CN110726138A - 一种自供热联装生活垃圾高温裂解装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自供热联装生活垃圾高温裂解装置，本装置包括进料单元，多组联装的高温裂解单元和烟气处理单元。所述高温裂解单元从上至下依次为相连通的油缸压缩密闭腔、脱水腔、高温裂解腔和生物炭燃烧腔；所述高温裂解腔外壁四周边包覆的空腔为燃气燃烧腔；所述高温裂解单元下部侧壁上设有灰分出口和焚烧舌；所述脱水腔上部侧壁设置有排气孔、燃气燃烧腔侧壁设有进气孔，所述排气孔和进气孔通过导气管相连通。本装置可利用生活垃圾自身的热能完成垃圾的高温裂解，通过多组高温干馏单元并联可实现设备的不断放大，具有节能、环保的优势，在少量乡镇垃圾处理领域具有广泛的应用前景。

Description

一种自供热联装生活垃圾高温裂解装置

技术领域

本发明属于环境治理中的生活垃圾处理领域，具体涉及一种自供热联装 生活垃圾高温裂解装置。

背景技术

城市生活垃圾处理方法先后经历了填埋、堆肥、焚烧和高温裂解等。其 中，填埋短期成本最低，但是极易产生垃圾渗滤液，容易造成二次污染，存 在的极大的环境风险隐患；垃圾堆肥处理仅适用于易腐有机质生活垃圾，随 着生活垃圾中的塑料类有机物的含量越来越高，对生活垃圾进行堆肥处理也 受到了很大局限；垃圾焚烧发电可以部分实现生活垃圾的资源化利用，将生 活垃圾中的热量转化成电能，但是生活垃圾成分复杂，特别是大量的聚氯乙 烯、聚苯乙烯等含有氯元素或苯环的垃圾在有氧燃烧时极易产生二噁英等剧 毒空气污染物，存在严重二次污染的风险，况且就现有技术条件和垃圾处理 成本而言，生活垃圾焚烧发电所需的垃圾处理量的聚集也间接增加了生活垃 圾的运输成本，同时造成了垃圾散落和交通拥堵问题；生活垃圾高温干馏是 指将生活垃圾置于无氧或缺氧环境中加强热，使其裂解成生物炭、裂解油和 燃气等产物，在生活垃圾处理过程中无二噁英产生的条件，几乎没有附带的 二次污染产生，能够最大程度实现生活垃圾的减量化、无害化处理和资源化 利用。

但是，在人口密度低，生活垃圾产生源分散的乡镇地区，集中处理生活 垃圾依旧存在集中困难，运费高昂等问题；同时，堆放、倾倒或简易焚烧等 方式均容易造成不同程度的生活垃圾污染，从而逐渐污染乡镇地区的环境， 逐渐造成乡镇地区较为严重的环境污染或生态破坏。因此，如何对乡镇地区 的生活垃圾进行处理，实现乡镇地区生活垃圾的减量化、无害化处理和资源 化利用，是亟待解决的技术问题。

发明内容

解决乡镇地区的生活垃圾污染问题关键在于减少乡镇地区生活垃圾的运 距，实现乡镇地区生活垃圾分散产生分散处理，少量产生少量处理，当日产 生及时处理，同时还要求生活垃圾处理过程中不产生烟尘、二噁英等空气污 染物造成二次污染。鉴于此，本发明提供自供热联装生活垃圾高温裂解装置， 可利用生活垃圾自身携带的热量完成生活垃圾的高温裂解，可通过高温裂解 单元的联装实现处理量的控制，以达到简易地改变处理量并实现生活垃圾的 自供能处理的目的。

本发明提供一种自供热联装生活垃圾高温裂解装置，包括进料系统、用 于高温裂解生活垃圾的高温裂解单元、外壳体和烟气处理系统；所述烟气处 理单元的顶部设有烟气出口、底部设有烟气进口；所述外壳体顶部设有孔洞； 所述烟气处理单元底部的烟气进口与所述外壳体顶部的孔洞相通；所述高温 裂解单元置于所述外壳体的内部；所述进料系统与所述高温裂解单元相连通； 外壳体的用途是使高温裂解单元处于一个相对封闭的高温空间中，并承接烟 气处理单元、进料系统的重量。

