CN112555842A - 一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统 - Google Patents

一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统,属于固废无害化处置技术领域,包括垃圾进料单元、热解反应炉和灰渣排出单元,垃圾进料单元包括料坑、耙机、传送带和密封推料器,推料器连接热解反应炉的入口,推料器中设置有管道结构,传送带和密封推料器之间设计为密封,传送带也设计为密封,料坑处设置为负压,在密封推送器内,垃圾原料被压缩后排除空气,热解反应炉用于将垃圾原料进行热解和控氧燃烧,灰渣排出单元连接热解反应炉的出口,灰渣排出单元包括出渣口和水封料槽,出渣口伸入水封料槽内,水封料槽内装存有水,以采用液封形式将出渣口密封,防止空气进入。本发明实现了垃圾热解炉连续稳定地排渣和进料。

Description

一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统
技术领域
本发明属于固废无害化处置技术领域,更具体地,涉及一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统。
背景技术
常规生活垃圾处理方式包括卫生填埋、堆肥、焚烧。卫生填埋技术历史悠久,工艺成熟,但占地面积大,垃圾彻底处理时间久,会造成大量土地资源消耗,同时还存在垃圾渗滤液泄漏污染土壤与水体等问题。生活垃圾堆肥能将垃圾资源化利用,转化为肥料,但对垃圾原料要求较高,同时产出肥料肥效不高,应用范围受限等行业限制。垃圾焚烧能够将生活垃圾最大化减量处理,转化为二氧化碳、水、无机灰渣等无污染成分,但同时也易产生硫化物、氮氧化物、二噁英等污染物和有毒物质。
垃圾热解处理技术是可以替代垃圾焚烧技术,实现垃圾大幅无害减量的热处理方式,在无氧环境下,热解反应将生活垃圾转化为氢气、一氧化碳、低分子有机物等组成的热解气(油)和残炭,热解气(油)、残炭进一步控氧燃烧,彻底氧化为二氧化碳和水。热解反应避免了含氯的高分子有机物直接不完全控氧燃烧,能有效减少二噁英等有毒气体的产生。但是,热解反应为吸热反应,且要求无氧或限氧环境,大部分热解设备无法同时做到完全密闭、无氧/限氧环境和足够热量供应,导致热解处理效果不理想。
因此,需要开发一种新型的连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统,解决目前热解设备无法同时做到完全密封、无氧或者限氧以及提供足够热量的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于,通过对热解系统进料处和出渣处进行密封设计,提供一种完全密封、无氧或者限氧的连续稳定的垃圾热解系统。旨在解决现有技术中垃圾热解由于无法完全密封而提供不了符合要求的无氧或者限氧环境,并且做不到连续稳定热解的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统,其包括垃圾进料单元、热解反应炉和灰渣排出单元,其中,
垃圾进料单元用于稳定连续向热解反应炉输送垃圾原料,以为垃圾反应炉稳定热解创造条件,其包括料坑、耙机、传送带和密封推料器,料坑用于暂时存放待处理的垃圾原料,耙机设置在料坑附近,用于将垃圾原料转运至传送带,传送带连接在料坑和密封推料器之间,用于将料坑中的垃圾原料传输到推料器中,推料器连接热解反应炉的入口,推料器中设置有管道结构,用于将垃圾原料压实并推送至热解反应炉入口,传送带和密封推料器之间设计为密封,传送带也设计为密封,从而保证垃圾原料进入传送带后处于密封空间,
料坑处设置为负压,在密封推送器内,垃圾原料被压缩后排除空气,
热解反应炉用于将垃圾原料进行热解和控氧燃烧,热解反应炉从垃圾进料单元稳定连续获得垃圾原料,并稳定连续进行热解和控氧燃烧,
灰渣排出单元连接热解反应炉的出口,灰渣排出单元包括出渣口和水封料槽,出渣口伸入水封料槽内,水封料槽内装存有水,以采用液封形式将出渣口密封,防止空气进入。
