CN1864877B - 一种垃圾处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明在不需外部能源的条件下同时完成，利用生物质热化学转换技术将(生活、工业)多种垃圾热解为生物油、可燃气体；将垃圾热解后的固态残渣作为烧制生态水泥的原料并烧制出生态水泥熟料；而且没有固态排放物。也可做到没有气态排放物，在产生的废气中回收二氧化碳、硝酸、三氧化硫，余下的废气加入氧气循环使用不向大气排放。在处理的过程中垃圾中有毒、有害废弃物中的氯、硫、氟在高温下被完全中和吸收，变成无毒的氯化钙、硫酸钙、氟化钙，而重金属、放射性元素绝大部分已固化在水泥熟料中。从废弃物、垃圾这一可能给环境带来危害的物品中提取了宝贵的生物资源缓解了日益紧张的能源压力，使垃圾这一废物环保、高效、安全对人类有益的回到了循环链条中。

Description

一种垃圾处理装置及处理方法

所属技术领域

本发明涉及利用生物质热化学转换技术将(生活、工业)多种垃圾真空热解为生物油、可燃气体；将垃圾热解后的固态残渣作为烧制生态水泥的原料烧制出生态水泥熟料；并在产生的废气中回收二氧化碳、硝酸、三氧化硫，余下的废气加入氧气循环使用不向大气排放。没有固态、气态排放物的垃圾处理技术。

背景技术

众所周知无论是生活垃圾和工业垃圾处理不当都会给环境造成危害，轻则产生恶臭滋生病菌、苍蝇、蚊虫、老鼠，重则垃圾中的重金属污染土地及地下水。我国现有的垃圾处理系统有3种：1.垃圾堆肥垃圾堆肥是利用微生物对有机物进行发酵、降解，在堆肥前必须对垃圾彻底分选，否则有机物难以彻底腐熟，垃圾之中的非肥田之物又造成二次污染，但彻底分选难度很大而且需要对其中的重金属处理。垃圾堆肥的产物是农作物肥料，企业的市场价值不高。2.垃圾填埋垃圾填埋是将垃圾填入地下或与空气隔绝产生厌氧环境从而得到沼气。垃圾填埋厂需要大量土地，应距城市15km以上，使用年限15年，而且需要数月厌氧期。垃圾填埋厂使用了大量的土地，加大能源消耗，在有限的使用年限里得到的是无法液化的沼气(现有技术)，而且有可能污染地下水。3.垃圾焚烧垃圾焚烧产生热能可以发电但现有的垃圾焚烧设备仍有许多不足之处。现有的垃圾焚烧发电设备是高投入、低回报、系统复杂、热利用率低(仅5％左右)。焚烧产生的废气中除粉尘外，还有二恶英等大量有害气体，处理起来很困难，焚烧后的固态废弃物中有大量的重金属、放射性元素等有害成分需要二次处理，而焚烧灰的最终填埋不仅占地其使用寿命有限，还容易造成二次污染。目前国内水泥厂已利用回转窑焚烧垃圾并利用焚烧灰作为烧制水泥的原料，但这种回转窑焚烧垃圾不能用于发电，而且用废弃物替代燃料是有热值最低要求的，因此适应面窄，技术不成熟，另外传统的回转窑和竖窑热量损失较大，浪费了宝贵的资源。垃圾焚烧就会有焚烧灰和大量有害气体排放，用焚烧灰作为烧制生态水泥原料是一种环保的办法，但水泥厂焚烧垃圾排放大量有害气体和较低的热利用率是不可取的。

水泥熟料煅烧过程和冷却过程都会有大量的热量释放，水泥的熟料煅烧过程需要1300～1450℃的高温而煅烧完成的熟料迅速冷却是决定水泥最终品质的关键要素，通常的方法是利用冷却机带走热量，这样就使大量热能得不到利用从而产生高能耗低效率。

众所周知水泥厂排放的废气中主要有6种有害物质：1.硫化合物2.氮氧化物3.一氧化碳、二氧化碳4.有机化合物如(PCDD/PCDF)5.重金属元素6.粉尘。硫化合物的化合反应需要在煅烧窑尾气200～250℃的温度区保持过剩氧含量为2％～4％，这与窑的正常工况要求相矛盾，又和抑制氮氧化物产生-在1000～1200℃温度区过剩氧含量为(17～19)时加入燃料(二次燃烧)相矛盾，因为一般希望用尽可能低的过剩氧含量以便节约燃料和降低氮氧化物的排放量。

所谓垃圾、废弃物是一种放错了位置的资源，一方面是城市陷入垃圾包围之中，另一方面传统化石能源紧张，本发明就是把这一放错了位置的资源放对位置。

发明内容

为了解决现有垃圾处理系统诸多弊病、能源紧张问题及垃圾处理环保排放问题，本发明提供一种垃圾处理装置，该装置是将多种垃圾在不需要外部能源的条件下一机转换为生物油、可燃气体、生态水泥熟料、液态二氧化碳、硝酸、三氧化硫且没有固态、气态排放物。

要解决的技术问题

把多种垃圾转化为能方便为人们使用、清洁、环保的能源、资源，并且转化过程清洁环保无污染，尽量不使用或少使用现有的能源、资源。高效、低耗、环保和快捷方便的提取利用垃圾中的可用资源(如生物油、可燃气体)，将有害物质固化在水泥中，并且将废气中的硫、氮、碳元素转换为液态二氧化碳、硝酸、三氧化硫使废气的体积保持相对平衡不向外排放在内部循环使用，实现真正的向大气的零排放。

