CN112610959A - 一种用于生活垃圾处理的高温热解系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，属于固废无害化处置领域，其包括垃圾进料单元、垃圾热解单元、热解气燃烧及换热单元、尾气处理单元和灰渣排出单元，垃圾进料单元和垃圾热解单元之间具有密封罩，垃圾热解燃烧一体炉整体呈圆柱状，其高径比为2～4，其内部空腔由隔板分割为热解室和燃烧室，在热解室内有设置有体式布料网格，热解气燃烧及换热单元包括设置在热解室外围的多根以热解室为圆心布置的换热管，尾气处理单元连通炉顶的集气罩，用于对尾气进行处理而防止污染环境，灰渣排出单元连通垃圾热解燃烧一体炉的排渣口，能给灰渣排出提供密封通道。本发明的高温热解系统能够连续稳定进行垃圾热解、控氧燃烧和尾气处理，并且对环境友好，无臭味和废水。

Description

一种用于生活垃圾处理的高温热解系统

技术领域

本发明属于固废无害化处置技术领域，更具体地，涉及一种用于生活垃圾处理的高温热解系统。

背景技术

随着我国新农村建设的加快，村镇人口从相对分散变为相对集中，产生的垃圾如何妥善处置成为当前面临的问题。由于村镇生活垃圾相对点位较分散、收集较困难、运输距离远、因此整体对垃圾的收运覆盖将导致运输成本较高。目前，我国村镇地区缺乏投资成本和运行成本都相对较低、有效处理垃圾的技术和设备。由于生活垃圾的多变性、复杂性，并受到经济发展水平、历史条件、自然条件及居民传统生活习惯、处理费用等因素的影响，垃圾处理很难有统一的模式。

目前，国内外应用最广泛的生活垃圾处理方法主要有卫生填埋、堆肥、焚烧和综合处理等。垃圾填埋浪费大量土地资源，填埋场的渗出液容易污染其周围的土壤和水体。堆肥中的重金属可能对土壤造成污染，且垃圾堆肥产品不被用户所接受导致出路受阻。垃圾焚烧投资大，产生有害气体(CO、HCl、SO₂、NOx等)和某些致癌物，如：二噁英等。

小型生活垃圾热解炉具有建设和运营成本低、区域适应性强和垃圾减容减量显著等优点，适合乡镇区域就地进行生活垃圾处置。但是，传统垃圾热解技术不仅需要提供大量的能量保证热解炉的正常运行，且热解产能的能源也未得到充分利用，造成了一定的资源浪费。

公开号为CN106090930A的专利申请公开了一种垃圾处理系统及方法，该系统包括一套完整的垃圾前处理设施：破碎机、分拣传送带、储料池、抓斗和干燥机，确保垃圾入炉不会发生堵塞并保证炉内垃圾热解完全。此发明一定程度上保证了垃圾的完全热解，但是前处理过程过于繁琐复杂，破碎机和抓斗都需要消耗大量的电能，违背了节能的初衷，且操作起来过于麻烦。

公开号为CN106367118A的专利申请公开了一种有机固废热解气化炉及蒸汽发生系统，热解气化炉包括长筒状的炉体，炉体内壁设置有换热器，产生的热水进入蒸汽锅炉。该装置将热解产生的热量加以利用，回收热水和蒸汽，一定程度上利用了垃圾的热值。但是垃圾热解产生的焦油回收过于复杂和繁琐，且无法保证回收效率。

公开号为CN206817468U的专利申请公开了一种节能的生活垃圾热解炉，在传统热解炉上增加了搅拌装置，垃圾的干燥在炉外已完成，并在炉外安装有太阳能电池板，为搅拌和干燥提供电能。虽然该发明对传统热解炉进行了改进，但太阳能的能量仅能提供搅拌和干燥所需能量，对于热解所需的巨大外部供能没有改进，且热解后的高温气体也未进行回收利用，本质上并未达到节能的效果。

由此可知，现有发明的缺点如下：(1)能耗高，设备运行基本需要外部持续供能，垃圾热解反应为吸热反应，维持热解系统稳定运行需额外消耗大量能量；(2)系统运行连续性差，容易造成二次污染；(3)烟气排放难以稳定达标，且烟气配套系统繁琐，运行成本较高；(4)都有垃圾渗滤液或烟气处理废水产生，处理难度较大，增加投资和运行成本，难以达到环评标准。