进一步地，所述进料系统包括固定安装所述外壳体上表面的进料口、设 置在所述高温裂解单元正上方的压料油缸；通过所述压料油缸将待处理垃圾 压入所述高温裂解单元内。

进一步地，所述高温裂解单元从上至下依次为相连通的油缸压缩密闭腔、 脱水腔、高温裂解腔和生物炭燃烧腔；所述高温裂解腔外壁四周边包覆的空 腔为燃气燃烧腔；所述高温裂解单元下部侧壁上设有灰分出口和焚烧舌；所 述脱水腔上部侧壁设置有排气孔、燃气燃烧腔侧壁设有进气孔，所述排气孔 和进气孔通过导气管相连通，所述导气管可将高温裂解气体输送至高温裂解 腔外部的燃气燃烧腔。

进一步地，所述燃气燃烧腔位于外壳体内部，与高温裂解单元的高温裂 解腔位于同一水平面。

进一步地，所述高温裂解单元为2组以上，呈矩阵形或弧形排列。

进一步地，所述压料油缸设有与压料作用面垂直、与压料作用方向相对 设置的压料头，所述压料头作用面与所述油缸压缩密闭腔横截面、脱水腔横 截面形状耦合承接，便于将进入所述油缸压缩密封腔的待处理垃圾充分压入 所述脱水腔中。

进一步地，所述烟气处理单元包括从下到上依次连通的水雾除尘系统、 电弧除尘系统和催化氧化系统；所述水雾除尘系统包括固定安装在所述烟气 处理单元上部的水箱、安装在所述水雾除尘系统顶部的旋转发散重力喷头和 安装在所述烟气处理单元侧壁的循环冷凝水管；所述烟气处理单元贯穿所述 水箱中部；所述电弧除尘系统的侧壁设有集灰仓；所述水箱为空心柱体，为 与高温裂解单元连通的循环冷凝水管和水雾除尘系统提供水源。

进一步地，所述油缸压缩密闭腔、高温裂解腔为柱状空腔；脱水腔为倒 锥形空腔。

进一步地，所述外壳体为双腔真空保温结构，所述外壳体底部开设进气 单元。

进一步的，所述生物炭燃烧腔设有水平设置的承重网。

进一步地，压料头优选为中部凸出型或短锥柱型。

进一步地，所述进料系统包括传输机构和分料器，所述传输机构可为斗 式提升机或螺旋输送机中的一种，封装于全封闭的进料系统包装壳中。生活 垃圾自埋入垃圾运输水平面之下(或地下)的进料系统首端输送到终端的分 料器中，垃圾经分料器均匀进入每个自供热高温裂解单元的进料口。

进一步地，在水雾除尘系统底部中间的的烟气入口安装管道通向所述外 壳体夹层，使重力喷头的水落在烟气处理系统底部，并从底部的侧面排入外 壳体5内壁不与烟气接触的夹层中。

运行流程如下：待处理垃圾由进料系统输送至进料口后进入高温裂解单 元进行高温裂解处理。待处理垃圾由脱水腔被压入高温裂解腔并完成填充后， 生物炭燃烧腔中的引火材料对高温裂解腔加强热，使高温裂解腔中的生活垃 圾发生裂解反应，转化成生物炭、裂解燃气和少量的裂解油。所述生物炭和 少量重油落入生物炭燃烧腔中，于焚烧舌内充分燃烧并对高温裂解腔加热。 裂解燃气经脱水腔与待处理垃圾完成热交换，实现待处理生活垃圾的干燥， 裂解气中少量的气态裂解油在垃圾表面尤其是与脱水腔内壁结合的表面液 化，实现对待处理垃圾的润滑，促进待处理垃圾进入高温裂解腔中裂解。完 成热交换的裂解燃气经脱水腔上部侧壁的排气孔由导气管输送至燃气燃烧腔 点燃并在装置外围为高温裂解腔供热，以此通过不断的垃圾进料持续进行高 温裂解反应，实现生活垃圾的自供热减量化无害化处理。生物炭燃烧后剩余 的少量灰分通过灰分出口排出装置，完成进一步无害化处理。

