CN113046131A - 微型分布式无害化垃圾裂解气化装置 - Google Patents
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Abstract
一种微型分布式无害化垃圾裂解气化装置，由回转式超导裂解罐、空心旋转轴、管道密封器、冷凝器、离心风机、水封罐、阻火器、燃烧器、导电滑环、动力装置、控制器、电加热管和支承架组成，其特征是回转式超导裂解罐是一放置在支承架上可以360度旋转的柱形超导旋转体，超导旋转罐体外分布若干电热管，在控制器控制下加热管产生的热量通过超导罐体、拨板将热量快速均匀传导给垃圾，就地完成农村、社区、单位所产生的生活垃圾、废旧衣物、塑料、家具、畜便、农作物秸秆、农膜、树枝、杂草等有机物无害化资源化处理，裂解气化速度快，效率高，裂解过程中无烟尘，无飞灰，无废水，无二恶英、二氧化碳排放，节约人力、物力、财力和土地，所产裂解残渣是很好的有机肥料，热水和开水可作为生活使用。
Description
技术领域：
本发明涉及一种生活垃圾处理装置，具体讲是一种低能耗、高效率、不污染环境、不产生毒害物的微型分布式无害化垃圾裂解气化装置。
背景技术
随着人类文明的进步和人口的增长，城市、农村生活垃圾生产量日益增加，垃圾的成分日趋复杂，有害成分日渐增多。传统的填埋垃圾浪费土地、破坏地下水源与环境安全将退出历史舞台。目前各地采用的焚烧炉焚烧垃圾对环境造成严重污染遭致公众反对。焚烧垃圾排放出大量烟尘、有害颗粒物、酸性气体、未燃尽废物、重金属及大量二氧化碳，随之产生大量致癌的二恶英，同时焚烧使垃圾有机物质变成灰烬，造成资源浪费。目前国内集中运行的700个大型垃圾焚烧设施，投资了大量的人力、物力、财力和土地，仅社区、城镇、农村、工厂、医院、铁路、景区、大型养殖场等单位的垃圾收集、运输、粗处理、压缩，最后送到垃圾焚烧场焚烧，消耗的财力几乎占到垃圾处理费用的半数以上。从发展趋势焚烧垃圾已不再是垃圾处理的最终出路，从源头解决生活垃圾的减量化资源化无害化已成为各级政府的关注点。城市生活垃圾日产量约1.7亿吨，清运量1.4亿吨，处理率为80％；农村生活垃圾日产量约1.9亿吨，处理率不到10％。城市生活垃圾的处理主要是填埋和焚烧，而农村生活垃圾90％以上的处理主要是临时堆放、焚烧、随意倾倒。这种原始的粗犷的垃圾处理极大的影响着农村生活环境，威胁着人们的健康，制约了整体经济发展。
发明内容
将社区、农村、田头、医院、养殖场、学校、工厂、铁路、部队、学校、景区等分散单位所产生的生活垃圾、废旧衣物、塑料、家具、畜便、农作物秸秆、农膜、树枝、杂草等有机物，用微型分布式无害化垃圾裂解气化装置就地实施无害化处理，“足不出户”实现垃圾的减量化，做到废物利用，节约人力、物力、财力和土地，改善生活环境，是目前解决“垃圾围城”优选方案。
微型分布式无害化垃圾裂解气化装置是一种高效率无污染无公害就地垃圾处理装置，是利用高效集成回转式超导体快速集热传热散热原理及回转式超导体热屏蔽特性、快速均热特性、高温金属工质在重力与离心力合力下快速回流原理设计的新型垃圾就地处理，实施垃圾有机物由固态变气态的装置。此装置是将固态垃圾、有机物放在一个特制的密封的回转式超导裂解装置中，在一定的温度、压力、催化剂与无氧条件下，使垃圾中的有机质和气化剂发生系列反应，将垃圾高分子碳氢化合物迅速打碎析出挥发分CO、H2、CH、CNHm等可燃性气体和水汽及微量裂解油的设备，残渣可用作肥料和化工原料。微型分布式无害化垃圾裂解气化装置化学反应区具备均衡高温、密封裂解空间、充足的气化剂，实现垃圾分布式高效减量化资源化无害化处理有显著效果。
微型分布式无害化垃圾裂解气化装置由回转式超导裂解罐、空心旋转轴、管道密封器、冷凝器、离心风机、水封罐、阻火器、燃烧器、导电滑环、动力装置、控制器和支承架组成，其特征是回转式超导裂解罐右端中心轴线上焊接一与其同轴线并连通的空心旋转轴，空心旋转轴上装有一与其同心连接的导电滑环，空心旋转轴通过管道密封器端盖和支撑板中心孔插入管道密封器的气室，管道密封器的气室通过有闸板阀门的输气管道与冷凝器的气体入口连接，冷凝器的气体出口通过出气管道与离心风机抽气口连接，离心风机出气口与水封罐进气口连接，水封罐出气口通过管道与阻火器连接，阻火器通过管道与燃烧器连接。垃圾在回转式超导裂解罐中裂解的气体通过空心旋转轴，管道密封器，输气管道，冷凝器，离心风机，水封罐，阻火器，依次排出进入燃烧器，将燃烧器上的水箱加热，可获得生活热水。
