CN107794094A - 一种可燃固体废弃物热解气化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种可燃固体废弃物热解气化处理方法，包括将可燃固体废弃物干燥，制成颗粒状；将可燃固体废弃物颗粒输送至料斗；将料斗中的可燃固体废弃物颗粒输送至可燃固体废弃物热解气化装置，在可燃固体废弃物热解气化装置内先进行热解，再进行气化处理热解气化后变为高温烟气或灰分，高温烟气从可燃固体废弃物热解气化装置的顶部排气口排出，灰分和石英砂从可燃固体废弃物热解气化装置的排料口排出，同时本发明还提供了一种污泥热解气化装置，该装置分为热解段和气化段，在热解段设置有多个大圆盘和小圆盘，污泥颗粒先后经过大圆盘和小圆盘，热解彻底，减少了气化段的工作负荷，且该装置结构简单、操作方便。

Description

一种可燃固体废弃物热解气化装置及方法

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种可燃固体废弃物热解气化装置及方法。

背景技术

随着我国社会经济和城市化的发展，可燃固体废弃物的产量逐年增加，其中以废塑料和污泥居多。根据有关预测，我国城市污水量在未来20年还会有较大增长。目前，我国年产干污泥近3×10⁶t，随着国内污水处理事业的发展，污水处理厂的总处理水量和处理程度的不断扩大和提高，所产生的污泥量也将日益增加。大量的污泥未能得到及时、合理的处理而成为污水处理厂沉重的负担。污泥中还含有大量的N、P、K、Ca及有机质，且N、P以有机态为主，可以缓慢释放，具有长效性。污泥是有用的生物资源，如能合理利用则不仅能变废为宝，还能增加经济效益，所以，有效处理处置和利用污泥的技术具有重要的现实意义。

现阶段污泥处理办法为干化然后再进行填埋，但是随着现代城市的发展，去专门拿出一片空地来进行填埋已经不现实，另外直接填埋也无法实现对资源的重复利用。还有一种办法就是对污泥进行干化、热解、气化，实现了资源的综合利用，但是在污泥热解的过程中，如果混入大量的空气，则热解效果差，热解气热值低，热解后的污泥结块严重，不利于后续的气化处理和利用，如果气化处理过程供气量不足或者供气温度过低，则气化不彻底。

发明内容

为了解决污泥热解不彻底和气化不彻底的技术问题，本发明提供可燃固体废弃物热解气化装置及方法。该装置结构简单、操作方便，克服了现有技术中污泥热解气化装置操作不方便、热解气化效率低的问题。该装置不仅可以用于污泥的热解和气化，还可以适用于其他具有可燃性的固体废物物(如塑料)的热解气化。

一种可燃固体废弃物热解气化处理方法，包括如下步骤：

步骤(1)：将可燃固体废弃物通过干燥器进行初步干燥，制成颗粒状；

步骤(2)；将步骤(1)的可燃固体废弃物颗粒输送至料斗；

步骤(3)：将料斗中的可燃固体废弃物颗粒输送至可燃固体废弃物热解气化装置，在可燃固体废弃物热解气化装置内先进行热解，再进行气化处理；在气化的过程中通入水蒸气和石英砂；可燃固体废弃物颗粒经热解气化后变为高温烟气或灰分，高温烟气从可燃固体废弃物热解气化装置的顶部排气口排出并输送至高温烟气综合利用工段，灰分和石英砂从可燃固体废弃物热解气化装置的排料口排出，经过冷却筛分分离灰分后，石英砂循环回用。

进一步，步骤(1)中，所述的可燃固体废弃物为污泥，干燥后污泥的含水率控制在小于35％。

进一步，步骤(1)中，所述的可燃固体废弃物为塑料，干燥后塑料的含水率控制在小于10％。

本发明还提供了一种可燃固体废弃物热解气化装置，包括炉体，所述的炉体为夹套式结构，在夹套中充满冷却水，所述的炉体分为热解段和气化段，所述的热解段与气化段的交界处设置有一集料槽，在所述的集料槽的底部安装有叶轮给料机；

