CN108266734B - 一种高水分垃圾热裂解处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高水分垃圾热裂解处理装置及方法，旨在解决炉体的进料口连续进料和密封不能两全的问题。其技术方案要点是：包括热解炉，热解炉顶部设有预进料装置，预进料装置底部设有使垃圾掉入热解炉进料口的填料洞和向预进料装置内倒入垃圾的补料口；预进料装置靠近热解炉的一端沿垂直地面的方向延伸形成的预存部，预进料装置与预存部连接处开口大小大于或等于预存部开口大小；还包括使预存部堵塞的垃圾进入热解炉内的辅助进料装置。本发明的特征是实现连续进料的同时用垃圾自然密封热解炉，提高了燃气燃烧产生热能的利用率，热解炉通过垃圾自然密封进一步满足了炉体内垃圾热裂解需要无氧或缺氧的条件，有利于维持热解炉内热裂解内循环。

Description

一种高水分垃圾热裂解处理装置及方法
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域，更具体地说，它涉及一种高水分垃圾热裂解处理装置及方法。
背景技术
节能、环保作为当今时代追求的热点和难点已经引起了各行各业重点关注，也成为了各行各业竭力追求的目标，其中在垃圾处理方面的需求尤为突出。
中国自“十一五”(2000--2005)前半段为环保技术引进和市场摸索、后半段环保市场才正式兴起；“十二五”(2006--2010)期间，常规性环保市场(固废、污水等污染源治理)热点在一二线大中城市。受市场驱动，从大量引进、消化吸收到改良“创新”、产业技术几乎都聚焦在大型化集中处理的解决方案上；由于大中城市人口密度大，点源式碎片化产业模式、规划水平欠缺、公共资源管理落后等问题仍未显突出。
进入“十三五”，环保常规市场向三四线城市区县镇乡区域转移，基本现状为：面对巨大的新兴市场，传统的大规模集中处理技术凸显其环排弊端、以及规模效益不匹配的短板，产业技术呈空心化，非适配/非成熟技术产能过剩；同时，政府把环境治理作为责任性的工作思路导致了以往的点源式碎片化的模式被引入“地广人稀”的产业市场。
面对巨大的产业新兴市场，产业技术正在追逐和紧盯环排达标兼且投资小、运营成本低、效益高的小型化技术，努力寻求“小型化、分布式”这种新产业模式的的技术解决方案。
因此，有机物热解气化技术由于其可灵活的小规模处理配置、烟气排放轻易达标、工艺简单、投资与运营成本相对较低等核心特点，将有望成为支撑新产业模式的关键技术，受到环保技术产业趋之若鹜的高度重视，然而，目前业内的绝大多数热解技术仍处于不成熟的初级阶段。
针对上述问题，目前，公开号为CN1858493A的中国专利公开了一种节能生物质气化炉，包括有炉体及设置在其顶部的进料口、设置在其中的炉膛、设置在其底部的出渣口，其还包括设置在炉体上部的螺旋烟箱、设置在炉膛中的电动分料装置、蒸气管、二次燃烧火管以及进风管，蒸气管、进风管上都设有电动阀门，螺旋烟箱内装有环形管，环形管上开有孔，螺旋烟箱底部设有焦油出口，螺旋烟箱上还设有燃气口以及烟气口，燃气口以及烟气口上分别设有电动阀门，电动阀门外接有抽风机，二次燃烧火管上开有膨胀断口，其下端设有过滤孔，蒸气管、二次燃烧火管、进风管上端连通螺旋烟箱，其下端连通炉膛。
上述方案中提出将二次燃烧管设置在炉膛中，垃圾热裂解产生的燃气在二次燃烧管内燃烧产生热能通过热传导传递到炉膛内给垃圾分解提供热能的气化炉，更好的利用了燃气燃烧过程中产生的热能。上述方案中向炉体内堆满垃圾后密封虽然保证了垃圾热裂解过程中的密封状态，但是不能陆续填充垃圾，随着气化炉内垃圾热裂解，炉膛内垃圾不断减少下沉，炉膛内上部为中空状态，造成后面燃气燃烧产生的热能浪费，也无法延续气化炉内热裂解内循环；如果连续进料又容易影响炉体的密封性,不能满足垃圾处理过程中需无氧或缺氧的工况。
发明内容
