CN202527456U - 城市垃圾综合处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种城市垃圾综合处理系统，其解决的技术问题是在我国城市中尚未出现一种对垃圾进行综合处理和实现再利用的系统，而在现实的垃圾处理过程中存在着较大的污染和浪费问题。为此，本实用新型提出了一种城市垃圾综合处理系统，包括：垃圾分选处理设备，其包括用于接收城市垃圾的入口及有机物分选装置；制沼气设备，其通过第一管道接收有机物料并包括生成沼气的发酵罐；制氢气设备，其通过第二管道沼气并包括生成氢气的变压吸附重整装置；燃料电池发电设备，其通过第三管道接收氢气并包括燃料电池。所述城市垃圾综合处理系统将利用城市垃圾制沼气氢气系统与燃料电池发电设备相结合，既解决环保问题，又获得了垃圾处理后的氢气。

Description

城市垃圾综合处理系统

技术领域

本实用新型涉及一种城市垃圾综合处理系统，尤其是一种对城市垃圾进行深化处理及高效综合利用的处理系统。 

背景技术

城市垃圾处理，历来都是世界各国政府十分头痛的问题，中国也不例外。我国城市生活垃圾80％被直接填埋处理，但是对垃圾进行填埋处理所造成的二次污染非常严重，而且存在潜在环境污染持续时间长、侵占大量土地等重大缺陷。 

如果对垃圾进行焚烧处理，则不仅实施成本高，而且对垃圾的热值要求太高，同时垃圾焚烧产生的二噁英及重金属粉尘会严重污染大气环境，因此不太适合我国国情。 

还有采取将垃圾直接堆肥来处理垃圾的做法。但是采用垃圾直接堆肥处理的方法不仅污染大气环境，且堆肥的产品又没有足够大的市场。 

因此，城市垃圾在目前缺乏有效的综合利用，仍然停留在掩埋或焚烧等简单处理的阶段。针对在城市垃圾处理中存在的上述问题，迫切需要一种对城市垃圾进行深化处理以及高效综合利用的处理系统。 

实用新型内容

立足于我国城市垃圾的特性，本实用新型专利提出了一种包括有垃圾处理、制备沼气和氢气、以及燃料电池发电等功能模块设备在内的城市垃圾综合处理系统。根据本实用新型的城市垃圾综合处理系统，不但能实现包括城市生活垃圾在内的城市有机废弃物的减量化、资源化和无害化处理，而且还能为社会提供清洁的氢能源、电力能源以及大幅减低碳排放，从而使得城市垃圾处理向完全的“无碳经济”过渡。 

具体而言，根据本实用新型的城市垃圾综合处理系统包括： 

用于对进料的城市垃圾进行破碎和分选的垃圾分选处理设备，其包括 用于接收城市垃圾的入口、用于从进料的城市垃圾中分离出有机物料的有机物分选装置、以及用于接收电力能源的电力接收端口； 

位于所述垃圾分选处理设备下游的制沼气设备，其通过第一管道接收着所述垃圾分选处理设备所分离出来的有机物料，并且包括用于生成沼气的发酵罐； 

位于所述制沼气设备下游的制氢气设备，其通过第二管道接收着所述制沼气设备所制备的沼气，并且包括用于生成氢气的变压吸附重整装置；以及 

位于所述制氢气设备下游的燃料电池发电设备，其通过第三管道接收着所述制氢气设备所制备的氢气，包括用于使氢气进行电化学反应以产生电能的燃料电池，并且包括用来向外输出由燃料电池发电设备所产生电能的电力输出接头。 

优选的，所述垃圾分选处理设备还包括：用于使进料的城市垃圾在整个分选处理过程中浸泡在水中的供水装置；用来收集和分离较大的扁平物品以及较重的物品的筛选滚筒；用于对经筛选滚筒收集和分离操作之后的城市垃圾进行破碎处理的物料破碎装置，其位于筛选滚筒的下游，并通过管道与有机物分选装置相进行连通。 

