CN113522943A - 一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及专门适用于特殊的固态原材料或特殊形状的固态原材料的分解蒸馏技术领域，公开了一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统及其使用方法，用于同时处理生物质固废、污泥、以及生活垃圾，包括用于干燥污泥的污泥干化装置，用于干燥生活垃圾的垃圾干化装置，用于热解干化污泥和干化生活垃圾混合物的混合热解炉，以及用于提供燃气的生物质气化炉。本发明中，通过将各种有机固废的处理过程深度耦合，使每种有机固废在热解上的劣势均被别的有机固废的优势以及工艺流程所弥补，使每种固废均在适合自身的热解条件下被热解且热解参数稳定，在不需消耗外界燃料的前提下使得处理效果稳定且能够避免二恶英产生。

Description

一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及专门适用于特殊的固态原材料或特殊形状的固态原材料的分解蒸馏技术领域，特别是涉及一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统及其使用方法。

背景技术

人类的生产生活活动中伴随着多种有机固废的产生，包括农林畜牧业中产生的生物质固废，污水处理中产生的活性污泥，以及日常生活中产生的生活垃圾等。这些有机固废本身具备一定的热值，填埋或者是直接还田（秸秆等生物质固废）的话，显得十分浪费，因此目前在有机固废处理中，焚烧或热解等能够使有机固废资源化的处理方式逐渐成为主流。

但目前的有机固废本身的很多特性阻碍了其资源化。

对于焚烧处理而言，几乎所有的有机固废热值都不高，大部分锅炉不能直接以有机固废为单一燃料，而必须掺杂其它燃料使用，最典型的例子是活性污泥，其往往需要掺煤焚烧。对于生物质固废而言，其还有过于蓬松不便运输及输送的问题；对于生活垃圾，其还有焚烧产生二恶英的问题；对于活性污泥，其还有含水量过高的问题。

而若是热解的话，同样存在很多问题，问题最严重的是生活垃圾的热解。

生活垃圾由于来源十分复杂，因而颗粒大小、成分、热值均波动巨大。这对于热解而言十分不利。对于热解而言，颗粒升温速率、颗粒结构、颗粒成分、终温、及停留时间等多个参数决定了其产物种类及产物成分，而生活垃圾中这些参数波动巨大，无法得到较为均一的产物，也即处理效果不稳定，同时也无法做到精确控制热解条件以完全避免二恶英产生。

生物质固废在热解过程中存在另一方面的问题，以秸秆为代表的生物质固废由于比较蓬松，因而热导率较低，若不打碎就间接加热进行热解的话，热解不充分，反倒是自供热（自身燃烧供热）进行热解较为容易。

活性污泥的热解则问题少一些，干化的活性污泥颗粒大小较为均一（干燥过程中会形成大小较为均一的块状或片状物），成分也相对稳定，但其热值是三种有机固废中最低的，完全不能自供热进行热解，只能间接加热进行热解，且产生的灰分多而热解气少，热解气不能满足间接加热的需求，还需要额外补充燃料。

发明内容

本发明提供一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统及其使用方法。

解决的技术问题是：现有的有机固废的种类繁多，且各种有机固废的资源化处理多多少少存在困难。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统，用于同时处理生物质固废、污泥、以及生活垃圾，包括用于输送气相物料的管道以及用于输送固相物料的输送机；还包括用于干燥污泥的污泥干化装置，用于干燥生活垃圾的垃圾干化装置，用于热解干化污泥和干化生活垃圾混合物的混合热解炉，以及用于为混合热解炉、污泥干化装置和垃圾干化装置提供燃气的生物质气化炉。

