CN107876542A - 一种旋转床热解炉和处理垃圾的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转床热解炉和处理垃圾的方法，该旋转床热解炉具有干燥热解区、气化区和燃烧区，各区之间具有顶部压低的过渡区；其中，内炉壁以及外炉壁具有多个辐射管燃烧器，多个辐射管燃烧器均具有燃料口和烟气口；干燥热解区的顶部设有热解物料入口和热解油气出口，底部设有热解炭出口；气化区的顶部设有气化气出口，底部设有空气气化剂入口和水蒸气入口；所述气化气出口和所述燃料口相连，所述燃烧区的顶部设有烟气出口、底部设有空气入口和灰渣出口；辐射管燃烧器的烟气口和所述烟气出口连通，烟气出口和空气气化剂入口相连。本发明实现了一个炉体完成垃圾干燥、热解、气化、氧化，其缩短了工艺流程，减少了设备投资，提高了热利用率。

Description

一种旋转床热解炉和处理垃圾的方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化处理领域，尤其涉及一种旋转床热解炉和处理垃圾的方法。

背景技术

随着经济和城市化进展的加速、人口不断增长以及生活水平的不断提高，我国能源消耗巨大，同时生活垃圾产生量也在快速增加，目前大城市中2/3面临垃圾围城困境，通过技术手段将生活垃圾变为可利用资源，缓解我国能源和环境危机是非常重要的课题。城市生活垃圾来源广泛、成分复杂，给垃圾处理带来很大的困难。

生活垃圾热解技术以其资源化利用率高，环境污染小的优点越来越被人们所青睐。热解的主要产物有热解油、热解气和热解炭，可以作为能源再次利用。但是，热解后的热解炭经过冷却再利用损失了大量的余热，影响了整个工艺的热利用率。

现有技术公开了一种生活垃圾热解资源化综合处理系统，该系统包括预处理装置、蓄热式旋转床热解炉、油气分离净化装置、固定床气化装置、热解气储存装置和可燃气回收装置；该系统将生活垃圾经过分选、破碎、烘干、成型等预处理后，在热解炉内热解得到高温油气和热解炭，热解炭气化后生成气化可燃气，用以作为蓄热式燃气辐射管燃烧器的燃料。其中，该技术有如下缺点：(1)热解后的垃圾炭呈高温热态，这部分热量没有进行回收；(2)垃圾炭气化需要单独设置气化床，投资成本高，而且不适用于小规模的垃圾处理厂；(3)热解后垃圾炭有大量无机灰渣，碳含量低，利用常规的气化装置气化需要补煤并再次加热至高温，能耗高。

现有技术还公开了一种逆流回转生活垃圾热解碳化炉系统及垃圾处理工艺，该系统主要包括进料装置、垃圾炭化炉炉体、出渣螺旋器、热解气焚烧炉、循环风机、空气预热器、鼓风机、管道阀门等设备构成，并结合与垃圾炭化炉炉体连接的气、热循环装置进行完善，配合对垃圾炭化炉炉体温度，垃圾停留时间的控制，实现对生活垃圾及有机固体废弃物进行处理，此项发明得到的产品热解气直接进入焚烧炉燃烧产生850℃-1100℃的高温烟气，垃圾炭作为最终产品。但该技术仍有如下缺陷：(1)该法是在加热无氧的条件下将生活及有机固废分解成可燃气体和炭渣，可燃气直接焚烧没有得到回收利用；(2)此系统将生活垃圾热解产生的垃圾炭作为最终产品，由于垃圾炭热值较低，市场销路不畅，且含有重金属等有毒有害物质，如果将垃圾炭作为最终产品，经济效益较差，技术推广比较困难。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明旨在提出一种在一个炉体内即能够完成垃圾干燥、热解、气化、氧化的旋转床热解炉以及处理垃圾的方法，实现工艺流程缩短，设备投资减少，热利用率提高，生产成本降低的目的。

为实现上述目的，本发明提出了一种旋转床热解炉，该旋转床热解炉为炉顶、内炉壁、外炉壁、旋转的炉底围成的环形空间结构，该环形空间结构按炉料运动方向分为干燥热解区、气化区和燃烧区，且各区之间具有顶部压低的过渡区；其中，

