CN107513389A - 可腐垃圾处理的碳化装置 - Google Patents

Abstract

本发明可腐垃圾处理的碳化装置包括：进料螺旋器、碳化器、喷淋塔、冷却塔、可燃气回用罐、传送电机和出料螺旋器，在碳化器内从上到下装有若干个输送管，在输送管内装有旋转轴，在输送管内的旋转轴上装有螺旋板，在输送管外的旋转轴上装有传动轮，传送电机通过链条带动若干个传动轮旋转，最上的输送管与进料螺旋器相连，最下输送管与出料螺旋器相连，上一个输送管的出口与下一个输送管的入口相连，在若干个输送管的端部装有出气管，若干个出气管依次与喷淋塔和冷凝塔相连，冷凝塔的出气口与可燃气回用罐相连，可燃气回用罐通过管道与装在碳化器底部的燃气灶头相通，该碳化装置热分解反应产生的可燃气经净化处理后，为其提供热源，实现能源的自给自足。

Description

可腐垃圾处理的碳化装置

技术领域

本发明涉及环保技术领域，特别涉及一种生活垃圾经机械化分类后的可腐垃圾进行资源化处理的碳化装置。

背景技术

垃圾处理是世界各国正在研究解决的重大环境保护问题之一，城市生活垃圾的减量化、无害化和资源化处理是世界生活垃圾处置的主要发展方向。生活垃圾直接用于填埋不仅需要较大的占地面积，而且在垃圾处理过程中产生对环境污染的渗滤液和恶臭气体。垃圾焚烧会产生二噁英等有害气体，不仅危害环境，而且还会对周围居民的身体造成严重损害。采用生活垃圾干馏技术处理生活垃圾，能够完全杜绝二噁英的产生。

生活垃圾种类复杂，单一的处理模式无法实现根本性的减量化、资源化和无害化处理。最适合的处理方法是将生活垃圾按照其来源和成分进行分类，然后针对不同的组分进行专门处理。提高生活垃圾资源化处理率，产生环境增值效益。

生活垃圾经过破袋、筛分和分离等机械化分类技术处理后，可以被分为可回收物、可燃物、可腐垃圾和危险废弃物。可回收物主要是玻璃瓶、铝盒、铁器等物品，这些物品进入物资回收市场进行资源化回收利用。可燃物为塑料袋、纸张等热值高的废弃物，这些热值高的物品送到焚烧厂用来发电。可腐垃圾为高纯度的菜帮、菜叶、水果皮、水果核以及剩饭菜等易腐烂的有机废弃物，现有的处理方法为生物厌氧处理+好氧处理，将其转化为沼气和有机肥等再生资源。危险废弃物主要是废旧灯管、电池、温度计与过期药品等，这些物品经过安全化处理，达到减容、无害化或综合利用的目的。

专利CN 106398727 A公开了一种用于垃圾炭化的加热装置，该加热装置的加热室在相对的两个侧壁分别设置至少一个蒸汽入口。该加热炉可以减少加热室内壁结焦的产生。在本发明中对垃圾不进行任何预处理，根据不同的垃圾组成选择不同的蒸汽处理条件进行高温蒸馏炭化处理。加热装置需要蒸汽来提供热源，并且高温蒸汽由高压贯流蒸汽炉来产生。在垃圾炭化的过程中，产生的可燃气体没有得到有效的回用，炭化装置需要的热量由高温蒸汽持续地供给，运行过程耗能高。

专利CN 104263388 A提供了一种垃圾炭化反应系统，该系统包括反应釜、蒸汽发生器和控制装置。其中控制装置连接反应釜，蒸汽发生器连接反应釜，蒸汽发生器用于向反应釜提供蒸汽，反应釜用于将垃圾反应生成碳化混合物。控制装置用于控制反应釜中压强和温度的变化以及反应时间。蒸汽发生器产生高温蒸汽向反应釜提供热源。垃圾炭化反应过程中产生的可燃气体未进行回收利用，垃圾在反应釜内持续进行炭化反应的过程中需要蒸汽发生器不断地产生高温蒸汽供给炭化裂解反应的热量需求，垃圾炭化运行过程的热源供给消耗的费用高。

