CN107163953A

CN107163953A - 一种生物质及含碳有机废弃物热解回转炉及热解产物回收系统

Info

Publication number: CN107163953A
Application number: CN201710300261.9A
Authority: CN
Inventors: 吴植仁; 朱延军; 周群龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2017-09-15

Abstract

本发明公开了一种生物质及含碳有机废弃物热解回转炉，包括筒形的壳体，所述壳体外壁连接有支撑机构和传动机构，所述壳体两端分别通过气封式双密封组件转动连接于炉头盖板和炉尾盖板，所述壳体内腔炉头侧设置有烟气集气室，炉尾侧设置有燃烧室，所述烟气集气室和燃烧室之间通过火管连通；所述烟气集气室通过烟气排气管延伸至炉头盖板外，所述燃烧室连接有延伸至炉尾盖板外的烧嘴，所述炉头盖板上连接有连通壳体内腔的喂料口，所述炉尾盖板上连接有分别连通壳体内腔的热解气出口管和卸炭口。通过气封式双密封组件实现炉头盖板和炉尾盖板与壳体内腔和大气之间的密封，通过自热内燃火管加热方式对物料进行加热，本发明可用于新建回转炉，更适用于对闲置回转窑的改造。

Description

一种生物质及含碳有机废弃物热解回转炉及热解产物回收系统

技术领域

本发明涉及回转炉领域，具体涉及一种生物质及含碳有机废弃物热解回转炉，还涉及使用该热解回转炉的热解产物回收系统。

背景技术

石油、煤炭、天然气仍然是现今社会的三大主要能源，但是由于大量开采化石能源，大量排放温室气体，造成了严重的环境污染和全球性气候的变化。生物质能源是当今的第四大能源，但是生物质资源的利用远未达到大规模商业化水平，全球生物质作为能源回收利用的尚不足其总能的4%，潜力非常大。据估算，地球每年水、陆生物质产量的热当量为3×10²¹J 左右，是全球目前总能耗量的10倍。

据统计，2015年，我国主要农作物秸秆理论总产量约为10.4亿吨，可收集的秸秆资源量约为9亿吨，但是每年的农作物秸秆、谷物皮壳等生物质大部分没有能够有效利用。按照“十二五”规划，到2015年我国污水的日处理能力将会达到2.08亿m³，若以80%的含水率计算，全国的污泥总量很快将突破3500万吨，如果按照一吨300元左右的平均运营费用计算，我国污泥处理的运营潜在市场超过百亿。预计到2020年我国污水的日处理能力将会达到3.6亿m³以上，污泥产量将突破年6000万吨，如仍按照一吨300元左右的平均运营费用计算，我国污泥处理的运营潜在市场近二百亿。我国还是抗生素生产和消费量最大国家，品种有70多种，年产量约为24.8万吨，占全世界的70%。2013年我国抗生素菌渣产量达200万吨以上。2008年，国家将抗生素菌渣列入《国家危险废物名录》。按目前平均处理运营费用3000元/吨计，年处理的运营潜在市场超过六十亿。

此外，我国每还产生大量的含碳有机废弃物，包括绿化垃圾、畜禽粪便、有机垃圾、餐厨垃圾、有机固废。据不完全统计，仅上海年产含碳有机废弃物就达1200万吨。

生物质及含碳有机废弃物的开发利用，对改善生态环境、缓解我国的环境和能源压力，促进我国经济发展具有非常重大的意义。热解技术是生物质及含碳有机废弃物资源化利用中，最具竞争力的一种工艺。