所述炉底为穿孔板结构；

所述内炉壁以及所述外炉壁具有多个插入的辐射管燃烧器，多个所述辐射管燃烧器均具有燃料口和烟气口；

所述干燥热解区的顶部设有热解物料入口和热解油气出口，底部设有热解炭出口；

所述气化区的顶部设有气化气出口，底部设有空气气化剂入口和水蒸气入口；所述气化气出口和所述燃料口相连，

所述燃烧区的顶部设有烟气出口、底部设有空气入口和灰渣出口；所述辐射管燃烧器的烟气口和所述烟气出口连通，使辐射管燃烧器产生烟气全部汇集至所述燃烧区顶部的烟气出口；所述烟气出口和所述空气气化剂入口相连。

进一步地，所述过渡区长度大于1m。优选地，所述过渡区的顶部高度比炉底铺料厚度大1-5cm。

本发明还提出了一种包括上述旋转床热解炉的系统，该系统还包括油气净化装置、风机和储气罐；其中，

所述油气净化装置包括热解油气入口、热解油出口和热解气出口，所述热解油气入口和所述热解油气出口相连，

所述热解气出口分为两路，一路通过所述风机和所述燃料口相连，另一路连接储气罐。

具体地，所述气化气出口通过所述风机和所述燃料口相连。

优选地，该系统还包括预处理单元，预处理单元包括垃圾入口、无机杂质出口、金属出口和预处理后物料出口；所述预处理后物料出口和所述热解物料入口相连。

进一步地，该系统还包括气化剂鼓风机，所述烟气出口通过所述气化剂鼓风机连接所述空气气化剂入口。

具体地，该系统还包括螺旋出料机和空气鼓风机，所述螺旋出料机和所述灰渣出口相连，所述空气鼓风机和所述空气入口相连。

本发明还提出一种利用上述旋转床热解炉处理垃圾的方法，该方法包括：

A.干燥和热解：将热解物料均匀给入旋转床热解炉的干燥热解区，在200～600℃干燥以及900～950℃热解，得到干燥热解后物料、热解油气和热解炭；

B.气化：将空气气化剂和水蒸气输送至气化区，和所述干燥热解后物料在温度900～950℃下发生气化反应，得到气化后残渣和气化气；

C.氧化燃烧：通入空气使所述气化后残渣燃烧，得到灰渣，该燃烧温度为850-900℃；

其中，所述步骤B产生的气化气作为反应燃料，被输送至所述旋转床热解炉的辐射管燃烧器中燃烧，燃烧得到的烟气作为所述步骤B的所述空气气化剂。

优选地，所述热解物料沿所述旋转床热解炉旋转一周的时间为0.5-1.5h。

进一步地，该方法还包括热解物料在进入热解炉前的预处理过程，所述预处理为：利用破袋系统、分级筛分系统、风选机、吸塑机、滚筒筛和破碎装置将垃圾原料的大块无机物、金属分出，将分选后垃圾破碎至小于20mm即得到所述热解物料。

优选地，该方法还包括：对所述步骤A产生的所述热解油气进行除尘、脱硫脱硝等分离净化过程得到热解油和热解气；将所述热解油回喷至所述干燥热解区不断裂解。

进一步地，将所述热解气一部分作为补充燃料送至所述旋转床热解炉的辐射管燃烧器中，另一部分送至储气罐。

具体地，该方法还包括：所述步骤A中，根据所述旋转床热解炉过渡区的炉顶高度调节所述热解物料的铺料厚度。该铺料厚度优选为50-250mm。

进一步地，该方法还包括：通过风机、空气鼓风机、气化剂鼓风机调节所述旋转床热解炉各区炉膛的压力。具体地，所述干燥热解区、炭气化区、燃烧区的压力依次降低。

现有技术表明，虽然垃圾热解因其资源化和无害化效果好而被人们认可，可以产出油、气、炭三种产品，但热解属于高温绝氧环境，往往需要700～900℃的高温，产生的热解炭温度高，余热难以回收，且后期的热处理利用又要再次升温。而本发明基于热解过程热解炭中有害物质高温下基本随热解气排出进行净化、重金属则再还原性气氛中呈现惰性的特点，从而进一步提出了上述一系列的方案。上述技术方案有如下优点：

