CN101941017B - 智能型有机固废亚临界水资源化处理成套设备及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能型有机固废亚临界水资源化处理成套设备及系统，其特征在于通过以下的步骤实现：(1)加热装置的选定：通过智能控制方式选择蒸汽发生器和热媒体供热器作为主处理反应釜的供热装置达到节能目的；(2)全自动控制：通过全自动控制实现整套设备系统的就地控制和远程监视控制；(3)物料预处理：在预处理装置中将待处理的有机固废进行粉碎储存，并通过配料添加，输送到主处理反应釜中；(4)序批列式反应：利用智能化控制手段和并联的若干组主处理反应釜，实现各主处理反应釜投入、加温、保持和排出的序批列式工序设计。本发明实现全设备化、自动化，实现遥信、遥测、遥调和遥控功能，节能高效，布置紧凑、环保安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机固废的处理和再利用的方法和处理装置，特别涉及一种智能型有机固废亚临界水资源化处理成套设备及系统。
背景技术
亚临界水是指温度在180℃-350℃之间的压缩液态水。在亚临界水中的[H3O+]和[OH-]已接近弱酸或弱碱，因此自身具有酸催化与碱催化功能；亚临界水具有足够小的介电常数，具有能同时溶解有机物和无机物的特性；同时亚临界水还具有优良传质性能和绿色环保等优点。利用亚临界水技术可使垃圾中的纤维素类、淀粉类、高级脂肪酸类、以及部分塑料类物质等进行分解反应，使大分子物质转变为小分子类低级脂肪酸和低聚糖等其他有机产物，因此利用亚临界水进行废弃物再资源化方面拥有广阔的应用前景。
有机固废中含有大量的上述纤维素类、淀粉类、高级脂肪酸类的废弃物，并且还有难以降解的塑料类物质，将有机固废利用亚临界水处理，将其资源化处理再利用，符合当前的“低碳经济”发展。
然而该类技术目前存在着设备成套性差，供热系统难选择，批次处理量有限等问题。如中国专利申请号200710039019.7所述生活垃圾处理方法：其特征在于有机物高温高压水解水热氧化处理，包括将分选出的有机物经酸处理，预热。然后加热至150℃-200℃加压至8-12Mpa保压1.5-2小时，经膨化处理，干燥，破碎、筛分处理、制肥。该工艺需加酸进行酸化，对容器材料要求高；加热和加压系统分开，造成设备成本增加；且热处理效果差，造成反应时间长，处理量有限；工艺流程冗长，造成自动化程度低，不可控污染点多，以至工况恶劣。中国专利申请号200920050434.7所述装置特征中主要采用电加热熔融盐进行反应釜加热，该加热方式对于大型反应釜来说加热速率较慢，反应时间长，处理量有限。日本专利公开号2008-246300，2003-306825，2003-47409都记载有类似的垃圾处理装置，但都存在着加热时间长、成本高、自动化程度低、处理量有限的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种智能型有机固废亚临界水资源化处理成套设备及系统，通过智能化控制，可实现整套系统设备的远程监控和操作；根据实际生产及设备运行管理的要求，可实现系统的遥信、遥测、遥调、遥控的“四遥”控制；可实现若干组反应釜装置序批列式运行，提高供热设备热利用效率，提高系统处理效率，扩大处理规模，节能；可实现大范围温度和压力的调节，针对不同物料反应对温度和压力要求的不同，可增选热媒体供热器进行温度控制，提高加热速度，降低能耗成本。
本发明是通过以下的技术方案实现的：
