CN106482110A - 一种热解与厌氧消化耦合处理垃圾的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热解与厌氧消化耦合处理垃圾的系统及方法。该系统包括：分选装置，具有分选垃圾入口、可燃物出口、不可燃有机物出口；热解装置，具有可燃物入口、固体炭出口、高温油气出口，可燃物入口与可燃物出口相连；循环流化床，具有固体炭入口、空气入口、水入口、烟气出口、水蒸气出口，固体炭入口与固体炭出口相连，除尘装置，具有烟气入口、净化气出口、飞灰出口，烟气入口与烟气出口相连；蓄热式熔融炉，具有飞灰入口、燃料气入口、玻璃体出口、废气出口，飞灰入口与飞灰出口相连；厌氧消化装置，具有不可燃有机物入口和沼气出口，不可燃有机物入口与不可燃有机物出口相连。本发明的工艺简单、成本低、环保效益好、产品经济效益好。

Description

一种热解与厌氧消化耦合处理垃圾的系统及方法

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化处理领域，具体涉及一种热解与厌氧消化耦合处理垃圾的系统及方法。

背景技术

垃圾热解处理是目前公认的相对于垃圾焚烧更好的处理方式，不仅能够清洁实现垃圾的减量化处理，环境友好性强，而且可获得价值更高的油、气和固体炭，从原理上避免了二噁英的生成，同时大部分的重金属在热解过程中融入灰渣，减少了排放量。

飞灰熔融处理能够实现飞灰的清洁、减量化处理，将飞灰变为稳定态的玻璃体，减少了飞灰对环境的污染，一些飞灰气化熔融工艺，温度较低，飞灰中仍有少量重金属残余，无害化水平不高，在应用中受到很多制约。

厌氧消化是利用兼性菌和厌氧细菌将垃圾中的可生物降解的有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等。具有二次污染小、资源化水平高等特点。而现有的一些单独的厌氧消化工艺，虽然沼气产量较高，但由于成分复杂，难以作为产品出售，经济性差。

发明内容

本发明的目的是针对垃圾原料中有机物量大、含水率高、难以解决等问题，提供一种清洁、高效的垃圾无害化处理的工艺。

本发明首先提供了一种热解与厌氧消化耦合处理垃圾的系统，所述系统包括：

分选装置，具有分选垃圾入口、可燃物出口、不可燃有机物出口；

热解装置，具有可燃物入口、固体炭出口、高温油气出口，所述可燃物入口与所述分选装置的可燃物出口相连；

循环流化床，具有固体炭入口、空气入口、水入口、烟气出口、水蒸气出口，所述固体炭入口与所述热解装置的固体炭出口相连，

除尘装置，具有烟气入口、净化气出口、飞灰出口，所述烟气入口与所述循环流化床的烟气出口相连；

蓄热式熔融炉，具有飞灰入口、燃料气入口、玻璃体出口、废气出口，所述飞灰入口与所述除尘装置的飞灰出口相连；

厌氧消化装置，具有不可燃有机物入口和沼气出口，所述不可燃有机物入口与所述分选装置的不可燃有机物出口相连。

在本发明的一些实施例中，所述系统还包括分离净化装置，所述分离净化装置具有高温油气入口、水入口、热解气出口、热解油出口、水蒸气出口，所述高温油气入口与所述热解装置的高温油气出口相连。

在本发明的一些实施例中，所述系统还包括发电装置，所述发电装置具有水蒸气入口和电能出口，所述水蒸气入口与所述循环流化床的水蒸气出口相连。

在本发明的一些实施例中，所述发电装置还具有乏汽出口，所述厌氧消化装置还具有乏汽入口和冷凝水出口，所述乏汽出口与所述乏汽入口相连；所述冷凝水出口与所述循环流化床的水入口相连。

