CN105750309A - 一种垃圾综合处理系统及利用其进行垃圾综合处理的方法 - Google Patents

一种垃圾综合处理系统及利用其进行垃圾综合处理的方法 Download PDF

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夏训峰
王丽君
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张颖
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明提供了一种垃圾综合处理系统及利用其进行垃圾综合处理的方法。该系统包括一低温等离子体裂解装置、一震动装置、一温控箱、一冷却装置、一净化装置以及一燃料电池。该方法包括：(1)将垃圾送入低温等离子体裂解装置内裂解蒸发生成混合气体，将混合气体通入温控箱；(2)混合气体中的焦油凝结为固液混合物停留在温控箱内，之后将除去焦油的混合气体通入冷却装置；(3)混合气体中的水蒸气冷凝成水，之后将除去水蒸气的混合气体通入净化装置以除去杂质气体；(4)经步骤(1)～(3)处理的混合气体通入燃料电池进行发电。本发明的系统和处理方法用于垃圾处理环保经济、节能高效，应用前景良好。

Description

一种垃圾综合处理系统及利用其进行垃圾综合处理的方法
技术领域
本发明涉及垃圾处理技术领域，具体涉及一种垃圾综合处理系统及利用其进行垃圾综合处理的方法。
背景技术
现阶段，虽然垃圾填埋的处理方式仍占垃圾总清运量的80％，但对于大中城市的垃圾处理方式而言，垃圾焚烧呈鲜明的增长趋势，从2004年至2013年，垃圾焚烧处理方式的单台处理能力增长了三倍，相对而言，垃圾填埋的单台处理厂的处理能力增长了1.5倍，堆肥的单台处理能力增长了0.3倍。然而，城市地区与村镇地区的垃圾成分、规模相差较大，适宜于城市生活垃圾的处理方式不能适用于村镇等垃圾处理量小、不易规模化的垃圾处理方式。垃圾热解气化处理方式能满足垃圾处理量小、垃圾分散程度高的村镇地区，然而，垃圾热解气化过程中焦油处理难度大，容易堵塞管道，且气化可燃气中不可燃成分，特别是氮气含量平均占气化气成分的50％左右。
等离子体是具有大量具有相互作用的带电粒子组成的具有宏观时空尺度的体系，实验室等离子体按带电粒子温度相对高低分为高温等离子体和低温等离子体。其中带电粒子的能级在1～10eV的等离子体称为低温等离子体，它由完全或部分电离的导电气体组成，包括电子、正离子、负离子、基态原子或分子、激发态的原子或分子、游离基等6种类型的粒子。根据热力学状态的不同，低温等离子体又可分为热等离子体和冷等离子体。前者由稠密气体在常压或高压下电弧放电或高频放电而产生，体系中的电子温度和气体温度比较接近，约为3000K到50000K，常作为无机合成或有机物裂解反应的高温热源。后者是由稀薄气体在低压下用激光射频或微波电源激光辉光放电而产生。体系中电子温度高达数千到数万开，而气体温度很低，大致在室温到数百摄氏度。
利用低温等离子体裂解反应器对垃圾进行处理，可有效减少焚烧过程中出现的Cl2和HCl气体、二噁英等污染物，同时由于反应物的组成可决定反应产物的性质和组成，所以利用低温等离子技术还可以通过调节垃圾成分控制目标产物，制备清洁、安全、高热值气体或液体。
然而在广大的农村地区，生活垃圾密度分散、产量不大，且垃圾中多含灰土和金属等成分，运用通常的垃圾处理方法进行垃圾处理能耗高、成本高，实际操作难度大，应用推广的前景较小。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种垃圾综合处理系统。
本发明的另一目的在于提供一种垃圾综合处理方法，该方法特别适合在农村地区推广使用。
本发明提供下述技术方案解决上述技术问题。
本发明提供的技术方案之一是：一种垃圾综合处理系统，其包括一低温等离子体裂解装置、一震动装置、一温控箱、一冷却装置、一净化装置以及一燃料电池；
所述低温等离子体裂解装置用于裂解垃圾；
所述震动装置设置于该低温等离子体裂解装置的内部，用于垃圾的进料、传递和出料；
所述温控箱用于实现气体分离，使气体中含有的固液混合物沉积下来，气体产物进入冷却装置；
所述冷却装置用于回收裂解气及其中水蒸气所含有的显热和潜热，以进一步回收系统热量，提高系统的能源利用率；
所述净化装置用于脱除裂解气中所含有的杂质气体，以免杂质气体污染燃料电池；
所述燃料电池用于发电，使可燃气体与空气在燃料电池内部发生氧化还原反应，产生电能；
