CN111040791A - 有机垃圾热解装置及有机垃圾热解处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种有机垃圾热解装置，主要包括低温热解室、高温热解室、烟气室、保温层和电机，其中，低温热解室采用无轴螺旋搅拌及输送垃圾物料；高温热解室内由搅拌刮板混合物料并刮除加热面的结焦物；采用有机垃圾热解产生的高温油气直燃，热烟气在烟气室中逆垃圾物料输送方向流动，依次与高、低温热解室中的物料换热；在热解室中设置螺旋和刮焦器，使物料均匀受热，减少结焦；分段热解，实现了对不同垃圾的高效热解垃圾热解油气高温直燃，有效利用高温显热，提高燃烧烟气温度，减少污染；烟气间接加热，热解气不与烟气掺混，其热值高且易于后续利用。本发明实施例还提供了使用上述有机垃圾热解装置的垃圾热解处理方法。

Description

有机垃圾热解装置及有机垃圾热解处理方法

技术领域

本发明属于垃圾热解处理技术领域，特别涉及一种有机垃圾热解装置。本发明还提供了使用上述有机垃圾热解装置进行有机垃圾热解处理的方法。

背景技术

随着国民经济的高速发展，生活垃圾及工业有机固体废弃物产生量均逐年增加，其中，仅生活垃圾总量预计在2030年就将达到4.09亿吨，垃圾污染已成为重要的城市生活问题和社会问题，由于城市生活垃圾产量巨大，如果处理不当，将会面临“垃圾围城”的局面，当生活垃圾进入环境以后，不仅污染水体、大气、土壤，还严重威胁着人类的生存与健康。生活垃圾中的有机质、污泥、油泥、废塑料、医疗废弃物等均属有机固废，有机固废处理是生活垃圾处理的重要环节之一。

目前，在生活垃圾和生活污泥类有机固废处理方面，主要采用填埋、堆肥和焚烧三种工艺，但填埋方式受限于场地而不可持续，堆肥产品销路不畅，焚烧过程产生的二噁英及含重金属飞灰易造成二次污染，而焚烧烟气的处理成本高昂，推广困难。近年来，有机固废中有机成分增多，可燃组分占较大比例，成为一种可资源化利用的碳氢资源，其应用价值也逐渐增大。用绝氧热解工艺处理有机固废，在缺氧或无氧环境下使有机物高温受热分解形成可燃性低分子化合物，可获得热解焦、热解油和热解气等热解产物，可实现机固废无害化、减量化处理和资源化利用的有机结合，绝氧热解成为有机固废处理有效手段。

由于有机固废成分复杂，现有的热解工艺也存在诸多问题，包括：垃圾在热解装置内受热不均匀出现受热不均，热解效率低；采用固体或气体热载体加热，导致分离难度大，并且于垃圾成分复杂，产物同样复杂，后续处理成本高；设备复杂，操作困难，物料适应性低等。有鉴于此，开发一种高效、简单的有机固废热解设备和热解工艺，解决有机垃圾热解过程中受热不均匀和反应器内部结焦的问题，具有重大的意义。

发明内容

本发明为解决现有技术中有机物垃圾热解过程中受热不均匀，热解效率低，且反应器内部易结焦的问题，提供了新型垃圾热解装置及垃圾热解处理方法，可使有机垃圾均匀受热，减少结焦，有效提高热解效率。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供的一种有机垃圾热解装置，包括圆筒状的低温热解室和高温热解室以及包覆在二热解室外侧的保温层，其特征在于，所述低温热解室一端顶部设置有物料进口，另一端连通所述高温热解室的一端供物料通过，所述低温热解室内设置有无轴螺旋；所述高温热解室的另一端顶部设置有热解蒸汽出口，底部设置有热解固体出口，所述高温热解室内设置有搅拌刮焦器；其中：

所述搅拌刮焦器由搅拌杆、中心轴和刮头组成，所述搅拌杆垂直固定连接在所述中心轴上，所述搅拌杆靠近所述高温热解室壁面的端部连接有所述刮头；所述无轴螺旋和所述搅拌刮焦器的所述中心轴均连接电机，在所述电机驱动下转动。