本发明的目的一是提供一种高水分垃圾热裂解处理装置，对于高水分垃圾无需前期处理即可进入炉体内进行热裂解反应，减少了不易点火的情况。
本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的：
一种高水分垃圾热裂解处理装置，包括垃圾热裂解反应器热解炉，热解炉顶部设置有预存和投放垃圾的预进料装置，预进料装置与热解炉之间开设有使垃圾掉入热解炉的进料口和向预进料装置内倒入垃圾的补料口；所述预进料装置靠近热解炉的一端沿垂直地面的方向延伸形成的预存部，预进料装置与预存部连接处开口大小大于或等于预存部开口大小使倒入的垃圾在预存部堵塞实现了对热解炉的密封；高水分垃圾热裂解处理装置还包括使预存部堵塞的垃圾进入热解炉内的辅助进料装置。
采用上述技术方案，待处理垃圾进入预进料装置，到达预存部，一部分垃圾通过进料口进入热解炉内，另一部分在预存部堵塞的垃圾在辅助进料装置的辅助下也进入热解炉内，将炉体填满后继续添加垃圾使垃圾堵塞在预存部并填满预进料装置，通过垃圾实现对进料口的密封；一段时间后，炉体内垃圾热裂解下沉，再通过辅助进料装置将堵塞在预存部的垃圾压入热解炉内，实现了垃圾的不间断处理，而且燃烧炉内燃气燃烧通过燃烧炉壁热传导给热解炉，对进入热解炉的垃圾进行了预干燥，使高水分垃圾中的大量水分受热变成水蒸气，水蒸气达到热解炉下部与热解炉内垃圾热裂解产生的碳粒进行水煤气反应，提高了垃圾的品质，进一步提高了燃气燃烧热能的利用率，同时有利于延续气化炉内热裂解内循环；控制辅助进料装置推压预存部垃圾的力度，将预存部垃圾压实，使垃圾的密封效果更好，进一步满足了炉体内垃圾热裂解需要绝氧或缺氧的条件。
作为优选，所述预进料装置顶部安装有密闭预进料装置顶部的密封罩，预进料装置内倒入垃圾的补料口也设置有密闭补料口的密闭装置。
采用上述技术方案，密封罩和密闭装置对垃圾放置过程中产生的臭气有一定的阻挡作用，减少臭气的排放，有利于环保。
作为优选，所述辅助进料装置安装于预进料装置顶部，辅助进料装置包括在预进料装置内伸缩的伸缩杆，伸缩杆靠近预存部的一端设置有推预进料装置内的垃圾经过预存部进入热解炉的推板。
采用上述技术方案，伸缩杆伸缩，带动推板运动，将预存部的垃圾压实或推入热解炉更加方便快捷，提高了工作效率。
作为优选，所述辅助进料装置还包括穿设固定在密封罩上的定杆，所述伸缩杆设置于定杆内沿定杆长度方向运动。
采用上述技术方案，定杆穿设固定在密封罩上，伸缩杆设置于定杆内伸缩，因此伸缩杆伸缩不会影响密封罩的密封性，减少臭气的排放，有利于环保；同时避免了伸缩杆伸缩过程中与密封罩产生摩擦，延长了伸缩杆和密封罩的使用寿命。
作为优选，预进料装置和热解炉之间设置有由导热系数低的陶瓷制成的分隔预进料装置和热解炉的垫圈。
采用上述技术方案，导热系数低的陶瓷相对金属不利于热传导，通过导热系数低的陶瓷制成的垫圈将热解炉和预进料装置分隔开来，降低热传导，因此预进料装置内的垃圾所处的环境温度不会过高，尽量避免热解炉内热量传导到预进料装置内给垃圾加热导致预进料装置内垃圾热裂解的情况产生，有利于保护环境，节约能源。
作为优选，所述预进料装置内旋转连接有将进入热解炉内的垃圾打散的布料头。
采用上述技术方案，布料头将进入热解炉内的垃圾打散，有利于热量传导到垃圾上，使进入热解炉内的垃圾受热更加均匀，不容易造成外部垃圾受热裂解而内部垃圾受热不足未发生反应的情况，提高了垃圾处理的效率，尤其是对于高水分垃圾，尽可能的将垃圾内的大量水分蒸发生成水蒸气，有利于提高垃圾的品质。
作为优选，所述布料头上安装有打散垃圾的刀片。
采用上述技术方案，刀片相对比较锋利，不仅有利于垃圾的打散，还可以切断一些大块垃圾，可以省去前期绞碎垃圾的工艺，有利于节省成本和工艺。
作为优选，高水分垃圾热裂解处理装置还包括燃烧炉，燃烧炉底部安装有燃烧器，燃烧器包括套设在燃烧器内带有通气孔的套管，套管半径小于燃烧炉底部半径，且燃烧器外混合燃气和助燃气进入套管内形成窜流充分混合进入燃烧炉燃烧。
