CN106833695A - 一种生活垃圾热解系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生活垃圾热解系统，它包括热解炉，热解炉的尾气管道接口与冷却管套的烟气进口连接，冷却管套的烟气出口与旋风除尘冷却装置的烟气进口连接，旋风除尘冷却装置的烟气出口与热交换器的烟气进口连接，热交换器的烟气出口与生物质填料净化塔的烟气进口连通，生物质填料净化塔的烟气出口与深度除酸净化塔的烟气进口连接，深度除酸净化塔的烟气出口与烟囱连接。本发明填补了中小规模垃圾资源化处理的空白。

Description

一种生活垃圾热解系统

技术领域

本发明涉及一种生活垃圾热解系统。

背景技术

随着社会经济的快速发展，我国生活垃圾产量逐年增加、成分日趋复杂，尤其是我国大部分中小城镇地区。"十二五"期间，我国利用新农村建设和农村环境连片整治的契机，较大部分中小城镇建立了较完善的垃圾收集和转运系统，提高了生活垃圾清运率，但生活垃圾处理设施配套建设滞后。目前，我国60%的乡镇没有符合标准要求的处理设施，主要采用“村收集、镇转运、县（市）集中处理”的处理模式或采用就地简易焚烧和简易填埋的处理方式。2017年中央一号文件明确提出推进农村生活垃圾治理专项行动。住房和城乡建设部相关人员表示，我国将在全国100个县推行农村生活垃圾资源化利用示范试点，要将我国农村生活垃圾处理率从2016年的60％提高到2020年的90%。

中小城镇生活垃圾具有产量小且分散、成分复杂处理难度大等特点，生活垃圾卫生填埋、堆肥、焚烧发电等处理方式收运成与处理本高、二次环境污染风险较大，生活垃圾热解气化技术受到越来越多人的关注，但在实际应用过程中常常出现如下问题：生活垃圾反应装置同一水平面供氧不均匀，导致同一水平面垃圾氧化速率不同，所释放的热量分布不均匀，从而使部分生活垃圾反应不完全；热处理产生的气体在反应装置中停留时间短，高热值成分如CO、CH4、H2等未充分发生氧化反应，造成热效率低，低热值成分如焦油在反应装置中停留时间过短，未进行充分分解，增大尾气处理难度；氧化反应产生的大量热量被尾气带走，不利于通过生活垃圾热自用形成高温条件，往往需要添加辅助燃料。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种生活垃圾热解系统。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述生活垃圾热解系统包括热解炉，所述热解炉的尾气管道接口与冷却管套的烟气进口连接，所述冷却管套的烟气出口与旋风除尘冷却装置的烟气进口连接，所述旋风除尘冷却装置的烟气出口与热交换器的烟气进口连接，所述热交换器的烟气出口与生物质填料净化塔的烟气进口连通，所述生物质填料净化塔的烟气出口与深度除酸净化塔的烟气进口连接，所述深度除酸净化塔的烟气出口与烟囱连接；所述旋风除尘冷却装置、热交换器和生物质填料净化塔的底部均设有焦油出口，所述焦油出口与焦油贮存池连接（焦油贮存池主要是为了贮存烟气冷凝的焦油，然后回用至热解炉内）；所述冷却套管还与冷却水循环池连接，所述冷却水循环池与热交换器连接；所述生活垃圾热解系统还包括碱液池，所述碱液池与深度除酸净化塔的碱液进口连接，所述深度除酸净化塔的碱液出口与废碱液沉淀池连接，所述废碱液沉淀池再与碱液池连接，所述碱液池还外接石灰石筒仓（用于石灰搅拌溶解）。