专利CN 102746903 B公开了一种大型、无废气和二噁英排放的生活垃圾干馏-气化炉。把生活垃圾干馏-气化炉分割成多个标准干馏处理单元。根据不同处理能力的需要，组合成大型的生活垃圾干馏-气化炉，标准干馏处理单元为立方形炉体，上方设置垃圾的干馏段和干燥段，利用垃圾处于无氧状态下先把垃圾干馏，分解出干馏煤气和碳化物残渣。碳化物在下方燃烧层燃烧产生高温，以水蒸气和空气作气化剂，还原层高温状态下的碳化物把燃烧产生的二氧化碳和水蒸气还原，生成气化煤气，不产生二噁英。高温的气化煤气在上升的过程中将干馏段的垃圾加热、干馏，继续上升把干馏段的垃圾烘干，把垃圾中的有机物转变为清洁燃气，收集干馏煤气和气化煤气进行利用。生活垃圾的干馏-气化炉需要水蒸汽用作气化剂，并通过增加水蒸汽来控制燃烧温度。

上述专利从不同的角度阐述了生活垃圾的碳化加热装置及干馏气化装置。碳化装置需要高温蒸汽来提供炭化裂解需要的热量，或是需要水蒸汽作气化剂及控制燃烧温度。干馏裂解产生的可燃气未进行回用，炭化装置运行过程中的能耗和运行成本高。

上述专利中生活垃圾进入碳化装置前都没有对其进行有效的分类，生活垃圾中的渣土、陶瓷玻璃、金属等无机类物质与厨余垃圾等有机物质混在一起进入了碳化加热装置。有机物质在碳化装置中发生热分解反应，产生可燃气和生物炭等资源化价值高的产品。而无机类物质进入碳化装置后未参与热分解反应，最后与生物炭混在一起。无机物质的存在会增加碳化装置的处理成本，碳化装置产生的生物炭纯净度不高，需要进行筛分去除其中的无机杂质，来提高生物炭的质量。

针对上述专利中存在的问题，根据生活垃圾的理化性质对其进行高效的机械分选分类，分类后的玻璃瓶、铝盒、铁器等可回收物回收利用。塑料袋、纸张等热值高的可燃物进入焚烧厂发电。废旧灯管、电池、温度计与过期药品等危险废弃物进行安全化处理。而菜帮、菜叶、水果皮、水果核以及剩饭菜等纯度高的可腐垃圾进入碳化装置进行资源化处理，生产出纯净的可燃气及生物炭。从生活垃圾产生源头入手，根据生活垃圾的理化性质对其进行高效分选分类，与后续的资源化处理等技术联合应用，实现垃圾充分无害化处理的同时，将其转化为可再生资源，实现资源转化。

发明内容

针对背景技术中提到的问题，本发明提供了一种将生活垃圾经机械化分类后的可腐垃圾进行资源化处理的碳化装置，通过碳化装置实现了可腐垃圾的无害化处理，提高了垃圾的资源化程度。

本发明的一种可腐垃圾处理的碳化装置，它包括：进料螺旋器、碳化器、喷淋塔、冷却塔、可燃气回用罐、传送电机和出料螺旋器，其中：在碳化器内从上到下装有若干个输送管，在输送管内装有旋转轴，在输送管内的旋转轴上装有螺旋板，在输送管外的旋转轴上装有传动轮，传送电机通过链条带动若干个传动轮旋转，最上的输送管与进料螺旋器相连，最下输送管与出料螺旋器相连，上一个输送管的出口与下一个输送管的入口相连，在若干个输送管的端部装有出气管，若干个出气管依次与喷淋塔和冷凝塔相连，冷凝塔的出气口与可燃气回用罐相连，可燃气回用罐通过管道与装在碳化器底部的燃气灶头相通；

