CN103341483B - 一种生活垃圾高温高压蒸汽脱水系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生活垃圾高温高压蒸汽脱水系统及方法，属于生活垃圾焚烧预处理技术领域。生活垃圾在一定压力的饱和蒸汽压作用下经过一定时间的反应，使垃圾组分中的游离水分离；反应结束后采用瞬间带压排放的方式排放，在排放过程中垃圾经闪蒸、膨化、破碎，使个体组织中的自由水分离，垃圾进一步脱水，脱水后的垃圾可进行焚烧处理；脱水所产生的废液进行厌氧产沼处理。本发明将生活垃圾的结合水变成颗粒间的自由水，使得垃圾中所含的水分通过重力沉降就能够分离出来；垃圾热值得到极大提高；厌氧发酵所产生的沼气可提供蒸汽等热能补充，保证资源循环利用。

Description

一种生活垃圾高温高压蒸汽脱水系统及方法

技术领域

本发明涉及一种生活垃圾高温高压蒸汽脱水系统及方法，用来实现城市生活垃圾水分减量，属于生活垃圾处理领域。

背景技术

焚烧处理是实现垃圾减量化快捷、有效的技术方法，而中国生活垃圾含水率较高、热值低，混合垃圾进料导致在焚烧过程中燃烧速度和燃烧时间不易控制，严重影响焚烧效率，而且不易控制二氧化硫、一氧化碳、氯化氢等有害物质的排放，尤其在燃烧不充分时生成的不完全燃烧产物、有机基团与氯化氢等含氯物质在金属盐及其氧化物的催化下会合成剧毒二噁英类物质。因此如何降低生活垃圾含水率、提高并稳定入炉垃圾焚烧热值、控制环境污染，是垃圾焚烧处理的关键。

中国一些城市也在摸索解决这些难题的方法和手段，一是采用源头分类的方法分选出可燃物质，但由于国内的垃圾分类后端处理处置设施不匹配等原因，效果并不理想；二是采用焚烧预处理工艺，国内一些焚烧厂基本采用在厂内简单堆放和直接筛分的方式降低含水率，虽然一定程度上能够提高热值，但没有从根本上解决垃圾热值不稳定、燃烧不完全的问题，且易造成环境的二次污染。

生活垃圾的高温高压蒸汽脱水方法是一种水热处理技术。水热处理技术早在19世纪初就引起了广泛的关注，并作为分离木质纤维类废物用作化工产品的一项专用技术。生活垃圾高温高压蒸汽脱水方法是水热处理技术引入在垃圾处理领域的一项新型垃圾处理技术。其原理是将生活垃圾置于密闭反应釜内，同时通入一定压力和温度的水蒸气，使其中的可降解有机物发生复杂的化学反应消除有害物质和异味，切断有机物质的长链，形成类似土壤腐殖质的物质，并采取突然释放的出料方式，破坏大分子聚合物的结构。国内研究者早已对该技术进行了研究探索，选用草坪、杂草等木质纤维素废物，分析了在不同工况下其主要组分的化学变化及其变化机理，研究了反应过程中的参数对杂草高温高压蒸汽处理后固体、气体和液体比例的影响，以及反应参数对固体成分中有机质、黄腐酸、胡敏酸和大量营养元素的影响，为该技术的推广提供进一步的理论依据。日本IHI公司同中国科学院工程热物理研究所合作，对经高温高压蒸汽处理和未经处理的松树枝、桃树枝和草坪草等对土壤特性的影响进行研究。结果表明，高温高压蒸汽处理产物对土壤pH值的影响不明显，对土壤微生物碳氮比有显著的影响，但随培养时间的增加而下降。

利用高温高压蒸汽处理高含水率、高有机物含量的生活垃圾，能够显著降解有机物，降低垃圾含水率，提高垃圾热值，改善筛分效率，便于后续处理和资源化利用，具有大规模生产的优势和良好的环境效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用高温高压蒸汽降低垃圾含水率的系统和方法，可以提高垃圾热值，稳定垃圾燃烧炉膛温度在850℃以上，减少二噁英类物质生成量，提高垃圾处理经济效益和环境效益。

本发明提供的一种生活垃圾高温高压蒸汽脱水系统包括承载平台，承载平台的上部设有至少一个入料装置，承载平台的中部设有至少一个反应釜，反应釜的数量与入料装置的数量相同，每个入料装置均通过一个第一液压阀门连接反应釜，承载平台的下部设有处理室，每个反应釜的下端均通过第二液压阀门与处理室上的垃圾入口相连，处理室内设有垃圾输送排出装置，处理室上设有臭气排出装置，处理室的侧面设有液压垂直升降门，承载平台上设有液压动力控制系统，液压动力控制系统分别连接第一液压阀门、第二液压阀门、液压垂直升降门。

