城市固体废弃物自维持阴燃处理装置的制作方法

本实用新型涉及环境工程领域，具体是涉及城市固体废弃物自维持阴燃处理平台系统。

背景技术：

目前城市固体废弃物处置常用的热处理技术包括焚烧、热解、气化和水热炭化等，这些热处理技术的区别在于通入反应气体成分、操作温度和压力的不同，其共同缺点在于能耗大和成本高，反应炉设计和工艺操作复杂，限制了城市固体废弃物的处理。据统计，全国和江苏省城市固体废弃物处理量分别仅占生产总量的24.18％和2.7％(参见图1)，导致大量的城市固体废弃物堆积，侵占了宝贵的城市土地资源，严重阻碍了我国城市化发展。因此，城市固体废弃物处理是我国城市发展与环境治理亟待解决的重要问题。发展低耗高效的城市固体废弃物处理新装置对解决问题具有重要的现实意义和社会经济效应。

以目前城市固体废弃物焚烧炉为例，其处理步骤为：

1)前期准备

城市垃圾由垃圾封闭运输车运至焚烧厂，进行称量、储存、渗沥液处理等。

2)填料

城市垃圾经抓斗、给料斗和推料器，进入焚烧炉。

3)焚烧

以二段式为例，垃圾焚烧炉排分为逆推段和顺推段两个燃烧区域，其主要流程为：抓斗将垃圾从垃圾池送入落料槽，在给料机的推送下进入炉膛，落在倾斜的逆推炉排上，垃圾在床面上不断翻滚、搅拌，完成干燥、着火和燃烧过程，随后在逆推炉排的末端，经过一段落差，掉入水平的顺推炉排床面上，继续燃烧，直至燃尽。

4)废气、废渣处理

焚烧产生的烟气经尾气处理装置净化后达标排放，焚烧产生的炉渣可以作为一般废物处理，布袋除尘器处理的飞灰作为危险废物加水泥与螯合剂固化处理。

其存在以下主要缺点：

1)高热耗

以二段式型焚烧炉为例，该焚烧炉的燃烧需要外部提供热源，使焚烧温度在800～l050℃内。这种焚烧处置方式需要大量的外部热量供应，大幅增加了处置成本。

2)工艺比较复杂

对炉温、烟气停留时间的控制，增加了工艺操作难度。焚烧处置时要求，当炉内温度大于850℃时，烟气停留时间＞2s，氧气浓度7.26％(控制在5.6～10.7％)。这在一定程度上加大了工艺操作难度。

3)有毒有害烟气生成

在烟气从炉内排出过程中，如果烟气从高温到低温(600～200℃)过程的停留时间较长，可能会生成二噁英。

技术实现要素：

针对目前城市固体废弃物热处置设备存在的缺点，本实用新型旨在提供一种低耗、高效率、便于操作的城市固体废弃物自维持阴燃处理装置。

本实用新型所述的城市固体废弃物自维持阴燃处理装置，其采用的技术方案为：包括压缩气瓶、反应炉、点火控制器、数据采集装置、排烟装置、烟气分析仪和主机，所述压缩气瓶通过通气管与所述反应炉连接，所述反应炉的上方设有所述排烟装置，所述反应炉的中心轴上依次设有若干热电偶，所述热电偶通过数据线与所述数据采集装置连接，所述点火控制器置于所述反应炉底部，其通过数据线分别与所述数据采集装置和所述主机连接，所述烟气分析仪通过气体采样管道与所述排烟装置连接，所述数据采集装置和所述烟气分析仪分别通过数据线与所述主机连接。

优选的，所述反应炉包括炉体和底座，所述炉体底部与所述底座活动连接，所述炉体为内部中空且两端开口的圆柱形结构，其包括外壳和设在所述外壳内侧壁上的保温层，所述底座包括支撑支架、支撑体和通气装置，所述支撑体为上下开口的空心圆柱，所述点火控制装置和所述通气装置分别对应设在所述支撑体的上下两端，所述支撑体的下方设有所述支撑支架。