本发明的一种可腐垃圾处理的碳化装置，其中：相邻输送管内的螺旋板的旋向相反；

本发明的一种可腐垃圾处理的碳化装置，其中：在碳化器的上端装有热气排放口；

本发明的一种可腐垃圾处理的碳化装置，其中：还包括：调节轮，在传送电机与若干个传动轮之间装有调节轮，用于调节链条的松紧度；

本发明的一种可腐垃圾处理的碳化装置，其中：在喷淋塔的顶端装有冷却水喷头；

本发明的一种可腐垃圾处理的碳化装置，其中：所述出料螺旋器的外面包有碳钢材质的外罩，外罩的左侧下方开有进水口，右侧上方开有出水口，自来水从进水口流入，从出水口流出；

本发明的一种可腐垃圾处理的碳化装置，其中：所述碳化器的外壳为耐火外罩；

本发明的一种可腐垃圾处理的碳化装置，其中：所述传送电机为变频电机；

本发明的一种可腐垃圾处理的碳化装置，其中：所述输送管为4至10个。

本发明的可腐垃圾处理的碳化装置与现有碳化装置相比具有以下的优点：

1、碳化装置只在启动的时候需要外界提供热源，随着热分解反应的进行，可腐垃圾在碳化装置内产生的可燃气能够完全供给碳化所需要的热量，碳化装置运行过程中的能量自给自足。

2、碳化装置产生的生物炭纯净度高，不含有渣土、陶瓷玻璃、金属等杂质，省去了后续的筛分工艺。

3、碳化装置的N根输送螺旋通过1根传送链条和1台传送电机来带动同时运转，减少了输送螺旋需要配备多台电机、减速机及变频器，节约了设备成本，降低了能耗。

4、碳化装置可以实现物料的连续进出料，使物料在主机内连续地进行热分解进行炭化反应。

5、可腐垃圾处理的碳化装置启动的时候，由燃烧生物质气化产生的可燃气提供热源，待可腐垃圾在碳化装置内发生热分解反应产生的可燃气能够完全提供碳化所需要的热量后，不再燃烧外界提供的可燃气，直接燃烧碳化产生的可燃气，实现碳化装置能量的自给自足。不需要外界持续地供给可燃气来维持碳化装置的运行，降低了能耗，节约了成本。

附图说明

图1为本发明的可腐垃圾处理的碳化装置的示意图；

图2为本发明的可腐垃圾处理的碳化装置的传动关系的示意图。

在图1和图2中：

标号1为进料螺旋器；标号2为输送管；标号3为螺旋轴；标号4为螺旋板；标号5为传动轮；标号6为出气管；标号7为链条，标号8为调节轮；标号9为传动电机；标号10为碳化器；标号11为喷淋塔；标号12为可燃气回用罐；标号13为燃气灶头；标号14为进水口；标号15为出水口；标号16为出料螺旋器；标号17为热气排放口；标号18可燃气回用管；标号19为冷水喷头；标号20为冷凝塔。

具体实施方式

下面结合附图1及附图2，对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明的可腐垃圾处理的碳化装置包括：进料螺旋器1、碳化器10、喷淋塔11、冷却塔20、可燃气回用罐12、传送电机9和出料螺旋器16，在碳化器10内从上到下装有若干个输送管2，例如：4个输送管2。在输送管2内装有旋转轴3，在输送管2内的旋转轴3上装有螺旋板4，相邻输送管2内的螺旋板4的旋向相反，最上的输送管2与进料螺旋器1相连，最下输送管2与出料螺旋器16相连，上一个输送管2的出口与下一个输送管2的入口相连，在若干个输送管2的端部装有出气管6，若干个出气管6依次与喷淋塔11和冷凝塔20相连，冷凝塔20的出气口与可燃气回用罐12相连，可燃气回用罐12通过管道与装在碳化器10底部的燃气灶头13相通。在碳化器10的上端装有热气排放口17。在喷淋塔11的顶端装有冷却水喷头19。出料螺旋器16的外面包有碳钢材质的外罩，外罩的左侧下方开有进水口14，右侧上方开有出水口15，自来水从进水口14流入，从出水口15流出。碳化器10的外壳为耐火外罩。