当前，我国正大力推进供给侧结构改革，钢铁、水泥、玻璃、重化工是降产能、去库存的重点行业。而这些行业中有一大批回转窑将被闲置，通过技改将回转窑变成适用于生物质及含碳有机废弃物热解的回转炉，盘活闲置资产，使其为我国改善生态环境和经济发展再作贡献，具有非常重大的现实意义。但是回转窑与现有热解回转炉不同点在于：热解是在还原气氛下进行，对壳体的密封性要求十分苛刻，否则容易发生爆炸危险，现有生物质热解回转炉都是将壳体放置高温炉膛内，对壳体进行外加热，将热能传给炉料；而回转窑是内燃式，窑内为氧化气氛，燃料在窑内燃烧，高温烟气对物料直接加热；此外，大型回转窑的内径一般大于3m、长度一般大于50m，远大于现有内径小于2m、长度小于8m的生物质热解回转炉，对回转窑的改造不能照搬现有热解回转炉的结构，必须要解决以下三个关键问题：1炉头、炉尾与壳体的密封；2.改革加热方式和提高加热效率；3.防止产生二次污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生物质及含碳有机废弃物热解回转炉，可以解决上述三个关键问题，有利于实现对闲置回转窑的改造，还提供使用该热解回转炉的热解产物回收系统。

本发明通过以下技术方案实现：

一种生物质及含碳有机废弃物热解回转炉，包括筒形的壳体，所述壳体外壁连接有支撑机构和传动机构，所述壳体两端分别通过气封式双密封组件转动连接于炉头盖板和炉尾盖板，所述壳体内腔炉头侧设置有烟气集气室，炉尾侧设置有燃烧室，所述烟气集气室和燃烧室之间通过火管连通；所述烟气集气室通过烟气排气管延伸至炉头盖板外，所述燃烧室连接有延伸至炉尾盖板外的烧嘴，所述炉头盖板上连接有连通壳体内腔的喂料口，所述炉尾盖板上连接有分别连通壳体内腔的热解气出口管和卸炭口。

本发明的进一步方案是，所述气封式双密封组件由环形的底板、大压盖、小压盖、盘根和连接筒所组成；所述底板的内壁面呈三级的阶梯形，第一级内壁面贴合壳体外壁，第二级内壁面与壳体外壁之间形成内层盘根腔，所述大压盖插入内层盘根腔，通过大压盖压紧螺栓压紧内层的盘根，第三级内壁面与大压盖之间形成间隔的外层盘根腔和气封气腔，所述小压盖插入外层盘根腔，通过小压盖压紧螺栓压紧外层的盘根；所述连接筒一端固定连接于底板，另一端固定连接炉头盖板和炉尾盖板形成密封腔室；所述气封气腔连通贯穿底板和连接筒的气封气导入管。

本发明的进一步方案是，所述烟气排气管外端通过外送烟气排气管密封函转动密封连接于外送烟气排气管，所述烟气排气管还通过烟气排气管密封函转动密封连接于炉头盖板。

本发明的进一步方案是，所述烧嘴上连通有空气道、外供燃气道和热解气进气头。

本发明的进一步方案是，所述支撑机构包括同轴固定连接于壳体外壁的托圈和滚动连接于托圈外壁的支承辊。

本发明的进一步方案是，所述传动机构包括同轴固定连接于壳体外壁的齿圈，与齿圈啮合传动的齿轮，所述齿轮与减速机的输出轴连接。

一种使用上述热解回转炉的热解产物回收系统，包括连接热解回转炉的喂料口的喂料系统，连接热解回转炉的烟气排气管的烟气处理系统，连接热解回转炉的卸炭口的卸炭系统，连接热解回转炉的热解气出口管的热解气回收系统；所述烟气处理系统分别连接喂料系统和热解回转炉的气封式双密封组件；所述热解气回收系统中的气柜连通热解回转炉的烧嘴。

本发明的进一步方案是，所述喂料系统包括经预热干燥器连接热解回转炉的喂料口的装料机，所述装料机的进料口连接于提升机的卸料口，所述提升机的进料口连接于颗粒机的卸料口；所述烟气处理系统包括烟气净化器，所述烟气排气管连通预热干燥器下部，所述预热干燥器上部连通烟气净化器进气端，所述烟气净化器排气端连通气封式双密封组件。

本发明的进一步方案是，所述卸炭系统包括经炭冷却器连接于热解回转炉的卸炭口的卸炭机，所述炭冷却器上部经过除尘器连通烟气冷却器进气端，所述烟气冷却器排气端连通炭冷却器下部。