优选的，所述制沼气设备包括通过管道进行依次连通的以下多个装置：用于通过所述第一管道接收经垃圾分选处理设备所分选出来的有机物料、并将其调节均匀的调节均质罐，所述调节均质罐包含有沼气发酵菌剂；位于所述调节均质罐下游、用于对有机物料进行水解和酸化处理的水解酸化罐，其与所述调节均质罐进行管道连通，所述水解酸化罐包含有沼气发酵菌剂；以及位于所述水解酸化罐下游、用于使经水解和酸化后的有机物料产生沼气的产沼发酵罐，其与所述水解酸化罐进行管道连通。 

根据本实用新型的城市垃圾综合处理系统除了处理城市垃圾外，还能利用城市污水处理厂每日产生的剩余污泥进行厌氧消化，以获取沼气能源。城市污水处理厂的污泥可为厌氧发酵提供源源不断的厌氧微生物，其较强的酸碱性缓冲能力也有效的平衡了厌氧发酵体系。 

根据本实用新型的城市垃圾综合处理系统可以将城市厕所和化粪池的粪便也纳入之中，其中粪便通过固液分离和有机垃圾、剩余污泥一起在制沼气设备中进行联合厌氧发酵以产生沼气，并且生成的沼气经变压吸附和 重整制氢之后可生成氢气，以供燃料电池进行发电。 

根据一个优选的实施例，所述产沼发酵罐具有用于输出沼渣和沼液以供制作肥料的管道。沼渣沼液在经管道输出之后，经过制肥生产线密闭化处理工艺，可制成颗粒型有机肥料。 

优选的，所述制氢气设备包括通过管道进行依次连通的以下多个装置：用于通过所述第二管道接收由所述制沼气设备制备的沼气、并对其进行接收和净化处理的沼气净化装置；位于沼气净化装置的下游、用于对沼气进行变压吸附处理以将其中的二氧化碳和高纯甲烷彼此相分离的沼气变压吸附装置；以及位于变压吸附装置的下游、用于对甲烷进行重整以生成二氧化碳和氢气的蒸汽重整装置。 

优选的，所述制氢气设备还包括用于去除氢气中所包含水蒸气的换热降温装置，其位于蒸汽重整装置的下游并通过管道与其相连通。 

所述燃料电池发电设备包括：用于使得氢气进行电化学反应以产生电能的燃料电池；用于从第三管道接收氢气的氢气供给系统，所述氢气供给系统向燃料电池供应氢气；用于向燃料电池供给空气的空气供给系统；用于对燃料电池进行冷却的水冷却系统；用于向燃料电池进行加湿的加湿系统；以及用于排出未反应的剩余氢气和生成的水的排放端口。 

优选的，所述燃料电池包括用于进行氢气燃料发电的质子交换膜。 

优选的，所述燃料电池发电设备还包括用于对燃料电池进行总线控制的LED显示及总线控制装置。 

优选的，所述燃料电池发电设备的电力输出接头通过导线而与所述垃圾分选处理设备的电力接收端口相连通，并且燃料电池发电设备用作所述垃圾分选处理设备的电源设备。 

相应地，本实用新型专利形成了“城市垃圾回收→分选和处理→厌氧发酵→生成沼气→变压吸附和重整制备氢气→氢气燃料电池发电→向垃圾分选处理设备回送电力”的闭环系统。燃料电池发电是首次在这样的闭环系统中应用，而且这种能源利用是零排放的。 

综上所述，根据本实用新型的城市垃圾综合处理系统可在城市中进行垃圾处理、沼气化制氢以及燃料电池发电方面得到广泛应用，为我国城市垃圾处理实现“减量化、资源化、无害化”提供全新的技术支撑，并从根本上系统解决城市垃圾处理污染环境问题开辟新的途径，从而为建设环境 友好型、资源节约型社会，以及为提升城市环境水平发挥积极的作用。 

