CN112628745B - 一种用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统，属于固废无害化处置技术领域，包括垃圾进料单元、垃圾热解单元、油气分离单元、高温氧化单元、余热利用单元、尾气处理单元和灰渣排出单元，垃圾进料单元连通垃圾热解单元，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或矩形体状，其炉体内腔的高度与横截面积之比为1～2，油气分离单元连通垃圾热解单元，高温氧化单元连通油气分离单元，余热利用单元连通高温氧化单元，尾气处理单元连通余热利用单元，灰渣排出单元连通垃圾热解燃烧一体炉的排渣口。本发明热解系统具有完全密封、无氧或者限氧、无臭、布料合理、功能区自动自发合理分区特点。

Description

一种用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统

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梯度变温热解系统。

背景技术

生活垃圾处置不当容易造成严重的环境污染问题。传统的生活垃圾处理方式包括焚烧处理和填埋处理，焚烧处理会产生大量的有害气体和扬尘颗粒物，存在较大的空气污染；填埋处理则存在场地不足、填埋场污染严重、垃圾渗滤液处理困难等问题。垃圾热解是一种在无氧或缺氧环境下加热分解废弃物，使其分解转化为无害产物的技术，是处理垃圾的有效方法。但是，现有垃圾热解技术的设备吞吐量较大，投资及运行成本均较高，不适于小规模使用。小型生活垃圾热解炉具有运输成本低、适应性强和垃圾减容减量效果显著等优点，适合村镇规模的生活垃圾处理。

CN106090930A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。

CN206582853U公开了一种小型生活垃圾热解炉，该热解炉的内部由上至下分成相连通的烘干层、热解层、燃烧层和燃尽层；烘干层顶部设置生活垃圾进料口，烘干层和/或热解层设置热解气收集回炉系统，通过热解气收集回炉系统将可燃热解气收集后输送至燃尽层和/或燃烧层，燃烧层上部设置燃尽废气收集装置，通过燃尽废气收集装置将废气排放出去；燃尽层内设置有炉排及布气系统，燃尽层的下方设置排渣系统。虽然该实用新型对热解气进行了回收利用，产生的热解气通过收集回炉系统返回至炉内燃烧，无需添加辅助燃料，其燃烧产生的热量为热解层和烘干层提供所需的能量，但高温燃烧尾气直接排放，其热能未被完全利用，并没有最大限度地实现节能降耗。

CN106367118A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。

CN206817468U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能量没有改进，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，现有技术存在以上不足：(1)小规模垃圾热解处理设备工艺设计及运行存在问题，导致后续烟气处理工艺复杂，容易产生废水，因而烟气处理设备投资及运行成本较高；(2)现有设备技术参数控制粗糙，并非连续运行，反应不稳定，产物成分复杂，处理工艺无法稳定实现达标排放；(3)现有低温热解设备产生大量焦油，而现有除焦油工艺产生大量含焦油废水，造成严重的水污染问题，同时增加含焦油废水处理工艺及设备导致工艺难度增大，投资及运行成本增加。

因此，需要开发一种新型的用于生活垃圾处理的系统，以克服现有技术存在的缺陷。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于，对热解系统进料处和出料处进行密封设计，对炉体进行高径比的优化，对进料口和排气口进行设计，提供一种完全密封、无氧或者限氧、无臭、布料合理、功能区自动自发合理分区的用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统，其包括垃圾进料单元、垃圾热解单元、油气分离单元、高温氧化单元、余热利用单元、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或者矩形体，其炉体内腔的高度与横截面积之比为1～2，内部为连通一体的空腔，顶部设置有烟气出口和进料口，底部设置有灰渣斗和排渣口，在灰渣斗上方设置有炉排和布气器，布气器置于炉排之上，通过控制炉体的高度与横截面积之比，通过控制炉体的高度与横截面积之比，使得工作时炉体空腔内自下而上能够实现燃烧、热解、干燥三大功能的温度梯度，炉体的高度是指炉体中呈圆柱状部分或者呈矩形体部分的高度，炉体的横截面积是指炉体中呈圆柱状部分或者呈矩形体部分的横截面积，

