一种渣态固体废物的智能化热裂解处理方法及系统与流程

[0001]
本发明属于固体废物处理相关技术领域，更具体地，涉及一种渣态固体废物的智能化热裂解处理方法及系统。


背景技术：

[0002]
近些年来，随着科技不断进步，企业生产制造能力不断提升，我国现代化进程不断加速的同时，也带来了诸多环境问题。其中，固体废物由于其种类繁多，成分复杂等特点一直是国内外研究热点问题。
[0003]
目前针对固体废物处理手段主要包括填埋处理，焚烧处理，热解处理，生物堆肥等。其中，热解处理由于其减量化明显、污染物排放少、能耗较低等特点备受科学届及工业届青睐。热解处理即是在无氧气氛下对固体废物进行热处理，使其发生剧烈的分解反应，生成热解气、热解油、热解渣等产物。国内外对反应器种类报道较多，现有的热裂解反应器包括，固定床反应器，流化床反应器，机械式热解器，引力热解器等。其中机械式热解器克服了固定床热解器不能连续处理固体废物的缺点，避免了流化床反应器生成大量细微颗粒物劣势，较引力热解器而言，大大加快了固体废物处理速度。
[0004]
cn104560072b介绍了一种有机废弃物热解系统，采用的是旋转床热解炉，并针对热解气进行冷却净化处理，得到热解气、热解油及热解渣，但是全过程采用人工进行操作，并且该发明没有给出针对不同废弃物热解介质温度选择原则；cn1175429c介绍了一种有机废物分解装置和方法，包括两级包含部分氧化串联反应器，部分氧化热介质部分可与有机废物发生氧化反应，自补偿热量供应，但该装置亦缺少智能化控制系统，无法针对不同废弃物来源定向控制热解温度；cn105509062b介绍了一种全尺度电子电器废弃物连续热解焚烧装置，该装置可针对电子电器废弃物进行一体化处理，完成热解、预混、燃烧一体化工艺，实现了电子电器废弃物绿色处置。但该装置针对性较强，对种类繁杂的有机固废不具有普适性；综上，目前市场上尚无智能化多种有机固废自动热解装置，基于此，本发明开发一种智能化渣态固废热裂解处理装置。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种渣态固体废物的智能化热裂解处理方法及系统，其依据相同固废相同热解温度下热解完全时热解产物中热解气、热解油、热解渣产率恒定的特点开发了相应的控制模块，可对热解过程中换热过程动态调整，实现了“一装置多固废”的目的，运行稳定，鲁棒性好，为固废处理行业提供指导方向。
[0006]
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种渣态固体废物的智能化热裂解处理方法，该处理方法包括下列步骤：
[0007]
s1对于待处理的固体废物，将其依次进行干燥和破碎，以此获得干燥的且粒径值确定的待热裂解物，分别监测该待热裂解物中的含水率和热值，对于获得的待热裂解物中的含水率，将其与预设含水率进行比较，根据比较结果实时调节所述干燥的温度，直至满足
所述预设含水率要求，对于获得的待热裂解物中的热值，根据该热值设定热裂解温度；根据该设定的热裂解温度对所述待热裂解物进行热裂解反应，获得热解气、热解油和热解渣，测量所述热解渣或热解油的质量并记录；
[0008]
s2改变破碎后获得的待热裂解物的粒径，多次重复步骤s1，建立待热裂解物粒径与热解渣或热解油质量的关系，根据该关系调节待热裂解物的粒径，直至在同一粒径下多次获得的热解渣或热解油在预设可接受浮动范围内，此时的粒径即为所需的热裂解过程的待热裂解物粒径，由此确定热裂解前待热裂解物的粒径，实现热裂解过程中待热裂解物比表面积的调控，进而实现热裂解过程的在线智能化控制和调节。
[0009]
进一步优选地，在步骤s1中，所述待处理固体废物为医疗废物、破碎针管，破碎塑料、含油污泥、废衣物和餐厨垃圾中的一种或多种。
[0010]