技术方案

本发明实施方式一种垃圾处理装置，主要由真空喂料罐、真空生料均化罐、真空螺旋反应器、煅烧窑、冷却窑、余热回收窑组成；其中，所述真空喂料罐与真空生料均化罐、真空螺旋反应器、煅烧窑、冷却窑和余热回收窑依次连接；其中，按煅烧窑在上，冷却窑在中，余热回收窑在下次序的从上至下依次连接，煅烧窑和冷却窑之间设有密封保温装置，冷却窑和余热回收窑之间也设有密封保温装置；真空喂料罐进料口经真空生料均化罐与真空螺旋反应器连接，真空螺旋反应器的反应部分为螺旋缠绕在煅烧窑和冷却窑的隔热层和保温层之间的3至6根独立的螺旋管，真空螺旋反应器的固体残渣出口与真空生料均化罐连接，真空生料均化罐的出料口与煅烧窑连接。

所述煅烧窑是由耐火陶瓷坩埚内胆、隔热层、反应器层、保温层共同组成，出料口在煅烧窑底部中央，在煅烧窑中上部分别设有3至4个进料口和废气出口。

所述煅烧窑和冷却窑之间设置的密封保温装置设在煅烧窑熟料出口与冷却窑连接处，该密封装置由柱型密封棒、O型密封圈、密封底座组成；所述柱型密封棒、O型密封圈的材质为一次性使用的耐火纤维材料，密封底座由耐高温合金钢制成，密封底座内设有风冷管道。

所述冷却窑是圆锥台筒型结构，筒壁由耐高温合金钢内胆、隔热层、反应器层、密封保温层共同组成；冷却窑上、下均开口，上、下开口上分别设有上、下密封盖，上、下密封盖材质均为耐高温合金钢，上、下密封盖上均设有耐火密封垫圈，下密封盖上设有风冷系统。

所述余热回收窑是圆锥台筒型结构，余热回收窑筒壁由钢制内胆、水介质热交换器层、密封保温层、及上下密封盖组成；上下密封盖均为钢制，下密封盖中央上有一个1000mm高、下直径为250mm的钢制锥型破碎撞针，破碎撞针与平面接触处设有若干个进气口。

所述真空生料均化罐外设有密封保温层，真空生料均化罐内设有均化罐搅拌器，真空生料均化罐上设有均化罐密封辅料入口和均化罐密封出料口，通过均化罐密封出料口经真空螺旋反应器的扁圆柱体反应器真空提升机与真空螺旋反应器的反应器固体残渣出口连接。

所述真空喂料罐、真空生料均化罐、真空螺旋反应器、煅烧窑、冷却窑和余热回收窑均设置在外部保温层形成的真空空间内.

本发明实施方式还提供一种垃圾处理方法，采用上述中任一种所述的垃圾处理装置，按下述步骤进行：

垃圾热解：将有机物含量较高的垃圾粉碎置于真空和400～450℃下滞留时间10～30s得到挥发产物，迅速冷却得到生物油和不凝结的可燃气体；

水泥熟料煅烧和冷却：垃圾热解后的固态残渣加入辅料，辅料为铁粉、石灰石、氯化钙中的一种或一种以上的混合物，在保持温度的情况下搅拌均化，再用分解出的可燃气体、生物油加氧气燃烧后将其加热至1450℃冷却，冷却时散发出的热量由垃圾热解带走，从而得到水泥熟料并没有固态废弃物排放。

当水泥熟料的温度降至400℃以下时余热可预热粉碎的垃圾。热解的温度由控制真空喂料罐释放垃圾的流量和加热煅烧窑燃料的流量决定。

废气的无排放内部循环和各种元素提取、固化平衡：

(1)因为本发明是无废气排放，通过提取排出的废气中的硫、氮、碳元素使提取和排出废气的体积基本平衡，余下的废气加入氧气循环使用。保持煅烧窑燃烧区内富氧环境和通风良好，有利于燃料充分燃烧产生尽可能少的一氧化碳，也有利于燃烧系统二氧化碳的分压和碳酸钙的分解。

(2)水泥熟料的煅烧过程SO₂的产生是不可避免的，在氧化气氛煅烧工况88％～100％硫化合物都能以不同形式的硫酸盐结合到熟料中，焚烧灰水泥的SO₃含量允许达到8.8％，但是含量过高对水泥的各种性能是会有影响的。SO₃制取分离装置通过以铁粉中的FeO₃、SiO₂为催化剂，O₂为氧化剂，将SO₂在温度为610℃压力为0.5～0.7MPa氧化为SO₃，

O₂＝O+O

SO₂+O＝SO₃

然后通过磁选铁粉分离出SO₃。把燃料和水泥生料带入的硫元素基本固化到了水泥熟料中一部分，分离出一部分保证了硫元素基本的基本平衡。

(3)氮元素是水泥的化学成分中没有的也是无法固化的，煅烧窑燃烧区内富氧环境生成了一部分氮氧化物(NO、NO₂、N₂O)，N₂O在高温中分解，NO、NO₂通过臭氧氧化水溶回收硝酸装置废气脱硝而得到硝酸

