CN113263040B - 一种固体废弃物的低碳协同处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固体废弃物的低碳协同处理工艺，包括如下步骤：S1、将固体废弃物中的有机废弃物烘干至含水率在30％以下；S2、将烘干后的有机废弃物经绝氧热解系统进行绝氧热解形成热解碳和可燃气；其中，绝氧热解采用外部加热方式供热；S3、将热解形成的热解碳与固体废弃物中的无机废弃物送入高温熔融炉内高温熔融，熔融物料经急冷得到玻璃颗粒排出，该工艺将绝氧热解与高温熔融相结合，使整体的技术工艺具有非常好的兼容性能，能处理生活垃圾和工业废弃物中高热值的有机物料的同时，协同处理低热值的无机物料。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理技术领域，尤其涉及一种固体废弃物的低碳协同处理工艺。
背景技术
近些年来，我国秉持可持续发展的道路，提出“碳中和”的概念。旨在降低碳排放，实现节能减排的可持续发展。固体废弃物的处置，需要消耗大量的能源，产生不少的二氧化碳和其它温室气体。比如垃圾焚烧，通过将空气作为助燃风，给与燃烧室的垃圾提供氧气。垃圾燃烧过程中产生大量的烟气，而燃烧工艺产生大量烟气中，具有较高比重的二氧化碳。燃烧本身属于氧化反应，而在垃圾物料燃烧放热过程中势必产生大量的二氧化碳。也因为吹入大量的空气，产生大量的烟气排放。
相对焚烧工艺而言，垃圾绝氧热解产生的二氧化碳较少。由于绝氧热解原理上不同于燃烧的氧化反应，而属于还原反应。在物料受热后，在无氧气氛下无法与足够的氧气产生氧化反应，导致分子键断裂，还原成可燃气，可燃气作为能源，可进行资源化利用。绝氧热解工艺需要外部消耗大量热能，给予热解区的物料加热，导致综合处理成本大大高于焚烧工艺。
所以，单纯的绝氧热解工艺虽然在排放上具有独特的优势，但在处理能力和能耗上，具有一定的短板。另外绝氧热解一般用于有机废弃物的处理，而现实生活中的垃圾通常为有机无机混合的混合固体废弃物，因此，采用常规的绝氧热解工艺不能满足混合固体废弃物的有效处理。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种固体废弃物的低碳协同处理工艺，以实现混合废弃物的有效处理。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种固体废弃物的低碳协同处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将固体废弃物中的有机废弃物烘干至含水率在30%以下；
S2、将烘干后的有机废弃物经绝氧热解系统进行绝氧热解形成热解碳和可燃气；其中，绝氧热解采用外部加热方式供热；
S3、将热解形成的热解碳与固体废弃物中的无机废弃物送入高温熔融炉内高温熔融，熔融物料经急冷得到玻璃颗粒排出。
本申请提供的固体废弃物的低碳协同处理工艺，将绝氧热解与高温熔融相结合，使整体的技术工艺具有非常好的兼容性能，能处理生活垃圾和工业废弃物中高热值的有机物料的同时，协同处理低热值的无机物料，实现了固体废弃物的全面处理，本发明通过两种工艺的优势相结合，降低了工艺的能耗和污染排放，实现低碳环保，对环境友好。
在上述技术方案的基础上，本发明还有如下改进：
进一步的，所述绝氧热解系统至少包括外炉膛和位于所述外炉膛内部的热解釜，步骤S3还包括将高温熔融产生的高温烟气对流通入所述外炉膛中。
采用上述技术方案后，通过高温熔融处置无机废弃物产生的高温余热，给热解釜提供热能，不需要额外能耗。
进一步的，步骤S2还包括将步骤S1中烘干有机废弃物产生的臭气通入所述外炉膛，以作为高温烟气中可燃性气体的助燃空气。
进一步的，经绝氧热解系统后的烟气的剩余热量经换热器收集用于步骤S1中有机废弃物的烘干。
