CN109097082A - 一种固体废弃物热解处理装置 - Google Patents

一种固体废弃物热解处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固体废弃物热解处理装置，包括用于收集固体废弃物的垃圾回收站、用于对固体废弃物进行热解处理的多级热解机构和烟气处理装置，所述多级热解机构一端通过通道一与垃圾回收站连接，另一端通过通道二与烟气处理装置连接，所述垃圾回收站的上端设置有固体废弃物投放口，所述固体废弃物投放口的上端铰接有封闭盖，垃圾回收站的内部设置有搅拌破碎机构，结构简单、操作简便，能够实现对固体废弃物高效、充分热解的功能，保证了热解过程的可靠性，减少了固体废弃物热解产生的烟气对环境的污染以及对人体健康的威胁，解决了固体废弃物垃圾污染以及可回收利用资源浪费的双重问题。

Description

一种固体废弃物热解处理装置
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理技术领域，具体为一种固体废弃物热解处理装置。
背景技术
由于人口和经济的增长，能源消耗总量持续增加，由此产生的环境污染、气候变化、能源短缺等问题极大地影响着人类的正常生活，为了解决能源短缺和环境恶化的问题，世界上的所有国家都在积极寻找可以替代的新能源，如太阳能、风能、水力发电、核能、生物质能、海洋能、地热能和氢能等，其中，氢能被认为是最清洁的能源，具有很高的能量，燃烧产物是水，没有任何污染，但是氢气属于二次能源，需要利用其他原材料制备，而生物质和有机废物被认为是最有发展前景的制氢原材料。
对固体废弃物进行热解处理，能够使得生物质能源得到广泛利用，并实现垃圾的无害化处理，有望解决我国能源和环境存在的双重问题，然而，现有热解装置在对固体废弃物的热解过程中常存在如下一些问题：
(1)固体废弃物种类繁多，一些粒径较大的固体废弃物在热解过程中很难软化裂解，所以常需要更高的裂解温度，这样就会增加热解所需的能耗，进而增加对固体废弃物热解处理的成本；
(2)现有对固体废弃物进行热解处理的装置，结构较为简单，直接将固体废弃物投进热解箱内进行热解操作，操作过程产生的烟气直接通过排气管道排入大气中，这样使得一些危害性气体对空气环境造成污染，还会对人体健康带来威胁，使得后期环境治理的成本大大增加。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种固体废弃物热解处理装置，结构简单、操作简便，能够实现对固体废弃物高效热解的功能，保证了热解过程的可靠性，减少了固体废弃物热解产生的烟气对环境的污染，且能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种固体废弃物热解处理装置，包括用于收集固体废弃物的垃圾回收站、用于对固体废弃物进行热解处理的多级热解机构和烟气处理装置，所述多级热解机构一端通过通道一与垃圾回收站连接，另一端通过通道二与烟气处理装置连接，所述垃圾回收站的上端设置有固体废弃物投放口，所述固体废弃物投放口的上端铰接有封闭盖，垃圾回收站的内部设置有搅拌破碎机构。
进一步地，所述搅拌破碎机构包括竖直设置的驱动搅拌轴和若干为螺旋结构的剪切刀片，所述剪切刀片对称设置在驱动搅拌轴的左右两侧，所述垃圾回收站的内部水平设置有带有若干等径网孔的网格板，所述网格板设置在驱动搅拌轴的下方。
进一步地，所述多级热解机构包括双层结构的热解处理箱，所述热解处理箱一端与通道一连接，另一端与烟气处理装置连接，热解处理箱的内部设置有阶段式加热模块以及用于控制阶段式加热模块的温度控制模块，所述阶段式加热模块通过导线与温度控制模块电性连接，且阶段式加热模块将热解处理箱内的热解工艺分为初级干燥段、次级干馏段和气体生成段三个阶段。
进一步地，所述热解处理箱包括内加热层和设置在内加热层外侧的外保温层，且所述外保温层与内加热层之间设置有空心层，所述阶段式加热模块设置在空心层内，阶段式加热模块包括若干围绕内加热层外表面设置的电加热板和用于稳固支撑电加热板的支撑框架，所有的所述电加热板并联连接，且电加热板与温度控制模块电性连接。
进一步地，所述温度控制模块包括设置在热解处理箱内的温度传感器和设置在空心层内的控制芯片，所述温度传感器依次通过前置处理电路、A/D转换器与控制芯片电性连接。