因此，需要开发一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，以克服现有技术的以上问题。

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和出料进行密封设计，并对炉体结构进行高径比设置，对热解室进行网格的优化设计，保证了整个垃圾系统能连续稳定的进行工作，并且连续稳定性优于市面的炉体。

为实现上述目的，提供一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，其包括垃圾进料单元、垃圾热解单元、热解气燃烧及换热单元、尾气处理单元和灰渣排出单元，其中，

垃圾进料单元连通垃圾热解单元，垃圾进料单元和垃圾热解单元之间具有密封罩，以形成封闭空间，防止垃圾臭味泄漏，

垃圾热解单元的主体为垃圾热解燃烧一体炉，垃圾热解燃烧一体炉整体呈圆柱状，其高径比为2～4，其内部空腔由隔板分割为热解室和燃烧室，热解室位于炉体的上半段，燃烧室位于炉体的下半段，在热解室内设置有体式布料网格，体式布料网格的整体外形与热解室外形相匹配，体式布料网格用于减缓降落其中的垃圾原料的速度并尽量延长垃圾停留时间，从而保证垃圾原料具有充分时间热解，体式布料网格包括水平网格和垂直网格，水平网格和垂直网格相互连接成整体，垂直网格的孔径从上到下逐渐增大，水平网格具有两层，两层水平网格分别穿插连接在垂直网格中，下层的水平网格孔径大于上层的水平网格孔径，

热解气燃烧及换热单元包括设置在热解室外围的多根以热解室为圆心布置的换热管，换热管连通燃烧室和炉顶的集气罩，换热管整个长度与热解室相当，并紧挨热解室，以能将燃烧室内高温烟气的热量传递给热解室，以促进热解，

尾气处理单元连通炉顶的集气罩，用于接收来自集气罩中的尾气，以对尾气进行处理以免于污染环境，

灰渣排出单元连通垃圾热解燃烧一体炉的排渣口，能给灰渣排出提供密封通道，以防止排渣过程不可控的引入氧气。

进一步的，其高径比为3，体式布料网格中的单元格的最小边的边长为50mm～150mm，优选为80mm～120mm。

进一步的，在垃圾热解燃烧一体炉底部的炉壁上设置有一圈燃烧室供风管组，燃烧室供风管组连通外界供氧，燃烧室供风管组的喷嘴斜对燃烧室气体导流板，在燃烧室供风管组下方设置有残碳导流板，残碳倒流板呈倒锥状，类似伞盖，在伞盖上设置有多个通孔，工作时，燃烧室供风管组喷嘴向燃烧室气体导流板喷射，被反射而被局部分散，从热解室出口射出的可燃性热解气与氧气接触，发生剧烈氧化反应，产生较强气流扰动，被燃烧室气体导流板进一步均匀分散，促使可燃性的热解气进一步均匀燃烧，位于燃烧室供风管组之下的炉体外壁处设有盘管，盘管一端连通外界的主供氧管，盘管另一端连通燃烧室供风管组，在圾热解燃烧一体炉底部出渣口处设置有布气器，布气器和连通布气器的通气管埋在炉体出渣口的炉渣里面，布气器上的喷嘴斜向下，以防止灰渣堵塞喷嘴，连通布气器的通气管同时连通外界的主供氧管。

进一步的，在垃圾热解燃烧一体炉进料口的下方设置有热解气导流板，热解气导流板呈类似漏斗状，在热解气导流板下方设置有等离子体火炬，等离子体火炬具有相对设置的两根，用于在炉体点火时候提供热量，等离子体火炬斜插设置于热解炉顶部，靠近热解气导流板，热解气导流板用于防止热解气从进料口泄漏。

进一步的，垃圾进料单元包括料坑、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，在密封推送器内，垃圾原料被压缩后排除空气，传送带和密封推料器之间设置有密封罩，传送带上也设有密封罩，从而保证垃圾原料进入传送带后处于密封空间，料坑设置在密闭空间内，处于负压条件下。

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，该出料口通过法兰连接燃烧热解一体炉的入口，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，灰渣排出单元连接热解燃烧一体炉的排渣口，灰渣排出单元包括出渣管组件、接料器、螺旋出料器和水封料槽，出渣管组件包括呈筒状的管身，管身一端为连通热解燃烧一体炉的排渣口，管身另一端为出渣口，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，出渣口正下方设置有呈漏斗状接料器，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，在管身内部自上至下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，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，工作时，垃圾原料每3min～5min推送进入燃烧热解一体炉一次，进料垃圾被初步破碎，最大尺寸不大于100mm×200mm。

