CN115451410A - 一种分布式有机固体废弃物处理装置 - Google Patents

一种分布式有机固体废弃物处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式有机固体废弃物处理装置，包括壳体，在所述壳体内装配有旋转反应鼓；在所述壳体内、旋转反应鼓上方设置有换热板，换热板和壳体所形成的空间用于作为换热室；在所述壳体内、旋转反应鼓下方的空间用于作为热解转化室。本发明以基于热解‑化学链燃烧集成技术处理有机固体废弃物为目的，相比较于传统集中焚烧设备，本装置在集中焚烧的基础上，利用化学链燃烧低污染低排放的特性处理固体废弃物所产生的热解废气，不仅可以实现污染物的一体化处理，还可以通过改变载氧体的组分、质量分数来针对单一污染物的处理。通过旋转反应鼓中载氧体在两个反应室之间的氧化还原反应来实现载氧体的循环再生，提升了装置的可持续性。

Description

一种分布式有机固体废弃物处理装置
技术领域
本发明设计环保及能源利用技术领域，尤其涉及一种基于热解-化学链燃烧集成技术的分布式有机固体废弃物处理装置。
背景技术
有机固体废弃物在我们生活中随处可见，主要是指人类在生产活动(工业生产、农业生产)和日常生活所产生的固体，半固体废弃物。由于我国工业制造和农业生产的不断发展，有机固体废弃物的产量与日俱增，排放后的不断堆积不仅会对环境造成一定污染，严重情况下还会对人们的身体健康造成一定影响。
通常情况下，有机固体废弃物的处理过程要做到资源化、无害化、减量化，因此其主要的处理方式有压实填埋，堆肥和集中焚烧。压实填埋和堆肥两种处理方法不仅需要占据大量土地资源，而且废弃物产生的恶臭物质、高浓度渗滤液和温室气体等还会对周边环境造成较大影响。集中焚烧的处理方式是我国处理有机固体废弃物中最常用的方法之一，也是目前固体废弃物最广泛和最有效的处置方法。然而，传统集中焚烧设备庞大，初期投资及运行成本高，维持正常运转需要源源不断地供给固废，焚烧产生的烟气中含有大量SO2、NO2等有毒有害物质，易对环境造成污染，且焚烧后的烟气处理所需要的费用较高，因此不适合在废物源分散、废物量少、经济欠发达的地区使用。因此，有必要开发一种运行成本低，能够有效减少污染物的排放且适用于废物源分散、废物量少、经济欠发达的地区方法及其装置。
热解气化技术是一种新颖的有机固废处理技术，是指在一定温度条件下，在缺氧或者无氧的气氛下，通过热化学反应，将固废中的有机组分转化为H2、CH4、CO等气体、焦油和残渣的过程。与传统集中焚烧相比，热解气化时的空气系数较低，大大降低排烟量，提高能量利用率，热解气化后产生的烟气中有害气体含量低，重金属、二噁英等污染物含量少。但大部分有机固废中仍具有高含量挥发分，使得热解气化过程会产生一定量N/S/Cl等有害物质和焦油，对周围环境造成一定的影响。
化学链燃烧技术(Chemical Looping Combustion，CLC)通过载氧体在燃料反应器与空气反应器之间交替循环，实现载氧体中氧的转移，完成燃料的燃烧过程，在燃料反应器中，高价态的载氧体与燃料发生还原反应，燃料被氧化成CO2和H2O(气态)，载氧体被还原至低价态；被还原的低价态载氧体进入空气反应器被空气氧化生成高价态的载氧体，并释放出热量，完成载氧体的再生。在燃料反应器中，通过将适用的外源金属负载于载氧体上，调节金属离子的类型以及负载量，可实现焦油及N/S/Cl污染物的一体化脱除。与传统焚烧相比，化学链燃烧有效降低了污染物的脱除难度，但有机固废的成分相对复杂，可引起载氧体的烧结和腐蚀，降低循环的反应活性和使用寿命。以热解气化作为有机固废的前处理，将其产生的烟气通入化学链燃烧装置，可有效实现有机固体废弃物的无害化、资源化利用。
发明内容