采用上述方案后，实现了高温烟气热能的多级利用，为中低温工段提供能耗，降低了综合处理成本。
进一步的，换热处理后的烟气经尾气处理后达标排放。
由于余热的利用使烟气量较少，尾气处理较易达标。
步骤S3高温熔融过程中向高温熔融炉内输入纯氧。
本发明利用纯氧，提高熔融炉的饱和温度，使处理温度达到熔融温度，不需要消耗外来可燃气，降低温室气体的排放。
优选的，纯氧从所述高温熔融炉的底部通入；可以更充分的利用纯氧的助燃特性，使其得到充分利用。
进一步的，步骤S3中高温熔融过程中通入部分步骤S2绝氧热解产生的可燃气。
在某些特殊情况下，如高温熔融处理的无机固废熔点较高，此时只靠单一的补充纯氧与热解碳反应可能依然达不到熔融的温度，因而需要补充前端热解产生的少部分热解气做为燃料，使其温度进一步升高，以达到无机固废的熔点温度。
进一步的，步骤S3中熔融物料经急冷得到玻璃颗粒包括将熔融物料送入负压急冷系统内部急冷；其中所述负压急冷系统包括急冷罐、夹套、冷凝器和蓄水池，所述急冷罐包括上端开口的罐体、用于向所述罐体内部喷水的喷淋管以及倾斜设置于所述罐体内部下侧的滑料板，所述滑料板上形成有用于水穿过的透水通道，所述罐体对应所述滑料板位置较低的一端形成有出料口，另一端形成有与所述蓄水池连通的出水口，所述喷淋管通过抽水机构与所述蓄水池连接，所述夹套固定套设于所述急冷罐的外侧，所述夹套和所述急冷罐之间形成有间隔腔，所述间隔腔的下部与所述罐体下端连通，所述间隔腔的上部通过抽负压机构与所述冷凝器的进气端连接，所述冷凝器的出液端与所述蓄水池连通。
采用上述方案后，负压急冷系统可以有效地将熔融态的物料急冷成玻璃颗粒，同时，能够有效的保证冷却水的循环利用，有效节约了水资源，并通过在急冷罐内部形成负压，有效防止水蒸气进入高温熔融炉内部，通过上述处理后，物料中的有害物锁定在熔融态的玻璃颗粒晶格当中，理论上不具备污染迁移性。
进一步的，有机废弃物和无机废弃物经固体废弃物分选获得，通过预先分选将有机废弃物和无机废弃物分开便于后续的协同处理。
附图说明
图１为本发明提供的固体废弃物的低碳协同处理工艺的流程示意图；
图2为本发明实施例中负压急冷系统的结构示意图；
1、急冷罐；2、夹套；3、冷凝器；4、蓄水池；5、抽水机构；6、抽负压机构；7、冷却塔；8、抽气机构；
11、罐体；12、喷淋管；13、滑料板；2a、间隔腔；11a、出料口；12a、出水口；31、冷凝壳体；32、风冷列管。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明实施例提供了一种固体废弃物的低碳协同处理工艺，其具体实施过程为：
首先通过分选机构或者分选系统生活垃圾等混合固体废弃物中的无机物通过分选系统分选出来，这些混合在有机物中的无机物占用处理空间，在热解炉内无法裂解产生可燃气；提前将这些物料分选出来，减少热解系统的能耗，提高处理能力。
分选出来的无机物部分可与后续玻璃态颗粒共同制备建筑辅料，实现资源利用，部分可用作后续协同处理。
然后将有机废弃物烘干至含水率在30%以下；此举通过降低含水率，降低热解过程中蒸发水分所消耗的热能，从而降低能耗，提高处理效率。
将烘干后的有机废弃物在密闭绝氧的工况下，送入绝氧热解系统，经绝氧热解系统进行绝氧热解。
优选的，该绝氧热解系统至少包括外炉膛和位于外炉膛内部的热解釜，绝氧热解系统采用外加热方式，以外炉膛作为余热通道，给予内部的热解釜内的有机废弃物料热解提供热能，其中，整个处理过程，有机废弃物料在密闭绝氧的工况下热解，不与外部炉膛和大气直接接触。
有机废弃物裂解产生热解气；热解气中含多种高热值的可燃气，抽离热解炉后，进行后续资源化利用，如可以净化后制成甲烷或氢气。