所述气化段位于炉体的下部，所述气化段的侧壁上开设有石英砂进口、热风进口、水蒸气进口和固体物料采出口；所述的气化段的侧壁上还开设有启动燃烧器；

所述的热解段位于炉体的上部，所述的热解段的顶部安装有驱动电机，所述的驱动电机的下部安装有搅拌轴，所述的搅拌轴的长度与热解段的高度一致，所述的搅拌轴位于热解段的正中心，所述的搅拌轴通过连接杆连接有多层刮板；所述的炉体的侧壁上下交替布置有多个位于刮板下方的大外圆开口的大圆盘和内圆开口的小圆盘，所述的热解段的顶部一侧开设有进料口，所述进料口附近安装有料斗，所述的料斗的出料口与进料螺旋输送机相连，所述的进料螺旋输送机的输料口穿过热解段的进料口伸入热解段内，将干燥过的可燃固体废弃物颗粒输送至最上端的大圆盘的表面；

所述的电机上连接有风冷装置，所述的风冷装置的进风端与冷风相连，所述风冷装置的出风端通过管道与预热器的冷端相连；

所述气化段顶部开设有一侧线采出口，所述的侧线采出口将气化段产生的高温烟气采出分成两个支路，其中一个支路通过管道与热解段的烟气进口相连，所述的烟气进口与大圆盘和小圆盘的内部空腔相连，其中另一个支路通过管道与预热器的热端相连；

所述的预热器为间壁式换热器，热端的烟气换热后去作为热源供给后续的工段使用，所述的冷端换热后变为热风，热风通过管道进入气化段的热风进口。

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的预热器的冷端还连接有一支路，该支路通过管道与冷风机相连。

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的热解段的大圆盘和小圆盘包括多个，大圆盘和小圆盘间隔排列。

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的热解段的大圆盘和小圆盘的盘面上安装有测温元件，用以探测大圆盘和小圆盘的温度，在工作状态下，大圆盘和小圆盘表面的温度控制在400-600℃。

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的夹套中的冷却水从夹套的底部进入，从夹套的顶部排出，然后进入汽包中加热气化后，通过水蒸气管道穿过气化段的水蒸气进口进入气化段，所述的水蒸气管道位于气化段内的管道上开设有多个喷嘴，且所述喷嘴的出口朝下布置。

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的热解段的温度控制在 400-600℃，所述气化段的温度控制在800-1000℃。

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的大圆盘和小圆盘的内部为空腔结构，空腔内充满过热蒸汽或者导热油。

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的热解段顶部开设有热解气出气口，热解气通过与出气口相连的输气管道将热解气输送至气化段的热风进口作为气化段的燃料。

本发明所述的可燃固体废弃物热解气化装置兼有固定床和移动床的优点。多层式的热解段具有如下优点：①停留时间易于控制；它与传统的热解炉相比，不是完全靠物料块本身重力下降，通过控制搅拌轴的转速，可以方便的调节污泥颗粒在热解段的停留时间。②操作弹性较大，操作要求比流化式热解炉简单、方便。③传热效果好。相同单位体积内提供的传热面积比回转窑式热解炉大，并且多层式热解段属静设备，回转窑和流化式热解炉属动设备，制造、维护复杂。④可分层控制温度，可在大圆盘和小圆盘上安装测温元件，根据圆盘上可燃固体废弃物颗粒(例如污泥颗粒)4的温度，实时调节进入裂解段烟气的流速。本发明所述的热解气化装置的生产能力是回转窑热解炉的1.5倍，相同体积内所能提供的换热面积是回转窑热解炉的的l-3倍，并且回转窑热解炉内物料转动是靠整个筒体的转动带动的，而本发明所述的污泥热解气化装置的可燃固体废弃物颗粒(例如污泥颗粒)4的转动是由搅拌轴带动，这样节省了电能，降低了操作费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明所述的一种可燃固体废弃物热解气化装置的结构示意图；