所述的回转式超导裂解罐是一放置在支承架上可以360度旋转的柱形超导旋转体，其特征是回转式超导裂解罐为双层体，双层体内层与外层间距为20～30mm，双层体的空间中装有活化的金属超导工质；回转式超导裂解罐内层焊接若干个双层拨板，双层拨板的空腔与回转式超导裂解罐双层体的空间相通，整个空间在静态时呈密封负压态；回转式超导裂解罐内层和双层拨板上均焊接有若干个散热翅片；回转式超导裂解罐的左端是垃圾进料口，进料口上装有密封盖，打开密封盖超导裂解罐顺时针旋转时放入进料口的垃圾有机物可自动进入回转式超导裂解罐中，反时针旋转，回转式超导裂解罐裂解完的少量垃圾残渣打开密封盖可从垃圾进料口顺利流出；密封盖右边进料口四周是催化剂套，催化剂套上有若干个小孔与回转式超导裂解罐内空间相同；回转式超导裂解罐回转式超导裂解罐内部为裂解垃圾的密闭空间，容积为1.5～2M3，关闭进料口密封盖和输气管道的闸板阀门回转式超导裂解罐内部负压态真空度达-0.04MP，回转式超导裂解罐工作时罐内呈无氧态或厌氧态，垃圾在无氧态或厌氧态条件下裂解不会产生二恶英等有害气体。回转式超导裂解罐外层表面均匀布装若干个电加热管，电加热管的绝热导线与导电滑环连接，导电滑环通过三相动力线与控制器连接，控制器与三相电源连接，电加热管加热通过双层体外层将热量传导给双层体空间中的金属超导工质，为垃圾裂解提供热能。回转式超导裂解罐外部电加热管外边包裹有耐高温保温层以防设备工作时热量外泄；回转式超导裂解罐右端中心部位与空心旋转轴焊接一起，空心旋转轴左端深入在回转式超导裂解罐中，超回转式导裂解罐裂解垃圾产生的混合气体通过空心旋转轴输出。回转式超导裂解罐耐高温保温层外部装有保护外壳。
所述的回转式超导裂解罐内层与外层间装的金属超导工质占其总空间容积20％～30％，其金属超导工质是经活化的、工作温度在600℃至800℃的加有0.7％钛粉、5.4％镁粉的液态金属汞，或者液态钾钠合金，钾钠合金的质量比为K∶Na＝76％∶24％，或者液态钠钾合金，钠钾合金质量比为钠∶钾＝1∶3；回转式超导裂解罐内层与外层及双层拨板的空间静态时内部负压为1.3X10-3Pa，工作时空间内部呈正压态。回转式超导裂解罐外层表面若干个电加热管工作时，产生的高温热能通过回转式超导裂解罐外层传导给回转式超导裂解罐的金属超导工质使其相变气化，将相变潜热通过回转式超导裂解罐内层的若干个双层拨板，双层拨板的若干个散热翅片、回转式超导裂解罐内层上的若干个散热翅片快速传导到密闭的回转式超导裂解罐内的垃圾，为垃圾提供裂解气化热能。
所述的回转式超导裂解罐的密封盖右边进料口四周的催化剂套6中装有液态催化剂，液态催化剂是95％的水与3％的白云石和2％Fe203微粉混合液，在回转式超导裂解罐旋转时，液态催化剂从催化剂套若干个小孔流出进入回转式超导裂解罐内空间与垃圾混合。液态催化剂中的水是为了满足垃圾在裂解气化中湿度要求。实验显示在回转式超导裂解罐内垃圾裂解反应区温度在700℃～800℃时，水蒸汽作为气化剂可使垃圾反应速度加快，垃圾产气转化率和挥发份逸出率明显提高。在高温裂解回转式超导裂解罐内水蒸汽的加入使物料的产气量随着温度的升高大幅增加，因为炉内反应温度的升高，垃圾温度上升速度加快，垃圾层中同时发生反应放出气体的垃圾增加，因此使得气体瞬时产率增加。而水蒸汽的加入，垃圾反应放出的部分气体先与水蒸汽发生反应，进一步分解可产生为其它小分子气体，部分小分子气体会继续与水蒸汽反应，这样的一个反应过程使得整个反应持续时间变长，总产气量增加。在800℃的水蒸汽气氛下，城市生活垃圾、厨余和纸屑的总产气率最大可接近950L/kg，热值提高40％，这是因为随着温度的升高，焦油的二次裂解与水蒸汽发生了重整反应，增加了CO，H2等可燃气体的含量，尤其是生活厨余在800℃的水蒸汽气氛下，除了厨余二次裂解与水发生的重整反应使得可燃气含量增加，800℃还有利于厨余的残碳与水蒸汽发生水煤气反应。水在800℃有机物充斥的的裂解炉中部分可以分解成H2和O2。液态催化剂中的白云石是催化剂，试验表明垃圾加入白云石，在回转式超导裂解罐1内垃圾裂解反应区温度在700℃～800℃时，白云石作为催化剂显著提高了可燃气体H2的含量并降低了焦油含量，减少设备表面积碳。白云石中添加Fe2O3粉末使白云石成为改性白云石，改性白云石提高了白云石催化剂活性，试验表明：750℃时，在改性白云石催化条件下，H2的体积分数为45.77％±0.23％，相较无催化和白云石催化条件下的富氢作用，气化所需温度下降100℃。改性白云石不仅促使烃端链上碳碳长链断链，产生氢自由基，进而形成H2，同时促进芳香环开环反应，脱羧基及脱羟基反应，使得垃圾裂解后的焦油更易转化为小分子气体。