所述的入料装置优选为小于60度锥角的锥形结构。

所述的垃圾输送排出装置可以为液压输送设备，液压输送设备与液压动力控制系统相连。

本发明提供的一种生活垃圾高温高压蒸汽脱水方法含有以下步骤：

将生活垃圾通过入料装置投入反应釜中，向反应釜中通入高温高压蒸汽，并使反应釜内保持一定的温度和压力持续一定时间，使垃圾在反应釜内发生反应，垃圾中的有机质充分降解、垃圾腐熟，垃圾个体中的大量游离水分离出来；

在升温和保压过程中将反应釜中产生的污水排出，集中收集后进行处理；

保压过程结束后，采用瞬间带压排放的方式将垃圾排出，通过瞬间带压排料，造成物料瞬间被破碎，垃圾中的游离水被进一步分离；

排料过程中，随压力的瞬间变化，垃圾中储存的热能得到释放，垃圾个体组织中的自由水利用该热能得到汽化，变成蒸汽排放出来。

还可以含有以下步骤：

收集高温高压蒸汽脱水之后的废液，通过泵送入调浆池，调节浓度和pH值，加入到厌氧消化反应罐中进行产沼；

厌氧发酵产生的沼气经脱硫、脱水后，经过锅炉产生补充蒸汽；

厌氧发酵的出水进行脱氨处理，视排放标准直接排放或者进行好氧处理。

优选地，垃圾经高温高压蒸汽脱水反应产生的液体，采用微生物厌氧消化方式处理，厌氧消化产生的沼气经过提纯燃烧，产生的热能作为产生蒸汽的补充能源。

所述的一种生活垃圾高温高压蒸汽脱水方法可以利用前面所述任一种生活垃圾高温高压蒸汽脱水系统。

下面是本发明的生活垃圾高温高压蒸汽脱水方法所采用的一种具体技术方案：

将生活垃圾（约10吨）通过行车上料至反应釜中，在反应釜中通入0.8MPa、180℃左右的饱和水蒸气，通过对垃圾原料快速升温、升压、保压，使垃圾在反应釜内完成一系列的物理化学反应，在反应过程当中：有机质得到充分降解，加快了碳水化合物的脱出速度；蛋白质、糖、纤维素等大分子链发生变性，使氨基酸等分子充分裸露；煮熟的植物类垃圾，其细胞中的木素成分被破坏，木素作为细胞组织中一种填充、粘结、防腐物质，他的破坏可以使垃圾结构变得疏松，从而更有利于游离水的分离，腐烂速度加快。

在升温、保压过程中，将反应过程中产生的污水排出反应釜集中收集，进行厌氧处理。

在排料过程中，通过将反应釜内压力降低到0.2-0.3MPa后，采用瞬间排放的方式将垃圾在不到一分钟的时间内全部排放出来。在排放过程中：垃圾个体得到破碎，垃圾个体组织中的自由水得到分离，组成垃圾个体中的水分90%为游离水分，通过瞬间带压排料，从高压状态瞬间向低压状态转化时，物料皮层组织由于承受不住压力瞬间变化所形成的膨化冲击波，造成物料瞬间被破碎，从而形成游离水被分离；由于压力瞬间变化，垃圾中储存的热能得到释放，垃圾个体组织中的自由水利用该热能得到汽化，变成蒸汽排放出来；垃圾含水率快速降低20%左右。

垃圾在升温、升压、排料的过程中，完成了将垃圾中有害细菌类物质灭活的过程。

垃圾厨余成分中的盐，在湿解过程中溶解于水中，从垃圾中分离出来，减少了垃圾中氯离子的含量，从源头上减少垃圾焚烧过程中二噁英类有害气体的生成量。

本发明的有益效果是：通过本发明可降低垃圾含水率，使垃圾低位热值得到极大提高，在垃圾焚烧过程中可以保持垃圾燃烧的炉膛温度，从而极大地减少了垃圾焚烧过程中二噁英类物质产生的几率，同时产生的废液进行厌氧产沼，提供蒸汽补充。

附图说明

图1为本发明反应釜系统示意图；

图2为本发明反应釜结构示意图；

图3为本发明系统流程图。

图中：1-承载平台，2-入料装置,3-反应釜,4-处理室,5-垃圾输送排出装置,6-液压动力控制系统,11-第一液压阀门,7-垃圾入口,8-臭气排出装置,9-液压垂直升降门,10-第二液压阀门。

