CN102537973A - 一种固废热解处理的新工艺 - Google Patents

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陈德珍
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Abstract

本发明公开了一种固废热解方法处理的新工艺。现有热解技术较难处理热值低、含湿量高固体废弃物，不能做到完全无害化、减量化、资源化。本发明中固体废弃物经粉碎系统粉碎均匀送干化系统干燥，后在热解系统热解，热解产物通过再燃系统供热解系统所需能量，高温烟气进入余热锅炉，产生高于100℃饱和蒸汽。水蒸气经蒸汽-空气换热器进行热交换，常温空气升温后被送入空气-烟气换热器与余热锅炉输出烟气热交换，热空气送入热解系统，余热锅炉烟气经尾气处理系统完成燃烧烟气冷却、脱酸和除尘过程。除臭系统接受臭水蒸气冷凝后不凝性气体，对其进行最终处理后排放。本发明充分利用高水分固体废弃物余热价值，不受其种类限制，节省能源和运行费用。

Description

一种固废热解处理的新工艺
技术领域
本发明属于能源环保技术领域，涉及一种固废热解处理的新工艺。
背景技术
固体废弃物处理的目标是无害化、减量化、资源化。固体废物是“三废”中最难处置的一种，因为它含有的成份相当复杂，其物理性状（体积、流动性、均匀性、粉碎程度、水份、热值等）也千变万化，要利用单一技术实现上述“无害化、减量化、资源化”的目标比较困难，目前主要采用的方法包括焚烧、生物处理、热解、填埋等。以上方法中，热解是最有前途的一种技术。但是，热解对处理的废物的水分含量有严格要求，难以对低热值废物实施。而低热值废物如污泥、生物垃圾有很大热解的需求，如何解决这些高含水、低热值的固废的低成本、低能耗热解工艺问题成为本领域技术人员亟待解决的难题。
发明内容
本发明是针对现有高含水、低热值的固废的热解处理存在的能耗大或者能耗不足的问题，特别是针对比较难处理处置的污泥、餐厨固废等处理效率低、工艺不完善、易产生二次污染问题，提出的一项热解处理新工艺。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为:
一种固废热解处理的新工艺，该工艺涉及物料接收及输送系统、粉碎系统、干化系统、热解系统、再燃系统、余热利用系统、尾气处理系统和除臭系统，所述的余热利用系统包括余热锅炉，蒸汽-空气换热器，空气-烟气换热器和热水发生器。
固体废弃物通过接收及输送系统送至粉碎系统粉碎均匀后，含水率大于80%的固体废弃物通过干化系统干燥，当含水率降至25-30%后进入热解系统进行热解，热解产生的油、气通过再燃系统燃烧供热解系统所需能量，再燃系统燃烧产生的温度大于1000℃的高温烟气进入余热锅炉，产生温度大于120℃以上饱和蒸汽，该蒸汽送往干化系统用于干燥含水固体废弃物，蒸汽通过干化系统后温度下降，送出渣管对高温残渣进行冷却，然后蒸汽冷凝后返回余热锅炉。
干化系统被蒸出的水蒸气经过蒸汽-空气换热器进行热交换，该水蒸气在热水发生器中可将常温水加热至60-70℃，热水作为宾馆、家庭等洗浴用水供应，而常温空气在蒸汽-空气换热器经过热交换后，温度升高到80℃以上，升温后被送入空气-烟气换热器与余热锅炉输出的烟气进行热交换，经过空气-烟气热交换器的热交换过程，烟气温度降低，热空气温度进一步上升，热空气送入热解系统供热解产物挥发份燃烧，余热锅炉烟气可通过尾气处理系统完成燃烧烟气的冷却、脱酸和除尘过程。除臭系统接受从热水发生器输入的来自干化系统的臭水蒸气，对其进行最终处理后排放。
所述的粉碎系统是针对类似生活垃圾等形态、体积不均匀的固体废弃物专门设置，同时也是附加的生物质燃料的粉碎处理系统，目的是将固体废弃物粉碎成几乎均质状态便于后续处理。
所述的干化系统是将固体废弃物种所含水分进行烘干，水分的含量对热解工艺耗能、工程造价有较大的影响，此干化系统的设置尤为重要。
所述的尾气处理系统中采用消石灰，吸收剂装置设置在喷淋冷却塔中，经脱酸后的烟气再进入除臭系统，然后经引风机、烟囱排入大气，整个烟气流程为负压。