所述的空心旋转轴其左端头装有滤网，以防回转式超导裂解罐中小型垃圾进入空心旋转轴中堵塞回转式超导裂解罐中所产生的混合气体的释放通道。空心旋转轴装在支承架的轴承套中，回转式超导裂解罐的左端托在支承架的两个滚轮上。空心旋转轴与动力装置的皮带轮同心相连，皮带轮转动，空心旋转轴与回转式超导裂解罐、回转式超导裂解罐中的垃圾及导电滑环一起转动。空心旋转轴上装有通电滑环，通电滑环碳刷上的三相动力线和传感器线与控制器连接，控制器选用现成的自动智能控制器，可以控制超导裂解罐开关机、旋转速度、转向、回转式超导裂解罐中垃圾裂解温度、压力、故障点以及紧急状态的断电停车。
所述的管道密封器由圆筒体，焊接在圆筒体右端的盲板，焊接在筒体内的支撑板，通过焊接在圆筒体端头3根螺栓连接在筒体左侧的端盖及耐热石墨硅酸铝纤维构成，支撑板与端盖开有中心孔，中心孔的中心线与空心旋转轴中心线重合，空心旋转轴通过两者的中心孔插入至管道密封器的气室，管道密封器的气室通过输气管道、闸板阀门与冷凝器的入口连接；在筒体左侧的端盖与筒体内的支撑板之间空心旋转轴的周围空间填满有润滑作用的耐热石墨硅酸铝纤维，或者高温陶瓷线与石墨膏按7∶3比例混合的混合物，以保证回转式超导裂解罐中裂解产生的气体在通过转动的空心旋转轴进入管道密封器的气室而不产生气体泄露；焊接在圆筒体端头3根螺栓上的螺母可以调节筒体左侧的端盖与支撑板之间耐热石墨硅酸铝纤维的密实度，以保证空心旋转轴转动气室气体不泄露。
所述的动力装置由电动机，连接在空心旋转轴上的皮带轮及耐高温传动皮带构成，皮带轮的中心线与空心旋转轴中心线重合，电动机在控制器的控制下通过耐高温传动皮带带动皮带轮、空心旋转轴、超导裂解罐转动。
所述的冷凝器为列管式冷却器或者板式冷却器，冷凝器上有冷水进口，热水出口，气体入口，气体出口，管道密封器的气室通过输气管道与冷凝器的气体入口连接，冷凝器的气体出口通过出气管道与离心风机抽气口连接，热水出口通过管道与烧水的水箱链接。本设备冷凝器用水作为冷却剂冷却气体流体，以除去回转式超导裂解罐中裂解的混合气体的水分及微量裂解油，水分及微量裂解油积攒一定量后由下边弯管阀门释放出。冷凝器使用的冷却水经冷凝器后吸收冷凝热成生活热水，热水通过热水出口进入烧水的水箱被继续加热可称为开水。
所述的水封罐由装水的外罐体、浮在外罐体水中的内罐体、伸入在内罐体中的进气管和由高出水面的出气管构成，由冷凝器出来的可燃气体经离心风机、水封罐的进气管进入罐体的水中经过滤净化由上边出气管进入阻火器、燃烧器。
所述的阻火器是用来阻止燃烧器点火时火焰回火进入水封罐引起水封罐中的可燃气体闪爆或者爆轰的安全装置。阻火器由一圆筒两头加法兰盘、两法兰盘之间加密实的金属网滤芯构成。金属网滤芯选用直径0.23～0.315mm孔的不锈钢孔板重叠8～16层构成，或者采用16～22目金属网重叠8～16层构成。阻火器的网上有无数小孔，工作时不会阻挡可燃气体的通过，当可燃气体回火时火焰进入阻火器就被阻火器密集的孔分成许多细小的火焰流，由于传热作用(气体被冷却)和器壁效应，火焰流即刻猝灭，火焰不会回火串入水封罐，。
所述的回转式超导裂解罐外部电加热管外部包裹的耐高温保温层是导热系数在0.05W/(m.K)以下的，耐热温度大于1000℃的无机绝热保温材料，如氧化铝多晶纤维棉，稀土保温泥，陶瓷纤维保温棉，或者石棉保温层，石墨保温层等，绝热层厚度15cm～20cm，它可以防止炉体上的温度向外扩散。
微型分布式无害化垃圾裂解气化装置工作原理是：接通三相电源，打开回转式超导裂解罐的左端垃圾进料口密封盖，打开控制器电源按钮，开启动力装置，电动机通过皮带轮带动连接在空心旋转轴上的回转式超导裂解罐顺时针转动，将垃圾放入回转式超导裂解罐进料口，垃圾有机物自动旋入回转式超导裂解罐，同时催化剂套中的液态催化剂从催化剂套的若干个小孔流到垃圾中。关闭密封盖，开启电加热管加热，热量通过回转式超导裂解罐双层体外层将热量快速传导给双层体空间中的金属超导工质使其相变气化，将相变潜热通过回转式超导裂解罐内层的若干个双层拨板，双层拨板的若干个散热翅片、回转式超导裂解罐内层上的若干个散热翅片快速均匀传导到密闭的回转式超导裂解罐内的垃圾，使垃圾裂解气化成CO、H2、CH、CNHm等可燃性气体和水汽及微量裂解油气。这些混合性气体在离心风机作用下通过空心旋转轴，管道密封器，输气管道，冷凝器，离心风机，水封罐，阻火器，依次排出进入燃烧器，将燃烧器上的水箱中的水加热，获得生活开水。冷凝器使用的冷却水经冷凝器后吸收冷凝热成热水，可从热水口流出。热水再通过热水出口、管道进入烧水的水箱被继续加热可得开水。金属超导工质工作温度在600℃至800℃，将潜热传递给垃圾后，金属超导工质由气态相变成液态，在重力与离心力合力下快速回流到回转式超导裂解罐内层与外层的空间中继续上述相变传热过程，周而复始将电加热管产生的热量源源不断供给垃圾裂解气化。垃圾裂解气化完后，打开进料口密封盖反时针旋转回转式超导裂解罐，垃圾裂解残渣从回转式超导裂解罐中顺利流出。