进一步的,热解反应炉分为两个功能区,炉体中部及炉顶一共占炉体二分之一体积的区域为无氧热解区,靠近炉底且占炉体四分之一体积的功能区为控氧燃烧区,在热解反应炉中属于无氧热解区的炉体上设置有排气口,该排气口连通热解气处理单元,用于对热解气、控氧燃烧生成的气体进行综合利用和净化处理,热解气处理单元处于负压密封的工作环境内,以防止气体外泄。
进一步的,料坑和耙机位于密封空间内,该空间连接有负压抽风装置,在有垃圾进入料坑后启动负压抽风,防止垃圾臭气污染周边环境,抽取的气体通过管道送入热解炉底部控氧燃烧功能区,作为氧化所需氧气的来源,
传送带上设置有密封罩,以获得密封环境,传送带上设置有多个等间距的鳞板,鳞板固定在传送带上以能随传送带运动,进而在工作时能连续稳定的给热解反应炉输料。
进一步的,密封推料器整体呈弯管装,包括直管段和弯管段,弯管段设置在直管段的一端,用作出料口,直接与热解反应炉相连通,直管段与弯管段连接为整体,直管段从与弯管段相连的一端依次划分为密封段、压缩段、进料段和液压推送段,其中,在进料段的管壁上设置有进料斗,进料斗连接传送带,以接受传送带上鳞板输送的垃圾原料,在液压推送段设置有液压推送杆,以将进入直管段的垃圾原料挤压推送至压缩段,压缩段管径逐渐缩小,密封段管径等于压缩段最小管径处管径,弯管段的管径逐渐增大,以方便垃圾原料下落,在密封段和出料口之间设置有挡板,挡板用于在密封推料器中垃圾原料不足时挡住垃圾原料,以被液压推送杆压实。
进一步的,灰渣排出单元包括出渣管组件、接料器和螺旋出料器,出渣管组件包括成圆管状的出渣口,出渣口正下方设置有呈漏斗状接料器,出渣口上方连通热解反应炉的出渣口,接料器出口连接螺旋出料器,接料器和螺旋出料器均浸渍在水封料槽内。
进一步的,出渣管组件包括呈筒状的管身,管身一端设置连通热解反应炉的受料口,管身另一端为出渣口,在管身内部自接料口至出渣口依次设置有多功能倒流板、导流板支架、侧翼物料导流板、侧翼蒸汽导流板,侧翼蒸汽导流板与侧翼物流导流板相连成沙漏状,多功能倒流板如同伞盖状,被导流板支架支撑连接在侧翼物流导流板上。
进一步的,螺旋出料器呈管状,斜插设置在水封料槽内,其伸出水封料槽的端部设置有出渣口,其浸渍在水封料槽水中的端部连接有齿轮传动装置,齿轮传动装置连接有外界的电机。
进一步的,垃圾原料每3min~5min推送进入高温热解炉一次,进料垃圾被初步破碎,垃圾颗粒最大横截面尺寸不大于100mm×200mm。
通过本发明所构思的以上技术方案,与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
本发明中,从进料口和出渣口处进行双重密封设计,防止氧气进入,进一步的,在密封推料器内,垃圾被进一步压缩,排除了空气,最大程度上控制了氧气输入到热解反应炉内,出渣单元设置了液压水封,防止了空气不可控的进入控氧氧化环节。而且,料坑处设置为负压、传送带和密封推料器之间设计为密封、传送带也设计为密封、这最大程度防止了垃圾恶臭气味弥散在空中,大大改善了工作环境。
附图说明
图1是本发明实施例中连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统的组成结构示意图;
图2是本发明实施例中进料单元的结构示意图;
图3是本发明实施例中出渣单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
目前的热解系统主要存在如下具体的问题:
(1)、当因物料或操作等原因导致热量回用效果降低时,需要较大能量或物料输入保证热解反应获取足够温度,才能保证反应完全。
(2)、由于在热解、控氧燃烧、烟气处理过程中存在大量水蒸气,过程吸收的热量较高,导致热解过程需要更多能量,同时要求在烟气处理过程中保证温度高于100℃,防止气态水大量凝结为液态水,影响系统运行。
(3)、现有垃圾热解设备多为分批式开放式进料,既无法保证系统进料的连续性,也无法保证进料时密封隔绝空气,防止炉体进入空气,因而无法保证热解系统运行的连续性和稳定性,也容易导致热解系统内部氧气含量超标引起控氧燃烧;现有热解系统为保证进料时热解炉内气体不外溢污染环境,炉内多为负压,因而在开放式进料的过程中易引入过多外部空气,导致炉内氧气含量超标。
(4)、由于系统运行的不连续,导致系统产物成分波动较大,因而对后续尾气处理系统的正常运行产生较大影响,会导致烟气处理无法连续稳定达标,也增大烟气处理的难度及运行成本。