进一步，所述生物质气化炉为以空气为气化剂的自供热气化炉。

进一步，所述混合热解炉为间接加热气化炉。

进一步，所述污泥干化装置、垃圾干化装置、混合热解炉、以及生物质气化炉均为连续式操作设备。

进一步，所述污泥干化装置及垃圾干化装置均为回转窑干燥机，所述混合热解炉以及生物质气化炉均为回转窑气化炉。

进一步，所述输送机为无轴螺旋输送机。

进一步，所述耦合处理系统靠近燃煤电厂设置，所述混合热解炉的固相出料及气相出料均通入燃煤电厂的燃煤锅炉；所述耦合处理系统还包括用于对混合热解炉的固相出料进行进一步减量的等离子炬。

进一步，所述耦合处理系统还包括用于对待干燥的污泥进行脱水的压滤装置。

一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统的使用方法，采用上述的一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统，并包括以下步骤：

步骤一：生活垃圾送入垃圾干化装置进行干燥，污泥脱水后送入垃圾干化装置进行干燥；

步骤二：步骤一中的干化污泥以及干化生活垃圾混合送入混合热解炉；

步骤三：生物质固废送入生物质气化炉产生生物气和生物灰，生物气通入混合热解炉，使干化污泥以及干化生活垃圾热解，产生垃圾渣和垃圾热解气；

步骤四：步骤三的垃圾渣经等离子炬进一步减量后送入燃煤锅炉进行彻底焚烧处理，垃圾热解气也送入燃煤锅炉作为燃料。

进一步，步骤四中，等离子炬的功率以生物气的流量的变化量为扰动量进行前馈补偿。

本发明一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统及其使用方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明中，通过将各种有机固废的处理过程深度耦合；生物质固废热值相对较高但不适合间接加热，生活垃圾成分及颗粒大小十分复杂，污泥成分及颗粒大小较均匀但热值极低，本发明中混合生活垃圾与污泥后，用生物质自供热热解产生的生物气作为燃料，对生活垃圾与污泥的混合物进行间接加热热解，使每种有机固废在热解上的劣势均被别的有机固废的优势以及工艺流程所弥补，使每种固废均在适合自身的热解条件下被热解且热解参数稳定，在不需消耗外界燃料的前提下使得处理效果稳定且能够避免二恶英产生，同时所有有机固废的热量均被有效利用，达成资源化处理的效果；

本发明中，生活垃圾与污泥的混合物热解后的产物（垃圾渣和垃圾热解气）送入燃煤锅炉进行焚烧，不仅能够作为燃料发电，而且进一步将热解过程中可能产生的微量二恶英在高温下进行彻底消除，还对垃圾渣进行了彻底的处理；

本发明中，通过等离子炬对生活垃圾与污泥的混合物热解后的固相产物（垃圾渣）进行进一步的减量处理，确保生活垃圾与污泥的混合物热解充分，垃圾渣的成分更加均一稳定，消除垃圾渣对锅炉燃烧状况的影响（垃圾热解气对煤的燃烧无影响，垃圾渣成分不均一则会一定程度上使得锅炉的燃烧状况出现波动），同时等离子炬的电耗可由燃煤电厂就近提供；

本发明中，等离子炬的功率与生物气的流量相配合，生物气多则减小等离子炬功率以节能，生物气少则增大等离子炬功率以使生活垃圾与污泥的混合物热解充分，从而在尽量减小电耗的前提下使得生活垃圾与污泥热解充分。

附图说明

图1是本发明一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统的结构示意图；

其中，11-污泥干化装置，12-垃圾干化装置，21-混合热解炉，22-等离子炬，3-生物质气化炉，4-燃煤锅炉。

具体实施方式

如图1所示，一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统，用于同时处理生物质固废、污泥、以及生活垃圾，包括用于输送气相物料的管道以及用于输送固相物料的输送机；还包括用于干燥污泥的污泥干化装置11，用于干燥生活垃圾的垃圾干化装置12，用于热解干化污泥和干化生活垃圾混合物的混合热解炉21，以及用于为混合热解炉21、污泥干化装置11和垃圾干化装置12提供燃气的生物质气化炉3。