一种智能型有机固废亚临界水资源化处理成套设备及系统，包括预处理装置、输送装置、主处理反应釜、供热装置、尾产物运输装置、尾产物处理装置、废气处理装置和智能化全自动控制装置，含有物料流程连接线路，供热和蒸汽连接线路和电器自动控制线路，所述物料流程连接线路：所述预处理装置、输送装置、主处理反应釜、尾产物运输装置和尾产物处理装置依次连接；所述供热和蒸汽连接线路：所述供热装置连接主处理反应釜，主处理反应釜连接废气处理装置；所述电器自动控制线路线路：所述智能化全自动控制装置含有智能化控制接口，分别连接预处理装置、输送装置、主处理反应釜、尾产物运输装置、尾气处理装置和废气处理装置。
所述主处理反应釜可以是若干个并联后，通过序批列式设计要求，连接入所述智能型有机固废亚临界水资源化处理成套设备及系统。智能化全自动控制装置设定供热装置选择和主处理反应釜的序批列工序及其他各设备装置的运行，同时采集设备关键数据进行安全监控，预处理和输送装置设置在主处理反应釜前对待处理物料进行初步的破碎和混合配料后进入主处理反应釜进行处理，主处理反应釜根据需要设置若干套进行有机固废亚临界水资源化处理，反应完成后由尾产物运输和处理装置完成筛分和干燥过程，而系统所产生的废气则由废气处理装置进行处置。
所述主处理反应釜外部设置热夹套，釜体上设置压力传感器、温度传感器、进料球阀执行器、进气球阀执行器、排气球阀执行器、排料球阀执行器。
所述供热装置包括蒸汽发生器和热媒体供热器，当待处理物料所需反应条件低于210℃、2MPa时，仅使用蒸汽发生器进行蒸汽供热；当待处理物料所需反应条件高于210℃、2MPa时，进行蒸汽发生器和热媒体供热器联合供热。
所述智能化全自动控制装置通过对所述进料球阀执行器和排料球阀执行器、进气球阀执行器和排气球阀执行器的控制使主处理反应釜中的反应形成序批列式反应；通过对压力传感器和温度传感器的控制使主处理反应釜中压力和温度保持正常，并做应急准备；通过智能化控制接口实现远程监视和控制需要。
一种智能型有机固废亚临界水资源化处理方法，通过以下的步骤实现：
(1)加热装置的选定：通过智能控制方式选择蒸汽发生器和热媒体供热器作为主处理反应釜的供热装置，以达到节能的目的；
(2)全自动控制：通过全自动控制实现整套设备系统的就地控制，包括设定主处理反应釜的安全压力和温度限值，设定主处理反应釜的序批列式反应运行工序，设定各设备和阀门执行器的联动控制工序，并通过智能化控制接口实现远程监视控制；
(3)物料预处理：在预处理装置中将待处理的有机固废进行粉碎储存，并通过配料添加，输送到主处理反应釜中；
(4)序批列式反应：利用智能化控制手段和并联的若干组主处理反应釜，实现各主处理反应釜投入、加温、保持和排出的序批列式工序设计，以达到提高生产率和扩大处理量的目的；
(5)尾产物处理：通过尾产物运输装置将反应完全的尾产物运离系统。
本发明的有益效果为：1、蒸汽发生器和热媒体供热器联用选择。可以处理多种成分的有机固废。加热时间短，节能高效。
2、序批列式反应釜工艺设计。通过智能化控制技术，能够保证在连续供热时，两组或多组反应釜交替序批列式运行。提高工作效率，提高处理量，同时也便于反应釜的日常维修检修工作。
3、能够实现系统的全智能化自动监控。改善处理场工作环境，体现设备的成套性、先进性。
4、亚临界水处理工艺。能够避免垃圾热处理中产生的“二噁英”，该工艺无废气、废水排放，处理系统环境安全性高。反应后生成肥料、燃料或饲料，实现垃圾的资源化利用。
5、系统实现全设备化。整体布置紧凑，占地面积少，处理场选址方便，适应性强，易形成产业化推广。
附图说明
图1是智能型有机固废亚临界水资源化处理系统的流程图
图2是以两个主处理反应釜为例的序批列反应流程图
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。