图2本发明所述的可燃固体废弃物4在热解段的流动路线图；

图3为大圆盘303上刮板3021的位置图；

图4位小圆盘304上刮板3021的位置图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

一种可燃固体废弃物热解气化处理方法，包括如下步骤：

步骤(1)：将可燃固体废弃物通过干燥器进行初步干燥，制成颗粒状；

步骤(2)；将步骤(1)的可燃固体废弃物颗粒输送至料斗；

步骤(3)：将料斗中的可燃固体废弃物颗粒输送至可燃固体废弃物热解气化装置，在可燃固体废弃物热解气化装置内先进行热解，再进行气化处理；在气化的过程中通入水蒸气和石英砂；可燃固体废弃物颗粒经热解气化后变为高温烟气或灰分，高温烟气从可燃固体废弃物热解气化装置的顶部排气口排出并输送至高温烟气综合利用工段，灰分和石英砂从可燃固体废弃物热解气化装置的排料口排出，经过冷却筛分分离灰分后，石英砂循环回用。

进一步，步骤(1)中，所述的可燃固体废弃物为污泥，干燥后污泥的含水率控制在小于35％。

进一步，步骤(1)中，所述的可燃固体废弃物为塑料，干燥后塑料的含水率控制在小于10％。

本发明还提供了一种可燃固体废弃物热解气化装置，包括炉体3，所述的炉体3为夹套式结构，在夹套中充满冷却水，所述的炉体3分为热解段和气化段，所述的热解段与气化段的交界处设置有以集料槽314，在所述的集料槽314 的底部安装有叶轮给料机315；集料槽314将热解段和气化段分为两个独立的操作环境，通过叶轮给料机315将集料槽314中收集到的热解后的可燃固体废弃物颗粒输送给气化段)

所述气化段位于炉体3的下部，所述气化段的侧壁上开设有石英砂进口 311、热风进口313、水蒸气进口312和固体物料采出口308；所述的气化段的侧壁上还开设有启动燃烧器309；

所述的热解段位于炉体3的上部，所述的热解段的顶部安装有驱动电机 306，所述的驱动电机306的下部安装有搅拌轴301，所述的搅拌轴301的长度与热解段的高度一致，所述的搅拌轴301位于热解段的正中心，所述的搅拌轴 301通过连接杆302连接有多层刮板3021；所述的炉体3的侧壁上下交替布置有多个位于刮板3021下方的外圆开口的大圆盘303和内圆开口的小圆盘304，所述的热解段的顶部一侧开设有进料口，所述进料口附近安装有料斗1，所述的料斗1的出料口与进料螺旋输送机2相连，所述的进料螺旋输送机2的输料口穿过热解段的进料口伸入热解段内，将干燥过的可燃固体废弃物颗粒4输送至最上端的大圆盘303的表面；

所述的电机306上连接有风冷装置，所述的风冷装置的进风端与冷风相连，所述风冷装置的出风端通过管道与预热器307的冷端相连；

所述气化段顶部开设有一侧线采出口，所述的侧线采出口将气化段产生的高温烟气采出分成两个支路，其中一个支路通过管道与热解段的烟气进口305 相连，所述的烟气进口305与大圆盘303和小圆盘304的内部空腔相连，其中另一个支路通过管道与预热器307的热端相连；

所述的预热器307为间壁式换热器，热端的烟气换热后去作为热源供给后续的工段使用，所述的冷端换热后变为热风，热风通过管道进入气化段的热风进口。

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的预热器307的冷端还连接有一支路，该支路通过管道与冷风机相连。

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的热解段的大圆盘303 和小圆盘304包括多个，大圆盘303和小圆盘304间隔排列。

