CN105757675B - 一种处理生活垃圾的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及处理生活垃圾的系统及方法。系统包括相连的预处理系统、旋转床热解炉、脱酸‑余热回收系统、惰性气体预热系统。预处理系统包括垃圾原料进口和垃圾原料出口;旋转床热解炉包括进料口、热解气出口、热解炭出口和燃料入口;脱酸‑余热回收系统包括热解气管道;惰性气体预热系统包括惰性气体管道;脱酸‑余热回收系统和惰性气体预热系统还包括:第一换向阀、并列设置的第一脱酸‑蓄热装置和第二脱酸‑蓄热装置以及第二换向阀。本发明利用上述系统进行生活垃圾处理的方法,脱酸‑蓄热复合体将热解气中酸性气体脱除的同时,通过换向阀的换向又能对惰性气体预热以使热解气余热得到回收利用。本发明既能节能减排、又能降低生产成本。

Description

一种处理生活垃圾的系统及方法
技术领域
本发明主要涉及一种处理垃圾的系统及方法,尤其涉及一种处理生活垃圾的系统及方法。
背景技术
生活垃圾热解技术以其资源化利用率高、环境污染小的优点越来越被人们所青睐。热解主要产物有以下几种:1.热解油,一部分热解油通过精制可作为燃料油使用;2.热解炭,大部分以炭黑形式存在,可作为固体燃料使用也可掺烧水泥等;3.热解气,包括一些低分子碳氢化合物如氢气、甲烷、一氧化碳等,可作为燃料气使用,是热解产生经济价值的主要产品。但由于固体废弃物中存在含氯、含硫等物质,导致热解气中酸性气体含量很高(0.3%-0.5%)。
酸性气体如HCl、SO2、H2S等,对设备腐蚀严重,对热解装置、输气管路以及热解气的后续利用影响严重,大大限制了热解气的用途,所以需要脱除酸性气体。
另外热解气含有高利用价值的余热,对余热进行回收利用可实现节能减排、降低生产成本等目的。
现如今,一般的垃圾热解系统难以同时实现脱除热解气中的酸性气体和余热回收利用。通常生活垃圾经热解后产生的热解气温度较高(500-600℃),为了分离热解油和热解气,采用激冷方式直接将其降温至80℃左右,热解气余热没有得到有效利用。
其它关于脱除酸性气体的现有技术,大都是关于焦炉煤气、粗煤气、油田伴生气等的净化,没有涉及生活垃圾热解气,同时也没有能实现同时达到既能余热回收又能有效脱除酸性气体的目的。
所以,针对上述问题,有必要发明一种生活垃圾处理系统及方法,在将酸性气体脱除的同时,又能有效地对热解气余热进行回收,以达到节能减排、提高能源利用效率、简化工艺流程、降低生产成本的目的。
发明内容
针对上述问题,本发明旨在提供一种处理生活垃圾的系统及方法,该系统及方法在将酸性气体脱除的同时,又能对热解气余热回收利用。
本发明提供的处理生活垃圾的系统包括:预处理系统、旋转床热解炉、脱酸-余热回收系统、惰性气体预热系统,其中,
所述预处理系统包括垃圾原料进口和垃圾原料出口;
所述旋转床热解炉包括进料口、热解气出口、热解炭出口和燃料入口;
所述脱酸-余热回收系统包括热解气管道;
所述惰性气体预热系统包括惰性气体管道;
所述旋转床热解炉的进料口与所述预处理系统的垃圾原料出口相连通;所述旋转床热解炉的热解气出口与所述脱酸-余热回收系统的热解气管道进口相连通;
所述脱酸-余热回收系统和所述惰性气体预热系统还包括共用部分:第一换向阀、第一脱酸-蓄热装置、第二脱酸-蓄热装置和第二换向阀;所述第一脱酸-蓄热装置和所述第二脱酸-蓄热装置并列设置,所述第一换向阀分别连接所述第一脱酸-蓄热装置和所述第二脱酸-蓄热装置;所述第二换向阀分别连接所述第一脱酸-蓄热装置和所述第二脱酸-蓄热装置。所述惰性气体预热系统的惰性气体管道出口与所述第二换向阀连接;所述脱酸-余热回收系统的热解气管道出口与所述第一换向阀连接。
上述的系统中,所述脱酸-余热回收系统还包括热解气储罐,其进气口通过管道与所述第二换向阀连接。
进一步地,所述热解气储罐还包括第一出气口和第二出气口,所述第一出气口与所述旋转床热解炉的燃料入口相连,所述热解气储罐的第二出气口与发电装置相连。
上述的系统中,所述惰性气体预热系统还包括惰性气体储罐和干燥系统,所述惰性气体储罐与所述惰性气体管道的入口相连;所述干燥系统通过管道与所述第一换向阀连接。