在本发明的一些实施例中，所述热解装置还具有燃料气入口，所述厌氧消化装置的沼气出口与所述蓄热式熔融炉的燃料气入口和/或所述热解装置的燃料气入口相连。

此外，本发明还提供了一种利用上述系统处理垃圾的方法，所述方法包括：

将垃圾送入所述分选装置进行分选，选出可燃物和不可燃有机物；

将所述可燃物送入所述热解装置进行热解，得到高温油气和固体炭；

将所述固体炭送入所述循环流化床，先燃烧再与水进行换热，得到水蒸气和烟气；

将所述烟气送入所述除尘装置进行除尘，得到飞灰；

将所述灰飞送入所述蓄热式熔融炉，在1200℃-1400℃的温度下对所述灰飞进行熔融处理；

将所述不可燃有机物送入所述厌氧消化装置，在40℃-60℃的温度下对所述不可燃有机物进行厌氧消化，制备沼气。

在本发明的一些实施例中，将所述高温油气进行分离和净化，得到热解气和热解油。

在本发明的一些实施例中，用所述水蒸气进行发电。

在本发明的一些实施例中，所述水水蒸气在发电后还会剩余乏汽；将所述乏汽送入所述厌氧消化装置，为所述不可燃有机物的厌氧消化提供能量；所述乏汽在所述厌氧消化装置变为冷凝水，将所述冷凝水送入所述循环流化床，与所述固体炭燃烧后产生的高温烟气进行换热，制备所述水蒸气。

在本发明的一些实施例中，将所述沼气送入所述蓄热式熔融炉和/或所述循环流化床中作为燃料使用。

本发明采用热解技术对分选后的可燃物进行热解，将高温油气混合物进行分离净化处理，最终获得热解油气产品及固体炭；将固体炭通过循环流化床锅炉燃烧换热产水蒸气，然后利用水蒸气进行发电，并将分选后的有机物进行厌氧消化处理，制备沼气。固体炭燃烧后形成的飞灰采用熔融的方式进行处理。

本发明整个工艺无危险废弃物飞灰产生，环保效益好，获得的沼气品质高，可作为燃料供工艺自身使用，解决了垃圾处理问题及飞灰污染等问题。

此外，本发明的工艺简单、工艺成本低、环保效益好、产品经济效益好，易于实现工业化和规模化。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种处理垃圾的系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的一种利用上述处理垃圾工艺流程图。

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。

参见图1，本发明提供的垃圾处理的系统包括：分选装置1、热解装置2、分离净化装置3、循环流化床4、发电装置5、除尘装置6、厌氧消化装置7、蓄热式熔融炉8。

分选装置1具有分选垃圾入口、可燃物出口、不可燃有机物出口，分选装置1包括磁选、筛分等设备，用于分选出垃圾中的可燃物和不可燃有机物。

热解装置2具有可燃物入口、固体炭出口、高温油气出口，可燃物入口与分选装置1的可燃物出口相连。热解装置2用以热解垃圾中的可燃物。

分离净化装置3具有高温油气入口、水入口、热解气出口、热解油出口、水蒸气出口，高温油气入口与热解装置2的高温油气出口相连。分离净化装置3用于冷却高温油气，将其分离为热解油和热解气，以提高产品的经济效益。热解产生的高温油气也可不经过处理直接作为燃料燃烧，因此分离净化装置3不是本系统所必须的装置。

循环流化床4具有固体炭入口、空气入口、燃料气入口、水入口、烟气出口、水蒸气出口，固体炭入口与热解装置2的固体炭出口相连。循环流化床4采用燃烧的方式处理垃圾中的可燃物热解得到的固体炭，并将燃烧产生的热量制备水蒸气。

发电装置5具有水蒸气入口、电能出口、乏汽出口，水蒸气入口与循环流化床4的水蒸气出口相连。发电装置5利用水蒸气发电，提高了产品的经济效益。当然，水蒸气也可以另作他用。

除尘装置6具有烟气入口、净化气出口、飞灰出口，烟气入口与循环流化床4的烟气出口相连。除尘装置6用于吸收烟气中的飞灰，使烟气达到排放标准。

蓄热式熔融炉7具有飞灰入口、燃料气入口、玻璃体出口、废气出口，飞灰入口与除尘装置6的飞灰出口相连。蓄热式熔融炉7用以处理飞灰。

厌氧消化装置8具有不可燃有机物入口和沼气出口，不可燃有机物入口与分选装置1的不可燃有机物出口相连。厌氧消化装置8用于处理垃圾中的不可燃有机物。

图1所示的系统中，厌氧消化装置8还具有乏汽入口和冷凝水出口，乏汽入口与发电装置5的乏汽出口相连，冷凝水出口与循环流化床4的水入口相连。水蒸气发电后剩下的乏汽当作热源，为不可燃有机物的厌氧消化提供热量。乏汽冷却后变为了冷凝水，不经处理即送入循环流化床4中制备水蒸气。这样布置能有效降低系统的运行成本。

