一种生活垃圾耦合干化热解处理工艺及处理系统的制作方法

本发明属于生活垃圾处理技术领域，具体是一种生活垃圾耦合干化热解处理工艺及处理系统。

背景技术：

随着人民生活水平的不断改善，生活垃圾中的有机物含量越来越多，且垃圾含水率较高。生活垃圾中因成分复杂，处理难度大，如果处理不当，可能造成严重的二次污染。近年来，随着环保意识的加强和日益严格的国家环保法规和政策的相继出台，生活垃圾处置的“无害化、减量化和资源化”已成为各国遵循的基本原则，垃圾热解技术作为实现这一原则的有效途径之一，已逐渐得到业界公认。

现有的生活垃圾热解处理工艺一般分为无干燥预处理和有干燥预处理热解处理工艺两类。无干燥预处理垃圾热解处理工艺即生活垃圾直接进入热解处理工段，该方式具有处理流程简单，但对热解炉控制要求高，存在运行工况难以稳定，尾气处理困难等问题。有干燥预处理垃圾热解处理工艺即生活垃圾经过干燥(一般采用回转筒干燥)达到一定程度后进入热解处理工段，该方式生活垃圾进入热解炉前经过干燥，热解效率提高，热解气水分减少，运行工况稳定性提高，但增加投资，存在烘干段臭气外溢等问题。例如：申请专利号为201610492104.8的中国专利公开了“一种生活垃圾热源联合干燥工艺”的发明专利。此外，以上两类目前普遍使用的生活垃圾热解处理工艺还存在以下共性问题：①进入热解气化炉生活垃圾含水率高，需消耗大量热量干燥生活垃圾，干燥段厚度增加，直接影响热解气化效率和二燃室燃烧效果；②烟气中氧含量过高，直接影响烟气排放浓度，抑制二噁英合成效果差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是一种生活垃圾耦合干化热解处理工艺及处理系统，通过引入生物热空气耦合干化工艺，优化热解系统和尾气处理工艺，实现生活垃圾高效干化和尾气中氧含量有效控制，有效提高垃圾热解处理效率和控制二次污染及尾气的排放，从而降低设备投资和运维成本，实现生活垃圾的无害化和减量化处理。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明生活垃圾耦合干化热解处理工艺，包括以下操作步骤：

(1)将含水率为45％～60％的生活垃圾经破碎、磁选预处理，使破碎后的垃圾粒径为20～50mm，将磁选分离出的金属物质进行回收利用；

(2)将破碎后的生活垃圾进行生物热空气耦合干化处理，耦合干化后的生活垃圾含水率小于20％；

(3)将干化后的生活垃圾均匀送入热解气化炉进行热解气化，采用的热解温度600～800℃，热解产生可燃气体和灰渣，将灰渣外排；

(4)将热解产生的可燃气体送入二燃室进行二次燃烧，二燃室温度为850～1100℃；

(5)将部分二燃室产生的高温烟气回流至热解气化炉，将部分高温烟气送入急冷换热器进行换热处理，使烟气温度在2s内降低到200～225℃，并将换热产生的热能外排利用；

(6)将换热后的烟气经空气预热器与空气进行热交换，将烟气温度降低至160℃；

(7)最后将烟气经尾气处理系统处理，以达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(gb18485-2014)的排放限值要求，经烟囱排放。

步骤(2)中，所述生物热空气耦合干化处理中，生物干化处理温度为61～75℃，生物干化时间5～7天；采用的热空气干化温度为90～110℃，热空气干化时间0.5～1天。

步骤(2)中，将耦合干化处理产生的尾气经除雾后作为热解气化炉的一次空气。

步骤(4)中，所述可燃气体在二燃室的停留时间为2～3s。

步骤(6)中，空气在空气预热器与烟气进行热交换后将温度加热至90～110℃，并作为生物热空气耦合干化处理的热源。

本发明生活垃圾耦合干化热解处理工艺采用的处理系统，包括由前至后依次相连接的破碎磁选设备、生物热空气耦合干化处理设备、热解气化炉、二燃室、急冷换热器、空气预热器、尾气处理系统及烟囱；破碎磁选设备与生物热空气耦合干化处理设备之间以及生物热空气耦合干化处理设备与热解气化炉之间分别通过螺旋输送机连接，二燃室设置于热解气化炉的外侧且制成一体，热解气化炉与二燃室之间通过导气孔相连通，二燃室与急冷换热器之间、急冷换热器与空气预热器之间、空气预热器与尾气处理系统之间以及尾气处理系统与烟囱之间均通过尾气管相连接，连接尾气处理系统与烟囱的尾气管上设有引风机。