(1)生活垃圾的干燥、热解、气化、燃烧都是热反应，可以在一个炉体内连续完成，设备工艺简单，热利用率高，能减少各环节之间冷却损失的热量。

(2)充分利用了垃圾产生的热解油气和气化气，在厂区内即能直接进行燃烧利用，节能且资源化水平高，富裕的燃气可以出售或者发电，工艺简单，设备可靠。

(3)采用旋转床热解炉作为生活垃圾热解制油、气和炭的设备，干燥热解区段完成了干燥、热解的过程，流程短；热解处理环保性好，无二噁英等有害物质。

(4)整个厂区只有电能或者燃气一种产品，便于运输、储存和销售，具备较好的经济效益。

(5)垃圾在炉内前段热解后，垃圾中的硫氧化物、氮氧化物等杂质随热解气送入净化系统被净化捕集，因此气化段和燃烧段的反应过程有害气体少，产生的气化气和燃烧产生的烟气较纯净，无需净化即可利用和排放。

(6)旋转床炉底设有孔状结构，便于热量的传递，同时便于气化剂、空气的通入。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明的旋转床热解炉展开图；

11-干燥热解区，12-气化区，13-燃烧区，14-过渡区；

111-热解物料入口，112-热解油气出口，113-热解炭出口，121-气化气出口，122-空气气化剂入口，131-烟气出口，132-空气入口，133-灰渣出口。

图2为本发明的垃圾处理系统简图；

1-旋转床热解炉，2-油气净化装置，3-风机，4-储气罐，5-预处理单元，6-气化剂鼓风机，7-螺旋出料机，8-空气鼓风机；

31-燃料口相连，32-阀门，51-垃圾入口，52-无机杂质出口，53-金属出口，54-预处理后物料出口。

图3为本发明的处理垃圾的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

为了在一个炉体即能够内完成垃圾干燥、热解、气化、氧化的旋转床热解炉以及处理垃圾的方法，实现工艺流程缩短，设备投资减少，热利用率提高，生产成本降低的目的，本发明提出了一种旋转床热解炉，其展开图参见图1，该旋转床热解炉为炉顶、内炉壁、外炉壁、可旋转的炉底围成的环形空间结构，该环形空间结构按炉料运动方向分为干燥热解区11、气化区12和燃烧区13，且各区之间具有顶部压低的过渡区14；其中，

所述炉底为穿孔板结构，该结构能够使物料受热均匀且能满足各区不同气体的通入要求；

所述内炉壁以及所述外炉壁具有多个插入的辐射管燃烧器，多个所述辐射管燃烧器均具有燃料口和烟气口；该燃烧器通过燃烧气化气/热解气以热辐射的方式提供反应所需热量，辐射管内的烟气与床内的气氛隔绝；

所述干燥热解区的顶部设有热解物料入口111和热解油气出口112，底部设有热解炭出口113；其中，所述热解炭出口113与振动筛相连；

所述气化区12的顶部设有气化气出口121，底部设有空气气化剂入口122和水蒸气入口；所述气化气出口121和所述燃料口相连，

所述燃烧区13的顶部设有烟气出口131、底部设有空气入口132和灰渣出口133；所述辐射管燃烧器的烟气口和所述烟气出口131连通，使辐射管燃烧器产生烟气全部汇集至所述燃烧区顶部的烟气出口131；所述烟气出口131和所述空气气化剂入口122相连。

进一步地，过渡区14的存在能使各区的反应尽可能的独立，所述过渡区14长度优选大于1m，即使各区之间有少量的气体流窜也不会对反应运行造成明显的影响。所述过渡区14的顶部贴近垃圾物料，过渡区14的高度可以根据将要铺料的厚度进行调节，优选比炉底垃圾的铺料厚度大1-5cm。

本发明还提出了一种包括上述旋转床热解炉1的垃圾处理系统，参见图2，该系统还包括油气净化装置2、风机3和储气罐4；其中，

所述油气净化装置2包括热解油气入口、热解油出口和热解气出口，所述热解油气入口和所述热解油气出口相连；

所述热解气出口分为两路，一路通过所述风机3和所述燃料口31相连，且管路上设有阀门32可用于调节辐射管燃烧器所需的燃料用量；另一路连接储气罐4。

具体地，该油气净化装置2包括依次连接的气化气管道、湿式除尘塔、脱硫塔和脱硝塔。

具体地，所述气化气出口121通过所述风机3和所述燃料口31相连。

优选地，该系统还包括预处理单元5，预处理单元5包括垃圾入口51、无机杂质出口52、金属出口53和预处理后物料出口54；所述预处理后物料出口54和所述热解物料入口111相连。

