，动力主轴经主轴动力轮与主轴动力电机构成传动连接，主机筒和主轴动力电机同时固定在机架(H5)上。
主机筒上端面上，分别设置可控的裂解汽出口(H6)和还原气出口(H7)，主机筒下端设置有还原气进口。
主机筒内设置有第一隔板，第二隔板，第三隔板和第四隔板，第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板分别将主机筒内分割成，垃圾预热及裂解汽输出仓B、垃圾水分蒸发及升温仓C、垃圾主裂解仓D、裂解物料碳化仓E，主机筒外壁上，设置多组微波发射源，每组微波发射源按主机筒径向断面为一组，每组微波发射源分别与垃圾预热及裂解汽输出仓B、垃圾水分蒸发及升温仓C、垃圾主裂解仓D、裂解物料碳化仓E对应。
第一隔板中心与动力主轴或第一隔板外圆与主机筒内壁之间留有过料间隙，所述的第二隔板中心与动力主轴或第二隔板外圆与主机筒内壁之间留有过料间隙，所述的第三隔板中心与动力主轴或第三隔板外圆与主机筒内壁之间留有过料间隙，所述的第四隔板中心与动力主轴或第四隔板外圆与主机筒内壁之间留有过料间隙。
动力主轴分别在垃圾预热及裂解汽输出仓B、垃圾水分蒸发及升温仓C、垃圾主裂解仓D、裂解物料碳化仓E对应轴线位置上，固定设置一组推料杆，推料杆上设置一组推料刮板。
(3)、所述的进料及垃圾气体置换机构A包括：一级进料器和气体置换仓，一级进料器与气体置换仓，气体置换仓经所述的主机筒上端面与主机筒内腔连通，在一级进料器和气体置换仓上，分别设置有进料还原气出口和进料还原气进口。
(4)、第四隔板与主机筒底面之间在主机筒内构成碳化物料收集仓F。
(5)、碳化物料收集机构G包括：收料斗和出料机，收料斗一端经主机筒底面与碳化物料收集仓F连通，另一端与出料机连通。
本发明的有益效果是：
1、设计合理新颖的结构，实现垃圾还原性气氛微波加热低温裂解过程的连续性。
由于垃圾还原性气氛微波加热低温裂解对于热解过程中的氧含量低于1％的技术要求，所以必须对物料和系统用氮气或二氧化碳气体等还原性气体进行吹扫，去除氧气。所以一般装置很难实现连续作业。
本发明采用立式密闭结构形成主裂解室，保障系统气密性，可以实现反应过程的氧含量控制。同时为考虑物料中的氧气置换问题，本发明的进料采用两级高密闭性星形给料机作为给料机构，给料机的中间设有气体置换仓，实现进料的连续和可靠的氧气置换。
裂解残渣的输出采用气密式管式螺旋出渣，保证了出渣的连续性和系统气密性。
2、设计合理的物料流动及分布机构，保障装置运行的稳定性可靠性。
本发明的裂解仓根据反应过程的需要，通过设置物料隔板将实现物料预热、水分去除、主裂解、深度炭化四个过程在同一机构中分段完成。物料的布料、表面翻新、出料控制由同轴传动，不同结构形式的挂料板来实现。为适应不同的工况可以通过调整主轴的转速来实现。
3、根据不同阶段的反应特点设置不同的微波加热功率装置
垃圾的预热段处于顶部，其与由底部上升的高温热解气充分接触而实现换热，该过程充分利用余热，不需另加热量所以不设置微波加热装置。
当物料温度不断上升，随着水分的蒸发而带走部分热量，物料温度下降需另加热源进行能量补充，所以在水分蒸发段设置低强度微波辐射装置。以保证物料的充分去除水分和持续升温。
主裂解段物料的能量需求值达到顶峰，其加热速度直接影响反应进程和生成物的特性。所以需强微波辐射，所以该阶段采用大功率强辐射波源作为加热装置。
为保证垃圾中的挥发成份能充分析出，得到优质的固定碳成分，在主裂解过程反应完成后还需对物料进行持续加热，以保证挥发成份充分析出，但由于物料本身温度高，所以能量需求量小只需小功率微波辐射。
4、合理布局磁控管，提高波源的使用寿命提高加热效率
为杜绝圆周分布的磁控管发射的微波的相互干涉、重叠、抵损现象发生，所有磁控管在圆周的分布均采用五星形排列分布。
5、气流曲线上升，并与新近原料充分接触粘付，裂解汽粉尘含量低
由于主裂解段在中部，物料进料在顶部，加之独特的大小乘料盘结构，使热解汽在迂回上升过程中大量的粗粉尘被隔板阻挡，细粉尘又与顶部的块状模化垃圾粘附，所以裂解汽的粉尘排放量最低。
