CN205710623U - 一种实现垃圾炭资源化的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种实现垃圾炭资源化的系统。系统中的垃圾预处理装置由破袋机构、滚筛机构、分选机构和破碎机构依次连接；旋转床热解炉由干燥区、热解反应一区、二区和三区构成，每个区的顶部有高温热解油气出口，每个区的辐射管有燃气进气口和燃烧尾气出气口；干燥区前端有垃圾原料入口，热解反应三区末端有热解炭的出料口；CO₂捕集装置由吸收塔、富液泵、解吸塔、再沸器、气液分离器、贫液泵及贫液冷却器依次连接构成，吸收塔的第一入口与燃烧尾气出气口相连；破碎机的进料口与热解炭的出料口相连；气化炉的入口与气液分离器的出口相连，气化炉的热解炭进料口与破碎机的储炭槽出口相连。本实用新型有利于节能减排，提高生活垃圾热解处理经济效益。

Description

一种实现垃圾炭资源化的系统

技术领域

本实用新型属于固体废弃物资源化处理的技术领域，涉及一种实现垃圾炭资源化的系统。

背景技术

由于我国正面临环境和能源的双重压力，随着经济和城市化进展的加速，全国能源消耗巨大，同时2/3大城市面临垃圾围城困境，通过技术手段将生活垃圾变为可利用资源，在一定程度上可以缓解我国能源和环境危机。生活垃圾热解技术以其资源化利用率高，环境污染小的优点越来越被人们所青睐。

生活垃圾热解主要产物有以下几种：部分热解油通过精制可作为燃料油使用；可作为燃料气使用的热解气包括一些低分子碳氢化合物如氢气、甲烷、一氧化碳等；垃圾炭大部分以炭黑形式存在，但存在重金属等有毒有害物质，热值低，市场销路差；如果作为固体燃料使用时，燃烧效果较差，且燃烧过程中会产生大量二次污染物，环保效益较差。因此，大多数垃圾炭最终只能作为热解残渣进行填埋处理，占用土地资源且造成能源的浪费。

随着经济的发展，碳减排已成为关注的课题。生活垃圾热解处理技术，在实现生活垃圾资源化的同时，也产生大量的CO₂，CO₂既是导致全球气候变暖的温室气体的主要成分之一，对温室效应的贡献达到55％左右，CO₂又是一种宝贵的资源，被广泛应用于食品保鲜、采油行业、气体保护焊及化工合成等领域，且取得良好的经济效益。

与CO₂增长的产能相比，每年用于生产消耗的CO₂量仅占总产量的一少部分，大量的CO₂无法得到充分利用而排放到大气中，加剧温室效应，成为制约企业可持续发展的关键因素。不论从资源还是能源的角度来说，开发更多的CO₂利用技术都是势在必行。如果以CO₂作为气化剂，垃圾炭作为气化原料生产富含一氧化碳的气化气技术，一方面有利于实现垃圾炭的资源化，另一方面可以实现CO₂的内部循环利用，降低企业的碳排放量。

一专利文献(专利号201420457702.8)公开一种生活垃圾热解资源化综合处理系统，该系统将生活垃圾经过分选、破碎、烘干、成型等预处理后，在热解炉内热解得到高温油气和垃圾炭，垃圾炭气化后生成气化可燃气，用以作为蓄热式燃气辐射管燃烧器的燃料。

该系统虽然采用气化技术将垃圾炭气化成可燃气，但由于采用预处理过程中产生的有臭味的空气和含水蒸汽的燃烧尾气作为垃圾炭的气化剂，气化产生可燃气热值较低，利用价值低。此外，由于采用含水蒸汽的燃烧尾气作为气化剂，主要气化剂为水蒸汽，并没有考虑燃烧尾气中的CO₂为气化剂气化垃圾炭的效果，也就没有充分实现CO₂的循环利用。

另一专利文献(专利号为201210143133.5)的专利公布一种逆流廻转生活垃圾热解碳化炉系统及垃圾处理工艺，该系统实现对生活垃圾及有机固体废弃物进行处理，得到的产品热解气直接进入焚烧炉燃烧产生850℃-1100℃的高温燃烧尾气，垃圾炭作为最终产品。

该实用新型是在加热无氧的条件下将生活及有机固废分解成可燃气体和炭渣，可燃气直接焚烧，燃烧尾气经过净化排放，并没有解决CO₂排放量高的问题。另外，此实用新型是将生活垃圾热解产生的垃圾炭作为最终产品，由于垃圾炭热值较低，市场销路不畅，且含有重金属等有毒有害物质，如果将垃圾炭作为最终产品，经济效益较差，技术推广比较困难。