所述温控箱和所述冷却装置所使用的冷却介质均为水。
其中，所述震动装置较佳地是一向下倾斜的平板。
所述温控箱的温度较佳地维持在120℃～150℃之间。所述温控箱内较佳地设有温度传感器，以实现温度的检测和维持。所述温控箱内较佳地还设有刮板机，用于清除凝结在其内部的固液混合物。
所述冷却装置的温度较佳地维持在20℃～50℃之间。所述冷却装置内较佳地设有冷却介质及换热装置，以完成回收系统热量的操作。
本发明系统中的净化装置和冷却装置较佳地还可以是多级净化和冷却联合装置，以更高效地实现混合气体的除杂和回收热量，提高能源利用率。
所述燃料电池较佳地为固体氧化物燃料电池。
本发明提供的技术方案之二是：一种利用前述垃圾综合处理系统进行垃圾综合处理的方法，其包括如下步骤：
(1)将垃圾送入设置于低温等离子体裂解装置内的震动装置上，垃圾在震动装置的震动作用下向下移动，垃圾中所含的无机物和金属在震动装置的震动作用下得到分选并在低温等离子体裂解装置的尾部进行收集和排出，垃圾中的有机物成分及水分在高温下裂解蒸发生成混合气体，之后将混合气体通入温控箱；
(2)在温控箱内，气体从混合物中分离，焦油和其他杂质凝结并停留在温控箱内，之后将除去焦油和杂质的气体通入冷却装置；
(3)在冷却装置内，气体中的水蒸气被冷凝成水，之后将除去水蒸气的气体通入净化装置以除去杂质气体；
(4)将依次经过步骤(1)～(3)处理后的混合气体通入燃料电池进行发电；
其中，所述温控箱和所述冷却装置所使用的冷却介质均为水。
较佳地，在步骤(1)之前还包括步骤(S)：对垃圾进行预处理，即对垃圾进行分拣和粉碎处理。一般来说，预处理是将垃圾首先经板式给料机输送至破袋机，在此过程中，大件建筑垃圾、家具(也包括塑料、啤酒瓶等)等被挑出，随后经过破袋后垃圾由传送带送至大滚筒筛，筛上物送至粗破碎机，筛下物送至细破碎机，筛上物在经过粗破碎后也进入细破碎机，最后垃圾进入小滚筒筛，筛上物进行干燥后用于裂解制气，筛下物用作堆肥处理。
较佳地，步骤(1)中所述的高温是指温度高于800℃，更佳地是800～1000℃。
较佳地，步骤(2)中所述温控箱的温度维持在120℃～150℃之间。较佳地，步骤(2)中所述温控箱设置有一开口以及一刮板机，用于清除凝结在其内部的固液混合物(主要是焦油等物质)。
步骤(3)中所述冷却装置的温度可以是常规的冷却温度，较佳地为20℃～50℃。步骤(3)中所述的杂质气体较佳地是指SO2、NOx等酸性气体，除去该些杂质气体，以免使燃料电池中毒，影响发电性能。
(三)有益效果
本发明具有下述有益效果：
1、本发明提供了一种新型的垃圾综合处理系统以及处理方法，本发明有机结合了垃圾处理与燃料电池发电，不仅能解决垃圾处理的难题，还产生了电能和热水，实现能量自给。电能和热水在供给低温等离子体裂解装置和垃圾处理厂内的自身消耗外，还可以供给附近居民使用，因此，本发明的系统以及处理方法用于垃圾处理节能高效，经济效益非常显著。
2、本发明可在最大程度上减轻垃圾成分中的灰土、金属等对垃圾处理设备的损坏以及降低焦油处理所带来的困难，延长垃圾处理系统的使用寿命。
3、与垃圾焚烧的处理方式相比，本发明可有效降低酸性气体及有机有害污染物的产量，更加健康环保。
附图说明
图1为本发明的垃圾综合处理方法的流程图，其中，在低温等离子体裂解装置内有震动装置，其在图中未表示出。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例中的一种垃圾综合处理系统，其包括一低温等离子体裂解装置、一震动装置、一温控箱、一冷却装置、一净化装置以及一燃料电池；
所述低温等离子体裂解装置用于裂解垃圾；所述震动装置设置于该低温等离子体裂解装置的内部，其是一向下倾斜的平板，用于垃圾的进料、传递和出料；所述温控箱的温度维持在120℃～150℃之间，用于实现气固分离，使气体中含有的固体杂质(灰土、残炭等)和焦油混合沉积下来，气体产物进入冷却装置；所述冷却装置的温度维持在20～50℃之间，用于回收裂解气及其中水蒸气所含有的显热和潜热，以进一步回收系统热量，提高系统的能源利用率；所述净化装置用于脱除裂解气中所含有的杂质气体(主要是脱硫脱硝等)，以免杂质气体污染燃料电池；所述燃料电池用于发电，使可燃气体与空气在燃料电池内部发生氧化还原反应，产生电能；所述温控箱和所述冷却装置所使用的冷却介质均为水。
实施例2
如图1的流程图所示，本实施例中的垃圾综合处理方法包括如下步骤：
