CN106433704A - 热解生活垃圾的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热解生活垃圾的系统和方法，所述系统包括复合式高温热解旋转床、油气分离装置、流化床和可燃气储罐。其中，所述复合式高温热解旋转床包括进料口、出料口、高温油气出口，其炉体内按照旋转床旋转方向依次设置有预热区、反应一区与反应二区，所述反应二区炉壁设置有等离子体炬。该系统运行成本低，资源化、能源化水平高，产品经济效益好，二次污染少，无二噁英产生，易于实现垃圾热解的工业化和规模化。

Description

热解生活垃圾的系统和方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化的处理，尤其涉及一种热解生活垃圾的系统和方法。

背景技术

由于我国城市生活垃圾采用混合收集的方式，垃圾组成成分复杂，包括：厨余物、塑料、橡胶、纸类、木竹、织物、玻璃、金属等，各个成分粒度、硬度、含水率等特性不同，如厨余物含水率高，轻质塑料难以破碎等，在热解处理中，经常需要采用复杂的预处理将原生生活垃圾制备成符合要求的原料，才能入炉。预处理一般包括分选(磁选、风选、人工分拣)，破碎，烘干，成型等，预处理流程长，工序复杂，其存在的问题主要包括：(1)现有的预处理技术很难保证分选、破碎效率，因此不仅浪费了大量人力物力，而且往往经过预处理的垃圾还是无法完全满足要求；(2)现存的热解炉，如回转窑、流化床等，均要求入炉含水率较低，热解反应必需对垃圾进行烘干，不管采用间接热源还是直接热源，烘干都会产生大量烟气，这种烟气臭气浓度高，必须要进一步除臭才能达标排放；(3)预处理设备一般单台处理能力较低，需要配备多台设备，同时设备故障率高，很难维持连续稳定运行。

若不采用预处理将垃圾直接入炉进行热解，现有技术存在以下问题：垃圾的高含水率(49％-60％)导致系统热效率极低，热解气中夹杂水蒸气，热值低，后续利用困难；热解过程不完全，热解时间过长，产品品质差。

另外，垃圾热解油粘性大，成分复杂，热值较低，很难进行进一步的利用，同时这些热解油还会堵塞管道，影响生产的正常运行。如果能够将这部分热解油进一步裂解为热解气则能够提高垃圾热解资源化效率，更加便于工业化运行和推广。

现有技术公布了一种垃圾分选及热解处理的综合利用工艺方法，该方法首先将垃圾分选为三大类物质，第一类纸类和塑料，第二类泥土和厨余，第三类破布鲜树枝和藤蔓等，再将第三类破碎与第二类混合进行发酵，发酵产物筛分与第一类混合作为热解原料，将该原料烘干热解，热解后产生的热解气发电。发酵的渗透液回喷蒸发，烘干产生的蒸汽作为烘干热源，冷凝水作为发电锅炉的补水。

然而，为了达到热解和尽量高资源化利用率的目的采取了非常复杂的预处理工艺，其中包括滚筒气流分选、磁选、破碎烘干等工序，工艺流程过长，设备多且复杂，安装、调试、运行都需要耗费大量人力物力，动力消耗大，并且分选效果难以保证。另外，为了去除垃圾中的含水率，将垃圾按照不同含水进行分选，高含水率物质还需破碎混合，混匀后进行发酵，发酵后的产物再与第一类物质混合，烘干，最终才将含水率降低到5％以内，进行热解反应，虽然热解活化能减少60％，但是前端耗能依然很大。因此，该发明由于存在以上问题，经济效益差，很难实现工业化应用。

现有技术还公布了一种生活垃圾无害化热解处理系统，将生活垃圾经过破碎烘干后进行热解，热解产生的气体不直接排向大气，而是沿嵌入热解炉和燃烧室墙体内的管道进入烘干机构的空心夹层对原料进行烘干。此发明的余热利用充分，适合处理水分较多的生活垃圾，而且燃烧后的气体温度迅速降低，极大的减少了二噁英的产生。

然而，该预处理系统不可避免的采用了烘干，虽然为了避免大量臭气处理使用了间接烘干的方式，但是仍然会有含水蒸汽的臭气，同时间接烘干的系统能耗较直接烘干高，能源利用率低；将热解气通入燃烧室燃烧，产生的烟气作为烘干的热源，这样导致整个工艺没有其他产品可以外售，经济性差。