优选地，所述无轴螺旋的叶片与所述低温热解室的内壁面间距为2~5mm。

优选地，所述刮头由刮板、转动套管、固定圆杆、连接杆和弹簧组成，所述搅拌杆与所述刮头连接的端部设置有配合连接所述刮头的固定槽，其中：所述转动套管套在所述固定圆杆上，可绕所述固定圆杆转动，所述刮板固定连接在所述转动套管上，所述连接杆与所述转动套管固定连接；所述固定槽中相向设置二所述弹簧，所述连接杆的底端嵌于二所述弹簧端部之间。

进一步优选地，所述转动套管内径大于所述固定圆杆直径大2~3mm；所述刮板与所述连接杆间的夹角为120°~150°。

优选地，所述低温热解室和所述高温热解室与所述保温层之间的环形筒状空间为供热烟气流通的烟气室，所述烟气室的烟气入口设置在所述高温热解室外侧靠近所述热解固体出口的一端，所述烟气室内热烟气流动与所述二热解室内垃圾物料输送方向相逆。

进一步优选地，所述烟气室的烟气入口为烧嘴，所述烧嘴朝向与所述中心轴方向平行，所述烧嘴数量为4~8个，在所述烟气室端部均匀分布。

本发明实施例还提供了一种使用前述有机垃圾热解装置的有机垃圾热解处理方法，包括以下步骤：

1. 去除垃圾中的无机物，将分选出的有机垃圾破碎为垃圾物料后送入所述低温热解室；

2. 所述低温热解室中的所述垃圾物料在搅拌下脱水，部分熔融，发生初级热裂解反应；

3. 将所述低温热解室中的热解物送入所述高温热解室，所述热解物在搅动下深度热裂解，并发生二次裂解及缩聚反应；

4. 将所述高温热解室中热解产生的高温热解蒸汽和热解固体分别排出。

优选地，所述步骤1中，所述有机垃圾破碎的粒径范围小于50mm。

优选地，还包括步骤5：将所述高温热解室中热解产生的高温热解油气作为燃气进行燃烧，燃烧产生的热烟气与二热解室内的垃圾物料进行间接换热。

优选地，所述步骤2中，所述低温热解室内反应温度控制在400~500°C；所述步骤3中，所述高温热解室内反应温度控制在700~800°C，高温热解蒸汽温度控制在600~700°C；所述步骤5中，所述热烟气温度大于900°C，其排烟温度控制在大于550°C。

本发明实施例的上述技术方案，在低温热解室采用无轴螺旋对有机垃圾物料进行搅拌及输送；在高温热解室内设置搅拌刮板，对物料进行混合及对高温加热面的结焦物进行刮除；燃料采用有机垃圾热解产生的高温油气直燃；热烟气通过烟气室依次为高温热解室和低温热解室加热；垃圾物料输送方向与烟气整体流动方向呈逆流。其有益效果如下：

1. 在热解室中设置螺旋和刮焦器，使有机垃圾在热解过程中均匀受热，减少因结焦而产生的热滞现象；

2. 在低温、高温热解室内进行分段热解，实现了对不同垃圾的高效热解；

3. 采用垃圾热解油气高温直燃，有效利用高温显热，提高燃烧烟气温度，可实现油气直燃产生的二噁英分解，且控制烟气排出温度，避免了二噁英的再此合成，最大程度实现了有机垃圾减量化和无害化；

4. 采用烟气间接加热，热解气不与烟气掺混，其热值高且易于后续利用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的有机垃圾热解装置结构示意图；

图2为图1所示高温热解室横截面示意图；

图3为图2所示刮头的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的有机垃圾热解处理方法步骤流程图。

［主要元件符号说明］

1-低温热解室；2-无轴螺旋；3-高温热解室；4-搅拌刮焦器；41-搅拌杆；411-固定槽；42-中心轴；43-刮头；431-刮板；432-转动套管；433-固定圆杆；434-连接杆；435-弹簧；5-烟气室；6-物料进口；7-热解蒸汽出口；8-热解固体出口；9-烧嘴；10-保温层；11-电机。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的问题，提供新型的有机垃圾热解装置及有机垃圾热解处理方法，可使有机垃圾均匀受热，减少因结焦而产生的热滞，有效提高了热解效率。

