生活垃圾热解处理方法及装置与流程

背景技术：
：随着人们生产生活水平的不断提高，人们对生产及生活环境的要求也越来越高。人们对生活的垃圾处理也越来越普及，而对于城市的生活垃圾的处理形成了比较完整的处理体系与完善的操作。

但是对广大的农村来说，由于农村的人口地域分布广，人们的生活垃圾也较分散，一直以来，广大农村的人们对生活垃圾的处理是将其丢弃在农村村庄的周边的自然条件的环境中。更由于目前农村生活垃圾处理设施建设的严重滞后甚至没有处理设施，部分农民环保意识又相对较差，许多难以回收利用的固体废弃物，如一次性塑料制品、废旧电池、灯管、灯泡等随意倒在田头、路旁、水边，许多天然河道、溪流成了天然垃圾桶。农村生活垃圾随意堆放不仅侵占了土地，而且还成为蚊蝇、老鼠和病原体的滋生场所。随着时间的推移，混合垃圾腐烂、发臭以及发酵甚至发生反应，不仅会释放出危害人体健康的气体，而且垃圾的渗滤液还会污染水体和土壤，进而影响农产品的品质。另外，垃圾中的一些有毒物质的渗漏，如重金属，废弃农药瓶内残留农药等，随雨水的冲刷，迁移范围越来越广，很可能通过食物链威胁居民的身体健康。

目前，生活垃圾主要通过综合利用法、卫生填埋法、焚烧法和堆肥等方式进行垃圾减容化、减量化、资源化和无害化处理，其中焚烧是处理生活垃圾最常用的技术。生活垃圾经焚烧处理后，能得到高效、稳定、快速、彻底的无害化处理。但目前市场上应用的焚烧处理生活垃圾的工艺比较繁杂，投资成本过大，吞吐量太小，同时由于垃圾在焚烧过程中还是存在焚烧后有一部分的二恶英产生，现有的垃圾焚烧装置普遍没有设计专门针对二恶英的去除装置，采用简单的焚烧处理很可能对环境造成二次污染问题，而建设大型的垃圾焚烧站及装置在广大的农村难以实行，因此现有的垃圾焚烧装置很不适用小城镇及农村建设的应用。

生活垃圾中不管是化石原料垃圾还是有机生物质垃圾，都含有大量的有机物，如塑料、橡胶、布类、纸类、草木、树枝、厨余等，这些有机物都是可燃的。在氧气充足的条件下，垃圾中有机物可以直接燃烧产生水和二氧化碳，并释放热能；在无氧或缺氧条件下加热发生“热解”，有机化合物的化合键断裂，由大分子量转化成小分子量的燃气、油或油脂液状物及焦炭等。

如何来提供一种农村的生活垃圾处理方法及装置，使农村的生活垃圾能以最快的速度实现减量化、无害化、不会将因垃圾焚烧时所产生的有害气体，特别是二恶英直接外排至大气环境中对环境造成二次污染的问题，即无污染的处理方法与装置。提供一种可以将广大农村的生活垃圾进行燃烧和热解，可将垃圾中的细菌、病毒被彻底杀灭，而带恶臭的氨气和有机废气被高温分解，热解温度达850℃以上，同时上升的热气被上层的湿垃圾吸收，烘干上层垃圾，产生大量蒸汽，热解产生的热气中的粉尘及有毒有害物质被上层垃圾吸附，再次进入热解层进行二次分解，同时又设计有废气处理装置，使排放的尾气从顶部排出的废烟气不含任何的二恶英及有害气体，能够达到国家排放要求，没有污染产生。使生活垃圾能以最快的速度实现减量化、无害化、无污染的目的农村生活垃圾处理方法与装置。

技术实现要素：
：本发明就是要克服上述缺点，针对现有技术的不足，提供一种生活垃圾热解处理方法及装置，特别是对广大农村的生活垃圾进行有效处理，其是将生活垃圾经初拣分类处理后，再进行烘干及对垃圾进行梯度温度燃烧，从而实现对农村生活垃圾的完全燃烧处理且不会对环境造成二次污染。