其中，所述焦油出口与焦油贮存池连接的管道上设有加油废水泵。

所述生活垃圾热解炉包括由支架支撑的炉体，炉体顶部设有进料口，炉体底部设有出渣口；所述炉体内腔由上至下形成干燥层、热解气化层和燃烧层，所述干燥层与热解气化层连通，所述热解气化层与燃烧层连通；所述干燥层下端设有沿水平方向铺设的第一水平导热板，所述热解气化层下端设有沿水平方向铺设的第二水平导热板，所述所述第一水平导热板和第二水平导热板均与炉壁内侧连接；所述热解气化层内设有沿水平方向铺设的上循环烟气回用管，所述燃烧层内设有沿水平方向铺设的下循环烟气回用管，所述上循环烟气回用管与下循环烟气回用管连通，所述上循环烟气回用管与下循环烟气回用管均与炉壁内侧连接，所述下循环烟气回用管上设有与下循环烟气回用管垂直且水平布置的布风管，所述上循环烟气回用管、下循环烟气回用管和布风管上均设有通气孔；所述燃烧层外周环设有二燃室，所述二燃室与燃烧层内腔连通，所述二燃室设有尾气管道连接口。

所述上循环烟气回用管设置于热解气化层上端，所述下循环烟气回用管设置于燃烧层下端。

所述下循环烟气回用管处于二燃室下方的位置。

所述上循环烟气回用管、下循环烟气回用管和布风管上均设有开孔朝下的通气孔。

所述炉体内腔中还设有垂直导热板。

所述出渣口与除渣器连接。所述除渣器为螺旋除渣器。

所述上循环烟气回用管与下循环烟气回用管通过炉体外部的管道连通。

所述上循环烟气回用管通过炉体外部的管道与烟气循环腔体连接，烟气循环腔体再通过炉体外部的管道与下循环烟气回用管连接。烟气循环腔体用于除水汽，增加供氧。

所述炉体为圆柱体或圆锥体外形。

下面对本发明作进一步说明：

本发明所述生活垃圾热解系统主要在贫氧或缺氧的条件下，利用生活垃圾中有机废物成分的热不稳定性在高温下发生裂解，从而脱出挥发性物质，最终成为可燃气、焦油和少量炭状残余物，可燃气和焦油进行富氧燃烧回用。通过对炉内供氧量、引风机功率、进料速度、排渣转速等调控，使得炉内稳定分为干燥层（150-200℃）、热解气化层（200-650℃）、燃烧层（850-1100℃）。烟气从热解炉出来后的走向为：烟气冷却套管——旋风除尘+冷却——热交换器——生物质填料净化塔——深度除酸净化塔（碱液水洗+除雾+活性炭吸附的集成功能）——烟囱外排。

该生活垃圾热解系统进料采用间歇式加料方式，因地制宜地选择进料平台+梯形进料斜槽或垃圾贮存斗+提升料斗，加料完毕后将进料口封闭。热解气化主反应炉从上而下分为干燥层、热解气化层、富氧燃烧层与二燃室。干燥层上端为进料口，其下端设有人字形支撑板(此为第一导热板，热解气化层下端则设有第二导热板)，支撑板与炉壁连接，主要起缓冲、导热的作用，实现水平导热，确保同一水平面热量分布均匀。在第一导热板下面设置有可燃气体回用管（上循环烟气回用管），将主要由蒸发的水分和还原分解的热解气（高热值组份如CO、CH4、H2等和低热值组份如芳香醇及重油等）组成的可燃气体吸入烟气循环管道通过下循环烟气回用管回用至富氧燃烧层，释放的热量用于热解气化层和干燥层。富氧燃烧层未彻底燃烧的一氧化碳、烷烃类气体与充足的高温空气混合进入与富氧燃烧层同一水平面上的二燃室，在二燃室内进行二段过氧燃烧，燃烧温度可达900-1100℃，停留时间大于2秒，充分燃烧产生高温烟气在烟道中多次折流、沉降除尘后进入烟气净化系统。富氧燃烧层下面为燃尽层和灰斗，炉渣经高温处理后由螺旋除渣器定期排出。

