CN115013817A - 一种半连续卧式自维持阴燃反应装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于废弃物处置领域，并具体公开了一种半连续卧式自维持阴燃反应装置及方法，其包括阴燃炉、进料脱水组件和布风组件，其中：阴燃炉包括炉体和螺旋搅拌器，螺旋搅拌器两端分别固定在炉体内部两侧，用于在炉体内将有机固废与物料沙混合；进料脱水组件安装在炉体上端，用于将有机固废脱水并送入炉体；其包括从上至下依次设置的物料粉碎器、螺旋泵和滤板，螺旋泵的出口位于侧边并与炉体连通，且螺旋泵的出口处设有滤网；滤板与通向炉体外的出水管连通；布风组件用于从底部向炉体内通风，使有机固废发生阴燃。本发明可实现高含水有机固废的批量处理，满足对高含水有机固废亟需高效处置的需求。

Description

一种半连续卧式自维持阴燃反应装置及方法
技术领域
本发明属于废弃物处置领域，更具体地，涉及一种半连续卧式自维持阴燃反应装置及方法。
背景技术
高含水的有机固体废弃物，若处理不当，易传播病毒和致病菌，进一步危害人体的安全，如何高效、绿色、资源化地处置它们是固废处置的难点。目前，处置固体废弃物的主要手段为焚烧法，处理彻底、效率高，应用广泛。但是有机固体废弃物高含水低热值的特性使得传统的处置工艺往往能耗巨大、污染严重，导致难以推广。
阴燃是一种针对高含水有机固废的新型处置技术，借助蓄热多孔介质材料优化高含水有机固废的化学反应过程，在不经过干化、不添加辅助燃料的条件下实现有机质的低温自持燃烧处置。阴燃技术为有机固体废弃物的处置提供了一种无害化、资源化处置的新型技术，具有巨大的发展潜力。
现有阴燃处理方法中，专利CN206191638U一种阴燃炉及阴燃系统，对于烟气的处理未涉及到清洁处理，仅是设置了烟囱便于烟气的排放；专利CN207555608U城市固体废弃物自维持阴燃处理装置能实现烟气的净化处理，但是体积庞大，集成度低，未做到装置的小型一体化。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种半连续卧式自维持阴燃反应装置及方法，其目的在于，保证阴燃的自维持运行，实现对高含水有机固废的批量处理。
为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种半连续卧式自维持阴燃反应装置，包括阴燃炉、进料脱水组件和布风组件，其中：
所述阴燃炉包括炉体和螺旋搅拌器，所述螺旋搅拌器两端分别固定在所述炉体内部两侧，用于在炉体内将有机固废与物料沙混合；
所述进料脱水组件安装在所述炉体上端，用于将有机固废脱水并送入炉体；其包括从上至下依次设置的物料粉碎器、螺旋泵和滤板，所述螺旋泵的出口位于侧边并与炉体连通，且螺旋泵的出口处设有滤网；所述滤板与通向炉体外的出水管连通；
所述布风组件用于从底部向炉体内通风，使有机固废发生阴燃。
作为进一步优选的，所述螺旋搅拌器为不连续螺旋面，即螺旋面上有断裂。
作为进一步优选的，所述布风组件包括布风器、空气加热器和风机，其中，所述布风器安装在炉体内，位于螺旋搅拌器下方；所述布风器为具有腔体的方形板，其上均匀分布有多个出风孔；所述风机通过空气加热器与所述布风器下端连接。
作为进一步优选的，所述炉体下方设置有液压结构，该液压结构用于使炉体倾斜或者晃动。
作为进一步优选的，所述炉体侧面设置有卸料门，该卸料门可以绕顶部转轴进行旋转打开和关闭。
作为进一步优选的，所述炉体上还设置有烟气处理组件，烟气处理组件用于对炉体中燃烧产生的烟气进行净化处理。
