CN112161273A - 一种生活垃圾无害化处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生活垃圾无害化处理装置及方法，装置包括破袋机、无轴滚筒筛、磁选机和撕碎机，撕碎机与热解气化炉的料仓连接，热解气化炉与高温燃烧室连接，高温燃烧室与冷却水箱连接，冷却水箱通过引风机和连接管道与沉降罐连接，连接管道上设置有温差发电装置，沉降罐与烟气排放装置连接；生活垃圾无害化处理装置还包括控制装置，且各处均设置有温度传感器和压力传感器。本发明还包括采用上述装置进行生化垃圾无害化处理的方法。本发明能够实现生活垃圾的“无害化、减量化、资源化”处理，并进行发电利用，最后排放的烟气能够达到排放标准，有效解决了现有垃圾处理方法中环境污染大、资源利用率低和处理成本高等问题。

Description

一种生活垃圾无害化处理装置及方法
技术领域
本发明属于垃圾处理技术领域，具体涉及到一种生活垃圾无害化处理装置及方法。
背景技术
垃圾治理实质是环境治理建设的细胞工程之一，生态文明是工业文明发展到一定阶段的产物，是实现人与自然和谐发展的必然要求。治理垃圾是人类文明进程的一种表现，是生态文明建设的重要内容。历史证明，生态兴则文明兴，生态衰则文明衰。建设生态文明要以资源环境承载能力为基础，以自然规律为准则，以可持续发展、人与自然和谐为目标。垃圾治理是提高资源环境承载能力的重要途径。
目前处理城市生活垃圾应用最多的为垃圾填埋，用垃圾填埋的方式来处理垃圾，不仅占用大量土地，更为重要的是对土壤，大气，水源形成严重的二次污染，一般长达百年以上甚至几百年都无法完全恢复生态环境。而其他的堆肥处理和垃圾焚烧发电中，堆肥对垃圾成分有较高要求，产品肥效低、制造期长，不适应城市生活垃圾的迅速增长，且后续处理量大，运行费及垃圾转运费用高；而垃圾焚烧对垃圾直接焚烧可实现城市生活垃圾的减容化和资源化，主要环境问题是其焚烧产物中的SOX、NOX、HCl、粉尘和残渣中的重金属，造成严重的环境污染，不具备可持续发展的可能性。因此，急需一种生活垃圾的无害处理装置及方法。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种生活垃圾无害化处理装置及方法，处理装置能够实现生活垃圾的“无害化、减量化、资源化”处理，并进行发电利用，最后排放的烟气能够达到排放标准，有效解决了现有垃圾处理方法中环境污染大、资源利用率低和处理成本高等问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种生活垃圾无害化处理装置，包括破袋机、无轴滚筒筛、磁选机和撕碎机，破袋机、无轴滚筒筛、磁选机和撕碎机通过输送带顺次连接，撕碎机通过提升机与热解气化炉的料仓连接，热解气化炉出口端与高温燃烧室连接，高温燃烧室一端设置有燃烧机，高温燃烧室出口端与冷却水箱连接，冷却水箱通过引风机和连接管道与沉降罐连接，连接管道上设置有温差发电装置，沉降罐出口端与烟气排放装置连接，热解气化炉和高温燃烧室底部设置有用于灰渣回收的输送带；生活垃圾无害化处理装置还包括控制装置，且各处均设置有温度传感器和压力传感器，热解气化炉、高温燃烧室、燃烧机、温差发电装置、冷却水箱、沉降罐、烟气排放装置、温度传感器和压力传感器均与控制连接；
高温燃烧室包括沿中轴线对称设置的第一燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、第四燃烧室和第五燃烧室，第一燃烧室、第二燃烧室、第三燃烧室、第四燃烧室和第五燃烧室顺次连接，第一燃烧室、第二燃烧室和第五燃烧室内分别设置有燃烧器一、燃烧器二和燃烧器三，燃烧机与第二燃烧室连接。