采用微型分布式无害化垃圾裂解气化装置，对社区、农村、田头、医院、养殖场、学校、工厂、铁路、部队、学校、景区等分散单位所产生的生活垃圾、废旧衣物、塑料、家具、畜便、农作物秸秆、农膜、树枝、杂草等有机物可就地实施无害化处理，“足不出户”实现垃圾的减量化，资源化，无害化，充分做到废物利用，节约人力、物力、财力和土地，改善生活环境。垃圾裂解过程中无烟尘，无飞灰，无废水，无二恶英、二氧化碳排放，垃圾裂解彻底，产气率高，裂解残渣是很好的有机肥料，热水和开水可作为生活使用。
附图说明
图1是微型分布式无害化垃圾裂解气化装置结构示意图
图2是超导裂解罐侧面切开示意图
1、回转式超导裂解罐 2、空心旋转轴 3、管道密封器 4、冷凝器 5、离心风机 6、水封罐 7、阻火器 8、燃烧器 9、导电滑环 10、三相电源 11、动力装置 12、控制器 13、电加热管 14、端盖 15、支撑板 16、气室 17、闸板阀门 18、输气管道 19、气体入口 20、气体出口21、出气管道 22、抽气口 23、出气口 24、管道 25、进气口 26、水封罐出气口 27、管道 28、管道 29、水箱 30、内层 31、外层 32、金属超导工质 33、双层拨板 34、散热翅片 35、进料口 36、密封盖 37、绝热导线 38、三相动力线 39、散热翅片 40、垃圾 41、耐高温保温层42、保护外壳 43、滤网 44、轴承套 45、滚轮 46、皮带轮 47、圆筒体 48、盲板 49、耐热石墨硅酸铝纤维 50、热水出口 51、支承架 52、电动机 53、耐高温传动皮带 54、冷水进口 55、开水口 56、热水管道 57、弯管阀门 58、外罐体 59、内罐体 60、进气管 61、催化剂套 62、小孔 63、液态催化剂 64、加液口
具体实施方案
现结合附图1和附图2做具体说明：一种微型分布式无害化垃圾裂解气化装置，由回转式超导裂解罐1、空心旋转轴2、管道密封器3、冷凝器4、离心风机5、水封罐6、阻火器7、燃烧器8、导电滑环9、动力装置11、控制器12、电加热管13和支承架51组成，其特征是回转式超导裂解罐1右端中心轴线上焊接一与其同轴线重合且连通的空心旋转轴2，空心旋转轴2上装有一与其同心连接的导电滑环9，空心旋转轴2通过管道密封器3的端盖14和支撑板15中心孔插入管道密封器3的气室16，管道密封器3的气室16通过有闸板阀门17的输气管道18与冷凝器4的气体入口19连接，冷凝器4的气体出口20通过出气管道21与离心风机5的抽气口22连接，离心风机5的出气口23通过管道24与水封罐6的进气口25连接，水封罐出气口26通过管道27与阻火器7连接，阻火器7通过管道28与燃烧器8连接。垃圾在回转式超导裂解罐1中裂解的气体通过空心旋转轴2，管道密封器3，输气管道18，冷凝器4，离心风机5，水封罐6，阻火器7，依次排出进入燃烧器8，将燃烧器上水箱29中的水加热，可获得生活热水。
所述的回转式超导裂解罐1是一放置在支承架51上可以360度旋转的柱形超导旋转体，其特征是回转式超导裂解罐1为双层体，双层体内层30与外层31间距为20～30mm，双层体的空间中装有活化的金属超导工质32；回转式超导裂解罐内层30焊接若干个双层拨板33，双层拨板的空腔与回转式超导裂解罐双层体的空间相通，整个空间在静态时呈密封负压态；回转式超导裂解罐内层30和双层拨板33上均焊接有若干个散热翅片34、39；回转式超导裂解罐1的左端是垃圾进料口35，进料口上装有密封盖36，打开密封盖36回转式超导裂解罐1顺时针旋转将放入进料口35的垃圾有机物可自动送入回转式超导裂解罐1中，反时针旋转，回转式超导裂解罐1裂解完的少量垃圾残渣打开密封盖36可从垃圾进料口35顺利流出；密封盖36右边进料口35四周是催化剂套61，催化剂套61上有若干个小孔62与回转式超导裂解罐1内空间相通；回转式超导裂解罐1内部为投放垃圾的密闭空间，容积为1.5～2M3，关闭进料口密封盖36和输气管道18的闸板阀门17回转式超导裂解罐1内部负压态真空度达-0.04MP。回转式超导裂解罐1工作时罐内呈无氧态或厌氧态，垃圾在无氧态或厌氧态条件下裂解不会产生二恶英等有害气体。回转式超导裂解罐1外层表面均匀布装若干个电加热管13，电加热管13的绝热导线37与导电滑环9连接，导电滑环9通过三相动力线38与控制器12连接，控制器12与三相电源10连接，电加热管13加热通过双层体外层31将热量可传导给双层体空间中的金属超导工质32，为垃圾40裂解提供热能。回转式超导裂解罐1外部电加热管13外边包裹有耐高温保温层41以防设备工作时热量外泄；回转式超导裂解罐1右端中心部位与空心旋转轴2焊接一起，空心旋转轴2左端深入在超导裂解罐1中，回转式超导裂解罐1裂解垃圾产生的混合气体通过空心旋转轴2输出。回转式超导裂解罐1耐高温保温层外部装有保护外壳42。
