CN108326012A - 多元物料协同气化方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多元物料协同气化方法及其系统，该方法包括：1)预处理：对有机流体废弃物预处理，制成滤饼；2)干化制粉：对滤饼与热载气旋流换热，同时对滤饼进行破碎撞击处理，制成粉体废弃物；3)气固分离：分离出粉体废弃物与尾气；4)气化熔渣：将粉体废弃物与另外的固体废弃物进行协同气化处理，得到合成气和熔渣；5)合成气后处理：将合成气先进行余热回收，再经过净化处理，得到净化气和废水；6)熔渣后处理：将熔渣进行激冷处理，得到玻璃态渣料；7)废水处理。本发明能对有机流体废弃物进行干化处理，将流体状废弃物制成粉体废弃物料，使其能作为气化熔渣的原料，实现固体废弃物与有机流体废弃物多元物料的协同气化处理。

Description

多元物料协同气化方法及其系统

技术领域

本发明涉及废弃物的资源化利用，具体地指一种多元物料协同气化方法及其系统。

背景技术

目前，对于有机流体废弃物(如污泥、餐厨垃圾、畜禽粪便、水体藻类等)的处置方式有填埋、焚烧、排海、农用、热解、气化等。但是，上述传统的处理方法存在一些弊端，如填埋有机流体废弃物需要占用大量土地，且有机流体废弃物中含有的有毒物质渗出将影响水土资源；如焚烧有机流体废弃物，由于有机流体废弃物中含有大量有害物质，而燃烧过程中不可避免的会导致大量有害物质逸出，如氮氧化物、二氧化硫及二噁英类物质，从而对生态环境造成二次污染，严重影响公众身体健康；如排海，若有机流体废弃物处理不当直接排海，会对海洋的鱼类等生物资源造成严重的污染，破坏海洋的生态环境；如农用，把有机流体废弃物制成有机肥料作为产品出售，但有机流体废弃物中含有较多有毒有害物质，其产品会污染农作物，因此难以产业化推广。

相较于焚烧，现有的有机流体废弃物热解技术是在无氧环境条件下对有机流体废弃物进行加热，使有机流体废弃物中的有机物进行热裂解和热化学分解反应，生成热解气、热解液和热解炭，由于在封闭无氧条件下加热，无污染气体排放；大部分重金属颗粒残留在热解炭中，减轻了对环境的污染，热解液和热解气可作为热解本身的能源供应，热解炭可用作污水、废气处理的吸附剂，运行成本明显低于焚烧。然而，热解过程中会产生焦油，会对生产和人体健康产生巨大的危害，且焦油在燃烧时容易产生炭黑，这会使设备受到严重的损坏，例如，常用的一种污泥回转窑热解工艺，其焦油产量较多，容易堵塞管道、腐蚀设备等，经常停车检修，并且后端需要复杂的油水分离及净化装置，导致投资大大增加。

现有的有机流体废弃物裂解气化工艺主要采用外热卧式反应器和流化床类设备进行，然而由于有机流体废弃物含水量非常高，即使是从废水处理厂脱水后的有机流体废弃物含水量也高达80～90％，因此这种含水量较高的有机流体废处理工艺在运行过程中存在诸多弊端，直接采用有机流体废弃物作为原料，在反应器中容易发生板结、粘壁等现象，导致设备难以连续运行，并且有机流体废弃物热转化效率不高；而采用干有机流体废弃物作为原料，前期有机流体废弃物的干燥预处理需要消耗大量的能耗。

综上所述，目前常规的处理方式无法对有机流体废弃物进行资源化利用，不能满足对有机流体废弃物处理的技术要求，因此对有机流体废弃物处理资源化利用新技术的研发具有重要的现实意义，故需要从环境污染、卫生安全和经济效益等多方面综合考虑，如何彻底解决有机流体废弃物造成的污染问题已迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种多元物料协同气化方法及其系统，该方法对有机流体废弃物采用低温负压干化技术进行干化制粉处理，能快速地将流体状废弃物制成粉体废弃物料，使其能作为熔渣式气化炉的一种原料，实现固体废弃物与有机流体废弃物等多元物料的协同气化处理。