为了实现上述技术方案，如图1所示，一种有机垃圾热解装置，包括圆筒状的低温热解室1和高温热解室3以及包覆在二热解室外侧的保温层10，低温热解室1和高温热解室3与保温层10之间具有环形筒状空间，为供热烟气流通的烟气室5；具体的：

低温热解室1一端顶部设置有物料进口6，另一端连通高温热解室3的一端供物料通过，低温热解室1内设置有无轴螺旋2；高温热解室3的另一端顶部设置有热解蒸汽出口7，底部设置有热解固体出口8，高温热解室3内设置有搅拌刮焦器4；

搅拌刮焦器4的结构如图2和图3所示，搅拌刮焦器4由搅拌杆41、中心轴42和刮头43组成，搅拌杆41垂直固定连接在中心轴42上，搅拌杆41靠近高温热解室3壁面的端部连接有刮头43；刮头43由刮板431、转动套管432、固定圆杆433、连接杆434和弹簧435组成，搅拌杆41与刮头43连接的端部设置有与配合连接刮头43的固定槽411，其中：转动套管432套在固定圆杆433上，可绕固定圆杆433转动，刮板431固定连接在转动套管432上，连接杆434与转动套管432固定连接；固定槽411中相向设置二弹簧435，连接杆434的底端嵌于二弹簧端部之间，由于弹簧可伸缩，在此设计下连接杆434具有一定的自由度，与其连接的刮板431可实现一定幅度的转动；

无轴螺旋2和搅拌刮焦器4的中心轴42均连接电机11，在电机11驱动下分别转动，无轴螺旋2转动时对低温热解室1内的垃圾物料进行搅拌和输送，搅拌刮焦器4转动时刮板431可实现对热解物料的搅动，并不断清除高温热解室3受热面上的结焦物料；

烟气室5的烟气入口为烧嘴9，设置在高温热解室3外侧靠近热解固体出口8的一端，烧嘴9朝向与中心轴42方向平行，从烧嘴9燃烧喷入烟气室5内的热烟气流动与二热解室内垃圾物料输送方向相逆，通过间接换热方式将热量传递到热解室内，为垃圾物料热解提供热量。

实施例1

一种有机垃圾热解装置，主要包括低温热解室1、高温热解室3、烟气室5、保温层10和电机11。

低温热解室1一端顶部设置有物料进口6，垃圾物料进入低温热解室1内，主要发生水分脱除、部分熔融和初级热解反应等；无轴螺旋2由电机11带动在低温热解室1内旋转，对垃圾物料进行搅拌和输送，螺旋叶片与低温热解室1内壁面间距为2~5mm，本实施例为2mm。

高温热解室3远端有热解蒸汽出口7和热解固体出口8，内部有搅拌刮焦器4，经过低温热解室1的热解物在高温热解室3内发生进一步热裂解，并发生初级热解物的二次裂解和缩聚反应；搅拌刮焦器4由搅拌杆41、中心轴42和刮头43组成，由电机11带动在高温热解室3内整体围绕中心轴42转动，其中：搅拌杆41垂直于中心轴42，与中心轴42焊接固定；刮头43安装在搅拌杆41端部的固定槽411内，靠近高温热解室3内壁面处，刮头43由刮板431、转动套管432、固定圆杆433、连接杆434和弹簧435组成，刮板431与转动套管432焊接连接，转动套管432套在固定圆杆433上，转动套管432内径需比固定圆杆433直径大2~3mm，本实施例为2mm；转动套管432与连接杆434焊接连接搅拌杆41端部的固定槽411中相向设置二弹簧435，连接杆434的底端嵌于二弹簧端部之间；搅拌刮焦器4转动时，刮板431可搅动热解物料，并不断清除热解室受热面上的结焦物料，刮板与连接杆间的夹角固定为120°~150°，本实施例中为150°，便于搅动物料和刮擦高温热解室3内壁。