如图1，是智能型有机固废亚临界水资源化处理系统的流程图，在图1中，将本系统具体设备化，采用的各个设备组成完整的处理系统。所述的预处理装置包括破碎机1和储存箱2，输送装置采用螺旋输送机3，待处理物料进行合适配比后由破碎机1对待处理物料进行破碎并储存，根据反应处理需要，由螺旋输送机3进行物料输送。所述尾产物运输装置和尾产物处理装置，包括皮带输送机6和分筛机7，主处理反应釜反应后生产原料，通过分筛机7进行杂质筛除后，再经过自然干燥即可成料打包。所述废气处理装置包括除尘器8和除臭装置9，主处理反应釜处理完毕后，进行排气，通过除尘器8进行除尘和部分冷却，再通过除臭装置9处理后即可达标排放。
以下结合图1，将本系统具体工作流程详尽叙述如下。采用了两个主处理反应釜。
智能型有机固废亚临界水资源化处理系统主要设备包括破碎机1、储存箱2、螺旋输送机3、主处理反应釜4A和4B、反应釜热夹套5A和5B、皮带输送机6、筛分机7、除尘器8、除臭装置9、蒸汽发生器10、热媒体供热器11、智能化控制台12。其中主处理反应釜4A上主要控制的信号部件有压力传感器4A1、温度传感器4A2、进料球阀执行器4A3、进气球阀执行器4A4、排气球阀执行器4A5、排料球阀执行器4A6。主处理反应釜4B上附件同反应釜4A。
物料流程：其中物料和植废经过破碎机1破碎后进入储存箱2，根据反应处理需要待处理物料由螺旋输送器3输送到指定主处理反应釜4A或4B，物料通过反应釜进料球阀执行器4A3或4B3进入主处理反应釜，在主处理反应釜4A或4B中进行亚临界水处理，待处理过程完毕后，物料通过主处理反应釜排料球阀执行器4A6或4B6排出，通过皮带输送机6的收集输送，尾产物再通过筛分机7的筛分后成为合格原料，自然干燥后即可成为产品。
热能流程：该工艺为热反应，主要由蒸汽发生器10和热媒体供热器11进行供热。针对餐厨垃圾等在210℃，2MPa下即可反应完全的物料进行处理时，只需选用蒸汽发生器10即可。选用不同供热装置有两种情况，第一种情况，蒸汽发生器10和热媒体供热器11联用：在反应加热之初由蒸汽发生器10进行蒸汽供热，此时高温高压蒸汽由进气球阀执行器4A4或4B4控制进入主处理反应釜。等升温加压至温度120-200℃、压力0.198-1.55MPa时，进气球阀执行器4A4或4B4关闭，主处理反应釜热夹套5A或5B阀门打开，进行有机热载体加热，可使反应釜内升温加压至200-300℃、压力1.55-8.59MPa。在一定的反应值内维持温度和压力一段时间，待反应完全后热媒体供热器11停止供热。排气球阀执行器4A5或4B5打开，放气。气体进入除尘器8中进行除尘并初步冷却，最后通过除臭装置9进行除臭处理；第二种情况，仅选用蒸汽发生器10：由蒸汽发生器10进行供热，待主处理反应釜4A或4B内温度压强稳定后，再继续保持一段反应时间，具体由最初设定值为基准，待反应完全后进气球阀执行器4A4或4B4关闭，打开排气球阀执行器4A5或4B5进行放气。废气进入除尘器8中进行除尘并初步冷却，最后通过除臭装置9进行除臭处理。
自动控制流程：通过智能化控制台12对整体运行控制的编程安排，使得系统按照预定工序进行工作。反应釜压力传感器4A1、4B1和温度传感器4A2、4B2对智能话控制台12提供反馈信号对工艺进行信号控制，通过时间控制和逻辑控制对系统设备进行智能化控制。