为实现上述目的，本发明提供的多元物料协同气化方法，包括如下步骤：

1)预处理：将有机流体废弃物进行预处理，制成初步干燥的滤饼；

2)干化制粉：将步骤1)所得的滤饼与热载气在低温负压条件下进行旋流换热，同时对滤饼进行破碎撞击处理，制成干燥的粉体废弃物；

3)气固分离：将步骤2)所得的粉体废弃物与热载气进行气固分离处理，分离出粉体废弃物和尾气；

4)气化熔渣：将步骤3)所得的粉体废弃物与另外的固体废弃物进行协同气化处理，生成合成气，同时得到熔渣；

5)合成气后处理：将步骤4)生成的合成气先进行余热回收，再经过净化处理，得到净化气和废水；

6)熔渣后处理：将步骤4)所得的熔渣进行激冷处理，得到玻璃态渣料；

7)废水处理：将步骤5)所得的废水进行净化处理，得到的净化水应用到步骤6)中对熔渣进行激冷处理，同时产生的污泥送入步骤1)中循环处理。

进一步地，所述步骤1)中，有机流体废弃物为污泥、餐厨垃圾、畜禽粪便、水体藻类中的一种或多种混合。

进一步地，所述步骤1)中，预处理依次包括调理处理、离心脱水处理、以及压滤脱水处理，预处理后制成的滤饼含水量为40～60％。

进一步地，所述步骤2)中，低温负压条件具体为：温度为40～90℃，压力为-0.01～-0.08MPa；粉体废弃物的粒径为0.5～2mm，含水量为5～15％。

优选地，所述步骤2)中，低温负压条件具体为：温度为50～80℃，压力为-0.04～-0.06MPa。

进一步地，所述步骤3)中，分离出的尾气先经过除尘处理，得到无尘尾气和含尘废水；将无尘尾气与外界热源进行热交换，升温后的无尘尾气作为热载气应用到步骤2)中与滤饼进行旋流换热；将含尘废水送入步骤7)中，与步骤5)所得的废水一起进行净化处理。

进一步地，所述步骤4)中，先将粉体废弃物进行造粒处理制成粒状废弃物，再与另外的固体废弃物进行协同气化处理；所述固体废弃物为城市生活垃圾、农林生物质废弃物、医疗垃圾中的一种或多种。

进一步地，所述粒状废弃物的粒径为8～10mm。

进一步地，所述步骤7)中，激冷处理采用的净化水的温度为20～40℃。

进一步地，所述有机流体废弃物与固体废弃物的质量之比为1～100:1，其中，有机流体废弃物的含水量为95～98％。

优选地，所述有机流体废弃物与固体废弃物的质量之比为5～50:1，其中，有机流体废弃物的含水量为96～98％。

最佳地，所述有机流体废弃物与固体废弃物的质量之比为20～30:1，其中，有机流体废弃物的含水量为98％。

本发明还提供一种为实现上述方法而设计的多元物料协同气化系统，包括干化制粉装置、熔渣式气化装置、除渣装置、余热回收装置、净化装置、以及废水处理装置；

所述干化制粉装置上设置有用于供经过预处理后制成的滤饼进入的进料口、用于供热载气进入的气体进口、以及用于供粉体废弃物与热载气的混合气输出的混合料出口，所述干化制粉装置的混合料出口与气固分离装置的混合料进口连接，所述气固分离装置上还设置有用于供粉体废弃物输出的粉体出口、以及用于供尾气排出的尾气出口；所述气固分离装置的粉体出口与熔渣式气化装置的第一进口连接，所述熔渣式气化装置上还设置有用于供固体废弃物进入的第二进口、用于供熔渣排出的排渣口、以及用于供合成气排出的排气口；

所述熔渣式气化装置的排渣口与除渣装置的进渣口连接，所述除渣装置上设置有用于供渣料排出的出渣口、用于供冷水进入的进水口、以及用于供热水输出的出水口；所述熔渣式气化装置的排气口与余热回收装置的高温进气口连接，所述余热回收装置的低温出气口与净化装置的进气口连接，所述净化装置的净化气出口与外界输送管系相连，所述净化装置的废水出口与废水处理装置的第一废水进口连接，所述废水处理装置的净化水出口与除渣装置的进水口连接。

进一步地，它还包括调理装置、离心脱水装置、以及压滤脱水装置，所述调理装置上设置有用于供有机流体废弃物进入的第一流体进口和用于供废水处理后的污泥液进入的第二流体进口，所述调理装置的第二流体进口与废水处理装置的污泥液出口连接，所述调理装置的出液口与离心脱水装置的进液口连接，所述离心脱水装置的滤渣出口与压滤脱水装置的滤渣进口连接，所述压滤脱水装置的滤饼出口与干化制粉装置的进料口连接。

进一步地，它还包括喷淋装置和换热装置，所述气固分离装置的尾气出口与喷淋装置的尾气进口连接，所述喷淋装置的无尘尾气出口与换热装置的无尘尾气进口连接，所述换热装置的高温气体出口与干化制粉装置的气体进口连接；所述喷淋装置的含尘废水出口与废水处理装置的第二废水进口连接。

进一步地，所述气固分离装置的粉体出口与熔渣式气化装置的第一进口之间的管路上设置有用于输送粉体废弃物的输送装置，所述熔渣式气化装置的第二进口处设置有用于输送固体废弃物的给料装置。

进一步地，所述气固分离装置的粉体出口与熔渣式气化装置的第一进口之间的管路上设置有用于对粉体废弃物进行造粒的造粒装置。

进一步地，所述干化制粉装置包括壳体和设置在壳体内腔下部的旋流板，所述旋流板的上方设置有可高速旋转的破碎刀具，所述进料口位于破碎刀具的上方，所述气体进口位于旋流板的下方。