NO+O₃＝NO₂+O₂

2NO+O₃＝N₂O₅

N₂O₅+H₂O＝2HNO₃

来保证了内部循环废气的氮元素基本平衡。

(4)在氧化气氛煅烧工况下一氧化碳的产生量很低，可在废气中循环，当经过煅烧窑的高温氧化气氛时，被O₂氧化成CO₂，再通过对尾气中的CO₂提取保证了碳元素基本的基本平衡。

(5)有机化合物如(PCDD/PCDF)等，绝大多数有机化合物都会在煅烧窑的高温区分解、中和、固化，未中和固化的部分随尾气排出，为了防止其重新生成，排出的废气由700～800℃经气体急冷装置在＜0.2S急冷至105～110℃，从而跃过其易生成温度区。

(6)绝大多数重金属元素已固化在熟料中，易挥发、高挥发元素部分滞留在气体急冷装置中，这部分经若干年沉淀积累必须集中统一处理，部分在废气中循环。

(7)通过以上各种措施使系统中循环的废气各种元素基本平衡和排出废气的体积、提取分离废气的体积的基本相等，余下的废气加入氧气作助燃剂在内部循环不向外排放。从而达到了无废气排放，系统运转正常，并且从中提取分离出液态二氧化碳、硝酸、三氧化硫。

本发明对垃圾中的可燃物质的利用律可达接近100％，因为垃圾热解后固态残渣全部进入水泥原料，未被分解的可燃物质也一起进入，在煅烧窑燃烧区的高温富氧环境下得到充分燃烧。北京市的垃圾平均热值为7000kj/kg，平均含水量为40％，平均出灰量2％，垃圾热解(20℃～450℃)热耗为712kj/kg。而烧制1kg水泥熟料理论吸收热值4300kj/kg放出热值2600kj/kg，计算得出烧制1kg水泥熟料理论热耗为4300-2600＝1700kj/kg。水蒸发的热耗为2257kj/kg。

蒸发垃圾表面水分热耗＝2257kj/kg*40％＝902.8kj/kg

垃圾热解(20℃～450℃)热耗＝712kj/kg*60％＝427.2kj/kg

0.02kg灰质(1kg垃圾产灰量)+0.02kg水泥辅料＝0.04kg水泥生料

烧制0.04kg水泥生料热耗＝1700kj/kg*0.04kg＝68kj

将1kg垃圾热解为生物油、可燃气体并将固体残渣加入水泥辅料烧制成

水泥熟料的全部理论热耗＝902.8kj+427.2kj+68kj＝1398kj

垃圾处理后的剩余热值＝7000kj/kg-1398kj(1+50％)＝4903kj/kg

(50％为本发明综合能源消耗)

有益效果

(1)从废弃物、垃圾这一可能给环境带来危害的物品中提取了宝贵的生物资源缓解了日益紧张的能源压力，使垃圾这一废物环保、高效、安全对人类有益的回到了循环链条中。

(2)本发明的热能使用采用内部热量循环、热能梯级利用和尽量回收余热，热量损失小热利用率高，能量消耗低，从而最大程度的利用了现有的资源和保护了环境。。

(3)本发明无固态废物排出，垃圾中有毒、有害废弃物中的氯、硫、氟在高温下被完全中和吸收，变成无毒的氯化钙、硫酸钙、氟化钙，而重金属中的绝大部分以固化在熟料中。

(4)本发明无气态废物排出，并且从产生的废气中提取分离出液态CO2、HNO3、SO3。

(5)本发明得到的产物是生物油、水泥熟料、液态二氧化碳、硝酸、三氧化硫，得到的生物油稍加提炼就可成为生物柴油也可直接用于燃油锅炉，水泥熟料经粉磨就可得到优质的生态水泥成品。液态二氧化碳、硝酸、三氧化硫都可作为商品直接出售，另外硝酸的制取使用了大量的废水，如果废水有剩余也可将三氧化硫水溶得到硫酸后出售。

(6)本发明是将多种垃圾在不需要外部能源的条件下一机转换为生物油、可燃气体、生态水泥熟料、液态二氧化碳、硝酸、三氧化硫且没有固、气态排放物，高效、低耗、环保和快捷方便的提取利用垃圾中的可用资源。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1：本发明工艺原理流程示意图；