油气分离单元连通垃圾热解单元，用于将垃圾热解燃烧一体炉内的气态物质中的轻质焦油与热解气分离，并将轻质焦油回流至热解炉内热解或者燃烧，

高温氧化单元连通油气分离单元，以将分离出焦油的气态热解产物进行进一步燃烧，以进行热值的利用，并去除有害气体成分和二噁英类污染物，

余热利用单元连通高温氧化单元，以将高温氧化单元燃烧产物的热量进行回收利用，其包括一级热交换器和二级急冷塔，一级热交换器用于将高温氧化单元的产物热量进行换热回收，二级急冷塔用于将经热交换的气体迅速降温至250摄氏度以下，防止二噁英类污染物重组，

尾气处理单元连通余热利用单元，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，以防止排渣过程垃圾热解燃烧一体炉不可控的引入氧气。

进一步的，炉体内腔的高度与横截面积之比为1～1.5，其炉体的顶部空腔内布置有布料器，布料器设置在进料口下方，进料口连通炉顶上方的推料器，布料器具有呈尖锥状的尖端，尖端四周一圈为类似伞骨架的导流杆，多个导流杆均匀分布在尖端四周并一致向下倾斜，尖端正对垃圾下落方向，用于通过尖端对相互纠结成团的垃圾施力破开，破开后的垃圾顺着导流杆向下并向四周均匀分散，布料器占据炉内空腔的高度为炉内空腔总高度的五分之一至四分之一，且布料器尖端距离进料口的距离为炉腔高度的八分之一至十分之一，布料器尖端距离推料器落料口的距离为50cm～100cm，以保证垃圾自由落体的高度具有50cm～100cm。

进一步的，进料口设置在平面状的炉顶中央，油气分离单元为两级除焦油装置，两级除焦油装置设置在炉顶处，其中第一级除焦油装置为生物质除焦油装置，第二级除焦油装置为电捕焦，生物质除焦油装置采用生物质吸附方式除去焦油，其横截面积面积足够大以能降低烟气流速，还能通过拦截和吸附作用，吸附焦油和粉尘。

进一步的，布气器为由若干根均匀布设于该垃圾热解炉底部的L型进气管组成，每一根该L型进气管一端竖直向上平行于该垃圾热解炉炉身，且其顶部密封，其侧壁开设有斜向下方的喷嘴，另一端穿过该垃圾热解炉炉壁垂直引出，且与外界空气相连通。工作时，利用该炉体顶部烟气出口连接的引风机抽气，使该炉体内腔为负压，从而外部空气自该L型进气管位于炉体外部的一端进入，通过位于炉体内部的一端侧壁上开设的进气孔向该炉体内腔内均匀通入空气，随着顶部引风机的抽取，使得该炉体内部气体上行；该斜向下喷嘴的设计，用于避免燃烧产生的灰渣落下堵塞该喷嘴。

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，推料器连接燃烧热解一体炉的入口，推料器中设置有管道结构，用于将垃圾原料压实并推送至燃烧热解一体炉入口，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，呈类圆锥状，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，垃圾颗粒最大横截面积不大于100mm×200mm。

进一步的，尾气处理单元包括脱酸子单元、除尘子单元和排放子单元，其中，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：

本发明的垃圾热解系统为垃圾热解炉、烟气净化单元及余热利用单元组成的成套系统，其中垃圾热解炉集垃圾干燥、垃圾热解、垃圾热解产物燃烧多种功能于一体，热解炉为一密闭的一体化腔体，通过控制炉体的高径比，能使物料自发地保持稳定的上下层结构，不会产生由于热解和控氧燃烧速度慢而导致垃圾在炉内堆积的问题，也不会出现干燥不到位，就急促落入热解和控氧燃烧区间的问题。由于具有较合理的高径比，进料口大小，最大程度上保证了物料在垂直方向上稳定分段分层。此外，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。同时，这样的设计也有助于保证炉体的密闭性，这样的设计实现了稳定连续的无氧或者限氧热解和燃烧，连续稳定的无氧或者限氧热解和燃烧是炉体真正能投入实际工程，进行真正应用的基础。