总而言之，由于我国生活垃圾由于含水率高，若在预处理中进行烘干，需要大量的热烟气或者水蒸气，不论是直接烘干还是间接烘干，产生的水蒸气不仅量大而且气味难闻，需要脱除臭味才能排放，整个过程能耗大，成本高。另外由于垃圾混合收集，使得垃圾成分复杂，多数工艺为了达到较高的垃圾利用率，设置了非常复杂的预处理工序，不仅流程长、能耗大而且分选效率难以保证。此外垃圾热解工艺目前由于工序复杂，经济效益差等原因难以真正实现工业化。目前垃圾热解工艺的热解温度较低，由于温度低导致的热解不彻底将使热解产物的后处理工艺复杂，成本上升。

发明内容

为解决背景技术中提到的问题，本发明提供了一种工艺流程简单的热解生活垃圾的系统和方法。

本发明所述的热解生活垃圾的系统，该系统无需复杂的垃圾预处理装置，该系统包括复合式高温热解旋转床、油气分离装置、流化床和可燃气储罐。

所述复合式高温热解旋转床包括进料口、出料口、高温油气出口，其炉体内按照所述复合式高温热解旋转床旋转方向依次设置有预热区、反应一区与反应二区，所述反应二区炉壁设置有等离子体炬；

所述油气分离装置包括高温油气入口、焦油出口以及热解气出口，所述高温油气入口与所述高温油气出口相连；

所述流化床包括垃圾炭入口与可燃气出口，所述垃圾炭入口与所述出料口相连；

所述可燃气储罐包括气体入口与气体出口，所述气体入口分别与所述热解气出口、可燃气出口相连。

具体地，所述预热区和反应一区的炉壁设置有蓄热式燃气辐射管燃烧器，用于为所述反应一区供热。

进一步地，所述系统还包括给料机，与所述复合式高温热解旋转床的进料口相连。

更进一步地，所述系统还包括螺旋出料机，连接所述复合式高温热解旋转床的出料口与所述流化床的垃圾炭入口。

本发明所述的用上述系统热解生活垃圾的方法，包括以下步骤：

生活垃圾的热解：将生活垃圾输送至所述复合式高温热解旋转床，并使其依次通过所述预热区、所述反应一区与所述反应二区，进行热解，得到垃圾炭和油气；

垃圾炭处理：将所述垃圾炭通入所述流化床进行气化处理，再经过除尘、冷却和脱硫得到焦油和可燃气，再将所述可燃气通入所述可燃气储罐；

油气处理：将所述油气通入所述油气分离装置，得到油水和热解气，所述热解气再经过除尘和脱硫得到可燃气，再将所述可燃气通入所述可燃气储罐；

能源循环利用：将所述可燃气输送给所述复合式高温热解旋转床，用于燃烧供热；将所述焦油通入所述旋转床，为所述垃圾炭的气化提供热量。

进一步地，通过所述等离子体炬将所述复合式高温热解旋转床的反应二区的温度调整为1000-1300℃。

更进一步地，根据所述复合式高温热解旋转床的直径，将所述等离子体炬设置为1个或者多个。

具体地，将所述复合式高温热解旋转床的预热区的温度设置为600-700℃。更具体地，将所述复合式高温热解旋转床的反应一区的温度设置为800-900℃。

此外，所述方法还包括如下步骤：将生活垃圾经过给料机送入所述复合式高温热解旋转床，在输送过程中筛选并清除大块无机物。

本发明所述的热解生活垃圾的系统和方法，使得生活垃圾不用预处理即可入炉进行热解，大大缩短热解工艺流程，避免了预处理效果差，处理设备故障率高的问题；此外，生活垃圾经过旋转床预热区、反应一区和反应二区热解后，热解更彻底，减量化明显。等离子体产生的高温(1000-1300℃)大大增加了热解气产率，热解气热值也有一定提高，热解气利用经济性较好；另外，垃圾炭还可通过流化床气化，产生可燃气，该部分可燃气可供旋转床辐射管燃烧。垃圾炭通过流化床气化实现垃圾炭的高效清洁利用。因而本发明所述的热解生活垃圾的系统和方法，大大提高了垃圾热解气化工艺的整体经济性，易于工业化推广。

附图说明

图1是复合式高温热解旋转床垃圾热解工艺流程图。

图2是复合式高温热解旋转床结构示意图。

图3是反应二区等离子体炬结构示意图

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及其各个方面的优点。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所述，本发明所述的热解生活垃圾的系统，包括复合式高温热解旋转床、油气分离装置、流化床和可燃气储罐。

所述复合式高温热解旋转床包括进料口、出料口、高温油气出口，其炉体内按照所述复合式高温热解旋转床旋转方向依次设置有预热区、反应一区与反应二区，所述反应二区炉壁设置有等离子体炬(如图2所示)；所述油气分离装置包括高温油气入口、焦油出口以及热解气出口，所述高温油气入口与所述高温油气出口相连；所述流化床包括垃圾炭入口与可燃气出口，所述垃圾炭入口与所述出料口相连；所述可燃气储罐包括气体入口与气体出口，所述气体入口分别与所述热解气出口、可燃气出口相连。