剩余的热解碳，是物料热解碳化后的产物，仍具有一定的热值，热解碳通过螺旋输送进入高温熔融炉，该工段可以处理前端输送过来的有机物料的热解产物外，还可以投放上述分选出的部分无机废弃物进行协同混合处理，由于热解碳和无机固体废弃物如飞灰等物料，热值很低。将该类物料熔融，需要消耗大量的燃料，因而，可以采用给高温熔融底部补入纯氧，使其在少量的配风下，能完全释放热能，该方式可以提高高温熔融炉内部区间的热量饱和温度，使传统空气配风达不到的燃烧温度，在补入纯氧的情况，达到混合物料的熔融工况温度。
其中，将热解碳和无机固体废弃物协同处理，可以提高有效混合物料的综合热值，降低了熔融段的处理成本，再通过纯氧让物料自身燃烧，直至熔融。
对于部分特殊工况，温度无法达到熔融标准时，可补入部分前端热解产生的热解气，进一步提高炉内温度，以达到熔融标准。
熔融后的熔渣出料后，送入负压急冷系统中急速冷却制成玻璃颗粒。
如图2所示，在本申请的实施例中，所述负压急冷系统包括急冷罐1、夹套2、冷凝器3和蓄水池4，所述急冷罐1包括上端开口的罐体11、用于向所述罐体11内部喷水的喷淋管12以及倾斜设置于所述罐体11内部下侧的滑料板13。
所述滑料板13上形成有用于水穿过的透水通道，所述罐体11对应所述滑料板13位置较低的一端形成有出料口11a，另一端形成有与所述蓄水池4连通的出水口12a，所述喷淋管12通过抽水机构5与所述蓄水池4连接。
所述夹套2固定套设于所述急冷罐1的外侧，所述夹套2和所述急冷罐1之间形成有间隔腔2a，所述间隔腔2a的下部与所述罐体11下端连通，所述间隔腔2a的上部通过抽负压机构6与所述冷凝器3的进气端连接，所述冷凝器3的出液端与所述蓄水池4连通。
在本申请一些优选的实施例中，该负压急冷系统还包括冷却塔7，所述冷凝器3包括冷凝壳体31和若干风冷列管32，若干所述风冷列管32竖直安装于所述冷凝器3内部，所述风冷列管32的上端与外部大气相连，所述冷却塔7的上端通过抽气机构8与风冷列管32的下端相连，所述冷凝壳体31的下端与所述冷却塔7连通设置，所述冷却塔7下端通过若干竖直设置的注水管与所述蓄水池4的底部连通。
其中，在本申请的一些实施例中，抽水机构5为抽水泵，抽负压机构6为真空泵，抽气机构8为鼓风机。
该负压急冷系统的具体使用过程为：蓄水池4中的水经抽水泵抽送至喷淋管12，喷淋管12将水以高速水雾形式向罐体11内部喷射，从罐体11上端进入的熔融物料遇水冷却呈玻璃态，同时崩裂呈小粒径玻璃颗粒，玻璃颗粒和少部分水一起落至滑料板13上，玻璃颗粒沿滑料板13从出料口11a出料，落在滑料板13上的水从透水通道流到滑料板13的下方，并经出水口12a流到蓄水池4中；另外大部分水以水蒸气的形式被真空泵抽送至冷凝器3中，水蒸气与风冷列管32中的空气进行不接触的风冷，变成液态水，然后在冷却塔7内部与空气进行接触式的风冷，液化后的水被注水管分成多条水柱排至蓄水池4的底部，对蓄水池内部原有的水实行对流降温，保持蓄水池4内部的水保持在一个较低的温度。
该负压急冷系统可以有效地将熔融态的物料急冷成玻璃颗粒，同时，能够有效的保证冷却水的循环利用，有效节约了水资源，并通过在急冷罐内部形成负压，有效防止水蒸气进入高温熔融炉内部，通过上述处理后，物料中的有害物锁定在熔融态的玻璃颗粒晶格当中，理论上不具备污染迁移性。
另外，玻璃颗粒可与上述分选出来的部分无机废弃物协同处理，作为建筑辅料，进行后续资源化利用。
在本申请优选的实施例中，还包括将高温熔融炉产生的高温烟气通入绝氧热解系统的外炉膛，通过热量对流的方式给热解釜内的物料热解提供热能，从而不需要额外能耗，降低了绝氧热解段的处理成本。
有机废弃物在烘干过程中，会产生臭气，通入绝氧热解系统的外炉膛内，臭气中的氧可以消耗高温熔融烟气中的可燃气，进而将臭气处理与余热利用相结合。
高温烟气经过绝氧热解系统后，仍具有较高的温度。通过换热器产生中低温的高温空气，给予烘干工序所需的热能。
烟气通过余热多级利用后，最终净化后达标排放，由于前述纯氧和余热的利用使烟气最终剩余量较少，容易处理达标。
