CN112664939A - 一种气-温-热联动控制的垃圾处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于生活垃圾处理技术领域，更具体地，涉及一种气‑温‑热联动控制的垃圾处理方法。压缩后的垃圾物料自进料口进入后，在垃圾热解燃烧一体炉内随着垃圾物料分级布料装置自上而下逐级传递，在该逐级传递的过程中实现垃圾物料在干燥热解室内的干燥和热解过程；垃圾物料在干燥和热解后产生的热解气和残炭从干燥热解室出口进入其下方的燃烧室，使得该热解气和残炭在含氧气氛中发生燃烧反应，燃烧反应产生的高温烟气为干燥热解室内的干燥和热解过程提供热量，实现热量的自供给；残炭燃烧后自燃烧室下端的出渣口排出，经过换热的高温烟气从该垃圾热解燃烧一体炉顶部的烟气出口排出，进行热量再利用和尾气处理。

Description

一种气-温-热联动控制的垃圾处理方法

技术领域

本发明属于生活垃圾处理技术领域，更具体地，涉及一种气-温-热联动控制的垃圾处理方法。

背景技术

通常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，同时容易造成污染泄漏等问题。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，并且有较大安全风险。垃圾焚烧能够将生活垃圾彻底处理，转化为二氧化碳、水、无机灰渣等无污染成分，但同时易产生硫化物、氮氧化物、二噁英等污染物和有毒物质。

垃圾热解处理是可替代焚烧处理的热处理方式，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，并不伴随二噁英的产生。热解气(油)、残炭进一步燃烧，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燃烧，能有效减少二噁英等有毒气体的产生。但热解反应为吸热反应，且要求无氧环境，大部分热解设备无法同时做到完全密闭、无氧环境和足够热量供应，导致热解处理效果不理想。

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保证反应完全。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，导致所需额外更高的能量，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。

另一方面，大部分生活垃圾处理工艺，包括垃圾焚烧、堆肥以及垃圾热解工艺都采用的是例如抓斗进料等非连续进料方式，对于超大规模工艺来说可能不会造成太大影响，但对于小规模垃圾处理设备来说非连续进料会导致运行环境突变，运行状态不稳定。

通常生活垃圾热解或焚烧工艺设计最终处置的污染物包括气相、固相和液相三部分，分别对应最终燃烧后的烟气、生活垃圾中的固体组分和干燥后分离出的渗滤液。这就意味着工艺设计除了热解处理主体部分设计外，还要包括烟气处理单元和渗滤液处理两个完整单元，对于小规模工艺系统来说成本太高。

垃圾热处理通常会伴随二噁英的排出，产生的原因包括①反应温度低于800℃时，生活垃圾中含氯有机物通过各种反应产生二噁英，二噁英具有一定热稳定性，在此温度下不会降解；②在二次燃烧过程中，虽然二噁英在更高温度下分解，但持续时间太短，未完全分解后温度降低，二噁英发生重组。

专利CN11079020A公开了一种生活垃圾无氧式热解炉，其为对生活垃圾热解产物燃烧后释放的能量进行利用实现生活垃圾热解-燃烧自循环反应的生活垃圾热解燃烧炉，炉体中热解反应的能量来源于热解产物燃烧后产生的高温烟气的热传导与热对流，通过将热解炉体的温度加热至1100摄氏度以上，实现生活垃圾的热解。然而，在该装置实际运行过程中，要实现物料均匀受热实现充分热解，热解产生充足的热解气进入燃烧室燃烧产生高温烟气，利用高温烟气的热量为热解腔室提供垃圾物料热解所需的热量，本身存在很高的难度。一方面，垃圾物料进入热解炉体之后如何能够实现受热均匀，本身较难实现，比如该专利文献中热解炉体作为独立的炉体，其将内排气管1301设置于热解炉体外部，这样在实际运行中会导致在热解炉体内靠近内排气管的边缘物料能够吸收较多的热量，而中间物料只能靠该吸收到热量的边缘物料传热来加热，而对于垃圾物料来说，物料与物料间的传热效率很低，很容易导致大量的垃圾物料不能吸收到足够的热量，进而不能实现充分热解，不能实现充分热解导致的结果是不能产生充足的热解气，在燃烧室由于燃料不足而不能产生足够多的高温烟气，从而导致不能进一步为热解提供充足的换热所需的热量，形成恶性循环。另一方面，在该垃圾热解燃烧炉内，物料受热不均很容易出现物料结块，堵塞其隔板孔通道，导致该设备无法正常运行。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种物料受热均匀、热解充分、能够实现热量自供给的气-温-热联动控制的垃圾热解方法，以解决背景技术中提到的现有的垃圾处理方法中存在的垃圾物料在热解室内受热不均、不能实现热量自供给、需要外部供热能耗过高、系统运行不稳定、二噁英排放等的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种具备气-温-热联动控制的垃圾处理方法，包括如下步骤：

(1)将垃圾物料在密封条件下进行压缩进料，以挤出其中的空气，得到压缩后的垃圾物料；

(2)所述压缩后的垃圾物料通过进料口进入垃圾热解燃烧一体炉；所述垃圾热解燃烧一体炉包括其上部的干燥热解室和该干燥热解室下方的燃烧室；

(3)所述压缩后的垃圾物料自进料口进入后，在垃圾热解燃烧一体炉内随着垃圾物料分级布料装置自上而下逐级传递，在该逐级传递的过程中实现垃圾物料在干燥热解室内的干燥和热解过程；其中，所述垃圾物料分级布料装置为体式布料网格，所述体式布料网格用于延长物料在该垃圾热解燃烧一体炉内的停留时间，保证物料均匀受热而实现充分热解；且该体式布料网格的网格尺寸自上而下为渐变设计，用于将不同反应阶段不同粒度物料分阶段向下级传递，且控制不同尺寸物料在干燥和热解阶段不同的停留时间；