综上所述，现有技术没有将生活垃圾热解工艺中产生的CO₂作为气化剂，垃圾炭作为气化原料，实现垃圾炭资源化的同时又满足CO₂内部循环利用。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种实现垃圾炭资源化的系统，实现垃圾的资源化和CO₂的循环利用。

本实用新型提供一种垃圾炭资源化的方法，其包括以下步骤：

预处理：垃圾依次经过破袋、滚筛、分选和破碎处理，得到垃圾原料；

垃圾热解：送入旋转床热解炉的所述垃圾原料的铺料厚度为50-250mm，在所述旋转床热解炉内经过干燥、热解和活化的反应，得到的物质包括热解碳、燃烧尾气和热解油气；旋转床热解炉旋转一周的时间为2-3h；

破碎热解碳和CO₂捕集：经过破碎机破碎的所述热解碳的粒径＜13mm，；所述旋转床热解炉中的燃烧尾气和发电装置中的燃烧尾气通过CO₂捕集装置，分离出CO₂气体；

气化炉气化：所述分离出的CO₂和所述热解碳进入气化炉进行气化，气化温度为900-1100℃，产生气化气CO。

所述燃烧尾气进入CO₂捕集装置的吸收塔，采用醇胺溶液作为吸收剂，在吸收塔内与醇胺溶液接触，所述燃烧尾气中的CO₂被所述醇胺溶液吸收变为富液，所述富液经过富液泵送入解吸塔，解吸后的混合气体和贫液经冷却器降温冷却，冷却后的混合气体进入气液分离器，分离出CO₂气体。

气化炉气化后还包括节能脱酸步骤：通过所述节能脱酸的处理后，所述气化气的温度降至250℃-350℃，酸性气体体积浓度≦0.05％。

所述垃圾原料的粒径＜20mm，所述垃圾原料的含水率为40％-60％；

节能脱酸处理后还包括气化气净化步骤：气体分离净化装置中的湿式除尘塔采用70-80℃激冷循环水喷洒所述气化气，除尘后的所述气化气在初冷器中冷却，然后送入电捕焦油器中脱焦油，再由鼓风机将所述气化气送至脱硫塔和脱硝塔，产生纯净的气化气CO；其中，所述初冷器用循环水和制冷水将所述气化气冷却至20-25℃,所述循环水和所述制冷水的温度分别为30-35℃和15-20℃。

本实用新型提供一种实现垃圾炭资源化的系统，其包括：

垃圾预处理装置：由破袋机构、滚筛机构、分选机构和破碎机构依次连接构成，所述机构分别具有进料口和出料口；

旋转床热解炉：由干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区构成，每个所述区的顶部有高温热解油气出口，每个所述区的辐射管有燃气进气口和燃烧尾气出气口；所述干燥区的前端有垃圾原料入口，所述热解反应三区的末端有热解炭的出料口；

CO₂捕集装置由吸收塔、富液泵、解吸塔、再沸器、气液分离器、贫液泵及贫液冷却器依次连接构成，所述吸收塔的第一入口与所述燃烧尾气出气口相连；破碎机的进料口与所述热解炭的出料口相连；

气化炉的入口与所述气液分离器的出口相连，所述气化炉的热解炭进料口与所述破碎机的储炭槽出口相连。

在CO₂捕集装置中，吸收剂管路与所述吸收塔上部的吸收塔第二入口相连，所述吸收塔顶部的吸收塔第一出口与被吸收CO₂后的烟气出口相连，所述富液泵的入口与所述吸收塔底部的吸收塔第二出口相连；所述富液泵的出口与所述解吸塔上部的解吸塔第一入口相连；所述贫液泵的入口与所述解吸塔底部的解吸塔第一出口相连；所述再沸器的入口与所述解吸塔底部的解吸塔第二出口相连，所述解吸塔第二入口与所述再沸器出口相连，所述解吸塔顶部的解吸塔第三出口连通所述气液分离器的入口；所述贫液泵出口与所述贫液冷却器的入口相连。

在节能脱硝装置中，惰性气体储气罐与惰性气体管道相连，所述节能脱硝装置的气化气管道与气体分离净化装置相连；所述气体分离净化装置由第一气化气管道、湿式除尘塔、初冷器、电捕焦油器、鼓风机、脱硫塔、脱硝塔依次连接构成，所述脱硝塔的出气口与储气罐的进气口相连。