6、由于垃圾的前期进行除氯处理和本发明在垃圾处理过程中，远离NOx及二噁英生产条件，基本达到NOx及二噁英产生的零排放。
下面结合附图对本分发明进行详细描述。
附图说明
附图1为本发明剖面结构示意图。
附图2为附图1a-a剖面示意图。
附图3为附图1b-b剖面示意图。
附图4为微波发射源H12设置位置示意图。
附图中，A进料及垃圾气体置换机构，B垃圾预热及裂解汽输出仓，C垃圾水分蒸发及升温仓，D垃圾主裂解仓，E裂解物料碳化仓，F碳化物料收集仓，G碳化物料收集机构，H主机机体部分。
H1主机筒，H2动力主轴，H3主轴动力轮，H4主轴动力电机，H5机架，H6裂解汽出口，H7还原气出口，H8第一隔板，H9第二隔板，H10第三隔板，H11第四隔板，H12微波发射源，H13还原气进口，H14推料杆，H15推料刮板，H16保温层，H17微波透射窗，H18微波屏蔽装置，H19碳化物收集刮板。
A1一级进料器，A2气体置换仓，A3进料还原气出口，A4进料还原气进口，A5二级进料器。
具体实施方式
参看附图，一种立式垃圾连续微波加热低温裂解炉，低温裂解炉由：进料及垃圾气体置换机构A、垃圾预热及裂解汽输出仓B、垃圾水分蒸发及升温仓C、垃圾主裂解仓D、裂解物料碳化仓E、碳化物料收集仓F、碳化物料收集机构G和主机机体部分H构成。
所述的主机机体部分H包括：主机筒H1、动力主轴H2、主轴动力轮H3、主轴动力电机H4和机架H5构成，所述的主机筒H1上端为带锥形进料口的圆形筒状，主机筒H1上下两端为密封结构，动力主轴H2由轴承支撑设置在主机筒H1的中心，动力主轴H2经主轴动力轮H3与主轴动力电机H4构成传动连接，主机筒H1和主轴动力电机H4同时固定在机架H5上，主机筒H1上端面上，分别设置可控的裂解汽出口H6和还原气出口H7，主机筒H1下端设置有还原气进口H13，主机筒H1内设置有第一隔板H8，第二隔板H9，第三隔板H10和第四隔板H11，第一隔板H8、第二隔板H9、第三隔板H10和第四隔板H11分别将主机筒H1内分割成，垃圾预热及裂解汽输出仓B、垃圾水分蒸发及升温仓C、垃圾主裂解仓D、裂解物料碳化仓E，主机筒H1外壁上，设置多组微波发射源H12，每组微波发射源H12按主机筒H1径向断面为一组，每组微波发射源H12分别与垃圾预热及裂解汽输出仓B、垃圾水分蒸发及升温仓C、垃圾主裂解仓D、裂解物料碳化仓E对应。
所述的第一隔板H8中心与动力主轴H2或第一隔板H8外圆与主机筒H1内壁之间留有过料间隙，所述的第二隔板H9中心与动力主轴H2或第二隔板H9外圆与主机筒H1内壁之间留有过料间隙，所述的第三隔板H10中心与动力主轴H2或第三隔板H10外圆与主机筒H1内壁之间留有过料间隙，所述的第四隔板H11中心与动力主轴H2或第四隔板H11外圆与主机筒H1内壁之间留有过料间隙。
所述的动力主轴H2分别在垃圾预热及裂解汽输出仓B、垃圾水分蒸发及升温仓C、垃圾主裂解仓D、裂解物料碳化仓E对应轴线位置上，固定设置一组推料杆H14，推料杆H14上设置一组推料刮板H15。
所述的进料及垃圾气体置换机构A包括：一级进料器A1和气体置换仓A2，一级进料器A1与气体置换仓A2，气体置换仓A2经所述的主机筒H1上端面与主机筒H1内腔连通，在一级进料器A1和气体置换仓A2上，分别设置有进料还原气出口A3和进料还原气进口A4。
所述的第四隔板H11与主机筒H1底面之间在主机筒H1内构成碳化物料收集仓F。
所述的碳化物料收集机构G包括：收料斗G1和出料机G2，收料斗G1一端经主机筒H1底面与碳化物料收集仓F连通，另一端与出料机G2连通。
立式垃圾连续微波加热低温裂解炉在使用时，首先还原气进口H13向主机筒H1内进气，本发明可使用氮气或二氧化碳气体等还原性气体，对主机筒H1内氧气置换，使主机筒H1内处于无氧气状态，达到氧气含量低于1％的技术要求，氧气和部分还原气经H7还原气出口排出，关闭还原气经H7完成使用前主机筒H1内氧气的吹扫。
前处理后的垃圾物料进入经一级进料器A1进入气体置换仓A2，垃圾物料在气体置换仓A2由进料还原气出口和进料还原气进口A4，进行还原气对垃圾物料中氧气的吹扫，氧气的吹扫后的垃圾物料进入主机筒H1内的垃圾预热及裂解汽输出仓B，由于裂解炉在使用时底部具有一定温度，底部温度对垃圾预热及裂解汽输出仓B的垃圾物料进行预热，达到能源利用的目的。