例如：进料阶段：由智能化控制台12控制破碎机1进行物料和配料破碎；物料经过破碎后进入储存箱2；智能化控制台12控制螺旋输送器3对主处理反应釜4A进行物料输送任务，同时智能控制台12控制进料球阀执行器4A3打开，主处理反应釜4A开启搅拌，主处理反应釜4A进入进料投入阶段；当主处理反应釜4A进料时间完毕后，智能控制台12关闭进料球阀执行器4A3，同时开启进料球阀执行器4B3，控制螺旋输送器3对反应釜4B进行物料输送任务，同4A投料控制，当两反应釜运行时停止螺旋输送器工作；加热控制：与此同时智能控制台12控制蒸汽发生器10进行蒸汽输送，打开进气球阀执行器4A4，关闭主处理反应釜4A的其他阀门以及进气球阀执行器4B4，对主处理反应釜4A进行供气；当供气一段时间后，压力传感器4A1和温度传感器4A2的探头信号触动第一加热阶段结束时，智能化控制台12控制主处理反应釜4A进入热媒加热的第二加热阶段，而反应釜4B进入蒸汽发生器加热的第一加热阶段；当反应釜4A的压力表探头4A1和温度探头4A2信号触动第二加热阶段结束时，智能化控制台12控制热媒体供热器11维持恒温，保持主处理反应釜4A的反应；而此时的主处理反应釜4B虽然已经达到了第一加热阶段最高温，但因热媒体供热器11在给主处理反应釜4A供热，因此主处理反应釜4B维持第一加热阶段加热，直至主处理反应釜4A进入排料阶段后，智能化控制台12才开始主处理反应釜4B的第二加热阶段。因此采用该智能化控制台可以根据实际需要进行特定条件和工序的设置。
上述方法可具体总结为：
(1)加热方式的选定：根据待处理的有机固废的种类不同，通过智能化全自动控制系统选择不同的加热方式。如反应需要条件低于210℃、2MPa，则安排蒸汽发生器进行蒸汽供热，如反应条件高于210℃、2MPa，则进行蒸汽发生器和热媒体供热器联合供热。具体加热过程为蒸汽发生器升温加压至120-200℃、压力为0.198-1.55MPa，然后进行200℃以上的高温有机热载体供热，使主处理反应釜内升温加压至200-300℃、压力为1.55-8.59MPa；
(2)全自动控制：通过全自动控制实现整套设备系统的就地控制，包括设定主处理反应釜的安全压力和温度限值，设定主处理反应釜的序批列式反应运行工序，设定各设备和阀门执行器的联动控制工序，并通过智能化控制接口实现远程监视控制；
(3)物料预处理：在预处理装置中将待处理的有机固废进行粉碎储存，并通过配料添加，输送到主处理反应釜中；
(4)序批列反应：利用控制手段和并联的若干组主处理反应釜，按不同的序批列反复进行投入、加温、保持和排出的亚临界水处理反应。包括加温和保持阶段，总反应时间为30-40min，待处理物料在该条件下发生水解、催化、氧化还原等反应，可以把纤维素类、淀粉类、高级脂肪酸类、部分塑料类物质等大分子物质转变为小分子类低级脂肪酸和低聚糖等其他有机产物。
(5)尾产物处理：通过尾产物运输装置将反应完全的尾产物运离系统。当反应完毕后，物料基本成为粉末状、颗粒状物质，进行排出。废气进入除尘器和除臭装置处理后排放，固体类物质筛分后进行自然干燥成产品。
为进一步理解本发明，以下为2台容积为3m3的反应釜智能型有机固废亚临界水资源化处理成套设备及系统的应用实例。
实施例1
利用2台3m3序批列式反应釜，由1台蒸汽发生器(规格蒸汽量2t、2MPa)进行供热，对5吨餐厨垃圾和6吨植物肥料进行处理。根据试验数据得出物料反应批次处理时间约为投入时间10min，加温时间10min，保持时间30min，排出时间10min。