作为进一步优选的，烟气处理组件包括处理箱、冷凝管和排液箱，其中，所述冷凝管安装在所述处理箱内，该冷凝管呈螺旋状，且其上部进气，下部出气处连接有活性炭；所述排液箱与所述冷凝管连通，且排液箱右侧排液口高于排液箱左侧与冷凝管的连通口。
作为进一步优选的，所述炉体采用耐火砖、隔热棉和不锈钢依次包裹而成。
按照本发明的另一方面，提供了一种半连续卧式自维持阴燃反应方法，其采用上述装置实现，包括如下步骤：
S1、向炉体中输入物料沙，使物料沙高度达预填值；通过进料脱水组件将有机固废送入炉体，高度达到预设值后，通过螺旋搅拌器在炉内将有机固废与物料沙搅拌混合均匀；
进料脱水组件工作时，物料粉碎器将有机固废粉碎，然后由螺旋泵送入炉体内，同时侧边的滤网对有机固废进行挤压，使水分尽可能压出，有机固废中的水分通过滤板后排出；
S2、通过布风组件向炉体内通入热风，使炉体内达到预设温度，然后布风组件向炉体内通入常温空气，使有机固废发生阴燃；
S3、一次阴燃反应完成后，产生的灰渣仍在炉体中，通过螺旋搅拌器将灰渣与新送入的有机固废继续混合搅拌，实现物料沙的循环利用。
作为进一步优选的，多次阴燃反应后，通过液压结构使炉体倾斜，然后打开卸料门对灰渣进行清理并更换物料沙。
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，主要具备以下的技术优点：
1、本发明通过设计在炉内的螺旋搅拌器实现固废与物料沙的在炉内的充分混合，可提升基质蓄热能力和空气渗透能力，优化燃烧反应过程，提高阴燃自维持能力，并使物料沙能够在炉内循环利用；同时配合进料脱水组件，实现高含水有机固体废弃物的低温无焰焚烧处置，无需消耗额外能耗对有机物进行干化处理，从而无需消耗外界热量即可实现对高含水有机固废自维持阴燃连续处置，实现高含水有机固体废弃物的批量处理，满足对高含水有机固体废弃物的处置需求。
2、本发明的螺旋搅拌器为不连续螺旋面，螺旋面有断裂便于在搅拌的同时不同空间内的物料沙和有机固废也可以搅拌混合，使搅拌得更加均匀，便于阴燃过程的实现，提高阴燃效果。
3、本发明通过对布风组件的设计，无需消耗外界热量即可实现自维持反应，同时又可以通过对炉内温度的实时监控进而对布风器进风的种类、供风量精确控制，实现高含水有机固体废物阴燃处置的连续运行，极大的提升了固废的处置能力。
4、本发明在炉体下方设计液压结构，用于使炉体倾斜或者晃动，以便清理阴燃灰和使搅拌过程更加充分均匀，同时配合侧边设计的卸料门，便于物料沙和灰渣的清理。
5、本发明提供的自维持阴燃反应装置对大气污染较低，能通过烟气处理装置对产生的尾气进行净化，实现尾气的洁净排放，为有机固体废弃物提供了一种高效、绿色的处置方式。
6、本发明提供的自维持阴燃反应装置集成度高，将粉碎进料、搅拌点燃、烟气处理等步骤装置进行集成，已初步实现阴燃过程一体化，与现存的装置相比，体积较小，极大地降低了装置的制作成本。
附图说明
图1为本发明实施例半连续卧式自维持阴燃反应装置正视图；
图2为本发明实施例半连续卧式自维持阴燃反应装置左视图；
图3为本发明实施例布风器结构示意图，其中，(a)为俯视图，(b)为左视图；
图4为本发明实施例螺旋搅拌器结构示意图；
图5为本发明实施例烟气处理组件结构示意图。
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：1-物料入口，2-炉体，3-螺旋搅拌器，4-布风器，5-液压结构，6-空气加热器，7-风机，8-入沙口，9-烟气处理组件，10-物料粉碎器，11-滤网，12-螺旋泵，13-滤板，14-卸料门。