所述破碎磁选设备由破碎机和磁选机组成，所述破碎机采用剪切式双轴破碎机。

所述生物热空气耦合干化处理设备包括壳体，壳体内由下至上依次设置布气层、承托层、干化层，所述布气层包括空气布气管和热风布气管，所述承托层由承托板组成，承托板上均布有配风口，所述干化层位于承托层的上方，用于放置经破碎磁选处理后的生活垃圾，且干化层内设有温度检测装置以及氧含量检测装置。

所述生物热空气耦合干化处理设备的顶部空气经供风管送至热解气化炉，供风管上安装有鼓风机；所述热风布气管连接热风管，热风管从空气预热器的顶部引出，空气预热器的底部以及空气布气管分别经管路连接鼓风机。

所述二燃室的部分热气经回流管引回热解气化炉作为生活垃圾热解一次空气，部分热气经尾气管输送至急冷换热器。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明方法通过将生活垃圾生物热空气耦合干化，有效控制进入热解气化炉生活垃圾含水率，干化能耗低，大大提高了生活垃圾热解效率。

2.本发明方法通过耦合干化控制生活垃圾热解气化炉的一次空气氧含量，降低进入热解炉内空气过剩系数，有效控制二噁英合成，降低烟气处理成本。

3.本发明处理系统具有生活垃圾热解处理效率高、垃圾热解气化稳定性高、过程可控性强、污染物浓度低、尾气处理难度小、运行成本低等优点，可广泛应用于城镇生活垃圾热解处理技术领域。

附图说明

图1是本发明生活垃圾耦合干化热解处理工艺的流程图。

图2是本发明生活垃圾耦合干化热解处理系统的结构示意图。

图3是图2中生物热空气耦合干化处理设备的立面结构示意图。

图4是图3中承托板的俯视示意图。

图中：1-壳体，2-承托板，3-空气布气管，4-热风布气管，5-布风层，6-干化层，7-热风阀门，8-空气阀门，9-配风口，10-破碎磁选设备，11-螺旋输送机一，12-生物热空气耦合干化处理设备，13-空气管，14-螺旋输送机二，15-热解气化炉，16-二燃室，17-导气孔，18-回流管，19-尾气管一、20-急冷换热器，21-尾气管二，22-空气预热器，23-尾气管三，24-尾气处理系统，25-尾气管四，26-引风机，27-尾气管五，28-烟囱，29-鼓风机一，30-热风管，31-鼓风机二，32-供风管，33-鼓风机三。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但保护范围不限此。

如图1所示，本发明生活垃圾耦合干化热解处理工艺，具体包括以下操作步骤：

(1)将生活垃圾(含水率45％～60％)经过破碎机、磁选机预处理，破碎后垃圾粒径20～50mm，送入垃圾进料池，然后通过磁选机将金属物质分离进行回收利用；

(2)将破碎后的生活垃圾送入生物热空气耦合干化处理设备进行生物热空气耦合干化处理，生物干化温度为61～75℃，生物干化时间5～7天；热空气干化温度为90～110℃，热空气干化时间0.5～1天，耦合干化后生活垃圾含水率小于20％，干化后排气氧含量15％～18％；

(3)将干化后生活垃圾均匀送入热解气化炉进行热解气化，热解温度600～800℃，热解产生可燃气体和灰渣，将灰渣外排；

(4)热解产生的可燃气体通过导气装置进入二燃室内进行二次燃烧，二燃室温度控制为850～1100℃，将部分二次燃烧产生高温烟气回流至热解气化炉，为热解气化炉提供部分热量；