所述储气罐的第一出气口与旋转床热解炉的燃料入口相连，所述储气罐的第二出气口与发电装置相连。

发电装置包括气化气燃烧室、余热锅炉和汽轮发电机；所述气化气燃烧室的气化气入口与所述储气罐的第二出气口和所述旋转床高温热解油气出口相连，所述气化气燃烧室的助燃空气与空气鼓风机相连，所述气化气燃烧室的燃烧尾气出口与所述余热锅炉相连；所述余热锅炉的燃烧尾气出口与所述吸收塔第一入口相连，所述余热锅炉的过热蒸汽出口与所述汽轮发电机的蒸汽入口相连。

根据本实用新型的上述技术方案，使生活垃圾处理方法中产生的CO₂和垃圾炭转变为可燃气CO，既降低CO₂排放量，实现CO₂循环利用，有利于节能减排，又最大限度的实现垃圾炭资源化的目的，提高资源利用效率、增加经济效益，并且方法流程短、运行成本低，容易实现工业化和规模化。

附图说明

图1是本实用新型实现垃圾炭资源化的系统流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

本实用新型垃圾炭资源化的方法包括预处理、垃圾热解、破碎热解碳和CO₂捕集、气化炉气化等步骤。

预处理是指垃圾依次经过破袋、滚筛、分选和破碎处理，得到垃圾原料；

此步骤将垃圾中的大块无机物，金属等分出并破碎，满足旋转床热解炉对垃圾原料的入料要求，垃圾原料的粒径＜20mm，垃圾原料的含水率为40％-60％；

在垃圾热解步骤中，将所述垃圾原料送入旋转床热解炉，所述垃圾原料的铺料厚度为50-250mm，在所述旋转床热解炉内经过干燥、热解和活化的反应，得到的物质包括热解碳、燃烧尾气和热解油气；旋转床热解炉旋转一周的时间为2-3h。

破碎热解碳和CO₂捕集：经螺旋出料机并通过破碎机破碎至13mm以下；所述旋转床热解炉中的燃烧尾气和发电装置中的燃烧尾气通过CO₂捕集装置，分离出CO₂气体。

所述燃烧尾气进入CO₂捕集装置的吸收塔，采用醇胺溶液作为吸收剂，在吸收塔内与醇胺溶液逆流接触，所述燃烧尾气中的CO₂被所述醇胺溶液吸收变为富液，所述富液经过富液泵送入解吸塔，解吸生成的混合气体包括CO₂气体、蒸汽及雾沫，解吸后的混合气体和贫液经冷却器降温冷却，蒸汽和雾沫变成水和泡沫，冷却后的混合气体进入气液分离器，除去混合气体内的水和泡沫，分离出CO₂气体。

经过风机加压给入吸收塔的燃烧尾气可以来自旋转床热解炉辐射管，也可以来自旋转床热解炉辐射管和发电装置的燃烧室。

在气化炉气化步骤中，气化原料的所述分离出的CO₂和作为气化剂的所述热解碳进入气化炉进行气化，气化温度为900-1100℃，产生气化气CO。

气化炉气化后步骤还包括节能脱酸步骤，通过所述节能脱酸的处理后，所述气化气的温度降至250℃-350℃，酸性气体体积浓度≦0.05％。

节能脱酸实现余热回收和脱酸，节能-脱酸装置可以对惰性气体进行预热，预热温度可达210℃左右，并对预热后的惰性气体进行干燥，可对生活垃圾原料、渗滤液和热解污水等进行蒸发浓缩，实现惰性气体循环利用。

节能脱酸处理后还包括气化气净化步骤，气体分离净化装置中的湿式除尘塔采用70-80℃激冷循环水喷洒所述气化气，除尘后的所述气化气在初冷器中冷却，然后送入电捕焦油器中脱焦油，再由鼓风机将所述气化气送至脱硫塔和脱硝塔，产生纯净的气化气CO。

所述初冷器用循环水和制冷水将所述气化气冷却至20-25℃,所述循环水和所述制冷水的温度分别为30-35℃和15-20℃。

节能脱酸和气化气净化步骤实现油气的分离、气化气的除尘、脱硫、脱硝等，得到纯净气化气CO，一部分纯净气化气CO作为辐射管燃烧器的补充燃料，另一部分纯净气化气CO作为发电装置燃料或其它用途。