本发明的进一步方案是，所述热解气回收系统包括下部连通热解回转炉的热解气出口管的油洗塔，所述油洗塔底部连通洗油槽，所述洗油槽底部通过洗油泵连通油洗塔顶部，所述油洗塔上部经洗油器连通终冷器下部，所述洗油器的底部与洗油槽上部共同连通于木焦油外送口，所述终冷器底部和上部分别连通冷却水槽顶部和气柜，所述冷却水槽上部连通木醋液外送口，下部通过冷却水泵连通终冷器顶部，所述气柜还连通热解回转炉的烧嘴。

本发明与现有技术相比的优点在于：

一、通过气封式双密封组件实现炉头盖板和炉尾盖板与壳体之间的密封，通过内置的燃烧室、火管和烟气集气室实现的自热内燃火管加热方式对物料进行加热，提供还原气氛，有利于实现对闲置回转窑的改造；

二、采用正压气密封确保空气无法进入壳体，确保安全性；

三、热解气进气头用于以经处理后的热解气替代外供燃气，降低运营成本；

四、热解产物回收系统以烟气对物料进行预热，并为气封式双密封组件提供气封气，以从热解产物中回收的煤气作为燃料替代外供燃气，能源自给有余，还能产生具有经济价值的副产品，有利于推广。

附图说明

图1为本发明的生物质及含碳有机废弃物热解回转炉结构示意图。

图2为图1的M部放大图。

图3为使用该热解回转炉的热解产物回收系统示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种生物质及含碳有机废弃物热解回转炉，包括筒形的壳体106，所述壳体106外壁连接有支撑机构和传动机构，所述支撑机构包括至少两组同轴固定连接于壳体106外壁的托圈105和滚动连接于托圈105外壁的支承辊121，所述传动机构包括同轴固定连接于壳体106外壁的齿圈108，与齿圈108啮合传动的齿轮122，所述齿轮122与减速机的输出轴连接；所述壳体106两端分别通过气封式双密封组件103转动连接于炉头盖板102和炉尾盖板113，所述壳体106内腔炉头侧设置有烟气集气室104，炉尾侧设置有燃烧室109，所述烟气集气室104和燃烧室109之间通过火管107连通，所述燃烧室109、烟气集气室104、火管107浮动支撑在壳体106内，随壳体106同步回转；所述烟气集气室104通过烟气排气管123延伸至炉头盖板102外，所述烟气排气管123外端通过外送烟气排气管密封函126转动密封连接于外送烟气排气管125，所述烟气排气管123还通过烟气排气管密封函124转动密封连接于炉头盖板102；所述燃烧室109连接有延伸至炉尾盖板113外的烧嘴119，所述烧嘴119通过烧嘴密封函116密封连接于炉尾盖板113，所述烧嘴119上连通有空气道110、外供燃气道111和热解气进气头25，所述热解气进气头25连接于燃烧室109的端部，所述热解气进气头25上四周均布20～60个进气小孔，所述热解气进气头25与烧嘴119松配；所述空气道110和外供燃气道111上分别设置有燃烧空气阀117和外供燃气阀118；所述炉头盖板102上连接有连通壳体106内腔的喂料口101，所述炉尾盖板113上连接有分别连通壳体106内腔的热解气出口管115和卸炭口120，所述热解气出口管115通过热解气出口密封函114密封连接于炉尾盖板113。

如图2所示，所述气封式双密封组件103由环形的底板1031、大压盖1033、小压盖1034、盘根1032和连接筒1037所组成，所述盘根1032优选柔性石墨石棉绳；所述底板1031的内壁面呈三级的阶梯形，第一级内壁面贴合壳体106外壁，第二级内壁面与壳体106外壁之间形成内层盘根腔，所述大压盖1033插入内层盘根腔，通过大压盖压紧螺栓1035连接底板1031压紧内层的盘根1032，第三级内壁面与大压盖1033之间形成间隔的外层盘根腔和气封气腔，所述小压盖1034插入外层盘根腔，通过小压盖压紧螺栓1036连接大压盖1033或底板1031压紧外层的盘根1032；当然也可以是小压盖1034通过小压盖压紧螺栓1036连接底板1031，大压盖1033通过大压盖压紧螺栓1035连接小压盖1034；所述连接筒1037一端固定连接于底板1031，另一端固定连接炉头盖板102和炉尾盖板113形成密封腔室；所述气封气腔连通贯穿底板1031和连接筒1037的气封气导入管112。