所述的回转式超导裂解罐1内层30与外层31间装的金属超导工质32占其总空间容积为20％～30％，其金属超导工质32是经活化的、工作温度在600℃至800℃的加有0.7％钛粉、5.4％镁粉的液态金属汞，或者液态钾钠合金，钾钠合金的质量比为K∶Na＝76％∶24％，或者液态钠钾合金，钠钾合金质量比为钠∶钾＝1∶3；超导裂解罐1内层30与外层31及双层拨板33的空间静态时内部负压为1.3X10-3Pa，工作时空间内部呈正压态。回转式超导裂解罐外层31表面若干个电加热管13工作时，产生的高温热能通过回转式超导裂解罐外层31传导给回转式超导裂解罐1的金属超导工质32使其相变气化，将相变潜热通过超导裂解罐内层30的若干个双层拨板33，双层拨板的若干个散热翅片34、超导裂解罐内层30上的若干个散热翅片39快速传导到密闭的回转式超导裂解罐内的垃圾40，为垃圾40提供裂解气化热能。
所述的回转式超导裂解罐1的密封盖36右边进料口四周的催化剂套61中装有液态催化剂63，液态催化剂63是95％的水与3％的白云石和2％Fe2O3微粉混合液，工作时按照配比将液态催化剂63由加液口64加入催化剂套61中盖好加液口盖子，在回转式超导裂解罐1旋转时，液态催化剂63从催化剂套61若干个小孔62流出进入回转式超导裂解罐1内空间与垃圾混合。液态催化剂63中的水是为了满足垃圾在裂解气化中湿度要求。实验显示在回转式超导裂解罐1内垃圾裂解反应区温度在700℃～800℃时，水蒸汽作为气化剂可使垃圾反应速度加快，垃圾产气转化率和挥发份逸出率明显提高。在高温裂解回转式超导裂解罐1内水蒸汽的加入使物料的产气量随着温度的升高大幅增加，因为炉内反应温度的升高，垃圾温度上升速度加快，垃圾层中同时发生反应放出气体的垃圾增加，因此使得气体瞬时产率增加。而水蒸汽的加入，垃圾反应放出的部分气体先与水蒸汽发生反应，进一步分解可产生为其它小分子气体，部分小分子气体会继续与水蒸汽反应，这样的一个反应过程使得整个反应持续时间变长，总产气量增加。在800℃的水蒸汽气氛下，城市生活垃圾、厨余和纸屑的总产气率最大可接近950L/kg，热值提高40％，这是因为随着温度的升高，焦油的二次裂解与水蒸汽发生了重整反应，增加了CO，H2等可燃气体的含量，尤其是生活厨余在800℃的水蒸汽气氛下，除了厨余二次裂解与水发生的重整反应使得可燃气含量增加，800℃还有利于厨余的残碳与水蒸汽发生水煤气反应。水在800℃有机物充斥的的裂解炉中部分可以分解成H2和O2。液态催化剂63中的白云石是催化剂，研究试验表明垃圾加入白云石，在回转式超导裂解罐1内垃圾40裂解反应区温度在700℃～800℃时，白云石作为催化剂显著提高了可燃气体H2的含量并降低了焦油含量，减少设备表面积碳。白云石中添加Fe2O3粉末使白云石成为改性白云石，改性白云石提高了白云石催化剂活性，有助于提高垃圾生物质气化过程的经济性。试验表明：750℃时，在改性白云石催化条件下，H2的体积分数为45.77％±0.23％，相较无催化和白云石催化条件下的富氢作用，气化所需温度下降100℃。改性白云石不仅促使烃端链上碳碳长链断链，产生氢自由基，进而形成H2，同时促进芳香环开环反应，脱羧基及脱羟基反应，使得垃圾裂解后的焦油更易转化为小分子气体。
所述的空心旋转轴2其左端头装有滤网43，以防回转式超导裂解罐1中小型垃圾进入空心旋转轴2中堵塞回转式超导裂解罐1中所产生的混合气体的释放通道。空心旋转轴2装在支承架15的轴承套44中，回转式超导裂解罐1的左端托在支承架15的两个滚轮45上。空心旋转轴2与动力装置11的皮带轮46同心相连，皮带轮46随电动机耐高温传动皮带53的运动转动，空心旋转轴2与回转式超导裂解罐1、回转式超导裂解罐中的垃圾40及导电滑环9一起随着转动。空心旋转轴2上装有通电滑环9，通电滑环9碳刷上的三相动力线38和传感器线与控制器12连接，控制器12选用现成的自动智能控制器，可以控制回转式超导裂解罐1开关机、旋转速度、转向、回转式超导裂解罐中垃圾裂解温度、压力、故障点以及紧急状态的断电停车。