进一步地，所述旋流板包括与壳体内壁固定的环形斜板、以及设置在环形斜板内圈的实心平板，所述环形斜板上沿其环向设置有若干个用于供热载气喷出的通孔。

进一步地，所述干化制粉装置的底部设置有用于驱动破碎刀具旋转的驱动电机。

进一步地，所述气体进口与干化制粉装置的底部外壁圆周相切布置，所述混合料出口与干化制粉装置的顶部外壁圆周相切布置。

再进一步地，所述净化装置为净化塔；所述喷淋装置为喷淋塔，所述换热装置为换热器。

更进一步地，所述输送装置为压力泵；所述给料装置为螺旋给料机。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明的系统对有机流体废弃物采用低温负压干化技术进行干化处理，能快速地将流体状废弃物制成粉体废弃物料，使其能作为熔渣式气化炉的一种原料，能实现固体废弃物与有机流体废弃物等多元物料的协同气化处理。

其二，本发明的系统对有机流体废弃物和固体废弃物的多元物料采用高温熔渣式气化方式，能保证所有有害灰分完全熔融而无害化处理，且后续气化净化工艺中收集的少量含焦油废水，进行简单分离处理后，焦油又重新返回与有机流体废弃物一起作为低温干化工艺的原料，因而能达到整体工艺含油废水的全部回收利用，极大避免了化工合成领域中极其复杂的含油废水的处理。

其三，本发明的系统能实现在多元物料气化利用过程中所有有害泥分均以高温熔渣形式排出系统，能真正实现多元废弃物料中有害泥分全部环保化、无害化处理。

其四，本发明的系统能利用系统后续工艺或其他系统中生成的余热作为低温负压干化工艺的能源，避免直接燃烧高品位燃料来作为干燥能源的方式，能实现能源高低品位结合。

其五，本发明的系统采用分布式集约化，废水、废泥能一体化集约处理，该系统采用分布式布置，达到废弃物就地取材、就地消化，不产生二次污染物，极大提高系统的环保性，将废物处理与废物能源化完美结合，系统的经济性好。

其六，本发明的系统独创性采用后续工艺系统可利用的余热来调节多元物料中需要干化处理与不需要干化处理的物料比例，能最大限度吸收余热作为有机流体废弃物进行低温负压干化所需的大量能源。

其七，本发明的系统实现多元物料综合利用的方式，解决了以单一有机流体废弃物作为原料时，由于没有多余的余热用于干化而无法对有机流体废弃物进行能源化利用的难题。

附图说明

图1为本发明第一种实施方式的多元物料协同气化系统的结构示意图；

图2为本发明第一种实施方式的多元物料协同气化方法的流程示意图；

图3为本发明第二种实施方式的多元物料协同气化系统的结构示意图；

图4为本发明第二种实施方式的多元物料协同气化方法的流程示意图；

图5为图2中干化制粉装置的结构示意图；

图6为图5中沿A-A方向的剖视结构示意图；

图7为图5中沿B-B方向的剖视结构示意图；

图中，干化制粉装置1(进料口1.1、气体进口1.2、混合料出口1.3、壳体1.4、旋流板1.5、环形斜板1.51、实心平板1.52、通孔1.53、破碎刀具1.6、驱动电机1.7)、气固分离装置2(混合料进口2.1、粉体出口2.2、尾气出口2.3)、熔渣式气化装置3(第一进口3.1、第二进口3.2、排渣口3.3、排气口3.4)、除渣装置4(进渣口4.1、出渣口4.2、进水口4.3、出水口4.4)、余热回收装置5(高温进气口5.1、低温出气口5.2)、净化装置6(进气口6.1、净化气出口6.2、废水出口6.3)、废水处理装置7(第一废水进口7.1、净化水出口7.2、污泥液出口7.3、第二废水进口7.4)、调理装置8(第一流体进口8.1、第二流体进口8.2、出液口8.3)、离心脱水装置9(进液口9.1、滤渣出口9.2)、压滤脱水装置10(滤渣进口10.1、滤饼出口10.2)、喷淋装置11(尾气进口11.1、无尘尾气出口11.2、含尘废水出口11.3)、换热装置12(无尘尾气进口12.1、高温气体出口12.2)、输送装置13、给料装置14、造粒装置15。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1所示为第一种实施方式的多元物料协同气化系统，包括干化制粉装置1、气固分离装置2、熔渣式气化装置3、除渣装置4、余热回收装置5、净化装置6、废水处理装置7、调理装置8、离心脱水装置9、压滤脱水装置10、喷淋装置11、以及换热装置12。本实施例中，气固分离装置2优选为旋风分离器；熔渣式气化装置3优选为固定床熔渣气化炉、流化床熔渣气化炉、等离子熔渣气化炉中的一种；除渣装置4优选为除渣池；余热回收装置5优选为余热回收锅炉；净化装置6优选为净化塔；调理装置8优选为调理池；离心脱水装置9优选为离心脱水机；压滤脱水装置10优选为压滤脱水机；喷淋装置11优选为喷淋塔；换热装置12优选为管式换热器或者板式换热器。