进一步地，该系统还包括气化剂鼓风机6，所述烟气出口131通过所述气化剂鼓风机6连接所述空气气化剂入口122。

具体地，该系统还包括螺旋出料机7和空气鼓风机8，所述螺旋出料机7和所述灰渣出口133相连，所述螺旋出料机7用于灰渣排料；所述空气鼓风机8和所述空气入口132相连。

本发明还提出一种利用上述旋转床热解炉处理垃圾的方法，其工艺流程图参见图3，该方法包括：

A.干燥和热解：从旋转床热解炉的干燥热解区前端均匀给入待热解物料，在200～600℃干燥以及900～950℃热解，得到干燥热解后物料、热解油气和热解炭；

B.气化：将空气气化剂和水蒸气输送至气化区，和所述干燥热解后物料在温度900～950℃下发生气化反应，得到气化后残渣和气化气；

C.氧化燃烧：向燃烧区通入空气使所述气化后残渣燃烧，得到的灰渣等无机渣土被填埋，该步骤能进一步降低灰渣的热灼减率。其中，该燃烧区的燃烧温度为850-900℃；

其中，所述步骤B产生的气化气作为反应燃料，被输送至所述旋转床热解炉的辐射管燃烧器中燃烧，燃烧得到的烟气作为所述步骤B的所述空气气化剂。

优选地，所述热解物料沿所述旋转床热解炉旋转一周的时间为0.5-1.5h。

进一步地，该方法还包括热解物料在进入热解炉前的预处理过程，所述预处理为：利用破袋系统、分级筛分系统、风选机、吸塑机、滚筒筛和破碎装置将入厂垃圾原料的无机杂质(如石块、玻璃等)分出进行填埋，分出的金属进行外运销售，将分出可燃物(塑料、橡胶、废纸、皮革等)、有机质(厨余、竹木等)和未分选出的无机物破碎至小于20mm即得到所述热解物料。其中，入料的热解物料可以包含渗滤液，该热解物料入料的含水率约为20％-60％。

优选地，该方法还包括：对所述步骤A产生的所述热解油气进行分离净化得到热解油和热解气；将所述热解油回喷至所述干燥热解区不断裂解。

具体地，该方法还包括：对所述步骤A产生的所述热解油气进行除尘、脱硫脱硝等分离净化过程得到热解油和热解气；将所述热解油回喷至所述干燥热解区不断裂解。具体为，首先在湿式除尘塔中完成除尘，采用激冷循环水喷洒热解油气，将其中的粉尘除掉后进入横管初冷器，初冷器用32℃循环水和16℃制冷水的两段冷却水将其冷却至21℃左右。由初冷器下部排出的热解气进入两台并联同时操作的电捕焦油器，完成气体中夹带的焦油工作。再由罗茨鼓风机将热解气送至脱硫脱硝塔，完成脱硫脱硝。得到的净化后的热解气一部分可以作为补充燃料送至所述旋转床热解炉的辐射管燃烧器中，另一部分送至储气罐。

具体地，该方法还包括：所述步骤A中，根据所述旋转床热解炉过渡区的炉顶高度调节所述热解物料的铺料厚度。该铺料厚度优选为50-250mm。

进一步地，该方法还包括：通过风机、空气鼓风机、气化剂鼓风机调节所述旋转床热解炉各区的压力。具体地，所述干燥热解区、炭气化区、燃烧区的压力依次降低。

下面结合具体实施例对本发明处理垃圾的工艺作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1

采用某市生活垃圾为原料，成分组成如表1：

表1 生活垃圾成分组成(wt％)

名称	织物	塑料	纸	木竹	厨余	渣土	玻璃、金属	总计
									湿基	5.71	21.02	12.65	7.68	35.22	15.57	2.15	100

进厂的垃圾经过简单分选去除大块无机物和金属，送入旋转床热解炉进行热解。破碎的垃圾被均匀给入旋转床热解炉，布料厚度100mm，在炉内垃圾随炉底的转动经过干燥、热解、气化、燃烧完成反应，其中干燥区温度350℃，热解区温度950℃，气化区温度930℃，燃烧区温度900℃，反应时间1h；多余气化气与热解油气可以通过油气分离净化后送入储气罐存储。同时，测得灰渣热灼减率为0.5％，浸出毒性远低于国家标准，可以直接填埋。