如图2所示，在输送管2外的旋转轴3上装有传动轮5，传送电机9通过链条7带动若干个传动轮5旋转，在传送电机9与若干个传动轮5之间装有调节轮8，用于调节链条7的松紧度。

可腐垃圾处理的碳化装置的第一输送管、第二输送管、第三输送管、第四输送管通过传动轮5、链条7和传送电机9来传动运转。传动电机9为变频电机，可以调节电机的变频器来调控链条7的传送速度，进而调整第一至第四输送管2中螺旋轴3的旋转速度，从而控制可腐垃圾在输送螺旋内碳化完全。链条7的松紧程度由调节轮8来调整，太松太紧都不适合链条7的正常使用，在碳化装置运行的过程中链条7有1cm-2cm的调节余量。

链条7与4根输送管2的传动轮5交替逆时针、顺时针啮合连接，使4根输送管2由上而下相邻螺旋交替正向转动与反向转动。即第一输送管2的螺旋板4的旋转方向为由左至右，第二输送管2的螺旋板4旋转方向为由右至左，第三输送管2的螺旋板4的旋转方向为由左至右，第四输送管2的螺旋板4旋转方向为由右至左。4根输送螺旋交替正反方向的转动，实现了物料在输送螺旋内的连续传输，省去了安装多个电机来控制螺旋的正反转。并且第一输送管2至第四输送管可通过变频器来控制转速快慢，可增加可腐垃圾在碳化装置内的停留时间，延长热分解反应的时间，使得热分解反应进行的完全。

碳化器10的外壳为耐火外罩，其内侧贴有陶瓷纤维板，一是起到隔热，防止热量损失，节能环保的作用；二是保护碳化装置高温环境下不变形，延长碳化装置的使用寿命。

碳化器10启动的过程中，位于耐火外罩10底部的燃气灶头13通过燃烧生物质气化产生的可燃气为碳化装置10提供热源。可腐垃圾进入碳化装置后30分钟至100分钟的范围内，碳化装置产生的可燃气即可被利用起来，为碳化装置提供热量。待可腐垃圾在碳化装置10内发生热分解反应产生的可燃气能够完全提供碳化所需要的热量后，不再燃烧可燃气，直接燃烧碳化产生的可燃气即可为碳化装置提供所需的能量。燃气灶头13燃烧可燃气或是后续碳化装置10产生的可燃气提供热量的过程中，产生的余热尾气通过耐火外罩上部的热气排放管口17排出碳化装置10，为可腐垃圾的烘干过程提供热量。

可腐垃圾在碳化装置10的第一输送管、第二输送管、第三输送管和第四输送管内完成热分解反应后，在每个输送管的螺旋内产生的可燃气由对应的出气管6依次收集至喷淋塔11和冷凝塔12中，进行可燃气的净化，可燃气经过喷淋塔11和冷凝塔12处理后回用至碳化装置10，为碳化装置提供热源。

可腐垃圾在碳化装置内的传输过程及发生的反应描述如下。

粒径小于30mm，含水率低于20％的可腐垃圾由进料螺旋器1的进料端输送至其出料端，进料螺旋1的出料端开有出料口，出料口通过不锈钢法兰连接在碳化装置10的第一输送管2的进料口，可腐垃圾由进料螺旋器1的出料口落入碳化装置10号的第一输送管2的进料口，可腐垃圾随着第一输送管2的旋转运输，由第一输送管2左侧的进料端传送至右侧的出料端，可腐垃圾在第一输送管2旋转前进的过程中，螺旋外部的温度达到400-500℃，可腐垃圾含有的水分开始蒸发，不稳定组分开始发生热分解的反应，产生水蒸汽、CH₄、CO等物质。第一输送管2的右侧上方螺旋壁开有出气口，出气口与第一出气管6焊接连通。热分解反应产生的可燃气，如水蒸汽、CH₄、CO通过第一出气管6进入喷淋塔11和冷凝塔20。

