CN105157033A - 一种垃圾热解处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾热解处理系统及方法，包括垃圾的预处理系统和模块化的垃圾热解系统；垃圾预处理系统包括进场垃圾堆积装置、垃圾预分选装置和垃圾打包成型装置；垃圾热解系统包括保温层，保温层内设有多个燃烧室和多个热解室，燃烧室和热解室相互间隔布置，热解室的侧面设有炉门，热解室的顶部出气口与热解气出气系统相连，燃烧室的两端分别设有蜂窝蓄热体并分别与燃气进/出气系统连接；燃气进/出气系统设有燃料气进气和热烟气排气切换控制系统。工艺简单、易于操作、二噁英零排放、模块化组合，适合不同的垃圾处理量，系统热效率高。

Description

一种垃圾热解处理系统及方法

技术领域

本发明涉及一种垃圾处理系统，尤其涉及一种垃圾热解处理系统及方法。

背景技术

随着我国现代化进程的加速，城市生活垃圾已经成为制约绿色城市快速发展的一个重要因素。目前，世界各国城市垃圾处理方式主要包括卫生填埋、焚烧、堆肥、热解以及垃圾综合处理等。而我国相关的垃圾分类、垃圾综合利用技术滞后，目前垃圾的主要处理方式以卫生填埋为主，焚烧、堆肥等方式为辅。并且，随着科技进步和环保意识的增强，“焚烧法”和“填埋法”给环境带来的破坏作用及威胁人类的身体健康已越来越被人们认识到。

垃圾热解处理技术是指将垃圾在无氧或缺氧的状态下加热，使之分解。在热解过程中，其中间产物趋向于两极化变化：一种是从大分子裂解为小分子的裂解过程、另一种是小分子聚合为大分子的缩聚过程。随着热解温度的升高，垃圾热解主要经历干燥(室温～200℃)、干馏(～500℃)和气体生成(～1200℃)三个阶段.。在低温干燥阶段，垃圾中所含的外水和毛细结构吸附的水分首先被加热蒸发，其次物质中的结构水受热分解。随着水分的蒸发和热解干馏温度的升高，垃圾热解进入干馏阶段。干馏阶段只要发生内部水和CO2的析出、脱氧、脱硫等反应。随着温度的继续升高，干馏阶段产生的小分子物质发生二次裂解，垃圾热解进入气体生成阶段，生成二次裂解产物。二次反应主要有裂解、脱氢、缩聚、氢化反应、桥键反应、水碳反应等。二次裂解反应主要产物包括：H2、CH4、CO等。

垃圾热解过程中主要反应产物包括：热解气、焦油和垃圾炭。其中热解气主要成分为H2、CH4、CO等可燃气气体，经净化后可作为低热值燃气使用。产生的焦油，经静置分层和精制加工后可作为燃料油使用。产生的垃圾炭大部分以炭黑的形式存在，可进一步加工处理作为含碳燃料使用。

由于我国垃圾分类措施不完善，致使垃圾本身成分异常复杂，常含有厨余物、塑料、废旧电池、电路板等等。同时发现垃圾热解产生的焦油成分亦异常复杂，成分分析发现焦油中含有上百种中物质，包括各种有机酸、酚类、酮类、醛类、PAHs等，其中氯元素和重金属元素普遍偏高，焦油综合利用难度大。诸多因素致使我国垃圾热解、垃圾综合利用技术很难取得重大突破。

现有技术一：耦合流化床热解工艺

实用新型专利201210466539.7申请公开了一种生活垃圾耦合流化床分级热解气化工艺，其是将生活垃圾先行脱铁粉碎破碎至6mm以下。然后将破碎的垃圾通过套管式滚筒烘干机烘干，垃圾颗粒和少量热载体送入携带床反应器中下部与气化煤气和循环灰混合向上提升进行临氢热解，经过气固分离，第一级分离的高温粗半焦返回耦合流化床底部，在800～1000℃下反应，生产气化气，与循环灰一起向上流动形成物料循环；第二级分离的高温细半焦送到气流床，在1200～1600℃下反应，生产的高温气和液体灰渣同向旋流斜向下流出气流床，高温气向上进入耦合流化床；液态灰渣向下流到循环流化床的循环灰料层，换热凝固为固体灰渣；第二级分出的燃气作为产品气外供。