(5)、进料及热解反应的不连续性会导致热解反应产物的波动较大,对于本身依靠热解产物供能的热解系统会导致能量无法平衡,从而又会影响热解产物能量回用的利用效率,进而又增加了热解系统反应的不平衡及不稳定性。
针对以上的现有问题,需要针对现有热解系统,需要进行如下改进:
(1)执行密封连续进料,实现整个系统反应的连续性,同时从进料端控制空气进入热解系统内部;
(2)热解系统内部限氧热解,将热解系统内部设计成正压系统,控氧燃烧氧化段为控氧段,防止过量空气进入热解段,影响热解反应正常运行;
(3)热解炉排渣系统为密封连续出渣系统,保证残渣排出的连续性,为炉体的稳定运行提供保障,同时密封出渣防止外部空气通过排渣系统进入热解炉内;
(4)连续进料的进料方式保证系统反应的连续性,从而保证热解产物的稳定性,使热解产物能够连续稳定为热解炉提供能量,同时保证烟气产物的成分稳定,保证烟气净化系统的稳定工作及烟气稳定达标排放;
(5)系统的各部分密封性保证整个系统内部无多余过量空气进入,保证热解反应在限氧状态下进行,保证系统反应的稳定性,保证对污染物的控制水平。
在以上的设计原则的前提下,本发明比如提供了一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统,该垃圾处理系统主要包括如下单元或者模块:
1)垃圾进料单元:为保证连续进料,储料单元大小为最小运输间隔量,如每日转运一次,储料单元最小容量为一日储量。垃圾物料与储料产生的渗滤液一并进入热解单元;臭气在负压条件下进入。物料每1.5min推进一次,进料垃圾需初步破碎,最大尺寸不大于150mm。
2)垃圾热解单元:部分垃圾物料在控制条件下控氧燃烧,产生高温烟气为热解反应提供热量。产生的热解气和控氧燃烧后的炉渣排出。
3)油气分离单元:热解单元中产生的烟气、热解气、焦油在油气分离单元分离。烟气和热解气(主要包括部分控制控氧燃烧产生的二氧化碳、水,物料中存在的水分,热解产生的H2、甲烷等可燃分)通过分离单元进入烟气处理系统,温度约100℃,产生的焦油回到热解单元反应。
4)高温氧化单元:热解气中的可燃成分在通入空气的条件,提供热量的条件下彻底反应,转化为850℃左右高温烟气。停留时间控制>2s。
5)余热利用单元:高温烟气降温,共分两段。第一阶段为气-气换热,高温烟气和从油气分离后的混合热解气进行换热,烟气温度下降至500℃左右,混合热解气温度预热至500℃左右;第二阶段为气-水换热,500℃烟气温度降至200℃以下,要求在2s内完成换热。
6)脱酸单元:采用半干法(或干法)脱酸,浓度降低至200mg/m3,保持烟气温度大于120℃。
7)除尘单元:将颗粒物浓度降低至30mg/m3
8)排放单元:达标排放,温度大于100℃。
下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明方法。
图1是本发明实施例中连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统的组成结构示意图,由图可知,其包括垃圾进料单元、热解反应炉和灰渣排出单元,料坑中垃圾原料通过传送带送往密封推料器,以密封进料的方式进入热解反应炉,开始进行无氧热解,然后进行控氧燃烧,最后经过密封连续出渣,控氧燃烧或者控氧氧化过程需要通入空气,热解反应炉内连通尾气净化系统或者称为尾气净化单元,该尾气净化系统或者尾气净化单元为负压密封,进行尾气的净化和排放。热解反应炉用于将垃圾原料进行热解和控氧燃烧,热解反应炉从垃圾进料单元稳定连续获得垃圾原料,并稳定连续进行热解和控氧燃烧。具体的,热解反应炉分为两个功能区,靠近炉顶的功能区为无氧热解区,靠近炉底的功能区为控氧燃烧区,在热解反应炉中属于无氧热解区的炉壁上设置有排气口,该排气口连接尾气净化单元,用于对热解气、控氧燃烧生成的气体的进行净化处理,以达到排放标准,尾气净化单元处于负压密封的工作环境内,以防止有害气体泄漏。