使用本发明所述生活垃圾热解系统，生活垃圾无需分拣，由垃圾运输车辆运送至进料平台的梯形进料斜槽，经热解气化炉顶端进料口的粗格栅筛出大块后由布料器均匀进入热解气化炉，经首次点燃后，生活垃圾开始分解释放大量的热量，无需再添加任何辅助燃料，通过对热解气化炉的供氧量、进料速度、可燃气的回用、排渣速率的精准控制，热空气在引风机作用下与生活垃圾相向运动，生活垃圾自上而下依次经过干燥层、热解气化层和燃烧层，炉内温度保持在850—1100℃，连续24小时不间断地稳定运行，最终转化为混合烟气（含热量、可燃气、焦油、水汽、灰尘、二氧化硫、氯化氢等）及少量炉渣。热解气化层产生的可燃气体循环至燃烧层和二燃室再次燃烧，实现对烟气中二噁英、焦油等物质的彻底分解，减少污染物的排放，同时大大提高系统热利用率。尾气采用旋风除尘、烟气急冷换热、稻壳除尘与焦油、碱液水洗、除雾、活性炭吸附等措施有效去除烟气中的粉尘、SO2、HCl、焦油、NOx和重金属等污染物，确保尾气达标排放；尾气净化过程中产生的废稻壳、沉淀池底泥可混入生活垃圾回用至热解气化炉处理。烟气热量被水冷换热系统吸收，产生热水；炉渣经自动排渣系统排出，用作环保建材的原料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）垃圾热解气化技术比排放达标，无二次污染

垃圾焚烧发电是在添加煤炭和燃油的情况下对垃圾进行直接焚烧的单一处理模式，因有害物质燃烧不彻底、分解不完全，随烟气直接排放到大气中形成二次污染，且由于侧重对热能发电的利用，炉温度很难稳定在850度以上，导致二噁英产生量增大；此外，发酵或烘干等预处理也产生数量极大的垃圾渗滤液，其约占垃圾总重的33%。因此，垃圾焚烧技术污染较大，三废处理难度大。

本发明将热解气化、可燃气富氧燃烧和二次燃烧等技术有效集成，通过控制热解气化层的供氧量，实现二噁英等污染物产生量大大降低；通过可燃气体在富氧燃烧层和二燃室内的过氧燃烧, 将温度控制在850-1100℃，气体停留时间大于2 秒, 使多氯联苯类物质、残炭等完全燃烧分解，彻底二噁英等污染物；烟气急冷换热系统通过将温度急速冷却到200℃及以下，防止已分解的多氯联苯类物质在CuCl₂、C原子催化下再度合成二噁英，二噁英排放浓度远低于《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014），优于欧盟标准，这是本发明与垃圾直接焚烧的最大区别。此外，烟气经旋风除尘、急冷换热、木屑除尘、水洗（碱液）除尘脱硫、活性炭吸附处理后，其它污染物均低于国家相关标准。

（2）无需添加辅助染料，运行成本低

除首次点火或检修后再运行时需要外界辅助燃料外，本设备在稳定运行过程中无需再添加任何辅助燃料，仅依靠垃圾自身热值即可持续稳定运行。本设备在稳定运行中，因供氧量小、污染物产生量少，进一步降低了运行的电耗、水耗及烟气处理成本。使用垃圾热解气化处理装备及技术，直接处理成本仅为传统技术的五分之一，甚至更低。

（3）无需分拣，操作简单，垃圾处理范围广

垃圾焚烧法处理垃圾技术源于欧美和日本，但这些地区和国家的垃圾分类规范，呈现垃圾单一性、高热值、较干燥的特点。而我国特别是中西部地区的城市垃圾普遍很杂乱，含水率也很高，这就使国外进口设备及仿制设备在中国“水土不服”，部分重金投资建成的垃圾焚烧厂刚运行就停产。

本发明具有高适应性，垃圾无需堆放发酵渗滤，无需任何分类，混合收集的垃圾直接入炉处理，非常适合我国城市生活垃圾成分复杂、不便分拣、含水率高、发热值低的特点。垃圾热解气化技术比直接焚烧更适应我国的复合型、低热值、高含水率的垃圾处理。

（4）高度集成，设备投资低

将热解气化炉和二燃室、旋风除尘器与冷却设备有机集成在一起，采用系统化整体设计，实现设备高度集成、模块化、小型化，主体设备占地面积仅为450-650㎡，降低了设备投资。

（5）全自动控制，稳定运行，操作简单

通过传感器信号反馈，经PLC自动控制系统自动调整点击的启停及变频调速，实现对生活垃圾进料、供氧量、热解气化温度及排渣速度的精准控制。全部指令、实时显示及监控均设置在控制柜上，操作简单，运行安全可靠。