本发明的生活垃圾低温热解炉除了第一次启动需要点火，后续炉内反应所需能量均通过垃圾自身提供，无需后续供能。生活垃圾低温热解炉内产生的热解气在炉内压力的作用下，经过焦油分离单元后，尾气中的焦油回到炉内，实现了对生活垃圾热解产生能量原料的产，减少热能的损失。通过控制炉内热解和控氧燃烧连续稳定进行，保证了炉内温度可控，能有效避免二噁英等污染物的生成，后续烟气净化系统进一步保证垃圾处理过程的无害化。生活垃圾低温热解系统通过控制各个环节的温度，有效避免垃圾处理过程中废水的产生，节省了设备的投资成本及运行成本。

本发明中生活垃圾低温热解系统该装置适宜处理小规模村镇生活垃圾，具有反应充分、操作简单、占地面积小、节省能耗、热能利用效率高等优点，且处理效果、重复性良好，适合推广使用。

附图说明

图1是本发明实施例中用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中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。

通过对现有技术进行大量的调研分析，总结发现，目前的小吨位热解系统主要存在如下具体的问题以及可能对策：

(1)针对小规模(日处理10吨以下)生活垃圾低温热解系统，需要一套完整的系统方案，能够降低投资及运行成本，且具备完善的烟气净化及余热利用配套设备；

(2)需要通过对工艺条件、设备及运行参数的控制实现垃圾连续稳定热解，要求垃圾进料为连续进料，取代传统设备的分批式进料，物料进入热解系统后连续进行热解反应，热解产物连续稳定，因而为后续处理及设备的稳定运行提供保障。需要执行密封连续进料，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。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。采用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；

(3)低温热解系统焦油产量较大，需要具有完善的焦油分离及处理装置且不显著增加设备投资及运行成本，焦油经油气分离设备直接回流至热解炉内再裂解，为炉体反应提供能量，需要对烟气中未反应完全的污染物及排出的少量焦油经高温氧化彻底分解去除能够彻底去除，实现烟气达标排放；

(4)需要通过工艺控制实现水分蒸发排放，无需进行废水处理，无需配套污水处理设备，减少配套设备，降低运行成本；

(5)要求垃圾热解系统启动后即可实现自供能，降低设备运行能耗，垃圾热解产物产生的能量除了为热解系统供能外，剩余能量还可实现余热利用，要求系统工艺实现对生活垃圾处理的资源化利用；

(6)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；

(7)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，本发明提供了一种连续稳定的全密封无氧式垃圾处理系统，是一种针对生活垃圾进行减量化、无害化、资源化处置的低温热解系统，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燃烧，产生高温烟气为热解反应提供热量。产生的热解气和燃烧后的炉渣排出。热解气可以用于回收到炉顶进行干燥，也可以进入二燃室进行燃烧，燃烧后的尾气进入到后续的尾气处理。

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，酸的浓度降低至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系统。

图1是本发明实施例中用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统的结构示意图，由图可知，其包括垃圾进料单元、垃圾热解单元、油气分离单元、高温氧化单元、余热利用单元、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，防止垃圾臭味泄漏和氧气不可控进入，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，其炉体内腔的高度与横截面积之比为1～2，内部为连通一体的空腔，顶部设置有烟气出口和进料口，底部设置有灰渣斗和排渣口，在灰渣斗上方设置有炉排和布气器，布气器在炉排的下方，通过控制炉体的高径比，实现将内部连通一体的炉腔自然划分为干燥层、热解层和燃烧层。油气分离单元连通垃圾热解单元，用于将垃圾热解燃烧一体炉内的气态热解产物中的焦油分离，并将焦油进一步回送进垃圾热解单元后进行燃烧，高温氧化单元连通油气分离单元，以将分离出焦油的气态热解产物进行进一步燃烧，以进行热值的利用，并能防止有害气体排出至大气中，余热利用单元连通高温氧化单元，以将高温氧化单元燃烧产物的热量进行回收利用，其包括一级热交换器和二级急冷塔，一级热交换器用于将高温氧化单元的产物热量进行换热回收，二级急冷塔用于将经热交换的气体进一步降温至设定温度，尾气处理单元连通余热利用单元，对尾气进行处理而达到排放标准，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。