在运行过程中，水箱中的水在重力作用下流入旋转发散重力喷头进行水 雾除尘操作，完成水雾除尘后的水落入包覆高温裂解单元的外壳体中蒸发为 水蒸气或水雾，通过循环冷凝水管将水蒸气导入重力水箱冷凝成液态水，进 而实现冷凝水的重复利用。完成水淋除尘后，烟气进入电弧除尘系统完成微 量烟尘的吸附处理，最后通过催化氧化系统完成微量不溶于水且难以在高压 电弧中反应的CO等有害气体的催化氧化，完成处理后的烟气达标排放。

在一套联装生活垃圾高温裂解装置中，多组高温裂解单元封装于带有真 空保温腔的外壳体内部，其联装数量及联装方式根据生活垃圾处理量按实际 情况决定。

本发明的有益效果：

本发明所设计的一种联装生活垃圾高温裂解装置可实现少量生活垃圾的 自供热减量化和无害化处理，高温裂解反应生成的生物炭和裂解燃气燃烧用 于提供生活垃圾高温裂解反应所需能量，以此实现生活垃圾的不断裂解。通 过对垃圾干馏单元产生的少量烟气的集中处理，达到无可视化烟尘、无剧毒 有害物超标的目标后排放，实现生活垃圾的无害化处理，杜绝垃圾处理二次 污染的产生。

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一简单地介绍，显而易见地，下 面描述中的附图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为一种自供热联装生活垃圾高温裂解装置结构示意图(四联装)；

图2为一种高温裂解单元结构示意图；

图3为一种烟气处理单元结构示意图；

图4为一种高温裂解单元内部结构示意图。

附图标记如下：1、烟气处理单元；2、压料油缸；3、进料口；4、高温 裂解单元；5、外壳体；11、烟气出口；12、催化氧化系统；13、电弧除尘系 统；14、水雾除尘系统；15、重力水箱；16、循环冷凝水管；17、积灰仓； 18、旋转发散重力喷头；21、压料头；42、油缸压缩密闭腔；43、脱水腔； 44、导气管；45、高温裂解腔；46、燃气燃烧腔、47、生物炭燃烧腔；48、 焚烧舌；49、灰分出口。

具体实施方式

现结合附图说明对本发明所述的自供热联装生活垃圾高温裂解装置做进 一步解释说明，需要指出的是，本发明的附图旨在解释本发明所涉及装置的 技术原理、部件之间的连接和位置关系，并不对本发明所述的装置做出任何 限制，如高温裂解单元的结构特征、联装数量和排布方式的改变均在本发明 的保护范围之内。图1为一种四联装的自供热联装生活垃圾高温裂解装置结构 示意图，图2为一种高温裂解单元结构示意图，图3为一种烟气处理单元结构 示意图。

实施例1

结合图1、图2和图4，自供热联装生活垃圾高温裂解装置包括烟气处理 单元1、压料油缸2、进料口3、高温裂解单元4和外壳体5。烟气处理单元 1顶部设有烟气出口11、底部设有与外壳体5顶部孔洞相通的通道；外壳体 5为双腔真空保温结构，高温裂解单元4置于外壳体5内部；外壳体5顶部 设有孔洞，与所述烟气处理单元1底部的通道相通。外壳体的用途是使高温 裂解单元4处于一个相对封闭的高温空间中，并承接烟气处理单元1、进料 口和压料油缸2的重量。

所述进料口3固定设在所述外壳体5的顶部，并通过外壳体5上表面开 孔与固定在所述外壳体5内部的高温裂解单元相连通。所述压料油缸2设在 所述高温裂解单元的正上方，提供动力将从所述进料口3进料的待处理垃圾 压入高温裂解单元4。