采用上述技术方案，套设在燃烧器内的套管半径小于燃烧炉底部半径，垃圾热裂解过程中产生的一些粉尘或焦油进入燃烧炉内也可以沿着燃烧炉炉壁掉落回分解炉进行进一步反应，使反应更加充分；套管及套管上通气孔的设置使混合燃气和助燃气形成窜流混合更加充分，进而使混合燃气燃烧更加充分，最后排出燃烧炉的毒素含量少，有利于环境保护。
本发明的目的二在于提出了一种高水分垃圾热裂解处理方法，工艺简单，成本低，提高了垃圾处理产生热能的利用率。
本发明的上述技术目的二是通过以下技术方案得以实现的：
一种高水分垃圾热裂解处理方法，使用上述方案中的高水分垃圾热裂解处理装置，包括步骤如下：
a.预点火：在热解炉内加入干燥的易燃物质进行预点火给热解炉升温，易燃物质燃烧生成碳粒沉积在热解炉底部的氧化还原区缺氧燃烧；
b.垃圾进料：将垃圾倒入热解炉内，垃圾经过热解炉内上部的干燥区干燥；
c.垃圾热裂解与气化还原反应：
①在热解炉缺氧工况下，燃烧炉内混合燃气燃烧形成800℃以上的高温烟气，产生的热能以热传导方式作用于热解炉内，垃圾经干馏、碳化生成氢烃类混合燃气、水蒸气和碳粒，碳粒掉落至热解炉下方的氧化还原区(44)缺氧燃烧；
②控制助燃气的流量，使混合燃气和水蒸气在无氧状态下穿过氧化还原区、产生气化还原反应，其中水蒸气与碳粒发生水煤气反应生成一氧化碳和氢气；
③热裂解产生的氢烃类混合燃气穿过高温碳粒、与水煤气反应生成的一氧化碳和氢气一起、进入燃烧器，向燃烧器内通入助燃气、使氢烃类混合燃气燃烧，如此往复上述①-③过程，实现热解炉内热循环的热裂解工况；
d.高温烟气处理：高温烟气沿着燃烧炉上升经过干燥区再通过排气管道排出进入喷淋装置，高温烟气经过喷淋装置的喷淋净化降温后排出；
e.排渣处理：垃圾热解产生的废渣过多后堆积到热解炉底部使燃烧裂解区的温度降低，温度检测器检测到排渣温度下降到指定值后打开热解炉底部开口，将废渣排出。
采用上述技术方案，首先打开点火口，将干燥的易燃物质放入热解炉内进行预点火，易燃物质燃烧对热解炉进行预热，同时易燃物质燃烧产生的混合燃气进入燃烧炉并在燃烧炉内燃烧生成二氧化碳和水蒸气沿着燃烧炉炉壁上升，燃烧产生的热能通过燃烧炉炉壁热传导给热解炉对热解炉上部进行预热，易燃物质燃烧产生的碳粒沉积在热解炉底部形成氧化还原区；接着向热解炉内倒入垃圾，对于高水分的垃圾，经过热解炉上部的干燥区时进行的初步干燥，垃圾中的水分大部分立即生成水蒸气，垃圾中的有机物发生热裂解反应，生成氢烃类混合燃气、水蒸气和碳粒，碳粒掉落至热解炉下方的氧化还原区缺氧燃烧，控制助燃气的流量，使混合燃气和水蒸气在无氧状态下穿过氧化还原区、发生气化还原反应，其中水蒸气与沉积在热解炉底部的碳粒发生水煤气反应生成一氧化碳和氢气，生成的一氧化碳和氢气都是很好的燃气，提升了燃气的品质，混合燃气、一氧化碳和氢气在燃烧器内燃烧产生的热能可热传导到热解炉内使垃圾中的水分更多的生成水蒸气，垃圾燃烧生成的碳粒作为新的碳源与水蒸气继续发生水煤气反应，再与垃圾中有机物热裂解产生的混合燃气一同进入燃烧炉，向燃烧炉内通入助燃气、使氢烃类混合燃气燃烧，如此往复循环，实现热解炉内热循环的热裂解工况，更大化的利用了垃圾热处理过程中产生的热能，提高了混合燃气燃烧产生的热能的利用率，无需再给热解炉提供其他热能，节约环保；
由于热解炉上部进行了密封器内部填满了垃圾，再加上垃圾的热裂解和气化还原反应，保证了热解炉内处于缺氧或无氧工况，燃烧过程中需要通过管道向热解炉和燃烧炉内通入助燃气，并且通过调节混合燃气燃烧后产生的高温烟气的排放速度可以调节热解炉内的温度，燃烧炉内混合燃气持续燃烧产生800℃以上高温烟气，有利于减少二噁英的产生，也使垃圾处理的更加彻底；