此外，图1所示的系统，厌氧消化装置8的沼气出口与蓄热式熔融炉7的燃料气入口相连。垃圾中的不可燃有机物厌氧消化后制得的沼气不经处理，直接用于熔融处理飞灰，减少了整个工艺对燃料气的需求，有效降低了系统的运行成本。若制得的沼气较多，还可将沼气送入热解装置2中用以热解垃圾中的可燃物，即，可根据工艺需求，在热解装置2设置燃料气入口，并将厌氧消化装置8的沼气出口与热解装置2的燃料气入口相连。

图2为本发明实施例中的一种处理垃圾的工艺流程图，包括如下步骤：

准备垃圾；

将垃圾送入分选装置1进行分选，选出可燃物和不可燃有机物；

将可燃物送入热解装置2进行热解，得到高温油气和固体炭；

将固体炭送入循环流化床4，先燃烧再与水进行换热，得到水蒸气和烟气；

将烟气送入除尘装置6进行除尘，得到飞灰；

将灰飞送入蓄热式熔融炉7，在1200℃-1400℃的温度下对灰飞进行熔融处理；

将不可燃有机物送入厌氧消化装置8，在40℃-60℃的温度下对不可燃有机物进行厌氧消化，制备沼气。

同前所述，将高温油气进行分离和净化，制得热解气和热解油。

同前所述，将水蒸气用以发电。水蒸气在发电后还会剩余乏汽，乏汽送入厌氧消化装置8，为不可燃有机物的厌氧消化提供能量。乏汽在厌氧消化装置8中变为冷凝水，将冷凝水送入循环流化床4，与固体炭燃烧后产生的高温烟气进行换热，制备水蒸气。

同前所述，将沼气送入蓄热式熔融炉7和/或热解装置2中作为燃料使用。

飞灰熔融处理后大部分为无机物残渣，经过冷却后，可直接送至填埋场进行处理。

上述系统中各装置的有益效果和上述利用该系统处理垃圾的方法的有益效果有部分重叠，为了更加简洁，并未过多叙述。

本发明实现了垃圾热解、飞灰熔融处理及有机物厌氧消化等工艺的高效结合，不仅降低了运行成本，提高了整个工艺的清洁性，还增加了经济效益，且易于工业化推广。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明。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发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例1

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺路线对垃圾进行处理。所用垃圾的含水率为40％，其具体成分如表1所示，具体处理流程如下：

将含水率40％的垃圾进行分选，分选出金属、渣土、可燃物及不可燃有机物；将经过分选后的可燃物进行热解处理，得到30％的热解油气混合物(相对于入炉垃圾)及40％的固体炭(相对于入炉垃圾)，热解温度为800℃；将热解油气分离净化，制得8％的热解油(相对于入炉干垃圾)和36％的热解气(相对于入炉干垃圾)。将固体炭送入循环流化床4燃烧，得到高温烟气，将高温烟气与水换热制备水蒸气，得到的水蒸气的温度为400℃，将其用于发电；将换热后的烟气除尘，收集到4％的飞灰(相对于入炉干垃圾)；将飞灰在1400℃下进行熔融处理，冷却后填埋，有98％的飞灰最终被熔融成玻璃体。将经过分选后的有机物进行厌氧消化，厌氧消化的温度为40℃，得到沼气。将沼气送入蓄热式熔融炉7中熔融飞灰。

实施例2

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺路线对垃圾进行处理。所用垃圾的含水率为45％，其具体成分如表1所示，具体处理流程如下：

将含水率45％的垃圾进行分选，分选出金属、渣土、可燃物及不可燃有机物；将经过分选后的可燃物进行热解处理，得到32％的热解油气混合物(相对于入炉垃圾)及43％的固体炭(相对于入炉垃圾)，热解温度为850℃；将热解油气分离净化，制得6％的热解油(相对于入炉干垃圾)和40％的热解气(相对于入炉干垃圾)。将固体炭送入循环流化床4燃烧，得到高温烟气，将高温烟气与水换热制备水蒸气，得到的水蒸气的温度为390℃，将其用于发电；将换热后的烟气除尘，收集到3％的飞灰(相对于入炉干垃圾)；将飞灰在1200℃下进行熔融处理，冷却后填埋，有99％的飞灰最终被熔融成玻璃体。将经过分选后的有机物进行厌氧消化，厌氧消化的温度为60℃，得到沼气。将沼气送入蓄热式熔融炉7中熔融飞灰。