（6）垃圾热解气化技术处理规模可实现小型化，创造性地解决了县级、乡镇和村级垃圾处理难题。

总之，本发明所述生活垃圾热解系统通过控制热解气化层的供氧量，减少二噁英的产生，通过可燃气体在富氧燃烧层和二燃室内的过氧燃烧，彻底分解二噁英，通过烟气急冷换热防止再度合成二噁英，上述三道防线彻底解决了二噁英环境污染问题。设置水平布风管，实现同一水平面均匀布风，使整个热反应装置连续性稳定运行。设置自循环烟气系统，降低整个热反应装置的成本，降低整个工艺过程复杂程度，可燃气体回用管淹没在热解气化层的物料中，迫使干燥层产生的水蒸气折返穿过热解气化层，提高生活垃圾产气量；迫使热解产物和上行的高温烟气折返，降低烟气中焦油含量和粉尘浓度。现行的生活垃圾焚烧发电其技术复杂、投资大、应用门槛较高，不仅需要以经济基础为支撑，还必须有一定的规模效应。我国新建的垃圾焚烧发电厂，处理规模普遍大于600吨/日，装机1.2万千瓦（根据国家对火电的产业政策，装机五万千瓦以下是淘汰对象）。本发明填补了中小规模垃圾资源化处理的空白。

附图说明

图1为本发明生活垃圾热解系统中热解炉的结构示意图；

图2为本发明生活垃圾热解系统中热解炉的另一种结构示意图；

图3为图1A-A剖视图；

图4为图1B-B剖视图；

图5为本发明所述生活垃圾热解系统的结构示意图。

图中：1、炉体；2、干燥层；3、热解气化层；4、燃烧层；5、上循环烟气回用管；6、下循环烟气回用管；7、二燃室；8、烟气循环腔体；9、第一水平导热板；10、第二水平导热板；11、布风管；12、尾气管道连接口；13、支架；14、进料口；15、出渣口；16、垂直导热板；17、除渣器；18、冷却管套；19、旋风除尘冷却装置；20、热交换器；21、生物质填料净化塔；22、深度除酸净化塔；23、焦油贮存池；24、冷却水循环池；25、碱液池；26、废碱液沉淀池；27、石灰石筒仓；28、加油废水泵；29、烟囱。

具体实施方式

实施例1

参见图1、图3和图4，

所述生活垃圾热解系统包括热解炉，所述热解炉的尾气管道接口12与冷却管套18的烟气进口连接，所述冷却管套18的烟气出口与旋风除尘冷却装置19的烟气进口连接，所述旋风除尘冷却装置19的烟气出口与热交换器20的烟气进口连接，所述热交换器20的烟气出口与生物质填料净化塔21的烟气进口连通，所述生物质填料净化塔21的烟气出口与深度除酸净化塔22的烟气进口连接，所述深度除酸净化塔22的烟气出口与烟囱29连接；所述旋风除尘冷却装置19、热交换器20和生物质填料净化塔21的底部均设有焦油出口，所述焦油出口与焦油贮存池23连接；所述冷却套管18还与冷却水循环池24连接，所述冷却水循环池24与热交换器20连接；所述生活垃圾热解系统还包括碱液池25，所述碱液池25与深度除酸净化塔22的碱液进口连接，所述深度除酸净化塔22的碱液出口与废碱液沉淀池26连接，所述废碱液沉淀池26再与碱液池25连接，所述碱液池25还外接石灰石筒仓27。

其中，所述焦油出口与焦油贮存池23连接的管道上设有加油废水泵28。

所述生活垃圾热解炉包括由支架13支撑的炉体1，炉体1顶部设有进料口14，炉体1底部设有出渣口15；所述炉体1内腔由上至下形成干燥层2、热解气化层3和燃烧层4，所述干燥层2与热解气化层3连通，所述热解气化层3与燃烧层4连通；所述干燥层2下端设有沿水平方向铺设的第一水平导热板9，所述热解气化层3下端设有沿水平方向铺设的第二水平导热板10，所述所述第一水平导热板9和第二水平导热板10均与炉壁内侧连接；所述热解气化层3内设有沿水平方向铺设的上循环烟气回用管5，所述燃烧层4内设有沿水平方向铺设的下循环烟气回用管6，所述上循环烟气回用管5与下循环烟气回用管6连通，所述上循环烟气回用管5与下循环烟气回用管6均与炉壁内侧连接，所述下循环烟气回用管6上设有与下循环烟气回用管6垂直且水平布置的布风管11，所述上循环烟气回用管5、下循环烟气回用管6和布风管11上均设有通气孔；所述燃烧层4外周环设有二燃室7，所述二燃室7与燃烧层4内腔连通，所述二燃室7设有尾气管道连接口12。