进一步地，所述烟气处理装置包括用于收集可冷凝气体的气体收集瓶和用于排放不可冷凝气体的气体排放机构，所述通道二远离多级热解机构的一端连接有气体冷凝管组件，所述气体冷凝管组件远离通道二的一端连接有分支管一和分支管二，所述分支管一、分支管二分别与气体收集瓶、气体排放机构连接。
进一步地，所述气体排放机构包括碱液清洗瓶和排气管，所述碱液清洗瓶的内部设置有螺旋盘绕结构的通气管道，所述通气管道的内部填充有碱液，通气管道一端与分支管二连接，另一端开放设置。
进一步地，所述通道一的内部设置有沿通道一轴向方向设置的螺旋导料杆，且通道一自垃圾回收站一端向多级热解机构一端倾斜设置。
进一步地，初级干燥段的温度范围在150～200℃，次级干馏段的温度范围在250～500℃，气体生成段的温度范围在500～1200℃。
进一步地，所述气体冷凝管组件是由若干串联设置的冷凝管组成的。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过烟气处理装置的设置，实现了对固体废弃物热解过程中产生的烟气进行高效净化处理的功能，保证了热解产生烟气排放至大气中的安全性，有效避免了热解工艺产生烟气对环境以及人体健康的危害；
(2)本发明通过搅拌破碎机构的设置，能够在对固体废弃物进行热解前，对其进行破碎操作，使得一些粒径较大的固体废弃物变小，从而增强后续热解操作的效果，提高了热解的可靠性，实现对固体废弃物充分热解的功能。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的温度控制模块控制信号流程图；
图3为本发明的内加热层外表面侧视结构示意图；
图4为本发明的热解处理过程中部分化学反应式图。
图中标号：
1-垃圾回收站；2-多级热解机构；3-烟气处理装置；4-通道一；5-通道二；6-固体废弃物投放口；7-封闭盖；8-搅拌破碎机构；9-螺旋导料杆；10-冷凝管；
201-热解处理箱；202-阶段式加热模块；203-温度控制模块；
2011-内加热层；2012-外保温层；2013-空心层；
2021-电加热板；2022-支撑框架；
2031-温度传感器；2032-控制芯片；2033-前置处理电路；2034-A/D转换器；
301-气体收集瓶；302-气体排放机构；303-气体冷凝管组件；304-分支管一；305-分支管二；
3021-碱液清洗瓶；3022-排气管；3023-通气管道；
801-驱动搅拌轴；802-剪切刀片；803-等径网孔；804-网格板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2、图3和图4所示，本发明提供了一种固体废弃物热解处理装置，包括用于收集固体废弃物的垃圾回收站1、用于对固体废弃物进行热解处理的多级热解机构2和烟气处理装置3，所述多级热解机构2一端通过通道一4与垃圾回收站1连接，另一端通过通道二5与烟气处理装置3连接，所述垃圾回收站1的上端设置有固体废弃物投放口6，所述固体废弃物投放口6的上端铰接有封闭盖7，封闭盖7的设置，实现了垃圾回收站1内部空间的封闭性，有效避免了固体废弃物在进行热解过程中产生的危害环境或会对人体健康造成威胁的气体沿着固体废弃物投放口6排出，一方面，造成环境的污染；另一方面，会对人体健康造成威胁，垃圾回收站1的内部设置有搅拌破碎机构8。
该固体废弃物热解处理装置的工作流程如下：
首先，打开封闭盖7，沿着固体废弃物投放口6，将固体废弃物投入垃圾回收站1内，关闭封闭盖7，然后启动搅拌破碎机构8，在搅拌破碎机构8的作用下，实现对固体废弃物的剪切破碎功能，一方面，可使得固体废弃物的均匀度提高；另一方面，减小了固体废弃物的粒径，便于后续的热解操作，使得固体废弃物的热解效果加强，在多级热解机构2对固体废弃物的热解操作过程中，在烟气处理装置3的作用下，持续收集热解过程产生的烟气，并对烟气进行一系列处理，避免了烟气直接排放对空气造成的污染。
所述搅拌破碎机构8包括竖直设置的驱动搅拌轴801和若干为螺旋结构的剪切刀片802，所述剪切刀片802对称设置在驱动搅拌轴801的左右两侧，所述垃圾回收站1的内部水平设置有带有若干等径网孔803的网格板804，所述网格板804设置在驱动搅拌轴801的下方，通过驱动搅拌轴801带动剪切刀片802旋转剪切固体废弃物，剪切后的小颗粒的固体废弃物可沿着等径网孔803掉落至垃圾回收站1内腔底部，进行后续热解操作，而粒径较大的固体废弃物仍在垃圾回收站1内腔上部，在剪切刀片802的作用下，继续进行破碎，直至可通过等径网孔803。