具体地，所述预热区和反应一区的炉壁设置有蓄热式燃气辐射管燃烧器，用于为所述反应一区供热。

进一步地，所述系统还包括给料机，与所述复合式高温热解旋转床的进料口相连。

更进一步地，所述系统还包括螺旋出料机，连接所述复合式高温热解旋转床的出料口与所述流化床的垃圾炭入口。

如图1所示，生活垃圾通过所述给料机送至所述复合式高温热解旋转床的进料口，生活垃圾均匀地落至旋转的料盘中，料盘依次经过预热区、反应一区和反应二区完成热解反应。所述复合式高温热解旋转床，包括炉体、蓄热式燃气辐射管燃烧器、等离子体炬，及进料出料装置等辅助机构。所述复合式高温热解旋转床炉底为环形可旋转，蓄热式燃气辐射管布置于预热区和反应一区的炉壁，等离子体炬布置于反应二区炉壁，如图1和图2所示，即预热区和反应一区的热源为蓄热式燃气辐射管燃烧器，反应二区热源为等离子体炬，通常所述等离子体炬采用高频感应放电产生等离子体的高频感应等离子体炬，温度为1000K-1300K。

如图3所示，所述反应二区内布置的燃烧器类型为高温等离子体炬，等离子体炬水平固定在复合式高温热解旋转床炉膛外环炉墙内，等离子体射流发生器位于炉膛内部，与辐射管布置形式一致。等离子体的布置数量根据旋转床直径确定，如直径为20m旋转床，反应二区需布置等离子体炬个数为7-9个。采用等离子体炬为高温热源的复合式高温热解旋转床，使垃圾热解更为彻底，减量化程度高。也可以根据燃烧器类型或温度将复合式高温热解旋转床进行分区，蓄热式辐射管和等离子体炬的布置也灵活多变。

如图1所示，生活垃圾在所述复合式高温热解旋转床内完成热解后的产物为富含水蒸气的热解油气和垃圾炭(固体炭)。热解油气经油气分离装置后得到热解气、焦油和水，其中所述油气分离装置可以包括高温油气激冷、油气分离管路等。垃圾热解产生的垃圾炭送至流化床进行气化，气化得到气体混合物经除尘净化后得到可燃的气化煤气。

将上述的热解气与气化煤气通入所述可燃气储罐，一方面这些气体可以作为复合式高温热解旋转床中蓄热式燃气辐射管燃烧的燃料，通入所述复合式高温热解旋转床，实现能源的循环利用；另一方面，这些气体还可以作为可燃气单独销售，具有一定的经济利益。

本发明所述的用上述系统热解生活垃圾的方法，包括以下步骤：

生活垃圾的热解：将生活垃圾输送至所述复合式高温热解旋转床，并使其依次通过所述预热区、所述反应一区与所述反应二区，进行热解，得到垃圾炭和油气；

垃圾炭处理：将所述垃圾炭通入所述流化床进行气化处理，再经过除尘、冷却和脱硫得到焦油和可燃气，再将所述可燃气通入所述可燃气储罐；

油气处理：将所述油气通入所述油气分离装置，得到油水和热解气，所述热解气再经过除尘和脱硫得到可燃气，再将所述可燃气通入所述可燃气储罐；

能源循环利用：将所述可燃气输送给所述复合式高温热解旋转床，用于燃烧供热；将所述焦油通入所述旋转床，为所述垃圾炭的气化提供热量。

进一步地，通过所述等离子体炬将所述复合式高温热解旋转床的反应二区的温度调整为1000-1300℃。

更进一步地，根据所述复合式高温热解旋转床的直径，将所述等离子体炬设置为1个或者多个。

具体地，将所述复合式高温热解旋转床的预热区的温度设置为600-700℃。更具体地，将所述复合式高温热解旋转床的反应一区的温度设置为800-900℃。

此外，所述方法还包括如下步骤：将生活垃圾经过给料机送入所述复合式高温热解旋转床，在输送过程中筛选并清除大块无机物。

具体地，本发明通过以下的方法实现生活垃圾的热解：

将进厂生活垃圾经过给料机和皮带送入复合式高温热解旋转床，在输送过程中拣出其中的大块无机物，如砖头、石块、大件玻璃金属制品等；

垃圾通过进料口落至复合式高温热解旋转床料盘中，首先经预热区进行低温干燥、热解，随后预热区垃圾随炉底旋转至反应一区进行中温热解，最后旋转至反应二区，物料经等离子体射流尾焰加热继续高温热裂解，高温热裂解完成后，垃圾炭经复合式高温热解旋转床出料口排出炉膛，垃圾完成热解；其中，预热区温度为600-700℃，主要作用为将入炉垃圾中的水分进行烘干，同时垃圾初步热解，易裂解挥发分在此区从垃圾中挥发出来；反应一区温度为800-900℃，反应二区温度为1000-1300℃。反应一区和反应二区为垃圾热裂解主反应区，反应二区采用的等离子体射流温度高达1000-1300℃，在反应一区内未完全热裂解的有机物，在反应二区彻底裂解。