(S)先将垃圾进行分拣和粉碎的预处理：将垃圾首先经板式给料机输送至破袋机，在此过程中，大件建筑垃圾、家具(也包括塑料、啤酒瓶等)等被挑出，随后经过破袋后垃圾由传送带送至大滚筒筛，筛上物送至粗破碎机，筛下物送至细破碎机，筛上物在经过粗破碎后也进入细破碎机，最后垃圾进入小滚筒筛，筛上物进行干燥后用于裂解制气，筛下物用作堆肥处理。
(1)将垃圾送入设置于低温等离子体裂解装置内的震动装置上，垃圾在震动装置的震动作用下向下移动，垃圾中所含的无机物和金属在震动装置的震动作用下得到分选并在低温等离子体裂解装置的尾部进行收集和排出，垃圾中的有机物成分及水分800℃以上的高温下裂解蒸发生成混合气体，之后将混合气体通入温度维持在120℃～150℃之间的温控箱；
(2)在温控箱内，气体中的焦油和其他杂质凝结为固液混合物停留在温控箱内，之后将除去焦油的混合气体通入冷却系统；
(3)在20～50℃的冷却系统内，混合气体中的水蒸气被冷凝成水，之后将除去水蒸气的混合气体通入净化系统以除去SO2、NOx等酸性气体；
(4)将依次经过步骤(1)～(3)处理后的混合气体通入燃料电池进行发电；所述发电产生的电能的一部分用于供给所述低温等离子体裂解装置的工作；
其中，所述温控箱和所述冷却系统所使用的冷却介质均为水；
所述温控箱设置有一开口以及一刮板机，用于清除凝结在其内部的焦油等固液混合物。
实施例3
本实施例所用系统同实施例1，条件也基本同实施例1，所不同之处在于：该系统的冷却装置和净化装置为多级冷却净化装置，能更大程度地将裂解气中的焦油、灰尘等物质除去，同时提高系统能源利用率，为热用户提供热水。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垃圾综合处理系统，其特征在于，其包括一低温等离子体裂解装置、一震动装置、一温控箱、一冷却装置、一净化装置以及一燃料电池；
所述低温等离子体裂解装置用于裂解垃圾；
所述震动装置设置于该低温等离子体裂解装置的内部，用于垃圾的进料、传递和出料；
所述温控箱用于实现气体分离，使气体中含有的固液混合物沉积下来，气体产物进入冷却装置；
所述冷却装置用于回收裂解气及其中水蒸气所含有的显热和潜热，以进一步回收系统热量，提高系统的能源利用率；
所述净化装置用于脱除裂解气中所含有的杂质气体，以免杂质气体污染燃料电池；
所述燃料电池用于发电，使可燃气体与空气在燃料电池内部发生氧化还原反应，产生电能；
所述温控箱和所述冷却装置所使用的冷却介质均为水。
2.根据权利要求1所述的垃圾综合处理系统，其特征在于，所述震动装置是一向下倾斜的平板。
3.根据权利要求1所述的垃圾综合处理系统，其特征在于，所述温控箱的温度维持在120℃～150℃之间。
4.根据权利要求1所述的垃圾综合处理系统，其特征在于，所述冷却装置的温度维持在20℃～50℃。
5.根据权利要求1所述的垃圾综合处理系统，其特征在于，所述温控箱内设有温度传感器，以实现温度的检测和维持；所述温控箱内还设有刮板机，用于清除凝结在其内部的固液混合物。
6.根据权利要求1所述的垃圾综合处理系统，其特征在于，所述燃料电池为固体氧化物燃料电池。
7.一种利用权利要求1～6任一项所述的垃圾综合处理系统进行垃圾综合处理的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)将垃圾送入设置于低温等离子体裂解装置内的震动装置上，垃圾在震动装置的震动作用下向下移动，垃圾中所含的无机物和金属在震动装置的震动作用下得到分选并在低温等离子体裂解装置的尾部进行收集和排出，垃圾中的有机物成分及水分在高温下裂解蒸发生成混合气体，之后将混合气体通入温控箱；
(2)在温控箱内，气体从混合物中分离，焦油和其他杂质凝结并停留在温控箱内，之后将除去焦油和杂质的气体通入冷却装置；
(3)在冷却装置内，气体中的水蒸气被冷凝成水，之后将除去水蒸气的气体通入净化装置以除去杂质气体；
(4)将依次经过步骤(1)～(3)处理后的混合气体通入燃料电池进行发电；
其中，所述温控箱和所述冷却装置所使用的冷却介质均为水。
8.根据权利要求7所述的垃圾综合处理方法，其特征在于，在步骤(1)之前还包括步骤(S)：对垃圾进行预处理，即对垃圾进行分拣和粉碎处理。
9.根据权利要求7所述的垃圾综合处理方法，其特征在于，所述温控箱的温度维持在120℃～150℃之间；所述温控箱设置有一开口以及一刮板机，用于清除凝结在其内部的固液混合物。
10.根据权利要求7所述的垃圾综合处理方法，其特征在于，所述冷却装置的温度为20℃～50℃。
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