随着动力主轴H2经主轴动力轮H3由主轴动力电机H4带动的旋转，动力主轴H2通过推料杆H14和推料刮板H15将预热后的垃圾物料送入垃圾水分蒸发及升温仓C，垃圾水分蒸发及升温仓C的能量来源为在主机筒H1外壁上与该仓对应设置的一组微波发射源H12。
垃圾物料经垃圾水分蒸发及升温仓C水分蒸发和升温后，动力主轴H2通过垃圾水分蒸发及升温仓C内的推料杆和推料刮板将垃圾物料送入垃圾主裂解仓D，垃圾主裂解仓D的能量来源为在主机筒H1外壁上与该仓对应设置的一组微波发射源H12。
垃圾物料经垃圾主裂解仓D处理后产生的裂解物料，动力主轴H2通过垃圾主裂解仓D内的推料杆和推料刮板将垃圾物料送入裂解物料碳化仓E。
垃圾物料经裂解物料碳化仓E碳化处理后，动力主轴H2通过裂解物料碳化仓E内的推料杆和推料刮板碳化后的裂解物料送入碳化物料收集仓F，并经收料斗G1和出料机G2输出收集利用。
裂解物料碳化仓E的能量来源为在主机筒H1外壁上与该仓对应设置的一组微波发射源H12。
立式垃圾连续微波加热低温裂解炉在使用时，垃圾预热及裂解汽输出仓B、垃圾水分蒸发及升温仓C、垃圾主裂解仓D、裂解物料碳化仓E产生的混合蒸汽经裂解汽出口H6排除主机筒H1并被裂解汽处理系统收集利用。
本发明实施例为降低能耗，所述的主机筒H1外壁上，设置用于主机筒H1保温的保温层H16。
本发明实施例在所述的主机筒H1外壁上设置微波发射源H12的位置，设置有微波透射窗H17和微波屏蔽装置H18，以减少微波损耗，达到充分利用微波能量的目的，微波透射窗H17可采用石英玻璃材料。
本发明实施例为充分利用微波对垃圾物料的照射加热及垃圾物料接受微波均匀，所述的第一隔板H8中心与动力主轴H2之间留有过料间隙，所述的第二隔板H9外圆与主机筒H1内壁之间留有过料间隙，所述的第三隔板H10中心与动力主轴(H2)之间留有过料间隙，第四隔板H11外圆与主机筒H1内壁之间留有过料间隙，垃圾物料在各仓移动的过程中实现均匀搅拌和反转。
同理，本发明实施例也可采用，所述的第一隔板H8外圆与主机筒H1内壁之间留有过料间隙，所述的第二隔板H9中心与动力主轴H2之间留有过料间隙，所述的第三隔板H10外圆与主机筒H1内壁之间留有过料间隙，第四隔板H11中心动力主轴H2之间留有过料间隙。
本发明实施例中，所述的出料机G2为气密式螺旋出料机。保证了出渣的连续性和系统气密性。
本发明实施例为使进料及垃圾气体置换机构A进料顺畅及保证气体置换效果，所述的进料及垃圾气体置换机构A设置有二级进料器A5，气体置换仓A2与二级进料器A5连通，二级进料器A5与主机筒H1上端面与主机筒H1内腔连通。
本发明实施例为保证每组微波发射源H12之间不发生干涉，减少微波发射源H12的损毁，所述的主机筒H1外壁上，每组微波发射源H12按主机筒H1径向断面为一组，每组微波发射源H12设置5个，在同一圆周上呈均布的相互之间不在同一径线上的五星形排列设置。
本发明实施例为保证碳化物料收集仓F内碳化物顺利进入收料斗G1，碳化物不残留在碳化物料收集仓F内，所述的碳化物料收集仓F内设置有与动力主轴H2连接的碳化物收集刮板H19。
Claims (7)
1.一种立式垃圾连续微波加热低温裂解炉，其特征在于：
(1)、所述的低温裂解炉由：进料及垃圾气体置换机构(A)、垃圾预热及裂解汽输出仓(B)、垃圾水分蒸发及升温仓(C)、垃圾主裂解仓(D)、裂解物料碳化仓(E)、碳化物料收集仓(F)、碳化物料收集机构(G)和主机机体部分(H)构成：
(2)、所述的主机机体部分(H)由：主机筒(H1)、动力主轴(H2)、主轴动力轮(H3)、主轴动力电机(H4)和机架(H5)构成；
所述的主机筒(H1)上端为带锥形进料口的圆形筒状，主机筒(H1)上下两端为密封结构，动力主轴(H2)由轴承支撑设置在主机筒(H1)的中心，动力主轴(H2)经主轴动力轮(H3)与主轴动力电机(H4)构成传动连接，主机筒(H1)和主轴动力电机(H4)同时固定在机架(H5)上；