图2是本发明实施例中炉体结构示意图，由图可知，本发明的垃圾热解炉整体外形呈圆柱状，内部为连通一体的空腔，顶部设置有烟气的出气口1和进料口7，底部设置有灰渣斗5和排渣口6，在灰渣斗上方设置有炉排9和布气器10，布气器10在炉排9的下方，其炉体内腔的高度与横截面积之比为1～2，优选的炉体内腔的高度与横截面积之比为1～1.5，最优的炉体内腔的高度与横截面积之比为1～1.2。其炉体的顶部空腔内布置有布料器，炉体的顶部空腔内布置有布料器，布料器设置在进料口下方，进料口连通炉顶上方的推料器，布料器与进料口的距离不小于50cm，布料器具有呈尖锥状的尖端，尖端四周一圈为类似伞骨架的导流杆，多个导流杆均匀分布在尖端四周并一致向下倾斜，尖端正对垃圾下落方向，用于通过尖端对相互纠结成团的垃圾施力破开，破开后的垃圾顺着导流杆向下并向四周均匀分散。布料器占据炉内空腔的高度为炉内空腔总高度的五分之一至四分之一，且布料器尖端距离进料口的距离为炉腔高度的八分之一至十分之一，布料器尖端距离推料器落料口的距离为50cm～100cm，以保证垃圾自由落体的高度具有50cm～100cm。

炉体的顶部为平面状，进料口设置在平面状的炉顶上。布气器设置在燃烧区的下方，用于将空气或者氧气喷射进入炉内，对热解后的垃圾进行有氧燃烧，燃烧反应完全后获得无机灰渣，无机灰渣从炉排通过后进入灰渣斗、通过炉体最底部设置的排渣口排出。布气器为由若干根均匀布设于该垃圾热解炉底部的L型进气管组成，每一根该L型进气管一端竖直向上平行于该垃圾热解炉炉身，且其顶部密封，其侧壁开设有斜向下方的喷嘴，另一端穿过该垃圾热解炉炉壁垂直引出，且与外界空气相连通。工作时，利用该炉体顶部烟气出口连接的引风机抽气，使该炉体内腔为负压，从而外部空气自该L型进气管位于炉体外部的一端进入，通过位于炉体内部的一端侧壁上开设的进气孔向该炉体内腔内均匀通入空气，随着顶部引风机的抽取，使得该炉体内部气体上行；该斜向下喷嘴的设计，用于避免燃烧产生的灰渣落下堵塞该喷嘴。

本发明中，通过控制炉体的高径比，工作时，能实现将内部连通一体的炉腔自然划分为干燥层2、热解层3和燃烧层4，能实现热解工艺连续稳定进行，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。

图3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，以接受上料带上鳞板输送的垃圾原料，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4是本发明实施例中出渣单元的结构示意图，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11，该入口11连通热解燃烧一体炉的排渣口，管身另一端为出料口16，出料口16正下方设置有呈漏斗状接料器17，接料器出口连接螺旋出料器18，接料器和螺旋出料器均浸渍在水封料槽19内。在管身内部自上至下依次设置有多功能倒流板12、导流板支架13、侧翼物料导流板14、侧翼蒸汽导流板15，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13支撑连接在侧翼物流导流板上。螺旋出料器18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20，齿轮传动装置20连接有外界的电机21。

本发明还包括除尘子单元、脱酸子单元和排放子单元，一级热交换器进气口与垃圾热解燃烧一体炉出气口相接，一级热交换器出气口与二级急冷塔进气口相接，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单元与二级急冷塔的烟气出气口相连接，除尘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，破碎垃圾最大横截面积的尺寸不大于100mm×200mm。

本发明中，热解炉的炉身整体为柱状，其实质是具有较大高径比的中空腔体。热解炉顶部进料口采用压缩连续进料设备比如为推料器向炉体内连续输送垃圾原料。垃圾沿炉体向下运动，在炉腔内逐层堆积，由于相比炉体高度炉腔横截面较小，因此物料很容易均匀堆积一层，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。物料先发生干燥，然后再发生热解。垃圾原料从上到下温度发生梯度变化，最上面的干燥层温度最低，中间靠下地方的热解反应层温度逐渐升高，最下面的燃烧层的温度最高。沿着热解炉的高度方向上，从上到下，炉内的温度根据功能层不同呈现梯度变化，是一种梯度变温的热解炉。低温炉中，固相物料是从上往下运动的，气相物料是从下往上运动的。燃烧层主要燃烧物为残碳和部分未完全反应垃圾，热解产生的气相产物从上方出气口排出，之后先进行除焦油、然后彻底燃烧反应完全。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。气相进一步在二燃室内燃烧完全，固相在燃烧区燃烧完全，炉渣从炉体下方的排渣口排出热解炉。