所述的管道密封器3由圆筒体47，焊接在圆筒体47右端的盲板48，焊接在筒体47内的支撑板15，通过焊接在圆筒体端头3根螺栓连接在筒体左侧的端盖14及耐热石墨硅酸铝纤维49构成，支撑板15与端盖14开有中心孔，中心孔的中心线与空心旋转轴2中心线重合，空心旋转轴2通过两者的中心孔插入至管道密封器的气室16，管道密封器的气室16通过输气管道18、闸板阀门17与冷凝器的入口19连接；在圆筒体47左侧的端盖14与筒体内的支撑板15之间空心旋转轴2的周围空间填满有润滑作用的耐热石墨硅酸铝纤维49，或者高温陶瓷线与石墨膏按7∶3比例混合的混合物，以保证回转式超导裂解罐1中裂解产生的气体在通过转动的空心旋转轴2进入管道密封器的气室16而不产生气体泄露；焊接在圆筒体47端头3根螺栓上的螺母可以调节筒体左侧的端盖14与支撑板15之间耐热石墨硅酸铝纤维49的密实度，以保证空心旋转轴2转动气室16的气体不泄露。
所述的动力装置11由电动机52，连接在空心旋转轴2上的皮带轮46及耐高温传动皮带53构成，皮带轮46的中心线与空心旋转轴2中心线重合，电动机52在控制器12的控制下通过耐高温传动皮带53带动皮带轮46、空心旋转轴2、超导裂解罐1转动，以加快垃圾40裂解速度和产气效率。
所述的冷凝器4为列管式冷却器或者板式冷却器，冷凝器上有冷水进口54，热水出口55，气体入口19，气体出口20，管道密封器3的气室16通过输气管道18与冷凝器的气体入口19连接，冷凝器的气体出口20通过出气管道21与离心风机5抽气口22连接，热水出口55通过管道56与烧水的水箱29链接。本设备冷凝器4用水作为冷却剂冷却气体流体，以除去回转式超导裂解罐1中裂解的混合气体的水分及微量裂解油，水分及微量裂解油积攒一定量后由下边弯管阀门57释放出。冷凝器4使用的冷却水经冷凝器后吸收冷凝热成生活热水，从热水口50流出。热水通过热水管道55进入烧水的水箱29被继续加热成为开水。
所述的水封罐6由装水的外罐体58、浮在外罐体58水中的内罐体59、伸入在内罐体59中的进气管60和由高出水面的出气管26构成，由冷凝器4出来的可燃气体经离心风机5、水封罐的进气管60进入罐体的水中经过滤净化由上边出气管26进入阻火器7、燃烧器8。
所述的阻火器7是用来阻止燃烧器8点火时火焰回火进入水封罐6引起水封罐中的可燃气体闪爆或者爆轰的安全装置。阻火器7由一圆筒两头加法兰盘、两法兰盘之间加密实的金属网滤芯构成。金属网滤芯选用直径0.23～0.315mm孔的不锈钢孔板重叠8～16层构成，或者采用16～22目金属网重叠8～16层构成。阻火器7的网上有无数小孔，工作时不会阻挡可燃气体的正向通过，当可燃气体回火时火焰反向进入阻火器7就被阻火器密集的小孔分成许多细小的火焰流，由于传热作用(气体被冷却)和器壁效应，火焰流即刻猝灭，火焰不会回火串入水封罐6中。
所述的回转式超导裂解罐1外部电加热管13外部包裹的耐高温保温层41是导热系数在0.05W/(m.K)以下的，耐热温度大于1000℃的无机绝热保温材料，如氧化铝多晶纤维棉，稀土保温泥，陶瓷纤维保温棉，或者石棉保温层，石墨保温层等，绝热层厚度15cm～20cm，它可以防止电加热管13上的热量向保温层外扩散。
微型分布式无害化垃圾裂解气化装置工作原理是：接通三相电源10，打开回转式超导裂解罐1的左端垃圾进料口35的密封盖36，按动控制器12电源按钮，开启动力装置11，电动机52通过皮带轮53带动连接在空心旋转轴2上的超导裂解罐1顺时针转动。将垃圾有机物放入回转式超导裂解罐进料口35中，垃圾有机物自动旋入回转式超导裂解罐1，同时催化剂套61中的液态催化剂63从催化剂套的若干个小孔62流到垃圾中。关闭密封盖36，开启电加热管加热13，热量通过回转式超导裂解罐双层体外层31将热量传导给双层体空间中的金属超导工质32使其相变气化，将相变潜热通过回转式超导裂解罐内层的若干个双层拨板33、双层拨板的若干个散热翅片34、回转式超导裂解罐内层上的若干个散热翅片39快速均匀传导到密闭的回转式超导裂解罐内的垃圾40，垃圾40受热，在一定压力、气化剂作用下使垃圾裂解气化成CO、H2、CH、CNHm等可燃性气体和水汽及微量裂解油气。这些混合性气体在离心风机5作用下通过空心旋转轴2，管道密封器3，输气管道18，冷凝器4，离心风机5，水封罐6，阻火器7，依次排出进入燃烧器8，将燃烧器上水箱中的水加热，获得生活开水。冷凝器4使用的是冷却水经冷凝器后吸收冷凝热成热水，可从热水出口50流出。热水再通过热水出口50上边热水管道56进入烧水的水箱29被继续加热可得开水，开水从开水口55流出。金属超导工质32工作温度在600℃至800℃，工作时将潜热传递给垃圾40后，金属超导工质32由气态相变成液态，在重力与离心力合力下快速回流到超导裂解罐内层30与外层31的空间中继续上述相变传热过程，周而复始将电加热管13产生的热量源源不断供给垃圾40裂解气化。垃圾裂解气化完后，打开进料口密封盖36反时针旋转回转式超导裂解罐1，垃圾裂解残渣从进料口35中顺利流出。
Claims (11)