进一步的，尾气处理单元包括脱酸子单元、除尘子单元、急冷换热单元和排放子单元，其中，急冷换热单元用于将经过换热的高温烟气在设定的时间范围内急速冷却至250℃以下，以方式二噁英生成，脱酸子单元采用半干法或干法脱酸，保证酸性物质的浓度降低至200mg/m³，烟气温度大于120℃，除尘子单元用于将颗粒物浓度降低至30mg/m³，排放子单元用于进一步控制烟气的温度，使之温度大于100℃，从而防止形成液态水。

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：

通过对各部分系统的一体化设计和加工，实现整套系统的密封性，并且，通过控制炉体的高径比和体式布料网格的优化设计，能够实现合理优化的布料，以及合理的形成干燥、热解和燃烧，充分满足了系统对热解反应的无氧或缺氧要求，并能连续稳定进行热解，还实现了垃圾处理设施整洁美观的外部环境。体式布料网格包括水平网格和垂直网格，水平网格和垂直网格相互连接成整体，垂直网格的孔径从上到下逐渐增大，两层水平网格分别穿插连接在垂直网格中，下层的水平网格孔径大于上层的水平网格孔径，这样的设计能够使垃圾物料在炉内停留合理的时间，此外，通过设置高径比，能实现热解气在炉内停留时间及炉内温度的控制，有效避免了二噁英等污染物质的产生及排放。通过设置换热管，基本实现自热式的垃圾热解转化，运行过程中无需外部供能，垃圾热解过程需要的能量由热解气燃烧后提供，同时多余的热量还可以作为余热锅炉的热源。通过控制尾气排放，对整套垃圾高温热解系统的结构参数进行控制，有效避免废水的产生与排放，本发明的垃圾热解系统中无需设置废水处理设施，在保证清洁生产的同时也节省了工程的建设费用及运行成本。

此外，本发明的垃圾高温热解系统对地域条件及垃圾组分变化的适应性较强，通过调节对系统运行参数的控制与调节，使得整套系统可以维持在一稳定范围内，减少人工成本及人员劳动强度。

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是本发明实施例中垃圾热解燃烧一体炉的结构示意图；

图3是本发明实施例中进料单元的结构示意图；

图4是本发明实施例中出料单元的结构示意图。

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)、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。

(2)、系统运行连续性较差，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。

(3)、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。

(4)、尾气、焦油、烟尘的处理和净化问题。

(5)、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。

(6)、由于在热解、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。

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，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。

(6)从热解、燃烧的工艺过程中保证垃圾焚烧的连续、稳定进行，从而保证尾气处理、烟尘处理和焦油回收的稳定可控进行。

从另一个方面，需要提供一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，满足如下条件：(1)完整的垃圾进料、热解反应、余热利用及烟气净化系统，实现垃圾密封条件下自动连续进料，系统连续稳定运行，系统内部反应平衡、高效，残渣及烟气排放指标在连续运行状态下稳定达标排放，不会因非连续式反应引起系统及污染物排放的波动；(2)垃圾热解系统为无氧热解，有效抑制二噁英类污染物的产生，配套国标要求的烟气净化工艺，烟气按现行《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)严格控制排放，且整个系统处理过程无垃圾渗滤液及废水产生，解决了现有市场设备存在的二次污染问题；(3)热解系统自供热式能量利用和烟气系统余热利用，实现垃圾处置的资源化；(4)系统运行稳定，项目设计、投资及运行成本可控。

在以上的设计原则的前提下，本发明提供了一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，是一种针对生活垃圾进行减量化、无害化、资源化处置的高温热解系统。图1给出了本发明实施例中用于生活垃圾处理的高温热解系统组成示意图，由图可知，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3-5min推进一次，进料垃圾需初步破碎。

2)垃圾热解单元：部分垃圾物料在控制条件下燃烧，产生高温烟气为热解反应提供热量。垃圾物料通过送料系统进入热解室，在无氧条件下受热分解，产生的热解气进入燃烧室燃烧，释放出热量，部分热量通过热交换为热解室的垃圾热解供能，换热后的烟气进入后续尾气处理，炉渣通过炉底出渣系统排出。