本发明目的在于克服传统集中焚烧偏远地区固体废弃物的缺点和不足，提供了一种基于热解-化学链燃烧集成技术的分布式有机固体废弃物处理装置，以解决传统集中焚烧的设备庞大，废气处理费用高等问题
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种分布式有机固体废弃物处理装置，包括壳体，在所述壳体内装配有旋转反应鼓；在所述壳体内、旋转反应鼓上方设置有换热板，换热板和壳体所形成的空间用于作为换热室；在所述壳体内、旋转反应鼓下方的空间用于作为热解转化室；
所述旋转反应鼓内壁填充有载氧体；所述旋转反应鼓部分用于作为燃料反应室，部分用于通入空气管道，作为空气反应室；
所述热解转化室用于对有机固体废弃物进行热解燃烧，热解过程中产生含有害物质的废气输送至燃料反应室，与燃料反应室中的载氧体发生反应后将废气中的有害物质固定于载氧体中，处于燃料反应室的载氧体在与废气反应后变成低价态载氧体，所述低价态载氧体进入空气反应室，在空气反应室中被空气氧化形成高价态的载氧体，并释放出热量，完成载氧体的再生，实现化学链燃烧的循环；
所述空气反应室所释放出来的热量一部分用于维持燃料反应室在反应过程中所需的温度，一部分经过所述换热室，由换热室来进行利用。
进一步地，间隔于所述燃料反应室和空气反应室之间还设置有空气清扫区和废气清扫区，所述空气清扫区和废气清扫区均由独立的管道通入惰性气体，以将将残余在载氧体中的反应气体吹扫出去。
进一步地，所述空气清扫区利用通入的惰性气体将空气反应室反应过程残余在载氧体中的空气排出；所述废气吹扫区利用惰性气体将燃料反应室反应过程中残留在载氧体的废气排出，经出口连接的管道被第二鼓风机再次输送回热解转化室。
进一步地，所述与燃料反应室中的载氧体发生反应后的废气变为洁净气体，一部分排出，一部分经流量控制阀入热解转化室。
进一步地，所述热解转化室和换热室之间使用一层换热板隔离；所述换热室设置有进水口和水蒸气出口，在进水口和水蒸气出口之间设置有换热翅片，所述空气反应室所释放出来的热量通过换热板作用使进水口加入的水蒸发成水蒸气由水蒸汽出口流出推动机器做功。
进一步地，所述旋转反应鼓内壁设置有蜂窝状致密框架，所述蜂窝状致密框架使用石英砂惰性材料做成制成若干个孔，每个孔之间互不相通，形成单个严密的通道，所使用载氧体制成多孔的燃烧棒塞入框架的各个孔内。
进一步地，所述旋转反应鼓由电机及驱动轴的带动下实现旋转。
进一步地，所述旋转反应鼓外侧使用轴承固定。
进一步地，在所述热解转化室设置有燃料进料口和废料出口，在燃料进料口和废料出口之间设置有输送链，在输送链的下方设置有点火器；在所述热解转化室内还设置有第一鼓风机，以将燃烧产生的含有害物质的热解废气导流输送至燃料反应室。
进一步地，所述电机通过电机支撑板支撑。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明以基于热解-化学链燃烧集成技术处理有机固体废弃物为目的，相比较于传统集中焚烧设备，本装置在集中焚烧的基础上，利用化学链燃烧低污染低排放的特性处理固体废弃物所产生的热解废气，不仅可以实现污染物的一体化处理，还可以通过改变载氧体的组分、质量分数来针对单一污染物的处理，通过旋转反应鼓中载氧体在两个反应室之间的氧化还原反应来实现载氧体的循环再生，提升了装置的可持续性；空气反应室在反应过程中产生的大量热量不仅可以维持反应室反应所需的温度，还可通过上层的换热板作用使加入的水蒸发成水蒸气推动机器做功。
附图说明
图1是本发明农村固体废弃物处理装置示意图；
图2是本发明有机固体废弃物处理装置的左视结构示意图；
图3是本发明有机固体废弃物处理装置反应室结构示意图；
图4是本发明旋转反应鼓部分结构示意图；
