CN107075382A - 废物处理设备 - Google Patents

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CN107075382A CN201580047042.3A CN201580047042A CN107075382A CN 107075382 A CN107075382 A CN 107075382A CN 201580047042 A CN201580047042 A CN 201580047042A CN 107075382 A CN107075382 A CN 107075382A
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Abstract

本发明公开了一种用于热解原材料的热解器(300)，其包括：用于热解置于其中的原材料的回转炉(302)；围绕在回转炉(302)周围的加热容器(400)，回转炉(302)和加热容器(400)之间设有热气体加热室(404)；以及设于加热室(404)内用于搅拌热气体的搅拌器(310)，搅拌器(310)可随回转炉旋转。

Description

废物处理设备
技术领域
本发明涉及废物处理设备。本发明尤其涉及一种具有围绕在回转炉周围的加热容器和可随回转炉旋转的搅拌器的热解器；以及包括具有氧化室的氧化器和用于去除沉积在氧化室中颗粒物的清扫装置的废物处理设备。
背景技术
众所周知，可通过在包含独立的热解和气化单元的模块化废物处理设备中进行热解和气化来处理废物。热解是仅在热作用下物质的热分解(即在无氧的条件下)，热解是一个吸热过程。在热解过程中，热解原材料(如人类排泄物或生活垃圾)被分解后生成热解碳和可燃性热解气体。
气化是含碳物质(例如热解碳)与氧气和/或蒸汽生成可燃性合成气的放热反应。合成气可以包含氢气、一氧化碳和二氧化碳。
得到的热解气和合成气可以燃烧产生热能，以维持热解过程，剩余的热能可以被转换(例如使用发电机转换为电)或现场利用。
但是，已知的单独进行热解、气化和燃烧的废物处理设备存在很多问题。
特别是，颗粒物，例如已知的灰分，会在之前提到的废物处理设备中引发问题。颗粒在热解器的加热室内氧化器和氧化器下游的沉积和积聚会降低废物处理设备的性能，而且为了除去颗粒物还会导致设备的频繁维护和停工。例如，颗粒物在加热室内热解管上的沉积会导致加热室中热气体与置于热解室中的原材料之间的热传递效率不高。
影响热解器的加热室中氧化器及其下游的颗粒物来源自在热解器和气化器中处理的原材料。而且颗粒物可以与热解器或气化器内的原材料本体分离，并夹杂在来自热解器和/或气化器的可燃性气体的气流中。
因此，需要提供一种改进的废物处理设备。
发明内容
本发明一方面提供了一种用于热解原材料的热解器，其包括：用于热解置于其中的原材料的回转炉；围绕在回转炉周围的加热容器，回转炉和加热容器之间设有热气体加热室；以及设于加热室内用于搅拌热气体的搅拌器，搅拌器可随回转炉旋转。
搅拌器抑制夹杂在热气体中的颗粒物沉积在回转炉上。回转炉至少部分设置在加热室内。加热容器可为细长的，回转炉也可以是细长的。
搅拌器可相对于回转炉固定。搅拌器可安装在回转炉的外表面，搅拌器可连接在回转炉上或与回转炉一体成型。搅拌器可沿着回转炉的长度延伸，搅拌器基本与设置在加热室内的那部分回转炉共同延伸。
搅拌器可以被设置成在回转炉外表面推动气体。在回转炉外表面推动(即加速)气体可抑制颗粒沉积在回转炉外表面上。搅拌器可以被设置成在回转炉外表面将气体加速至比通过加热室的热气体的平均速度更高的速度，从而提高热气体与回转炉之间的传热速率。
搅拌器可包括至少一个旋桨式搅拌器元件，例如螺旋桨叶。当回转炉旋转时，旋桨叶片被设置成可沿具有轴向分量的方向或基本轴向方向推动热气体。