干化制粉装置1上设置有用于供经过预处理后制成的滤饼进入的进料口1.1、用于供热载气进入的气体进口1.2、以及用于供粉体废弃物与热载气的混合气输出的混合料出口1.3，气体进口1.2与干化制粉装置1的底部外壁圆周相切布置，混合料出口1.3与干化制粉装置1的顶部外壁圆周相切布置。干化制粉装置1的混合料出口1.3与气固分离装置2的混合料进口2.1连接，气固分离装置2上还设置有用于供粉体废弃物输出的粉体出口2.2、以及用于供尾气排出的尾气出口2.3；气固分离装置2的粉体出口2.2与熔渣式气化装置3的第一进口3.1连接，熔渣式气化装置3上还设置有用于供固体废弃物进入的第二进口3.2、用于供熔渣排出的排渣口3.3、以及用于供合成气排出的排气口3.4；熔渣式气化装置3的排渣口3.3与除渣装置4的进渣口4.1连接，除渣装置4上设置有用于供渣料排出的出渣口4.2、用于供冷水进入的进水口4.3、以及用于供热水输出的出水口4.4。熔渣式气化装置3的排气口3.4与余热回收装置5的高温进气口5.1连接，余热回收装置5的低温出气口5.2与净化装置6的进气口6.1连接，净化装置6的净化气出口6.2与外界输送管系相连，净化装置6的废水出口6.3与废水处理装置7的第一废水进口7.1连接，废水处理装置7的净化水出口7.2与除渣装置4的进水口4.3连接。

调理装置8上设置有用于供有机流体废弃物进入的第一流体进口8.1和用于供废水处理后的污泥液进入的第二流体进口8.2，调理装置8的第二流体进口8.2与废水处理装置7的污泥液出口7.3连接，调理装置8的出液口8.3与离心脱水装置9的进液口9.1连接，离心脱水装置9的滤渣出口9.2与压滤脱水装置10的滤渣进口10.1连接，压滤脱水装置10的滤饼出口10.2与干化制粉装置1的进料口1.1连接。气固分离装置2的尾气出口2.3与喷淋装置11的尾气进口11.1连接，喷淋装置11的无尘尾气出口11.2与换热装置12的无尘尾气进口12.1连接，换热装置12的高温气体出口12.2与干化制粉装置1的气体进口1.2连接；喷淋装置11的含尘废水出口11.3与废水处理装置7的第二废水进口7.4连接。气固分离装置2的粉体出口2.2与熔渣式气化装置3的第一进口3.1之间的管路上设置有用于输送粉体废弃物的输送装置13，输送装置13优选为压力泵。熔渣式气化装置3的第二进口3.2处设置有用于输送固体废弃物的给料装置14，给料装置14优选为螺旋给料机。

如图5～7所示，干化制粉装置1包括壳体1.4和设置在壳体1.4内腔下部的旋流板1.5，旋流板1.5的上方设置有可高速旋转的破碎刀具1.6，进料口1.1位于破碎刀具1.6的上方，气体进口1.2位于旋流板1.5的下方。旋流板1.5包括与壳体1.4内壁固定的环形斜板1.51、以及设置在环形斜板1.51内圈的实心平板1.52，环形斜板1.51上沿其环向设置有若干个用于供热载气喷出的通孔1.53。干化制粉装置1的底部设置有用于驱动破碎刀具1.6旋转的驱动电机1.7。

如图2所示为本发明第一种实施方式的多元物料协同气化方法，有机流体废弃物以含水量为97～98％的污泥为例，包括如下步骤：

1)预处理：将有机流体废弃物进行预处理，依次经过常规的调理处理、离心脱水处理(离心脱水处理后滤渣含水量为60～90％，优选为75～85％，最佳为70～80％)、压滤脱水处理制成滤饼(滤饼的含水量为30～70％，优选为35～65％，最佳为40～60％)，使得有机流体废弃物得到初步干燥。

2)干化制粉：将步骤1)所得的滤饼与热载气在低温负压的条件下进行换热，采用旋流换热与紊流干燥相结合的干燥方法，以200～400℃温度范围内的外界热源(如太阳能、地热能、电厂余热)作为干燥热源，加热循环无尘尾气，无尘尾气进入干化制粉装置内并形成高速旋流气体，且干化制粉装置内底部轴线上布置有破碎刀具，通过驱动电机旋转带动破碎刀具以逆向切割方式形成旋流对滤饼进行破碎撞击处理，使得团状滤饼在破碎刀具切割下粉体化，在高温旋流气体的加热作用下，能快速将含水量为40～60％的滤饼物料降低至含水量15％以下的粉体废弃物，干化工作区间温度为40～90℃，调节系统的负压在-0.001～-0.08MPa(表压)，优选地，温度为50～80℃，负压为-0.04～-0.06MPa，该负压状态下，能有效破坏生物细胞壁释放胞内水，对含水量20～80％的热敏性高的、含胞内水的、难脱水的物料在20～30秒内快速干燥至含水量为5～15％的粉体废弃物，干燥效率非常高，所得的粉体废弃物的粒径在0.5～2mm。

3)气固分离：将步骤2)所得的粉体废弃物与热载气进行气固分离处理，分离出粉体废弃物和尾气，先进入喷淋装置进行喷淋除尘，洗涤降温凝结废气中的水分，同时喷淋洗涤去除废气中的粉尘，含尘废水随后进入废水处理装置进行废水处理。喷淋除尘后的无尘尾气进入换热装置进行余热加热，利用系统自身及外部系统余热来生成200～400℃高温的热载气，如此利用尾气循环为干化制粉装置提供干化热能。