本实用新型实现上述垃圾炭资源化方法的系统包括垃圾预处理装置、旋转床热解炉、CO₂捕集装置、气化炉。

垃圾预处理装置由破袋机构、滚筛机构、分选机构和破碎机构依次连接构成，所述机构分别具有进料口和出料口。

旋转床热解炉由干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区构成，每个所述区的顶部有高温热解油气出口，每个所述区的辐射管有燃气进气口和燃烧尾气出气口；所述干燥区的前端有垃圾原料入口，所述热解反应三区的末端有热解炭的出料口，所述热解炭的出料口与破碎机构的进料口相连。

旋转床热解炉包括旋转床热解炉，辐射管燃烧器，以及布料、出料等辅助机构。其炉底为可转动的环形炉底，为了使物料受热均匀，炉底的料板选用穿孔板。辐射管燃烧器布置于环形炉壁，通过燃烧热解气以热辐射的方式提供反应所需热量。

CO₂捕集装置由吸收塔、富液泵、解吸塔、再沸器、气液分离器、贫液泵及贫液冷却器依次连接构成，所述吸收塔的第一入口与所述燃烧尾气出气口相连；

在CO₂捕集装置中，吸收剂管路与所述吸收塔上部的吸收塔第二入口相连，所述吸收塔顶部的吸收塔第一出口与被吸收CO₂后的烟气出口相连，所述富液泵的入口与所述吸收塔底部的吸收塔第二出口相连；所述富液泵的出口与所述解吸塔上部的解吸塔第一入口相连；所述贫液泵的入口与所述解吸塔底部的解吸塔第一出口相连；所述再沸器的入口与所述解吸塔底部的解吸塔第二出口相连，所述解吸塔第二入口与所述再沸器出口相连，所述解吸塔顶部的解吸塔第三出口连通所述气液分离器的入口；所述贫液泵出口与所述贫液冷却器的入口相连。

作为气化剂的热解气和作为气化原料的热解碳被送入气化炉，所述气化炉的热解气入口与所述气液分离器的出口相连，所述气化炉的热解炭进料口与所述破碎机构的储炭槽出口相连。

在本实用新型系统的节能脱硝装置中，惰性气体储气罐与惰性气体管道相连，所述节能脱硝装置的气化气管道与气体分离净化装置相连；所述气体分离净化装置由第一气化气管道、湿式除尘塔、初冷器、电捕焦油器、鼓风机、脱硫塔、脱硝塔依次连接构成，所述脱硝塔的出气口与储气罐的进气口相连。

所述储气罐用于储存气化气，所述储气罐的第一出气口与旋转床热解炉的燃料入口相连，所述储气罐的第二出气口与发电装置相连。

所述发电装置包括气化气燃烧室、余热锅炉和汽轮发电机，所述气化气燃烧室具有气化气入口，助燃空气入口和烟气出口，所述余热锅炉具有烟气入口、烟气出口、锅炉给水入口和过热蒸汽出口，所述汽轮发电机具有蒸汽入口、蒸汽出口和电量输出端。所述燃烧室的气化气入口与储气罐第二出气口相连；所述燃烧室的助燃空气与空气鼓风机相连；所述燃烧室的烟气出口与余热锅炉相连；所述余热锅炉的烟气出口与所述吸收塔第一入口相连；所述余热锅炉的过热蒸汽出口与汽轮发电机相连；所述汽轮发电机的电量输出端与用电设备或电网相连。

生活垃圾热解过程中，需要旋转床热解炉为其提供能源，这个过程中会产生大量的CO₂，同时气化气发电装置的燃烧室也会产生大量的CO₂，为降低企业的碳排放量，本实用新型采用旋转床辐射管燃烧和气化气发电装置燃烧产生的作为气化剂，垃圾炭作为气化原料，使CO₂还原为可燃性气体CO，实现CO₂的循环利用。

垃圾炭中存在重金属等有毒有害物质，热值低，市场销路差，如果作为固体燃料使用时，燃烧效果较差，且燃烧过程中会产生大量的二次污染物，环境效益较差，因此大多数垃圾炭最终只能作为热解残渣进行填埋处理，占用土地资源且造成能源的浪费。

本实用新型采用燃烧后产生的CO₂作为气化剂，垃圾炭作为气化原料，使垃圾炭氧化成可燃性气体CO，不可燃气体CO₂还原为可燃性气体CO，实现垃圾炭资源化，同时也实现CO₂的循环利用，降低企业的碳排放量，使生活垃圾热解技术在经济性方面具有巨大的竞争力，极大的促进了技术推广和应用。