第一输送管2的出料端开有出料口，出料口通过焊接的方式与第二输送管2右侧的进料口连接，可腐垃圾由第一输送管2的出料口落入第二输送管2的进料口，随着第二输送管2的旋转前进，可腐垃圾由第二输送管2右侧的进料端输送至左侧的出料端，可腐垃圾在第二输送管的旋转输送的过程中，螺旋外部的温度达到500-600℃，在第二输送管2内可腐垃圾剧烈地进行热分解，产生CH₄、CO、H₂等可燃性气体及少量的水蒸汽。第二输送管2的右侧上方螺旋壁开有第二出气口，出气口与第二出气管6焊接连通。热分解反应产生的可燃气，主要成分为CH₄、CO、H₂，通过第二出气管6依次进入喷淋塔11和冷凝塔20。

因碳化装置10的燃气灶头13位于碳化装置的底部，燃气灶头13燃烧可燃气提供的热量由碳化装置10的底部逐层向上部传递，热量在传递的过程中会有能量损失。所以第二输送管外部的温度较第一输送管外部的温度高100℃，第二输送管内旋转传输的可腐垃圾进行更加强烈的热分解反应。

第二输送管的出料端开有出料口，出料口与第三输送管的螺旋4左侧的进料口通过焊接的方式连接。可腐垃圾由第二输送管的出料口落入第三输送管的进料口。可腐垃圾随着第三输送管的旋转运输，由第三输送管左侧的进料端输送至右侧的出料端。可腐垃圾在第三输送管内旋转前进的过程中，螺旋外部的温度达到600-700℃，在第三输送管内可腐垃圾发生更加剧烈的热分解反应，产生大量的CH₄、CO、H₂等可燃性气体。第三输送管的右侧上方螺旋壁开有出气口，出气口与第三出气管6通过焊接的方式连通。热分解反应产生的可燃气，主要成分为CH₄、CO、H₂，通过第三出气管6依次进入喷淋塔11和冷凝塔20。

第三输送管的出料端开有出料口，出料口与第四输送管右侧的进料口对焊在一起。可腐垃圾由第三输送管的出料口落入第四输送管的进料口，随着第四输送管螺旋轴3的旋转，可腐垃圾由第四输送管右侧的进料端输送至左侧的出料端，可腐垃圾在第四输送管内运转前进的过程中，螺旋外部的温度达到700-800℃，可腐垃圾在第四输送管内进行更加强烈的热分解反应，产生大量的CH₄、CO、H₂等可燃性气体，以及炭化生成的生物炭，第四输送管的螺旋轴3的右侧上方螺旋壁开有出气口，出气口与第四出气管6焊接连通。热分解反应产生的可燃气，主要成分为CH₄、CO、H₂，通过4号出气管路9依次进入喷淋塔11和冷凝塔20。

碳化装置10的第一出气管、第二出气管、第三出气管和第四出气管排出的可燃气依次进入喷淋塔11和冷凝塔20进行处理，第一出气管、第二出气管、第三出气管和第四出气管排出的可燃气进入喷淋塔11进行喷淋水洗，去除可燃气中的灰尘及水溶性的物质，喷淋水洗后的可燃气进入冷凝塔进行冷却，可燃气中的水蒸汽降低温度后冷凝下来，提高了可燃气的热值。经喷淋冷凝处理后，喷淋塔水洗后的液体、冷凝塔冷却后的液体均为木醋液。木醋液可以用作液态抑虫剂，可以喷洒在树木和草坪上，保护绿植免受虫害的侵蚀。经喷淋塔及冷凝塔净化处理后的可燃气体进入可燃气回用管罐12内，通过燃气灶头13点燃，为碳化装置提供热源。可腐垃圾经碳化装置热分解产生的可燃气净化处理后，可以为碳化装置提供充足的能量，实现碳化装置热量的自给自足，不需要再外加热源，减少了可燃气的用量，降低了碳化装置的运行成本。