进一步优选地，在步骤s1中，所述干燥和破碎的次数为一次或多次，以使得待热裂解物的含水率和粒径满足预设条件。
[0011]
进一步优选地，在步骤s1中，所述获得的热解气、热解油和热解渣均被回收。
[0012]
进一步优选地，直至在某一粒径下多次获得的热解渣或热解油在预设可接受浮动范围内是指在某一粒径下，多次获得的热解渣或热解油的质量在3％～5％的范围内变化。
[0013]
按照本发明的另一个方面，提供了一种上述所述的智能化热裂解处理方法的处理系统，该系统包括多级干燥模块、多级破碎模块、水分在线监测模块、全自动热值监测模块、颗粒破碎控制模块和热裂解反应模块，其中，
[0014]
所述水分在线监测模块一端与所述热裂解反应模块的入口端相连，另一端与所述多级干燥模块相连，该水分在线监测模块用于监测进入所述热裂解反应模块中待热裂解物的含水率，并将该含水率与预设含水率相比较，根据比较的结果调节所述多级干燥模块的干燥温度；
[0015]
所述全自动热值监测模块一端与所述热裂解反应模块的入口端相连，另一端与所述多级破碎模块相连，该全自动热值监测模块用于监测破碎后进入所述热裂解反应模块待热裂解物的热值，并根据该测量的热值设定所述热裂解反应模块中热裂解的温度；
[0016]
所述颗粒破碎控制模块一端与所述热裂解反应模块的出口端连接，另一端与所述多级破碎模块连接，该颗粒破碎控制模块用于监测所述热裂解出口端的热解渣或热解油的重量，并将该重量与预设条件进行比较，根据比较结果调节所述多级破碎模块中的预设破碎粒径，进而调节进入所述热裂解反应模块中的待热裂解物粒径。
[0017]
进一步优选地，所述水分在线监测模块对所述多级干燥模块，所述全自动热值监测模块对所述热裂解反应模块，以及所述颗粒破碎控制模块对所述多级破碎模块的控制均采用pid或pmc控制。
[0018]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：
[0019]
1.本发明提供的热裂解处理方法通过构建粒径和热解渣重量之间的关系，以此调节进入热裂解中的待热裂解物的粒径，即调节待热裂解物的比表面积，对于具体的固体废物，其热裂解反应充分时，热解渣的重量恒定，故可通过判定热解渣的重量是否恒定以此判断热解过程是否充分，其中，待热解物的比表面积影响热裂解过程，比表面积的调节可通过调节待热裂解物的粒径进行调节，故最终建立粒径和热解渣重量的关系实现对热裂解过程
的在线智能控制，相比依赖人工判断，控制准确率高，且节约人力成本，能为企业带来可观的经济效益；
[0020]
2.本发明中通过含水率和热值的在线监测，对干燥过程和热裂解过程进行在线的控制，使得整个热裂解过程可控性强，并且能根据反应过程进行实时调整，智能化程度高；
[0021]
3.本发明依据干燥后的不同固体废物的热值不同智能选择热解过程中加热介质的温度，并根据相同固废材料在相同热解温度下，产生的热解气、热解油及热解渣的产率恒定这一特点定向调控热解过程中换热面积的变化，打破现有热解设备“一固废一装置”以及现有装置智能化程度较低的处理现状。
附图说明
[0022]
图1是按照本发明的优选实施例所构建的渣态固体废物的智能化热裂解处理方法流程图；
[0023]
图2是按照本发明的优选实施例所构建的螺旋给料机结构示意图；
[0024]
图3是按照本发明的优选实施例所构建的螺旋传输干燥机结构示意图；
[0025]
图4是按照本发明的优选实施例所构建的破碎机结构示意图；
[0026]
图5是按照本发明的优选实施例所构建的关风机结构示意图；
[0027]
图6是按照本发明的优选实施例所构建的螺旋反应器结构示意图；
[0028]
图7是按照本发明的优选实施例所构建的颗粒破碎系统负反馈控制系统工作流程图；
[0029]
图8是按照本发明的优选实施例所构建的水分在线监测模块工作流程图；
[0030]