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的热解段的大圆盘303 和小圆盘304的盘面上安装有测温元件，用以探测大圆盘303和小圆盘304的温度，在工作状态下，大圆盘303和小圆盘304表面的温度控制在400-600℃。

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的夹套中的冷却水从夹套的底部进入，从夹套的顶部排出，然后进入汽包中加热气化后，通过水蒸气管道穿过气化段的水蒸气进口进入气化段，所述的水蒸气管道位于气化段内的管道上开设有多个喷嘴，且所述喷嘴的出口朝下布置。

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的热解段的温度控制在400-600℃，所述气化段的温度控制在800-1000℃。(需要说明的是，本发明所述的可燃固体废弃物热解气化处理方法和装置是针对污泥颗粒研制，本发明提供的热解段的温度控制参数和气化段的温度控制参数均是针对污泥，本领域的技术人员采用本发明提供的处理方法和装置进行其他可燃固体废物的处理，只需根据其他可燃固体废弃物中的成分的多少(废弃物中成分多变)，适当调整热解段和气化段的温度参数，也不脱离本发明的发明思路，也属于本发明的保护范围。)

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的大圆盘303和小圆盘 304的内部为空腔结构，空腔内充满过热蒸汽或者导热油。该空腔结构的作用是：使可燃固体废弃物颗粒在大圆盘303和小圆盘304的表面上时同时受到来自气化区烟气和空腔内过热蒸汽或者导热油的共同加热，使热解更彻底。

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的夹套中的冷却水从夹套的底部进入，在夹套的顶部进入汽包气化后，通过水蒸气管道穿过气化段的水蒸气进口进入气化段，所述的水蒸气管道位于气化段内的管道上开设有多个喷嘴，且所述喷嘴的朝向下布置。在水蒸气管道位于气化段的管道上开设多个喷嘴，且喷嘴朝下布置的作用是，水蒸气在整个气化段的作用是作为反应原料，与污泥中的有机物以及进入气化段的热风反应，将污泥中的有机物燃烧气化，最后转化为灰分，水蒸气均匀分布有助于燃烧均匀，彻底。

进一步，上述可燃固体废弃物热解气化装置，所述的热解段顶部开设有热解气出气口，热解气通过与出气口相连的输气管道将热解气输送至气化段的热风进口作为气化段的燃料。由于热解段产生的热解气的热值高，将热解段的热解气直接作为气化段的燃料，节省了能源。

进一步，所述的气化段的热风的进风口的上方安装有布风板，所述的布风板上安装有风帽，布风板作为水蒸气、热风(提供氧气)和可燃固体废弃物(可燃固体废弃物中含有含C有机物)的反应场所，布风板的侧边设置有排渣口 308，将反应后的灰分和石英砂排出，在后续工段将灰分和石英砂分离，石英砂重复利用，此处石英砂不参与反应，主要作用是作为导热剂。

可燃固体废弃物中含有大量的重金属和各种类型的有机物，如果可燃固体废弃物经过简单灭菌后直接倾倒于地底或谷底，投资少，见效快、容量大，但是埋填方式也存在着自身无法弥补的缺陷，一方面埋填本身并不能最终消除污染，而只是延缓了污染产生的时间，可燃固体废弃物中含有大量的有机物、病菌和重金属，重金属属于有价值的金属资源，本发明提供的可燃固体废弃物热解气化装置，采用热解、气化的方式将可燃固体废弃物彻底燃烧，从根源上减少了可燃固体废弃物的污染，并将重金属收集，进入后续的回收。