搅拌器可包括至少一个桨式搅拌器元件，例如安装在回转炉上的平直桨叶。桨叶可垂直于回转炉的轴线，可设置成在回转炉旋转时基本沿回转炉的切线方向(即旋转方向)推进热气体。或者，桨叶相对于垂直于回转炉轴线的平面是倾斜的，并被设置成沿具有轴向分量的方向推进热气体。
搅拌器可包括多个搅拌器元件，毎个搅拌器元件都可安装在回转炉的外表面上。
搅拌器可包括多个搅拌器元件，多个搅拌器元件彼此分离，使得加热室内的热气体可在搅拌器元件间流动。
搅拌器可被设置成沿着加热室的底板输送颗粒物。换言之，搅拌器被设置成沿着限定加热室(即底板)的加热容器内壁的下部输送颗粒物。搅拌器可被设置成沿着加热室的底板输送颗粒物的积聚物(即非气体且落在加热室的底板上的堆积物或颗粒物质层)。
加热室的底板(即加热室的下部)可以是通道的形式，例如半圆柱形通道。搅拌器可设置成搅拌积聚在通道中的颗粒物。搅拌器可被设置成与加热室的底板的轮廓相匹配。搅拌器可被设置成在使用中搅拌器和底板之间的间隙小于25cms或小于15cms。
加热容器可包括穿过加热室的底板通入加热室的颗粒出口，搅拌器可被设置成沿着底板将颗粒物向颗粒出口输送。颗粒出口包括一个气闸，例如旋转气闸、旋转密封或双瓣阀。通过对从颗粒出口排出的颗粒进行分析即可确定废物处理设备是否按照WID(废物焚烧指令-欧共体指令2000/76/EC和/或后续修订版)和/或WAC法规(欧共体第2003/33/EC号决定)处理废物。
加热室基本上是圆柱形的。至少加热室的下部基本上是圆柱形的。回转炉的外表面(不包括搅拌器)基本上是圆柱形的。本文提及的加热室涉及加热容器限定的内部空间。
本发明还提供了一种废物处理设备，包括氧化器，用于燃烧可燃性气体以产生热气体；以及根据权利要求中任一项所述的热解器，用于接收来自氧化器的热气体。
废物处理设备可进一步包括用于将废物材料输送到热解器的进料装置。热解器可被设置成可生成热解气形式的可燃性气体。废物处理设备可进一步包括气化器，用于气化来自热解器的热解炭以产生合成气形式的可燃性气体。
在本发明的一个实施例中，原材料包括塑料，例如聚氨酯或聚苯乙烯。本发明热解器特别适用于塑料，因为其可以从烃类中回收燃料。
在本说明书的描述和权利要求书中，术语“包括”和“包含”以及这些词语的变形，例如“包括”和“其包括”，是指“包括但不限于”，而且不排除其他部件、整数或步骤。此外，单数包含复数，除非说明书中另有要求；特别是在使用不定冠词时，除非说明书中另有要求，否则在说明书中应被理解为复数和单数。
本发明各方面的优选特征可以结合本发明的其他方面描述。本发明的其他特征将从以下实施例中变得清晰。一般而言，本发明延伸至本说明书(包括任何权利要求和附图)中公开的任何新颖的特征或新颖的组合特征。因此结合本发明的特定方面、实施例或示例所描述的特征、整数或特性可应用于本文所描述的任何其他方面、实施例或示例，除非相互不兼容。此外，除非另有说明，本文公开的任何特征可由用于相同或类似目的的替代特征进行替代。
涉及某一属性的上下限时，则意味着数值的范围为任何上限与任何下限的组合。
附图说明
以下参照附图对本发明进行描述：
图1示出了本发明废物处理设备的一个实施例的示意图；
图2示出了用于图1所示废物处理设备的热解器。
具体实施方式
图1所示为废物处理设备100，其包括进料装置200、包括回转炉或旋转热解管302的热解器300，以及加热容器400，气化器500和氧化器600。
在使用过程中，废物被接收在进料装置200中并被输送到热解器300的旋转热解管302内，在热的作用下被分解形成热解炭和热解气。旋转热解管302设置在加热容器400的加热室404内，热量从置于加热室404内的热气体向旋转热解管302传递。热解炭和热解气离开旋转热解管302后进入气化器500，在气化器500内通过引入氧气和/或蒸汽将热解炭气化，从而生成合成气和灰分。热解气和合成气一起从气化器500流动到氧化器600，气体在氧化器600内燃烧后生成热气体。热气体重新导入到加热容器400的加热室404内，用于加热旋转热解管302。随后，热气体自加热室404被导出到单独的热回收单元，例如用于发电的蒸汽涡轮机。