燃烧后生成的高温烟气沿着燃烧器上升经过干燥区排出进入喷淋装置，高温烟气经过喷淋装置的喷淋净化降温后排出，大大减少了高温烟气中夹杂的粉尘、焦油、氯化氢、硫化物等有毒有害成分，使排放到空气中的尾气更干净，有利于环境保护；及时排渣有利于保持热解器内温度，从而维持垃圾的热裂解。
作为优选，将垃圾堆放或进料过程中产生的渗漏液与垃圾一同倒入热解器内实现渗滤液中有机物的热裂解。
采用上述技术方案，渗滤液中溶解或混合了一些有机物，渗滤液与垃圾一同倒入热解炉内处理进一步提高了垃圾的利用率，尽量避免了渗滤液内有机物的浪费，渗滤液中的水分也可以生成水蒸气发生水煤气反应生成一氧化碳和氢气，增加热解器内燃气的含量，有利于垃圾热裂解。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
通过点火口，将干燥的易燃物质放入热解器内进行预点火，易燃物质燃烧对热解炉进行预热，同时易燃物质燃烧产生的混合燃气进入燃烧炉并在燃烧炉内燃烧生成二氧化碳和水蒸气沿着燃烧炉炉壁上升，燃烧产生的热能通过燃烧炉炉壁热传导给热解炉对热解炉上部进行预热，易燃物质燃烧产生的碳粒沉积在热解炉底部的氧化还原区；接着向热解炉内倒入垃圾，垃圾进入预进料装置，到达预存部，一部分垃圾通过进料口进入热解炉内，另一部分在预存部堵塞的垃圾在辅助进料装置的辅助下也进入热解炉内，将炉体填满后继续添加垃圾使垃圾堵塞在预存部并填满预进料装置，通过垃圾实现对进料口的自然密封，解决了热解炉进料和密封不能两全的问题；
对于高水分的垃圾，经过热解炉上部的干燥区时进行的初步干燥，垃圾中的水分大部分立即生成水蒸气，垃圾中的有机物发生热裂解反应，生成氢烃类混合燃气、水蒸气和碳粒，碳粒掉落至热解炉下方的氧化还原区缺氧燃烧，控制助燃气的流量，使混合燃气和水蒸气在无氧状态下穿过氧化还原区、发生气化还原反应，其中水蒸气与沉积在热解炉底部的碳粒发生水煤气反应生成一氧化碳和氢气，生成的一氧化碳和氢气都是很好的燃气，提升了燃气的品质，混合燃气、一氧化碳和氢气在燃烧炉内燃烧产生的热能可热传导到热解炉内使垃圾中的水分更多的生成水蒸气，向热解炉和燃烧炉内通入助燃气并通过调节燃气燃烧产生的高温烟气的排放速度调节热解炉内氧化还原区的温度为800℃以上，垃圾燃烧生成的碳粒作为新的碳源在氧化还原区燃烧与水蒸气继续发生水煤气反应，再与垃圾中有机物热裂解产生的混合燃气一同进入燃烧炉，向燃烧炉内通入助燃气、使氢烃类混合燃气燃烧，如此往复循环，实现热解炉内热循环的热裂解工况，更大化的利用了垃圾热处理过程中产生的热能，提高了混合燃气燃烧产生的热能的利用率，无需再给热解炉提供其他热能，节约环保；
燃烧后生成的高温烟气沿着燃烧器上升经过干燥区排出进入喷淋装置，高温烟气经过喷淋装置的喷淋净化降温后排出，大大减少了高温烟气中夹杂的粉尘、焦油、氯化氢、硫化物等有毒害成分，也减少了二噁英的二次生成，使排放到空气中的尾气更干净，有利于环境保护；及时排渣有利于保持热解器内温度，从而维持垃圾的热裂解；
渗滤液的处理无须额外工艺并实现了有机物的更大化利用，降低垃圾处理的整体工艺成本，节约能源，保护环境。
附图说明
图1为高水分垃圾热裂解处理方法的工艺流程图；
图2为分解炉和燃烧炉的整体结构示意图；
图3为燃烧炉与排渣装置的结构示意图；
图4为垃圾处理方法流程图。
图中：1、垃圾车；2、密封式垃圾仓；21、传送设备；3、预进料装置；31、补料口；32、预存部；33、辅助进料装置；331、定杆；332、伸缩杆；333、推板；34、密闭装置；35、密封罩；36、布料头；361、刀片；362、密封圈；37、垫圈；38、进料仓；4、热解炉；41、斜板；411、透气孔；42、进料口；43、干燥区；44、氧化还原区；45、点火口；46、第一助燃管；47、第二助燃管；48、第三助燃管；5、燃烧炉；51、燃烧器；511、套管；512、通气孔；6、排渣装置；61、搅拌桨；62、排渣池；63、旋转主轴；7、喷淋装置；8、引风机；9、换热器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