所述的除臭系统是将固体废弃物干燥蒸发出来的含湿量很高的臭气在引风机的引力作用下，通过蒸汽-空气换热器换热，接着臭气进入间接加热的热水发生器将常温水加热，最后臭气进入除臭系统；烟气产生的臭气也可通过氧化作用，使臭气降低，该除臭系统可采用等离子体机，通过脉冲放电的高氧化力、臭氧和自由基来除臭和除去二噁英。
本发明的有益效果为：
（1）相比目前存在的针对单一固废进行热解处理的反应装置，本工艺在热解反应器前增加一粉碎筛选混料系统，热解反应基本不受固体废弃物种类限制。
（2）余热利用系统中余热锅炉接受热解系统释放的高温烟气，产生饱和蒸汽，该蒸汽送往干化系统，将含水率较高（含水率可达80%左右或者以上）的固体废弃物进行干燥，从固体废弃物蒸发出得水分可将常温水加热至60-70℃，该资源可以作为宾馆、家庭等洗浴用水供应。合理的干燥温度设计使产生的二次水汽具有余热利用价值，这是以往的工艺所不具有的特点。
（3）节省能源，节约运行费用。高温热解所需的热量可以由固废挥发份燃烧所提供，减少或者避免了对外部热源的消耗；当热值过低时采用掺混秸秆的方式补充能源，避免对油、气、煤等高档商品能源的消耗；亦可通过在热解前加入价廉的生物质废料来适应低热值固废处理要求，在有用户时可以将产生的热水外供，充分补偿过程的运行费用，节约投资。
（4）热解产物处理步骤简单。与固废气化后发电等资源化方式相比，该热解系统大大减轻了对气体净化的要求，节省了气体的净化环节，节省了气体的净化费用；与固废裂解获得以油制品为目的产品的工艺相比，简化了对油的分离和精炼步骤，节省了相应的设备投资。
（5）环境效果好，所有步骤均没有对环境排放有害物质，于现有单独焚烧的技术相比，避免了二次污染的危险。
（6）系统的巧妙设计使得对低位热值很低的污泥的碳化处置成为可能，克服了以往报道的污泥裂解处置工艺只能针对高热值废物的局限。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明做进一步详细说明：
固体废弃物热解处理技术是为固废的无害化、减量化、资源化处置，并制作高附加值的能源产品而进行开发的工艺和设备。
实施例1，深脱水后含水率67%的污泥：
因污泥形态比较均匀，并不需做前期的粉碎处理。将10吨含水率为67%的污水污泥通过物料接收及输送系统（1）进入污泥干化系统（3）（空心旋盘、空心桨叶干燥机）进行干化，将污泥的含水率降低至25-30%，重约4.4-4.71吨。含水25-30%的干化污泥进入污泥热解系统（4）（主体设备为热解炉）进行热解处理，得到约1.772吨的有机炭产品（灰分含量较高），该颗粒可用于城市绿化林木建设，热解产生的油、气（挥发份）通过再燃系统（5）燃烧供热解系统（4）所需能量。再燃系统（5）燃烧产生的大于1000℃的高温烟气进入余热锅炉（6-1），产生大于120℃以上饱和蒸汽，该蒸汽送往干化系统（3）用于干燥污泥，蒸汽通过干化系统（3）后，温度下降，送出碳管对热解系统（4）产生的高温残渣进行冷却，冷凝水最后回用于余热锅炉（6-1）。
在整个处理过程中，污泥干化蒸发出来的含湿量很高的臭气在引风机的引力作用下，通过蒸汽-空气换热器（6-2）换热，接着臭气进入间接加热的热水发生器（6-4）将常温水加热至60-70℃，最后臭气进入除臭系统（8），而常温空气在蒸汽-空气换热器（6-2）热交换后，被送入空气-烟气换热器（二级空气预热器）（6-3）与余热锅炉（6-1）输出的烟气进行热交换，经过空气-烟气换热器（6-3）的热交换过程，烟气温度降低，热空气温度进一步上升，热空气送入热解系统（4）供热解产物挥发份燃烧，余热锅炉烟气可通过尾气处理系统（7）完成燃烧烟气的冷却、脱酸和除尘过程。经尾气处理系统（7）处理的烟气最后通过除臭系统（8）进行最终处理后达标排放。
除臭系统（8）可采用高压脉冲等离子体机，通过脉冲放电的高氧化力、臭氧和自由基来除臭和除去二噁英。与现有技术相比，本工艺的显著进步之处在于1）通过回收废蒸汽的余热加热空气协助供能平衡，节省柴油、液化气等燃料费用；2）利用臭蒸汽生产热水供电站、宾馆使用，最大限度地节约能量；3）对已经冷凝后的臭蒸汽中的不凝性气体进行除臭，大大减轻除臭负担，并且可以利用等离子体等小气流、高效率的除臭技术，经济、方便、高效。
 