进一步地,所述预处理系统包括依次连通的破袋装置、滚筛装置、分选装置和破碎装置。
所述系统还包括储炭槽,所述储炭槽的入口与所述旋转床热解炉的热解炭出口相连。
上述的系统中,所述旋转床热解炉包括炉墙、炉顶和炉底围成的炉体和辐射管燃烧器;所述炉底为可转动的环形炉底;所述辐射管燃烧器布置于所述炉墙。
本发明还提供一种利用上述系统处理生活垃圾的方法,所述方法包含以下步骤:A、将生活垃圾送入所述预处理系统进行预处理,并使生活垃圾原料粒径<20mm;B、将生活垃圾原料给入所述旋转床热解炉进行热解;C、将热解产生的热解气输入所述脱酸-余热回收系统进行脱酸蓄热处理,即所述第一脱酸-蓄热装置内的第一脱酸-蓄热复合体和第二脱酸-蓄热装置内的第二脱酸-蓄热复合体交替对热解后输入的热解气脱酸,同时热解气把所述第一脱酸-蓄热复合体和所述第二脱酸-蓄热复合体加热;所述脱酸-蓄热复合体包括重量百分比为10wt%-20wt%的活性组分、40wt%-60wt%的蓄热体、5wt%-10wt%的发泡剂、5wt%-10wt%的粘结剂、3wt%-8wt%的助挤剂;其中所述活性组分包括碱性氧化物,所述蓄热体包括SiO2;D、将惰性气体交替通入蓄热后的所述第一脱酸-蓄热装置内的第一脱酸-蓄热复合体和第二脱酸-蓄热装置内的第二脱酸-蓄热复合体进行预热。
进一步地,所述热解气的脱酸蓄热处理和所述惰性气体的预热通过第一换向阀和第二换向阀连通所述第一脱酸-蓄热装置和第二脱酸-蓄热装置实现;当第一脱酸-蓄热复合体对热解气进行脱酸蓄热处理时蓄热好的第二脱酸-蓄热复合体对惰性气体进行预热,当蓄热好的第一脱酸-蓄热复合体对惰性气体进行预热时第二脱酸-蓄热复合体对热解气进行脱酸蓄热处理;所述换向阀用于实现所述第一脱酸-蓄热装置和第二脱酸-蓄热装置各自分别接通所述热解气或惰性气体的换向,所述换向阀每半分钟换向一次,同一脱酸-蓄热装置完成一次脱酸蓄热与预热的周期为1分钟。
进一步地,所述方法还包括步骤:
E、将所述脱酸蓄热处理后的热解气输入所述热解气储罐;
F、将所述预热后的惰性气体干燥处理,处理后的惰性气体输入所述惰性气体储罐。
根据本发明的上述技术方案,在将热解气中酸性气体脱除的同时,又能对热解气余热进行回收,达到了节能减排、提高能源利用效率、简化工艺流程、降低生产成本的目的。
附图说明
图1是本发明实施例的处理生活垃圾的系统结构简图及流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明,以便能够更好地理解本发明的方案以及各个方面的优点。然而,以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的,而不是对本发明的限制。
如图1所示,本实施例的处理生活垃圾的系统主要包括预处理系统、旋转床热解炉、脱酸-余热回收系统、惰性气体预热系统。
预处理系统包括依序连通的破袋装置、滚筛装置、分选装置和破碎装置。
旋转床热解炉主要是无热载体蓄热式旋转床。旋转床热解炉包括进料口、热解气出口、热解炭出口和燃料入口。旋转床热解炉的进料口与预处理系统的垃圾原料出口相连通。
脱酸-余热回收系统包括热解气管道。该热解气管道输出从热解炉热解产生的热解气,旋转床热解炉的热解气出口与所述脱酸-余热回收系统的热解气管道进口相连通。
惰性气体预热系统包括惰性气体管道,用于向所述惰性气体预热系统提供惰性气体,如N2、Ar等。
而脱酸-余热回收系统和惰性气体预热系统还包括共用部分:第一换向阀、第一脱酸-蓄热装置、第二脱酸-蓄热装置和第二换向阀;所述第一脱酸-蓄热装置和所述第二脱酸-蓄热装置并列设置,所述第一换向阀分别连接所述第一脱酸-蓄热装置和所述第二脱酸-蓄热装置;所述第二换向阀分别连接所述第一脱酸-蓄热装置和所述第二脱酸-蓄热装置。所述惰性气体预热系统的惰性气体管道出口与所述第二换向阀连接;所述脱酸-余热回收系统的热解气管道出口与所述第一换向阀连接。所述脱酸-余热回收系统还可包括热解气储罐,其进气口通过管道与所述第二换向阀连接。