所述上循环烟气回用管5设置于热解气化层3上端，所述下循环烟气回用管6设置于燃烧层4下端。

所述下循环烟气回用管6处于二燃室7下方的位置。

所述炉体1内腔中还设有垂直导热板16。

所述出渣口15与除渣器17连接。所述除渣器17为螺旋除渣器。

所述上循环烟气回用管5与下循环烟气回用管6通过炉体1外部的管道连通。

所述炉体1为圆柱体或圆锥体外形。

实施例2

参见图2、图3和图4，

所述生活垃圾热解系统包括热解炉，所述热解炉的尾气管道接口12与冷却管套18的烟气进口连接，所述冷却管套18的烟气出口与旋风除尘冷却装置19的烟气进口连接，所述旋风除尘冷却装置19的烟气出口与热交换器20的烟气进口连接，所述热交换器20的烟气出口与生物质填料净化塔21的烟气进口连通，所述生物质填料净化塔21的烟气出口与深度除酸净化塔22的烟气进口连接，所述深度除酸净化塔22的烟气出口与烟囱29连接；所述旋风除尘冷却装置19、热交换器20和生物质填料净化塔21的底部均设有焦油出口，所述焦油出口与焦油贮存池23连接；所述冷却套管18还与冷却水循环池24连接，所述冷却水循环池24与热交换器20连接；所述生活垃圾热解系统还包括碱液池25，所述碱液池25与深度除酸净化塔22的碱液进口连接，所述深度除酸净化塔22的碱液出口与废碱液沉淀池26连接，所述废碱液沉淀池26再与碱液池25连接，所述碱液池25还外接石灰石筒仓27。

其中，所述焦油出口与焦油贮存池23连接的管道上设有加油废水泵28。

所述生活垃圾热解炉包括由支架13支撑的炉体1，炉体1顶部设有进料口14，炉体1底部设有出渣口15；所述炉体1内腔由上至下形成干燥层2、热解气化层3和燃烧层4，所述干燥层2与热解气化层3连通，所述热解气化层3与燃烧层4连通；所述干燥层2下端设有沿水平方向铺设的第一水平导热板9，所述热解气化层3下端设有沿水平方向铺设的第二水平导热板10，所述所述第一水平导热板9和第二水平导热板10均与炉壁内侧连接；所述热解气化层3内设有沿水平方向铺设的上循环烟气回用管5，所述燃烧层4内设有沿水平方向铺设的下循环烟气回用管6，所述上循环烟气回用管5与下循环烟气回用管6连通，所述上循环烟气回用管5与下循环烟气回用管6均与炉壁内侧连接，所述下循环烟气回用管6上设有与下循环烟气回用管6垂直且水平布置的布风管11，所述上循环烟气回用管5、下循环烟气回用管6和布风管11上均设有开孔朝下的通气孔；所述燃烧层4外周环设有二燃室7，所述二燃室7与燃烧层4内腔连通，所述二燃室7设有尾气管道连接口12。

所述上循环烟气回用管5设置于热解气化层3上端，所述下循环烟气回用管6设置于燃烧层4下端。

所述下循环烟气回用管6处于二燃室7下方的位置。

所述炉体1内腔中还设有垂直导热板16。

所述出渣口15与除渣器17连接。所述除渣器17为螺旋除渣器。

所述上循环烟气回用管5与下循环烟气回用管6通过炉体1外部的管道连通。

所述上循环烟气回用管5通过炉体1外部的管道与烟气循环腔体8连接，烟气循环腔体8再通过炉体1外部的管道与下循环烟气回用管6连接。

所述炉体1为圆柱体或圆锥体外形。

Claims (10)