本发明的目的一种生活垃圾热解处理方法，包括将生活垃圾经初拣分类处理后，加入热解装置中进行热解处理，其包括如下方法步骤，1）将分类生活垃圾置于热解装置中烘干为烘干垃圾；2）将烘干垃圾进行热解、控制垃圾梯度温度燃烧，形成灰渣与混合气体，3）混合气体经等离子气化装置中等离子气化高温燃烧为废气，4）废气经气液处理装置处理为尾气，尾气经排气管外排或回流至热解装置，灰渣回收制肥料。

本发明所述的一种生活垃圾热解处理方法，其2）步所述垃圾梯度温度燃烧包括无氧燃烧和有氧燃烧，控制有氧燃烧的燃烧速度为3.2-3.8 kg/min，控制有氧燃烧温度850-1200℃，控制有氧燃烧垃圾层厚度为10-15cm。

本发明所述的一种生活垃圾热解处理方法，其3）步控制所述等离子气化装置中等离子气化高温燃烧温度为1200-1600℃。

进一步的所述的一种生活垃圾热解处理方法，其4）步所述气液处理装置中设有脂溶性溶液。

本发明的另一目的一种实现所述的生活垃圾热解处理方法的装置，包括垃圾热解装置及设于垃圾热解装置上的排气管，其所述热解装置包括热解炉体，所述热解炉体包括原垃圾层区，垃圾烘干区，垃圾燃烧区及混合气处理装置；于热解炉体的上部设有混合气容纳区，下部设有灰渣室区，所述混合气容纳区通过连接管连接于混合气处理装置；所述垃圾燃烧区包括富氧燃烧层区和无氧燃烧层区。

本发明所述装置，优选所述混合气处理装置包括废气缓贮室、等离子气化室；所述废气缓贮室上部经连接管连通等离子气化室下部连通于热解炉体上的混合气容纳区；所述等离子气化室内设有等离子气化装置，等离子气化室上连接有尾气管，尾气管的出口端连接于排气管。

本发明所述装置，优选是所述热解炉体上还设有太阳能垃圾烘干装置，所述太阳能垃圾烘干装置包括太阳能集热器、烘干箱、循环通道与循环输送器，于烘干箱内设有循环烘干管，循环烘干管分别连接于供热管和回热管，供热管和回热管的另一端分别连接于太阳能集热器上，循环通道设于烘干箱内。

本发明所述装置，进一步的所述排烟管上设有气液处理装置，所述气液处理装置内设有脂溶性溶液；气液处理装置连接尾气管出口端。

本发明所述装置，优选所述热解炉体的内腔设有若干与所述原垃圾层区，垃圾烘干区，垃圾燃烧区相对应的炉排层，所述炉排层为倒梯形结构，梯形结构的长边连接于热解炉体内壁面上。

所述装置，其所述混合气处理装置的等离子气化室经尾气管连接于排气管的气液处理器或经连接管回流连接于热解炉体上。

本发明进一步的其所述等离子气化装置采用等离子气化火炬。

本发明采用上述方法及装置，具有如下有益效果，实现了对农村生活垃圾的清洁生产、综合利用、投资少、占地省、运行可靠、管理方便、费用低的原则；

本发明方法与装置，按照国家及各级环保部门有关环境保护法规和排放标准的要求进行处理和运行，特别是可大幅度的减少燃烧过程中二恶英的产生和排放，并实现了投资少，运行费用低，管理方便的原则；根据业主要求特别是广大农村的实际情况进行了综合考虑，减少农村垃圾的排放量，及热解后的垃圾减量化；本发明的处理方法技术设备运行可靠和垃圾热解的稳定运行；实现了注重环境、经济和社会效益的统一，在满足工艺操作和达标排放的条件下，尽量减少占地和建设投资，并节省运行费用。