所述热解气储罐还可包括第一出气口和第二出气口,所述第一出气口与所述旋转床热解炉的燃料入口相连,所述热解气储罐的第二出气口与发电装置或其它装置如蒸汽锅炉或合成甲烷装置、甲醇装置、合成油装置相连或直接用于外售。
所述惰性气体预热系统还可包括惰性气体储罐和干燥系统,所述惰性气体储罐与所述惰性气体管道的入口相连;所述干燥系统通过管道与所述第一换向阀连接。
本发明实施例的处理生活垃圾的系统还可包括储炭槽,储炭槽的入口与旋转床热解炉的热解炭出口相连。
本发明技术方案的主要工艺流程是:生活垃圾经预处理后进入旋转床进行热解,生成高温热解气和热解炭。热解炭经炭收集装置进入储炭槽。热解气经脱酸-余热回收系统完成脱酸和余热回收,然后进入热解气储罐,经过蓄热的蓄热体为惰性气体进行预热。
在热解气余热回收时,可以通过使用热交换体如蓄热体与热解气先进行热交换,把热解气的热量传递到热交换体后,再由热交换体把存储的热量传导出去,以利用余热。但在热交换过程中,如果对空气等可助燃气体蓄热,会带来安全隐患,因而,其余热利用不易于实现。本发明的技术方案考虑对较稳定的惰性气体进行加热,以寻求有效的余热利用技术方案。
而研究发现,热解气通过蓄热体蓄热再把热量传递到惰性气体,然后将其应用到热解污水、原生垃圾、垃圾渗滤液等干燥浓缩工艺中,可实现节能减排、降低生产成本等目的。因而本发明的技术方案中设计了惰性气体预热系统。预热后的惰性气体可经干燥系统干燥后进行具体应用。
本系统通过换向阀巧妙地把脱酸-余热回收系统和惰性气体预热系统结合了起来,使整个系统结构紧凑,操作方便。换向阀的周期换向使得能够及时连续地在余热回收的同时把热量传导出去以便余热进一步加以利用。
换向阀可切换流通方向,使之在热解气体和惰性气体之间切换。此实施例所用换向阀为四通换向阀。当热解产生的热解气通过第一换向阀连通第一脱酸-蓄热装置内的第一脱酸-蓄热复合体进行脱酸换热后,再经第二换向阀输入到热解气储罐。热解气储罐的进气口通过管道与第二换向阀连接。
经设定的一定时间后,第一换向阀和第二换向阀均换向,之前连通第一脱酸-蓄热装置的通道内开始流通惰性气体。由惰性气体储罐输出惰性气体,惰性气体储罐与惰性气体管道的入口相连。惰性气体进入第二换向阀后,被输入蓄热后的第一脱酸-蓄热复合体,被加热后经第一换向阀输出到干燥系统,进行干燥后进一步被利用。同时热解产生的热解气经第一换向阀的其它通道流经第二脱酸-蓄热装置的第二脱酸-蓄热复合体,换热后经第二换向阀的其它通道被输入到热解气储罐。经过一定时间后换向阀又再次换向,使得第一脱酸-蓄热装置内再次开始流通热解气,第二脱酸-蓄热装置内再次流通惰性气体,周而复始。
干燥系统通过管道与第一换向阀连接。利用之后的惰性气体经降温后再进入惰性气体储罐,实现惰性气体循环利用。
其中脱酸-余热回收系统中的脱酸-蓄热复合体包括重量百分比为10wt%-20wt%的活性组分、40wt%-60wt%的蓄热体、5wt%-10wt%的发泡剂、5wt%-10wt%的粘结剂、3wt%-8wt%的助挤剂;其中活性组分包括碱性氧化物,蓄热体包括SiO2,发泡剂可包括尿素,粘结剂可包括羧甲基纤维素钠。
本发明的实施方法包括以下步骤:
A、生活垃圾经预处理:主要目的是得到具有一定粒径的原料,所以预处理工艺包括破袋、滚筛、分选和破碎,将其中的大块无机物、金属等物体分出并破碎至旋转床入料要求(<20mm)。
B、生活垃圾进行热解:经过预处理的原料其含水率约为20%-60%,将其均匀给入旋转床热解炉,铺料厚度50-250mm,在炉内经过阶段升温,完成干燥、热解和活化的反应,旋转一周的时间为1h。
C、脱酸-余热回收:炉内产生的高温热解气经管道进入脱酸-蓄热复合体进行蓄热和脱酸。处理后的热解气经管路进入热解气储罐,其中一部分通过压力设备和管道与辐射管燃烧器相连,作为辐射管燃烧器的补充燃料,另一部分可作为发电装置燃料。
D、惰性气体的预热:将惰性气体通入所述蓄热后的脱酸-蓄热复合体进行预热。经预热后的惰性气体干燥后可对生活垃圾原料、渗滤液和热解污水等进行蒸发浓缩。
预处理系统根据处理工艺要求,其连接顺序为破袋-滚筛-分选-破碎四个工序,每个工序的装置均具有一个进料口和一个出料口。
无热载体蓄热式旋转床设置的加热装置为燃气辐射管,其通过燃烧为旋转床供热。