图2：实施例外部保温密封层剖面图及整体布局示意图；

图3：实施例真空螺旋反应器、煅烧窑、冷却窑、余热回收窑剖面构造图；

图4：实施例真空螺旋反应器、余热回收窑水介质热交换器轨迹示意图；

图5：实施例真空生料均化罐剖面构造图；

图6：实施例煅烧窑出料口密封装置剖面构造图及出料口密封装置组件剖面示意图；

全部附图中标号所示零部件名称：

0-1.外部密封层                0-2.外部保温层

1.垃圾分选器

2.烘干破碎机

3.真空喂料罐                  3-1.真空喂料罐进料口

4.真空螺旋反应器

4-11.反应器一次喂料装置       4-12.反应器二次喂料装置

4-13.反应器固体残渣出口       4-2.反应器真空提升机

4-31.反应器挥发物收集支管1    4-32.反应器挥发物收集支管2

4-33.反应器挥发物收集支管3    4-321.反应器挥发物收集支连接管

5.真空生料均化罐

5-1.均化罐搅拌器              5-2.均化罐密封出料口

5-3.均化罐密封辅料入口        5-4.真空生料均化罐密封保温层

6.煅烧窑

6-11.煅烧窑废气出口                 6-12.煅烧窑进料口

6-111.煅烧窑废气管                  6-21.煅烧窑耐火陶瓷坩埚内胆

6-22.煅烧窑耐火隔热层               6-23.煅烧窑反应器层

6-24.煅烧窑密封保温层               6-3.煅烧窑进料管

6-31.煅烧窑燃料进气支管             6-32.煅烧窑助燃剂进气支管

6-4.煅烧窑熟料出口                  6-41.煅烧窑熟料出口柱型密封棒

6-42.煅烧窑熟料出口O型密封圈        6-43.煅烧窑熟料出口密封底座

6-431.煅烧窑密封底座风冷管道        6-432.煅烧窑密封底座风冷进气出气口

6-433.煅烧窑密封底座转动机构

6-23′.煅烧窑反应器层多根反应管其中一根的轨迹示意

67.煅烧窑和冷却窑之间密封保温装置

67-1.煅烧窑和冷却窑之间的反应器

67-1′.煅烧窑和冷却窑之间的反应器多根反应管其中一根的轨迹示意

7.冷却窑

7-11.冷却窑耐高温合金钢内胆     7-12.冷却窑隔热层

7-13.冷却窑反应器层             7-14.冷却窑密封保温层

7-21.冷却窑上密封盖             7-22.冷却窑下密封盖

7-221.冷却窑下密封盖风冷管道    7-222.冷却窑下密封盖风冷进气出气口

7-13′.冷却窑反应器层多根反应管其中一根的轨迹示意

78.冷却窑和余热回收窑之间密封保温装置

8.余热回收窑

8-11.余热回收窑钢制内胆             8-12.余热回收窑水介质热交

换器层

8-121.余热回收窑水介质热交换器进水口8-122.余热回收窑水介质热交换器出水口

8-13.余热回收窑密封保温层          8-21.余热回收窑上密封盖

8-22.余热回收窑下密封盖            8-221.余热回收窑下密封盖风冷管道入口

8-222.余热回收窑风冷管道出口       8-3.余热回收窑下密封盖破碎撞针

8-12′.余热回收窑水介质热交换器层反应管的轨迹示意

9.水泥熟料储存罐

10.可燃气体储存罐

11.冷凝器

12.生物油净化分离装置

13.水泥生料辅料喂给罐

13-1.铁粉喂给装置        13-2.铁粉回传装置

14.储油罐

15.发电机

16.外部燃料罐

17.空气分离制氧机

18.二氧化碳回收液化装置

19.臭氧氧化水溶回收硝酸装置

20.废气储存罐

21.废气急冷装置

22.三氧化硫制取分离装置                22′.三氧化硫制取分离装置的轨迹示意

22-1.三氧化硫制取分离装置废气入口      22-2.三氧化硫制取分离装置废气连管

22-3.三氧化硫制取分离装置增压泵        22-4.三氧化硫储存装置连管

具体实施方式

本发明在具体实施过程中，应该由3至6个反应堆组成一个单元，这是因为反应堆的预热启动需要消耗大量的燃料，反应堆启动后需要连续生产2至3个月再进入维修期如此循环。多个反应堆组成一个单元，首先是燃料和电能的共享，另外液、气态热载体余热共享和热能梯级利用可以提高整个系统的能源利用效率。