图9是按照本发明的优选实施例所构建的全自动热值监测模块的工作流程图；
[0031]
图10是按照本发明的优选实施例所构建的螺旋卸料机结构示意图；
[0032]
图11是按照本发明的优选实施例所构建的医疗废物处理前后对比图，其中，(a)是固体医疗废物处理前的图，(b)是处理后的热解渣的图。
具体实施方式
[0033]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0034]
如图1所示，一种渣态固体废物的智能化热裂解处理方法，该方法根据不同渣态固废热值，对热解反应器热解温度智能化选择(400～800℃)并保持恒定，确保不同渣态固废可热裂解完全。在此装置中，通过热解油、热解渣质量变化及采样速率求解出热解渣、热解油质量变化率，并与上一个采样点进行对比，进而通过调整颗粒破碎程度调控热裂解反应过程，避免直接调控热裂解反应器带来的材料热应力疲劳及热裂解装置堵塞现象。具体包括下列步骤：
[0035]
s1对于待处理的固体废物，将其依次进行干燥和破碎，以此获得干燥的且粒径值确定的待热裂解物，分别监测该待热裂解物中的含水率和热值，对于获得的待热裂解物中的含水率，将其与预设含水率进行比较，根据比较结果实时调节所述干燥的温度，直至满足
所述预设含水率要求，对于获得的待热裂解物中的热值，根据该热值设定热裂解温度；根据该设定的热裂解温度对所述待热裂解物进行热裂解反应，获得热解气、热解油和热解渣，测量所述热解渣或热解油的质量并记录；
[0036]
s2改变破碎后获得的待热裂解物的粒径，多次重复步骤s1，建立待热裂解物粒径与热解渣或热解油质量的关系，根据该关系调节待热裂解物的粒径，直至在同一粒径下多次获得的热解渣或热解油在预设可接受浮动范围内，此时的粒径即为所需的热裂解过程的待热裂解物粒径，由此确定热裂解前待热裂解物的粒径，实现热裂解过程中待热裂解物比表面积的调控，进而实现热裂解过程的在线智能化控制和调节。
[0037]
进一步地，在步骤s1中，所述待处理固体废物为医疗废物、破碎针管，破碎塑料、含油污泥、废衣物和餐厨垃圾中的一种或多种。
[0038]
针对种类繁杂的渣态固废，因其成分复杂，目前尚没有稳定的可用于多来源多种类的固体废物处理系统，因此本发明提出了一种结合干燥后渣态固废热值及热裂解处理后产物质量变化的智能化固体废物处理系统。
[0039]
本系统通过对热解油、热解渣产率的监测测量，破碎机功率及频率的变化幅度与热解油质量变化率一致，与热解渣质量变化率相反，可保证热解油含量增加的同时，颗粒破碎化程度不断加深，即颗粒细度不断增加，不断提升热解过程中传热面积，增强渣态固废热裂解过程深度。
[0040]
本系统采用水分在线监测模块对干燥后的渣态固废水分进行测量，并计算螺旋干燥机对渣态固废干燥完全时最低热介质温度，通过动态调整热介质加热器功率及热介质流量对渣态固废干燥温度进行调节。同时，由于该系统还附有颗粒破碎控制模块，当颗粒粒径调整时，渣态固废干燥程度有所变化，导致水分进一步变化，干燥温度随之动态调整，所以该系统为动态自调整系统，其中，该水分在线监测模块包括但不限于在线微波水分检测仪等水分检测装置。
[0041]
本系统采用全自动热值监测模块对干燥后的渣态固废热值进行测量，该全自动热值监测模块包括但不限于梅特勒-托利多全自动实验室反应量热仪rc1e以及梅特勒-托利多全自动实验室反应量热仪rc1mx，经过测试后将数据传递给数据采集卡，交由上位机进行处理，并根据固废热值的不同，智能化选择更为适合的热解温度，通常，该全自动热值监测模块中的温度控制器仅在渣态固废热值变化超过10％时工作。
[0042]
热裂解反应模块中设置有热介质温控单元，该热介质温控单元包括但不限于pid控制、mpc控制加热功率及换热介质气流量，当处理渣态固废热值变化小于10％时，热介质温度不变，即处理同类别同热值渣态固废热裂解温度保持恒定，且该热介质温控单元模块级别最高，优选的，渣态固废热值越高，热介质温度越高。