本实施例所述脱酸预热的工作原理为:换向阀按照周期为1分钟进行工作,每半分钟换向一次。约600℃左右的热解气经管道进入第一脱酸-蓄热复合体,完成换热和脱酸,温度降至350℃,酸性气体浓度降至0.05%,处理后的热解气进入热解气储罐。惰性气体储罐中的惰性气体由管道流经第一蓄热-脱酸体,预热至210℃左右后被送入干燥工艺,降温后的惰性气体再进入惰性气体储罐,实现惰性气体循环利用。
本发明实施例的技术方案在同一时间内完成了脱酸、蓄热、预热,提高了能量利用效率、节能减排效果明显、工艺流程短、运行成本低,减少了酸性气体对设备的腐蚀,且易于实现工业化和规模化。
下面结合具体实施例来说明本发明的技术方案。
下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的,其可取数值范围如前述说明书中所示。
第一实施例
采用某市生活垃圾为原料,成分组成如表1,其中wt%表示按照重量百分比。下同。
表1生活垃圾成分组成(wt%)
进厂的垃圾经过简单分选去除大块无机物和金属物,然后进行破碎,破碎得到的垃圾热解原料粒径<20mm。
破碎的垃圾被均匀给入旋转床热解炉,布料厚度100mm,在炉内垃圾随炉底的转动经过干燥、热解、活化完成反应,其中干燥区温度350℃,热解区温度800℃,活化区温度900℃,反应时间为1小时。
热解气经管路进入脱酸-蓄热复合体系,热解气温度降至350℃左右,热值为4600kcal/Nm3,酸性气体含量低于0.01%,脱酸效率高于97%;氮气被预热到210℃左右,满足干燥工艺要求。热解产品如表2所示。经过换热、脱酸后,一部分热解气作为旋转床辐射管燃烧器的补充燃料,一部分存储在储罐中,以作后续燃烧发电使用。
表2产品产率(wt%干基)
第二实施例
采用某市生活垃圾为原料,其中氯含量约0.3%,垃圾的组成成分及工业分析、热值见表3、4:
表3生活垃圾成分组成(wt%)
表4生活垃圾工业分析及热值
其中Mad代表空气干燥基水分;Ad代表干燥基灰分;Vad代表空气干燥基挥发分;FCad代表固定碳。
经预处理后的生活垃圾均匀给入旋转床热解炉,布料厚度100mm,在炉内生活垃圾随炉底的转动经过干燥、热解、活化完成反应,其中干燥区温度350℃,热解区温度800℃,活化区温度900℃,反应时间为1小时。
旋转床热解炉为生产热解气的主体设备,它包括炉墙、炉顶和炉底围成的炉体,辐射管燃烧器、以及布料、出料等辅助机构。其炉底为可转动的环形炉底,辐射管燃烧器布置于环形炉墙,通过燃烧热解气以热辐射的方式提供垃圾热解所需热量,辐射管内的烟气与旋转床内的气氛隔绝。将热解炉分为三个区域,分别是干燥区、热解区和活化区,物料由干燥区前端给入,在干燥区的炉顶处设置气体出口,用于收集高温油气,为了使循环的高温油气均匀分布,炉底的料板选用穿孔板。
高温热解气经管路进入脱酸-蓄热复合体系,热解气温度降至350℃左右,热值为4600kcal/Nm3,酸性气体含量低于0.01%,脱酸效率高于96%;氮气被预热到210℃左右,满足干燥工艺要求。
热解产品如表2所示。经过换热、脱酸后,一部分热解气作为旋转床辐射管燃烧器的补充燃料,一部分存储在储罐中,以备后续燃烧发电使用。
得到的产品产量见表5,其中热解气的热值为4300kcal/Nm3
表5产品产率(wt%干基)
由以上实施例可见,本发明的技术方案在将热解气中酸性气体脱除的同时,又能对热解气余热进行回收,达到了节能减排、提高能源利用效率、简化工艺流程、降低生产成本的目的。
最后应说明的是:显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种处理生活垃圾的系统,其特征在于,所述系统包括预处理系统、旋转床热解炉、脱酸-余热回收系统、惰性气体预热系统,其中,
所述预处理系统包括垃圾原料进口和垃圾原料出口;
所述旋转床热解炉包括进料口、热解气出口、热解炭出口和燃料入口;
所述脱酸-余热回收系统包括热解气管道;
所述惰性气体预热系统包括惰性气体管道;
所述旋转床热解炉的进料口与所述预处理系统的垃圾原料出口相连通;所述旋转床热解炉的热解气出口与所述脱酸-余热回收系统的热解气管道进口相连通;