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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供的一种半连续卧式自维持阴燃反应装置，如图1和图2所示，包括阴燃炉、进料脱水组件、布风组件和烟气处理组件9，其中：
所述阴燃炉包括炉体2和螺旋搅拌器3，所述炉体2上端设有入沙口8，所述螺旋搅拌器3两端分别固定在所述炉体2内部两侧，用于将待处理的有机固废与所述入沙口8加入的物料沙混合。
进一步的，如图4所示，所述螺旋搅拌器3为不连续螺旋面，同一角度方向上的螺旋面有断裂，便于在搅拌的同时不同空间内的物料沙和有机固废也可以搅拌混合，使搅拌得更加均匀，便于阴燃过程的实现。
进一步的，所述炉体2采用耐火砖、隔热棉和不锈钢包裹而成，其保温隔热效果好，减少燃烧过程中热量流失；本实施例中炉体为封闭方型状，炉壁通过耐火砖和其他隔热材料实现保温。
所述进料脱水组件安装在所述炉体2上端，用于将有机固废脱水并送入炉体2；其包括从上至下依次设置的物料入口1、物料粉碎器10、螺旋泵12和滤板13，所述螺旋泵12的出口位于侧边并与炉体2连通，且螺旋泵12的出口处设有滤网11；所述滤板13与通向炉体2外的出水管连通。
具体的，高含水有机固废从物料入口1进入物料粉碎机10被其粉碎，粉碎后的物料呈现湿泥土状；粉碎后物料进入带有螺旋泵12、滤网11与滤板13的通道，螺旋泵12位于通道中部，推动有机固废前进，确保其能进入炉体之中，同时挤压高含水有机固废；所述滤网11位于通道侧边，对固废进一步挤压，尽可能地压缩出有机固废中的水分；滤板13位于通道下方，绝大部分水分渗透过滤板13经出水管从排水口排出，脱水后的有机固废进入阴燃炉内，从而确保其能达到阴燃燃烧的要求。
所述布风组件用于从底部向炉体2内通风，其包括布风器4、空气加热器6和风机7，其中，所述布风器4安装在炉体2内，位于螺旋搅拌器3下方，布风器4外连接风机7和空气加热器6，用于为炉体2中提供燃烧过程中所需的空气，同时在开始阶段同时开启所述风机7和所述空气加热器6输入热风，将待处理物料加热至预定温度。当所述炉体2中的物料堆积高度达到预设加料高度时，物料入口1停止输送物料，物料粉碎器10暂停物料粉碎，同时控制螺旋泵12暂停运转，从而暂停向炉体2中输送固废；同时螺旋搅拌器3将固废与物料沙进行搅拌混合；当炉体2中阴燃过程结束时，物料入口1输送物料，物料粉碎器10进行物料粉碎，控制螺旋泵12运转，从而重新向炉体2中输送物料，以此确保炉体2中的燃烧过程能正常进行。
进一步的，如图3所示，所述布风器4为具有腔体的方形板，其上均匀分布有多个出风小孔；该方形板下端通过外部的进气管连接空气加热器6和风机7。当需要对物料进行加热时，同时开启空气加热器6和风机7中通入热空气，热空气从方形板中的小孔中均匀释放出，以此使得进入所述炉体2中的空气均匀释放。后续若停止加热，只需关闭所述空气加热器6，便向所述进气管中通入常温空气，为阴燃炉提供反应所需的空气和压力。
所述烟气处理组件9设置在炉体2上，烟气处理组件9用于将所述炉体2中燃烧产生的烟气进行后续处理，使烟气能达到排放标准后排放。如图5所示，烟气处理组件9包括处理箱、冷凝管和排液箱，其中，外部的处理箱呈长方体状，上部设有冷凝水入口，下部设有冷凝水出口；所述冷凝管安装在所述处理箱内，该冷凝管呈螺旋状，其上部进气，下部出气，用于冷凝烟气中可以冷凝的物质，排液箱与冷凝管有一个小管道相连使冷凝液体流入，排液箱右侧排液口高度高于左侧冷凝液体流入的高度，确保在排出冷凝液体过程产生的液体的同时不让烟气排出；冷凝管后接活性炭，用于吸附烟气中的有害物质，处理后的烟气可排入家用烟气排放管道中。