优选的，所述通气装置包括至少一个水平嵌设在所述支撑体底部的通气圆盘，所述通气圆盘中心竖直设有贯穿所述通气圆盘的总通气入口，所述通气圆盘沿其中心轴水平径向对称设有12个穿槽通孔，每个所述穿槽通孔上均竖直设有两个辅助通气孔，所述总通气入口通过通气管与所述压缩气瓶连接。

优选的，所述通气管上还依次设有流量器和阀门。

优选的，所述排烟装置包括排烟罩、排烟管道和排烟风机，所述排烟罩上方设有所述排烟管道，所述排烟管道与所述排烟风机连接。

通过主机上安装的自维持阴燃处理控制软件系统，可以自动控制点火器开关以及流量控制器的流量，显示和自动存储温度、气流流量和烟气数据。

利用上述城市固体废弃物自维持阴燃处理装置进行处理城市固体废弃物的步骤为：

1)原料准备：收集需处置的城市固体废弃物，并进行干燥、破碎和筛选等初步处理；

2)填料：先在底座的支撑体内填入砂石，使通入反应炉内的气流平稳、均匀，将准备好的城市固体废弃物填入反应炉内，填料时需注意压实原料，且使其均匀填充在反应炉内；

3)线路连接：连接气路(包括压缩气瓶、流量器和通气圆盘等)和电气线路(包括点火控制器、主机和数据采集等)，将热电偶等距插入至反应炉，使其保持在反应炉的中心轴上；

4)气密性检查：打开压缩气瓶，调节流量控制器，使一定流量的空气通入反应炉内，在反应炉上方测量气流流量，检验气路的气密性，检验结束后关闭气路；

5)点火控制器调试：在气路关闭的条件下，打开点火器，设置不同加热功率和点火温度条件，观察热电偶温度变化和到达点火温度的时间，通过反复调试，最终确定合适的加热功率和点火温度，并在主机的软件控制系统里设置相应的点火温度和通气流量；

6)加热点火：在气路关闭的条件下，打开点火控制装置，采用前一步设置的加热功率对城市固体废弃物进行加热，当反应炉内的城市固体废弃物温度达到预设的点火温度后，控制软件系统将自动关闭点火控制器；

7)供气调控：当点火控制器关闭后，系统将自动打开流量控制器通入空气，观察中心轴上热电偶温度变化，当点火控制器上方的热电偶温度都持续上升，且连续出现稳定峰值时，表明城市固体废弃物已达到自我维持持续阴燃的条件，在这种条件下不需要任何外部热源加热，城市固体废弃物能持续阴燃，直至城市固体废弃物燃尽；阴燃峰值温度、阴燃蔓延速率和烟气产物与供气速率有直接关联，可通过调节合适的供气速率，使阴燃处理效率和效果达到最佳，同时最大程度降低烟气污染物排放；当反应炉内城市固体废弃物燃烧完毕后，关闭气源；

8)烟气监测与处理：阴燃处置产生的烟气通过排烟通道进入气体采样管道，经过滤和冷却后，进入烟气分析仪；该烟气分析仪可实时在线监测阴燃产生的烟气中的O2、CO、CO2、NOx等，为城市固体废弃物阴燃处置状态、效果调控和烟气排放处理提供重要参考；剩余大部分烟气通过排烟管道、过滤吸附装置和中和装置，排放至大气中；

9)固体残余物分析与处理：拆开底座与反应炉的连接部件，收集阴燃处理后固体残余物，然后测量其质量和体积等，计算体积缩小比和处置效率。

本实用新型所述的有益效果为：

1)整个处理过程只需短时点火即可，当城市固体废弃物温度达到设置的点火温度后，自动关闭点火器，之后城市固体废弃物通过自身燃烧反应放出的热量维持阴燃，直至城市固体废弃物烧尽，这个过程不再需要任何外部热源，因此本实用新型提出的处理技术和工艺能大幅降低热能耗和成本；