图1是反应堆预热启动后的工艺原理流程示意，反应堆预热启动过程以后另行说明.垃圾进入垃圾分选器(1)，分选出铝、铁等其他金属，余下进入烘干破碎机(2)，此时的热量来源是余热回收窑(8)回收的熟料余热，煅烧窑排出的废气经废气急冷装置(21)迅速冷却至105℃～110℃，如果热量不足可燃烧可燃气体储存罐(10)和储油罐(14)中的燃料加热，此时垃圾的表面水分和颗粒大小均已符合要求，使垃圾进入真空喂料罐(3)，本发明每个反应堆有2个真空喂料灌(3)在同一时间分别进料和喂料以保证真空螺旋反应器(4)的真空状态；经过分选烘干的垃圾由于重力的因素由真空喂料灌(3)喂给真空螺旋反应器(4)，由于真空螺旋反应器(4)的反应部分是螺旋缠绕在煅烧窑和冷却窑的隔热层和保温层之间且为3至6根独立的螺旋管共同组成，所以此时的热量来源是煅烧窑(6)外部多余的热量和冷却窑(7)熟料冷却放出的热量.垃圾经真空螺旋反应器(4)在400～450℃压力199.98Pa下得到挥发物并迅速送至冷凝器(11)冷凝器分离出凝结的液体、不凝结的可燃气体.不凝结的可燃气体进入可燃气体储存罐(10)，凝结的液体进入生物油净化分离装置(12)分离出水、洁净的生物油、带有固体残渣的生物油，分离出的洁净的生物油送至储油罐(14)，带有固体残渣的生物油直接送煅烧窑(6)用于燃烧加热.分离出的水送至臭氧氧化水溶回收硝酸装置(19)或者本系统的水循环装置.储油罐(14)中的生物油部分送至发电机(15)供给整个系统的电能，其余的部分就可作为商品出售.经真空螺旋反应器(4)处理后的垃圾固体残渣送至真空生料均化罐(5)，本发明每个反应堆有3个真空生料均化罐(5)，交替作垃圾热解后固体残渣储存装置、水泥生料搅拌均化装置、水泥生料喂给装置.当真空生料均化罐(5)内的垃圾固体残渣达到一定重量后，经X光分析和抽样化验得出结果由水泥生料辅料喂给罐(13)加入所须的水泥辅料并充分搅拌均化然后缓慢加入煅烧窑(6)内.通过煅烧窑内连续加热(控制燃料供给流量)、连续喂给水泥生料(控制生料喂给流量)、真空螺旋反应器(4)连续反映(控制垃圾喂给流量)始终保持煅烧窑内的温度1300～1350℃恒定不变，保持恒定温度的目的是：1300℃为水泥生料的液相林临界点，出现液相水泥生料中细小颗粒比重加大产生黏度减少排出废气粉尘含量，如果温度达到1450℃长时间就会降低组成煅烧窑(6)的各种耐火元件的使用寿命，而且还增加了燃料和其他资源的消耗.加热煅烧窑(6)的燃料来源为生物油净化分离装置(12)分离出的带有固体残渣的生物油和可燃气体储存罐(10)储存的可燃气体.煅烧过程煅烧窑(6)的外部是需要冷却降温的，煅烧窑(6)外部的冷却降温是由螺旋缠绕在煅烧窑的隔热层和保温层之间真空螺旋反应器(4)完成的.当煅烧窑(6)内的水泥生料达到规定重量时停止喂给水泥熟料并将窑内的温度升至1450℃即完成了水泥熟料的煅烧过程.把液态的水泥熟料放入冷却窑(7)冷却，冷却窑(7)熟料冷却放出的热量通过热传导传给真空螺旋反应器(4)，当冷却窑(7)内的水泥熟料的温度降至400℃以下时便将水泥熟料放入余热回收窑(8)，余热回收窑(8)通过水介质热交换器把余热送至烘干破碎机(2).冷却窑(7)、余热回收窑(8)内的水泥熟料排出的有害气体收集后加入氧气混合送至煅烧窑(6)作助燃剂，这是因为水泥熟料排出的有害气体中虽然氧气的含量极低但是有一定的温度可以用来预热助燃剂.如果用水泥熟料排出的有害气体直接向烘干破碎机(2)提供热源，容易生成多种有害气体如(PCCDs.PCDFs)类物质，这是因为多数有害物质的生成是在温度200～500℃反应时间＞5Min.水泥熟料排出的有害气体有时正好在害物质的形成的温度、反应时间范围内，所以冷却窑(7)、余热回收窑(8)内的水泥熟料排出的有害气体中有害物质的含量是极高，必须经过处理.煅烧窑(6)排出的废气由700～800℃经气体急冷装置(17)在＜0.2S急冷至105～110℃用于烘干破碎机(2)的垃圾烘干.气体急冷装置(17)的工作原理是向高温气体中迅速由废气储存罐(20)加入若干倍的常温废气，这样既未损失热能又达到了急冷的效果，又使烘干破碎机(2)有大量的热源.烘干破碎机(2)排出的废气经过二氧化碳回收液化装置(18)回收废气中的大部分二氧化碳将其液化保存，再经过臭氧氧化水溶回收硝酸装置(19)回收大部分一氧化氮水溶得到硝酸，余下的废气回到了废气储存罐(20).因为废气储存罐(20)的压力为1MPa常压，而三氧化硫的制取需要铁粉中的FeO₃、SiO₂为催化剂O₂为氧化剂将SO₂在温度为610℃压力为0.5～0.7MPa富余氧的体积分数为10％的三氧化硫制取分离装置(22)中获得。废气由废气储存罐(20)加入氧气经减压到达三氧化硫制取分离装置(22)脱硫，同时也起到了助燃剂预热的作用，脱硫后的废气再加入冷却窑(7)、余热回收窑(8)内的水泥熟料排出的气体和氧气恢复常压加入煅烧窑(6)作为助燃剂。当余热回收窑(8)内的水泥熟料的温度为50℃以下时，将其中的水泥熟料放入水泥熟料储存罐(9)完成了从垃圾到水泥熟料的全过程。

外部燃料罐(16)为整个反应堆单元的第一个反应堆预热启动时使用的由外部提供的燃料供给装置，预热启动过程是通过外部燃料罐(16)提供燃料给烘干破碎机(2)、煅烧窑(6)空烧，煅烧窑(6)空烧既煅烧窑(6)内没有水泥生料而用燃料对其内部加热过程，使真空螺旋反应器(4)部分工作既煅烧窑反应器层(6-23)，当可燃气体储存罐(10)内的可燃气体达到一定重量后，外部燃料罐(16)停用，和前面论述的一样进入标准循环。