图中：1、电机；2、电机支撑板；3、驱动轴；4、空气反应室入口；5、第一鼓风机；6、水蒸气出口；7、换热翅片；8、旋转反应鼓；9、燃料反应室；10、废料出口；11、空气反应室；12、输送链；13、点火器；14、燃料进料口；15、空气反应室出口；16、进水口；17、流量控制阀；18、空气清扫区；19、第二鼓风机；20、换热板；21、废气清扫区。
具体实施方式
实施例：
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接、信号连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1-3所示，本实施例提供的一种分布式有机固体废弃物处理装置主要包括圆筒状的壳体，在壳体内装配有旋转反应鼓8；在壳体内、旋转反应鼓8下方的空间用于作为热解转化室；在该壳体内、旋转反应鼓8上方设置有换热板，换热板和壳体所形成的空间用于作为换热室，换热板不仅起到固定间隔分离的作用，还能实现与热解转化室的热量交换。
该旋转反应鼓8内壁填充有载氧体；旋转反应鼓部分用于作为燃料反应室9，部分用于通入空气管道，作为空气反应室11，空气管道的一端开口为空气反应室入口4、另一端开口为空气反应室出口15，设置前后两端开口是因为化学链循环的氧化过程会通入过量高流量空气以保证反应的完全进行，出口可收集剩余空气。
如图3所示，旋转反应鼓8于图3中并未画出，装置内虚线部分为设置于旋转反应鼓8前端的与其结构类似的固定挡板，不会与旋转反应鼓8一同旋转。如图3、4所示，电机驱动轴3穿过固定挡板和蜂窝状载氧体，与载氧体固定连接，但不与挡板(圆圈部分)固定连接。如图4所示驱动轴3穿插位置位于两挡板交叉处(此处圆圈部分与挡板同为固定件，驱动轴3置于其中被圆圈部分所包裹，但不与其固定连接)。
该热解转化室用于对有机固体废弃物进行热解燃烧，热解过程中产生含有害物质的废气输送至燃料反应室9，与燃料反应室9中的载氧体发生反应后将废气中的有害物质固定于载氧体中，处于燃料反应室9的载氧体在与废气反应后变成低价态载氧体，低价态载氧体进入空气反应室11，在空气反应室11中被空气氧化形成高价态的载氧体，并释放出热量，完成载氧体的再生，实现化学链燃烧的循环。
空气反应室11所释放出来的热量一部分用于维持燃料反应室9在反应过程中所需的温度，一部分经过换热室，由换热室来进行利用。
由此可见，本装置在集中焚烧的基础上，利用化学链燃烧低污染低排放的特性处理固体废弃物所产生的热解废气，不仅可以实现污染物的一体化处理，还可以通过旋转反应鼓中载氧体在两个反应室之间的氧化还原反应来实现载氧体的循环再生，提升了装置的可持续性；空气反应室在反应过程中产生的大量热量不仅可以维持反应室反应所需的温度，还可通过换热室来进行利用来推动机器做功。
在一具体实施例中，该换热室设置有进水口16和水蒸气出口6，在进水口16和水蒸气出口6之间设置有数排换热翅片7，从而实现热量传递的功能，空气反应室11所释放出来的热量通过换热板作用使进水口16加入的水蒸发成水蒸气由水蒸汽出口6流出推动机器做功。
作为本装置的一种优选，间隔于燃料反应室9和空气反应室11之间还设置有空气清扫区18和废气清扫区21，空气清扫区18和废气清扫区21均由独立的管道通入惰性气体，以将将残余在载氧体中的反应气体吹扫出去，减少对载氧体再生的影响。具体地，空气清扫区18利用通入的惰性气体将空气反应室11反应过程残余在载氧体中的空气排出；废气吹扫区18利用惰性气体将燃料反应室反应过程中残留在载氧体的废气排出，并经出口连接的管道被第二鼓风机19再次输送回热解转化室。此外，通过增加废气吹扫区中通入的惰性气体的流量，便可以很大程度减少反应过程中可能存在的洁净气和废气之间交互现象。由于空气反应室11有相对应的空气管道和挡板隔离(图4灰色部分)，间隔于两个反应室之间的清扫区同样有相应的通气管道连接，因此热解过程中产生的含有害物质的废气便可经鼓风机5导流输送至燃料反应室9(图1小箭头为废气流动方向)，从而不会进入其他室中。如图4所示，旋转反应鼓8顺时针旋转，途径挡板划分区域的顺序为燃料反应室9-废气吹扫区21-燃料进料口4-空气清扫区18，在燃料反应室9中反应完全后的低价态载氧体经废气吹扫区21吹走反应残余气体后顺势旋转至通入空气的空气反应室，以此参与氧化阶段与空气的反应，反应时间可根据需要调整电机转速。