附图说明

以下参照附图来描述本实用新型的具体实施例，并且其中给出了与上文采用的表达有关的解释和更详细的信息。 

图1是根据本实用新型的城市垃圾综合处理系统的组成框图，用来显示各个组成部分以及彼此之间的管道连接关系。 

图2是显示垃圾分选处理设备的各个组成部件的示意图； 

图3是显示制沼气设备的各个组成部件的示意图； 

图4是显示制氢气设备的各个组成部件的示意图；以及 

图5是显示燃料电池发电设备的各个组成部件的示意图。 

具体实施方式

本实用新型专利公开了一种具有多种功能模块的城市垃圾综合处理系统，其能够实现垃圾分选处理、沼气和氢气制备，以及能够利用燃料电池发电设备将电能回送给垃圾分选处理设备。 

根据本实用新型，垃圾处理设备、制沼气和氢气设备与燃料电池发电设备相结合，组成了城市垃圾综合处理系统；既解决了环保问题，又利用垃圾处理后的氢气发电实现了能源回送。 

如图1所示，根据本实用新型的城市垃圾综合处理系统100包括垃圾分选处理设备1、制沼气设备2、制氢气设备3和燃料电池发电设备4等多个功能模块设备。 

城市垃圾综合处理系统100的垃圾分选处理设备1用于对进料的城市垃圾进行破碎和分选处理。具体而言，垃圾分选处理设备1包括用于接收城市垃圾的入口12。垃圾分选处理设备1还包括有机物分选装置11，用于从进料的城市垃圾中分离出有机物料。 

作为一个优选的实施例，垃圾分选处理设备1包括用于接收电力能源的电力接收端口10，以使得垃圾分选处理设备1获得电力驱动。 

制沼气设备2位于垃圾分选处理设备1下游，通过管道102接收着从垃圾分选处理设备1分离出来的有机物料。制沼气设备2包括有用于生成沼气的发酵罐21。 

制氢气设备3位于制沼气设备2下游，通过管道203接收着制沼气设备2所制备的沼气。制氢气设备3包括有用于生成氢气的变压吸附重整装置31。 

燃料电池发电设备4位于制氢气设备3的下游，通过管道304接收着制氢气设备3所制备的氢气。燃料电池发电设备4包括燃料电池40，用于使供给的氢气进行电化学反应并产生电能。燃料电池发电设备4还包括电力输出接头47，用来向外输出由燃料电池发电设备4所产生的电能。 

以下，将参考附图2-5对垃圾分选处理设备1、制沼气设备2、制氢气设备3和燃料电池发电设备4的组成部件及工作原理进行说明。 

如图2所示，垃圾分选处理设备1用来对进料的城市垃圾进行破碎和分选，包括用于接收和进料城市垃圾的入口12，并且通过管道102向制沼气设备2输出经粉碎和分选之后的有机物料。 

此外，垃圾分选处理设备1包括供水装置13，使得进料的城市垃圾在整个分选处理的过程中都浸泡在水中，以确保没有异味向外散播出来。 

在城市垃圾进入有机物分选装置11之前，垃圾分选处理设备1设置有筛选滚筒14和物料破碎装置15。筛选滚筒14用来收集和分离较大的扁平物品以及较重的物品，并通过管道将经过筛选后的垃圾物料输送至物料破碎装置15。物料破碎装置15对进料的城市垃圾进行破碎处理，并且在之后通过管道与有机物分选装置11相进行连通。最后，垃圾分选处理设备1的机物分选装置11从经上述处理的城市垃圾中分选出有机物料。 