4)气化熔渣：将步骤3)所得的粉体废弃物与另外的固体废弃物(如城市生活垃圾、农林生物质废弃物、医疗垃圾中的一种或多种)进行协同气化处理，固体废弃物是通过给料装置送入熔渣式气化装置，熔渣式气化装置可以选用固定床熔渣气化炉、流化床熔渣气化炉、等离子熔渣气化炉，在熔渣式气化装置内进行高温气化，而粉体废弃物则是采用输送装置将粉体废弃物加压后从烧嘴喷入熔渣式气化装置的熔渣区，在高温熔渣区进行气化反应，本实施方式是采用将粉体废弃物直接喷入高温熔融区，与熔渣进行强烈的紊流混合，在高温、氧化环境下将粉体废弃物中的有机质进行快速气化转化，而粉体废弃物中有害灰分将迅速在熔渣中一起熔融，生成合成气，同时得到的熔渣从气化炉底部渣口排出。

5)合成气后处理：将步骤4)生成的合成气先进行余热回收，再经过净化处理，得到净化气和废水，制取的洁净的净化气供下游进行发电、制油、燃烧、合成天然气等工艺利用，余热锅炉回收的热量可用于干化制粉工艺余热加热利用，净化处理产生的含焦油的废水进行集中废水处理。

6)熔渣后处理：将步骤4)所得的熔渣进行激冷处理，得到无毒无害的玻璃态渣料，激冷处理是采用废水处理后的20～40℃的净化水直接泵送入渣池内，在渣池内高温熔渣与泵入的净化水直接激冷得到玻璃态熔渣，实现有害废渣的无害化处理，渣池内热量再采用热量回收方式来回收熔渣的高温显热。

7)废水处理：将步骤5)所得的废水与步骤3)所得的含尘废水进行净化处理，得到的净化水应用到步骤6)中对熔渣进行激冷处理，同时产生的污泥送入步骤1)中循环处理。采用废水集中收集处理的方式，废水处理装置能收集并处理有机流体废弃物干化过程中产生的含尘废水，也能对后续工艺系统中产生的废水进行集中处理，实现污水、泥分的循环处理，真正做到灰分、有害泥分只能以熔渣形式排出系统之外，实现真正的绿色环保化、资源化处理。

上述方法中，可以依据有机流体废弃物、固体废弃物的成分、热值来调整两种废弃物料比例，实现利用整体工艺系统的余热来提供有机流体废弃物用于干化制粉过程中需要的热能，当本工艺采用农林生物质废弃物作为固体废弃物时，热值在2500～3500kcal/kg范围内，有机流体废弃物与固体废弃物的质量之比为1～100:1(kg/kg)，其中，有机流体废弃物的含水量为95～98％。优选地，有机流体废弃物与固体废弃物的质量之比为5～50:1(kg/kg)，其中，有机流体废弃物的含水量为96～98％。最佳地，有机流体废弃物与固体废弃物的质量之比为20～30:1(kg/kg)，其中，有机流体废弃物的含水量为98％。有机流体废弃物的含水量变化时，直接按照水分进行折算该比值范围。

实施例2：

如图3所示为第二种实施方式的多元物料协同气化系统，包括干化制粉装置1、气固分离装置2、熔渣式气化装置3、除渣装置4、余热回收装置5、净化装置6、废水处理装置7、调理装置8、离心脱水装置9、压滤脱水装置10、喷淋装置11、以及换热装置12。本实施例中，气固分离装置2优选为旋风分离器；熔渣式气化装置3优选为固定床熔渣气化炉、流化床熔渣气化炉、等离子熔渣气化炉中的一种；除渣装置4优选为除渣池；余热回收装置5优选为余热回收锅炉；净化装置6优选为净化塔；调理装置8优选为调理池；离心脱水装置9优选为离心脱水机；压滤脱水装置10优选为压滤脱水机；喷淋装置11优选为喷淋塔；换热装置12优选为管式换热器或者板式换热器。

干化制粉装置1上设置有用于供经过预处理后制成的滤饼进入的进料口1.1、用于供热载气进入的气体进口1.2、以及用于供粉体废弃物与热载气的混合气输出的混合料出口1.3，气体进口1.2与干化制粉装置1的底部外壁圆周相切布置，混合料出口1.3与干化制粉装置1的顶部外壁圆周相切布置。干化制粉装置1的混合料出口1.3与气固分离装置2的混合料进口2.1连接，气固分离装置2上还设置有用于供粉体废弃物输出的粉体出口2.2、以及用于供尾气排出的尾气出口2.3；气固分离装置2的粉体出口2.2与熔渣式气化装置3的第一进口3.1连接，熔渣式气化装置3上还设置有用于供固体废弃物进入的第二进口3.2、用于供熔渣排出的排渣口3.3、以及用于供合成气排出的排气口3.4；熔渣式气化装置3的排渣口3.3与除渣装置4的进渣口4.1连接，除渣装置4上设置有用于供渣料排出的出渣口4.2、用于供冷水进入的进水口4.3、以及用于供热水输出的出水口4.4。熔渣式气化装置3的排气口3.4与余热回收装置5的高温进气口5.1连接，余热回收装置5的低温出气口5.2与净化装置6的进气口6.1连接，净化装置6的净化气出口6.2与外界输送管系相连，净化装置6的废水出口6.3与废水处理装置7的第一废水进口7.1连接，废水处理装置7的净化水出口7.2与除渣装置4的进水口4.3连接。