(4)垃圾物料在干燥和热解后产生的热解气和残炭从干燥热解室出口进入其下方的燃烧室，使得该热解气和残炭在含氧气氛中发生燃烧反应，燃烧反应产生的高温烟气为干燥热解室内的干燥和热解过程提供热量，实现热量的自供给；残炭燃烧后自燃烧室下端的出渣口排出，经过换热的高温烟气从该垃圾热解燃烧一体炉顶部的烟气出口排出，进行热量再利用和尾气处理。

优选地，步骤(1)具体为：在全密封条件下，将储存在料坑的垃圾物料通过耙机转运至传送带，利用该传送带将垃圾物料传送至密封推料器中，该密封推料器连接垃圾热解燃烧一体炉的进料口，利用该密封推料器对垃圾物料进行压缩，挤出垃圾物料中的空气。

优选地，所述料坑、耙机、传送带以及密封推料器均由外部密封罩罩住实现密封，以防止异味扩散。

优选地，所述进料口下方设置有进料口导流板，该导流板呈类漏斗状，该进料口导流板下方设置有等离子体火炬，用于在炉体点火时提供热量，为垃圾物料预热。

优选地，所述干燥热解腔室内还设置有换热管组，该换热管组设置于所述体式布料网格四周，燃烧室燃烧产生的高温烟气直接从换热管组下方进入，从该换热管组顶端出口流出，经集气罩收集后进一步通过热解炉顶端的烟气出口排出；通过该换热管组利用燃烧室产生的高温烟气对干燥热解室提供热量；所述烟气出口的温度不高于500℃。

优选地，所述换热管组包括多根相互平行的换热列管，其围绕体式布料网格而设置，且所述换热管组中各换热列管之间的间距在远离所述体式布料网格的方向上逐渐减小；这样设置一方面使得物料穿过侧面网格进入列管之间使不容易受到阻碍，另一方面，能够增加换热速度，使整个干燥热解腔室内物料均匀受热。

优选地，所述体式布料网格为由若干个水平方向上的网格层和若干个竖直方向上的网格层纵横交错构成的立体布料笼，该立体布料笼中在水平方向上的网格尺寸自上而下逐渐减小，在竖直方向上的网格尺寸自上而下逐渐增大，且其网格自上而下交错设置，不存在上下贯通的网格，优选地，该立体布料笼中水平方向上最大网格尺寸与竖直方向上最大网格尺寸相同。在水平方向上的网格尺寸自上而下逐渐减小，这样设置是因为压缩的垃圾物料初始尺寸大，受热体积收缩变小，水平方向上网格尺寸自上而下逐渐减小，以避免初始大尺寸垃圾物料在该体式布料网格顶层堆积，便于物料下移。在竖直方向上的网格尺寸自上而下逐渐增大，一方面便于垃圾物料随着热解过程的进行向下运动时，受到网格边缘的阻挡除了具有向下的运动方向，还具有斜向下的运动方向，能够向侧面穿过网格而进入换热管组之间进行直接换热。另一方面，之所以设计为自上而下逐渐增大，目的是避免初始大尺寸垃圾物料直接进入换热管组，受热产生大量焦油粘连在换热管组列管管壁，影响换热过程的进行。

优选地，所述换热管组底部设置有类漏斗状隔板，该类漏斗状隔板将干燥热解室与燃烧室隔离开，所述热解室出口位于该类漏斗状隔板的底部中央，且该类漏斗状隔板用于将完成干燥热解的物料导流至热解室出口，然后从热解室出口进入燃烧室；

所述出渣口上方设置有残炭导流板，该残炭导流板呈锥形，且该残炭导流板表面设置有孔隙，用于协助燃烧室内的残渣顺畅排除，而不会堵塞出渣口。

优选地，所述热解室出口底端外壁上设置有燃烧室气体导流板，该燃烧室气体导流板用于对气体进行导流，使燃烧室内气体分布更均匀，燃烧室内温度分布更均匀。

优选地，所述燃烧室内设置有供风管组，该供风管组包括第一供风管组和第二供风管组，所述第一供风管组包括缠绕于燃烧室炉壁外侧的进风盘管以及设置在炉壁内侧四周且与外侧缠绕的进风盘管相连通的环形布风管组；所述第二供风管组为设置在出渣口上方的蛇形供风管，其管壁设置有斜向下开孔；

所述第一供风管组和第二供风管组共用进风总管，进风总管连接还连接流量计和阀门，用于调节空气进气流量；所述第一供风管组中将进风盘管缠绕于燃烧室炉壁外侧，目的是使进气加热后再进入燃烧室；环形布风管组设置于燃烧室内壁四周，用于向燃烧室内均匀布气；

所述第二供风管组设置在出渣口上方，且在使用时埋于炉渣中，这样燃烧产生的炉渣能够与进入的冷空气进行换热，在降低出渣温度的同时，使得进气加热后再进入燃烧室燃烧。优选地，将第二供风管组设置为蛇形供风盘管，目的在于增大进气与渣料的换热面积，其管壁斜向下开孔目的在于避免渣料堵塞开孔，导致空气不能进入。