烟气室5为热解室与外部的保温层10之间的空间，通常为端面圆环形的筒状，烟气室5内的热烟气可通过间接换热方式将热量传递到热解室内，为垃圾物料热解提供热量，热烟气流动方向应与垃圾物料在热解室内输送方向呈逆流。

烟气室5在高温热解室3外侧的远端位置设置若干烧嘴9，烧嘴9设置方向与高温热解室3的中心轴42方向平行，烧嘴9数量为4~8个，在烟气室5端部均匀分布，烟气室5端部为圆环形时，相邻烧嘴9间的中心角为π/4~π/2；本实施例中烧嘴数量为8个，均匀的分布时相邻烧嘴9间的中心角为π/4。

为了更好地实现上述技术方案，本发明还提供了一种垃圾热解处理方法，使用前述有机垃圾热解装置，步骤如图4所示：

S1. 去除垃圾中的无机物，将分选出的有机垃圾破碎为垃圾物料后送入低温热解室；

S2. 低温热解室中的垃圾物料在搅拌下脱水，部分熔融，发生初级热裂解反应；

S3. 将低温热解室中的热解产物送入高温热解室，热解产物在搅动下深度热裂解，并发生二次裂解及缩聚反应；

S4. 将高温热解室中热解产生的高温热解蒸汽和热解固体分别排出；

S5. 将高温热解室中热解产生的高温热解油气作为燃气进行燃烧，燃烧产生的热烟气与二热解室内的垃圾物料进行间接换热。

实施例2

某有机垃圾热解处理过程：

某垃圾站的生活垃圾，具体组分如下：

处理过程如下：

1. 经分选去除渣土、碎玻璃、金属等无机物后的垃圾经破碎后送入热解装置的低温热解室内；

2. 在低温热解室内，在无轴螺旋搅拌下，垃圾进行脱水、部分熔融、发生初级热裂解反应；

3. 经低温热解室产生的热解物进入高温热解室，在搅拌刮焦器的搅动下，进一步深度热裂解，并发生二次裂解及缩聚反应；

4 热解产生的高温热解蒸汽从热解蒸汽出口导出，热解固体从热解固体出口排出；

5. 将高温热解室中热解产生的高温热解油气作为燃气通入烧嘴进行燃烧，热烟气进入烟气室，与垃圾物料进行间接换热，为垃圾热解提供热量。

其中：

步骤1中，所述垃圾主要包括餐厨余物、废塑料、废纸、废织物等，破碎的粒径范围<50mm；

步骤2中，所述低温热解室内发生的脱水、部分熔融、初级热解等反应，反应温度控制在400~500°C，本实施例中温度为500°C；因为在低温热解室内温度较低，热解产物发生二次裂解结焦率较低；

步骤3中，所述的高温热解室热解反应温度控制在700~800°C，高温热解蒸汽温度控制在600~700°C，本实施例中温度为800°C，热解蒸汽温度在700°C；在高温热解室内挥发分进一步析出，并发生二次裂解及缩聚反应，减少热解油的产率；

步骤5中，所述高温热解油气燃烧烟气温度950°C，热烟气排烟温度控制在600°C；采用烟气间接加热，热解气与烟气不掺混，热解气热值高，易于后续利用；采用高温油气直燃，可有效利用热解蒸汽显热，保证油气直燃产生烟气温度大于850°C，保证含氯热解气燃烧产生的二噁英被分解，并且排烟温度控制在大于550°C，避免二噁英的再生成。

最终，该有机垃圾热解固体产率6.5%，排烟中二噁英排放<0.5ngTEQ/Nm³。

上述有机垃圾热解装置和有机垃圾热解处理方法的实施例实现了有机垃圾在热解过程中均匀受热，减少因结焦而产生的热滞现象，充分利用高温油气显热，保证烟气温度，且可有效抑制二噁英生成，实现了垃圾最大程度的减量化和无害化，其不仅适用于处理有机垃圾物料，还可适用于生物质、污泥、含油污泥等有机固体的热解，解决了常规垃圾热解装置面临的技术难点，具有很强的创新性和先进性。