表1垃圾各组分百分含量(wt％)

从上述实施例可知，本发明提供的工艺能有效处理垃圾，且系统运行所需的外用热量少，工艺运行成本低。

综上，本发明采用热解技术对分选后的可燃物进行热解，将高温油气混合物进行分离净化处理，最终获得热解油气产品及固体炭；将固体炭通过循环流化床锅炉燃烧换热产水蒸气，然后利用水蒸气进行发电，并将分选后的有机物进行厌氧消化处理，制备沼气。固体炭燃烧后形成的飞灰采用熔融的方式进行处理。

本发明整个工艺无危险废弃物飞灰产生，环保效益好，获得的沼气品质高，可作为燃料供工艺自身使用，解决了垃圾处理问题及飞灰污染等问题。

此外，本发明的工艺简单、工艺成本低、环保效益好、产品经济效益好，易于实现工业化和规模化。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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)

1.一种热解与厌氧消化耦合处理垃圾的系统，其特征在于，所述系统包括：

分选装置，具有分选垃圾入口、可燃物出口、不可燃有机物出口；

热解装置，具有可燃物入口、固体炭出口、高温油气出口，所述可燃物入口与所述分选装置的可燃物出口相连；

循环流化床，具有固体炭入口、空气入口、水入口、烟气出口、水蒸气出口，所述固体炭入口与所述热解装置的固体炭出口相连，

除尘装置，具有烟气入口、净化气出口、飞灰出口，所述烟气入口与所述循环流化床的烟气出口相连；

蓄热式熔融炉，具有飞灰入口、燃料气入口、玻璃体出口、废气出口，所述飞灰入口与所述除尘装置的飞灰出口相连；

厌氧消化装置，具有不可燃有机物入口和沼气出口，所述不可燃有机物入口与所述分选装置的不可燃有机物出口相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括分离净化装置，所述分离净化装置具有高温油气入口、水入口、热解气出口、热解油出口、水蒸气出口，所述高温油气入口与所述热解装置的高温油气出口相连。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括发电装置，所述发电装置具有水蒸气入口和电能出口，所述水蒸气入口与所述循环流化床的水蒸气出口相连。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述发电装置还具有乏汽出口，所述厌氧消化装置还具有乏汽入口和冷凝水出口，所述乏汽出口与所述乏汽入口相连；所述冷凝水出口与所述循环流化床的水入口相连。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热解装置还具有燃料气入口，所述厌氧消化装置的沼气出口与所述蓄热式熔融炉的燃料气入口和/或所述热解装置的燃料气入口相连。

6.一种利用权利要求1-5中任一所述系统处理垃圾的方法，其特征在于，所述方法包括：

将垃圾送入所述分选装置进行分选，选出可燃物和不可燃有机物；

将所述可燃物送入所述热解装置进行热解，得到高温油气和固体炭；

将所述固体炭送入所述循环流化床，先燃烧再与水进行换热，得到水蒸气和烟气；

将所述烟气送入所述除尘装置进行除尘，得到飞灰；

将所述灰飞送入所述蓄热式熔融炉，在1200℃-1400℃的温度下对所述灰飞进行熔融处理；

将所述不可燃有机物送入所述厌氧消化装置，在40℃-60℃的温度下对所述不可燃有机物进行厌氧消化，制备沼气。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述高温油气进行分离和净化，得到热解气和热解油。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，用所述水蒸气进行发电。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述水水蒸气在发电后还会剩余乏汽；将所述乏汽送入所述厌氧消化装置，为所述不可燃有机物的厌氧消化提供能量；所述乏汽在所述厌氧消化装置变为冷凝水，将所述冷凝水送入所述循环流化床，与所述固体炭燃烧后产生的高温烟气进行换热，制备所述水蒸气。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述沼气送入所述蓄热式熔融炉和/或所述循环流化床中作为燃料使用。