一种高水分垃圾热裂解处理装置，如图1所示，包括运输垃圾的垃圾车1，储存垃圾的密封式垃圾仓2和输送垃圾的传送设备21；
如图1和图2所示，高水分垃圾热裂解处理装置还包括安装在传送设备21末端处理垃圾的热解炉4，热解炉4顶部安装有由导热系数低的陶瓷制成的垫圈37，垫圈37上安装有投放和预存垃圾的双椎形预进料装置3，预进料装置3与热解炉4之间开设有进料口42，预进料装置3上部设置为圆锥状，预进料装置3上部侧壁与传送设备21连接且连接处开设有补充垃圾的补料口31，预进料装置3下部也设置为圆锥状形成进料仓38，底部安装在垫圈37上；预进料装置3中部设置为沿垂直地面的方向延伸形成的预存部32，预进料装置3上部与预存部32连接处开口大于预存部32开口，且预存部32的下部开口小于进料仓38顶部开口，有利于垃圾在预存部32堵塞形成对热解炉4的密封；
预进料装置3顶部安装有密闭预进料装置顶部的密封罩35，补料口31一体成型有罩在传送设备21上用以密闭补料口和传送设备的密闭装置34；密封罩35上穿设有使预存部32堵塞的垃圾进入热解炉4内的辅助进料装置33和将进入热解炉4内的垃圾打散的布料头36；
辅助进料装置33包括穿设固定在密封罩35上的定杆331和安装于定杆331内沿定杆331长度方向运动伸缩杆332，伸缩杆332靠近预存部32的一端安装有推预进料装置3内的垃圾经过预存部32进入热解炉4的圆形推板333；
布料头36旋转穿设在密封罩35和推板333中心位置，底部安装有打散垃圾的刀片361，布料头36与密封罩35旋转连接的位置安装有保持预进料装置3气密性的密封圈362。
垃圾从预进料装置3进入进料口42，随着热解炉4内的垃圾热解下沉，自然进入热解炉4内，热解炉4内根据温度和反应的不同可以分为干燥区43和氧化还原区44，干燥区43主要是对垃圾的干燥，并对进入热解炉4的垃圾迅速升温，将垃圾内大部分的水分加热成水蒸气，垃圾内含有的有机物燃烧热裂解后产生的碳粒聚集至氧化还原区44进行燃烧；
结合图2和图3，热解炉4内安装有燃烧炉5，燃烧炉5底部采用中空点焊式安装有供燃气燃烧的燃烧器51，燃烧器51顶部半径小于燃烧炉5底部半径，且燃烧器51包括套设在燃烧炉5内带有通气孔512的套管511，混合燃气和助燃气进入套管511内形成窜流充分混合进入燃烧炉5燃烧；
参见图3，热解炉4下部侧壁上安装有向热解炉4底部放入干燥的易燃物质完成预点火的点火口45，易燃物质可以是木材、木屑、秸秆、汽油等；从密封式垃圾仓2内连通有通向热解炉4与燃烧炉5的管道用于给垃圾燃烧热裂解时通助燃气，助燃气为密封式垃圾仓2内的恶臭空气，减少了密封式垃圾仓2内恶臭空气逸出污染外界空气，在其他实施例中，也可以通外界空气或者压缩空气；
燃烧器51内套设有带有通气孔512的套管511，混合燃气和助燃气进入燃烧炉5与燃烧器51连接处形成窜流充分混合进入燃烧炉5进行燃烧。
如图1、图2和图3所示，热解炉4底部安装有排渣装置6以实现垃圾热裂解后产生的废渣通过排渣装置6排出热解炉4，排渣装置6包括旋转主轴63和螺旋式搅拌桨61，旋转主轴63旋转带动搅拌桨61正转搅动废渣尽量避免废渣的结块，旋转主轴63旋转带动搅拌桨61反转将废渣推出炉底实现排渣到排渣池62，热解炉4底部的废渣形成了对热解炉4底部的自然密封，无需设置密封挡板，当排渣池62内垃圾过多时可及时清理并将废渣做进一步处理。
燃烧炉5顶部通过排气管道连接有冷却混合燃气燃烧产生的高温烟气的换热器9和喷淋装置7，高温烟气主要为二氧化碳和水蒸气以及部分粉尘，换热器9进一步利用了混合燃气燃烧产生的热能，同时降低了高温烟气的温度，便于后期高温烟气在喷淋装置7内的冷却和净化。