优选地，根据垃圾物料处理规模设置合适的燃烧室体积，以使所述热解气在燃烧室停留时间不低于2s。

优选地，所述燃烧室中其过剩空气系数1.1～1.2。

优选地，所述垃圾热解燃烧一体炉整体的高径比为2～4:1。

优选地，从所述烟气出口排出的烟气进入尾气处理单元进行尾气的处理，该尾气处理单元包括第一除尘段、换热段、脱酸段、第二除尘段以及尾气排放段；

所述第一除尘段采用旋风除尘方式除去尾气中颗粒物，防止对换热段设备造成损害；

所述换热段采用气水换热方式，使尾气温度降至不高于200℃；该换热过程分为两个阶段，第一阶段从500℃±50℃降低至400℃±50℃，换热时间1～2s；第二阶段温度从400℃±50℃降低至200℃±50℃，换热时间1～2s；

所述脱酸段用于对换热后的尾气除去其中酸性成分，使其中酸性组分浓度降至100mg/m³以内；

所述第二除尘段采用布袋除尘，将尾气中颗粒物浓度降至30mg/m³以内；

所述尾气排放段设置有排气烟囱，该排气烟囱外设置有保温层，处理后的尾气通过该排气烟囱排出，且所述尾气排出时其温度不低于100℃。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明提出的一种气温热联动控制的垃圾处理方法，通过垃圾热解燃烧一体炉内部结构进行重新设计，尤其是对干燥热解室内垃圾物料分级布料装置结构和尺寸的特别设置，分别控制物料在干燥热解室和燃烧室的停留时间等，使得垃圾物料在干燥热解室内受热均匀，能够被充分热解，转化产生的热解气能够及时进入燃烧室进行燃烧，而热解气燃烧产生的高温烟气能够为干燥热解室提供其所需的热量，实现热量的自供给，无需外部设备供热，真正实现垃圾物料处理系统过程中的气-温-热联动控制和平衡，实现系统的连续稳定运行。

2、本发明设置高径比为2-4:1，“瘦长”型的热解燃烧炉体使得垃圾物料自进料口进入后有一定的下降高度，待着陆时撞击垃圾物料分级布料装置发生而分散，在垃圾热解燃烧一体炉内随着垃圾物料分级布料装置自上而下逐级传递，在该逐级传递的过程中实现垃圾物料在干燥热解室内的干燥和热解。垃圾物料分级布料装置即本发明干燥热解室进料口下方设置的体式布料网格，其在水平方向上的单元网格尺寸自上而下逐渐变小，在竖直方向上的单元网格尺寸自上而下逐渐增加，且其网格自上而下交错设置，不存在上下贯通的网格，以便于垃圾物料随着热解过程的进行向下运动时，由于受到网格边缘的阻挡除了具有向下的运动方向，还具有斜向下的运动方向，能够向侧面穿过网格而进入换热管组之间进行直接换热，而且能够避免初始大尺寸物料堆积在顶部，以及初始大尺寸物料直接进入换热管组影响换热过程的进行。

3、本发明干燥热解腔室内还设置有换热管组，该换热管组设置于所述体式布料网格四周，燃烧室燃烧产生的高温烟气直接从换热管组下方进入，从该换热管组顶端出口流出，经集气罩收集后进一步通过热解炉顶端的烟气出口排出；通过该换热管组利用燃烧室产生的高温烟气对干燥热解室提供热量；所述烟气出口的温度不高于500℃。该换热管组包括多根相互平行的换热列管，其围绕体式布料网格而设置，且所述换热管组中各换热列管之间的间距在远离所述体式布料网格的方向上逐渐减小。这样设置一方面使得物料穿过侧面网格进入列管之间使不容易受到阻碍，另一方面，能够使整个干燥热解腔室内物料均匀受热。

4、本发明供风管组中第一供风管组中将进风管缠绕于燃烧室炉壁外侧，使进气加热后再进入燃烧室，避免冷空气进入燃烧室降低燃烧室温度；进风管穿过炉壁进入燃烧室内，在燃烧室内壁四周设置环形布风管组，用于向燃烧室内均匀布气；而第二供风管组设置在出渣口上方，这样燃烧产生的炉渣能够与进入的冷空气进行换热，在降低出渣温度的同时，使得进气加热后再进入燃烧室燃烧。巧妙地供风管组结构的设计，能够确保本发明垃圾热解燃烧一体炉内气-温-热联动控制，使得该一体炉稳定运行。

5、本发明通过在全密封条件下，将储存在料坑的垃圾物料通过耙机转运至传送带，利用该传送带将垃圾物料传送至密封推料器中，该密封推料器连接垃圾热解燃烧一体炉的进料口，利用该密封推料器对垃圾物料进行压缩，挤出垃圾物料中的空气，以便于物料进行无氧热解，且本发明为全密封压缩进料，防止异味扩散。

6、本发明通过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。本发明通过对垃圾物料及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。

7、本发明优选实施例中在进料口处设置有等离子火炬，用于为垃圾物料预热，进一步确保垃圾物料在热解燃烧炉体内受热均匀而充分热解，

8、本发明通过合理的布局设计，提高了垃圾热解燃烧一体炉的空间利用率，同时有效节省了垃圾热解炉的占地面积，减少了对土地资源的浪费。

9、本发明通过对整套垃圾高温热解系统运行过程中运行参数的控制，有效避免废水的产生与排放，因此生活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。

10、本发明生活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。

11、本发明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，充分满足了系统对热解反应的无氧或缺氧要求，又实现了垃圾处理设施整洁美观的外部环境。