(5)将部分二次燃烧产生高温烟气经急冷换热器，烟气温度在2s内降低到200～225℃，换热产生热能可利用；

(6)换热后烟气经空气预热器与空气进行热交换，烟气温度降低至160℃；

(7)最后烟气经尾气处理系统处理，以达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(gb18485-2014)的排放限值要求，经烟囱排放；

步骤(6)中，空气经空气预热器与烟气进行热交换，空气温度加热至90～110℃，热空气可作为生物热空气耦合干化处理设备的热源；

步骤(2)中，耦合干化尾气氧含量为15％～18％，经除雾后作为热解气化炉的一次空气。

为实施上述制备工艺，可采用图2—4所示的处理系统：

如图2—4所示，本发明生活垃圾耦合干化热解处理系统，包括由前至后依次相连接的破碎磁选设备10、生物热空气耦合干化处理设备12、热解气化炉15、二燃室16、急冷换热器20、空气预热器22、尾气处理系统24及烟囱28；破碎磁选设备10与生物热空气耦合干化处理设备12之间通过螺旋输送机一11连接，生物热空气耦合干化处理设备12与热解气化炉15之间通过螺旋输送机二14连接，热解气化炉15的外侧设置二燃室16，且与二燃室16制成一体，热解气化炉15与二燃室16之间通过导气孔17相连通，二燃室16与急冷换热器20之间经尾气管一19相连接，急冷换热器20与空气预热器22之间经尾气管二21相连接，空气预热器22与尾气处理系统24之间经尾气管三23相连接，尾气处理系统24的出口经尾气管四25连接引风机26，引风机26经尾气管五27连接烟囱。

如图2-3所示，所述的生物热空气耦合干化处理设备12包括壳体1，壳体1内由下至上依次设置布气层5、承托层、干化层6，所述布气层5包括空气布气管3和热风布气管4，空气布气管3上设置有空气阀门8，热风布气管4上设置有热风阀门7；所述承托层由承托板2组成，承托板2上均布有配风口9，所述干化层6位于承托层的上方，用于放置经破碎磁选处理后的生活垃圾，且干化层内设有温度检测装置和氧含量检测装置(图中未示出)。

本发明所述生物热空气耦合干化处理设备的顶部空气经供风管32送至热解气化炉15，供风管32上安装有鼓风机二31；所述热风布气管4连接热风管30，热风管30从空气预热器22的顶部引出，空气预热器22的底部经管路连接鼓风机一29，空气布气管3经空气管13连接鼓风机三33。

本发明所述破碎磁选设备10由破碎机和磁选机组成，所述破碎机可采用剪切式双轴破碎机，工作时可以是先破碎后磁选，也可以是先磁选后破碎。

本发明所述二燃室15的部分热气经回流管18引回热解气化炉15作为生活垃圾热解一次空气，部分热气经尾气管一19输送至急冷换热器20。

工作时，生活垃圾经破碎、磁选预处理后送入生物热空气耦合干化处理设备12，经耦合干化后进入生活垃圾热解气化炉15进行热解气化，热解产生的可燃气体通过导气孔17进入二燃室16，二燃室16产生高温烟气部分回流至热解气化炉15，部分经急冷换热器20、空气预热器22换热后进入尾气处理系统24(该尾气处理系统可以采用常用的喷射生石灰粉/活性炭+布袋除尘器处理系统)，使烟气达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(gb18485-2014)的排放限值要求，最后在引风机26的作用下经烟囱28排放。空气经空气预热器22与烟气进行热交换，热空气作为耦合干化热源，耦合干化尾气氧含量15％～18％作为生活垃圾热解一次空气。

与现有系统相比，本发明处理系统具有生活垃圾热解处理效率高、垃圾热解气化稳定性高、过程可控性强、污染物浓度低、尾气处理难度小、运行成本低等优点，可广泛应用于城镇生活垃圾热解处理技术领域。