调理装置8上设置有用于供有机流体废弃物进入的第一流体进口8.1和用于供废水处理后的污泥液进入的第二流体进口8.2，调理装置8的第二流体进口8.2与废水处理装置7的污泥液出口7.3连接，调理装置8的出液口8.3与离心脱水装置9的进液口9.1连接，离心脱水装置9的滤渣出口9.2与压滤脱水装置10的滤渣进口10.1连接，压滤脱水装置10的滤饼出口10.2与干化制粉装置1的进料口1.1连接。气固分离装置2的尾气出口2.3与喷淋装置11的尾气进口11.1连接，喷淋装置11的无尘尾气出口11.2与换热装置12的无尘尾气进口12.1连接，换热装置12的高温气体出口12.2与干化制粉装置1的气体进口1.2连接；喷淋装置11的含尘废水出口11.3与废水处理装置7的第二废水进口7.4连接。熔渣式气化装置3的第二进口3.2处设置有用于输送固体废弃物的给料装置14，给料装置14优选为螺旋给料机。气固分离装置2的粉体出口2.2与熔渣式气化装置3的第一进口3.1之间的管路上设置有用于对粉体废弃物进行造粒的造粒装置15，造粒装置15优选为造粒机。

如图5～7所示，干化制粉装置1包括壳体1.4和设置在壳体1.4内腔下部的旋流板1.5，旋流板1.5的上方设置有可高速旋转的破碎刀具1.6，进料口1.1位于破碎刀具1.6的上方，气体进口1.2位于旋流板1.5的下方。旋流板1.5包括与壳体1.4内壁固定的环形斜板1.51、以及设置在环形斜板1.51内圈的实心平板1.52，环形斜板1.51上沿其环向设置有若干个用于供热载气喷出的通孔1.53。干化制粉装置1的底部设置有用于驱动破碎刀具1.6旋转的驱动电机1.7。

如图4所示为本发明第二种实施方式的多元物料协同气化方法，有机流体废弃物以含水量为97～98％的污泥为例，包括如下步骤：

1)预处理：将有机流体废弃物进行预处理，依次经过常规的调理处理、离心脱水处理(离心脱水处理后滤渣含水量为70～80％)、压滤脱水处理，制成含水量为40～60％的滤饼，使得有机流体废弃物得到初步干燥。

2)干化制粉：将步骤1)所得的滤饼与热载气在低温负压的条件下进行换热，采用旋流换热与紊流干燥相结合的干燥方法，以200～400℃温度范围内的外界热源(如太阳能、地热能、电厂余热)作为干燥热源，加热循环无尘尾气，无尘尾气进入干化制粉装置内并形成高速旋流气体，且干化制粉装置内底部轴线上布置有破碎刀具，通过驱动电机旋转带动破碎刀具以逆向切割方式形成旋流对滤饼进行破碎撞击处理，使得团状滤饼在破碎刀具切割下粉体化，在高温旋流气体的加热作用下，能快速将含水40～60％的滤饼物料降低至含水量15％以下的粉体废弃物，干化工作区间温度为40～90℃，调节系统的负压在-0.001～-0.08MPa(表压)，优选地，温度为50～80℃，负压为-0.04～-0.06MPa，该负压状态下，能有效破坏生物细胞壁释放胞内水，对含水量20～80％的热敏性高的、含胞内水的、难脱水的物料在20～30秒内快速干燥至含水量为5～15％的粉体废弃物，干燥效率非常高，所得的粉体废弃物的粒径在0.5～2mm。

3)气固分离：将步骤2)所得的粉体废弃物与热载气进行气固分离处理，分离出粉体废弃物和尾气，先进入喷淋装置进行喷淋除尘，洗涤降温凝结废气中的水分，同时喷淋洗涤去除废气中的粉尘，含尘废水随后进入废水处理装置进行废水处理。喷淋除尘后的无尘尾气进入换热装置进行余热加热，利用系统自身及外部系统余热来生成200～400℃高温的热载气，如此利用尾气循环为干化制粉装置提供干化热能。

4)气化熔渣：先将步骤3)所得的粉体废弃物进行造粒处理制成粒状废弃物(粒状废弃物的粒径为8～10mm)，再与另外的固体废弃物(城市生活垃圾、农林生物质废弃物、医疗垃圾中的一种或多种)进行协同气化处理，固体废弃物是通过给料装置送入熔渣式气化装置，熔渣式气化装置可以选用固定床熔渣气化炉、流化床熔渣气化炉、等离子熔渣气化炉，在熔渣式气化装置内进行高温气化，而粒状废弃物则是采用输送装置从烧嘴喷入熔渣式气化装置的熔渣区，在高温熔渣区进行气化反应，本实施方式是采用将粒状废弃物直接喷入高温熔融区，与熔渣进行强烈的紊流混合，在高温、氧化环境下将粒状废弃物中的有机质进行快速气化转化，而粒状废弃物中有害灰分将迅速在熔渣中一起熔融，生成合成气，同时得到的熔渣从气化炉底部渣口排出。