所述壳体106由耐热钢或碳钢内衬耐火材料制成，其外壁还设有保温层。

所述燃烧室109、烟气集气室104、火管107均由耐热钢制成，其中燃烧室109内衬耐火材料，火管107根据需要为单根或多根。

所述气封气导入管112接入的气封气可以是达标烟气、氮气、二氧化碳或水蒸汽中的一种，优选达标烟气。

实施例2

如图3所示的一种使用上述热解回转炉的热解产物回收系统，包括连接热解回转炉1的喂料口101的喂料系统，连接热解回转炉1的烟气排气管123的烟气处理系统，连接热解回转炉1的卸炭口120的卸炭系统，连接热解回转炉1的热解气出口管115的热解气回收系统；所述烟气处理系统分别连接喂料系统和热解回转炉1的气封式双密封组件103；所述热解气回收系统中的气柜23连通热解回转炉1的烧嘴119。

所述喂料系统包括经预热干燥器6连接热解回转炉1的喂料口101的装料机5，所述预热干燥器6的出口与喂料口101之间还设置有喂料机7，所述装料机5的进料口连接于斗式提升机4的卸料口，所述斗式提升机4的进料口连接于颗粒机3的卸料口；所述烟气处理系统包括烟气净化器9，所述烟气排气管123外端所连接的外送烟气排气管125连通预热干燥器6下部，所述预热干燥器6上部通过烟气引风机8连通烟气净化器9进气端，所述烟气净化器9排气端经气封气泵26连通恒压气封气柜27，所述恒压气封气柜27分别经炉头压力调节阀28连通炉头的气封式双密封组件103上的气封气导入管112，经炉尾压力调节阀29连通炉尾的气封式双密封组件103上的气封气导入管112。

所述卸炭系统包括经炭冷却器10连接于热解回转炉1的卸炭口120的卸炭机12，所述炭冷却器10上部经过旋风除尘器11连通烟气冷却器13进气端，所述烟气冷却器13排气端经烟气循环风机14连通炭冷却器10下部。

在颗粒机3进料口、颗粒机3卸料口与斗式提升机4进料口之间、卸炭机12卸料口下方分别设置有皮带机2，用于物料传输；所述炉头盖板102上还安装有温度计30和压力表31。

所述热解气回收系统包括下部连通热解回转炉1的热解气出口管115的油洗塔15，所述油洗塔15底部连通洗油槽16，所述洗油槽16底部通过洗油泵17连通油洗塔15顶部，所述油洗塔15上部经洗油器18连通终冷器19下部，所述洗油器18的底部与洗油槽16上部共同连通于木焦油外送口，所述终冷器19底部连通冷却水槽20顶部，上部经送气柜煤气风机22连通气柜23，所述冷却水槽20上部连通木醋液外送口，下部通过冷却水泵21连通终冷器19顶部，所述气柜23还通过外送煤气风机24分别连通热解回转炉1的烧嘴119和煤气外送口。

所述预热干燥器6为竖式结构，外送烟气排气管125排出的热烟气直接与物料接触，对物料进行干燥、预热。

所述净化系统9，应根据烟气有害气体的组成和含量，采用自产生物炭吸附或低温等离子处理装置处理。

所述炭冷却器10为竖式结构。

所述油洗塔15为不锈钢制格栅填料塔。

所述除油器18优选申请人发明的多圈式旋风除尘器，也可以采用公知的电除尘器。

所述终冷器19为间接换热的换热器，优选申请人发明的多圈式换热器。

所述壳体106的回转速度为0.2～5rpm，斜度：3%～10％，为确保运行安全，严防空气漏入炉腔内，使炉腔在微正压工况下运行，推荐炉头压力小于＋200mm水柱，炉尾压力小于＋100mm水柱，由烟气引风机8和送气柜煤气风机22来调控；炉头压力调节阀28和炉尾压力调节阀29的输出压力分别为炉头和炉尾实时压力的120％，以确保热解气不泄漏，即使当小压盖1034所压紧的盘根1032磨损时，作为气封气的达标烟气只会向炉腔内泄漏，同理，当大压盖1033所压紧的盘根1032磨损时，作为气封气的达标烟气只会向环境泄漏，确保了空气不会泄漏进炉腔；为防止炉内可燃气从卸炭口120泄漏到炭冷却器10中，应使炭冷却器10顶部压力稍大于炉尾压力，优选为炉尾实时压力的105％～110％。系统的温度、压力、流量由各测点的传感器集中到中央采控仪上自动调控。