实施例

采用某市生活垃圾为原料，原料成分组成如下面表1所示。

表1生活垃圾成分组成(wt％)

进厂的垃圾经过简单分选去除大块无机物和金属，然后进行破碎，破碎得到的垃圾热解原料粒径＜20mm；

破碎的垃圾被均匀给入旋转床热解炉，布料厚度100mm，在炉内垃圾随炉底的转动经过干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区完成热解反应，其中干燥区温度350℃，热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区温度800℃，反应时间2-3h。

旋转床辐射管燃烧尾气及发电装置燃烧尾气成分如下面表2所示。

表2发电装置燃烧尾气成分

采用本实用新型的系统，燃烧尾气中CO₂回收率可达90％以上，纯度可达98％以上，炭转化率达97％以上，气化气热值达2679Kcal/Nm³，成分如下面表3所示。

表3生活垃圾成分组成(wt％)

本实用新型的有益效果在于：

采用旋转床热解炉作为生活垃圾热解制油、气和炭的设备，在一个炉内完成干燥、热解的过程，流程短，能源利用率高，同时容易实现规模化。

从旋转床热解炉出来的热解油气直接进入发电装置，实现热解油气的高效利用，同时又节省油气分离净化装置，降低投资成本和运行、维修成本。

气化气经过节能-脱酸装置实现余热回收和酸性气体的脱除，提高能量利用效率、减轻酸性气体对设备的腐蚀。

以垃圾炭为气化原料，旋转床热解路燃烧产生的燃烧尾气和发电装置燃烧产生的燃烧尾气分离出的高浓度CO₂作为气化剂，采用流化床气化炉气化垃圾炭，解决垃圾炭热值低，市场销路不畅，经济效益差的问题，同时实现CO₂循环利用，降低炭排放量。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种实现垃圾炭资源化的系统，其包括：

垃圾预处理装置：由破袋机构、滚筛机构、分选机构和破碎机构依次连接构成，所述机构分别具有进料口和出料口；

旋转床热解炉：由干燥区、热解反应一区、热解反应二区和热解反应三区构成，每个所述区的顶部有高温热解油气出口，每个所述区的辐射管有燃气进气口和燃烧尾气出气口；所述干燥区的前端有垃圾原料入口，所述热解反应三区的末端有热解炭的出料口；

CO₂捕集装置由吸收塔、富液泵、解吸塔、再沸器、气液分离器、贫液泵及贫液冷却器依次连接构成，所述吸收塔的第一入口与所述燃烧尾气出气口相连；破碎机的进料口与所述热解炭的出料口相连；

气化炉的入口与所述气液分离器的出口相连，所述气化炉的热解炭进料口与所述破碎机的储炭槽出口相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，吸收剂管路与所述吸收塔上部的吸收塔第二入口相连，所述吸收塔顶部的吸收塔第一出口与被吸收CO₂后的烟气出气口相连，所述富液泵的入口与所述吸收塔底部的吸收塔第二出口相连；所述富液泵的出口与所述解吸塔上部的解吸塔第一入口相连；所述贫液泵的入口与所述解吸塔底部的解吸塔第一出口相连；所述再沸器的入口与所述解吸塔底部的解吸塔第二出口相连，所述解吸塔第二入口与所述再沸器出口相连，所述解吸塔顶部的解吸塔第三出口连通所述气液分离器的入口；所述贫液泵出口与所述贫液冷却器的入口相连。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在节能脱硝装置中，惰性气体储气罐与惰性气体管道相连，所述节能脱硝装置的气化气管道与气体分离净化装置相连；所述气体分离净化装置由第一气化气管道、湿式除尘塔、初冷器、电捕焦油器、鼓风机、脱硫塔、脱硝塔依次连接构成，所述脱硝塔的出气口与储气罐的进气口相连。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述储气罐的第一出气口与旋转床热解炉的燃料入口相连，所述储气罐的第二出气口与发电装置相连。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，发电装置包括气化气燃烧室、余热锅炉和汽轮发电机；所述气化气燃烧室的气化气入口与所述储气罐的第二出气口和所述旋转床高温热解油气出口相连，所述气化气燃烧室的助燃空气与空气鼓风机相连，所述气化气燃烧室的燃烧尾气出口与所述余热锅炉相连；所述余热锅炉的燃烧尾气出口与所述吸收塔第一入口相连，所述余热锅炉的过热蒸汽出口与所述汽轮发电机的蒸汽入口相连。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，气化炉的气化温度为900-1100℃。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，旋转床热解炉旋转一周的时间为2-3h。