本发明的改进之一是将干燥、热解和燃烧三者集合在一个炉体中完成，通过设计高径比，保证了三个工艺过程能相互匹配，顺利进行，既不会因为干燥不到位，导致热解和燃烧不能顺利进行，也不会因为热解和燃烧工艺过程处理能力不足，处理效率过慢或者燃烧不能顺利进行。这样的设计，节省了炉体的占地空间，而且能最大化利用垃圾热解的热量。

本发明的关键改进之一是炉体高径比和布料器的设置位置，而且，炉体的进口处较小，通过压缩密实的推料推送进入炉内，将炉体入口进行了密封，避免的氧气或者空气的进入炉内，将炉体的高径比设计为特定值，保证了炉体高度是炉体内径的设定倍数，配合布料的设计、进料的设计等工艺参数的设计，能实现垃圾分层逐步干燥、热解和燃烧。如果炉体直径相对炉体高度过小，则燃烧环节的工艺处理能力不足，燃烧会不充分，排放物会不达标，如果炉体直径相对于炉体高度过大，可能造成干燥和热解不充分，燃烧的污染排放物较多。

其实，市面上有些炉体虽然也是将干燥、热解和燃烧三者集合在一个炉体中完成，但是在实际工程实践中，发现其工艺的连续稳定性不足，时有发生渣料或者尾气不合格，或者炉体参数波动较大的问题，实际上都是干燥层、热解层以及燃烧层层高不合理造成的。过小的高径比会造成物料难以形成水平分层，在水平方向上会反应不均匀，造成物料不能成层分布；过大的高径比会造成气体流动、固体物料运动受阻，物料停留时间过长，炉内空间利用效率低，同时这种炉型实用性差(像烟囱一样，施工难度大、进料困难、加工难等现实问题)本发明找出了问题症结，解决了该问题。

本发明中，炉体中布气器的进气口设置有电动阀门，通过自动控制系统控制阀门开关，调节进气量，实现热解炉内反应的精确控制。炉壁由保温隔热材料构成，可耐炉内高温并减少高温向炉体外部扩散，炉壁开设有取样监测口，取样检测口贯穿所述炉壁设置，并安装有温度，压力及气体成分检测仪器。

本发明中，从进料口和出料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。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，进料和出料均是连续稳定的。

本发明还提供一种配套烟气净化和余热利用系统，其包括焦油分离装置、高温氧化装置、二级急冷塔、脱酸除尘装置组成的烟气净化系统及一级热交换器组成的余热利用系统。其特征在于，以下工艺步骤：

步骤一，热解炉产生的烟气通过排气口进入焦油分离装置，实现油、气分离，焦油流回热解炉重新进行热解反应，除油烟气进入高温氧化气；

步骤二，除油烟气进入高温氧化器去除剩余焦油及热解炉产生的未反应完全的物质，如二噁英等；

步骤三，高温氧化器产生的高温烟气进入一级热交换器进行余热利用，而后进入二级急冷塔降温；

步骤四，降温后的烟气进入脱酸除尘装置进行脱酸及除尘处理；

步骤五，完成余热利用及净化处理的烟气通过烟囱排放。

利用本发明提供一种低能耗生活垃圾低温热解处理系统，生活垃圾的干燥过程在热解炉内完成，操作简单，同时在热解炉排气口处设置焦油分离装置，充分回收热解尾气中的焦油，减少能量损失。此外，热解气经油气分离后进入尾气净化及余热利用装置，最终达标排放，实现了生活垃圾无害化处置和资源化利用的环保要求。

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)