水含量为15％～30％的生物质粉末由皮带机2送入颗粒机3，制成Ф8～Ф30mm、长15mm～50mm的颗粒，再由皮带机2经斗式提升机4送往料仓，然后用装料机5送往预热干燥器6，干燥好的原料经喂料机7喂入喂料口101，进入热解回转炉1中；入炉原料在具斜度或炉内抄板（图中未示）的作用下，由炉头向炉尾缓慢移动，并被火管107内的高温烟气加热，依次发生干燥、热解和炭化，产生的生物炭经卸炭口120自动落入炭冷却器10，被烟气循环风机14吹入的冷烟气换热冷却到自燃点（约60℃）以下，再由卸炭机12经皮带机2送仓库。

产生的气态产物与入炉原料同向流动，当气态产物的热能足以使热解可持续进行时，气态产物就由热解气进气头25四周均布的进气小孔进入燃烧室109，与从烧嘴119的空气道110进入的空气燃烧成高温烟气，经火管107加热管外、壳体106内的入炉原料，使其达到工艺要求的炭化温度(450℃～650℃），与入炉原料换热后的烟气送烟气集气室104汇集后，由热烟气排气管123，经烟气排气管密封函124、外送烟气排气管125，送入预热干燥器6中。

根据自产燃气可提供的热量多少，对是否要补充外供煤气，有以下几种模式：

1．当自产气态产物的热能不足以使热解持续进行时，需开启烧嘴119的外供燃气阀118补充，使热解能持续进行。当冷炉启动还没有气态产物时，就单一需要由外供燃气供热，直到有气态产物后，再根据炉况调控外供燃气的掺用量。

2.当自产气态产物的热自持有余时，应将富裕部分气态产物由热解气出口管115抽出，送往油洗塔15，用洗油泵17循环的洗油脱下大部分木焦油，由木焦油外送口外送；离开油洗塔15的热解气，经除油器18脱下其中夹带的木焦油后，送往终冷器19，用冷却水泵21的循环水冷凝冷却后，脱下木醋液经木醋液外送口外送，而热解气则用送气柜煤气风机22送气柜23，再由外送煤气风机24外送或送入烧嘴119。

3.当装置附近有富裕低热值煤气(如高炉煤气)，为了以低热值煤气置换高热值自产气态产物，可将全部气态产物由热解气出口管115抽出，送往后续的冷凝冷却回收系统。

Claims

1.一种生物质及含碳有机废弃物热解回转炉，包括筒形的壳体（106），所述壳体（106）外壁连接有支撑机构和传动机构，其特征在于：所述壳体（106）两端分别通过气封式双密封组件（103）转动连接于炉头盖板（102）和炉尾盖板（113），所述壳体（106）内腔炉头侧设置有烟气集气室（104），炉尾侧设置有燃烧室（109），所述烟气集气室（104）和燃烧室（109）之间通过火管（107）连通；所述烟气集气室（104）通过烟气排气管（123）延伸至炉头盖板（102）外，所述燃烧室（109）连接有延伸至炉尾盖板（113）外的烧嘴（119），所述炉头盖板（102）上连接有连通壳体（106）内腔的喂料口（101），所述炉尾盖板（113）上连接有分别连通壳体（106）内腔的热解气出口管（115）和卸炭口（120）。