结合图2、图3、图4实施例具体说明.外部密封层(0-1)、外部保温层(0-2)和煅烧窑(6)、冷却窑(7)、余热回收窑(8)之间为真空，煅烧窑(6)、冷却窑(7)、余热回收窑(8)都有密封保温层，这样做是为了避免热传导从而达到更加保温的作用.经过垃圾分选器(1)、烘干破碎机(2)处理后的垃圾由真空喂料罐进料口(3-1)进入真空喂料罐(3)，本发明有两个真空喂料罐(3)分别进料和喂料以保证反应器的内部真空环境.真空喂料罐(3)首先喂给反应器一次喂料装置(4-11)，垃圾在煅烧窑反应器层(6-23)中进行热解反应，垃圾在经过大约10s到达了煅烧窑和冷却窑之间的反应器(67-1).如果冷却窑反应器层(7-13)温度过高启动反应器二次喂料装置(4-12)喂给以保证400～450℃的温度恒定，垃圾经过冷却窑反应器层(7-13)大约需要15S.得到的挥发物经由反应器挥发物收集支连接管(4-321)、反应器挥发物收集支管1(4-31)、反应器挥发物收集支管2(4-32)、反应器挥发物收集支管3(4-33)迅速送至冷凝器(11).煅烧窑反应器层多根反应管其中一根的轨迹示意(6-23′)、煅烧窑和冷却窑之间的反应器多根反应管其中一根的轨迹示意(67-1′)、冷却窑反应器层多根反应管其中一根的轨迹示意(7-13′)共同组成了一根反应器螺旋管，真空螺旋反应器(4)是由3～6根这样的反应器螺旋管组成的.经真空螺旋反应器(4)处理后的垃圾固体残渣经由反应器固体残渣出口(4-13)、反应器真空提升机(4-2)送至真空生料均化罐(5).真空生料均化罐(5)的加料是通过煅烧窑进料管(6-3)、煅烧窑进料口(6-12)向煅烧窑(6)缓慢加料.向煅烧窑(6)内加入助燃剂的过程如下，废气由废气储存罐(20)经减压由三氧化硫制取分离装置废气入口(22-1)、铁粉回传装置(13-2)到达三氧化硫制取分离装置(22)脱硫，脱硫后由三氧化硫制取分离装置废气连管(22-2)传送三氧化硫制取分离装置增压泵(22-3)增压到达煅烧窑助燃剂进气支管(6-32)，脱硫后的废气再加入冷却窑(7)、余热回收窑(8)内的水泥熟料排出的气体和氧气进入煅烧窑(6)，而燃料通过煅烧窑燃料进气支管(6-31)进入煅烧窑(6)内.因为铁粉为三氧化硫制取分离装置(22)的催化剂，所以由水泥生料辅料喂给罐(13)经铁粉喂给装置(13-1)喂给铁粉.因为铁粉回传装置(13-2)为磁力传送设备，只能将铁粉回传给水泥生料辅料喂给罐(13)，固态的三氧化硫经三氧化硫储存装置连管(22-4)由于重力下滑至三氧化硫储存装置，22′是三氧化硫制取分离装置的轨迹示意.煅烧窑(6)的废气是由煅烧窑废气出口(6-11)、煅烧窑废气管(6-111)向外传送给二氧化碳回收液化装置(18).冷却窑上密封盖(7-21)如图3是可开合的(虚线部分为开)只有当煅烧窑(6)水泥熟料出窑时冷却窑上密封盖(7-21)才为打开状态，其他时间均关闭.煅烧窑(6)水泥熟料以液态出窑，冷却窑下密封盖(7-22)通过对和冷却窑铸铁内胆(7-11)的接触面加装一次性耐火密封垫圈实现对液态水泥熟料的密封，冷却窑下密封盖(7-22)再通过冷却窑下密封盖风冷系统包括冷却窑下密封盖风冷管道(7-221)、冷却窑下密封盖风冷进气出气口(7-222)降温使其温度不至过高.当冷却窑(7)内的水泥熟料温度降至400℃下时即可出窑，首先放空余热回收窑(8)内的水泥熟料并关闭余热回收窑下密封盖(8-22)，打开余热回收窑上密封盖(8-21)再打开冷却窑下密封盖(7-22)，此时的固态水泥熟料由于重力原因下落至余热回收窑(8)内.由于有一定的落差，所以余热回收窑下密封盖破碎撞针(8-3)起到了一定的破碎撞击的作用.余热回收窑(8)的桶壁由余热回收窑钢制内胆(8-11)、余热回收窑水介质热交换器层(8-12)、余热回收窑密封保温层(8-13)组成，使用钢制内胆是为了有高强度、高热传导系数，余热回收窑水介质热交换器包括余热回收窑水介质热交换器层(8-12)、余热回收窑水介质热交换器进水口(8-121)、余热回收窑水介质热交换器出水口(8-122)，使用水介质热交换器是为了配合余热回收窑下密封盖风冷管道入口(8-221)、余热回收窑风冷管道出口(8-222)余热回收窑风冷系统更迅速、更彻底的回收余热.煅烧窑和冷却窑之间密封保温装置(67)、冷却窑和余热回收窑之间密封保温装置(78)起到了连接煅烧窑(6)、冷却窑(7)、余热回收窑(8)的作用使其对外部成为一个密封的整体，便于保持外部的真空环境.煅烧窑(6)有4层结构煅烧窑耐火陶瓷坩埚内胆(6-21)、煅烧窑耐火隔热层(6-22)、煅烧窑反应器层(6-23)、煅烧窑密封保温层(6-24)，煅烧窑耐火陶瓷坩埚内胆(6-21)是一个上下为球面中间为圆柱，低部居中有液态熟料出口在靠近上部圆柱边缘处有若干个进料口、废气出口，类似倒置小口坛子的陶瓷内胆.本发明的煅烧窑是静止不动的类似竖窑，但不能象竖窑那样连续的进料和出料，它的进出料是间歇性的.这是因为本发明的设计初衷是要解决垃圾在环保高效的情况下能源的有效转换，水泥熟料只是副产品和起到固化有害物质的作用并非高效的水泥窑.应用耐火陶瓷坩埚内胆优点：耐烧蚀、耐高温、耐氧化、表面光滑、使用时间长、有良好的密封性.耐烧蚀、耐高温、耐氧化的优点众所周知故在此不作论述，表面光滑对于熟料的液态出窑是重要的另外表面光滑就是接触面积小使热量更集中.普通的竖窑、回转窑的内壁是由耐火材料镶砌而成的，窑内又是富氧环境，只要窑砖有微小的缝隙，气体的热对流和热传导足以对整个窑体造成威胁.应用了陶瓷内胆就可以避免此种威胁.缺点：陶瓷制品在受到外力撞击时容易破碎.本发明的煅烧窑是静止不动的生料、燃料、助燃剂是由进料口进入的，生料以破碎致1mm以下不足以对陶瓷内胆产生撞击威胁其他均为非固体.因此在此使用陶瓷内胆是可行的.冷却窑(7)也有4层结构冷却窑耐高温合金钢内胆(7-11)、冷却窑隔热层(7-12)、冷却窑反应器层(7-13)、冷却窑密封保温层(7-14)应用耐高温合金钢内胆是为了有高热传导系数、相对高温稳定性.煅烧窑反应器层(6-23)、冷却窑反应器层(7-13)是由碳钢经焊接而成的.