具体实施方式

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

下面参照图1、图2和图3，对本发明的实施例进行说明。如图1，此生活垃圾高温高压蒸汽脱水系统包括承载平台1，承载平台1的上部设有至少一个入料装置2，承载平台1的中部设有至少一个反应釜3，反应釜3的数量与入料装置2的数量相同，每个入料装置2均通过一个第一液压阀门11连接反应釜3，承载平台1的下部设有处理室4，每个反应釜3的下端均通过第二液压阀门10与处理室4上的垃圾入口7相连，处理室4内设有垃圾输送排出装置5，处理室4上设有臭气排出装置8，处理室4的侧面设有液压垂直升降门9，承载平台1上设有液压动力控制系统6，液压动力控制系统6分别连接第一液压阀门11、第二液压阀门10、液压垂直升降门9。

图3表示了本发明的一种生活垃圾高温高压蒸汽脱水方法的整体流程。下面结合图1和图2对该方法做进一步具体说明。

所述方法利用图1所示的系统进行时，首先将生活垃圾送入入料装置2中，开启第一液压阀门11，垃圾送入反应釜3中后，第一液压阀门11关闭。

然后，如图2，开启上进汽阀、中进汽阀和下进汽阀，通入0.8MPa、180℃左右的饱和水蒸气，使反应釜内持续升温；升温过程中开启反应釜下排水阀，排出反应釜内产生的污水；通过温度传感器显示反应釜内实时温度，待反应釜内温度达到150℃、压力达到0.6MPa时，关闭上进汽阀、中进汽阀和下进汽阀，进入保压阶段；保压阶段持续1小时，关闭排水阀，打开上排气阀，将反应釜内压力降低至0.2-0.3MPa，准备排料。

在升温和保压过程中将反应釜中产生的污水排出，集中收集后进行处理。如图1，保压过程结束后，开启第二液压阀门10，将反应釜内压力降低到0.2-0.3MPa，采用瞬间排放的方式将垃圾瞬间排入处理室4中，通过瞬间带压排料，造成物料瞬间被破碎，原生垃圾组成机体中的自由水分从原生垃圾中分离出来，第二液压阀门10关闭，增容垃圾输送排出装置5将处理后的垃圾输送至液压垂直升降门9处，液压垂直升降门9开启将垃圾排出，液压垂直升降门9关闭。

排料过程中，由于压力瞬间变化，垃圾中储存的热能得到释放，垃圾个体组织中的自由水利用该热能得到汽化，变成蒸汽排放出来；

生活垃圾中的含水率可由进料的60%左右降低至出料的35%左右，出料垃圾进入焚烧工序，含水率的降低使垃圾低位热值得到提高，增加了垃圾发热的可利用能。

废液收集之后，通过泵送入调浆池，使COD浓度为20000mgCOD/L，采用碱液调节pH值，使pH值在6.5以上；首次启动厌氧消化器时，将驯化污泥作为接种泥，按接种泥：原料量=1：1加入；正常产气后每天定时加入废液，厌氧消化期间，每天上午、下午各搅拌一次，每次不超过0.5h；厌氧发酵产生的沼气经脱硫、脱水后进入锅炉发生蒸汽，作为高温高压蒸汽脱水所需蒸汽的补充；厌氧发酵的出水进入氨吹脱进行0.5h-3h脱氨处理，脱氨处理后的废水视排放标准直接排放或者进行好氧处理。

Claims (1)

1.一种生活垃圾高温高压蒸汽脱水方法，其特征在于含有以下步骤：

将生活垃圾通过入料装置投入反应釜中，向反应釜中通入高温高压蒸汽，所述高温高压蒸汽为0.8MPa、180℃的饱和水蒸气，并使反应釜内保持一定的温度和压力持续一定时间，使垃圾在反应釜内发生反应，垃圾中的有机质充分降解、垃圾腐熟，垃圾个体中的大量游离水分离出来；

反应釜在通入0.8MPa、180℃的饱和水蒸气，达到150℃、0.6Mpa时，保压持续1小时，关闭排水阀，打开上排气阀，将反应釜内压力降低至0.2-0.3MPa，准备排料；

在升温和保压过程中将反应釜中产生的污水排出，集中收集后进行处理；保压过程结束后，采用瞬间带压排放的方式将垃圾排出，通过瞬间带压排料，造成物料瞬间被破碎，垃圾中的游离水被进一步分离；

排料过程中，随压力的瞬间变化，垃圾中储存的热能得到释放，垃圾个体组织中的自由水利用该热能得到汽化，变成蒸汽排放出来；

收集高温高压蒸汽脱水之后的废液，通过泵送入调浆池，调节浓度和pH值，加入到厌氧消化反应罐中进行产沼；

厌氧发酵产生的沼气经脱硫、脱水后，经过锅炉产生补充蒸汽；

或将垃圾经高温高压蒸汽脱水反应产生的液体，采用微生物厌氧消化方式处理，厌氧消化产生的沼气经过提纯燃烧，产生的热能作为产生蒸汽的补充能源；

厌氧发酵的出水进行脱氨处理，视排放标准直接排放或者进行好氧处理。