经过上述处理之后，城市垃圾主要变成了经破碎处理的有机生活垃圾，并通过管道102供应给位于下游的制沼气设备2。上述有机生活垃圾，可以连同从城市厕所和化粪池所收集的粪便、从城市污水处理厂收集的活性污泥一起被混合送入位于下游的制沼气设备2内。活性污泥可为有机生活垃圾的厌氧发酵提供源源不断的厌氧微生物，并且其较强的酸碱性缓冲能力有效地确保厌氧发酵的顺利进行。城市粪便在固液分离之后，能够和有机垃圾、剩余污泥一起进行联合厌氧发酵以产生沼气。 

具体而言，如图3所示，在根据本实用新型的城市垃圾综合处理系统100中，制沼气设备2包括调节均质罐21，其通过管道102接收着经垃圾分选处理设备1所分选出来的有机物料，并将其调节均匀。为了保证和加速发酵生成沼气，在调节均质罐21中搅拌有沼气发酵菌剂。 

水解酸化罐22位于调节均质罐21的下游，用于对有机物料进行水解和酸化处理。水解酸化罐22与调节均质罐21通过管道相连通，并且在水解酸化罐22中也搅拌有沼气发酵菌剂。 

产沼发酵罐23位于水解酸化罐22的下游，通过管道与水解酸化罐22相连通。有机物料在产沼发酵罐23中进行厌氧发酵而产生沼气，并且通过管道203输出所生成的沼气。 

产沼发酵罐23还具有另外一个专门的管道231，用于输出在厌氧发酵之后所剩余的沼渣和沼液。沼渣和沼液可经管道输送至制肥生产线进行密闭化处理，以制成颗粒型有机肥料。 

经制沼气设备2所制备的沼气通过管道203通向制氢气设备3。如图4所示，在根据本实用新型的城市垃圾综合处理系统100中，制氢气设备3的沼气净化装置31通过管道203与制沼气设备2相连通，以接收并净化处理由制沼气设备2所制备的氢气。 

制氢气设备3包括沼气变压吸附装置32。沼气变压吸附装置32位于沼气净化装置31的下游，利用变压吸附（PSA）原理来以分离产生二氧化碳和高纯甲烷（CH₄）。变压吸附是利用吸附剂对吸附质在不同的分压下有不同的吸附容量、吸附速度和吸附力，并且在一定压力下对被分离的气体混合物的各组分有选择吸附的特性，利用加压吸附除去原料气中的杂质组分，同时减压脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。变压吸附过程中无化学反应，属于物理吸附，是由吸附质分子和吸附剂表面分子之间的引力（范德华力）所引起的。 

经变压吸附产生的高纯甲烷通过管道被送至蒸汽重整装置33。蒸汽重整装置33位于沼气变压吸附装置32的下游，甲烷在此经蒸汽重整反应后变为氢气。蒸汽重整过程主要涉及两个步骤。首先，甲烷（CH₄）和水（H₂O）发生反应，生成一氧化碳（CO）和氢气（H₂）。然后，一氧化碳（CO）和水（H₂O）发生反应，生成二氧化碳（CO₂）和氢气（H₂）。 

换热降温装置34位于蒸汽重整装置33的下游，对生成的氢气进行降温操作，用于去除氢气中所包含的水蒸气。此时，氢气通过管道304向外输出。在向外输出氢气之前，在换热降温装置34的下游还可以具有另外一个的氢气变压吸附装置（未示出），对氢气进行变压吸附处理，以获得高纯度（例如99.99%）的氢气。 

如图5所示，在根据本实用新型的城市垃圾综合处理系统100中，燃料电池发电设备4包括燃料电池40，以使得氢气进行电化学反应以产生电能。根据一个优选的实施例，燃料电池40包括质子交换膜，以作为氢气和氧气发生电化学反应的电解质。 

燃料电池发电设备4包括氢气供给系统41，并且氢气供给系统41从管道304接收氢气。空气供给系统42连接到燃料电池40上，以便向燃料电池40供给进行化学反应所需的空气。 

燃料电池发电设备4还具有水冷却系统43，以确保燃料电池发电设备4内部的反应温度是适宜发生反应的大约80℃。此外，燃料电池发电设备4还具有加湿系统44，以确保进行电化学反应的质子膜保持湿润状态，确保反应的顺利进行。 