进一步，沉降罐包括碱水室和沉降室，碱水室与碱水池连接，碱水室进口端与冷却水箱连接，碱水室和沉降室中间设置有分隔室，分隔室靠近碱水室一侧上部设置有通孔一，分隔室靠近沉降室一侧下部设置有通孔二，沉降室内设置有若干过滤层。
进一步，过滤层为火山石滤层。
进一步，烟气排放装置包括布袋除尘装置和烟气在线检测系统，布袋除尘装置前端设置有活性炭喷淋装置。
进一步，冷却水箱内设置有若干隔板，隔板将冷却水箱分隔为首尾连接的通道。
进一步，控制装置为计算机DCS自动化控制。
破袋机将所有垃圾进行破袋，无轴滚筒筛，分出废电池、砂石、玻璃、大的铁块等重物，磁选机把铁类物质给筛选出来，最后撕碎机撕碎并进入热解气化炉的料仓中。火山石滤层和碱水室能够有效去除酸性气体和粉尘。首尾连接的通道能够增加烟气路径，增加与冷却水的接触时间，冷却效果更好。
装置采用一体化整体设计，设备紧凑、小型化、便于安装和操作，热解气化炉实现垃圾中有机物的充分分解和碳化，高温燃烧室经过多次折流，实现可燃气体的充分燃烧和无害化，整个过程把热解气化和高温燃烧有机的结合起来，实现对有机物的彻底分解，热灼率＜1％；热解气化炉独特设计，实现垃圾“静态”充分气化；燃烧室和烟道的独特设计，实现烟气充分燃烧。热解气化炉内有效的避免了垃圾架空，粘结等常见问题，实现垃圾“静态”充分气化，可燃气体从产气层被引入燃烧室，与垃圾进料通道分隔；装置运行无需添加辅助燃料，且不外加除尘设备，通过烟气温度的控制和热解技术，尾气也可直接达标排放。装置投资省，占地少，运行成本低，可控性强，建设周期短；将高温和低温相结合一体多炉实现全年运行无休，在整个装置实行全封闭运行料仓有负压设施无恶臭排出。
采用上述生活垃圾无害化处理装置的生活垃圾无害化处理方法，包括以下步骤：
(1)将垃圾投入破袋机中破袋，然后依次经无轴滚筒筛筛选、磁选机筛选和撕碎机撕碎，再通过提升机投入热解气化炉的料仓中，在100-250℃温度下预热干燥，在500-600℃温度下热解气化；
(2)将步骤(1)热解气化所得气体通入高温燃烧室中通氧折流燃烧，当在温度低于850℃时打开燃烧机对第二燃烧室进行补热，燃烧后的烟气通入冷却水箱中急冷至200℃以下，温差发电装置利用冷却水箱后续连接管道中的余热发电；
(3)将步骤(2)中急冷后的烟气通入沉降罐中，依次经碱水室、过滤层去除酸性气体和粉尘，最后经活性炭喷淋和布袋除尘处理，达标后排放。
进一步，步骤(2)中，烟气在不低于850℃温度下停留时间2s以上。
进一步，步骤(2)中，第二燃烧室温度不低于850℃。
进一步，步骤(3)中，布袋除尘时，出口端总风量为17000-19000m3/h，烟气进口温度低于200℃。
热解气化工艺流程(图8所示)主要包括：
第一段(氧化层)：氧和碳反应：C+O2＝CO2以及矿物质(灰)；
第二段(还原层)：C+CO2＝2CO，H20+C＝H2+CO，C+2H2＝CH4CO+H20＝CO2+H2；
可燃气体主要由吸热反应产生，而维持吸热反应进行的热量由放热反应提供；
第三段(热解气化层)：产生H2、CO、CH4、C2H4、C2H6等碳氢类可燃气体，在缺氧条件下，温度在500-600℃时，可燃气体浓度即达到最好条件；
第四段(干燥层)：物料干燥，气体进入高温燃烧室可燃气体(H2、CO、CH4)等碳氢类气体：H20+C＝H2+CO，C+O2＝CO2。
高温燃烧室：通氧高温燃烧(850℃-1000℃)：
2H2+O2→点燃→2H2O；
C2H4+3O2→点燃→2CO2+2H2O；
2C2H6+7O2→点燃→4CO2+6H2O；
CH4+2O2→点燃→CO2+2H2O；