图2是本发明实施例中进料单元的结构示意图,由图可知,垃圾进料单元用于稳定连续向热解反应炉输送垃圾原料,以为垃圾反应炉稳定热解创造条件,其包括料坑、耙机、传送带和密封推料器,料坑用于暂时存放待处理的垃圾原料,耙机设置在料坑附近,用于将垃圾原料转运至传送带,传送带连接在料坑和密封推料器之间,用于将料坑中的垃圾原料传输到推料器中,推料器连接热解反应炉的入口,推料器中设置有管道结构,用于将垃圾原料压实并推送至热解反应炉入口,传送带和密封推料器之间设计为密封,传送带也设计为密封,从而保证垃圾原料进入传送带后处于密封空间,料坑处设置为负压,在密封推送器内,垃圾原料被压缩后排除空气,灰渣排出单元连接热解反应炉的出口,灰渣排出单元包括出渣口和水封料槽,出渣口伸入水封料槽内,水封料槽内装存有水,以采用液封形式将出渣口密封,防止空气进入。
在本发明的一个实施例中,料坑和耙机位于密封空间内,该空间连接有负压抽风装置,以使该空间获得负压,料坑底部设置有第一预设角度的倾斜面,以便于收集渗滤液。料坑底部设置有渗滤液收集槽和收集管道,以将垃圾中的渗滤液与垃圾分离,并收集渗滤液。传送带上设置有密封罩,以获得密封环境,传送带上设置有多个等间距的鳞板,鳞板固定在传送带上以能随传送带运动,进而在工作时能连续稳定的给热解反应炉输料。密封推料器整体呈弯管状,包括直管段和弯管段,弯管段设置在直管段的一端,用作出料口d,直接与热解反应炉相连通,直管段与弯管段连接为整体,直管段从与弯管段相连的一端依次划分为密封段c、压缩段b、进料段a和液压推送段e,其中,在进料段的管壁上设置有进料斗f,进料斗f连接上传送带,以接受传送带上鳞板输送的垃圾原料,在液压推送段设置有液压推送杆,以将进入直管段的垃圾原料挤压推送至压缩段,压缩段管径逐渐缩小,密封段管径等于压缩段最小管径处管径。弯管段的管径逐渐增大,以方便垃圾原料下落,在密封段和出料口之间设置有挡板,挡板用于在密封推料器中垃圾原料不足时挡住垃圾原料,以被液压推送杆压实。
在本方发明的又一个实施例中,料坑底部倾斜30°,耙料机安装在料坑,耙料机的工作原理为:横向上,耙料机在耙料机导轨上来回运动,纵向上,耙料机利用电机提供的动力可以耙料机底轴为旋转轴向上旋转15°左右,然后利用自身重力作用下落。垃圾进料斗位于料坑一端下方,传送带与水平地面之间倾角度数为α,传送带与进料筒相连,送带上设置有密封罩及渗滤液倒排管,进料筒采用液压密封推送,液压密封推送装置后端设置有液缸,进料筒与炉体相接处为喇叭管,保证垃圾进炉内较为松散,同时避免因炉内高温造成垃圾融化粘连在进料口,导致进料口堵塞。进料口为漏斗状形状。
图3是本发明实施例中出渣单元的结构示意图,由图可知,灰渣排出单元包括出渣管组件、接料器7和螺旋出料器8,出渣管组件包括成圆管状的出渣口6,出渣口正下方设置有呈漏斗状接料器7,接料器出口连接螺旋出料器8,接料器7和螺旋出料器8均浸渍在水封料槽9内。出渣管组件包括呈筒状的管身,管身一端连通热解反应炉的受料口,管身另一端为出渣口6,在管身内部自接料口1至出渣口依次设置有多功能倒流板2、导流板支架3、侧翼物料导流板4、侧翼蒸汽导流板5,侧翼蒸汽导流板5与侧翼物流导流板4相连成沙漏状,多功能倒流板2如同伞盖状,被导流板支架支撑连接在侧翼物流导流板上。螺旋出料器呈管状,斜插设置在水封料槽内,其伸出水封料槽的端部设置有出渣口,其浸渍在水封料槽水中的端部连接有齿轮传动装置10,齿轮传动装置连接有外界的电机11。
工作时,垃圾原料每3min~5min推送进入高温热解炉一次,进料垃圾被初步破碎,垃圾颗粒最大横截面尺寸不大于100mm×200mm。
本发明中,从进料口和出渣口处进行双重密封设计,防止氧气进入,在密封推料器内,排除了空气,出渣单元设置了液压水封,料坑处设置为负压,传送带和密封推料器之间设计为密封,传送带也设计为密封,这最大程度防止了垃圾恶臭气味弥散在空中,更重要的是全流程做到了无氧式垃圾处理。进料口采用鳞板设置在传送带上,鳞板具有多个并且相隔间距,能进行稳定供料,热解炉进行稳定热解,水封料槽容量较大,水封料槽和螺旋出料器相配合,螺旋出料器受齿轮传动,内部的中型螺杆将被水封料槽内的水冷却后的渣料传输带动后送出至外界。本发明中,进料和出渣均是连续稳定的。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统,其特征在于,其包括垃圾进料单元、热解反应炉和灰渣排出单元,其中,
垃圾进料单元用于稳定连续向热解反应炉输送垃圾原料,以为垃圾反应炉稳定热解创造条件,其包括料坑、耙机、传送带和密封推料器,料坑用于暂时存放待处理的垃圾原料,耙机设置在料坑附近,用于将垃圾原料转运至传送带,传送带连接在料坑和密封推料器之间,用于将料坑中的垃圾原料传输到推料器中,推料器连接热解反应炉的入口,推料器中设置有管道结构,用于将垃圾原料压实并推送至热解反应炉入口,传送带和密封推料器之间设计为密封,传送带也设计为密封,从而保证垃圾原料进入传送带后处于密封空间,