附图说明

图1是本发明气-温-热联动控制的生活垃圾处理方法流程图；

图2是本发明一个实施例中垃圾进料装置示意图；

图3是本发明一些实施例中垃圾热解燃烧一体炉装置示意图；

图4是本发明一个实施例中换热管组换热管分布俯视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

100-垃圾料坑；200-耙机；300-传送带；400-进料斗；500-密封推料器；600-垃圾热解炉进料口；1-进料口；2-干燥热解室；3-燃烧室；4-隔板；5-热解室出口；6-出渣口；7-烟气出口；8-进料导流板；9-体式布料网格；10-格网导流板；11-残炭导流板；12-进风总管；1201-进风盘管；1202-环形布风管组；1203-蛇形供风盘管；13-燃烧室气体导流板；14-换热管组；15-集气罩；16-等离子体火炬；17-耐火砖保温层。

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。

专利CN11079020A是本发明最接近的现有技术，其公开了一种生活垃圾无氧式热解炉，其为一种干燥热解-燃烧一体炉，其虽然提出炉体中热解反应的能量来源于热解产物燃烧后产生的高温烟气的热传导与热对流，然而，在实际的运行过程中，该一体炉往往会存在如下的问题：(1)垃圾物料在干燥热解室不能热解完全转化为热解气和残炭，产生大量热解焦油，在燃烧室停留时间不够，而导致出口烟气中检测出二噁英；(2)垃圾物料在干燥热解室产生的热解气和残炭不能及时进入燃烧室，燃烧室燃烧反应热值不够，燃烧室高温烟气的热量不足以供给干燥热解室的需求，而导致干燥热解室反应温度过低，垃圾物料热解不完全，形成恶性循环；不能真正实现热解反应的能量由燃烧室高温烟气提供，进而实现系统的高效、稳定运行。

为此，本发明提供了一种气-温-热联动控制的垃圾处理方法，包括如下步骤：

(1)将垃圾物料在密封条件下进行压缩进料，以挤出其中的空气，得到压缩后的垃圾物料；

(2)所述压缩后的垃圾物料通过进料口进入垃圾热解燃烧一体炉；所述垃圾热解燃烧一体炉包括其上部的干燥热解室和该干燥热解室下方的燃烧室；

(3)所述压缩后的垃圾物料自进料口进入后，在垃圾热解燃烧一体炉内随着垃圾物料分级布料装置自上而下逐级传递，在该逐级传递的过程中实现垃圾物料在干燥热解室内的干燥和热解过程；其中，所述垃圾物料分级布料装置为体式布料网格，所述体式布料网格用于延长物料在该垃圾热解燃烧一体炉内的停留时间，保证物料均匀受热而实现充分热解；且该体式布料网格的网格尺寸自上而下为渐变设计，用于将不同反应阶段不同粒度物料分阶段向下级传递，且控制不同尺寸物料在干燥和热解阶段不同的停留时间；所述干燥热解室内上部的布料网格上温度较低，用于干燥垃圾物料；下部的布料网格上温度较高，能够达到850℃以上，用于对干燥的垃圾物料进行热解处理；

(4)垃圾物料在干燥和热解后产生的热解气和残炭从干燥热解室出口进入其下方的燃烧室，使得该热解气和残炭在含氧气氛中发生燃烧反应，燃烧反应产生的高温烟气为干燥热解室内的干燥和热解过程提供热量，待运行稳定后停止外部加热设备对所述干燥热解室的供热，实现热量的自供给；残炭燃烧后自燃烧室下端的出渣口排出；经过换热的高温烟气从该垃圾热解燃烧一体炉顶部的烟气出口排出，进行热量再利用和尾气处理。

一些实施例中，步骤(1)具体为：在全密封条件下，将储存在料坑的垃圾物料通过耙机转运至传送带，利用该传送带将垃圾物料传送至密封推料器中，该密封推料器连接垃圾热解燃烧一体炉的进料口，利用该密封推料器对垃圾物料进行压缩，挤出垃圾物料中的空气。

一些实施例中，所述料坑、耙机、传送带以及密封推料器均由外部密封罩罩住实现密封，以防止异味扩散。

一些实施例中，本发明垃圾处理采用的密封推料器通过法兰与垃圾热解燃烧一体炉的进料口相连通，且所述密封推料器用于将垃圾物料压缩后输送至所述干燥热解室，避免垃圾物料将氧气带入所述干燥热解室，确保热解过程的低氧-无氧状态。一些实施例中，所述密封推料器为液压密封推料装置，通过液压密封推料装置实现密闭条件下的垃圾物料压缩和连续进料。垃圾物料连同该垃圾物料的渗沥液同时输送至所述干燥热解室。

本发明一些实施例中，本发明垃圾物料进料、热解燃烧以及尾气净化处理过程流程示意图如图1所示。本发明在全封闭条件下实现压缩密封进料。

如图2所示，其为本发明垃圾处理方法中采用的一种垃圾进料装置。其中100-垃圾料坑；200-耙机；300-传送带；400-进料斗；500-密封推料器；600-垃圾热解炉进料口。利用该进料装置，能够实现连续进料，比如每日转运一次，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系统；臭气在负压条件下进入。

一些实施例中，所述进料口下方设置有进料口导流板，该导流板呈类漏斗状，该进料口导流板下方设置有等离子体火炬，用于在炉体点火时提供热量，为垃圾物料预热。

一些实施例中，所述干燥热解室入口即进料口下方设置有多个等离子火炬。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。

一些实施例中，所述干燥热解腔室内还设置有换热管组，该换热管组设置于所述体式布料网格四周，燃烧室燃烧产生的高温烟气直接从换热管组下方进入，从该换热管组顶端出口流出，经集气罩收集后进一步通过热解炉顶端的烟气出口排出；通过该换热管组利用燃烧室产生的高温烟气对干燥热解室提供热量；所述烟气出口的温度不高于500℃。所述换热管组包括多根相互平行的换热列管，其围绕体式布料网格而设置，且所述换热管组中各换热列管之间的间距在远离所述体式布料网格的方向上逐渐减小；这样设置一方面使得物料穿过侧面网格进入列管之间使不容易受到阻碍，另一方面，能够增加换热速度，使整个干燥热解腔室内物料均匀受热。