[0043]
颗粒破碎控制模块控制破碎机运行功率及频率包括但不限于pid控制及mpc控制，且该控制模块控制级别低于热裂解反应模块中的温控单元，高于多级干燥模块中的热介质温控单元。
[0044]
多级干燥模块中设置有热介质温控单元，该热介质温控单元包括但不限于pid控制、mpc控制加热功率及换热介质气流量，多级干燥模块根据最后一级干燥机出口渣态固废含水率对干燥机干燥温度进行动态调整。优选的，该多级干燥模块优先控制最后一级干燥机，该多级干燥模块处于低温区间，便于调控，其级别低于热裂解反应温控单元及破碎控制
模块，该模块处于不停动态调整。
[0045]
本实施例中，多级干燥模块中采用螺旋传输干燥机包括但不限于单螺旋干燥机、双螺旋干燥机等，且采用多级串联方式连接，在第一级螺旋传输干燥机前连接有螺旋给料机，最后一级螺旋给料机与热裂解反应器关风机连接；如图2所示，螺旋给料机包含提升段，且出口段连接破碎机入口段。如图3示，螺旋干燥机为热夹层式干燥器，且为了生产安全性布置有测温测压装置以及一个紧急渣态固废出口，该干燥器多级串联，如此重复干燥，最后一级螺旋传输干燥机出口连接热裂解反应器前端设备关风机入口段。如图4所示，破碎机与干燥机串联交替连接，破碎机包括但不限于颚式破碎机、反击式破碎机、圆锥破碎机等，且破碎机出口段连接螺旋传输干燥机。
[0046]
本实施例中，本系统的固体废物进料装置设置为关风机，如图5所示，关风机为热裂解进料前装置，关风机出口连接热裂解反应器，可保证热裂解过程中无氧状态。
[0047]
本实施例中，热裂解反应模块设置的热裂解反应器如图6所示，该热裂解反应器包含多个测温测压装置以及一个紧急渣态固废出口，保证生产安全性，其中热介质与渣态固废直接接触热解，并且采用多个喷入点方式可保证加热均匀性。
[0048]
如图7所示，颗粒破碎控制模块包括自动称重机、数据采集卡、上位机和控制器。自动采重机负责热解后收集的热解油及残渣的质量计量，并将质量变化传递给数据采集卡，为了方便工业化应用，采样时间间隔优选大于等于3分钟；数据采集卡负责对自动称重机数据采集储存，并与上位机联用；上位机负责对数据采集卡采集的数字信号进行变换处理，转换为模拟信号，并将该数据与上一个采样间隔时数据进行对比，并负责控制器的执行计算；控制器负责执行上位机的控制命令，调整破碎机功率及频率，对渣态固废破碎程度进行控制，进而控制渣态固废热裂解过程。
[0049]
如图8所示，水分在线监测模块由水分在线检测仪，数据采集卡，上位机和控制器组成。水分在线检测仪负责对干燥破碎模块出口渣态固废水分进行在线检测，并将数据传递给数据采集卡，为了方便工业化应用及大力推广，采样时间间隔优选大于等于3分钟；数据采集卡负责对水分在线检测仪数据采集储存，并与上位机联用；上位机负责对数据采集卡采集的数字信号进行变换处理，转换为模拟信号，并通过计算得到所需最低干燥热介质温度；控制器负责执行上位机的控制命令，动态调整干燥热介质温度，该控制过程包括但不限于调整加热功率，调整热介质流量，调整热介质换热量等方式。
[0050]
如图9所示，全自动热值监测模块由智能化量热仪，数据采集卡，上位机，控制器组成。智能化量热仪负责对干燥破碎模块出口渣态固废发热量进行在线检测，并将数据传递给数据采集卡，为了方便工业化应用及大力推广，采样时间间隔优选大于等于3分钟，并且量热仪测得的发热量变化幅值小于10％时，不执行操作；数据采集卡负责对智能化量热仪数据采集储存，并与上位机联用；上位机负责对数据采集卡采集的数字信号进行变换处理，转换为模拟信号，并通过计算得到所需热裂解热介质温度；控制器负责执行上位机的控制命令，调整热介质温度，并保持不变，该控制过程包括但不限于调整加热功率，调整热介质流量，调整热介质换热量等方式。