CH4+2C12→点燃→C+4HCL；
2CO+O2→点燃→2CO2；
可能产物：粉尘、二噁英、重金属、CO、SO2、NO2、HCL(达标排放)。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明的处理装置能够实现生活垃圾的“无害化、减量化、资源化”处理，并进行发电利用，最后排放的烟气能够达到排放标准，有效解决了现有垃圾处理方法中环境污染大、资源利用率低和处理成本高等问题。
2、在燃烧室中烟气直接进入第一燃烧室，第二燃烧室，第三燃烧室，第四燃烧室和第五燃烧室，然后在冷却水箱中冷却，再进入沉降罐(火山石干吸吸附，去除烟气中的酸性气体和粉尘)，最后经过布袋除尘，去除烟气中的飞灰，且有烟气在线检测系统确保尾气达标安全排放。冷却水箱和沉降罐之间的连接管道上设置有温差发电装置，可以利用连接管道上的余热进行发电，提高资源利用率，在第二燃室设置辅助燃烧机进行补热，在第二燃室温度低于850℃时，燃烧机自动启动，保证第二燃室温度适中保持在850℃以上，从而尽可能减少二噁英的产生。
3、除首次点火需要借助外界能源外，装置运行过程中无需添加辅助燃料。同时，由于本装置热解气化室采用固定床厚料层的热解气化反应方式，不需要搅拌、翻转，且没有鼓风机鼓风，因而产生的飞灰极少；加之燃烧室和烟道的多次折流设计，飞灰在设备内自行沉降，从而使从烟道排除的气体中灰尘极其有限，在不添置除尘设备的条件下，也足以满足烟尘的排放的有关标准。
4、连续不断：生活垃圾连续进入热解气化炉全过程可采用全天24小时，全年365天不间断作业，生产稳定。资源化效果好：生活垃圾采用热解气化工艺处理时，可气化物进入热解气化炉，产生可燃气体；不可气化无机物通过高温灼烧后，具有较高的强度，可制砖、铺路或填埋；资源化利用率最为彻底，可达到99％以上。减量化显著：生活垃圾有机物采用本工艺处理后，可一次性减量99％以上。无害化彻底：原生垃圾经过热解气化处理，即可完成100％杀灭各种有害菌，完全去除臭味。可实现清洁化生产有利于环境保护：在处理工艺流程中所有生产过程均可以形成清洁生产，所有气体，废渣全部达标排放。运行费用低：仅在前期投运时燃用部分木柴，投运后，产生的可燃气体维持设备正常运行，因此运行费用最低。垃圾气化燃气能量的利用，可以节约大量的煤炭、石油、天然气等一次能源，其节约的一次能源当量碳排放，可以在国际市场上进行碳汇交易，获得良好的收益。处理工艺可实现大规模连续生产、且可实现全封闭，不会影响周边环境。其专业化设计的生产设备，可以组成各种规模的生产线，生产线设施全部封闭，并全部采用计算机DCS自动化控制。工艺系统和设备适应能力强；日处理垃圾能力可组合成0.2-400吨的各种规模；热解气化法工艺适用性广。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为燃烧室的示意图；
图3为燃烧器一的示意图；
图4为燃烧器二的示意图；
图5为燃烧器四的示意图；
图6为沉降罐的示意图；
图7为冷却水箱的示意图；
图8为热解气化工艺流程；
其中，1、破袋机；2、无轴滚筒筛；3、磁选机；4、撕碎机；5、热解气化炉；6、高温燃烧室；7、燃烧机；8、温差发电装置；9、冷却水箱；10、沉降罐；11、烟气排放装置；12、第一燃烧室；13、第二燃烧室；14、第三燃烧室；15、第四燃烧室；16、第五燃烧室；17、燃烧器一；18、燃烧器二；19、燃烧器三；20、碱水室；21、通孔一；22、通孔二；23、沉降室；24、过滤层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明的一个实施例中，如图1-8所示，提供了一