在广大的农村的生活垃圾中，本发明是先将从各地收集的生活垃圾进行简单分类，即将可回收利用的或不能直接焚烧的生活垃圾中的废弃物先分类回收，然后将适合进行焚烧处理的生活垃圾，如不管是化石原料垃圾还是有机生物质垃圾，都含有大量的有机物，如塑料、橡胶、布类、纸类、草木、树枝、厨余等，这些有机物都是可燃的。在氧气充足的条件下，垃圾中有机物可以直接燃烧产生水和二氧化碳，并释放热能；在无氧或缺氧条件下加热发生“热解”，有机化合物的化合键断裂，由大分子量转化成小分子量的混合气体的燃气、油或油脂液状物及焦炭等。

本发明的方法与热解炉装置炉膛结构合理，改善了炉内燃烧、热解、烘干、过滤条件，在确保空气过剩系数接近1的情况下，实现了生活垃圾完全燃烧，燃烧温度达850℃以上，从而有效地减少了二恶英前驱物的生成。

同时本发明方法是采取措施控制炉内的燃烧温度的梯度分布燃烧，并有效的延长生活垃圾在热解炉体内的燃烧停留时间达3天以上，保证了混合气体即烟气在热解炉体内上升速度低至0.006m/s，约折合0.37m/min，烟气在上升过程中缓慢扩散，灰尘被充分吸附、过滤。而在装置的热解炉体内生成的PCDD/Fs主要以固态形式附在灰尘的表面，二恶英排放量极低，即使烟筒不做任何净化处理情况下，二恶英排放浓度均低于1.2 ng-TEQ/Nm³。

经过本发明方法的燃烧和热解，垃圾中的细菌、病毒被彻底杀灭，带恶臭的氨气和有机废气被高温分解，热解温度达850℃以上，同时上升的热气被上层的湿垃圾吸收，烘干上层垃圾，产生大量蒸汽，热解产生的热气中的粉尘及有毒有害物质被上层垃圾吸附，再次进入热解层进行二次分解，而在热解炉体上还设有混合气处理装置，由热解所产生的混合气燃气经混合气处理装置的等离子气化装置的高温燃烧处理其等离子的高温燃烧温度可达到1200℃以上，可以对混合气进行充分燃烧，特别是对含有二恶英气体分解燃烧，可以将含二恶英气体成分完全燃烧并得到去除，其是根据二恶英的化学性质在1200℃以上即会完全热解，还有少量未被彻底分解的有毒有害气体则经气液处理装置吸收处理后再直接排放，或者通过连接管回流至热解炉体内和空气混合进行进一步的燃烧，实现了无害排放，所以从顶部排出的烟气能够达到国家排放要求，没有污染产生。而热解中产生的粉尘不断聚集，形成灰渣，有毒有害物质经多次热解，得到彻底分解，因此采用本发明的热解工艺方法及装置处理垃圾能以最快的速度实现减量化、无害化、无污染的目的。

附图说明：图1，为本发明装置一种实施方式的结构示意图；

图2，为本发明的另一实施方式的结构示意图；

图3，为本发明的太阳能垃圾烘干装置的结构示意图；

图4，为图1中Ⅰ部气液处理装置10的剖面结构示意图；

图5，为图1、2中Ⅱ部热解炉体1的炉壁体的剖面结构示意图；

图中，1、热解炉体，2、等离子气化室，3、废气缓贮室，4、尾气管，5、等离子气化装置，6、风机分风阀，7、701、控制阀，8、富氧燃烧层区，9、无氧燃烧层区，10、气液处理装置，11、太阳能垃圾烘干装置，12、出灰渣口，13、灰渣室区，14、混合气容纳腔，15、垃圾入口，16、排气管，17、风机，18、烘干垃圾进料口，19原垃圾层区，20、垃圾烘干区，21、太阳能集热器，22、供热管，23、回热管，24、烘干箱，25、排风机，26、循环烘干管，27、循环输送器，28、循环通道，29、烘干垃圾，30、脂溶性溶液，31、凹槽池，32、槽罩体，33、通孔，34、炉外壁层，35、炉内壁层，36、保温层，37、梯形炉排，38、梯形炉排长边，39、检测口，40、风支管，41、灰渣炉栅，42、金字塔形装置，43、耐高温防护层,44、护栏。