一些实施例中，该换热管组采用耐温1100℃、导热性能高的310s特种钢。

所述体式布料网格为由若干个水平方向上的网格层和若干个竖直方向上的网格层纵横交错构成的立体布料笼，该立体布料笼中在水平方向上的网格尺寸自上而下逐渐减小，在竖直方向上的网格尺寸自上而下逐渐增大，且其网格自上而下交错设置，不存在上下贯通的网格，优选地，该立体布料笼中水平方向上最大网格尺寸与竖直方向上最大网格尺寸相同。

在水平方向上的网格尺寸自上而下逐渐减小，这样设置是因为压缩的垃圾物料初始尺寸大，受热体积收缩变小，水平方向上网格尺寸自上而下逐渐减小，以避免初始大尺寸垃圾物料在该体式布料网格顶层堆积，便于物料下移。

在竖直方向上的网格尺寸自上而下逐渐增大，一方面便于垃圾物料随着热解过程的进行向下运动时，受到网格边缘的阻挡除了具有向下的运动方向，还具有斜向下的运动方向，能够向侧面穿过网格而进入换热管组之间进行直接换热。另一方面，之所以设计为自上而下逐渐增大，目的是避免初始大尺寸垃圾物料直接进入换热管组，受热产生大量焦油粘连在换热管组列管管壁，影响换热过程的进行。

本发明体式布料网格在纵横方向上网格尺寸特定的渐变设计，使得物料在下降过程中受到网格阻挡而从侧面网格穿出，直接进入换热列管之间，进入列管之间的物料由于距离换热列管更近，而更快受热，快速热解。这样设置使得本发明的垃圾物料在进入干燥热解室内后，不会发生堆积，而导致边缘物料受热较快发生热解，而中间物料不能均匀受热，导致不能热解的问题。本发明体式布料网格及其尺寸的特别设计，配合换热列管的布置，能够促进物料的充分受热和热解，将垃圾物料彻底转化为可燃热解气和残炭，然后热解气再进一步在燃烧室内充分燃烧放热，产生高温烟气，为干燥热解室提供热量，实现气(热解气、燃烧室高温烟气)-温(干燥热解室的温度分布、燃烧室的温度控制、高温烟气的温度)-热(高温烟气的热量)联动控制和平衡，使整个热解燃烧炉运行稳定。无需外部供热，仅通过向燃烧室内通入空气，即可实现燃烧室产生高温烟气对干燥热解室提供所需的热量，实现垃圾物料的充分热解和热解气的燃烧，控制二噁英的排放。

一些实施例中，所述体式布料网格中其网格单元为规则或不规则的四边形，其较短的边长为50mm～150mm，优选为80mm～120mm。体式布料网格可采用不锈钢310S材质等耐高温材料。

一些实施例中，体式布料网格底部为收口设置，且其底部设置有倒锥形的格网导流板，该格网导流板对干燥热解室内的物料起到导流作用，用于防止干燥热解室的垃圾物料直接向下自由下落进入燃烧室。

一些实施例中，所述换热管组底部设置有类漏斗状隔板，该隔板与炉壁固定连接。该类漏斗状隔板将干燥热解室与燃烧室隔离开，所述热解室出口位于该类漏斗状隔板的底部中央，且该类漏斗状隔板用于将完成干燥热解的物料导流至热解室出口，然后从热解室出口进入燃烧室。即在垃圾物料自进料口进入干燥热解室后，受热发生收缩，在逐渐下降过程中，部分物料受到格网阻挡而斜向下运动，进入换热管组之间直接换热，这部分物料换热之后由于该类漏斗状隔板的存在，不会直接竖直下落至燃烧室，而是经该隔板导流至热解室出口，而从热解室出口进入燃烧室发生燃烧反应。换言之，本发明干燥热解过程中产生的残炭和热解气均从热解室出口进入燃烧室，而燃烧室内热解气和残炭发生燃烧反应产生的高温烟气从燃烧室上部、换热管组其每一根换热管底部进入，穿过该换热管组时为干燥热解室提供热解所需的热量。

一些实施例中，所述热解室出口底端外壁上设置有燃烧室气体导流板，该燃烧室气体导流板用于对气体进行导流，使燃烧室内气体分布更均匀，燃烧室内温度分布更均匀。

一些实施例中，所述干燥热解室其炉体内设置有加热棒，用于为炉体启动提供热量，待炉体启动稳定运行后，该加热棒即停止工作。

一些实施例中，所述垃圾热解燃烧一体炉高径比为2～4:1。实验过程中发现垃圾热解燃烧一体炉高径比以及干燥热解室和燃烧室的体积比的选择均非常重要，并非任意高径比选择均能使得本发明垃圾热解燃烧一体炉连续、稳定运行。本发明通过设置合适的炉体高径比、干燥热解室和燃烧室合适的体积比，并配合渐变式体式布料网格尺寸以及渐变式换热列管的特别设置，使得该垃圾热解炉内物料逐级向下传递时能够均匀受热，充分热解，且燃烧室产生的高温烟气能够为干燥热解室提供热量，无需外部供热。

一些实施例中，根据垃圾物料处理规模设置合适的燃烧室体积，以使所述热解气在燃烧室停留时间不低于2s。在具体设计设备时，通过处理规模计算出单位时间产生的气体量和温度，流量乘以停留时间即得到所需设备的体积。