实施例2：含水率80%的污泥
将10吨含水率为80%的污水污泥通过物料接收及输送系统（1）进入污泥干化系统（3）（间壁式污泥干燥机均可实施）进行干化，将污泥的含水率降低至25-30%，重约2.67-2.85 吨。含水25-30%的干化污泥进入污泥热解系统（4）（主体设备为热解炉）进行热解处理，与此同时启动粉碎系统（2）破碎800kg秸秆，破碎利用单独的给料装置送入到热解系统（4），热解系统（4）约1.324吨的有机炭产品，该有机炭产品可用于城市绿化林木建设，热解产生的油、气（挥发份）通过再燃系统（5）燃烧供热解系统（4）所需能量。再燃系统（5）燃烧产生的大于1000℃的高温烟气进入余热锅炉（6-1），产生大于120℃以上饱和蒸汽，该蒸汽送往干化系统（3）用于干燥污泥，蒸汽通过干化系统（3）后，温度下降，送出碳管对热解系统（4）产生的高温残渣进行冷却，冷凝水最后回用于余热锅炉（6-1）。
在整个处理过程中，污泥干化蒸发出来的含湿量很高的臭气在引风机的引力作用下，通过蒸汽-空气换热器（6-2）换热，接着臭气进入间接加热的热水发生器（6-4）将常温水加热至60-70℃，最后臭气进入除臭系统（8），而常温空气在蒸汽-空气换热器（6-2）热交换后，被送入空气-烟气换热器（二级空气预热器）（6-3）与余热锅炉（6-1）输出的烟气进行热交换，经过空气-烟气换热器（6-3）的热交换过程，烟气温度降低，热空气温度进一步上升，热空气送入热解系统（4）供热解产物挥发份燃烧，余热锅炉烟气可通过尾气处理系统（7）完成燃烧烟气的冷却、脱酸和除尘过程。经尾气处理系统（7）处理的烟气最后通过除臭系统（8）进行最终处理后达标排放。除臭系统（8）可采用高压脉冲等离子体机，通过脉冲放电的高氧化力、臭氧和自由基来除臭和除去二噁英。对于热值较低的污泥，一般工艺会采取燃烧柴油、液化气等补充系统热能，本工艺与现有技术相比，显著进步之处在于通过在热解前添加生物质废料来达到系统的供能平衡，整个系统不需要外来能源。如此可节省柴油、液化气等燃料费用，做到节约成本。
实施例3：餐厨垃圾的热解的工艺
餐厨垃圾具有含水量高、有机物含量高、油脂含量及盐分高等特点，它的主要成分是淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类物质，含有丰富的蛋白质、维生素、食用油脂和纤维素，营养丰富，具有较高的回收利用价值，非常适合资源化再利用。
餐厨垃圾含水量高一般在60%以上，餐厨垃圾经接收及输送系统（1）进入粉碎系统（2），粉碎、筛分至粒径小于2mm送至干化系统（3）干燥处理去除水分，使含水率降至25-30%，接着通过给料装置进入热解系统（4），餐厨垃圾热解温度确定为600℃，若热值较低，需添加额外的生物质能源保证系统的正常运行。在通过热解系统（4）后，反应过程中产生的高温气体和液体产物（焦油）可在再燃系统（5）在线燃烧供热解系统（4）能量，余热锅炉（6-1）接收再燃系统（5）产生的高温烟气，产生120℃以上的饱和蒸汽回用于干化系统（3）供能，饱和蒸汽通过干化系统（3）后温度下降，可送出渣管对高温餐厨垃圾热解残渣进行冷却，蒸汽冷凝后返回余热锅炉（6-1）；余热锅炉（6-1）输出的烟气在经过空气-烟气换热器（6-3）实现热交换后，通过尾气处理系统（7）处理。固体产物（焦炭）则在反应周期结束后从热解系统（4）排出。自餐厨垃圾干化系统（3）干燥蒸发出的水蒸汽通过蒸汽-空气换热器（6-2）换热后，水蒸汽经热水发生器（6-4）实现能量的回收利用，空气通过蒸汽-空气换热器（6-2）后产生的热风送入空气-烟气换热器（6-3）与余热锅炉（6-1）输出的烟气进行热交换。余热锅炉（6-1）烟气经尾气处理系统（7）的冷却、脱酸和除尘过程，最后通过除臭系统（8）进行最终处理后达标排放。
餐厨垃圾先进行干燥的优点是避免了热解汽化阶段产生过多的蒸汽与可燃的热解气共存，降低热解燃气的热值和可使用价值。