种生活垃圾无害化处理装置，包括破袋机1、无轴滚筒筛2、磁选机3和撕碎机4，破袋机1、无轴滚筒筛2、磁选机3和撕碎机4通过输送带顺次连接，撕碎机4通过提升机与热解气化炉5的料仓连接，热解气化炉5出口端与高温燃烧室6连接，高温燃烧室6一端设置有燃烧机7，高温燃烧室6出口端与冷却水箱9连接，冷却水箱9通过引风机和连接管道与沉降罐10连接，连接管道上设置有温差发电装置8，沉降罐10出口端与烟气排放装置11连接，热解气化炉5和高温燃烧室6底部设置有用于灰渣回收的输送带；生活垃圾无害化处理装置还包括控制装置，且各处均设置有温度传感器和压力传感器，热解气化炉5、高温燃烧室6、燃烧机7、温差发电装置8、冷却水箱9、沉降罐10、烟气排放装置11、温度传感器和压力传感器均与控制连接；高温燃烧室6包括沿中轴线对称设置的第一燃烧室12、第二燃烧室13、第三燃烧室14、第四燃烧室15和第五燃烧室16，第一燃烧室12、第二燃烧室13、第三燃烧室14、第四燃烧室15和第五燃烧室16顺次连接，第一燃烧室12、第二燃烧室13和第五燃烧室16内分别设置有燃烧器一17、燃烧器二18和燃烧器三19，燃烧机7与第二燃烧室13连接。
沉降罐10包括碱水室20和沉降室23，碱水室20与碱水池连接，碱水室20进口端与冷却水箱9连接，碱水室20和沉降室23中间设置有分隔室，分隔室靠近碱水室20一侧上部设置有通孔一21，分隔室靠近沉降室23一侧下部设置有通孔二22，沉降室23内设置有若干火山石过滤层24。烟气排放装置11包括布袋除尘装置和烟气在线检测系统，布袋除尘装置前端设置有活性炭喷淋装置。控制装置为计算机DCS自动化控制。
破袋机1将所有垃圾进行破袋，无轴滚筒筛2，分出废电池、砂石、玻璃、大的铁块等重物，磁选机3把铁类物质给筛选出来，最后撕碎机4撕碎并进入热解气化炉5的料仓中。热解气化后的高温烟气，在高温燃烧室6中高温燃烧，并多次折流，实现烟气的充分燃烧；进入冷却水箱9冷却后的烟气，由引风机引入沉降箱，经过吸附、酸碱中和、脱硫脱硝后，烟气排入烟道，由烟窗排出；热解气化后的灰渣通过管链输送机输送到指定位置存放。
采用上述生活垃圾无害化处理装置的生活垃圾无害化处理方法，包括以下步骤：
(1)将垃圾投入破袋机1中破袋，然后依次经无轴滚筒筛2筛选、磁选机3筛选和撕碎机4撕碎，再通过提升机投入热解气化炉5的料仓中，在200℃温度下预热干燥，在550℃温度下热解气化；
(2)将步骤(1)热解气化所得气体通入高温燃烧室6中通氧折流燃烧，烟气在不低于850℃温度下停留时间2s以上，当在温度低于850℃时打开燃烧机7对第二燃烧室13进行补热，第二燃烧室13温度不低于850℃，燃烧后的烟气通入冷却水箱9中急冷至200℃以下，温差发电装置8利用冷却水箱9后续连接管道中的余热发电；
(3)将步骤(2)中急冷后的烟气通入沉降罐10中，依次经碱水室20、过滤层24去除酸性气体和粉尘，最后经活性炭喷淋和布袋除尘处理(出口端总风量为18000m3/h，烟气进口温度低于200℃)，达标后排放。
上述处理装置和方法能够实现生活垃圾的“无害化、减量化、资源化”处理，并进行发电利用，最后排放的烟气能够达到排放标准，有效解决了现有垃圾处理方法中环境污染大、资源利用率低和处理成本高等问题。