所述的主机筒(H1)上端面上，分别设置可控的裂解汽出口(H6)和还原气出口(H7)，主机筒(H1)下端设置有还原气进口(H13)；
所述的主机筒(H1)内设置有第一隔板(H8)，第二隔板(H9)，第三隔板(H10)和第四隔板(H11)，第一隔板(H8)、第二隔板(H9)、第三隔板(H10)和第四隔板(H11)分别将主机筒(H1)内分割成：垃圾预热及裂解汽输出仓(B)、垃圾水分蒸发及升温仓(C)、垃圾主裂解仓(D)、裂解物料碳化仓(E)，主机筒(H1)外壁上，设置多组微波发射源(H12)，每组微波发射源(H12)按主机筒(H1)径向断面为一组，每组微波发射源(H12)分别与垃圾预热及裂解汽输出仓(B)、垃圾水分蒸发及升温仓(C)、 垃圾主裂解仓(D)、裂解物料碳化仓(E)对应；
所述的第一隔板(H8)中心与动力主轴(H2)或第一隔板(H8)外圆与主机筒(H1)内壁之间留有过料间隙，所述的第二隔板(H9)中心与动力主轴(H2)或第二隔板(H9)外圆与主机筒(H1)内壁之间留有过料间隙，所述的第三隔板(H10)中心与动力主轴(H2)或第三隔板(H10)外圆与主机筒(H1)内壁之间留有过料间隙，所述的第四隔板(H11)中心与动力主轴(H2)或第四隔板(H11)外圆与主机筒(H1)内壁之间留有过料间隙；
所述的动力主轴(H2)分别在垃圾预热及裂解汽输出仓(B)、垃圾水分蒸发及升温仓(C)、垃圾主裂解仓(D)、裂解物料碳化仓(E)对应轴线位置上，固定设置一组推料杆(H14)，推料杆(H14)上设置一组推料刮板(H15)；
(3)、所述的进料及垃圾气体置换机构(A)包括：一级进料器(A1)和气体置换仓(A2)，一级进料器(A1)与气体置换仓(A2)连通，气体置换仓(A2)经所述的主机筒(H1)上端面与主机筒(H1)内腔连通，在一级进料器(A1)和气体置换仓(A2)上，分别设置有进料还原气出口(A3)和进料还原气进口(A4)；
(4)、所述的第四隔板(H11)与主机筒(H1)底面之间在主机筒(H1)内构成碳化物料收集仓(F)；
(5)、碳化物料收集机构(G)包括：收料斗(G1)和出料机(G2)，收料斗(G1)一端经主机筒(H1)底面与碳化物料收集仓(F)连通，另一端与出料机(G2)连通。
2.根据权利要求1所述的一种立式垃圾连续微波加热低温裂解炉，其特征在于：所述的主机筒(H1)外壁上，设置用于主机筒(H1)保温的保温层(H16)。
3.根据权利要求1或2所述的一种立式垃圾连续微波加热低温裂解炉，其特征在于：所述的主机筒(H1)外壁上设置微波发射源(H12)的位置，设置有微波透射窗(H17)和微波屏蔽装置(H18)。
4.根据权利要求1或2所述的一种立式垃圾连续微波加热低温裂解炉，其特征在于：所述的出料机(G2)为气密式螺旋出料机。
5.根据权利要求1或2所述的一种立式垃圾连续微波加热低温裂解炉，其特征在于：所述的进料及垃圾气体置换机构(A)设置有二级进料器(A5)，气体置换仓(A2)与二级进料器(A5)连通，二级进料器(A5)在主机筒(H1)上端面与主机筒(H1)内腔连通。
6.根据权利要求1或2所述的一种立式垃圾连续微波加热低温裂解炉，其特征在于：所述的主机筒(H1)外壁上，每组微波发射源(H12)按主机筒(H1)径向断面为一组，每组微波发射源(H12)设置5个，在同一圆周上呈均布的相互之间不在同一径线上的五星形排列设置。
7.根据权利要求1或2所述的一种立式垃圾连续微波加热低温裂解炉，其特征在于：所述的碳化物料收集仓(F)内设置有与动力主轴(H2)连接的碳化物收集刮板(H19)。
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- 2009-12-11 CN CN2009101887986A patent/CN101811129B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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