在一具体实施例中，该旋转反应鼓内壁设置有蜂窝状致密框架，蜂窝状致密框架使用石英砂惰性材料做成制成若干个孔，每个孔之间互不相通，形成单个严密的通道，所使用载氧体制成多孔的燃烧棒塞入框架的各个孔内。通过如此设计，可增加载氧体与废气的接触面积，使其在燃料反应室中充分反应，通过选择不同组分、不同质量分数的载氧体，不仅可以实现针对脱除单一污染物，还可以实现污染物的一体化处理。
在一具体实施例中，在该热解转化室设置有燃料进料口14和废料出口10，在燃料进料口14和废料出口10之间设置有输送链12，在输送链12的下方设置有点火器13；在该热解转化室内还设置有第一鼓风机5，以将燃烧产生的含有害物质的热解废气导流输送至燃料反应室9。
在一具体实施例中，电机1作为驱动轴3的动力源，驱动旋转反应鼓8沿着轴线做圆周运动，旋转反应鼓8外侧使用轴承固定，在与其相对转动的同时，防止燃料反应室9中热解废气泄露，电机1则是通过电机支撑板支撑。
利用本装置来进行机固体废弃物处理的流程步骤具体如下：
有机固体废弃物通过进料口14进入输送链12，在热解转化室输送链12传动过程中热解，热解残余废料在输送链1212的作用下通过废料出口10回收，燃烧产生的含有害物质的热解废气经鼓风机5导流输送至燃料反应室9(图1小箭头表示废气流动方向)，在与旋转反应鼓8中载氧体发生反应后将废气中的有害物质固定于载氧体中，反应后的洁净气大部分排出，小部分经流量控制阀17调节再次被第二鼓风机19输送至热解转化室循环利用。处于燃料反应室9的载氧体同废气反应完成，残余在载氧体中的废气经废气吹扫区21中通入的惰性气体吹扫排出后，经出口连接的管道被第二鼓风机19再次输送回热解转化室，旋转反应鼓8中载氧体在电机1及驱动轴3的带动下旋转进入空气反应室11，与废气反应过后的低价态载氧体在通入空气的空气反应室11中被氧化生成高价态的载氧体，并释放出大量热量，完成载氧体的再生。而高价态载氧体便可再次回到燃料反应室9参与废气的化学反应，实现化学链燃烧的循环。空气反应室11在反应过程中产生的大量热量不仅可以维持燃料反应室9在反应过程中所需的温度，还可通过上层的换热板作用使加入的水蒸发成水蒸气推动机器做功。
综上，本发明以基于热解-化学链燃烧集成技术处理有机固体废弃物为目的，相比较于传统集中焚烧设备，本装置在集中焚烧的基础上，利用化学链燃烧低污染低排放的特性处理固体废弃物所产生的热解废气，不仅可以实现污染物的一体化处理，还可以通过改变载氧体的组分、质量分数来针对单一污染物的处理，通过旋转反应鼓中载氧体在两个反应室之间的氧化还原反应来实现载氧体的循环再生，提升了装置的可持续性；空气反应室在反应过程中产生的大量热量不仅可以维持反应室反应所需的温度，还可通过上层的换热板作用使加入的水蒸发成水蒸气推动机器做功。
固体废弃物传统空气燃烧处理中NOx/SOx/HCl/等污染物的释放是需要解决的重要问题。
相比于传统空气燃烧，化学链燃烧的NOx排放要远低于空气燃烧。由于燃烧温度低，燃料反应过程与氮元素隔离等特点，化学链燃烧有效避免了热力型NOx和快速型NOx的生成，而产生以HCN和NH3为主的NOx前驱体，所使用的载氧体可将其直接氧化为无污染的N2，使得总NOx生成率小于0.7％。
传统空气燃烧过程中脱硫脱氯的效率几乎为零，而使用不同载氧体的化学链燃烧不仅可以有效减少NOx的排放，载氧体通过改性还可将硫和氯元素捕捉并固定于改性载氧体中，获得吸收固定硫和氯的能力，将气态污染物转化为稳定的盐固体，实现污染物的脱除，例如选择以Ca负载铁矿石载氧体可实现有效脱硫效率达50％，脱氯效率达到38％。而选择以K负载铁矿石载氧体和Na负载铁矿石载氧体的脱氯效率可有效达到80％以上。