所述多级热解机构2包括双层结构的热解处理箱201，所述热解处理箱201一端与通道一4连接，另一端与烟气处理装置3连接，热解处理箱201的内部设置有阶段式加热模块202以及用于控制阶段式加热模块202的温度控制模块203，所述阶段式加热模块202通过导线与温度控制模块203电性连接，且阶段式加热模块202在温度控制模块203的作用下，将热解处理箱201内的热解工艺分为初级干燥段、次级干馏段和气体生成段三个阶段，且初级干燥段的温度范围在150～200℃，次级干馏段的温度范围在250～500℃，气体生成段的温度范围在500～1200℃。
初级干燥段：将待热解的固体废弃物从常温升至150～200℃，固体废弃物中的水分逐渐从固体废弃物中挥发出去，且固体废弃物中的水分仅以物理蒸发的形式析出；
次级干馏段：继续对待热解的固体废弃物进行升温，直至温度达到250～500℃，发生干馏过程，依次为内在水的析出、脱氧、脱硫、二氧化碳的析出等，固体废弃物中的纤维素、蛋白、脂肪等大分子量有机物裂解为小分子量的气体、液体和固态含碳化合物，在干馏阶段，认为固体废弃物的热解是从脱除内部水开始，具体化学反应式见图4所示(包括脱水反应和脱甲基反应)，另外生成的水和架桥部分的分解次甲基链会发生反应：
-CH2-+H2O→CO+2H2
醚型结构的反应：
-CH2-+-O-→CO+H2
气体生成段：在温度控制模块203的作用下，热解处理箱201内的温度继续升高，直至500～1200℃，此时是气态产物的形成过程，干馏产物进一步发生二次裂解，液态和固态的化合物裂解为H20，CO，CO2和CH4等气体，二次裂解主要有：裂解；脱氢；缩聚；氢化反应；桥键反应；热量使碳和水发生的反应。
补充说明的是，上述二次裂解反应中的各种反应之间没有明显的阶段性，许多反应是都是交叉进行的。
所述热解处理箱201包括内加热层2011和设置在内加热层2011外侧的外保温层2012，且所述外保温层2012与内加热层2011之间设置有空心层2013，所述阶段式加热模块202设置在空心层2013内，阶段式加热模块202包括若干围绕内加热层2011外表面设置的电加热板2021和用于稳固支撑电加热板2021的支撑框架2022，所有的所述电加热板2021并联连接，且电加热板2021与温度控制模块203电性连接。
所述温度控制模块203包括设置在热解处理箱201内的温度传感器2031和设置在空心层2013内的控制芯片2032，所述温度传感器2031依次通过前置处理电路2033、A/D转换器2034与控制芯片2032电性连接，温度传感器2031的输出端与前置处理电路2033的输入端连接，前置处理电路的输出端与A/D转换器2034的输入端连接，A/D转换器2034的输出端与控制芯片2032的输入端连接，控制芯片2032的输出端与电加热板2021连接，通过温度传感器2031实时采集热解处理箱201内的温度数据值，并依次通过前置处理电路2033和A/D转换器2034传递给控制芯片2032，进而通过控制芯片2032控制电加热板2021的加热温度，实现热解处理箱201内分段式热解工艺的精确进行，保证了固体废弃物热解工艺的可靠性。
所述烟气处理装置3包括用于收集可冷凝气体的气体收集瓶301和用于排放不可冷凝气体的气体排放机构302，通过对热解过程产生的气体分开独立处理，可保证气体处理的安全性，有效避免了危害性气体排入大气中，对环境和人体造成伤害，所述通道二5远离多级热解机构2的一端连接有气体冷凝管组件303，所述气体冷凝管组件303远离通道二5的一端连接有分支管一304和分支管二305，所述分支管一304、分支管二305分别与气体收集瓶301、气体排放机构302连接，气体冷凝管组件303是由若干串联设置的冷凝管10组成的，可实现高效冷凝，保证了冷凝效果的可靠。
所述气体排放机构302包括碱液清洗瓶3021和排气管3022，所述碱液清洗瓶3021的内部设置有螺旋盘绕结构的通气管道3023，所述通气管道3023的内部填充有碱液，通气管道3023一端与分支管二305连接，另一端开放设置，螺旋盘绕结构设计的通气管道3023，可使得不可冷凝的气体在通气管道3023内的滞留时间延长，从而提高碱液对不可冷凝气体的清洗操作，实现对不可冷凝气体的高效净化作用，减少气体对环境的污染以及对人体健康的威胁。