2)数据采集装置可采集炉内反应温度、空气流量和烟气成分等数据传送至主机，根据实时数据，分析判定炉内阴燃状态；可通过主机调节加热温度和通气流量等，改变反应炉内固体废弃物的阴燃状态，大幅提高城市固体废弃物的处置效率和体积缩减率：城市固体废弃物处置效率>95％，体积缩减>85％；

3)本实用新型所述的废弃物处理装置结构简单，制造成本较低，适宜大批量生产。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是全国和江苏省城市固体废弃物处理量示意图。

图2是本实用新型主视结构示意图。

图3是所述反应炉主视剖面结构示意图。

图4是所述通气装置俯视剖面结构示意图。

图5是所述点火控制器的俯视结构示意图。

其中：1-压缩气瓶，2-反应炉，21-底座，22-炉体，221-外壳，222-保温层，23-支撑体，24-通气装置，241-通气圆盘，242-总通气入口，243-穿槽通孔，244-辅助通气孔，245-通气管，246-流量控制器，247-阀门，25-点火控制器，26-支撑支架，3-热电偶，4-数据采集装置，5-排烟装置，51-排烟罩，52-排烟管道，6-烟气分析仪，7-主机。

具体实施方式

如图2-5所示，本实用新型所述的城市固体废弃物自维持阴燃处理装置，包括压缩气瓶1、反应炉2、数据采集装置4、排烟装置5、烟气分析仪6、主机7和点火控制器25，所述压缩气瓶1通过通气管与所述反应炉2连接，所述反应炉2的上方设有所述排烟装置5；所述反应炉2包括炉体22和底座21，所述炉体22为外径126mm、高100cm的空心圆柱，其包括外壳221和设在所述外壳221内侧壁上的保温层222，所述外壳221为不锈钢薄皮制成，所述保温层222的厚度为4mm；所述底座21包括支撑体23、通气装置24和支撑支架26，所述支撑体23为上下开口的空心圆柱，所述支撑体23的外径为126mm、厚度为4mm、高度为200mm；所述炉体22的底部与所述支撑体23可通过如法兰环等连接部件活动连接，所述点火控制器25和所述通气装置24分别对应设在所述支撑体23的上下两端，所述支撑体23的下方活动设有所述支撑支架26；所述点火控制器25采用功率为100～450W的蚊香型圆盘加热器，其嵌设在所述支撑体23的顶端靠近所述炉体22的底部，所述点火控制器25通过数据线分别与所述数据采集装置及所述主机连接。

所述通气装置24包括通气圆盘241，所述通气圆盘241为直径100mm的实心钢制圆盘，其嵌设在所述支撑体23的底部；所述通气圆盘241的中心竖直设有贯穿所述通气圆盘的总通气入口242，所述总通气入口242通过通气管245与所述压缩气瓶1连接，所述通气管245上还依次设有流量控制器246和阀门247，所述流量器通过数据线与主机7连接，通入气体由压缩气瓶1供给，流量为0-100L/min，由流量控制器控制；所述通气圆盘242沿其中心轴水平径向对称设有12个长度为50mm的穿槽通孔243，每个所述穿槽通孔243上均竖直设有两个辅助通气孔244，使外部通入的气流能均匀地进入炉体；可在所述通气圆盘上方再增加1-2个与通气圆盘结构相同的孔盘，进一步确保炉体内水平剖面气流流速均匀。

沿所述反应炉2的中心轴从上至下依次等距设有21个热电偶3，所述21个热电偶为铠装K型热电偶，所述热电偶的标号从下至上依次为TC1-TC21，每两个相邻的热电偶之间的距离为3.5cm，所述每个热电偶分别通过数据线与数据采集装置连接，所述数据采集装置通过数据线与主机连接。

所述排烟装置5包括排烟罩51、排烟管道52和排烟风机，所述排烟罩51位于所述反应炉2上方约50cm，所述排烟罩51的上方设有所述排烟管道52，所述排烟管道52与所述排烟风机连接；所述烟气分析仪6通过气体采样管道和数据线分别与所述排烟管道52和所述主机7对应连接。