向智能化控制台12输入符合图2工序要求的控制程序；所有物料经破碎机1破碎后储存在储料箱2内约为13m3；智能化控制台12控制螺旋输送器3向主处理反应釜4A输送物料，约10min后加满；智能化控制台12控制蒸汽发生器10对主处理反应釜4A开始加温；约10min后，压力传感器4A1、温度传感器4A2到达指定值(1.8MPa，200℃)，智能化控制台指示进入保持阶段；此时智能化控制台控制在螺旋输送器3向反应釜4B进行投料；保持阶段维持30min后，智能化控制台控制进气球阀执行器4A4关闭，控制进气球阀执行器4B4打开，蒸汽发生器10对主处理反应釜4B开始加温供热；随后主处理反应釜4A的排气球阀执行器4A5打开，废气进入旋流除尘器8和除臭装置9进行处理；排气完毕后物料通过排料球阀执行器4A6排出，排气和排出时间约为10min；待主处理反应釜4B进入保持时间20min后，智能化控制台12对主处理反应釜4A继续开始之前动作，以此往复。在5个批次总时间约3小时40分钟时，所有处理物处理完毕，进入干燥单元。
处理后可得约4.8吨的尾产物，含水率约为25％。经过相关检测，其重金属含量低于国家限制性标准，无病菌，有机质含量高，富含氮、磷，是很好的有机肥。
Claims (5)
1.一种智能型有机固废亚临界水资源化处理成套设备及系统，包括预处理装置、输送装置、主处理反应釜、供热装置、尾产物运输装置、尾产物处理装置、废气处理装置和智能化全自动控制装置，其特征在于含有物料流程连接线路，供热和蒸汽连接线路和电器自动控制线路，
物料流程连接线路：所述预处理装置、输送装置、主处理反应釜、尾产物运输装置和尾产物处理装置依次连接；
供热和蒸汽连接线路：所述供热装置连接所述主处理反应釜，所述主处理反应釜连接所述废气处理装置；
电器自动控制线路：所述智能化全自动控制装置含有智能化控制接口，分别连接所述预处理装置、输送装置、主处理反应釜、尾产物运输装置、尾气处理装置和废气处理装置；
所述供热装置包括蒸汽发生器和热媒体供热器，当待处理物料所需反应条件低于210℃、2MPa时，仅使用所述蒸汽发生器进行蒸汽供热；当待处理物料所需反应条件高于210℃、2MPa时，所述蒸汽发生器和热媒体供热器进行联合供热。
2.如权利要求1所述的智能型有机固废亚临界水资源化处理成套设备及系统，其特征在于所述主处理反应釜采用若干组并联，通过序批列式设计要求，连接入所述智能型有机固废亚临界水资源化处理成套设备及系统。
3.如权利要求1所述的智能型有机固废亚临界水资源化处理成套设备及系统，其特征在于所述主处理反应釜的外部设置热夹套，且其釜体上设置压力传感器、温度传感器、进料球阀执行器、进气球阀执行器、排气球阀执行器、排料球阀执行器。
4.如权利要求3所述的智能型有机固废亚临界水资源化处理成套设备及系统，其特征在于所述智能化全自动控制装置通过对所述进料球阀执行器和排料球阀执行器、进气球阀执行器和排气球阀执行器的控制使所述主处理反应釜中的反应形成序批列式反应；通过对所述压力传感器和温度传感器的控制使所述主处理反应釜中压力和温度保持正常，并做应急准备；通过智能化控制接口实现远程监视和控制需要。
5.一种智能型有机固废亚临界水资源化处理方法，其特征在于通过以下的步骤实现：
（1）加热装置的选定：通过智能控制方式选择蒸汽发生器和热媒体供热器作为主处理反应釜的供热装置；
（2）全自动控制：通过全自动控制实现整套设备系统的就地控制，包括设定主处理反应釜的安全压力和温度限值，设定主处理反应釜的序批列式反应运行工序，设定各设备和阀门执行器的联动控制工序，并通过智能化控制接口实现远程监视控制；
（3）物料预处理：在预处理装置中将待处理的有机固废进行粉碎储存，并通过配料添加，输送到主处理反应釜中；
（4）序批列式反应：利用智能化控制手段和并联的若干组主处理反应釜，实现各主处理反应釜投入、加温、保持和排出的序批列式工序设计；
（5）尾产物处理：通过尾产物运输装置将尾产物运离系统。
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