本发明提供的可燃固体废弃物热解气化装置的工作原理是：如图2所示，干燥后的可燃固体废弃物颗粒经过在料斗1中收集，料斗1中可燃固体废弃物颗粒通过进料螺旋输送机2进入热解气化炉的热解段的位于最上端的大圆盘 303上，电机驱动搅拌轴301转动，搅拌轴301带动刮板3021转动，(刮板 3021在大圆盘303上的转向和小圆盘304上的作用相反，其通过调整刮板3021 叶片的布置角度即可实现，如图3和图4所示。)推动可燃固体废弃物颗粒4 向大圆盘303的中心移动，大圆盘303的为中空圆盘结构，可燃固体废弃物颗粒4从大圆盘303的中空圆孔中落下，落入位于其下端的小圆盘304上，可燃固体废弃物颗粒4在离心力的作用下向远离小圆盘304的方向移动，到达小圆盘304的边沿，可燃固体废弃物颗粒4从小圆盘304上落下，落入位于小圆盘 304下方的大圆盘303上，可燃固体废弃物颗粒4从上往下下落的过程中经过大圆盘303和小圆盘304的作用，污泥颗粒4在裂解区的运行轨迹变长，增大了可燃固体废弃物颗粒4的裂解时间，使可燃固体废弃物颗粒的裂解更加彻底。可燃固体废弃物颗粒4在裂解区的热源来自于气化区产生的高温气化可燃气，气化区产生的可燃气有多种作用：1)从气化区输送到热解区，作为热解区的热源使用；2)烟气的侧线采出支路还作为预热器307的热源，用以加热冷风，这样进入气化段的冷风变为热风，热风进入气化段，比直接采用冷风进入气化段的热损失少，因为热风与气化段的温差小，冷风与气化段的温差大，如果直接采用冷风进入气化段，冷风与气化段内气体相遇时的熵损失大，采用热风进入气化段，热风与气化段内气体相遇时的熵损失大；另外一方面直接采用热风进入气化段，气化段内温度变化幅度较小，便于操作控制气化段。

本发明所述的污泥热解气化装置兼有固定床和移动床的优点：

多层式的热解段具有如下优点：①停留时间易于控制；它与传统的热解炉相比，不是完全靠物料块本身重力下降，通过控制搅拌轴的转速，可以方便的调节可燃固体废弃物颗粒(例如污泥颗粒)在热解段的停留时间。②操作弹性较大，操作要求比流化式热解炉简单、方便。③传热效果好。相同单位体积内提供的传热面积比回转窑式热解炉大，并且多层式热解段属静设备，回转窑和流化式热解炉属动设备，制造、维护复杂。④可分层控制温度，可在大圆盘和小圆盘上安装测温元件，根据圆盘上污泥颗粒4的温度，实时调节进入裂解段烟气的流速。本发明所述的热解气化装置的生产能力是回转窑热解炉的1.5倍，相同体积内所能提供的换热面积是回转窑热解炉的的l-3倍，并且回转窑热解炉内物料转动是靠整个筒体的转动带动的，而本发明所述的污泥热解气化装置的可燃固体废弃物颗粒(例如污泥颗粒)4的转动是由搅拌轴带动，这样节省了电能，降低了操作费用。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可燃固体废弃物热解气化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：将可燃固体废弃物通过干燥器进行初步干燥，制成颗粒状；

步骤(2)；将步骤(1)的可燃固体废弃物颗粒输送至料斗；

步骤(3)：将料斗中的可燃固体废弃物颗粒输送至可燃固体废弃物热解气化装置，在可燃固体废弃物热解气化装置内先进行热解，再进行气化处理；在气化的过程中通入水蒸气和石英砂；可燃固体废弃物颗粒经热解气化后变为高温烟气或灰分，高温烟气从可燃固体废弃物热解气化装置的顶部排气口排出并输送至高温烟气综合利用工段，灰分和石英砂从可燃固体废弃物热解气化装置的排料口排出，经过冷却筛分分离灰分后，石英砂循环回用。

2.根据权利要求1所述的可燃固体废弃物热解气化处理方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的可燃固体废弃物为污泥，干燥后污泥的含水率控制在小于35％。