也就是说这里的混合热解炉21、污泥干化装置11、垃圾干化装置12，均依靠生物质气化炉3产生的生物气作为燃料供热以完成热解或干燥。

耦合处理系统靠近燃煤电厂设置，混合热解炉21的固相出料及气相出料均通入燃煤电厂的燃煤锅炉4；耦合处理系统还包括用于对混合热解炉21的固相出料进行进一步减量的等离子炬22。

如图1所示，本实施例中，各设备的具体连接状况如下：污泥干化装置11以及垃圾干化装置12的固相出料口通过输送机与混合热解炉21的进料口连通，而混合热解炉21的固相出料口通过输送机通入燃煤锅炉4的燃烧室、且气相出料口通过管道通入燃煤锅炉4的燃烧室；

等离子炬22设置在混合热解炉21末端，其产生的等离子体流与混合热解炉21的固相产物交叉。这里可设置一个落入的结构，也即混合热解炉21的出料口高于混合热解炉21与燃煤锅炉4之间的输送机的入口，热解后的垃圾渣在落入输送机的过程中与等离子炬22的等离子流交叉。

等离子炬22也可以直接采用市面上的等离子热解设备，安装在混合热解炉21与燃煤锅炉4之间，进料口通过输送机与混合热解炉21的固相出料口连通，而固相出料口与燃煤锅炉4的燃烧室通过输送机连通。

本实施例中，生物质气化炉3为以空气为气化剂的自供热气化炉。也就是像煤气发生炉那样，通入一定量的空气使生物质固废阴燃产生生物气与生物灰。这种装置比较成熟，在这里不再赘述。

干化污泥以及干化生活垃圾的气化不能靠自供热完成，且干化污泥以及干化生活垃圾不适合直接加热，因此混合热解炉21为间接加热气化炉，依靠生物气为燃气间接加热而完成热解。

污泥干化装置11、垃圾干化装置12、混合热解炉21、以及生物质气化炉3均为连续式操作设备。当然也可以选用间歇式操作设备，但那样的话就面临着三个间歇式操作设备之间的操作周期的配合的问题，很容易出现一个等另一个的状况，不利于正常运行且效率低下。本实施例中，污泥干化装置11及垃圾干化装置12均为回转窑干燥机，混合热解炉21以及生物质气化炉3均为回转窑气化炉。

注意本实施例中选用回转窑气化炉作为混合热解炉21，可同时对干化污泥以及干化生活垃圾起到混合的作用，而如果选用的混合热解炉21本身不具备混合的功能，则干化污泥以及干化生活垃圾需要混合后进入混合热解炉21。

输送机为无轴螺旋输送机，相较于传送带及传送斗，这种输送机可靠性较高，能够适应本系统中的恶劣环境。

耦合处理系统还包括用于对待干燥的污泥进行脱水的压滤装置，压滤装置的固相出料口通过输送机与污泥干化装置11的进料口连通。这样污泥干化前先脱去大部分的水，可减小污泥干化装置11的负荷。当然这里压滤装置不是必须的。压滤装置具体可选用可连续操作的带式压滤机。

一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统的使用方法，采用上述的一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统，并包括以下步骤：

步骤一：生活垃圾送入垃圾干化装置12进行干燥，污泥脱水后送入垃圾干化装置12进行干燥；这里干燥后产生的湿空气可采用燃煤电厂的烟气处理设备处理，或者设置专用的除臭设备处理；