现有技术一的缺点：

1)采用流化床、气流床、携带床等多种床型组合，系统庞大，操作复杂，系统故障率高，并且多种床型耦合使得系统自动化程度低；

2)采用气体热载体，反应器和后续管道设备体积庞大，后续气体热载体和合成气冷却量大；

3)生活垃圾充分复杂，含水率高，需补煤燃烧方能满足后续气化要求。

现有技术二：等离子体垃圾生物质气化装置

实用新型专利201310181579x申请公开了一种等离子体垃圾生物质气化装置。该装置包括等离子体气化炉和螺旋进料器，主要由下炉体、阴极、阳极、上炉体和顶盖构成。其工艺流程为：垃圾或生物质原料，经破碎后由螺旋输送机送入等离子气化炉中，在由气化炉完成垃圾和生物质气化

现有技术二的缺点：

1)采用等离子体气化装置系统，耗费较大的电能，单位质量垃圾处理成本高；

2)单炉垃圾处理量小，不易大型化，难以工业化放大。

现有技术三：卧式垃圾连续焚烧工艺

专利2015102042910申请公开了一种卧式垃圾连续焚烧工艺，其采用分层处理的焚烧设备，垃圾依次经过干燥区、废气燃烧区和垃圾焚烧区经行处理，并且各个垃圾焚烧区通过焚烧车在导轨上来回运转，实现垃圾焚烧，其工艺流程大致为：垃圾进场后由自卸车运输至负压仓库内进行积水处理。积水处理后的垃圾被传输至卧式垃圾干烤进行脱水干燥，脱水干燥后由推入卧式焚烧炉内高温燃烧(燃烧温度850～1000℃或1000℃)，燃烧后的垃圾由焚烧炉自动排灰渣。灰渣经破碎成粉后做肥料原料。垃圾燃烧产生的高温烟气经换热后产生高温高压蒸汽驱动汽轮机发电。

现有技术三的缺点：

1、烟气干燥垃圾，排烟温度高，高温烟气所含的显热未被完全利用；

2、垃圾焚烧过程中易产生恶臭气体、温室气体和二噁英等毒性气体，对环境不利；

3、垃圾中蕴含的生物质能和挥发分没得到合理利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、易于操作、二噁英零排放、热效率高的垃圾热解处理系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的垃圾热解处理系统，包括垃圾的预处理系统和模块化的垃圾热解系统；

所述垃圾预处理系统包括进场垃圾堆积装置、垃圾预分选装置和垃圾打包成型装置；

所述垃圾热解系统包括保温层，所述保温层内设有多个燃烧室和多个热解室，所述燃烧室和热解室相互间隔布置，所述热解室的侧面设有炉门，所述热解室的顶部设有多个热解气出口，出口与热解气出气系统相连，所述燃烧室的两端分别设有蜂窝蓄热体并分别与燃气进/出气系统连接；

所述燃气进/出气系统设有燃料气进气和热烟气排气切换控制系统。

本发明的上述的垃圾热解处理系统实现垃圾热解处理的方法，包括步骤：

垃圾进场堆积后，先对进场垃圾进行初步筛选，将一些不能或不易热解的先行人工剔除，剔除不易热解物后的垃圾进行打包；

打包完成后，传送至热解装置热解室内；

控制燃烧室内燃烧保证热解室内温度为600～850℃，完成热解后，打开热解室内炉门，将热解后残余炭包一并推出热解室；

热解产生的热解油气经分离净化后，热解煤气作为燃烧室所需的燃料，热解产生的焦油经精制后得燃料油。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的垃圾热解处理系统及方法，垃圾打包处理、工艺方便、易于操作；采用热解工艺，和焚烧相比，二噁英零排放；热解炉型可模块化组合，适合不同的垃圾处理量；采用蓄热式蜂窝体，烟气排烟温度低，系统热效率高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的垃圾热解处理系统的预处理系统的结构框图。