料坑处设置为负压,在密封推送器内,垃圾原料被压缩后排除空气,
热解反应炉用于将垃圾原料进行热解和控氧燃烧,热解反应炉从垃圾进料单元稳定连续获得垃圾原料,并稳定连续进行热解和控氧燃烧,
灰渣排出单元连接热解反应炉的出口,灰渣排出单元包括出渣口和水封料槽,出渣口伸入水封料槽内,水封料槽内装存有水,以采用液封形式将出渣口密封,防止空气进入。
2.如权利要求1所述的一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统,其特征在于,热解反应炉分为两个功能区,炉体中部及炉顶一共占炉体二分之一体积的区域为无氧热解区,靠近炉底且占炉体四分之一体积的功能区为控氧燃烧区,
在热解反应炉中属于无氧热解区的炉体上设置有排气口,该排气口连通热解气处理单元,用于对热解气、控氧燃烧生成的气体进行综合利用和净化处理,热解气处理单元处于负压密封的工作环境内,以防止气体外泄。
3.如权利要求2所述的一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统,其特征在于,料坑和耙机位于密封空间内,该空间连接有负压抽风装置,在有垃圾进入料坑后启动负压抽风,防止垃圾臭气污染周边环境,抽取的气体通过管道作为氧元供给热解气彻底燃烧,
传送带上设置有密封罩,以获得密封环境,传送带上设置有多个等间距的鳞板,鳞板固定在传送带上以能随传送带运动,进而在工作时能连续稳定的给热解反应炉输料。
4.如权利要求3所述的一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统,其特征在于,密封推料器整体呈弯管装,包括直管段和弯管段,弯管段设置在直管段的一端,用作出料口,直接与热解反应炉相连通,直管段与弯管段连接为整体,直管段从与弯管段相连的一端依次划分为密封段、压缩段、进料段和液压推送段,其中,在进料段的管壁上设置有进料斗,进料斗连接传送带,以接受传送带上鳞板输送的垃圾原料,在液压推送段设置有液压推送杆,以将进入直管段的垃圾原料挤压推送至压缩段,压缩段管径逐渐缩小,密封段管径等于压缩段最小管径处管径,弯管段的管径逐渐增大,以方便垃圾原料下落,在密封段和出料口之间设置有挡板,挡板用于在密封推料器中垃圾原料不足时挡住垃圾原料,以被液压推送杆压实。
5.如权利要求4所述的一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统,其特征在于,灰渣排出单元包括出渣管组件、接料器和螺旋出料器,出渣管组件包括成圆管状的出渣口,出渣口正下方设置有呈漏斗状接料器,出渣口上方连通热解反应炉的出渣口,接料器出口连接螺旋出料器,接料器和螺旋出料器均浸渍在水封料槽内。
6.如权利要求5所述的一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统,其特征在于,出渣管组件包括呈筒状的管身,管身一端设置连通热解反应炉的受料口,管身另一端为出渣口,在管身内部自接料口至出渣口依次设置有多功能倒流板、导流板支架、侧翼物料导流板、侧翼蒸汽导流板,侧翼蒸汽导流板与侧翼物流导流板相连成沙漏状,多功能倒流板如同伞盖状,被导流板支架支撑连接在侧翼物流导流板上。
7.如权利要求6所述的一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统,其特征在于,螺旋出料器呈管状,斜插设置在水封料槽内,其伸出水封料槽的端部设置有出渣口,其浸渍在水封料槽水中的端部连接有齿轮传动装置,齿轮传动装置连接有外界的电机。
8.如权利要求6所述的一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统,其特征在于,垃圾原料每3min~5min推送进入热解炉一次,进料垃圾被初步破碎,垃圾颗粒最大横截面尺寸不大于100mm×200mm。
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