将在气化器中形成并在氧化器和加热室内收集的灰分通过多个灰分管702，704收集在灰分收集单元的灰分储藏室(未示出)内。加热容器400上的灰分管704包括用于控制从加热室404释放的灰分的双瓣阀。
如图2所示，热解器300包括静态加热容器400，静态加热容器400包括耐火材料衬里的炉墙402，炉墙402限定了收容旋转热解管302的内部加热室404，内部加热室404通常为圆柱形，且其直径约为旋转热解管302圆柱形外表面的直径的两倍。
加热室404具有用于接收来自氧化器600的热气体的入口406和用于将热气体排出到热回收系统(未示出)的出口408。入口406设在靠近热解管302入口端的炉墙402的下部，出口408设在靠近热解管302出口端的炉墙402的上部。灰分出口410设在靠近热解管302出口端的炉墙的下部，用于收集积聚在内部加热室404中的颗粒物。
静态加热容器400还包括位于加热室404外部并支撑旋转热解管302两端的轴承组件，以及用于驱动旋转热解管302旋转的驱动设备412。
旋转热解管302还包括一个与进料装置的进料管206直径基本相同并贯穿加热室404的不锈钢管，热解管302具有邻近进料装置200的输入端和邻近气化器500的输出端。进料装置200与热解管302入口端之间以及热解管302入口端与静态壳体室400之间形成入口旋转密封(图1)。
此外，加热室404与热解管302出口端之间以及热解管302出口端与气化器500之间形成出口旋转密封(图1)。
热解管302设有一组内部旋桨308和一组外部旋桨310形式的气体搅拌器310。
内部旋桨308安装在热解管302的圆柱形内壁上，用于将热解管302内的废物破碎并沿热解管长度方向输送废物。内部旋桨308包括多个连接在一起能形成连续螺旋结构的螺旋部分。在其他实施例中，除旋桨(即离散平面投影)之外，热解管302可以设置有平桨，以有助于热解过程中废物的破碎。
气体搅拌器310安装在热解管302的外表面。在本实施例中，气体搅拌器310包括连续螺旋式的外部旋桨，用于在热解管302的外表面加速热气体。在其他实施例中，气体搅拌器元件(例如多个外部旋桨)可以是非连续的，使得气体可以在旋转热解管302外表面上的元件之间流动。在另外的实施例中，气体搅拌器310可包括设置在旋转热解管302外表面上的斜桨或平桨，作为螺旋桨叶的补充或替代，以沿旋转热解管302的切线(即相对于旋转热解管旋转轴的圆周)和/或轴线加速气体。
外部旋桨310向耐火材料衬里的炉墙402延伸，使得在使用过程中，旋桨310可与落在加热室404底板(即加热室404下部的内表面)上的颗粒积聚物接触。由于外部旋桨310是螺旋的，外部旋桨310可被设置成沿着加热室内部将颗粒物朝灰分出口410驱赶，从而使颗粒物从加热室404内移除。在其他实施例中，平桨设置在旋转热解管302的外表面并与垂直于旋转热解管302旋转轴线的平面具有角度，可具有将颗粒物朝灰分出口移动的相同效果。
在使用中，废物材料从进料装置200的进料管206进入到热解管302的入口端。当热解管302旋转时，热量从加热室404内的热气体穿过热解管302外表面并穿过外部旋桨310传递到热解管302。上述热量经由热解管的内表面和内部旋桨308从旋转的热解管302传递到热解管内的废物。内部旋桨308的旋转通过连续提升和落下废物使废物材料破碎。此外，内部旋桨308的螺旋形状使废物从热解管302入口端穿过热解管逐渐移动到出口端。