燃料电池发电设备4还包括排放端口45，以排出极其微量的未反应的剩余氢气和生成的水。根据本实用新型的燃料电池发电设备4还包括LED显示及总线控制装置46，其用于对燃料电池40进行总线控制。 

燃料电池发电设备4还包括电力输出接头47，用来向外输出由燃料电池发电设备4所产生的电能。燃料电池发电设备4的电力输出接头47通过导线而与垃圾分选处理设备1的电力接收端口10相连通。这样，燃料电池发电设备4就用作垃圾分选处理设备1进行分选和物料破碎操作的电源。燃料电池发电设备4直接向垃圾分选处理设备1提供电能，而不需要从市政线路中获得电能。 

相应地，根据本实用新型专利，垃圾分选处理设备1、制沼气设备2、制氢气设备3、燃料电池发电设备4通过管道和线路相联合，组成了一个闭环系统。其中，由垃圾分选处理设备1对城市垃圾进行分选和处理，由制沼气设备2对有机城市垃圾进行厌氧发酵处理以生成沼气，由制氢气设备3对沼气进行提纯和重整处理以制取氢气，由燃料电池发电设备4使氢气发生化学反应进行而产生电能，而燃料电池发电设备4所产生的电能又被回送到垃圾分选处理设备1以作为垃圾分选处理设备1运行的电力能源。 

因此，根据本实用新型的燃料电池发电设备4所产生的电能又可以被回送供给到城市垃圾综合处理系统100的垃圾分选处理设备1。这样，本实用新型形成了“城市垃圾回收→分选和处理→厌氧发酵→生成沼气→变压吸附和重整制备氢气→氢气燃料电池发电→向垃圾分选处理设备回送电 力”的闭环系统。 

综上所述，本实用新型将利用城市垃圾制备分选处理系统、沼气氢气系统与燃料电池发电系统相结合，既解决了环境保护问题，又就地利用垃圾处理后的氢气资源，实现了对垃圾分选处理系统的能源回送。燃料电池发电设备利用垃圾分选处理过程中所产生的氢气进行发电，又向垃圾分选处理系统回送电力，是首次以闭环系统的形式得到应用。垃圾分选、制氢及燃料电池发电以及向垃圾分选设备供电等一系列设备，不仅形成了一种闭环操作系统，并且在此过程中的能源的利用是零排放的。 

本实用新型专利适用于我国大中型城市的垃圾处理以及后续的深化利用，其推广应用将为我国城市垃圾处理实现“减量化、资源化、无害化”提供全新的技术支撑，从而为根本上系统解决城市垃圾污染环境问题开辟新的途径。 

本实用新型不限定于所描述的实施例。本领域的一般技术人员在不偏离本实用新型主旨的前提下，能够对各种细节进行适应性修改，而这些修改都包括在本实用新型的权利要求书所要求保护的范围之内。 

Claims (10)

1.一种城市垃圾综合处理系统（100），其特征在于包括：

用于对进料的城市垃圾进行破碎和分选的垃圾分选处理设备（1），其包括用于接收城市垃圾的入口（12）、用于从进料的城市垃圾中分离出有机物料的有机物分选装置（11）、以及用于接收电力能源的电力接收端口（10）；

位于所述垃圾分选处理设备（1）下游的制沼气设备（2），其通过第一管道（102）接收着所述垃圾分选处理设备（1）所分离出来的有机物料，并且包括用于生成沼气的发酵罐（21）；

位于所述制沼气设备（2）下游的制氢气设备（3），其通过第二管道（203）接收着所述制沼气设备（2）所制备的沼气，并且包括用于生成氢气的变压吸附重整装置（31）；以及