碳化装置的第四输送管的出料端开有出料口，出料口通过不锈钢法兰与出料螺旋16左侧的进料口相连接。可腐垃圾在碳化装置的第一输送管、第二输送管、第三输送管和第四输送管内连续发生热分解反应，产生的生物炭从末段的第四输送管的螺旋的出料口落入出料螺旋器16的进料口。碳化装置产生的生物炭温度高，为了避免引燃的情况发生，生物炭随之出料螺旋16旋转的过程中通过自来水进行冷却降温。出料螺旋器16的外面包有碳钢材质的外罩，外罩的左侧下方开有进水口14，右侧上方开有出水口15，自来水从进水口14流入，出水口15流出，在碳化装置运行的过程中，自来水保持持续地流入流出，起到冷却生物炭的作用。通过出料螺旋器16内外热量的交换，使其内部的生物炭温度降低，避免了安全隐患。出料螺旋器16由电机带动运转，冷却后的生物炭随着出料螺旋器16的旋转传送，从出料螺旋器16右侧的出料口落入生物炭收集箱中，进入后续的资源化利用。

生物炭具有非常好的吸附性，由生活垃圾可腐垃圾转化而来的生物炭可以吸附自重1.5倍左右的水，生物炭的良好吸附性恰好可以满足“海绵城市”的功能。生物炭可以提高土壤地力，改善绿植土壤的保水保肥性，大幅度减少化肥和农药的使用量。另外，生物炭的强吸附作用还可以吸附土壤当中的重金属，避免重金属进入食物链。

可腐垃圾经碳化装置处理后，可以产生CH₄、CO、H₂为主要组分的可燃气、木醋液和生物炭。可燃气体可用作清洁燃气使用，木醋液可作液态抑虫剂，生物炭可以用作吸附剂和土壤改良剂。可腐垃圾经碳化装置资源化处理后，产生高价值的产品，实现了生活垃圾的无害化、减量化和资源化处理。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (9)

1.一种可腐垃圾处理的碳化装置，它包括：进料螺旋器（1）、碳化器（10）、喷淋塔（11）、冷却塔（20）、可燃气回用罐（12）、传送电机（9）和出料螺旋器（16），其特征在于：在碳化器（10）内从上到下装有若干个输送管（2），在输送管（2）内装有旋转轴（3），在输送管（2）内的旋转轴（3）上装有螺旋板（4），在输送管（2）外的旋转轴（3）上装有传动轮（5），传送电机（9）通过链条（7）带动若干个传动轮（5）旋转，最上的输送管（2）与进料螺旋器（1）相连，最下输送管（2）与出料螺旋器（16）相连，上一个输送管（2）的出口与下一个输送管（2）的入口相连，在若干个输送管（2）的端部装有出气管（6），若干个出气管（6）依次与喷淋塔（11）和冷凝塔（20）相连，冷凝塔（20）的出气口与可燃气回用罐（12）相连，可燃气回用罐（12）通过管道与装在碳化器（10）底部的燃气灶头（13）相通。

2.如权利要求1所述一种可腐垃圾处理的碳化装置，其特征在于：相邻输送管（2）内的螺旋板（4）的旋向相反。

3.如权利要求2所述一种可腐垃圾处理的碳化装置，其特征在于：在碳化器（10）的上端装有热气排放口（17）。

4.如权利要求3所述一种可腐垃圾处理的碳化装置，其特征在于：还包括：调节轮（8），在传送电机（9）与若干个传动轮（5）之间装有调节轮（8），用于调节链条（7）的松紧度。

5.如权利要求4所述一种可腐垃圾处理的碳化装置，其特征在于：在喷淋塔（11）的顶端装有冷却水喷头（19）。

6.如权利要求5所述一种可腐垃圾处理的碳化装置，其特征在于：所述出料螺旋器（16）的外面包有碳钢材质的外罩，外罩的左侧下方开有进水口（14），右侧上方开有出水口（15），自来水从进水口（14）流入，从出水口（15）流出。

7.如权利要求6所述一种可腐垃圾处理的碳化装置，其特征在于：所述碳化器（10）的外壳为耐火外罩。

8.如权利要求7所述一种可腐垃圾处理的碳化装置，其特征在于：所述传送电机（9）为变频电机。

9.如权利要求1至8任一权利要求所述一种可腐垃圾处理的碳化装置，其特征在于：所述输送管（2）为4至10个。