表2 热解气组成及热值

日处理200吨垃圾计算，每天富裕燃气，约10000Nm³。

实施例2：

采用某市生活垃圾为原料，成分组成如表1：

表3 生活垃圾成分组成(wt％)

进厂的垃圾经过简单分选去除大块无机物和金属，送入旋转床进行热解。

破碎的垃圾被均匀给入旋转床热解炉，布料厚度150mm，在炉内垃圾随炉底的转动经过干燥、热解、气化、燃烧完成反应，其中干燥区温度500℃，热解区温度920℃，气化区温度950℃，燃烧区温度860℃，反应时间1.5h；多余气化气与热解油气通过油气分离净化后送入储气罐存储，富裕的燃气可通过内燃机发电。同时，测得灰渣热灼减率为0.3％，浸出毒性远低于国家标准，可以直接填埋。

表4 热解气组成及热值

日处理200吨垃圾计算，每天富裕燃气发电量为56000kwh。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种旋转床热解炉，其特征在于，该旋转床热解炉为炉顶、内炉壁、外炉壁、旋转的炉底围成的环形空间结构，该环形空间结构按炉料运动方向分为干燥热解区、气化区和燃烧区，且各区之间具有顶部压低的过渡区；其中，

所述炉底为穿孔板结构；

所述内炉壁以及所述外炉壁具有多个辐射管燃烧器，多个所述辐射管燃烧器均具有燃料口和烟气口；

所述干燥热解区的顶部设有热解物料入口和热解油气出口，底部设有热解炭出口；

所述气化区的顶部设有气化气出口，底部设有空气气化剂入口和水蒸气入口；所述气化气出口和所述燃料口相连；

所述燃烧区的顶部设有烟气出口、底部设有空气入口和灰渣出口；所述辐射管燃烧器的烟气口和所述烟气出口连通，所述烟气出口和所述空气气化剂入口相连。

2.根据权利要求1所述的旋转床热解炉，其特征在于，所述过渡区长度大于1m。

3.一种包括权利要求1所述旋转床热解炉的系统，其特征在于，该系统还包括油气净化装置、风机和储气罐；其中，

所述油气净化装置包括热解油气入口、热解油出口和热解气出口，所述热解油气入口和所述热解油气出口相连；

所述热解气出口分为两路，一路通过所述风机和所述燃料口相连，另一路连接储气罐。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，该系统还包括预处理单元，预处理单元包括垃圾入口、无机杂质出口、金属出口和预处理后物料出口；所述预处理后物料出口和所述热解物料入口相连。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，该系统还包括气化剂鼓风机，所述烟气出口通过所述气化剂鼓风机连接所述气化剂入口。

6.一种利用权利要求1所述旋转床热解炉处理垃圾的方法，其特征在于，该方法包括：

A.干燥和热解：将热解物料给入旋转床热解炉的干燥热解区，在200～600℃干燥以及900～950℃热解，得到干燥热解后物料、热解油气和热解炭；

B.气化：将空气气化剂和水蒸气输送至气化区，和所述干燥热解后物料在温度900～950℃下发生气化反应，得到气化后残渣和气化气；

C.氧化燃烧：通入空气使所述气化后残渣燃烧，得到灰渣，该燃烧温度为850-900℃；

其中，所述步骤B产生的气化气作为反应燃料，被输送至所述旋转床热解炉的辐射管燃烧器中燃烧，燃烧得到的烟气作为所述步骤B的所述空气气化剂。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括热解物料在进入热解炉前的预处理过程，所述预处理为：利用破袋系统、分级筛分系统、风选机、吸塑机、滚筒筛和破碎装置将垃圾原料的大块无机物、金属分出，将分选后垃圾破碎至小于20mm即得到所述热解物料。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其特征在于，该方法还包括：

对所述步骤A产生的所述热解油气进行分离净化得到热解油和热解气；将所述热解油回喷至所述干燥热解区不断裂解；将所述热解气一部分作为补充燃料送至所述旋转床热解炉的辐射管燃烧器中，另一部分送至储气罐。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述步骤A中，根据所述旋转床热解炉过渡区的炉顶高度调节所述热解物料的铺料厚度。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：通过风机、空气鼓风机、气化剂鼓风机调节所述旋转床热解炉各区的压力。