位于所述制氢气设备（3）下游的燃料电池发电设备（4），其通过第三管道（304）接收着所述制氢气设备（3）所制备的氢气，包括用于使氢气进行电化学反应以产生电能的燃料电池（40），并且包括用来向外输出由燃料电池发电设备（4）所产生电能的电力输出接头（47）。

2.如权利要求1所述的城市垃圾综合处理系统（100），其特征在于，所述垃圾分选处理设备（1）还包括：

用于使进料的城市垃圾在整个分选处理过程中浸泡在水中的供水装置（13）；

用来收集和分离较大的扁平物品以及较重的物品的筛选滚筒（14）；

用于对经筛选滚筒（14）收集和分离操作之后的城市垃圾进行破碎处理的物料破碎装置（15），其位于筛选滚筒（14）的下游，并通过管道与有机物分选装置（11）相进行连通。

3.如权利要求1所述的城市垃圾综合处理系统（100），其特征在于，所述制沼气设备（2）包括通过管道依次连通的以下多个装置：

用于通过所述第一管道（102）接收经垃圾分选处理设备（1）所分选出来的有机物料、并将其调节均匀的调节均质罐（21），所述调节均质罐（21）包含有沼气发酵菌剂； 

位于所述调节均质罐（21）下游、用于对有机物料进行水解和酸化处理的水解酸化罐（22），其与所述调节均质罐（21）进行管道连通，所述水解酸化罐（22）包含有沼气发酵菌剂；以及

位于所述水解酸化罐（22）下游、用于使经水解和酸化后的有机物料产生沼气的产沼发酵罐（23），其与所述水解酸化罐（22）进行管道连通。

4.如权利要求3所述的城市垃圾综合处理系统（100），其特征在于，所述产沼发酵罐（23）还具有用于输出沼渣和沼液以供制作肥料的管道（231）。

5.如权利要求1所述的城市垃圾综合处理系统（100），其特征在于，所述制氢气设备（3）包括通过管道依次连通的以下多个装置：

用于通过所述第二管道（203）接收由所述制沼气设备（2）制备的沼气、并对其进行接收和净化处理的沼气净化装置（31）；

位于沼气净化装置（31）的下游、用于对沼气进行变压吸附处理以将其中的二氧化碳和高纯甲烷彼此相分离的沼气变压吸附装置（32）；以及

位于变压吸附装置（32）的下游、用于对甲烷进行重整以生成二氧化碳和氢气的蒸汽重整装置（33）。

6.如权利要求5所述的城市垃圾综合处理系统（100），其特征在于，所述制氢气设备（3）还包括用于去除氢气中所包含水蒸气的换热降温装置（34），其位于蒸汽重整装置（33）的下游并通过管道与其相连通。

7.如权利要求1所述的城市垃圾综合处理系统（100），其特征在于，所述燃料电池发电设备（4）包括：

用于使得氢气进行电化学反应以产生电能的燃料电池（40）；

用于从第三管道（304）接收氢气的氢气供给系统（41），所述氢气供给系统（41）向燃料电池（40）供应氢气；

用于向燃料电池（40）供给空气的空气供给系统（42）；

用于对燃料电池（40）进行冷却的水冷却系统（43）；

用于向燃料电池（40）进行加湿的加湿系统（44）；以及 

用于排出未反应的剩余氢气和生成的水的排放端口（45）。

8.如权利要求7所述的城市垃圾综合处理系统（100），其特征在于，所述燃料电池（40）包括用于进行氢气燃料发电的质子交换膜。

9.如权利要求7所述的城市垃圾综合处理系统（100），其特征在于，所述燃料电池发电设备（4）还包括用于对燃料电池进行总线控制的LED显示及总线控制装置(46)。

10.如权利要求1所述的城市垃圾综合处理系统（100），其特征在于，所述燃料电池发电设备（4）的电力输出接头（47）通过导线而与所述垃圾分选处理设备（1）的电力接收端口（10）相连通，并且燃料电池发电设备（4）用作所述垃圾分选处理设备（1）的电源设备。 

Images