所述脱酸-余热回收系统和所述惰性气体预热系统还包括共用部分:第一换向阀、第一脱酸-蓄热装置、第二脱酸-蓄热装置和第二换向阀;所述第一脱酸-蓄热装置和所述第二脱酸-蓄热装置并列设置;所述第一换向阀分别连接所述第一脱酸-蓄热装置和所述第二脱酸-蓄热装置;所述第二换向阀分别连接所述第一脱酸-蓄热装置和所述第二脱酸-蓄热装置;所述惰性气体预热系统的惰性气体管道出口与所述第二换向阀连接;所述脱酸-余热回收系统的热解气管道出口与所述第一换向阀连接。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述脱酸-余热回收系统还包括热解气储罐,其进气口通过管道与所述第二换向阀连接。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述热解气储罐还包括第一出气口和第二出气口,所述第一出气口与所述旋转床热解炉的燃料入口相连,所述热解气储罐的第二出气口与发电装置相连。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述惰性气体预热系统还包括惰性气体储罐和干燥系统,所述惰性气体储罐与所述惰性气体管道的入口相连;所述干燥系统通过管道与所述第一换向阀连接。
5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述预处理系统包括依次连通的破袋装置、滚筛装置、分选装置和破碎装置。
6.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括储炭槽,所述储炭槽的入口与所述旋转床热解炉的热解炭出口相连。
7.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述旋转床热解炉包括由炉墙、炉顶和炉底围成的炉体和辐射管燃烧器;所述炉底为可转动的环形炉底;所述辐射管燃烧器布置于所述炉墙。
8.一种利用权利要求1至7任一项所述的系统处理生活垃圾的方法,所述方法包括以下步骤:
A、将生活垃圾送入所述预处理系统进行预处理,并使生活垃圾原料粒径<20mm;
B、将生活垃圾原料给入所述旋转床热解炉进行热解;
C、将热解产生的热解气输入所述脱酸-余热回收系统进行脱酸蓄热处理,即所述第一脱酸-蓄热装置内的第一脱酸-蓄热复合体和第二脱酸-蓄热装置内的第二脱酸-蓄热复合体交替对热解后输入的热解气脱酸,同时热解气把所述第一脱酸-蓄热复合体和所述第二脱酸-蓄热复合体加热;所述脱酸-蓄热复合体包括重量百分比为10wt%-20wt%的活性组分、40wt%-60wt%的蓄热体、5wt%-10wt%的发泡剂、5wt%-10wt%的粘结剂、3wt%-8wt%的助挤剂;其中所述活性组分包括碱性氧化物,所述蓄热体包括SiO2
D、将惰性气体交替通入蓄热后的所述第一脱酸-蓄热装置内的第一脱酸-蓄热复合体和第二脱酸-蓄热装置内的第二脱酸-蓄热复合体进行预热。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述热解气的脱酸蓄热处理和所述惰性气体的预热通过第一换向阀和第二换向阀连通所述第一脱酸-蓄热装置和第二脱酸-蓄热装置实现;当第一脱酸-蓄热复合体对热解气进行脱酸蓄热处理时,蓄热好的第二脱酸-蓄热复合体对惰性气体进行预热;当蓄热好的第一脱酸-蓄热复合体对惰性气体进行预热时,第二脱酸-蓄热复合体对热解气进行脱酸蓄热处理;所述换向阀用于实现所述第一脱酸-蓄热装置和第二脱酸-蓄热装置接通所述热解气或惰性气体的换向,所述换向阀每半分钟换向一次,同一脱酸-蓄热装置完成一次脱酸蓄热与预热的周期为一分钟。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法还包括步骤:
E、将所述脱酸蓄热处理后的热解气输入所述热解气储罐;
F、将所述预热后的惰性气体应用于干燥处理工艺,降温后的惰性气体输入所述惰性气体储罐。
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