3)热解气燃烧及换热单元：热解气燃烧后获得的高温烟气通过换热管为热解反应提供热量。

4)余热利用单元：经过热解气燃烧及换热单元的高温烟气降温下降至500℃左右，500℃烟气温度降至200℃以下，要求在2s内完成换热，可以防止二噁英生成。

5)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℃。

6)除尘单元：将颗粒物浓度降低至30mg/m³。

7)排放单元：达标排放，温度大于100℃。

8)灰渣排放单元：灰渣排除单元，对灰渣进行密封排出。

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，垃圾出料单元连接热解反应炉的排渣口，垃圾出料单元包括出料口和水封料槽，出料口伸入水封料槽内，水封料槽内装存有水，以采用液封形式将出料口密封，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，该空间连接有空气抽滤装置，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输料斗，输料斗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d，直接与热解反应炉通过法兰相连通，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，其中，在进料段的管壁上设置有进料斗f，进料斗连接上上料带，以接受上料带上输料斗输送的垃圾原料，在液压推送段e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。

图3是本发明实施例中可连续稳定反应的垃圾热解炉的结构示意图，由图可知，炉体顶端为进料口1，上部为干燥、热解室2，下方为燃烧室3，热解室和控氧燃烧室之间由锥形隔板4分隔，中设一圆孔作为热解室-燃烧室出口5。隔板与炉壁焊接连接，锥形隔板4上设回用换热管组14入口，换热管组竖直方向向上延伸，至炉体顶部环形集气罩15。环形集气罩15一侧设烟气出口7。燃烧室底部呈倒圆锥形，中心为出渣口6。进料口下方设有具有一定角度的圆环导流板8。其类似于漏斗状的圆环，固定在进料口下方，能协助物料按照预期落入干燥、热解室2内。进料口下方外围设环形体式布料网格9。体式布料网格9的整体外形与热解室外形相匹配，体式布料网格用于减缓降落其中的垃圾原料的速度并尽量延长垃圾停留时间，从而保证垃圾原料具有充分时间热解。体式布料网格包括水平网格和垂直网格，水平网格和垂直网格相互连接成整体，垂直网格的孔径从上到下逐渐增大，水平网格具有两层，两层水平网格分别穿插连接在垂直网格中，下层的水平网格孔径大于上层的水平网格孔径，垂直网格的尖端处设置有倒锥形的格网导流板10，格网导流板10用于防止物料直接向下自由下落直接进入燃烧室3。热解室-燃烧室出口5正下方、出渣口6正上方设残炭导流板11，残炭导流板11上具有多个通孔，残碳能从通孔下落，残碳导流板呈锥形，用于协助燃烧室内的残渣和残碳顺畅排除，而不会堵塞出渣口6。燃烧室供风管12环绕燃烧室内壁设置一周，在供风管壁上设有小孔溢出空气，小孔对向残炭导流板11。工作时候，从小孔内出射的空气先射向残碳导流板11，然后被残碳导流板11反射而分散开，变得更加均匀。

在热解室与燃烧室隔板4、热解室-燃烧室出口5外侧设环形燃烧室热解气导流板13。导流板呈环形，水平布置，具有较大半径。燃烧室气导流板13呈水平布置。在进料口1下方斜向下设置一组等离子体火炬16，火炬口略微插入炉体内。在炉子启动工作之初，需要启动等离子体火炬16，让其提供热量，促使最初的热解开始，待炉体的热解、燃烧的工艺过程能稳定运转下去时候，等离子体火炬可以关闭，不参入工作。实际上，等离子体火炬16类似于用火柴点火。本发明的炉体由特种钢构成，处于燃烧室、热解室等高温区域组件采用310s特种钢，炉体外部采用耐火砖保温层17进行保温。