如图2所示，向热解炉4内通助燃气的管道设置有三类，安装于热解炉4最底部的第一助燃管46通过排渣装置6上的旋转主轴63通向热解炉4底部中央；安装于第一助燃管46上方的第二助燃管47通向热解炉4的氧化还原区44中心即燃烧器51附近，燃烧器51和热解炉4内壁之间焊接有带透气孔411的斜板41，第二助燃管47通到热解炉4内壁与斜板41之间以尽量避免第二助燃管47被垃圾堵塞；第三助燃管48通向燃烧炉5的套管511实现燃气在燃烧炉5内充分燃烧。
在其他实施例中，燃烧炉5的个数还可以根据需要设置一个或两个以上。
一种高水分垃圾热裂解处理方法，如图1和图4所示，垃圾经垃圾车1收集运输，由地磅称量后经卸料门卸入密封式垃圾仓2内，密封式垃圾仓2内垃圾进入传送设备21后，被分成大量入炉垃圾和少量的金属、铁线圈等不入炉垃圾；前者留在传送设备21上，后者人工清理带走；留在传送设备21上的垃圾被均匀的、不断的送入预进料装置3，垃圾从预进料装置3进入进料口42，最后落入热解炉4，将热解炉4填满后继续添加垃圾使垃圾填满预进料装置3，辅助进料装置33的推板333将预存部32的垃圾压实实现对进料口42的自然密封，从而实现热解炉4的气密性。
随着热解炉4内垃圾的热裂解下沉，间断性的通过推板333将预进料装置3内的垃圾推入热解炉4内实现垃圾的不间断处理，而且燃烧炉5内燃气燃烧通过燃烧炉5炉壁热传导到热解炉4内实现了垃圾的预干燥，提高了垃圾的品质；预进料装置3的垃圾通过传送设备21不断填充进一步保证了热解炉4预存部32的密封，进一步提高了热气排出热解炉4热能的利用率以及保证热解炉4的气密性实现无氧或缺氧的工况。
落入热解炉4内的垃圾，先在干燥区43干燥，垃圾中的大部分水分立即升温生成水蒸气，垃圾中的有机物在热解炉4内发生热裂解反应，产生氢烃类混合燃气和碳粒以及少量焦油；在引风机8的作用下，热解炉4内产生负压，部分氢烃类混合燃气和水蒸气被输入热解炉4炉底的氧化还原区44发生水煤气气化反应生成一氧化碳和氢气，既提高了燃气品质即提高燃烧温度，又通过碳粒向氧化还原区44的集聚补充了燃料，以维持气化反应所需的热平衡，其中燃烧器51附近氧化还原区44的燃烧温度控制为850℃-1300℃，实现从工艺源头减少二噁英的产生，实现烟气达标排放的同时，让燃气和水蒸气在穿越碳粒时，含有的大量毒素被氧化消灭和使有害化合物被碳粒还原隔滤滞留在碳粒形成的碳堆内或随碳粒燃烬与炉渣一同被排出，炉渣过滤出结团金属物与玻璃后，以胶封工艺延长有害物辐射衰减周期的方式制造环保砖，根据垃圾的具体情况，可以将燃烧温度程序设定为850℃，1000℃，1050℃，1100℃，1200℃，1300℃等。
垃圾内有机物热裂解产生的混合燃气以及水煤气气化反应生成一氧化碳和氢气经过燃烧器51进入套管511，密封式垃圾仓2内的恶臭空气受热解炉内负压的作用，通过第三助燃管48进入套管511，并通过套管511上开设的通气孔512与混合燃气形成窜流充分混合并使其充分燃烧产生二氧化碳和水蒸气，二氧化碳和水蒸气以及混合的粉尘形成800℃以上的高温烟气，经燃烧炉5上部，通过热传导对四周垃圾进行加温干馏后，再进入炉外的换热器9，使烟气温度大大降低；降温后的烟气经喷淋装置7喷淋，尽可能的脱去有害气体和烟尘后，由引风机8吸入烟囱，排入大气。
上述工艺流程所需助燃气，全部抽于垃圾密封仓内的恶臭空气，分别从第一助燃管46、第二助燃管47、第三助燃管48进入炉内，炉内温度和热平衡，由控制室自动控制空气量和垃圾量来实现。
干馏和气化后的碳粒部分作为还原剂参与氧化还原反应，部分在热解炉4内电动排渣装置6正转的作用下充分松散，与空气混和彻底燃烬成为废渣，反转则排出进行后续处理；剩余部分落入热解炉4底部，与热解炉4内产生的二氧化碳、混合燃气与水蒸气充分混合，并在引风机8在燃烧炉5内产生负压的作用下向燃烧炉5内汇集。
混合燃气和水蒸气穿过燃烧着的碳粒，产生剧烈的气化还原反应、高热值混合燃气(主要成分为H2、CO、焦油类氢烃CXOYHZ↑)大量复合再生；同时气体在穿过燃烧着的碳粒的过程中，大量有毒成分被滞留在碳层，随残碳燃烬排渣析出。