3.根据权利要求1所述的可燃固体废弃物热解气化处理方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的可燃固体废弃物为塑料，干燥后塑料的含水率控制在小于10％。

4.一种可燃固体废弃物热解气化装置，其特征在于，包括炉体(3)，所述的炉体(3)为夹套式结构，在夹套中充满冷却水，所述的炉体(3)分为热解段和气化段,所述的热解段与气化段的交界处设置有一集料槽(314)，在所述的集料槽(314)的底部安装有叶轮给料机(315)；

所述气化段位于炉体(3)的下部，所述气化段的侧壁上开设有石英砂进口(311)、热风进口(313)、水蒸气进口(312)和固体物料采出口(308)；所述的气化段的侧壁上还开设有启动燃烧器(309)；

所述的热解段位于炉体(3)的上部，所述的热解段的顶部安装有驱动电机(306)，所述的驱动电机(306)的下部安装有搅拌轴(301)，所述的搅拌轴(301)的长度与热解段的高度一致，所述的搅拌轴(301)位于热解段的正中心，所述的搅拌轴(301)通过连接杆(302)连接有多层刮板(3021)；所述的炉体(3)的侧壁上下交替布置有多个位于刮板(3021)下方的大外圆开口的大圆盘(303)和内圆开口的小圆盘(304)，所述的热解段的顶部一侧开设有进料口，所述进料口附近安装有料斗(1)，所述的料斗(1)的出料口与进料螺旋输送机(2)相连，所述的进料螺旋输送机(2)的输料口穿过热解段的进料口伸入热解段内，将干燥过的可燃固体废弃物颗粒(4)输送至最上端的大圆盘(303)的表面；

所述的电机(306)上连接有风冷装置，所述的风冷装置的进风端与冷风相连，所述风冷装置的出风端通过管道与预热器(307)的冷端相连；

所述气化段顶部开设有一侧线采出口，所述的侧线采出口将气化段产生的高温烟气采出分成两个支路，其中一个支路通过管道与热解段的烟气进口(305)相连，所述的烟气进口(305)与大圆盘(303)和小圆盘(304)的内部空腔相连，其中另一个支路通过管道与预热器(307)的热端相连；

所述的预热器(307)为间壁式换热器，热端的烟气换热后去作为热源供给后续的工段使用，所述的冷端换热后变为热风，热风通过管道进入气化段的热风进口。

5.根据权利要求4所述的可燃固体废弃物热解气化装置，其特征在于，所述的预热器(307)的冷端还连接有一支路，该支路通过管道与冷风机相连。

6.根据权利要求4所述的可燃固体废弃物热解气化装置，其特征在于，所述的热解段的大圆盘(303)和小圆盘(304)的盘面上安装有测温元件，用以探测大圆盘(303)和小圆盘(304)的温度，在工作状态下，大圆盘(303)和小圆盘(304)表面的温度控制在400-600℃。

7.根据权利要求4所述的可燃固体废弃物热解气化装置，其特征在于，所述的夹套中的冷却水从夹套的底部进入，从夹套的顶部排出，然后进入汽包中加热气化后，通过水蒸气管道穿过气化段的水蒸气进口进入气化段，所述的水蒸气管道位于气化段内的管道上开设有多个喷嘴，且所述喷嘴的出口朝下布置。

8.根据权利要求4所述的可燃固体废弃物热解气化装置，其特征在于，所述的热解段的温度控制在400-600℃，所述气化段的温度控制在800-1000℃。

9.根据权利要求4所述的可燃固体废弃物热解气化装置，其特征在于，所述的大圆盘(303)和小圆盘(304)的内部为空腔结构，空腔内充满过热蒸汽或者导热油。

10.根据权利要求4所述的可燃固体废弃物热解气化装置，其特征在于，所述的热解段顶部开设有热解气出气口，热解气通过与出气口相连的输气管道将热解气输送至气化段的热风进口作为气化段的燃料。