本实用新型中，支撑支架活动设在通气装置的下方，可灵活拆卸，其用来支撑反应炉，所述支撑支架的承重为150KG。

采用本实用新型所述的城市固体废弃物自维持阴燃处理装置进行废弃物处理的步骤为：

1)原料准备：收集需处置的城市固体废弃物，选择具有代表性的塑料、织物、家具和厨余作为本申请的研究对象，并对所收集的城市固体废弃物进行分类、破碎、密封储存等初步处理；按照实际处置情况，将不同类型的固体废弃物按照1:1:1:1的质量比例混合(混合比例可根据实际情况灵活调整)；

2)填料：先在反应炉的底部填入粒径为1～2cm的干净砂石，将城市固体废弃物填入反应炉内，废弃物填充高度为80cm；在填料时应注意尽量使原料匀速、均匀填入炉内，且使原料充分填满炉内空间；

3)平台系统准备和调试：连接气路(包括压缩气瓶、流量计和通气圆盘等)和电气线路(包括点火控制器、主机、数据采集装置、烟气分析仪等)，；在反应炉中心轴从上之下依次插入21个热电偶，所述热电偶通过固定架依次连接固定设在城市固体废弃物原料内，将热电偶通过数据采集线与数据采集装置连接；

4)气密性检查：在反应炉口上方布置风速(流量)测量仪，打开气源，调节流量控制器，使一定流量的空气通入反应炉内，检验气路的气密性，检验结束后关闭气路；

5)点火控制器调试：在气路关闭的条件下，打开点火控制器，设置不同加热功率和点火温度条件，观察热电偶温度变化和到达点火温度的时间，通过反复调试，最终确定合适的加热功率和点火温度，然后关闭点火控制器，并在主机的自维持阴燃处理控制软件中设置加热功率、时间和气流流量等参数，使系统恢复待启动状态；

6)加热点火：在气路关闭的条件下，启动数据采集系统，打开点火控制器，对城市固体废弃物原料进行加热；点火控制器功率一般设置为100～450W，加热时间为30min～2h；具体加热功率和时间依据实际的原料成分、热值和水分而定；当距离加热盘最近的热电偶(TC1)温度达到原料着火点(400～700℃)时，城市固体废弃物被点燃，系统自动关闭点火控制器；

7)供气调控：当TC1温度达到原料着火点后，系统在自动关闭点火控制器的同时，打开流量控制器，通入预设气流流量的空气，通入气流流量需依据炉内温度、烟气成分和燃烧速率而定，炉内阴燃温度在400～800℃范围内，减少有害烟气生成，当炉内城市固体废弃物烧尽后，关闭气源；

8)烟气监测与处理：阴燃处置产生的烟气通过排烟通道进入气体采样管道，经过滤和冷却后，进入德图Testo 350烟气分析仪，该烟气分析仪可实时在线监测阴燃产生的烟气中的O2、CO、CO2、NOx等，根据烟气监测数据，调控供气速率。其余大部分烟气通过排烟管道、过滤吸附装置和中和装置，排放至大气中；

9)固体残余物分析与处理：打开底座与炉体的连接部件，收集阴燃处理后的固体残余物，测量固体残余物如高度、体积等尺寸，称量固体残余物的质量，计算体积缩小比率和处置效率，然后清除反应炉中固体残余物。

本申请所述的城市固体废弃物自维持阴燃处理方法与现有热处理技术的对比，如表1所示：

表1废弃污染物热处理技术对比

由表可知，与现有热处理技术方法相比，本实用新型所述的城市固体废弃物自维持阴燃处理装置的优点在于：装置结构简单，城市固体废弃物处置能耗很低、处置效率高。

以上所述仅为本实用新型的优选方案，并非作为对本实用新型的进一步限定，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的各种等效变化均在本实用新型的保护范围之内。