进料口1为上小下大的扩张口，上方压缩后垃圾下降时可以更容易自由掉落。进料口内侧设有的导流板8，炉内产生气体向上流动时通过导流板时向两侧方向气流会回流至炉内，中间气体会接触下落垃圾物料回到炉体内。这样能够防止炉内气态焦油、热解油等上升至进料口温度较低时发生结焦。体式布料网格9侧面网格可以防止较重物料直接高速砸到周边换热管组损害换热管组，大块物料在上部无法穿越格网，在格网内缓慢下落；小块物料可以从侧面直接穿过格网，更快速下落。这样可以实现大块物料下落速度比小块物料小，一来保护炉体免受冲撞，二来大块物料能有更大停留时间，小块物料更快完成热解过程。格网底部导流板10防止物料通过格网直接落入燃烧室。燃烧室残炭导流板11正对通风口12，保证残炭与空气能充分接触，彻底燃烧。倒流挡板13增大热解气到燃烧室出口路程，增大热解气燃烧停留时间。回热换热管组14按照一定环形阵列布置，阵列中心位置为分级格网9，不布设换热管。换热管组靠中心管径更大，管间距也更大，以便靠中心区域热量交换和物料流动更顺畅。换热管采用耐温1100℃、导热性能高的310s特种钢。炉体上方集气罩15为界面为矩形，在炉体内环形置于上方。底部接换热管组，侧面开口接烟气处理系统。

在集气罩15上方、进料口1下方斜向下插等离子体火炬16。每个等离子火炬喷头上同时具有正负两级，正负级之间可以形成高温电弧，在电弧之间喷射高速氮气推动两极间介质，将火炬拉长至距离喷口较远的弧形，从而达到对垃圾物料进行预加热的目的。与普通燃料加热喷头，如乙炔火焰喷射，不同的是，等离子体火炬“火焰”本质为电弧，而不是燃料燃烧形成的火焰，不对炉内喷射可燃气体也不需要氧气等氧化物，喷射介质为惰性的氮气，因此即使长时间运行也不会增加炉体内污染物或可能发生反应的成分，不会影响热解炉的正常运行。

图4是本发明实施例中出料单元的结构示意图，由图可知，垃圾出料单元包括出料管组件、接料器和螺旋出料器，出料管组件包括呈筒状的管身，管身一端为入口18，该入口18连通热解燃烧一体炉的排渣口，管身另一端为出料口23，出料口23正下方设置有呈漏斗状接料器24，接料器出口连接螺旋出料器25，接料器和螺旋出料器均浸渍在水封料槽26内。在管身内部自上至下依次设置有多功能倒流板19、导流板支架20、侧翼物料导流板21、侧翼蒸汽导流板22，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20支撑连接在侧翼物流导流板上。螺旋出料器25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料口，其浸渍在水封料槽水中的端部连接有齿轮传动装置27，齿轮传动装置27连接有外界的电机28。

本发明中，垃圾连续进料单元的推料器通过法兰与垃圾热解燃烧一体炉(垃圾热解燃烧一体炉为垃圾热解单元核心关键部件)顶部相连。垃圾热解燃烧一体炉为竖直放置的长筒状炉体，其高径比为2-4(其中，炉体的高度是指炉体中呈圆柱状部分的高度，炉体的直径是指炉体中呈圆柱状部分的内径)。长筒状炉体主体包含由隔板隔开的热解室及燃烧室，所述热解室位于长筒状炉体中上部，为单腔体，所述燃烧室位于长筒状炉体的中下部，为多腔体，所述燃烧室包含燃烧腔和排气管(排气管也为换热管或者称为回用换热管)。隔板开设有一个热解气出口和多个排气口，排气口连通排气管，排气管连通炉顶的集气罩，集齐罩连通后续环节，进入到后续环节的净化和排出。热解室内垃圾热解产生的热解气通过热解气出口进入燃烧室，燃烧室热解气燃烧产生的烟气通过排气口进入排气管。垃圾热解燃烧一体炉体采用特种钢材料焊接而成，排气管具有多圈，每一圈均包围在热解室外。热解室内径小于控氧燃烧室，位于炉体中心线处，也呈直筒状。从而垃圾热解气燃烧产生的能量能直接供给垃圾热解所需的能量，炉体外部由耐火砖砌成，实现炉体的保温隔热。热解室安装有等离子体火炬，用于为炉体启动提供热量，待炉体启动稳定运行后，等离子体火炬即停止工作。炉体启动后无需额外能量供能，由生活垃圾热解后的热解气所具有的能量完成炉体自供热。炉体排出烟气的多余能量进行余热利用，再经过烟气净化后实现减量无害化排放。热解室内有布料格网，用于延长物料在热解室内的停留时间，保证物料均匀受热从而实现充分热解。热解室顶部设有进料口，通过法兰与连续进料单元相连，通过液压密封给料机实现密闭条件下的连续进料。燃烧室底部设有空气布气管，为热解气在燃烧室内燃烧提供氧气，所述布气管设有流量计用于调节空气进气流量，所述进气管与送风机相连。燃烧室外部设置有观察口，观察口的水平位置与热解气出口水平位置等高，用于观察热解室热解气出气状况及燃烧室热解气燃烧状况。燃烧室设置有气体导流板，用于保证热解气在燃烧室内均匀分布。燃烧室下部设有排渣口，所述排渣口安装有无轴螺旋输渣机，采用主动排渣的形式，将灰渣排出。垃圾热解燃烧一体炉设置有多个监测口，监测口装有热电偶，用于可监测炉内反应温度及压力。