图2为本发明实施例提供的垃圾热解处理系统的垃圾热解系统的结构示意图。

图中：1、蜂窝蓄热体，2、热解室，3、燃烧室，4、保温层。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的垃圾热解处理系统，其较佳的具体实施方式是：

包括垃圾的预处理系统和模块化的垃圾热解系统；

所述垃圾预处理系统包括进场垃圾堆积装置、垃圾预分选装置和垃圾打包成型装置；

所述垃圾热解系统包括保温层，所述保温层内设有多个燃烧室和多个热解室，所述燃烧室和热解室相互间隔布置，所述热解室的侧面设有炉门，所述热解室的顶部热解气出口与热解气出气系统相连，所述燃烧室的两端分别设有蜂窝蓄热体并分别与燃气进/出气系统连接；

所述燃气进/出气系统设有燃料气进气和热烟气排气切换控制系统。

所述热解气出气系统包括出气总管，每个热解室分别设有出气管，各个热解室的出气管汇总到所述出气总管。

一个燃烧室和一个热解室组成一个模块，多个模块为一组。

本发明的上述的垃圾热解处理系统实现垃圾热解处理的方法，其较佳的具体实施方式是：

包括步骤：

垃圾进场堆积后，先对进场垃圾进行初步筛选，将一些不能或不易热解的先行人工剔除，剔除不易热解物后的垃圾进行打包；

打包完成后，传送至热解装置热解室内；

控制燃烧室内燃烧保证热解室内温度为600～850℃，完成热解后，打开热解室内炉门，将热解后残余炭包一并推出热解室；

热解产生的热解油气经分离净化后，热解煤气作为燃烧室所需的燃料，热解产生的焦油经精制后得燃料油。

应用本发明的垃圾热解处理系统，垃圾打包处理、工艺方便、易于操作；采用热解工艺，和焚烧相比，二噁英零排放；热解炉型可模块化组合，适合不同的垃圾处理量；采用蓄热式蜂窝体，烟气排烟温度低，系统热效率高。

具体实施例：

如图1和图2所示，包括垃圾预处理系统和垃圾热解系统，其中垃圾预处理系统包括：进场垃圾的堆积、垃圾的预分选和垃圾的打包成型。

模块化的垃圾热解系统包括燃气进/出气系统、热解气出气系统、燃烧室、蜂窝蓄热体、热解室和保温层等几个部分。其中：

燃气进/出气系统靠三通阀程序控制阀门的启闭，实现燃料气进气燃烧和热烟气排气切换。

燃烧室两头是燃烧控制系统，可实现一头进气燃烧时，另一头的烟气与蜂窝蓄热体换热后低温排气。蜂窝蓄热体可充当媒介实现低温燃料气和空气-蜂窝体-热烟气三种换热。高温烟气的显热被有效地利用在低温燃料气和空气的预热上。

热解室顶部有热解气出气管线，打包成型好的垃圾处理包经热解室炉门推入热解室内，在热解内是完成热解反应。热解产生的热解油气经顶部热解气出气管线排出热解室，各个热解室出气管线汇总到出气总管。模块化垃圾热解装置由多组模块(一个燃烧室+一个热解室)组成。

以一个模块简述其连接关系：燃烧室两端出口处各安置一个或多个蜂窝蓄热体，燃烧室两端端部为燃烧控制系统，控制系统连接燃气/烟气管道和切换阀门。热解室和燃烧室纵向接触，热解室顶部纵向上设有多个热解气出口，各个热解气出口汇总连接至热解气出口总管，热解室横向上设置一炉门，方便打包后的垃圾包进出热解室。燃烧室和热解室外包裹有保温层。

垃圾热解处理工艺方法：垃圾进场堆积后，先对进场垃圾进行初步筛选，将一些不能或不易热解的先行人工剔除，剔除不易热解物后的垃圾进行打包。打包完成后，传送至热解装置热解室内。控制燃烧室内燃烧保证热解室内温度为600～850℃左右，完成热解后，打开热解室内炉门，将热解后残余炭包一并推出热解室。热解产生的热解油气经分离净化后，热解煤气可作为燃烧室所需的燃料，热解产生的焦油经精制后可得燃料油。