混合燃气进入燃烧炉5燃烧为间歇性，非燃烧时可回收混合燃气，经净化后用于工业燃料，或烧掉供热给余热锅炉。
以上方案通过将燃烧炉5安装在热解炉4内，把垃圾中的有机物置于高温缺氧的工况环境里完成干馏、裂解、气化，以物理、化学反应形式在热解炉4内生成混合燃气，生成的混合燃气在热解炉4内安装的燃烧炉5内二次燃烧，同时通过燃烧炉5炉壁热传导对垃圾进行预热、干燥、干馏、裂解，形成混合燃气和碳粒，实现周而复始的热循环过程；混合燃气燃烧后的高温烟气经余热利用和喷淋装置7排放；垃圾有机物裂解后的碳粒被燃烬，形成废渣从热解炉4底部由排渣装置6送出。
热解炉4运行中，炉内产生了干馏煤气、水煤气、空气煤气、裂解气(包括焦油被裂解)等可燃气的混合燃气。其化学反应过程大概如下：
开始点火，打开风门向炉内通入少量空气，使垃圾中的C、H、S、P有机成份部分燃烧，化学反应如下：
碳2C+空气O2→一氧化碳CO↑+热量Q
碳C+空气O2→二氧化碳CO2↑+热量Q
氢H2+空气O2→水蒸气H2O↑+热量Q
硫S+空气O2→二氧化硫SO2↑+热量Q
磷P+空气O2→五氧化二磷P2O5↑+热量Q
上述反应放出的热量使热解炉4内温度急剧升高，热解炉4内垃圾被干燥，进而发生热裂解(干馏)。化学反应如下：
垃圾干燥≤150℃→水蒸气H2O-热量Q
垃圾热裂解150℃-550℃(自身热量)→可燃气体(H2、CH4、CnHm、CO、H2S、NH3、SO2等)+燃料油、有机酸C6H8O+炭黑(残炭C)-热量Q。
产生混合燃气在燃烧器51附近燃烧，更使热解炉4内温度急剧升高，这时水蒸气、燃料油便发生裂解，化学反应如下：
水蒸气H2O＞800℃(裂解)→氢气H2↑+氧气O2↑-热量Q
焦油C6H8O＞800℃(裂解)→可燃气体CnHm↑+残炭C-热量Q
碳粒C与空气O2、水蒸气H2O等进一步发生还原化学反应，产生更多的可燃气体，化学反应如下：
残碳2C+空气O2→一氧化碳2CO↑+热量Q
残碳C+二氧化碳CO2→一氧化碳2CO↑-热量Q
残碳C+水蒸气2H2O→氢气2H2↑+CO↑-热量Q
残碳C+氧气2H2→甲烷CH4↑-热量Q
通过以上方法处理垃圾后进行了烟气排放研究，表1为使用本发明中公开的方法和装置处理垃圾后烟气排放组分及含量测试；表2为使用本发明中公开的方法和装置处理垃圾后烟气排放组分及含量与法定标准及其他国家的排放指标的比较；
从表1中实验数据表明在急冷喷淋前各组分排放含量除粉尘量未在焚烧炉控制标准以内，其他组分含量均低于焚烧炉控制标准，急冷喷淋后粉尘量下降，远远低于焚烧炉控制标准。
表1烟气排放测试
表2排放控制比较
表2中可以看出利用本发明方法及装置处理后的垃圾尾气各项排放指标均远远低于我国法定标准，另外除二噁英和氮氧化物排放量未达到日本法定标准外，其他物质的排放量均低于日本法定标准，但是日本、欧盟的垃圾处理均进行了严格的分类，操作流程复杂不适合中国国情的垃圾特性；而通过本发明方法无需对垃圾进行分类。
多次试验中，气化炉置于露天在暴雨中运行，完全不惧高水分垃圾。
综上所述，使用本发明的方法和装置处理垃圾，无需进行垃圾分类和预处理，极大的简化了工艺流程，降低了工艺成本；而且，本发明方法操作简单，工艺流程少，成本低，且能够高效达标的处理高水分垃圾，具有很高的商业价值。

Claims (10)

1.一种高水分垃圾热裂解处理装置，其特征在于：包括垃圾热裂解反应器热解炉(4)，热解炉(4)顶部设置有预存和投放垃圾的预进料装置(3)，预进料装置(3)与热解炉(4)之间开设有使垃圾掉入热解炉(4)的进料口(42)和向预进料装置(3)内倒入垃圾的补料口(31)；所述预进料装置(3)靠近热解炉(4)的一端沿垂直地面的方向延伸形成的预存部(32)，预进料装置(3)与预存部(32)连接处开口大小大于或等于预存部(32)开口大小使倒入的垃圾在预存部(32)堵塞实现了对热解炉(4)的密封；高水分垃圾热裂解处理装置还包括使预存部(32)堵塞的垃圾进入热解炉(4)内的辅助进料装置(33)。