以下是采用本发明工艺处理的应用实例：

实例1

生活垃圾经过剪切式双轴破碎机破碎至粒径20mm，磁选机选出金属物质进行回收利用，破碎后垃圾送入垃圾进料池；破碎后生活垃圾经生物热空气耦合干化，生物干化时间5天，生物干化温度为75℃，热空气干化时间0.5天，干化温度为110℃，耦合干化后生活垃圾含水率小于20％；进入耦合干化空气氧含量为21％，经过耦合干化消耗其中3％氧，用于生物干化反应，耦合干化尾气氧含量18％作为生活垃圾热解一次空气；干化后垃圾均匀送入生活垃圾热解气化炉进行热解气化，气化温度600℃，热解产生可燃气体和灰渣；热解产生的可燃气体通过导气装置进入二燃室进行二次燃烧，二燃室温度为850℃，二燃室产生高温烟气回流至热解气化炉，为生活垃圾热解提供部分热量；二次燃烧产生高温烟气经急冷换热器，烟气温度在2s内降低到200℃，换热产生热能可利用；换热后烟气经空气预热器与空气进行热交换，烟气温度降低至160℃；然后烟气经尾气处理系统处理，烟气达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(gb18485-2014)的排放限值要求，经烟囱排放；空气经空气预热器与烟气进行热交换，空气温度加热至90℃，热空气作为耦合干化热源；耦合干化尾气经除雾后作为生活垃圾热解气化一次空气。

实例2

生活垃圾经过剪切式双轴破碎机破碎至粒径35mm，磁选机选出金属物质进行回收利用，破碎后垃圾送入垃圾进料池；破碎后生活垃圾经生物热空气耦合干化，生物干化时间6天，生物干化温度为68℃，热空气干化时间0.75天，干化温度为100℃，耦合干化后生活垃圾含水率小于20％；进入耦合干化空气氧含量为21％，经过耦合干化消耗其中4.5％氧，用于生物干化反应，耦合干化尾气氧含量16.5％作为生活垃圾热解一次空气；干化后垃圾均匀送入生活垃圾热解气化炉进行热解气化，气化温度700℃，热解产生可燃气体和灰渣；热解产生的可燃气体通过导气装置进入二燃室进行二次燃烧，二燃室温度为950℃，二燃室产生高温烟气回流至热解气化炉，为生活垃圾热解提供部分热量；二次燃烧产生高温烟气经急冷换热器，烟气温度在2s内降低到215℃，换热产生热能可利用；换热后烟气经空气预热器与空气进行热交换，烟气温度降低至160℃；然后烟气经尾气处理系统处理，烟气达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(gb18485-2014)的排放限值要求，经烟囱排放；空气经空气预热器与烟气进行热交换，空气温度加热至100℃，热空气作为耦合干化热源；耦合干化尾气经除雾后作为生活垃圾热解气化一次空气。

实例3

生活垃圾经过剪切式双轴破碎机破碎至粒径50mm，磁选机选出金属物质进行回收利用，破碎后垃圾送入垃圾进料池；破碎后生活垃圾经生物热空气耦合干化，生物干化时间7天，干化温度为61℃，热空气干化时间1天，干化温度为90℃，耦合干化后生活垃圾含水率小于20％；进入耦合干化空气氧含量为21％，经过耦合干化消耗其中6％氧，用于生物干化反应，耦合干化尾气氧含量15％作为生活垃圾热解一次空气；干化后垃圾均匀送入生活垃圾热解气化炉进行热解气化，气化温度800℃，热解产生可燃气体和灰渣；热解产生的可燃气体通过导气装置进入二燃室进行二次燃烧，二燃室温度为1100℃，二燃室产生高温烟气回流至热解气化炉，为生活垃圾热解提供部分热量；二次燃烧产生高温烟气经急冷换热器，烟气温度在2s内降低到225℃，换热产生热能可利用；换热后烟气经空气预热器与空气进行热交换，烟气温度降低至160℃；然后烟气经尾气处理系统处理，烟气达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(gb18485-2014)的排放限值要求，经烟囱排放；空气经空气预热器与烟气进行热交换，空气温度加热至110℃，热空气作为耦合干化热源；耦合干化尾气经除雾后作为生活垃圾热解气化一次空气。

以上所述之例仅为本发明的较佳实施方式而已，并非用来限制本发明的实施范围。应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明主要构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，均应视为属于本发明的保护范围。