1.一种微型分布式无害化垃圾裂解气化装置，由回转式超导裂解罐(1)、空心旋转轴(2)、管道密封器(3)、冷凝器(4)、离心风机(5)、水封罐(6)、阻火器(7)、燃烧器(8)、导电滑环(9)、动力装置(11)、控制器(12)、电加热管(13)和支承架(51)组成，其特征是回转式超导裂解罐(1)右端中心轴线上焊接一与其同轴线重合且连通的空心旋转轴(2)，空心旋转轴(2)上装有一与其同心连接的导电滑环(9)，空心旋转轴(2)通过管道密封器(3)的端盖(14)和支撑板(15)中心孔插入管道密封器(3)的气室(16)，管道密封器(3)的气室(16)通过有闸板阀门(17)的输气管道(18)与冷凝器(4)的气体入口(19)连接，冷凝器(4)的气体出口(20)通过出气管道(21)与离心风机(5)的抽气口(22)连接，离心风机(5)的出气口(23)通过管道(24)与水封罐(6)的进气口(25)连接，水封罐出气口(26)通过管道(27)与阻火器(7)连接，阻火器(7)通过管道(28)与燃烧器(8)连接。垃圾在回转式超导裂解罐(1)中裂解的气体通过空心旋转轴(2)，管道密封器(3)，输气管道(18)，冷凝器(4)，离心风机(5)，水封罐(6)，阻火器(7)，依次排出进入燃烧器(8)，将燃烧器上水箱(29)中的水加热获得生活热水。
2.根据权利要求1所述的微型分布式无害化垃圾裂解气化装置，其特征是所述的回转式超导裂解罐(1)是一放置在支承架(51)上可以360度旋转的柱形超导旋转体，其特征是回转式超导裂解罐(1)为双层体，双层体内层(30)与外层(31)间距为20～30mm，双层体的空间中装有活化的金属超导工质(32)；回转式超导裂解罐内层(30)焊接若干个双层拨板(33)，双层拨板的空腔与回转式超导裂解罐双层体的空间相通，整个空间在静态时呈密封负压态；回转式超导裂解罐内层(30)和双层拨板(33)上均焊接有若干个散热翅片(34)、(39)；回转式超导裂解罐(1)的左端是垃圾进料口(35)，进料口上装有密封盖(36)，打开密封盖(36)，回转式超导裂解罐(1)顺时针旋转将放入进料口(35)的垃圾有机物可自动送入回转式超导裂解罐(1)中，反时针旋转，回转式超导裂解罐(1)裂解完的少量垃圾残渣打开密封盖(36)可从垃圾进料口(35)顺利流出；密封盖(36)右边进料口(35)四周是催化剂套(61)，催化剂套(61)上有若干个小孔(62)与回转式超导裂解罐(1)内空间相通；回转式超导裂解罐(1)内部为裂解垃圾的密闭空间，容积为1.5～2M3，关闭进料口密封盖(36)和输气管道(18)的闸板阀门(17)回转式超导裂解罐(1)内部负压态真空度达-0.04MP。回转式超导裂解罐(1)工作时罐内呈无氧态或厌氧态；回转式超导裂解罐(1)外层表面均匀布装若干个电加热管(13)，电加热管(13)的绝热导线(37)与导电滑环(9)连接，导电滑环(9)通过三相动力线(38)与控制器(12)连接，控制器(12)与三相电源(10)连接，电加热管(13)加热通过双层体外层(31)将热量可传导给双层体空间中的金属超导工质(32)，为垃圾(40)裂解提供热能；回转式超导裂解罐(1)外部电加热管(13)外边包裹有耐高温保温层(41)以防设备工作时热量外泄；回转式超导裂解罐(1)右端中心部位与空心旋转轴(2)焊接一起，空心旋转轴(2)左端深入在回转式超导裂解罐(1)中，回转式超导裂解罐(1)裂解垃圾产生的混合气体通过空心旋转轴(2)输出；回转式超导裂解罐(1)耐高温保温层外部装有保护外壳(42)。
3.根据权利要求1所述的微型分布式无害化垃圾裂解气化装置，其特征是所述的回转式超导裂解罐(1)内层(30)与外层(31)间装的金属超导工质(32)占其总空间容积为20％～30％，其金属超导工质(32)是经活化的、工作温度在600℃至800℃的加有0.7％钛粉、5.4％镁粉的液态金属汞，或者液态钾钠合金，钾钠合金的质量比为K∶Na＝76％∶24％，或者液态钠钾合金，钠钾合金质量比为钠∶钾＝1∶3；超导裂解罐内层(30)与外层(31)及双层拨板(33)的空间静态时内部负压为1.3X10-3Pa，工作态空间内部呈正压态；回转式超导裂解罐外层(31)表面若干个电加热管(13)产生的高温热能通过超导裂解罐外层(31)传导给回转式超导裂解罐的金属超导工质(32)相变气化，将相变潜热通过回转式超导裂解罐内层(30)的若干个双层拨板(33)，双层拨板的若干个散热翅片(34)、回转式超导裂解罐内层(30)上的若干个散热翅片(39)传导到密闭的回转式超导裂解罐内的垃圾(40)。