本装置可通过选择更换不同组分、不同质量分数的改性载氧体，在化学链燃烧过程中有效实现固体废弃物的燃烧效率达95％，各类污染物的脱除效率达99％，固废处理量为200kg/d，其设备结构紧凑，运行成本低，且分布灵活，克服传统焚烧污染大气环境的缺点，同时具有较大的实际应用价值，可适用于中小型偏远农村地区，偏僻孤立的海岛或山区的有机固体废弃物处理。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分布式有机固体废弃物处理装置，其特征在于，包括壳体，在所述壳体内装配有旋转反应鼓；在所述壳体内、旋转反应鼓上方设置有换热板，换热板和壳体所形成的空间用于作为换热室；在所述壳体内、旋转反应鼓下方的空间用于作为热解转化室；
所述旋转反应鼓内壁填充有载氧体；所述旋转反应鼓部分用于作为燃料反应室，部分用于通入空气管道，作为空气反应室；
所述热解转化室用于对有机固体废弃物进行热解燃烧，热解过程中产生含有害物质的废气输送至燃料反应室，与燃料反应室中的载氧体发生反应后将废气中的有害物质固定于载氧体中，处于燃料反应室的载氧体在与废气反应后变成低价态载氧体，所述低价态载氧体进入空气反应室，在空气反应室中被空气氧化形成高价态的载氧体，并释放出热量，完成载氧体的再生，实现化学链燃烧的循环；
所述空气反应室所释放出来的热量一部分用于维持燃料反应室在反应过程中所需的温度，一部分经过所述换热室，由换热室来进行利用。
2.如权利要求1所述的分布式有机固体废弃物处理装置，其特征在于，间隔于所述燃料反应室和空气反应室之间还设置有空气清扫区和废气清扫区，所述空气清扫区和废气清扫区均由独立的管道通入惰性气体，以将将残余在载氧体中的反应气体吹扫出去。
3.如权利要求2所述的分布式有机固体废弃物处理装置，其特征在于，所述空气清扫区利用通入的惰性气体将空气反应室反应过程残余在载氧体中的空气排出；所述废气吹扫区利用惰性气体将燃料反应室反应过程中残留在载氧体的废气排出，并经出口连接的管道被第二鼓风机再次输送回热解转化室。
4.如权利要求1所述的分布式有机固体废弃物处理装置，其特征在于，所述与燃料反应室中的载氧体发生反应后的废气变为洁净气体，一部分排出，一部分经流量控制阀入热解转化室。
5.如权利要求1所述的分布式有机固体废弃物处理装置，其特征在于，所述换热室设置有进水口和水蒸气出口，在进水口和水蒸气出口之间设置有换热翅片，所述空气反应室所释放出来的热量通过换热板作用使进水口加入的水蒸发成水蒸气由水蒸汽出口流出推动机器做功。
6.如权利要求1所述的分布式有机固体废弃物处理装置，其特征在于，所述旋转反应鼓内壁设置有蜂窝状致密框架，所述蜂窝状致密框架使用石英砂惰性材料做成制成若干个孔，每个孔之间互不相通，形成单个严密的通道，所使用载氧体制成多孔的燃烧棒塞入框架的各个孔内。
7.如权利要求1所述的分布式有机固体废弃物处理装置，其特征在于，所述旋转反应鼓由电机及驱动轴的带动下实现旋转。
8.如权利要求1或7所述的分布式有机固体废弃物处理装置，其特征在于，所述旋转反应鼓外侧使用轴承固定。
9.如权利要求1所述的分布式有机固体废弃物处理装置，其特征在于，在所述热解转化室设置有燃料进料口和废料出口，在燃料进料口和废料出口之间设置有输送链，在输送链的下方设置有点火器；在所述热解转化室内还设置有第一鼓风机，以将燃烧产生的含有害物质的热解废气导流输送至燃料反应室。
10.如权利要求1所述的分布式有机固体废弃物处理装置，其特征在于，所述电机通过电机支撑板支撑。
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