进一步的，所述炉体2下方设置有液压结构5，该液压结构5用于使炉体倾斜或者晃动，可更好地排出余灰，同时也可以在螺旋搅拌器搅拌的时候晃动炉体，使搅拌更均匀。所述炉体2侧面设置有卸料门14，用于定期清理余灰与更换物料沙，该卸料门14可以绕顶部转轴进行旋转打开和关闭，由侧方的扣子进行固定。当所述卸料门14打开时，同时将一侧的液压结构抬高，使炉体2倾斜，排出所述炉体2内的沙料和阴燃灰，从而使得炉内做到疏通炉内堆积灰分与定期更换沙料作用。
采用上述装置进行自维持阴燃反应，包括如下步骤：
S1、预填充。通过入沙口8向炉体2中输入物料沙，直至该物料沙覆盖在炉体2内的高度达到预设预填值；然后通过入沙口8向炉体2中再次加入物料沙，同时进料脱水组件向炉体2中通入待处理有机固废(也可以直接将物料沙加足量，然后直接仅加入有机固废)；炉体2中物料沙和有机固废堆积的高度达到预设值后，所述进料脱水组件停止物料的输入，此时由螺旋搅拌器3使待处理有机固废和物料沙搅拌混合均匀。此步骤只需在每次更换装置内部沙后需补充沙料，一次加沙后直至下次更换沙料过程无需再次加沙，只需不断加入固废即可。
具体的，通过入沙口向阴燃炉中加入粒径1mm左右的沙子，直至沙子覆盖到布风器上方2～4cm处。将有机固废通过螺旋泵加入阴燃炉，过程中进行挤压处理，降低含水量，同时将沙子加入阴燃炉，到达预设高度后停止加入，螺旋搅拌器开始搅拌，直至有机固废与沙子充分均匀混合。在炉体清空首次加沙后，后续每次处置过程无需再次加沙只需添加有机固废即可。沙子与有机固废的质量比根据有机固废的水含量而变化，一般在4:1～10:1之间为宜。通过在燃烧过程中添加多孔介质的沙作为掺混介质，能提升阴燃时空气在物料中的传播速度，进而提升阴燃启动和阴燃锋面自持蔓延速率，提高阴燃自持能力，降低系统能耗。
S2、通风。当炉体2中的物料高度达到预设加热值后，风机7和空气加热器6同时开启，布风器4开始通入热风进行加热，炉内自带测温装置同时开启运行；当炉体2内的温度达到预设温度时，空气加热器6关闭，停止向炉内通热风，改为常温压缩空气进入炉体内部。
具体的，炉体内单位横截面空气流速控制在3.5～5.0cm/s。
S3、自维持。随着空气不断进入炉体内并向上运动，固废在炉体内燃烧。过程中，根据炉体内的温度调整空气加热器的开关，保证所述炉体内阴燃反应所需的热量。
具体的，随着空气不断进入炉体内并向上运动，阴燃燃烧峰面向上传播，传播速率一般在0.3～0.6cm/min。通过炉内自带测温装置所反应的实时温度变化曲线可以监测炉内燃烧面的位置和反应强度情况。当燃烧峰面运动至距离电加热装置床层高度为30～50cm且反应强度较好时(温度不低于500℃)，阴燃起火自持成功。
S4、连续。当阴燃峰面达到预设最高高度时，认为阴燃过程完全结束，进料脱水组件重新通入待处理有机固废，搅拌后再次完成步骤S2剩余步骤。
具体的，当阴燃面运动至物料床层顶端预设高度时，认为本次阴燃结束，此时风机关闭，间隔预设时间后开始向物料入口运输物料，物料粉碎机开始粉碎物料，螺旋泵开始输送物料，开始连续进行下一个阴燃循环。
S5、沙循环。由于阴燃炉自持连续运行过程中产生的阴燃灰非常少，因此阴燃后炉体中剩余的灰渣中主要是物料沙，其与螺旋泵推送进来的新有机固废继续混合搅拌，无需重复进行加沙步骤，可实现沙子的循环利用。只需要定期打开卸料门，清理阴燃灰和更换沙料即可，使用液压结构使炉体倾斜，打开卸料门进行定期维护清洁。