2.根据权利要求1所述的一种高水分垃圾热裂解处理装置，其特征在于：所述预进料装置(3)顶部安装有密闭预进料装置(3)顶部的密封罩(35)，预进料装置(3)内倒入垃圾的补料口(31)也设置有密闭补料口(31)的密闭装置(34)。
3.根据权利要求1所述的一种高水分垃圾热裂解处理装置，其特征在于：所述辅助进料装置(33)安装于预进料装置(3)顶部，辅助进料装置(33)包括在预进料装置(3)内伸缩的伸缩杆(332)，伸缩杆(332)靠近预存部(32)的一端设置有推预进料装置(3)内的垃圾经过预存部(32)进入热解炉(4)的推板(333)。
4.根据权利要求3所述的一种高水分垃圾热裂解处理装置，其特征在于：所述辅助进料装置(33)还包括穿设固定在密封罩(35)上的定杆(331)，所述伸缩杆(332)设置于定杆(331)内沿定杆(331)长度方向运动。
5.根据权利要求1所述的一种高水分垃圾热裂解处理装置，其特征在于：预进料装置(3)和热解炉(4)之间设置有由导热系数低的陶瓷制成的分隔预进料装置(3)和热解炉(4)的垫圈(37)。
6.根据权利要求1所述的一种高水分垃圾热裂解处理装置，其特征在于：所述预进料装置(3)内旋转连接有将进入热解炉(4)内的垃圾打散的布料头(36)。
7.根据权利要求6所述的一种高水分垃圾热裂解处理装置，其特征在于：所述布料头(36)上安装有打散垃圾的刀片(361)。
8.根据权利要求1所述的一种高水分垃圾热裂解处理装置，其特征在于：高水分垃圾热裂解处理装置还包括燃烧炉(5)，燃烧炉(5)底部安装有燃烧器(51)，燃烧器(51)包括套设在燃烧器(51)内带有通气孔(512)的套管(511)，套管(511)半径小于燃烧炉(5)底部半径，混合燃气和助燃气进入套管(511)内形成窜流充分混合进入燃烧炉(5)燃烧。
9.一种高水分垃圾热裂解处理方法，其特征在于，使用如权利要求1-8任意一项所述高水分垃圾热裂解处理装置，包括步骤如下：
a.预点火：在热解炉(4)内加入干燥的易燃物质进行预点火给热解炉(4)升温，易燃物质燃烧生成碳粒沉积在热解炉(4)底部的氧化还原区(44)缺氧燃烧；
b.垃圾进料：将垃圾倒入热解炉(4)内，垃圾经过热解炉(4)内上部的干燥区(43)干燥；
c.垃圾热裂解与气化还原反应：
①在热解炉(4)缺氧工况下，燃烧炉(5)内混合燃气燃烧形成800℃以上的高温烟气，产生的热能以热传导方式作用于热解炉(4)内，垃圾经干馏、碳化生成氢烃类混合燃气、水蒸气和碳粒，碳粒掉落至热解炉(4)下方的氧化还原区(44)缺氧燃烧；
②控制助燃气的流量，使混合燃气和水蒸气在无氧状态下穿过氧化还原区(44)产生气化还原反应，其中水蒸气与碳粒发生水煤气反应生成一氧化碳和氢气；
③热裂解产生的氢烃类混合燃气穿过高温碳粒、与水煤气反应生成的一氧化碳和氢气一起进入燃烧器(51)，向燃烧器(51)内通入助燃气、使氢烃类混合燃气燃烧，如此往复上述①-③过程，实现热解炉(4)内热循环的热裂解工况；
d.高温烟气处理：高温烟气沿着燃烧炉(5)上升经过干燥区(43)再通过排气管道排出进入喷淋装置(7)，高温烟气经过喷淋装置(7)的喷淋净化降温后排出；
e.排渣处理：垃圾热解产生的废渣过多后堆积到热解炉(4)底部使氧化还原区(44)的温度降低，温度检测器检测到排渣温度下降到指定值后打开热解炉(4)底部开口，将废渣排出。
10.根据权利要求9所述的一种高水分垃圾热裂解处理方法，其特征在于：将垃圾堆放或进料过程中产生的渗滤液与垃圾一同倒入热解炉(4)内实现渗滤液中有机物的热裂解。
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