高温裂解单元4为4组，呈矩阵形排列，每个高温裂解单元4从上至下 依次为相连通的油缸压缩密闭腔42、脱水腔43、高温裂解腔45和生物炭燃 烧腔47，高温裂解单元4底部侧壁上设有灰分出口和焚烧舌；所述高温裂解 腔45外壁四周边包覆的空腔为燃气燃烧腔46。所述油缸压缩密闭腔42、高 温裂解腔45为柱状空腔、脱水腔43为倒锥形空腔。

所述压料油缸2设有与压料作用面垂直、与压料作用方向相对设置的压 料头21，所述压料头21为倒锥形结构，便于将进入所述油缸压缩密封腔42 的待处理垃圾充分压入脱水腔43中。所述脱水腔43上方侧壁设置有排气孔、 燃气燃烧腔46外壁底部设有进气孔，所述排气孔和进气孔通过所述导气管 44相连通，导气管44可将高温裂解气体输送至高温裂解腔45外部的燃气燃 烧腔46；所述生物炭燃烧腔设有水平设置的承重网。

待处理垃圾由进料系统输送至进料口3后进入高温裂解单元4进行高温 裂解处理。待处理垃圾由脱水腔43被压入高温裂解腔45并完成填充后，生 物炭燃烧腔47中的引火材料对高温裂解腔45加强热，使高温裂解腔45中的 生活垃圾发生裂解反应，转化成生物炭、裂解燃气和少量的裂解油。所述生 物炭和少量重油落入生物炭燃烧腔47中，于焚烧舌48内充分燃烧并对高温 裂解腔45加热。裂解燃气经脱水腔43与待处理垃圾完成热交换，实现待处 理生活垃圾的干燥，裂解气中少量的气态裂解油在垃圾表面尤其是与脱水腔 内壁43结合的表面液化，实现对待处理垃圾的润滑，促进待处理垃圾进入高 温裂解腔45中裂解。完成热交换的裂解燃气经脱水腔上部侧壁的排气孔由导 气管44输送至燃气燃烧腔46点燃并在装置外围为高温裂解腔45供热，以此 通过不断的垃圾进料持续进行高温裂解反应，实现生活垃圾的自供热减量化 无害化处理。生物炭燃烧后剩余的少量灰分通过灰分出口49排出装置，完成 进一步无害化处理。

实施例2

结合图1和图3，烟气处理单元1下端有烟气入口，上端设有烟气出口 11，烟气处理单元1包括从下到上依次连通的水雾除尘系统14、电弧除尘系 统13和催化氧化系统12，所述烟气处理单元1的侧壁设有循环冷凝水管16。 所述水雾除尘系统14上部设有重力水箱15，所述重力水箱15为空心柱体， 重力水箱15其中贯穿烟气处理单元1，并为与高温裂解单元4连通的循环冷 凝水管16和用于水雾除尘系统14中的旋转发散重力喷头18提供水源。所述 水雾除尘系统14的顶部设有旋转发散重力喷头18；电弧除尘系统的侧壁设 有集灰仓17。

装置运行时，重力水箱15中的水在重力作用下经管道进入旋转发散重力 喷头18与上升的待净化烟气正向碰撞，完成烟气中灰尘、碳粒等微小固体的 团聚沉降和微量硫化物、氮化物等易溶于水的废气的吸收，完成吸收后的水 分落入外壳体5中，团聚后的微小固体转化成灰分从外壳体5底部排出，水 分经外壳体5内部的高温蒸发后，水蒸气沿循环冷凝水管16返回至重力水箱 冷凝，完成烟气处理单元1的水循环。在水雾除尘系统14底部中间的的烟气 入口安装一段高于烟气处理单元1地面的管道，使重力喷头18的水落在烟气 处理单元底部，并从底部的侧面排入外壳体5内壁不与烟气接触的夹层中， 以此实现水蒸气和烟气的隔离。

完成水雾除尘的烟气进入电弧除尘系统13，在高压电弧作用下进行烟气 中微量尘埃的捕获和微量还原性有害气体的电弧氧化，通过间歇式放电实现 尘埃的捕获和富集，捕获的尘埃进入积灰仓17中收集并定期处理。