Claims (5)

1.一种固废热解处理的新工艺，该工艺涉及物料接收及输送系统（1）、粉碎系统（2）、干化系统（3）、热解系统（4）、再燃系统（5）、余热利用系统、尾气处理系统（7）和除臭系统（8），所述的余热利用系统包括余热锅炉（6-1），蒸汽-空气换热器（6-2），空气-烟气换热器（6-3）和热水发生器（6-4），其特征在于：
固体废弃物通过接收及输送系统（1）送至粉碎系统（2）粉碎均匀后，含水率大于80%的固体废弃物通过干化系统（3）干燥，当含水率降至25～30%后进入热解系统（4）进行热解，热解产生的油、气通过再燃系统（5）燃烧供热解系统（4）所需能量，再燃系统（5）燃烧产生的温度大于1000℃的高温烟气进入余热锅炉（6-1），产生温度大于120℃以上饱和蒸汽，该蒸汽送往干化系统（3）用于干燥含水固体废弃物，蒸汽通过干化系统（3）后冷凝，冷凝水送出渣管对高温残渣进行冷却，然后被加热的冷凝水后返回余热锅炉（6-1）；
干化系统（3）被蒸出的水蒸气经过蒸汽-空气换热器（6-2）进行热交换，该水蒸气在热水发生器（6-4）中可将常温水加热至60～70℃，热水作为宾馆、家庭等洗浴用水供应，而常温空气在蒸汽-空气换热器（6-2）经过热交换后，温度升高到80℃以上，升温后被送入空气-烟气换热器（6-3）与余热锅炉（6-1）输出的烟气进行热交换，经过空气-烟气热交换器（6-3）的热交换过程，烟气温度降低，热空气温度进一步上升，热空气送入热解系统（4）供热解产物挥发份燃烧，余热锅炉烟气可通过尾气处理系统（7）完成燃烧烟气的冷却、脱酸和除尘过程；除臭系统（8）接受从热水发生器（6-4）输入的来自干化系统（3）的臭水蒸气，对其进行最终处理后排放。
2.据权利要求1所述的一种固废热解处理的新工艺，其特征在于：所述的粉碎系统（2）是针对类似生活垃圾等形态、体积不均匀的固体废弃物专门设置，同时也是附加的生物质燃料的粉碎处理系统，目的是将固体废弃物粉碎成几乎均质状态便于后续处理。
3.据权利要求1所述的一种固废热解处理的新工艺，其特征在于：所述的干化系统（3）是将固体废弃物种所含水分进行烘干，水分烘干的热源来自热解工艺中的余热锅炉(6-1)产生的蒸汽。
4.据权利要求1所述的一种固废热解处理的新工艺，其特征在于：
所述的尾气处理系统（7）中采用消石灰，吸收剂装置设置在喷淋冷却塔中，经脱酸后的烟气再进入除臭系统（8），该除臭系统（8）可采用等离子体机，通过脉冲放电的高氧化力、臭氧和自由基来除臭和除去二噁英;烟气然后经引风机、烟囱排入大气，整个烟气流程为负压。
5.据权利要求1所述的一种固废热解处理的新工艺，其特征在于：所述的除臭系统（8）是将固体废弃物干燥蒸发出来的含湿量很高的臭气在引风机的引力作用下，通过蒸汽-空气换热器（6-2）换热，接着臭气进入间接加热的热水发生器(6-4)将常温水加热，最后臭气进入除臭系统（8）处理，最后通过烟囱排放大气。
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