热解期间，破碎废物材料增加了废物暴露在热解管内的表面积，从而使得从热解管到废物具有高效的热传递。而且破碎废物材料可以减少废物在热解管内的停留时间，相比于之前的方案和/或可降低加热室的温度。
当旋转热解管302旋转时，气体搅拌器310移动通过来自氧化器600并收容于加热容器400的加热室404中的热气体。气体搅拌器310的旋转至少可局部加速接近旋转热解管302表面的热气流的旋转分量，使得气流在加热室404内具有涡流分量，从而抑制夹带在热气流中的颗粒物沉积在旋转热解管302的表面。气体搅拌器310将能量传递给气流以抑制颗粒物的沉积。气体搅拌器310可增加热气流的旋转速度，使其具有高达5m/s的切向速度。
气体搅拌器310还可通过将涡流分量引入到气流中来增加热气体流动路径的有效长度，不仅可以增加旋转热解器302上局部气流速度以达到高效的热传递，而且能促进加热室404中热气体的混合。在加热室404中混合热气体确保了均匀的流动条件并防止部分流体不与旋转热解管接触而直接通过加热室404，因此能获得高效热传递。相反地，在没有气体搅拌器310的情况下，热气流基本都轴向通过加热室404，只有少量环流部分与旋转热解管302接触用于热传递。
加热室404中接收的热气体可能从废物处理设备100的上游部分夹带颗粒，例如灰分。例如，颗粒可来源自输入的废物材料、热解炭、在气化器500中产生的灰分或在氧化器600中燃烧的上述任一物质。气体搅拌器310局部地将额外的能量传递给热气体以使其加速，从而防止夹带的颗粒沉积在旋转热解管302的外表面。因此，气体搅拌器310可防止颗粒在热解管302上的积聚，颗粒的积聚会降低热气体与热解管(以及其中的废物)之间的热传递效率。
此外，在旋转热解管302的外表面上设置气体搅拌器310增加了热解管302用于热传递的有效表面积。因此，气体搅拌器可使加热室404中的热气体与热解管302中的废物之间具有更有效的热传递。

Claims (13)

1.一种用于热解原材料的热解器，包括：
用于热解置于其中的原材料的回转炉；
围绕在回转炉周围的加热容器，回转炉和加热容器之间设有热气体加热室；以及
设置在加热室内的搅拌器，用于搅拌热气体并可随回转炉旋转。
2.根据权利要求1所述的热解器，其特征在于：所述搅拌器相对于所述回转炉固定。
3.根据权利要求1或2所述的热解器，其特征在于：所述搅拌器安装在所述回转炉的外表面。
4.根据前述权利要求中任一项所述的热解器，其特征在于：所述搅拌器被设置成在所述回转炉的外表面上推动气体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的热解器，其特征在于：所述搅拌器包括至少一个旋桨式搅拌器元件。
6.根据权利要求5所述的热解器，其特征在于：所述搅拌器包括至少一个桨式搅拌器元件。
7.根据权利要求5或6所述的热解器，其特征在于：所述搅拌器具有多个搅拌器元件，多个搅拌器元件彼此分离，使得加热室内的热气体可在搅拌器元件间流动。
8.根据前述权利要求中任一项所述的热解器，其特征在于：所述搅拌器被设置成沿着加热室的底板输送颗粒物。
9.根据权利要求8所述的热解器，其特征在于：所述加热容器还包括穿过加热室底板通入加热室的颗粒出口，所述搅拌器被设置成沿底板将颗粒物向颗粒出口输送。
10.根据前述权利要求中任一项所述的热解器，其特征在于：所述加热室基本为圆柱形。
11.根据前述权利要求中任一项所述的热解器，其特征在于：所述原材料包括塑料，例如聚氨酯或聚苯乙烯。
12.一种废物处理设备，包括：
氧化器，用于燃烧可燃性气体以产生热气体；以及
前述权利要求中任一项所述的热解器，用于接收来自氧化器的热气体。
13.一种参考附图所描述的热解器或废物处理设备。
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