所述通道一4的内部设置有沿通道一4轴向方向设置的螺旋导料杆9，且通道一4自垃圾回收站1一端向多级热解机构2一端倾斜设置，螺旋导料杆9的设置，起到了旋转导料的作用，加快了垃圾回收站1内的固体废弃物进入多级热解机构2内的速度，从而提高了对固体废弃物整个热解工艺流程的效率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种固体废弃物热解处理装置，其特征在于：包括用于收集固体废弃物的垃圾回收站(1)、用于对固体废弃物进行热解处理的多级热解机构(2)和烟气处理装置(3)，所述多级热解机构(2)一端通过通道一(4)与垃圾回收站(1)连接，另一端通过通道二(5)与烟气处理装置(3)连接，所述垃圾回收站(1)的上端设置有固体废弃物投放口(6)，所述固体废弃物投放口(6)的上端铰接有封闭盖(7)，垃圾回收站(1)的内部设置有搅拌破碎机构(8)。
2.根据权利要求1所述的一种固体废弃物热解处理装置，其特征在于：所述搅拌破碎机构(8)包括竖直设置的驱动搅拌轴(801)和若干为螺旋结构的剪切刀片(802)，所述剪切刀片(802)对称设置在驱动搅拌轴(801)的左右两侧，所述垃圾回收站(1)的内部水平设置有带有若干等径网孔(803)的网格板(804)，所述网格板(804)设置在驱动搅拌轴(801)的下方。
3.根据权利要求1所述的一种固体废弃物热解处理装置，其特征在于：所述多级热解机构(2)包括双层结构的热解处理箱(201)，所述热解处理箱(201)一端与通道一(4)连接，另一端与烟气处理装置(3)连接，热解处理箱(201)的内部设置有阶段式加热模块(202)以及用于控制阶段式加热模块(202)的温度控制模块(203)，所述阶段式加热模块(202)通过导线与温度控制模块(203)电性连接，且阶段式加热模块(202)将热解处理箱(201)内的热解工艺分为初级干燥段、次级干馏段和气体生成段三个阶段。
4.根据权利要求3所述的一种固体废弃物热解处理装置，其特征在于：所述热解处理箱(201)包括内加热层(2011)和设置在内加热层(2011)外侧的外保温层(2012)，且所述外保温层(2012)与内加热层(2011)之间设置有空心层(2013)，所述阶段式加热模块(202)设置在空心层(2013)内，阶段式加热模块(202)包括若干围绕内加热层(2011)外表面设置的电加热板(2021)和用于稳固支撑电加热板(2021)的支撑框架(2022)，所有的所述电加热板(2021)并联连接，且电加热板(2021)与温度控制模块(203)电性连接。
5.根据权利要求4所述的一种固体废弃物热解处理装置，其特征在于：所述温度控制模块(203)包括设置在热解处理箱(201)内的温度传感器(2031)和设置在空心层(2013)内的控制芯片(2032)，所述温度传感器(2031)依次通过前置处理电路(2033)、A/D转换器(2034)与控制芯片(2032)电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种固体废弃物热解处理装置，其特征在于：所述烟气处理装置(3)包括用于收集可冷凝气体的气体收集瓶(301)和用于排放不可冷凝气体的气体排放机构(302)，所述通道二(5)远离多级热解机构(2)的一端连接有气体冷凝管组件(303)，所述气体冷凝管组件(303)远离通道二(5)的一端连接有分支管一(304)和分支管二(305)，所述分支管一(304)、分支管二(305)分别与气体收集瓶(301)、气体排放机构(302)连接。
7.根据权利要求6所述的一种固体废弃物热解处理装置，其特征在于：所述气体排放机构(302)包括碱液清洗瓶(3021)和排气管(3022)，所述碱液清洗瓶(3021)的内部设置有螺旋盘绕结构的通气管道(3023)，所述通气管道(3023)的内部填充有碱液，通气管道(3023)一端与分支管二(305)连接，另一端开放设置。
8.根据权利要求1所述的一种固体废弃物热解处理装置，其特征在于：所述通道一(4)的内部设置有沿通道一(4)轴向方向设置的螺旋导料杆(9)，且通道一(4)自垃圾回收站(1)一端向多级热解机构(2)一端倾斜设置。
9.根据权利要求3所述的一种固体废弃物热解处理装置，其特征在于：初级干燥段的温度范围在150～200℃，次级干馏段的温度范围在250～500℃，气体生成段的温度范围在500～1200℃。
10.根据权利要求6所述的一种固体废弃物热解处理装置，其特征在于：所述气体冷凝管组件(303)是由若干串联设置的冷凝管(10)组成的。
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