热解气燃烧及换热单元包括换热管，余热利用单元包括热交换器和急冷塔，换热管用于把热解气燃烧获得的热量传递给热解室，热交换器进气口与垃圾热解燃烧一体炉出气口相接，用于将经过换热的热解气燃烧产物的余热进行交换，交换获得的热量用于生活或者锅炉供热，热交换器出气口与急冷塔进气口相接，经过急冷后的烟气进入后续的烟气净化工艺环节。除尘单元与急冷塔的烟气出气口相连接，除尘单元的出气口与脱酸单元的进气口相连接，经过净化的烟气通过烟气排放单元达标排放。

本发明中，热解炉炉身整体为柱状，通过控制高径比和对体式布料网格进行设计，使之并不容易发生局部坍塌，根据温度变化在高度上分为干燥层、热解反应层。在这个过程中垃圾物通过热解反应转化成气相(包括水、热解气、焦油及其他惰性成分)和固相(热解产生的残碳和不发生反应的无机分)两部分。在热解反应层下方从炉壁向内以一定角度收缩，形成向下的锥形漏斗的隔层，隔层中间设有一定尺寸的圆孔，热解产生的气相部分由于气压差从圆孔上部吹进下部，固相部分由于重力从圆孔掉入下部腔室。隔层下方具有一定高度的炉腔部分为燃烧室，在燃烧室内会通入含有氧气的空气和燃烧剂、助燃剂(在设备启动时使用)，热解反应产生的气相中的可燃分和固相中的残碳在燃烧室内充分燃烧，彻底反应，最终分别转化为烟气和炉渣。炉渣从燃烧室下方的出料口排除热解炉，烟气通过按一定方式布设在隔层上的换热管组入口向上进入竖向布置的换热管组，最终进入位于炉体干燥层上方的集气罩，集中排出热解炉。在进料口下方、集气罩上方的区域，布设有垃圾预热装置，预热装置仅在设备启动及热量不够时启用。

本发明还包括除尘子单元、脱酸子单元、急冷子单元和排放子单元，热交换器进气口与垃圾热解燃烧一体炉出气口相接，热交换器出气口与急冷塔进气口相接，经过急冷后的烟气进入烟气净化子单元。烟气净化子单元的除尘子单元与急冷塔的烟气出气口相连接，除尘子单元的出气口与脱酸子单元的进气口相连接，经过净化的烟气通过烟气排放装置达标排放。

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，破碎后垃圾最大横截面积的尺寸为100mm×200mm。

本发明中，炉体的高径比、网格结构是细节设计、从进料口和出料口处进行双重密封设计，综合作用，能实现连续稳定的热解和控氧燃烧，还能防止氧气进入，在密封推料器内，排除了空气，出料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。本发明中，进料和出料均是连续稳定连续的，热解和控氧燃烧也是稳定的。

本发明中，高温热解系统的高温是相对低温热处理炉而言，高温是指700℃或者750℃以上。低温通常是指700℃或者750℃以下。

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 (9)

1.一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，其特征在于，其包括垃圾进料单元、垃圾热解单元、热解气燃烧及换热单元、尾气处理单元和灰渣排出单元，其中，

垃圾进料单元连通垃圾热解单元，垃圾进料单元和垃圾热解单元之间具有密封罩，以形成封闭空间，防止垃圾臭味泄漏，

垃圾热解单元的主体为垃圾热解燃烧一体炉，垃圾热解燃烧一体炉整体呈圆柱状，其高径比为2～4，其内部空腔由隔板分割为热解室和燃烧室，热解室位于炉体的上半段，燃烧室位于炉体的下半段，在热解室内设置有体式布料网格，体式布料网格的整体外形与热解室外形相匹配，体式布料网格用于减缓降落其中的垃圾原料的速度并尽量延长垃圾停留时间，从而保证垃圾原料具有充分时间热解，体式布料网格包括水平网格和垂直网格，水平网格和垂直网格相互连接成整体，垂直网格的孔径从上到下逐渐增大，水平网格具有两层，两层水平网格分别穿插连接在垂直网格中，下层的水平网格孔径大于上层的水平网格孔径，