具体实施案例：

实施例1：

某城市生活蜡垃圾成分分析如下表所示，垃圾含水量为46％，

1、进场垃圾预处理，经进场后的垃圾中含有的大粒径渣土、玻璃和金属等不易热解或者不能热解的物质现行剔除；

2、将剔除不易热解物后的垃圾打包为热解室内大小(800*300*1200mm)，将打包后的垃圾包推入热解室；

3、控制燃烧室内的燃烧温度，保证热解室内温度为750℃左右；

4、控制合适的热解时间，约1h，开热解室炉门，将热解完成后的来炭及包装推出热解室。

热解三产分布：垃圾炭44.2％，热解焦油4.7％，热解气42.1％。其中热解气组分为(体积比)：H2，34.6％、CO2，17.3％，CH4,32.8％，CO，7.9％，C2以上，4.1％。

实施例2：

某城市生活蜡垃圾成分分析如下表所示，垃圾含水量为53％，

1、进场垃圾预处理，经进场后的垃圾中含有的大粒径渣土、玻璃和金属等不易热解或者不能热解的物质现行剔除；

2、将剔除不易热解物后的垃圾打包为热解室内大小(800*300*1200mm)，将打包后的垃圾包推入热解室；

3、控制燃烧室内的燃烧温度，保证热解室内温度为700℃左右；

4、控制合适的热解时间，约1.5h，开热解室炉门，将热解完成后的来炭及包装推出热解室。

热解三产分布：垃圾炭41.2％，热解焦油5.9％，热解气52.9％。其中热解气组分为(体积比)：H2，31.3％、CO2，18.7％，CH4,36.1％，CO，7.2％，C2以上，4.8％。

本发明的有益效果

1)热解产生的热解气热值高，无气体热载体稀释，后续的热解气冷凝冷量少，净化和除尘等设备管道体积小；

2)采用蓄热式蜂窝体，将进燃烧室的燃料和空气预热，降低了排烟温度，热效率高；

3)垃圾低温热解，实现二噁英零排放；

4)可模块化组合，适合不同垃圾处理量，易于工业化；

5)采用间壁换热工艺，对垃圾的组分变动不敏感；

6)垃圾前处理简单。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种垃圾热解处理系统，其特征在于，包括垃圾的预处理系统和模块化的垃圾热解系统；

所述垃圾预处理系统包括进场垃圾堆积装置、垃圾预分选装置和垃圾打包成型装置；

所述垃圾热解系统包括保温层，所述保温层内设有多个燃烧室和多个热解室，所述燃烧室和热解室相互间隔布置，所述热解室的侧面设有炉门，所述热解室的一端与热解气出气系统，所述燃烧室的两端分别设有蜂窝蓄热体并分别与燃气进/出气系统连接；

所述燃气进/出气系统设有燃料气进气和热烟气排气切换控制系统。

2.根据权利要求1所述的垃圾热解处理系统，其特征在于，所述热解气出气系统包括出气总管，每个热解室分别设有出气管，各个热解室的出气管汇总到所述出气总管。

3.根据权利要求2所述的垃圾热解处理系统，其特征在于，一个燃烧室和一个热解室组成一个模块，热解反应装置由多个模块构成。

4.一种权利要求1、2或3所述的垃圾热解处理系统实现垃圾热解处理的方法，其特征在于，包括步骤：

垃圾进场堆积后，先对进场垃圾进行初步筛选，将一些不能或不易热解的先行人工剔除，剔除不易热解物后的垃圾进行打包；

打包完成后，传送至热解装置热解室内；

控制燃烧室内燃烧保证热解室内温度为600～850℃，完成热解后，打开热解室内炉门，将热解后残余炭包一并推出热解室；

热解产生的热解油气经分离净化后，热解煤气作为燃烧室所需的燃料，热解产生的焦油经精制后得燃料油。