本发明干燥热解过程产生的热解气在燃烧室经过燃烧反应转化为二氧化碳、水及其他最终产物，残炭经燃烧反应转化为无机炉渣及其他最终产物；燃烧室设置有出渣口，燃烧产生的炉渣自该出渣口排出；燃烧产生的高温烟气自进入换热管组，为干燥热解室提供热量。为了确保热解气充分燃烧，需要设置合适的燃烧室体积，以使得热解气在燃烧室停留时间不低于2秒，而且控制燃烧室过剩空气系数为1.1～1.2，且控制燃烧室出口温度不低于1050℃。

本发明干燥和热解过程共用一个腔室，即干燥热解室，垃圾物料连同渗滤液一同被输送至所述干燥热解室；或者在垃圾物料通过上料皮带往推料装置中输送的过程中，部分渗沥液回流至储料装置中，这部分渗沥液可泵入所述干燥热解室进行处理，通过热量回用系统提供热量将物料中液态水分转化为气态水，为热解阶段做准备。

一些实施例中，所述燃烧室内设置有供风管组，用于为该燃烧室提供氧气。该供风管组包括第一供风管组和第二供风管组，所述第一供风管组包括缠绕于燃烧室炉壁外侧的进风盘管以及设置在炉壁内侧四周且与外侧缠绕的进风盘管相连通的环形布风管组；所述第二供风管组为设置在出渣口上方的蛇形供风盘管，其管壁设置有斜向下开孔；

所述第一供风管组和第二供风管组共用进风总管，进风总管连接还连接流量计和阀门，用于调节空气进气流量；所述第一供风管组中将进风盘管缠绕于燃烧室炉壁外侧，目的是使进气加热后再进入燃烧室；环形布风管组设置于燃烧室内壁四周，用于向燃烧室内均匀布气；

所述第二供风管组设置在出渣口上方，且在使用时埋于炉渣中，这样燃烧产生的炉渣能够与进入的冷空气进行换热，在降低出渣温度的同时，使得进气加热后再进入燃烧室燃烧。优选地，将第二供风管组设置为蛇形供风管，目的在于增大进气与渣料的换热面积，其管壁斜向下开孔目的在于避免渣料堵塞开孔，导致空气不能进入。

本发明干燥热解室在无氧或低氧环境中进行，干燥和热解过程中产生大量的可燃性气体产物，即热解气。燃烧室内在通入空气的条件下进行热解气和热解残炭的燃烧，热解气随着燃烧过程的进行而被消耗，因此干燥热解室产生的热解气由于压差的作用会通过干燥热解室下方的热解气出口进入下方的燃烧室。

另一方面，热解气在燃烧室进行燃烧时，放出大量的热，燃烧室气体出口温度可达1000℃以上，通过换热管组将燃烧室产生的高温气体的热量回用于干燥热解室内物料的干燥和热解，因此，本发明仅需要在最开始设备开车时需要采用加热棒对干燥/热解室提供热量，当系统运行稳定之后，即可利用垃圾热解气燃烧产生的能量直接供给垃圾干燥和热解所需的能量，无需消耗外部能量，实现能量自供给。

一些实施例中，所述燃烧室外部设置有观察口，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。所述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。

一些实施例中，所述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。

一些实施例中，所述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，用于监测炉内反应温度及压力。通过结构设计保证气体燃烧区域处于湍流，采用过剩空气系数1.1～1.2，保证热解气与通入空气完全混合，充分燃烧。燃烧室气体出口温度可达1050℃。燃烧产生的炉渣从出渣口排出。

一些实施例中，所述垃圾热解燃烧一体炉体采用特种钢材料焊接而成，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。

本发明所述烟气出口的烟气温度不高于500℃。一些实施例中，从所述烟气出口排出的烟气进入尾气处理单元进行尾气的处理，该尾气处理单元包括第一除尘段、换热段、脱酸段、第二除尘段以及尾气排放段；

所述第一除尘段采用旋风除尘方式除去尾气中颗粒物，防止对换热段设备造成损害；

所述换热段采用气水换热方式，使尾气温度降至不高于200℃；一些实施例中，该换热过程分为两个阶段，第一阶段从500℃±50℃降低至400℃±50℃，换热时间1～2s；第二阶段温度从400℃±50℃降低至200℃±50℃，换热时间1～2s；所述脱酸段用于对换热后的尾气除去其中酸性成分，使其中酸性组分浓度降至100mg/m³以内；所述第二除尘段采用布袋除尘，将尾气中颗粒物浓度降至30mg/m³以内；所述尾气排放段设置有排气烟囱，处理后的尾气通过该排气烟囱排出，且所述尾气排出时其温度不低于100℃。尾气处理单元采用引风机提供气压动力。

一些实施例中，采用如图3所示的垃圾热解燃烧一体炉进行垃圾物料的处理，该垃圾热解燃烧一体炉其整体呈圆柱状，高径比为3，其包括进料口1、干燥热解室2、燃烧室3、隔板4、热解室出口5、出渣口6和烟气出口7，其中，进料口1设置在炉顶，进料口下方连通干燥热解室2，干燥热解室2整体呈柱状空腔，热解室中心线与整个热解炉中心线重合。进料口1下方设置有进料导流板8。在热解室的柱状空腔内设置有体式布料网格9，体式布料网格9用于减缓降落其中的垃圾原料的速度，延长垃圾停留时间，从而保证垃圾原料具有充分时间热解。干燥热解室2下方设置有燃烧室3，干燥热解室2和燃烧室3以类漏斗状隔板4隔离开，隔板4上设置有漏斗状热解室出口5，热解室出口5用于供热解室内的热解气和热解渣料排出到燃烧室3，燃烧室3下方连通出渣口6，燃烧室3上方通过包套在干燥热解室2外围的空腔连通位于炉顶的烟气出口7。