具体实施方式：下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

通过下述实施例将有助于进一步理解本发明，但不限制本发明的内容。

本发明所述的一种生活垃圾热解处理方法，包括将生活垃圾经初拣分类处理后，即将可回收利用的不宜采用垃圾焚烧方式处理的生活垃圾经简单分类提出，而对于大部分可以进行垃圾焚烧的一类如有机生物质垃圾，含有大量的有机物，如塑料、橡胶、布类、纸类、草木、树枝、厨余等；加入热解装置中进行热解处理，其具体为括如下方法步骤，1）将分类生活垃圾置于热解装置中烘干为烘干垃圾，生活垃圾的烘干过程可以将待烘干垃圾直接置于热解炉体中或者是将其经太阳能垃圾烘干装置进行烘干后加入到热解炉体装置中；2）将烘干垃圾进行热解、控制垃圾梯度温度燃烧，形成灰渣与混合气体，灰渣落入灰渣室而混合气体向上进入混合气容纳腔，所述垃圾梯度温度燃烧包括有氧燃烧和无氧燃烧，一般的控制有氧燃烧位于热解炉体的下部而无氧燃烧则位于热解炉体的上部，即无氧燃烧位于有氧燃烧的上方，并控制烘干垃圾有氧燃烧的燃烧速度在3.2-3.8 kg/min 一般在3.3 kg/min ，同时控制有氧燃烧温度在850℃以上至1200℃，一般控制在900℃，左右，并且控制保持有氧燃烧的垃圾层厚度在10-15cm ，使其与燃烧与所产生的混合气体的速度相结合一致；3）混合气体经等离子气化装置中等离子气化高温燃烧为废气，即是将混合气体等离子气化装置高温燃烧控制燃烧温度在1200℃以上至1600℃，一般是控制在1200℃以上即能有效的使垃圾燃烧过程中产生混合气体中的二恶英有效分解即可，这样可有效节约能源减少运行费用，4）废气经气液处理装置中的脂溶性溶液对废气中剩余的少量可能包含有二恶英的气体进行进一步的处理为尾气，这主要是利用二恶英溶于脂溶性溶液的化学性质，对可能产生的二恶英气体进行处理为尾气，最后尾气经排气管外排或回流至热解装置，灰渣回收制肥料。通过本发明的上述方法的处理，生活垃圾在热解炉体内的燃烧停留时间可达3天以上，从而将生活垃圾进行有效而无害化的处理。

实施例1：

如图1所示，本发明的一种实施方式的装置的结构示图，热解炉体1为圆柱体结构，其炉膛内腔为圆柱球形结构，底部为圆弧底面结构，在热解炉体1的下部设灰渣室区13，于炉壁体上位于灰渣室区13设有出灰渣口12，热解炉体1顶部设圆弧形顶结构，于圆弧形顶上设有排气管16，在排气管16上设有气液处理装置10；所述热解炉体1的内腔从上而下依次设有混合气容纳区即混合气容纳腔14，原垃圾层区19，垃圾烘干区20及垃圾燃烧区和灰渣室区13，所述垃圾燃烧区包括富氧燃烧层区8、无氧燃烧层区9；于原垃圾层区19、垃圾烘干区20及垃圾燃烧区的无氧燃烧层区9的每一层之间分别各设有一梯形炉排37，梯形炉排37的梯形炉排长边38的两端分别固定的连接于热解炉体1的内腔壁面上，所述的梯形炉排37为耐高温、耐腐蚀的钨钢板材结构；于热解炉体1的上部分别设有检测口39，而在其顶部则还设有垃圾入口15。