本发明实施例在处理混合废弃物是面具有如下优点：
1. 其将绝氧热解与高温熔融相结合，使整体的技术工艺具有非常好的兼容性。能处理生活垃圾和工业废弃物等高热值的物料的同时，协同处理低热值，如飞灰、污泥等无机物料。
2. 其有效利用高温余热多级利用，为中、低温工段提供能耗，降低了综合处理成本。
3. 其通过两种工艺的优势相结合，降低了工艺的污染排放。实现低碳环保，对环境友好。
4.其利用纯氧，提高熔融炉的加饱和温度，使处理温度达到熔融温度。不需要消耗外部可然气，降低温室气体的排放。
5. 其采用静脉循环，不产生固体污染物排放，不产生废水。
综合而言，整个处理工艺进行了多种物料协同处理的同时，利用所产的余热，实现热量的多级利用。利用多种工艺的优势互补，提高整体工艺的可行性和经济性。其整体只需补充纯氧，而不需要补充外部燃料，提高熔融炉的温度。整个工艺投入和产生的固体废弃物熔融成玻璃态，做到最终的无害化处理。产生的烟气通过多级利用，降低能耗和排放温度。使整个系统低碳环保，切实做到了固体废弃物处理的“无害化”“减量化”“资源化”。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种固体废弃物的低碳协同处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将固体废弃物中的有机废弃物烘干至含水率在30%以下；
S2、将烘干后的有机废弃物经绝氧热解系统进行绝氧热解形成热解碳和可燃气；其中，绝氧热解采用外部加热方式供热；
S3、将热解形成的热解碳与固体废弃物中的无机废弃物送入高温熔融炉内高温熔融，熔融物料经急冷得到玻璃颗粒排出，其中，步骤S3中熔融物料经急冷得到玻璃颗粒包括将熔融物料送入负压急冷系统内部急冷；
所述负压急冷系统包括急冷罐、夹套、冷凝器和蓄水池，所述急冷罐包括上端开口的罐体、用于向所述罐体内部喷水的喷淋管以及倾斜设置于所述罐体内部下侧的滑料板，所述滑料板上形成有用于水穿过的透水通道，所述罐体对应所述滑料板位置较低的一端形成有出料口，另一端形成有与所述蓄水池连通的出水口，所述喷淋管通过抽水机构与所述蓄水池连接，所述夹套固定套设于所述急冷罐的外侧，所述夹套和所述急冷罐之间形成有间隔腔，所述间隔腔的下部与所述罐体下端连通，所述间隔腔的上部通过抽负压机构与所述冷凝器的进气端连接，所述冷凝器的出液端与所述蓄水池连通。
2.根据权利要求1所述的固体废弃物的低碳协同处理工艺，其特征在于，所述绝氧热解系统至少包括外炉膛和位于所述外炉膛内部的热解釜，步骤S3还包括将高温熔融产生的高温烟气对流通入所述外炉膛中。
3.根据权利要求2所述的固体废弃物的低碳协同处理工艺，其特征在于，步骤S2还包括将步骤S1中烘干有机废弃物产生的臭气通入所述外炉膛以作为高温烟气中可燃性气体的助燃空气。
4.根据权利要求2所述的固体废弃物的低碳协同处理工艺，其特征在于，经绝氧热解系统后的烟气的剩余热量经换热器收集用于步骤S1中有机废弃物的烘干。
5.根据权利要求4所述的固体废弃物的低碳协同处理工艺，其特征在于，换热处理后的烟气经尾气处理后达标排放。
6.根据权利要求1所述的固体废弃物的低碳协同处理工艺，其特征在于，步骤S3高温熔融过程中向高温熔融炉内输入纯氧。
7.根据权利要求6所述的固体废弃物的低碳协同处理工艺，其特征在于，纯氧从所述高温熔融炉的底部通入。
8.根据权利要求6所述的固体废弃物的低碳协同处理工艺，其特征在于，步骤S3中高温熔融过程中通入部分步骤S2绝氧热解产生的可燃气。
9.根据权利要求1所述的固体废弃物的低碳协同处理工艺，其特征在于，有机废弃物和无机废弃物经固体废弃物分选获得。
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