体式布料网格9为由若干个水平方向上的网格层和若干个竖直方向上的网格层纵横交错构成的立体布料笼，该立体布料笼中在水平方向上的网格尺寸自上而下逐渐减小，在竖直方向上的网格尺寸自上而下逐渐增大，且其网格自上而下交错设置，不存在上下贯通的网格，该立体布料笼中水平方向上最大网格尺寸与竖直方向上最大网格尺寸相同。

体式布料网格底部为收口设置，且其底部设置有倒锥形的格网导流板10，该格网导流板对干燥热解室内的物料起到导流作用，用于防止干燥热解室的垃圾物料直接向下自由下落进入燃烧室。出渣口6上方设置有残炭导流板11，该残炭导流板11呈锥形，且该残炭导流板11表面设置有孔隙，用于协助燃烧室内的残渣顺畅排除，而不会堵塞出渣口6。

燃烧室内设置有供风管组，该供风管组包括第一供风管组和第二供风管组，所述第一供风管组包括缠绕于燃烧室炉壁外侧的进风盘管1201以及设置在炉壁内侧四周且与外侧缠绕的进风盘管相连通的环形布风管组1202；环形布风管组1202环绕燃烧室内壁设置一周，在其管壁上设有小孔溢出空气，小孔对向残炭导流板11。工作时，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，使布气更加均匀。所述第二供风管组为设置在出渣口6上方的蛇形供风盘管1203，其管壁设置有斜向下开孔。所述第一供风管组和第二供风管组共用进风总管12，进风总管12连接还连接流量计和阀门，用于调节空气进气流量。

所述热解室出口5底端外壁上设置有燃烧室气体导流板13，该燃烧室气体导流板13用于对气体进行导流，使燃烧室内气体分布更均匀，燃烧室内温度分布更均匀。

换热管组14设置于所述体式布料网格9四周，燃烧室3燃烧产生的高温烟气直接从换热管组14下方进入，从该换热管组顶端出口流出，经集气罩15收集后进一步通过热解炉顶端的烟气出口7排出；通过该换热管组14利用燃烧室产生的高温烟气对干燥热解室提供热量；所述烟气出口的温度不高于500℃。换热管组包括多根相互平行的换热列管，其围绕体式布料网格而设置，且所述换热管组中各换热列管之间的间距在远离所述体式布料网格的方向上逐渐减小，如图4所示，这样设置一方面使得物料穿过侧面网格进入列管之间使不容易受到阻碍，另一方面，能够增加换热速度，使整个干燥热解腔室内物料均匀受热。

集气罩15上方、进料口导流板8下方设置有等离子体火炬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。该炉体由特种钢构成，处于燃烧室、干燥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。

采用该炉体进行某城镇生活垃圾的处理，储料单元容量为一日储量，每日转运一次。垃圾物料与储料产生的渗滤液一并通过进料口进入干燥热解室；臭气在负压条件下进入。物料每1.5min推进一次。压缩后的垃圾物料自进料口进入后，在垃圾热解燃烧一体炉内随着垃圾物料分级布料装置自上而下逐级传递，在该逐级传递的过程中实现垃圾物料在干燥热解室内的干燥和热解过程，干燥和热解后产生的热解气和残炭从干燥热解室出口进入其下方的燃烧室，燃烧室温度为1050℃。残炭燃烧后自燃烧室下端的出渣口排出，经过换热的高温烟气从该垃圾热解燃烧一体炉顶部的烟气出口排出进行热量再利用和尾气处理，处理后的尾气通过该排气烟囱排出，且尾气排出时其温度不低于100℃。该垃圾处理方法能够实现垃圾的连续稳定处理，且无任何污水排放。

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 (10)

1.一种气-温-热联动控制的垃圾处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将垃圾物料在密封条件下进行压缩进料，以挤出其中的空气，得到压缩后的垃圾物料；

(2)所述压缩后的垃圾物料通过进料口进入垃圾热解燃烧一体炉；所述垃圾热解燃烧一体炉包括其上部的干燥热解室和该干燥热解室下方的燃烧室；

(3)所述压缩后的垃圾物料自进料口进入后，在垃圾热解燃烧一体炉内随着垃圾物料分级布料装置自上而下逐级传递，在该逐级传递的过程中实现垃圾物料在干燥热解室内的干燥和热解过程；其中，所述垃圾物料分级布料装置为体式布料网格，所述体式布料网格用于延长物料在该垃圾热解燃烧一体炉内的停留时间，保证物料均匀受热而实现充分热解；且该体式布料网格的网格尺寸自上而下为渐变设计，用于将不同反应阶段不同粒度物料分阶段向下级传递，且控制不同尺寸物料在干燥和热解阶段不同的停留时间；

(4)垃圾物料在干燥和热解后产生的热解气和残炭从干燥热解室出口进入其下方的燃烧室，使得该热解气和残炭在含氧气氛中发生燃烧反应，燃烧反应产生的高温烟气为干燥热解室内的干燥和热解过程提供热量，实现热量的自供给；残炭燃烧后自燃烧室下端的出渣口排出，经过换热的高温烟气从该垃圾热解燃烧一体炉顶部的烟气出口排出，进行热量再利用和尾气处理。