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种生活垃圾无害化处理装置，其特征在于，包括破袋机(1)、无轴滚筒筛(2)、磁选机(3)和撕碎机(4)，所述破袋机(1)、所述无轴滚筒筛(2)、所述磁选机(3)和所述撕碎机(4)通过输送带顺次连接，所述撕碎机(4)通过提升机与热解气化炉(5)的料仓连接，所述热解气化炉(5)出口端与高温燃烧室(6)连接，所述高温燃烧室(6)一端设置有燃烧机(7)，所述高温燃烧室(6)出口端与冷却水箱(9)连接，所述冷却水箱(9)通过引风机和连接管道与沉降罐(10)连接，所述连接管道上设置有温差发电装置(8)，所述沉降罐(10)出口端与烟气排放装置(11)连接，所述热解气化炉(5)和所述高温燃烧室(6)底部设置有用于灰渣回收的输送带；所述生活垃圾无害化处理装置还包括控制装置，且各处均设置有温度传感器和压力传感器，所述热解气化炉(5)、所述高温燃烧室(6)、所述燃烧机(7)、所述温差发电装置(8)、所述冷却水箱(9)、所述沉降罐(10)、所述烟气排放装置(11)、所述温度传感器和所述压力传感器均与所述控制连接；
所述高温燃烧室(6)包括沿中轴线对称设置的第一燃烧室(12)、第二燃烧室(13)、第三燃烧室(14)、第四燃烧室(15)和第五燃烧室(16)，所述第一燃烧室(12)、所述第二燃烧室(13)、所述第三燃烧室(14)、所述第四燃烧室(15)和所述第五燃烧室(16)顺次连接，所述第一燃烧室(12)、所述第二燃烧室(13)和所述第五燃烧室(16)内分别设置有燃烧器一(17)、燃烧器二(18)和燃烧器三(19)，所述燃烧机(7)与所述第二燃烧室(13)连接。
2.如权利要求1所述的生活垃圾无害化处理装置，其特征在于，所述沉降罐(10)包括碱水室(20)和沉降室(23)，所述碱水室(20)与碱水池连接，所述碱水室(20)进口端与所述冷却水箱(9)连接，所述碱水室(20)和所述沉降室(23)中间设置有分隔室，所述分隔室靠近所述碱水室(20)一侧上部设置有通孔一(21)，所述分隔室靠近所述沉降室(23)一侧下部设置有通孔二(22)，所述沉降室(23)内设置有若干过滤层(24)。
3.如权利要求2所述的生活垃圾无害化处理装置，其特征在于，所述过滤层(24)为火山石滤层。
4.如权利要求1所述的生活垃圾无害化处理装置，其特征在于，所述烟气排放装置(11)包括布袋除尘装置和烟气在线检测系统，所述布袋除尘装置前端设置有活性炭喷淋装置。
5.如权利要求1所述的生活垃圾无害化处理装置，其特征在于，所述冷却水箱(9)内设置有若干隔板，所述隔板将所述冷却水箱(9)分隔为首尾连接的通道。
6.采用权利要求1-5任一项所述的生活垃圾无害化处理装置的生活垃圾无害化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将垃圾投入破袋机中破袋，然后依次经无轴滚筒筛筛选、磁选机筛选和撕碎机撕碎，再通过提升机投入热解气化炉的料仓中，在100-250℃温度下预热干燥，在500-600℃温度下热解气化；
(2)将步骤(1)热解气化所得气体通入高温燃烧室中通氧折流燃烧，当在温度低于850℃时打开燃烧机对第二燃烧室进行补热，燃烧后的烟气通入冷却水箱中急冷至200℃以下，温差发电装置利用冷却水箱后续连接管道中的余热发电；
(3)将步骤(2)中急冷后的烟气通入沉降罐中，依次经碱水室、过滤层去除酸性气体和粉尘，最后经活性炭喷淋和布袋除尘处理，达标后排放。
7.如权利要求6所述的生活垃圾无害化处理方法，其特征在于，步骤(2)中，烟气在不低于850℃温度下停留时间2s以上。
8.如权利要求6所述的生活垃圾无害化处理方法，其特征在于，步骤(2)中，第二燃烧室温度不低于850℃。
9.如权利要求6所述的生活垃圾无害化处理方法，其特征在于，步骤(3)中，布袋除尘时，出口端总风量为17000-19000m3/h，烟气进口温度低于200℃。
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