完成除尘处理的烟气进入催化氧化系统12，所述催化氧化系统12主要 包括用于增加气体流程的螺旋催化管道和管道内部的催化网。烟气中残存的 微量还原性有害气体在催化氧化系统12中被完全氧化，高温裂解反应所产生 的烟气经过水雾除尘、电弧除尘和催化氧化共三级处理后即可实现达标排放。

本发明所设计的自供热联装生活垃圾高温裂解装置，可通过联装高温 裂解单元实现垃圾处理量的控制，通过烟气处理单元实现裂解烟气的净 化，装置运行过程中可利用生活垃圾自身的热量实现高温裂解反应和水循 环的能量供给，仅需在电弧除尘装置运行时消耗少量电能，在生活垃圾处 理过程中无二噁英产生的条件。在一套联装生活垃圾高温裂解装置中，多组 高温裂解单元封装于带有真空保温腔的外壳体内部，其联装数量及联装方式 根据生活垃圾处理量按实际情况决定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非 对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普 通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行 修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种自供热联装生活垃圾高温裂解装置，其特征在于：包括进料系统、用于高温裂解生活垃圾的高温裂解单元、外壳体和烟气处理系统；

所述烟气处理单元的顶部设有烟气出口、底部设有烟气进口；所述外壳体顶部设有孔洞；所述烟气处理单元底部的烟气进口与所述外壳体顶部的孔洞相通；所述高温裂解单元置于所述外壳体的内部；所述进料系统与所述高温裂解单元相连通。

2.如权利要求1所述的自供热联装生活垃圾高温裂解装置，其特征在于：所述进料系统包括固定安装所述外壳体上表面的进料口、设置在所述高温裂解单元正上方的压料油缸；通过所述压料油缸将待处理垃圾压入所述高温裂解单元内。

3.如权利要求2所述的自供热联装生活垃圾高温裂解装置，其特征在于：所述高温裂解单元从上至下依次为相连通的油缸压缩密闭腔、脱水腔、高温裂解腔和生物炭燃烧腔；所述高温裂解腔外壁四周边包覆的空腔为燃气燃烧腔；所述高温裂解单元下部侧壁上设有灰分出口和焚烧舌；

所述脱水腔上部侧壁设置有排气孔、燃气燃烧腔侧壁设有进气孔，所述排气孔和进气孔通过导气管相连通。

4.如权利要求3所述的自供热联装生活垃圾高温裂解装置，其特征在于：所述燃气燃烧腔位于外壳体内部，与高温裂解单元的高温裂解腔位于同一水平面。

5.如权利要求4所述的自供热联装生活垃圾高温裂解装置，其特征在于：所述高温裂解单元为2组以上，呈矩阵形或弧形排列。

6.如权利要求2所述的自供热联装生活垃圾高温裂解装置，其特征在于：所述压料油缸设有与压料作用面垂直、与压料作用方向相对设置的压料头，所述压料头作用面与所述油缸压缩密闭腔横截面、脱水腔横截面形状耦合承接，便于将进入所述油缸压缩密封腔的待处理垃圾充分压入所述脱水腔中。

7.如权利要求2-5任一所述的自供热联装生活垃圾高温裂解装置，其特征在于：所述烟气处理单元包括从下到上依次连通的水雾除尘系统、电弧除尘系统和催化氧化系统；

所述水雾除尘系统包括固定安装在所述烟气处理单元上部的水箱、安装在所述水雾除尘系统顶部的旋转发散重力喷头和安装在所述烟气处理单元侧壁的循环冷凝水管；

所述烟气处理单元贯穿所述水箱中部；

所述电弧除尘系统的侧壁设有集灰仓。

8.如权利要求3-5任一所述的自供热联装生活垃圾高温裂解装置，其特征在于：所述油缸压缩密闭腔、高温裂解腔为柱状空腔；脱水腔为倒锥形空腔。

9.如权利要求8所述的自供热联装生活垃圾高温裂解装置，其特征在于：外壳体为双腔真空保温结构，所述外壳体底部开设进气单元。

10.如权利要求9所述的自供热联装生活垃圾高温裂解装置，其特征在于：所述生物炭燃烧腔设有水平设置的承重网。

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