然后，热解产生的垃圾炭经螺旋出料机完成密封出料，再经皮带送至流化床进行气化。流化床气化产生的混合气经过两级旋风除尘器、冷却、脱硫后得到可燃气产品。可燃气一部分作为燃料气供给辐射管燃烧，一部分作为产品销售。

复合式高温热解旋转床产生的油气经油气分离净化后得到焦油和热解气。焦油可送至流化床气化，也可直接外售。热解气可供旋转床辐射管自用，也可用于发电，或外售。

实施例1

采用某市生活垃圾为原料，垃圾含水率45％，成分组成如表1。

表1生活垃圾成分组成(wt％)

复合式高温热解旋转床提升了垃圾热解温度，热解气产率得到提升，较常规辐射管旋转床，利用复合式旋转床对垃圾进行热解，热解气产率提高了10％左右。三产具体分布情况见表2：

表2复合式高温热解旋转床和常规辐射管旋转床三产分布(wt％)

每吨垃圾热解后可产可燃气160Nm³，其成分及热值如下，与常规辐射管旋转床相比，复合式高温热解旋转床产气热值提高近25％，复合式高温热解旋转床与常规辐射管旋转床产气成分及热值见表3：

表3可燃气成分及热值

实施例2

采用某市生活垃圾为原料，垃圾含水率55％，成分组成如表4：

表4生活垃圾成分组成(wt％)

复合式高温热解旋转床提升了垃圾热解温度，热解气产率得到提升，较常规辐射管旋转床，利用复合式高温热解旋转床对垃圾进行热解，热解气产率提高了8％左右。三产具体分布情况见表5：

表5复合式高温热解旋转床和常规辐射管旋转床三产分布(wt％)

每吨垃圾热解后可产可燃气180Nm³，其成分及热值如下，与常规辐射管旋转床相比，复合式高温热解旋转床产气热值提高近15％，复合式高温热解旋转床与常规辐射管旋转床产气成分及热值如表6：

表6可燃气成分及热值

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种热解生活垃圾的系统，其特征在于，所述系统包括复合式高温热解旋转床、油气分离装置、流化床和可燃气储罐，其中，

所述旋转床包括进料口、出料口、高温油气出口，其炉体内按照旋转床旋转方向依次设置有预热区、反应一区与反应二区，所述反应二区炉壁设置有等离子体炬；

所述油气分离装置包括高温油气入口、焦油出口以及热解气出口，所述高温油气入口与所述高温油气出口相连；

所述流化床包括垃圾炭入口与可燃气出口，所述垃圾炭入口与所述出料口相连；

所述可燃气储罐包括气体入口与气体出口，所述气体入口分别与所述热解气出口、可燃气出口相连。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预热区和反应一区的炉壁设置有蓄热式燃气辐射管燃烧器，用于为所述反应一区供热。

3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括给料机，与所述复合式高温热解旋转床的进料口相连。

4.如权利要求1或者2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括螺旋出料机，连接所述复合式高温热解旋转床的出料口与所述流化床的垃圾炭入口。

5.用如权利要求1-4任一所述的系统热解生活垃圾的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

生活垃圾的热解：将生活垃圾输送至所述复合式高温热解旋转床，并使其依次通过所述预热区、所述反应一区与所述反应二区，进行热解，得到垃圾炭和油气；

垃圾炭处理：将所述垃圾炭通入所述流化床进行气化处理，再经过除尘、冷却和脱硫得到焦油和可燃气，再将所述可燃气通入所述可燃气储罐；

油气处理：将所述油气通入所述油气分离装置，得到油水和热解气，所述热解气再经过除尘和脱硫得到可燃气，再将所述可燃气通入所述可燃气储罐；

能源循环利用：将所述可燃气输送给所述复合式高温热解旋转床，用于燃烧供热；将所述焦油通入所述旋转床，为所述垃圾炭的气化提供热量。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过所述等离子体炬将所述复合式高温热解旋转床的反应二区的温度调整为1000-1300℃。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述复合式高温热解旋转床的直径，将所述等离子体炬设置为1个或者多个。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述复合式高温热解旋转床的预热区的温度设置为600-700℃。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述复合式高温热解旋转床的反应一区的温度设置为800-900℃。

10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

将生活垃圾经过给料机送入所述复合式高温热解旋转床，在输送过程中筛选并清除大块无机物。