图5是实施例真空生料均化罐剖面构造图，真空生料均化罐密封保温层(5-4)起到了均化罐对外的密封保温作用，真空生料均化罐(5)外部为扁圆柱体反应器真空提升机(4-2)和均化罐密封出料口(5-2)分别在直径方向的两侧，并沿此方向有25°的倾斜角均化罐密封出料口(5-2)最低.本发明每个反应堆有3个真空生料均化罐(5)，交替作垃圾热解后固体残渣储存装置、水泥生料搅拌均化装置、水泥生料喂给装置.当真空生料均化罐(5)作残渣储存装置时均化罐密封出料口(5-2)、均化罐密封辅料入口(5-3)为关闭密封状态，以保证真空螺旋反应器(4)的真空环境和反应器真空提升机(4-2)的正常传送工作.当真空生料均化罐(5)作水泥生料搅拌均化装置时，反应器真空提升机(4-2)停止工作并和真空螺旋反应器(4)断开并保持密封状态，所需的水泥辅料由水泥生料辅料喂给罐(13)通过均化罐密封辅料入口(5-3)加入，均化罐搅拌器(5-1)连续转动，此时的均化罐密封出料口(5-2)为关闭密封状态.当真空生料均化罐(5)作水泥生料喂给装置时，反应器真空提升机(4-2)停止工作并和真空螺旋反应器(4)断开并保持密封状态，均化罐密封辅料入口(5-3)为关闭密封状态，均化罐密封出料口(5-2)打开并和煅烧窑进料管(6-3)、煅烧窑(6)内部连通，由于均化罐密封出料口(5-2)处于真空生料均化罐(5)的位置最低和均化罐搅拌器(5-1)连续转动水泥生料依靠重力下滑，真空生料均化罐(5)成为此时的水泥生料喂给装置时.

图6是实施例煅烧窑出料口密封装置剖面构造图及出料口密封装置组件剖面示意图，结合图3详细说明煅烧窑熟料出口(6-4)密封、打开原理和过程。煅烧窑出料口(6-4)密封：将煅烧窑熟料出口柱型密封棒(6-41)插入煅烧窑熟料出口(6-4)，在煅烧窑熟料出口密封底座(6-43)放入煅烧窑熟料出口O型密封圈(6-42)将煅烧窑熟料出口密封底座(6-43)、煅烧窑密封底座转动机构(6-433)转动至关闭位置压牢。制作柱型密封棒、O型密封圈的材质为耐火纤维材料且为一次性使用(每窑更换)，密封底座由耐高温合金钢制成，内有风冷管道。由于煅烧过程煅烧窑(6)内的水泥熟料成为液态在压力的作用下进入煅烧窑熟料出口(6-4)和煅烧窑熟料出口柱型密封棒(6-41)缝隙中，热传导的作用使整个煅烧窑出料口密封装置温度不断升高，此时在煅烧窑出料口周围的煅烧窑反应器层(6-23)和煅烧窑密封底座风冷系统包括煅烧窑密封底座风冷管道(6-431)、煅烧窑密封底座风冷进气出气口(6-432)的连续工作起到了不断降温的作用，这样使得在煅烧水泥熟料的过程中煅烧窑熟料出口(6-4)和煅烧窑熟料出口柱型密封棒(6-41)缝隙中水泥熟料上半部为液态下半部为固态，从而起到了密封的作用。煅烧窑出料口(6-4)打开：当煅烧窑(6)内的水泥熟料完成了煅烧过程需要出窑时，首先放空冷却窑(7)内的水泥熟料并关闭密封冷却窑下密封盖(7-22)、打开冷却窑上密封盖(7-21)，转动煅烧窑熟料出口密封底座(6-43)、煅烧窑密封底座转动机构(6-433)，由于煅烧窑熟料出口柱型密封棒(6-41)被固态水泥熟料暂时沾在煅烧窑熟料出口(6-4)上，所以不会马上掉下来，停止向煅烧窑出料口周围的煅烧窑反应器层(6-23)喂料，由于煅烧窑出料口周围失去了冷却和煅烧窑内液态水泥熟料的巨大压力的作用下，煅烧窑熟料出口柱型密封棒(6-41)很快和煅烧窑熟料出口(6-4)分离，从而打开了煅烧窑熟料出口(6-4)。