5)合成气后处理：将步骤4)生成的合成气先进行余热回收，再经过净化处理，得到净化气和废水，制取的洁净的净化气供下游进行发电、制油、燃烧、合成天然气等工艺利用，余热锅炉回收的热量可用于干化制粉工艺余热加热利用，净化处理产生的含焦油的废水进行集中废水处理。

6)熔渣后处理：将步骤4)所得的熔渣进行激冷处理，得到玻璃态渣料，激冷处理是采用废水处理后的20～40℃的净化水直接泵送入渣池内，在渣池内高温熔渣与泵入的净化水直接激冷得到玻璃态熔渣，实现有害废渣的无害化处理，渣池内热量再采用热量回收方式来回收熔渣的高温显热。

7)废水处理：将步骤5)所得的废水与步骤3)所得的含尘废水进行净化处理，得到的净化水应用到步骤6)中对熔渣进行激冷处理，同时产生的污泥送入步骤1)中循环处理。采用废水集中收集处理的方式，废水处理装置能收集并处理有机流体废弃物干化过程中产生的含尘废水，也能对后续工艺系统中产生的废水进行集中处理，实现污水、泥分的循环处理，真正做到灰分、有害泥分只能以熔渣形式排出系统之外，实现真正的绿色环保化、资源化处理。

上述方法中，可以依据有机流体废弃物、固体废弃物的成分、热值来调整两种废弃物料比例，实现利用整体工艺系统的余热来提供有机流体废弃物用于干化制粉过程中需要的热能，当本工艺采用农林生物质废弃物作为固体废弃物时，热值在2500～3500kcal/kg范围内，有机流体废弃物与固体废弃物的质量之比为1～100:1(kg/kg)，其中，有机流体废弃物的含水量为95～98％。优选地，有机流体废弃物与固体废弃物的质量之比为5～50:1(kg/kg)，其中，有机流体废弃物的含水量为96～98％。最佳地，有机流体废弃物与固体废弃物的质量之比为20～30:1(kg/kg)，其中，有机流体废弃物的含水量为98％。有机流体废弃物的含水量变化时，直接按照水分进行折算该比值范围。

以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种多元物料协同气化方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)预处理：将有机流体废弃物进行预处理，制成初步干燥的滤饼；

2)干化制粉：将步骤1)所得的滤饼与热载气在低温负压条件下进行旋流换热，同时对滤饼进行破碎撞击处理，制成干燥的粉体废弃物；

3)气固分离：将步骤2)所得的粉体废弃物与热载气进行气固分离处理，分离出粉体废弃物和尾气；

4)气化熔渣：将步骤3)所得的粉体废弃物与另外的固体废弃物进行协同气化处理，生成合成气，同时得到熔渣；

5)合成气后处理：将步骤4)生成的合成气先进行余热回收，再经过净化处理，得到净化气和废水；

6)熔渣后处理：将步骤4)所得的熔渣进行激冷处理，得到玻璃态渣料；

7)废水处理：将步骤5)所得的废水进行净化处理，得到的净化水应用到步骤6)中对熔渣进行激冷处理，同时产生的污泥送入步骤1)中循环处理。

2.根据权利要求1所述的多元物料协同气化方法，其特征在于：所述步骤1)中，有机流体废弃物为污泥、餐厨垃圾、畜禽粪便、水体藻类中的一种或多种混合。

3.根据权利要求1所述的多元物料协同气化方法，其特征在于：所述步骤1)中，预处理依次包括调理处理、离心脱水处理、以及压滤脱水处理，预处理后制成的滤饼含水量为40～60％。

4.根据权利要求1或2或3所述的多元物料协同气化方法，其特征在于：所述步骤2)中，低温负压条件具体为：温度为40～90℃，压力为-0.01～-0.08MPa；粉体废弃物的粒径为0.5～2mm，含水量为5～15％。

5.根据权利要求1或2或3所述的多元物料协同气化方法，其特征在于：所述步骤3)中，分离出的尾气先经过除尘处理，得到无尘尾气和含尘废水；将无尘尾气与外界热源进行热交换，升温后的无尘尾气作为热载气应用到步骤2)中与滤饼进行旋流换热；将含尘废水送入步骤7)中，与步骤5)所得的废水一起进行净化处理。

6.根据权利要求1或2或3所述的多元物料协同气化方法，其特征在于：所述步骤4)中，先将粉体废弃物进行造粒处理制成粒状废弃物，再与另外的固体废弃物进行协同气化处理；所述固体废弃物为城市生活垃圾、农林生物质废弃物、医疗垃圾中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的多元物料协同气化方法，其特征在于：所述粒状废弃物的粒径为8～10mm。

8.根据权利要求1或2或3所述的多元物料协同气化方法，其特征在于：所述有机流体废弃物与固体废弃物的质量之比为1～100:1，其中，有机流体废弃物的含水量为95～98％。