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)

1.一种半连续卧式自维持阴燃反应装置，其特征在于，包括阴燃炉、进料脱水组件和布风组件，其中：
所述阴燃炉包括炉体(2)和螺旋搅拌器(3)，所述螺旋搅拌器(3)两端分别固定在所述炉体(2)内部两侧，用于在炉体内将有机固废与物料沙混合；
所述进料脱水组件安装在所述炉体(2)上端，用于将有机固废脱水并送入炉体(2)；其包括从上至下依次设置的物料粉碎器(10)、螺旋泵(12)和滤板(13)，所述螺旋泵(12)的出口位于侧边并与炉体(2)连通，且螺旋泵(12)的出口处设有滤网(11)；所述滤板(13)与通向炉体(2)外的出水管连通；
所述布风组件用于从底部向炉体(2)内通风，使有机固废发生阴燃。
2.如权利要求1所述的半连续卧式自维持阴燃反应装置，其特征在于，所述螺旋搅拌器(3)为不连续螺旋面，即螺旋面上有断裂。
3.如权利要求1所述的半连续卧式自维持阴燃反应装置，其特征在于，所述布风组件包括布风器(4)、空气加热器(6)和风机(7)，其中，所述布风器(4)安装在炉体(2)内，位于螺旋搅拌器(3)下方；所述布风器(4)为具有腔体的方形板，其上均匀分布有多个出风孔；所述风机(7)通过空气加热器(6)与所述布风器(4)下端连接。
4.如权利要求1所述的半连续卧式自维持阴燃反应装置，其特征在于，所述炉体(2)下方设置有液压结构(5)，该液压结构(5)用于使炉体倾斜或者晃动。
5.如权利要求4所述的半连续卧式自维持阴燃反应装置，其特征在于，所述炉体(2)侧面设置有卸料门(14)，该卸料门(14)可以绕顶部转轴进行旋转打开和关闭。
6.如权利要求1所述的半连续卧式自维持阴燃反应装置，其特征在于，所述炉体(2)上还设置有烟气处理组件(9)，烟气处理组件(9)用于对炉体中燃烧产生的烟气进行净化处理。
7.如权利要求6所述的半连续卧式自维持阴燃反应装置，其特征在于，烟气处理组件(9)包括处理箱、冷凝管和排液箱，其中，所述冷凝管安装在所述处理箱内，该冷凝管呈螺旋状，且其上部进气，下部出气处连接有活性炭；所述排液箱与所述冷凝管连通，且排液箱右侧排液口高于排液箱左侧与冷凝管的连通口。
8.如权利要求1-7任一项所述的半连续卧式自维持阴燃反应装置，其特征在于，所述炉体(2)采用耐火砖、隔热棉和不锈钢依次包裹而成。
9.一种半连续卧式自维持阴燃反应方法，采用如权利要求1-8任一项所述的装置实现，其特征在于，包括如下步骤：
S1、向炉体中输入物料沙，使物料沙高度达预填值；通过进料脱水组件将有机固废送入炉体，高度达到预设值后，通过螺旋搅拌器在炉内将有机固废与物料沙搅拌混合均匀；
进料脱水组件工作时，物料粉碎器将有机固废粉碎，然后由螺旋泵送入炉体内，同时侧边的滤网对有机固废进行挤压，使水分尽可能压出，有机固废中的水分通过滤板后排出；
S2、通过布风组件向炉体内通入热风，使炉体内达到预设温度，然后布风组件向炉体内通入常温空气，使有机固废发生阴燃；
S3、一次阴燃反应完成后，产生的灰渣仍在炉体中，通过螺旋搅拌器将灰渣与新送入的有机固废继续混合搅拌，实现物料沙的循环利用。
10.如权利要求9所述的半连续卧式自维持阴燃反应方法，其特征在于，多次阴燃反应后，通过液压结构使炉体倾斜，然后打开卸料门对灰渣进行清理并更换物料沙。
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