于所述热解炉体1上部设有混合气处理装置，所述混合气处理装置包括废气缓贮室3、等离子气化装置5，本实施例所述的等离子气化装置5为等离子气化火炬，废气缓贮室3下部经连接管连接于热解炉体1上部的混合气容纳腔14，上部则连通于等离子气化室2上，于等离子气化室2内设有等离子气化装置5，等离子气化室2上设有尾气管4，尾气管4的另一端连接于排气管16的气液处理装置10上。风机17经风机分风阀6经风管及控制阀7连接于热解炉体1下部的垃圾燃烧区。

于所述垃圾燃烧区的富氧燃烧层区8和无氧燃烧层区9内分别设有金字塔形装置42，所述金字塔形装置为由耐高温、耐腐蚀的钨钢板材制成金字塔形结构。这样便于垃圾燃烧时的冷热气体的交换流通，并方便控制垃圾的梯度温度燃烧速度等；同时在热解炉体1的内腔壁面上设有耐高温防护层43；而在热解炉体1的顶部位于垃圾入口15端面上设护栏44作为安全生产防护栏。

如图4所示的是图1中的位于排气管16上的Ⅰ部的气液处理装置10的剖面示意图，本发明所述的排气管16上设有的气液处理装置10，所述气液处理装置10包括凹槽池31，于凹槽池31的上部设有与凹槽池31相匹配的槽罩体32，在凹槽池31内设有脂溶性溶液30，而槽罩体32同样设为与凹槽池31相对应的凹凸结构，其凹凸结构位于于凹槽池31的脂溶性溶液30内的罩体结构上设有通孔33，所述通孔33位于脂溶性溶液30内，以方便经处理后的废气排出；尾气管4的一端连接于凹槽池31上，从而实现从尾气管4排出的混合气体再经气液处理装置10中的脂溶性溶液30处理后才外排，同样设计有脂溶性溶液30的目的是对因热解炉体装置燃烧所产生的残留二恶英气体，利用二恶英易溶于脂溶性溶液30的特性，将二恶英气体彻底的去除，保证了本发明燃烧装置生产的无害化的排放。

如图5所示，本发明所述的热解炉体1的炉壁体的结构示意图，本发明的炉壁体包括炉外壁层34、炉内壁层35及保温层36，所述炉外壁层34设计为砖外墙层或混凝土层结构，所述炉内壁层35为耐高温、耐腐蚀材料的耐火层；保温层36为耐高温材料制成的保温层，同时在热解炉体1的内腔壁面上的炉内壁层35上设有耐高温防护层43。

实施例2：

如图2所示，为本发明的另一实施方式，所述热解炉体1内腔从上而下依次设有混合气容纳腔14及垃圾燃烧区和灰渣室区13，所述垃圾燃烧区包括富氧燃烧层区8、无氧燃烧层区9；在富氧燃烧层区8与无氧燃烧层区9和灰渣室区13之间分别各设一炉排，而设于无氧燃烧层区9内的炉排可设为梯形炉排37，及于垃圾燃烧区的无氧燃烧层区9的上部的热解炉体1的炉体壁上设有烘干垃圾进料口18，于烘干垃圾进料口18上连接有太阳能烘干装置11，如图3所示，所述太阳能烘干装置11包括太阳能集热器21，供热管22，回热管23，烘干箱24，循环烘干管26，循环输送器27，循环通道28；供热管22的一端连接于太阳能集热器21上，在烘干箱24内设循环烘干管26及循环通道28，供热管22的另一端连接于循环烘干管26，而回热管23的一端连接于循环烘干管26另一端则连接于太阳能集热器21，循环输送器27将烘干箱24内的烘干垃圾29从烘干垃圾进料口18输送进入到热解炉体1的内腔。同实施例1本实施方式在热解炉体1的上部设有混合气处理装置，但在排气管16上不设气液处理装置，于热解炉体1的上部设有检测口39以利于检测并控制垃圾梯度温度燃烧速度。风机17连接风机分风阀6，尾气管4经一支管连接于风机分风阀6上，而经另一支管连接于排气管16上，或者是将尾气管4排出的废气直接向外排出。风机分风阀6经设有控制阀7的连接管连接于热解炉体1的无氧燃烧层区9，而经另一风支管40连接于热解炉体1的富氧燃烧层区8，于风支管40上设控制阀701。本实施例燃烧的垃圾为分拣后，易于燃烧型的且不会产生有害、有毒气体的可经太阳能烘干装置11烘干后直接进入燃烧区域的、纸类、草木、树枝、厨余等垃圾等。