[0051]
本实施例中，处理系统还包括卸料模块，如图10所示，卸料模块为螺旋卸料机，该螺旋卸料机入口与螺旋热裂解反应器热解渣出口相连，包含提升段，且出口段与热解渣收集桶相连，该收集桶与重量监测系统相连接。
[0052]
下面结合实施例进一步说明本发明进行不同固体废物热裂解处理过程的处理方法。
[0053]
实施例1
[0054]
以处理含水量56％油泥为例，包含两级破碎干燥单元及一个热裂解反应器，本发明提供的系统自动调整热裂解温度为600℃，干燥温度为140
±
10℃，在该系统动态控制稳定运行下，其热解油产率23％，热解渣产率68％，热解气产率9％。
[0055]
实施例2
[0056]
以处理含水量71％厨余垃圾为例，包含三级破碎干燥单元及一个热裂解反应器，本发明提供的系统自动调整热裂解温度为610℃，干燥温度为165
±
10℃，在该系统动态控制稳定运行下，其热解油产率17％，热解渣产率69％，热解气产率14％。
[0057]
实施例3
[0058]
以处理含水量60％餐余垃圾为例，包含两级破碎干燥单元及一个热裂解反应器，本发明提供的系统自动调整热裂解温度为585℃，干燥温度为145
±
10℃，在该系统动态控制稳定运行下，其热解油产率28％，热解渣产率56％，热解气产率14％。
[0059]
实施例4
[0060]
以处理含水量86％污泥为例，包含三级破碎干燥单元及一个热裂解反应器，本发明提供的系统自动调整热裂解温度为670℃，干燥温度为170
±
10℃，在该系统动态控制稳定运行下，其热解油产率8％，热解渣产率87％，热解气产率5％。
[0061]
实施例5
[0062]
以处理多种医疗废物为例，包含三级破碎干燥单元及一个热裂解反应器，本发明提供的系统自动调整热裂解温度为560℃，干燥温度为140
±
10℃，在该系统动态控制稳定运行下，热解油产率7％，热解渣产率71％，热解气产率22％，具体处理效果图如图11中(a)和(b)所示。
[0063]
针对种类繁杂的多种渣态固废，目前国际上没有统一的处理手段，并且尽管现有装置部分可以实现多种固废的协同处理，但自动化程度较低，依靠操作人员全程参与。本发明根据不同固体废物水分蒸发后热值的不同，开发了这套全自动化调温热解系统，该系统依据相同固废相同热解温度下热解完全时热解产物中热解气、热解油、热解渣产率恒定的特点开发了相应的控制模块，可对热解过程中换热过程动态调整，实现了“一装置多固废”的目的；另外，该系统在实际测试中运行稳定，针对不同来源固废均表现出了良好的处理能力，真正实现了节能、节省人力物力的目的，运行稳定，鲁棒性好，为固废处理行业提供指导方向；该设备能广泛应用于医疗废物、餐余厨余垃圾、油泥、酒店垃圾、pcb线路板等行业的渣态固体废物处理，市场需求极其广大。
[0064]
对于固体废物油污泥来说，含油污泥裂解产生的裂解油气所能提供的热值远大于热裂解升温所需热量(约1.7千瓦时)，按电价：0.80rmb/kw.h，毎吨含油污泥热裂解可得收益约为1400元，由于设备裂解为无氧环境，对于裂解气体中含有的的二氧化碳气体含量很低，再加上其他辅助设备的能耗，估算采用过热蒸汽无氧热裂解的方式处理每吨含油污泥可得收益约为1000元。
[0065]
处理成本粗略估算：
[0066]
①
助剂、材料费340元/吨；
[0067]
②
动力费用20元/吨；
[0068]
③
人工费20元/吨；
[0069]
④
其他不可见费用20元/吨；
[0070]
总成本400元/吨。
[0071]
综上，釆用过热蒸汽无氧裂解技术处理高含油污泥，每吨可获得600元的收益，经济效益明明显。
[0072]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。