2.如权利要求1所述的一种生物质及含碳有机废弃物热解回转炉，其特征在于：所述气封式双密封组件（103）由环形的底板（1031）、大压盖（1033）、小压盖（1034）、盘根（1032）和连接筒（1037）所组成；所述底板（1031）的内壁面呈三级的阶梯形，第一级内壁面贴合壳体（106）外壁，第二级内壁面与壳体（106）外壁之间形成内层盘根腔，所述大压盖（1033）插入内层盘根腔，通过大压盖压紧螺栓（1035）压紧内层的盘根（1032），第三级内壁面与大压盖（1033）之间形成间隔的外层盘根腔和气封气腔，所述小压盖（1034）插入外层盘根腔，通过小压盖压紧螺栓（1036）压紧外层的盘根（1032）；所述连接筒（1037）一端固定连接于底板（1031），另一端固定连接炉头盖板（102）和炉尾盖板（113）形成密封腔室；所述气封气腔连通贯穿底板（1031）和连接筒（1037）的气封气导入管（112）。

3.如权利要求1所述的一种生物质及含碳有机废弃物热解回转炉，其特征在于：所述烟气排气管（123）外端通过外送烟气排气管密封函（126）转动密封连接于外送烟气排气管（125），所述烟气排气管（123）还通过烟气排气管密封函（124）转动密封连接于炉头盖板（102）。

4.如权利要求1所述的一种生物质及含碳有机废弃物热解回转炉，其特征在于：所述烧嘴（119）上连通有空气道（110）、外供燃气道（111）和热解气进气头（25）。

5.如权利要求1所述的一种生物质及含碳有机废弃物热解回转炉，其特征在于：所述支撑机构包括同轴固定连接于壳体（106）外壁的托圈（105）和滚动连接于托圈（105）外壁的支承辊（121）。

6.如权利要求1所述的一种生物质及含碳有机废弃物热解回转炉，其特征在于：所述传动机构包括同轴固定连接于壳体（106）外壁的齿圈（108），与齿圈（108）啮合传动的齿轮（122），所述齿轮（122）与减速机的输出轴连接。

7.一种使用如权利要求1~6任一项所述热解回转炉的热解产物回收系统，其特征在于：包括连接热解回转炉（1）的喂料口（101）的喂料系统，连接热解回转炉（1）的烟气排气管（123）的烟气处理系统，连接热解回转炉（1）的卸炭口（120）的卸炭系统，连接热解回转炉（1）的热解气出口管（115）的热解气回收系统；所述烟气处理系统分别连接喂料系统和热解回转炉（1）的气封式双密封组件（103）；所述热解气回收系统中的气柜（23）连通热解回转炉（1）的烧嘴（119）。

8.如权利要求7所述的热解产物回收系统，其特征在于：所述喂料系统包括经预热干燥器（6）连接热解回转炉（1）的喂料口（101）的装料机（5），所述装料机（5）的进料口连接于提升机（4）的卸料口，所述提升机（4）的进料口连接于颗粒机（3）的卸料口；所述烟气处理系统包括烟气净化器（9），所述烟气排气管（123）连通预热干燥器（6）下部，所述预热干燥器（6）上部连通烟气净化器（9）进气端，所述烟气净化器（9）排气端连通气封式双密封组件（103）。

9.如权利要求7所述的热解产物回收系统，其特征在于：所述卸炭系统包括经炭冷却器（10）连接于热解回转炉（1）的卸炭口（120）的卸炭机（12），所述炭冷却器（10）上部经过除尘器（11）连通烟气冷却器（13）进气端，所述烟气冷却器（13）排气端连通炭冷却器（10）下部。

10. 如权利要求7所述的热解产物回收系统，其特征在于：所述热解气回收系统包括下部连通热解回转炉（1）的热解气出口管（115）的油洗塔（15），所述油洗塔（15）底部连通洗油槽（16），所述洗油槽（16）底部通过洗油泵（17）连通油洗塔（15）顶部，所述油洗塔（15）上部经洗油器（18）连通终冷器（19）下部，所述洗油器（18）的底部与洗油槽（16）上部共同连通于木焦油外送口，所述终冷器（19）底部和上部分别连通冷却水槽（20）顶部和气柜（23），所述冷却水槽（20）上部连通木醋液外送口，下部通过冷却水泵（21）连通终冷器（19）顶部，所述气柜（23）还连通热解回转炉（1）的烧嘴（119）。