9.一种为实现权利要求1所述方法而设计的多元物料协同气化系统，其特征在于：包括干化制粉装置(1)、气固分离装置(2)、熔渣式气化装置(3)、除渣装置(4)、余热回收装置(5)、净化装置(6)、以及废水处理装置(7)；

所述干化制粉装置(1)上设置有用于供经过预处理后制成的滤饼进入的进料口(1.1)、用于供热载气进入的气体进口(1.2)、以及用于供粉体废弃物与热载气的混合气输出的混合料出口(1.3)，所述干化制粉装置(1)的混合料出口(1.3)与气固分离装置(2)的混合料进口(2.1)连接，所述气固分离装置(2)上还设置有用于供粉体废弃物输出的粉体出口(2.2)、以及用于供尾气排出的尾气出口(2.3)；所述气固分离装置(2)的粉体出口(2.2)与熔渣式气化装置(3)的第一进口(3.1)连接，所述熔渣式气化装置(3)上还设置有用于供固体废弃物进入的第二进口(3.2)、用于供熔渣排出的排渣口(3.3)、以及用于供合成气排出的排气口(3.4)；所述熔渣式气化装置(3)的排渣口(3.3)与除渣装置(4)的进渣口(4.1)连接，所述除渣装置(4)上设置有用于供渣料排出的出渣口(4.2)、用于供冷水进入的进水口(4.3)、以及用于供热水输出的出水口(4.4)；

所述熔渣式气化装置(3)的排气口(3.4)与余热回收装置(5)的高温进气口(5.1)连接，所述余热回收装置(5)的低温出气口(5.2)与净化装置(6)的进气口(6.1)连接，所述净化装置(6)的净化气出口(6.2)与外界输送管系相连，所述净化装置(6)的废水出口(6.3)与废水处理装置(7)的第一废水进口(7.1)连接，所述废水处理装置(7)的净化水出口(7.2)与除渣装置(4)的进水口(4.3)连接。

10.根据权利要求9所述的多元物料协同气化系统，其特征在于：它还包括调理装置(8)、离心脱水装置(9)、以及压滤脱水装置(10)，所述调理装置(8)上设置有用于供有机流体废弃物进入的第一流体进口(8.1)和用于供废水处理后的污泥液进入的第二流体进口(8.2)，所述调理装置(8)的第二流体进口(8.2)与废水处理装置(7)的污泥液出口(7.3)连接，所述调理装置(8)的出液口(8.3)与离心脱水装置(9)的进液口(9.1)连接，所述离心脱水装置(9)的滤渣出口(9.2)与压滤脱水装置(10)的滤渣进口(10.1)连接，所述压滤脱水装置(10)的滤饼出口(10.2)与干化制粉装置(1)的进料口(1.1)连接。

11.根据权利要求10所述的多元物料协同气化系统，其特征在于：它还包括喷淋装置(11)和换热装置(12)，所述气固分离装置(2)的尾气出口(2.3)与喷淋装置(11)的尾气进口(11.1)连接，所述喷淋装置(11)的无尘尾气出口(11.2)与换热装置(12)的无尘尾气进口(12.1)连接，所述换热装置(12)的高温气体出口(12.2)与干化制粉装置(1)的气体进口(1.2)连接；所述喷淋装置(11)的含尘废水出口(11.3)与废水处理装置(7)的第二废水进口(7.4)连接。

12.根据权利要求9或10或11所述的多元物料协同气化系统，其特征在于：所述气固分离装置(2)的粉体出口(2.2)与熔渣式气化装置(3)的第一进口(3.1)之间的管路上设置有用于输送粉体废弃物的输送装置(13)，所述熔渣式气化装置(3)的第二进口(3.2)处设置有用于输送固体废弃物的给料装置(14)。

13.根据权利要求9或10或11所述的多元物料协同气化系统，其特征在于：所述气固分离装置(2)的粉体出口(2.2)与熔渣式气化装置(3)的第一进口(3.1)之间的管路上设置有用于对粉体废弃物进行造粒的造粒装置(15)。

14.根据权利要求9或10或11所述的多元物料协同气化系统，其特征在于：所述干化制粉装置(1)包括壳体(1.4)和设置在壳体(1.4)内腔下部的旋流板(1.5)，所述旋流板(1.5)的上方设置有可高速旋转的破碎刀具(1.6)，所述进料口(1.1)位于破碎刀具(1.6)的上方，所述气体进口(1.2)位于旋流板(1.5)的下方。

15.根据权利要求14所述的多元物料协同气化系统，其特征在于：所述旋流板(1.5)包括与壳体(1.4)内壁固定的环形斜板(1.51)、以及设置在环形斜板(1.51)内圈的实心平板(1.52)，所述环形斜板(1.51)上沿其环向设置有若干个用于供热载气喷出的通孔(1.53)。

16.根据权利要求14所述的多元物料协同气化系统，其特征在于：所述干化制粉装置(1)的底部设置有用于驱动破碎刀具(1.6)旋转的驱动电机(1.7)。

17.根据权利要求9或10或11所述的多元物料协同气化系统，其特征在于：所述气体进口(1.2)与干化制粉装置(1)的底部外壁圆周相切布置，所述混合料出口(1.3)与干化制粉装置(1)的顶部外壁圆周相切布置。