热解气燃烧及换热单元包括设置在热解室外围的多根以热解室为圆心布置的换热管，换热管连通燃烧室和炉顶的集气罩，换热管整个长度与热解室相当，并紧挨热解室，以能将燃烧室内高温烟气的热量传递给热解室，以促进热解，

尾气处理单元连通炉顶的集气罩，用于接收来自集气罩中的尾气，以对尾气进行处理以免于污染环境，

灰渣排出单元连通垃圾热解燃烧一体炉的排渣口，能给灰渣排出提供密封通道，以防止排渣过程不可控的引入氧气。

2.如权利要求1所述的一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，其特征在于，其高径比为3，体式布料网格中的单元格的最小边的边长为50mm～150mm，优选为80mm～120mm。

3.如权利要求2所述的一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，其特征在于，在垃圾热解燃烧一体炉底部的炉壁上设置有一圈燃烧室供风管组，燃烧室供风管组连通外界供氧，燃烧室供风管组的喷嘴斜对燃烧室气体导流板，在燃烧室供风管组下方设置有残碳导流板，残碳倒流板呈倒锥状，类似伞盖，在伞盖上设置有多个通孔，工作时，燃烧室供风管组喷嘴向燃烧室气体导流板喷射，被反射而被局部分散，从热解室出口射出的可燃性热解气与氧气接触，发生剧烈氧化反应，产生较强气流扰动，被燃烧室气体导流板进一步均匀分散，促使可燃性的热解气进一步均匀燃烧，位于燃烧室供风管组之下的炉体外壁处设有盘管，盘管一端连通外界的主供氧管，盘管另一端连通燃烧室供风管组，在圾热解燃烧一体炉底部出渣口处设置有布气器，布气器和连通布气器的通气管埋在炉体出渣口的炉渣里面，布气器上的喷嘴斜向下，以防止灰渣堵塞喷嘴，连通布气器的通气管同时连通外界的主供氧管。

4.如权利要求3所述的一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，其特征在于，在垃圾热解燃烧一体炉进料口的下方设置有热解气导流板，热解气导流板呈类似漏斗状，在热解气导流板下方设置有等离子体火炬，等离子体火炬具有相对设置的两根，用于在炉体点火时候提供热量，等离子体火炬斜插设置于垃圾热解燃烧一体炉顶部，靠近热解气导流板，热解气导流板用于防止热解气从进料口泄漏。

5.如权利要求4所述的一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，其特征在于，垃圾进料单元包括料坑、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，在密封推送器内，垃圾原料被压缩后排除空气，传送带和密封推料器之间设置有密封罩，传送带上也设有密封罩，从而保证垃圾原料进入传送带后处于密封空间，料坑设置在密闭空间内，处于负压条件下。

6.如权利要求5所述的一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，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，该出料口通过法兰连接燃烧热解一体炉的入口，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。

7.如权利要求6所述的一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，其特征在于，灰渣排出单元连接热解燃烧一体炉的排渣口，灰渣排出单元包括出渣管组件、接料器、螺旋出料器和水封料槽，出渣管组件包括呈筒状的管身，管身一端为连通热解燃烧一体炉的排渣口，管身另一端为出渣口，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，出渣口正下方设置有呈漏斗状接料器，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，在管身内部自上至下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，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7所述的一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，其特征在于，工作时，垃圾原料每3min～5min推送进入燃烧热解一体炉一次，进料垃圾被初步破碎，最大尺寸不大于100mm×200mm。

9.如权利要求8所述的一种用于生活垃圾处理的高温热解系统，其特征在于，尾气处理单元包括脱酸子单元、除尘子单元、急冷换热单元和排放子单元，其中，急冷换热单元用于将经过换热的高温烟气在设定的时间范围内急速冷却至250℃以下，以抑制二噁英再生，脱酸子单元采用半干法或干法脱酸，保证酸性物质的浓度降低至200mg/m³，并控制烟气温度大于120℃，除尘子单元用于将颗粒物浓度降低至30mg/m³，排放子单元用于进一步控制烟气的温度，使之温度大于100℃，从而防止形成液态水。

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