具体热解燃烧工作过程为：

将需要处理的生活垃圾经初步分拣后，直接从热解处理装置的热解炉体1上部的垃圾入口15一次性的倒入热解炉体1的内腔，实施例1方案；或者是将分拣后的垃圾经太阳能烘干装置11烘干后由设于热解炉体1侧面的烘干垃圾进料口18加入到热解炉体1的内腔内。例如每天投入生活垃圾5吨，一次性投入，厚度约1.5米。原垃圾层的生活垃圾缓慢地下沉，与向上运动的烟气进行最后的热交换、吸附等过程；经烘干层进行烘干即经约600℃的热烟气与烘干层生活垃圾进行传热过程，主要是将生活垃圾中的水份气化成水蒸气，生活垃圾从100℃以下升温到200℃以上，烟气温度从约600℃降到150℃。此时垃圾的料层厚度控制在约2.5m；然后进入燃烧层区燃烧即经缺氧热解层燃烧，有氧燃烧层产生的高温烟气与缺氧热解层的生活垃圾进行快速的传热过程，一部分是热量直接辐射、一部分是烟气与垃圾传热。热解层生活垃圾部分被热解，产生焦炭、焦油和一些可燃气为混合气。由于有氧燃烧层的燃烧量非常小，且热解需要吸收大量热量，热解层被快速加热到400℃以上，烟气温度降到600℃以下；少量热解产物直接随着垃圾的向下移动进入燃烧层，热解层下部温度约700℃，上部温度约400℃，控制垃圾料层厚度约为0.5m。对于整个炉体内的生活垃圾、热解炉处于缺氧状态，但对于有氧燃烧层的生活垃圾，则处于燃烧状态，生活垃圾被充分燃烧。垃圾的燃烧速度控制在约3.3kg/min，及有氧燃烧层温度850℃以上，垃圾的厚度约10cm，这样燃烧所产生的混合气体与气液处理装置相匹配处理，同时控制燃烧气体不致于未经处理直接外排至大气环境中。在经历的有氧燃烧层区8和无氧燃烧层区9燃烧后产生的垃圾灰渣进入到灰渣室区13内从出灰渣口12排出用于作有机肥。而生活垃圾因燃烧后产生的混合气体在混合气容纳腔14内聚集经检测无害成分较少或没有则直接的向外排放。而当检测到混合气体成分中有害气体含量较高时，则将该混合气体经等离子气化装置5的等离子气化火炬进等离子气化高温燃烧为废气控制其燃烧温度大于1200℃以上，然后将产生的废气经气液处理装置10处理为尾气，尾气经排气管16外排或回流至热解装置，这样处理的目的主要是防止外排的尾气气体中含有二恶英气体，以防止对环境的二次污染，因二恶英气体在1200℃以上的高温就会分解，经高温分解后为防止还有极少量的二恶英气体的存在，再经气液处理装置10的包含的脂溶性溶液吸收，这就彻底的去除了垃圾燃烧过程中产生的有害气体。

在使用本发明的燃烧方法与装置对农村的生活垃圾燃烧处理后所产生的混合气体经检测其含有的各主要成分为N₂占比47.28%，下同，CO，25.08%，CO₂，5.36%，H₂，17.08%，CH₄，4.07%，HCl，0.18%，其余的包括二硫化氢，二氧化硫及二恶英的等有害气体。经上述方法与装置处理后有害气体完全去除。

以上所述仅为本发明之较佳实施例而己，并非以此限制本发明的实施范围，凡熟悉此项技术者，运用本发明的原则及技术特征，所作的各种变更及装饰，皆应涵盖于本权利要求书所界定的保护范畴之内。