1.一种用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统，其特征在于，其包括垃圾进料单元、垃圾热解单元、油气分离单元、高温氧化单元、余热利用单元、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或者矩形体，其炉体内腔的高度与横截面积两者数值之比为1～2，内部为连通一体的空腔，顶部设置有烟气出口和进料口，底部设置有灰渣斗和排渣口，在灰渣斗上方设置有炉排和布气器，布气器置于炉排之上，通过控制炉体的高度与横截面积之比，通过控制炉体的高度与横截面积之比，使得工作时炉体空腔内自下而上能够实现燃烧、热解、干燥三大功能的温度梯度，炉体的高度是指炉体中呈圆柱状部分或者呈矩形体部分的高度，炉体的横截面积是指炉体中呈圆柱状部分或者呈矩形体部分的横截面积，

油气分离单元连通垃圾热解单元，用于将垃圾热解燃烧一体炉内的气态物质中的焦油与热解气分离，并将焦油回流至热解炉内热解或者燃烧，

高温氧化单元连通油气分离单元，以将气态热解产物进行进一步燃烧，以进行热值的利用，并去除有害气体成分和二噁英类有害物，

余热利用单元连通高温氧化单元，以将高温氧化单元燃烧产物的热量进行回收利用，其包括一级热交换器和二级急冷塔，一级热交换器用于将高温氧化单元的产物热量进行换热回收，二级急冷塔用于将经热交换的气体迅速降温至250摄氏度以下，防止二噁英类污染物重组，

尾气处理单元连通余热利用单元，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，以防止排渣过程垃圾热解燃烧一体炉不可控的引入氧气，

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，推料器连接燃烧热解一体炉的入口，推料器中设置有管道结构，用于将垃圾原料压实并推送至燃烧热解一体炉入口，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。

2.如权利要求1所述的一种用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统，其特征在于，炉体内腔的高度与横截面积两者数值之比为1～1.5，其炉体的顶部空腔内布置有布料器，布料器设置在进料口下方，进料口连通炉顶上方的推料器，布料器具有呈尖锥状的尖端，尖端四周一圈为类似伞骨架的导流杆，多个导流杆均匀分布在尖端四周并一致向下倾斜，尖端正对垃圾下落方向，用于通过尖端对相互纠结成团的垃圾施力破开，破开后的垃圾顺着导流杆向下并向四周均匀分散，

布料器占据炉内空腔的高度为炉内空腔总高度的五分之一至四分之一，且布料器尖端距离进料口的距离为炉腔高度的八分之一至十分之一，布料器尖端距离推料器落料口的距离为50cm～100cm，以保证垃圾自由落体的高度具有50cm～100cm。

3.如权利要求2所述的一种用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统，其特征在于，进料口设置在平面状的炉顶中央，油气分离单元为两级除焦油装置，两级除焦油装置设置在炉顶处，其中第一级除焦油装置为生物质除焦油装置，第二级除焦油装置为电捕焦，生物质除焦油装置采用生物质吸附方式除去焦油，其横截面面积足够大以能降低烟气流速，还能通过拦截和吸附作用，吸附焦油和粉尘。

4.如权利要求3所述的一种用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统，其特征在于，布气器为由若干根均匀布设于该垃圾热解炉底部的L型进气管组成，每一根该L型进气管一端竖直向上平行于该垃圾热解炉炉身，且其顶部密封，其侧壁开设有斜向下方的喷嘴，另一端穿过该垃圾热解炉炉壁垂直引出，且与外界空气相连通；

工作时，利用该炉体顶部烟气出口连接的引风机抽气，使该炉体内腔为负压，从而外部空气自该L型进气管位于炉体外部的一端进入，通过位于炉体内部的一端侧壁上开设的进气孔向该炉体内腔内均匀通入空气，随着顶部引风机的抽取，使得该炉体内部气体上行；该斜向下喷嘴的设计，用于避免燃烧产生的灰渣落下堵塞该喷嘴。

5.如权利要求4所述的一种用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统，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，呈类圆锥状，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。

6.如权利要求5所述的一种用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统，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。

7.如权利要求6所述的一种用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统，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，垃圾颗粒最大横截面积不大于100mm×200mm。

8.如权利要求7所述的一种用于生活垃圾处理的梯度变温热解系统，其特征在于，尾气处理单元包括脱酸子单元、除尘子单元和排放子单元，其中，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。

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