4.根据权利要求1所述的微型分布式无害化垃圾裂解气化装置，其特征是所述的回转式超导裂解罐(1)的密封盖(36)右边进料口(35)四周的催化剂套(61)中装有液态催化剂(63)，液态催化剂(63)是95％的水与3％的白云石和2％Fe2O3微粉混合液，催化剂套(61)上有加液口(64)和加液口盖子。
5.根据权利要求1所述的微型分布式无害化垃圾裂解气化装置，其特征是所述的空心旋转轴(2)其左端头装有滤网(43)，空心旋转轴(2)装在支承架(15)的轴承套(44)中，回转式超导裂解罐(1)的左端托在支承架(15)的两个滚轮(45)上；空心旋转轴(2)与动力装置(11)的皮带轮(46)同心相连，皮带轮(46)随电动机耐高温传动皮带(53)的运动转动，空心旋转轴(2)与回转式超导裂解罐(1)、回转式超导裂解罐中的垃圾(40)及导电滑环(9)一起随着转动；空心旋转轴(2)上装有通电滑环(9)，通电滑环(9)碳刷上的三相动力线(38)和传感器线与控制器(12)连接，控制器(12)控制回转式超导裂解罐(1)开关机、旋转速度、转向、回转式超导裂解罐(1)中垃圾裂解温度、压力、故障点以及紧急状态的断电停车。
6.根据权利要求1所述的微型分布式无害化垃圾裂解气化装置，其特征是所述的管道密封器(3)由圆筒体(47)，焊接在圆筒体(47)右端的盲板(48)，焊接在筒体(4)7内的支撑板(15)，通过焊接在圆筒体端头(3)根螺栓连接在筒体左侧的端盖(14)及耐热石墨硅酸铝纤维(49)构成，支撑板(15)与端盖(14)开有中心孔，中心孔的中心线与空心旋转轴(2)中心线重合，空心旋转轴(2)通过两者的中心孔插入至管道密封器的气室(16)，管道密封器的气室(16)通过输气管道(18)、闸板阀门(17)与冷凝器的入口(19)连接；在圆筒体(47)左侧的端盖(14)与筒体内的支撑板(15)之间空心旋转轴(2)的周围空间填满有润滑作用的耐热石墨硅酸铝纤维(49)，或者高温陶瓷线与石墨膏按7∶3比例混合的混合物；焊接在圆筒体(47)端头3根螺栓上的螺母调节筒体左侧的端盖(14)与支撑板(15)之间耐热石墨硅酸铝纤维(49)的密实度，空心旋转轴(2)转动气室(16)的气体不泄露。
7.根据权利要求1所述的微型分布式无害化垃圾裂解气化装置，其特征是所述的动力装置(11)由电动机(52)，连接在空心旋转轴(2)上的皮带轮(46)及耐高温传动皮带(53)构成，皮带轮(46)的中心线与空心旋转轴(2)中心线重合，电动机(52)在控制器(12)的控制下通过耐高温传动皮带(53)带动皮带轮(46)、空心旋转轴(2)、回转式超导裂解罐(1)转动。
8.根据权利要求1所述的微型分布式无害化垃圾裂解气化装置，其特征是所述的冷凝器(4)为列管式冷却器或者板式冷却器，冷凝器上有冷水进口(54)，热水出口(55)，气体入口(19)，气体出口(20)，管道密封器(3)的气室(16)通过输气管道(18)与冷凝器的气体入口(19)连接，冷凝器的气体出口(20)通过出气管道(21)与离心风机(5)抽气口(22)连接，热水出口(55)通过管道(56)与烧水的水箱(29)链接；冷凝器(4)用水作为冷却剂冷却气体流体，超导裂解罐(1)中裂解的混合气体的水分及微量裂解油，由下边弯管阀门(57)释放出；冷凝器(4)使用的冷却水经冷凝器后吸收冷凝热成热水，从热水出口(50)流出；热水通过热水管道(56)进入烧水的水箱(29)被加热成开水。
9.根据权利要求1所述的微型分布式无害化垃圾裂解气化装置，其特征是所述的水封罐(6)由装水的外罐体(58)、浮在外罐体(58)水中的内罐体(59)、伸入在内罐体(59)中的进气管(60)和由高出水面的出气管(26)构成，由冷凝器(4)出来的可燃气体经离心风机(5)、水封罐的进气管(60)进入罐体的水中经过滤净化由上边出气管(26)进入阻火器(7)、燃烧器(8)。
10.根据权利要求1所述的微型分布式无害化垃圾裂解气化装置，其特征是所述的阻火器(7)由一圆筒两头加法兰盘、两法兰盘之间加密实的金属网滤芯构成，金属网滤芯选用直径0.23～0.315mm孔的不锈钢孔板重叠8～16层构成，或者采用16～22目金属网重叠8～16层构成，阻火器(7)的网上有无数小孔，不阻挡可燃气体的正向通过，阻挡可燃气体回火时火焰反向进入水封罐(6)。
11.根据权利要求1所述的微型分布式无害化垃圾裂解气化装置，其特征是所述的回转式超导裂解罐(1)外部电加热管(13)外部包裹的耐高温保温层(41)是导热系数在0.05W/(m.K)以下的，耐热温度大于1000℃的无机绝热保温材料，如氧化铝多晶纤维棉，稀土保温泥，陶瓷纤维保温棉，或者石棉保温层，石墨保温层等，绝热层厚度15cm～20cm。
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