2.如权利要求1所述的垃圾处理方法，其特征在于，步骤(1)具体为：在全密封条件下，将储存在料坑的垃圾物料通过耙机转运至传送带，利用该传送带将垃圾物料传送至密封推料器中，该密封推料器连接垃圾热解燃烧一体炉的进料口，利用该密封推料器对垃圾物料进行压缩，挤出垃圾物料中的空气。

3.如权利要求1所述的垃圾处理方法，其特征在于，所述进料口下方设置有进料口导流板，该导流板呈类漏斗状，该进料口导流板下方设置有等离子体火炬，用于在炉体点火时提供热量，为垃圾物料预热。

4.如权利要求1所述的垃圾处理方法，其特征在于，所述干燥热解腔室内还设置有换热管组，该换热管组设置于所述体式布料网格四周，燃烧室燃烧产生的高温烟气直接从换热管组下方进入，从该换热管组顶端出口流出，经集气罩收集后进一步通过热解炉顶端的烟气出口排出；通过该换热管组利用燃烧室产生的高温烟气对干燥热解室提供热量；所述烟气出口的温度不高于500℃。

5.如权利要求4所述的垃圾处理方法，其特征在于，所述换热管组包括多根相互平行的换热列管，其围绕体式布料网格而设置，且所述换热管组中各换热列管之间的间距在远离所述体式布料网格的方向上逐渐减小；这样设置一方面使得物料穿过侧面网格进入列管之间使不容易受到阻碍，另一方面，能够增加换热速度，使整个干燥热解腔室内物料均匀受热。

6.如权利要求1所述的垃圾处理方法，其特征在于，所述体式布料网格为由若干个水平方向上的网格层和若干个竖直方向上的网格层纵横交错构成的立体布料笼，该立体布料笼中在水平方向上的网格尺寸自上而下逐渐减小，在竖直方向上的网格尺寸自上而下逐渐增大，且其网格自上而下交错设置，不存在上下贯通的网格；

在水平方向上的网格尺寸自上而下逐渐减小，这样设置是因为压缩的垃圾物料初始尺寸大，受热体积收缩变小，水平方向上网格尺寸自上而下逐渐减小，以避免初始大尺寸垃圾物料在该体式布料网格顶层堆积，便于物料下移；

在竖直方向上的网格尺寸自上而下逐渐增大，一方面便于垃圾物料随着热解过程的进行向下运动时，受到网格边缘的阻挡除了具有向下的运动方向，还具有斜向下的运动方向，能够向侧面穿过网格而进入换热管组之间进行直接换热；另一方面，之所以设计为自上而下逐渐增大，目的是避免初始大尺寸垃圾物料直接进入换热管组，受热产生大量焦油粘连在换热管组列管管壁，影响换热过程的进行。

7.如权利要求1所述的垃圾处理方法，其特征在于，所述换热管组底部设置有类漏斗状隔板，该类漏斗状隔板将干燥热解室与燃烧室隔离开，所述热解室出口位于该类漏斗状隔板的底部中央，且该类漏斗状隔板用于将完成干燥热解的物料导流至热解室出口，然后从热解室出口进入燃烧室；

所述出渣口上方设置有残炭导流板，该残炭导流板呈锥形，且该残炭导流板表面设置有孔隙，用于协助燃烧室内的残渣顺畅排除，而不会堵塞出渣口。

8.如权利要求1所述的垃圾处理方法，其特征在于，所述燃烧室内设置有供风管组，该供风管组包括第一供风管组和第二供风管组，所述第一供风管组包括缠绕于燃烧室炉壁外侧的进风盘管以及设置在炉壁内侧四周且与外侧缠绕的进风盘管相连通的环形布风管组；所述第二供风管组为设置在出渣口上方的蛇形供风管，其管壁设置有斜向下开孔；

所述第一供风管组和第二供风管组共用进风总管，进风总管连接还连接流量计和阀门，用于调节空气进气流量；所述第一供风管组中将进风盘管缠绕于燃烧室炉壁外侧，目的是使进气加热后再进入燃烧室；环形布风管组设置于燃烧室内壁四周，用于向燃烧室内均匀布气；

所述第二供风管组设置在出渣口上方，且在使用时埋于炉渣中，这样燃烧产生的炉渣能够与进入的冷空气进行换热，在降低出渣温度的同时，使得进气加热后再进入燃烧室燃烧。优选地，将第二供风管组设置为蛇形供风盘管，目的在于增大进气与渣料的换热面积，其管壁斜向下开孔目的在于避免渣料堵塞开孔，导致空气不能进入。

9.如权利要求1所述的垃圾处理方法，其特征在于，所述垃圾热解燃烧一体炉整体的高径比为2～4:1。

10.如权利要求1所述的垃圾处理方法，其特征在于，从所述烟气出口排出的烟气进入尾气处理单元进行尾气的处理，该尾气处理单元包括第一除尘段、换热段、脱酸段、第二除尘段以及尾气排放段；

所述第一除尘段采用旋风除尘方式除去尾气中颗粒物，防止对换热段设备造成损害；

所述换热段采用气水换热方式，使尾气温度降至不高于200℃；该换热过程分为两个阶段，第一阶段从500℃±50℃降低至400℃±50℃，换热时间1～2s；第二阶段温度从400℃±50℃降低至200℃±50℃，换热时间1～2s；

所述脱酸段用于对换热后的尾气除去其中酸性成分，使其中酸性组分浓度降至100mg/m³以内；

所述第二除尘段采用布袋除尘，将尾气中颗粒物浓度降至30mg/m³以内；

所述尾气排放段设置有排气烟囱，该排气烟囱外设置有保温层，处理后的尾气通过该排气烟囱排出，且所述尾气排出时其温度不低于100℃。

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