对于上述的本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识未作过多描述；各实施例采用递进的方式描述，各实施例中所涉及到的技术特征在彼此之间不构成冲突的前提下可以相互组合，各实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种有机垃圾热解装置，包括圆筒状的低温热解室（1）和高温热解室（3）以及包覆在二热解室外侧的保温层（10），其特征在于，所述低温热解室（1）一端顶部设置有物料进口（6），另一端连通所述高温热解室（3）的一端供物料通过，所述低温热解室（1）内设置有无轴螺旋（2）；所述高温热解室（3）的另一端顶部设置有热解蒸汽出口（7），底部设置有热解固体出口（8），所述高温热解室（3）内设置有搅拌刮焦器（4）；其中：

所述搅拌刮焦器（4）由搅拌杆（41）、中心轴（42）和刮头（43）组成，所述搅拌杆（41）垂直固定连接在所述中心轴（42）上，所述搅拌杆（41）靠近所述高温热解室（3）壁面的端部连接有所述刮头（43）；

所述无轴螺旋（2）和所述搅拌刮焦器（4）的所述中心轴（42）均连接电机（11），在所述电机（11）驱动下转动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无轴螺旋（2）的叶片与所述低温热解室（1）的内壁面间距为2~5mm。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述刮头（43）由刮板（431）、转动套管（432）、固定圆杆（433）、连接杆（434）和弹簧（435）组成，所述搅拌杆（41）与所述刮头（43）连接的端部设置有配合连接所述刮头（43）的固定槽（411），其中：

所述转动套管（432）套在所述固定圆杆（433）上，可绕所述固定圆杆（433）转动，所述刮板（431）固定连接在所述转动套管（432）上，所述连接杆（434）与所述转动套管（432）固定连接；所述固定槽（411）中相向设置二所述弹簧（435），所述连接杆（434）的底端嵌于二所述弹簧端部之间。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述转动套管（432）内径大于所述固定圆杆（433）直径大2~3mm；所述刮板（431）与所述连接杆（434）间的夹角为120°~150°。

5.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述低温热解室（1）和所述高温热解室（3）与所述保温层（10）之间的环形筒状空间为供热烟气流通的烟气室（5），所述烟气室（5）的烟气入口设置在所述高温热解室（3）外侧靠近所述热解固体出口（8）的一端，所述烟气室（5）内热烟气流动与所述二热解室内垃圾物料输送方向相逆。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述烟气室（5）的烟气入口为烧嘴（9），所述烧嘴（9）朝向与所述中心轴（42）方向平行，所述烧嘴（9）数量为4~8个，在所述烟气室（5）端部均匀分布。

7.一种使用权利要求1至6任一项所述有机垃圾热解装置的有机垃圾热解处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

①去除垃圾中的无机物，将分选出的有机垃圾破碎为垃圾物料后送入所述低温热解室；

②所述低温热解室中的所述垃圾物料在搅拌下脱水，部分熔融，发生初级热裂解反应；

③将所述低温热解室中的热解物送入所述高温热解室，所述热解物在搅动下深度热裂解，并发生二次裂解及缩聚反应；

④将所述高温热解室中热解产生的高温热解蒸汽和热解固体分别排出。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤①中，所述有机垃圾破碎的粒径范围小于50mm。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

⑤将所述高温热解室中热解产生的高温热解油气作为燃气进行燃烧，燃烧产生的热烟气与二热解室内的垃圾物料进行间接换热。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤②中，所述低温热解室内反应温度控制在400~500°C；所述步骤③中，所述高温热解室内反应温度控制在700~800°C，高温热解蒸汽温度控制在600~700°C；所述步骤⑤中，所述热烟气温度大于900°C，其排烟温度控制在大于550°C。

Images