1.一种生活垃圾热解系统，其特征在于，所述生活垃圾热解系统包括热解炉，所述热解炉的尾气管道接口（12）与冷却管套（18）的烟气进口连接，所述冷却管套（18）的烟气出口与旋风除尘冷却装置（19）的烟气进口连接，所述旋风除尘冷却装置（19）的烟气出口与热交换器（20）的烟气进口连接，所述热交换器（20）的烟气出口与生物质填料净化塔（21）的烟气进口连通，所述生物质填料净化塔（21）的烟气出口与深度除酸净化塔（22）的烟气进口连接，所述深度除酸净化塔（22）的烟气出口与烟囱（29）连接；所述旋风除尘冷却装置（19）、热交换器（20）和生物质填料净化塔（21）的底部均设有焦油出口，所述焦油出口与焦油贮存池（23）连接；所述冷却套管（18）还与冷却水循环池（24）连接，所述冷却水循环池（24）与热交换器（20）连接；所述生活垃圾热解系统还包括碱液池（25），所述碱液池（25）与深度除酸净化塔（22）的碱液进口连接，所述深度除酸净化塔（22）的碱液出口与废碱液沉淀池（26）连接，所述废碱液沉淀池（26）再与碱液池（25）连接，所述碱液池（25）还外接石灰石筒仓（27）。

2.如权利要求1所述的生活垃圾热解系统，其特征在于，所述焦油出口与焦油贮存池（23）连接的管道上设有加油废水泵（28）。

3.如权利要求1所述的生活垃圾热解系统，其特征在于，所述热解炉包括由支架（13）支撑的炉体（1），炉体（1）顶部设有进料口（14），炉体（1）底部设有出渣口（15），所述炉体（1）内腔由上至下形成干燥层（2）、热解气化层（3）和燃烧层（4），所述干燥层（2）与热解气化层（3）连通，所述热解气化层（3）与燃烧层（4）连通；所述干燥层（2）下端设有沿水平方向铺设的第一水平导热板（9），所述热解气化层（3）下端设有沿水平方向铺设的第二水平导热板（10），所述所述第一水平导热板（9）和第二水平导热板（10）均与炉壁内侧连接；所述热解气化层（3）内设有沿水平方向铺设的上循环烟气回用管（5），所述燃烧层（4）内设有沿水平方向铺设的下循环烟气回用管（6），所述上循环烟气回用管（5）与下循环烟气回用管（6）连通，所述上循环烟气回用管（5）与下循环烟气回用管（6）均与炉壁内侧连接，所述下循环烟气回用管（6）上设有与下循环烟气回用管（6）垂直且水平布置的布风管（11），所述上循环烟气回用管（5）、下循环烟气回用管（6）和布风管（11）上均设有通气孔；所述燃烧层（4）外周环设有二燃室（7），所述二燃室（7）与燃烧层（4）内腔连通，所述二燃室（7）设有尾气管道连接口（12）。

4.如权利要求1所述的生活垃圾热解系统，其特征在于，所述上循环烟气回用管（5）设置于热解气化层（3）上端，所述下循环烟气回用管（6）设置于燃烧层（4）下端。

5.如权利要求2所述的生活垃圾热解炉，其特征在于，所述下循环烟气回用管（6）处于二燃室（7）下方的位置。

6.如权利要求1所述的生活垃圾热解炉，其特征在于，所述炉体（1）内腔中还设有垂直导热板（16）。

7.如权利要求1所述的生活垃圾热解系统，其特征在于，所述出渣口（15）与除渣器（17）连接。

8.如权利要求1所述的生活垃圾热解系统，其特征在于，所述上循环烟气回用管（5）与下循环烟气回用管（6）通过炉体（1）外部的管道连通。

9.如权利要求8所述的生活垃圾热解系统，其特征在于，所述上循环烟气回用管（5）通过炉体（1）外部的管道与烟气循环腔体（8）连接，烟气循环腔体（8）再通过炉体（1）外部的管道与下循环烟气回用管（6）连接。

10.如权利要求1至9任一项所述的生活垃圾热解系统，其特征在于，所述炉体（1）为圆柱体或圆锥体外形。