图1中二氧化碳回收液化装置(18)、臭氧氧化水溶回收硝酸装置(19)、废气储存罐(20)三氧化硫制取分离装置(22)组成了废气处理系统，从理论上是完全可以达到废气的无排放，但是从经济的角度是否可行还需要通过实践来论证.如果行不通可将以上4个装置换成一个简单的废气水溶脱酸装置即可达到向大气排放的标准，因为废气已经过废气急冷装置(21)处理，再通过控制煅烧窑(6)排出废气的氧气含量，以控制氮氧化物、硫化物、一氧化碳、二氧化碳的生成量，是完全可以达到国家排放标准的.

Claims (8)

1.一种垃圾处理装置，其特征在于，主要由真空喂料罐、真空生料均化罐、真空螺旋反应器、煅烧窑、冷却窑、余热回收窑组成；其中，所述真空喂料罐与真空生料均化罐、真空螺旋反应器、煅烧窑、冷却窑和余热回收窑依次连接；其中，按煅烧窑在上，冷却窑在中，余热回收窑在下次序的从上至下依次连接，煅烧窑和冷却窑之间设有密封保温装置，冷却窑和余热回收窑之间也设有密封保温装置；真空喂料罐的出料口与真空螺旋反应器连接，真空螺旋反应器的反应部分为螺旋缠绕在煅烧窑和冷却窑的隔热层和保温层之间的3至6根独立的螺旋管，真空螺旋反应器的固体残渣出口与真空生料均化罐连接，真空生料均化罐的出料口与煅烧窑连接。

2.根据权利要求1所述的垃圾处理装置，其特征在于：所述煅烧窑是由耐火陶瓷坩埚内胆、隔热层、反应器层、保温层共同组成，出料口在煅烧窑底部中央，在煅烧窑中上部分别设有3至4个进料口和废气出口。

3.根据权利要求1所述的垃圾处理装置，其特征在于：所述煅烧窑和冷却窑之间设置的密封保温装置设在煅烧窑熟料出口与冷却窑连接处，该密封装置由柱型密封棒、O型密封圈、密封底座组成；所述柱型密封棒、O型密封圈的材质为一次性使用的耐火纤维材料，密封底座由耐高温合金钢制成，密封底座内设有风冷管道。

4.根据权利要求1所述的垃圾处理装置，其特征在于：所述冷却窑是圆锥台筒型结构，筒壁由耐高温合金钢内胆、隔热层、反应器层、密封保温层共同组成；冷却窑上、下均开口，上、下开口上分别设有上、下密封盖，上、下密封盖材质均为耐高温合金钢，上、下密封盖上均设有耐火密封垫圈，下密封盖上设有风冷系统。

5.根据权利要求1所述的垃圾处理装置，其特征在于：所述余热回收窑是圆锥台筒型结构，余热回收窑筒壁由钢制内胆、水介质热交换器层、密封保温层、及上下密封盖组成；上下密封盖均为钢制，下密封盖中央上有一个1000mm高、下直径为250mm的钢制锥型破碎撞针，破碎撞针与平面接触处设有若干个进气口。

6.根据权利要求1所述的垃圾处理装置，其特征在于：所述真空生料均化罐外设有密封保温层，真空生料均化罐内设有均化罐搅拌器，真空生料均化罐上设有均化罐密封辅料入口和均化罐密封出料口，通过均化罐密封出料口经真空螺旋反应器的扁圆柱体反应器真空提升机与真空螺旋反应器的反应器固体残渣出口连接。

7.根据权利要求1所述的垃圾处理装置，其特征在于：所述真空喂料罐、真空生料均化罐、真空螺旋反应器、煅烧窑、冷却窑和余热回收窑均设置在外部保温层形成的真空空间内。

8.一种垃圾处理方法，其特征在于，包括：采用上述权利要求1-7中任一项所述的垃圾处理装置，按下述步骤进行：

垃圾热解：将有机物含量较高的垃圾粉碎置于垃圾处理装置中在真空和400～450℃下滞留时间10～30s得到挥发产物，冷却后得到生物油和不凝结的可燃气体；

水泥熟料煅烧和冷却：垃圾热解后的固态残渣加入辅料，辅料为铁粉、石灰石、氯化钙中的一种或一种以上的混合物，在保持温度的情况下搅拌均化，再用分解出的可燃气体、生物油加氧气燃烧后将其加热至1450℃冷却，冷却时散发出的热量由垃圾热解带走，从而得到水泥熟料并没有固态废弃物排放。

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