步骤二：步骤一中的干化污泥以及干化生活垃圾混合送入混合热解炉21；

这里干化污泥以及干化生活垃圾掺混后，干化生活垃圾颗粒大小不均以及成分变化大等问题会得到明显缓解，热解过程能够稳定进行；

步骤三：生物质固废送入生物质气化炉3产生生物气和生物灰，生物气通入混合热解炉21作为燃气，使干化污泥以及干化生活垃圾热解，产生垃圾渣和垃圾热解气；生物灰则外售；

步骤四：步骤三的垃圾渣经等离子炬22进一步减量后送入燃煤锅炉4进行彻底焚烧处理，垃圾热解气也送入燃煤锅炉4作为燃料。燃煤电厂燃煤锅炉4中的温度极高，可达1000℃以上，不仅可以充分消除二恶英，而且未能在热解中消除的其它有毒有害物质也在高温下被消除，燃烧后的灰烬可以直接与燃煤锅炉4的煤灰一块处理，而烟气可以直接与燃煤锅炉4的烟气一块处理。

步骤四中，等离子炬22的功率以生物气的流量的变化量为扰动量进行前馈补偿。这里由于生物气的供应量并不是一个恒定的值，因此这里混合热解炉21中的热解程度也会有波动，因此这里设置一个可调节功率的等离子炬22，生物气多、热解充分时，则减小等离子炬22功率以节能，生物气少、热解不充分时，则增大等离子炬22功率以使生活垃圾与污泥的混合物热解充分，从而在尽量减小电耗的前提下使得生活垃圾与污泥热解充分。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统，用于同时处理生物质固废、污泥、以及生活垃圾，包括用于输送气相物料的管道以及用于输送固相物料的输送机；其特征在于：还包括用于干燥污泥的污泥干化装置（11），用于干燥生活垃圾的垃圾干化装置（12），用于热解干化污泥和干化生活垃圾混合物的混合热解炉（21），以及用于为混合热解炉（21）、污泥干化装置（11）和垃圾干化装置（12）提供燃气的生物质气化炉（3）。

2.根据权利要求1所述的一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统，其特征在于：所述生物质气化炉（3）为以空气为气化剂的自供热气化炉。

3.根据权利要求1所述的一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统，其特征在于：所述混合热解炉（21）为间接加热气化炉。

4.根据权利要求1所述的一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统，其特征在于：所述污泥干化装置（11）、垃圾干化装置（12）、混合热解炉（21）、以及生物质气化炉（3）均为连续式操作设备。

5.根据权利要求4所述的一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统，其特征在于：所述污泥干化装置（11）及垃圾干化装置（12）均为回转窑干燥机，所述混合热解炉（21）以及生物质气化炉（3）均为回转窑气化炉。

6.根据权利要求1所述的一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统，其特征在于：所述输送机为无轴螺旋输送机。

7.根据权利要求1所述的一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统，其特征在于：所述耦合处理系统靠近燃煤电厂设置，所述混合热解炉（21）的固相出料及气相出料均通入燃煤电厂的燃煤锅炉（4）；所述耦合处理系统还包括用于对混合热解炉（21）的固相出料进行进一步减量的等离子炬（22）。

8.根据权利要求1所述的一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统，其特征在于：所述耦合处理系统还包括用于对待干燥的污泥进行脱水的压滤装置。

9.一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统的使用方法，其特征在于：采用如权利要求8所述的一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统，并包括以下步骤：

步骤一：生活垃圾送入垃圾干化装置（12）进行干燥，污泥脱水后送入垃圾干化装置（12）进行干燥；

步骤二：步骤一中的干化污泥以及干化生活垃圾混合送入混合热解炉（21）；

步骤三：生物质固废送入生物质气化炉（3）产生生物气和生物灰，生物气通入混合热解炉（21）作为燃气，使干化污泥以及干化生活垃圾热解，产生垃圾渣和垃圾热解气；

步骤四：步骤三的垃圾渣经等离子炬（22）进一步减量后送入燃煤锅炉（4）进行彻底焚烧处理，垃圾热解气也送入燃煤锅炉（4）作为燃料。

10.根据权利要求9所述的一种可资源化多类有机固废的耦合处理系统的使用方法，其特征在于：步骤四中，等离子炬（22）的功率以生物气的流量的变化量为扰动量进行前馈补偿。

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