一种高湿物料干燥和固体废弃物资源化利用方法及装置与流程

[0001]
本发明属于资源利用领域，尤其涉及一种高湿物料干燥和固体废弃物资源化利用方法及装置。


背景技术：

[0002]
随着社会经济的发展，我国居民的生活水平不断提高，相应的是对各种资源消耗的增加。工业产品的生产过程以及居民的日常生活均会产生大量的固体废物，据我国生态环境部2019年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报显示，仅2018年我国200个大、中城市的城市生活垃圾产量便高达21147.3万吨，一般工业固体废物产生量更是多达15.5亿吨。一方面是固体废物的产量不断增多；另一方面，随着城市化进程的不断展开，城市建成区覆盖面积扩大，且用地成本剧增，垃圾填埋无地可用。固体废物若不加以处理将会严重危害城市的运作，而目前我国最常见的固体废物处理方式有：填埋、堆肥、焚烧等。
[0003]
填埋是当前应用最为广泛的处理方法之一，但是，填埋场的土地填埋利用率普遍较低，边坡防渗措施做得并不到位，部分填埋场未对填埋气加以收集处理，无组织排放不仅产生恶臭还加剧了温室效应。
[0004]
堆肥也是我国处理城市固体废物的处理方法之一，但是，堆肥处理不能解决固体废物中的石块、金属以及玻璃等不能被微生物分解的废弃物，而且堆肥处理后产生的肥料利用率较低，成本相对较为高昂，对于国外技术的依赖性过于明显。
[0005]
焚烧处理虽然具有处理量大、减容性好等优势，但是垃圾焚烧过程产生的烟气中含有大量污染成分，如烟尘、氯化氢、硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、重金属和二噁英等。
[0006]
固体废物中的有机物含量较高，大部分为可燃固体废物。对可燃固体废物来说，气化技术是行之有效的处理手段，这项技术无害化程度高、占地面积小，但其缺点是运营费用较高、技术难度较高、处理量一般。此外，部分工业固体废物和城市固体垃圾以及大部分生物质具有含水率高和热值低的特点，尤以污泥为甚，经过常规压力脱水后,污泥含水率仍高达75～85％，继续进行调理脱水也只能使污泥含水率降到65％左右，且调理过程需要加入大量的调理剂，不仅增加了处理成本，更向产物中引入了更多的杂质，加重了后续处理的环境隐患，限制了污泥的处理后再利用。高超等在《污泥深度脱水技术在市政污泥处理中的应用》(环境与发展.2020年05期：98-99)中介绍了污泥深度脱水技术，在此技术的污泥浓缩步骤中针对不同的污泥种类需要采用不同的浓缩技术，实用性较低，而污泥调理步骤中需要加入大量化学调理剂，为最终的压滤水与污泥泥饼引入了更多的杂质，影响后续的处理。
[0007]
传统的机械脱水处理能力有限，不仅引入多余的杂质且处理后含水率仍然较高，相对来说热力干燥可以获得更为理想的脱水效果，可将污泥含水率降到5％以下，但热力干燥成本较高。因此有必要针对固体废物或生物质的上述情况开发能够节省运营成本，提高处理效率的技术方案来解决这些问题。


技术实现要素：

[0008]
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供可以同时处理高湿物料和固体废弃物的一种高湿物料干燥和固体废弃物资源化利用方法及装置，处理率高，绿色环保。
[0009]
为了实现本发明目的，采用以下技术方案：
[0010]
一种高湿物料干燥和固体废弃物资源化利用装置，包括燃烧炉、气化炉、气化炉进料机、干燥炉和干燥炉进料机，
[0011]
所述燃烧炉内产生高温烟气，且所述燃烧炉的高温烟气通入所述干燥炉和所述气化炉；
[0012]
所述气化炉的气体产物出口与所述燃烧炉相通，所述气化炉的固体产物出口与所述燃烧炉相通，所述气化炉进料机与所述气化炉的进料口连通以进给固体废弃物；
[0013]
所述干燥炉进料机与所述干燥炉的进料口连通以进给高湿物料，所述干燥炉的干燥产物出口与所述燃烧炉相通。
[0014]
采用上述技术方案，可以对高湿物料和固体废弃物进行处理，高湿物料经干燥炉处理后得到水蒸气和干燥产物，水蒸气进入气化炉内进一步利用，干燥产物进入燃烧炉内作为燃料使用，气化炉对固体废弃物进行处理，得到气体产物和固体产物，固体产物和气体产物均进入燃烧炉内作为燃料使用，从而实现对高湿物料和固体废弃物的高效率处理，且最终产物均可进行再次利用，减少对外部资源的使用。
[0015]
进一步地，还包括换热器，所述干燥炉通过所述换热器与所述气化炉连通。设置换热器对水蒸气提前加热，避免其降低气化炉内热解和气化速率。
[0016]
进一步地，所述干燥炉包括蒸汽出口和烟气入口，所述蒸汽出口和所述烟气入口均与所述换热器连通，所述燃烧炉的高温烟气经所述气化炉、所述换热器和所述烟气入口通入所述干燥炉中。
[0017]
进一步地，还包括除尘器，所述干燥炉包括废气排气口，所述废气排气口与所述除尘器连通。设置除尘器对尾气进行处理后再排放，降低对环境的污染。
[0018]
进一步地，还包括气化炉固体收储装置和干燥炉固体收储装置，所述气化炉固体收储装置与所述气化炉的固体产物出口相通，所述干燥炉固体收储装置和所述干燥炉的干燥产物出口相通，所述气化炉固体收储装置和所述干燥炉固体收储装置均与所述燃烧炉相通。设置气化炉固体收储装置和干燥炉固体收储装置对干燥产物和固体产物进行收集，视情况将收集到的产物送入燃烧炉内作为燃料燃烧以稳定提供高温烟气，保证整个处理过程的持续有效进行，减少其他外部燃烧物料的使用，且还可将剩余的产物用于其他工业。
[0019]
进一步地，还包括搅拌给料装置，所述搅拌给料装置的进料口与所述气化炉固体收储装置和所述干燥炉固体收储装置均相通，所述搅拌给料装置的出料口与所述燃烧炉相通。
[0020]
进一步地，还包括储气罐，所述储气罐与所述气化炉的气体产物出口连通。设置储气罐来收集富余的气体产物。
[0021]
本发明还提供一种高湿物料干燥和固体废弃物资源化利用装置的利用方法，包括：
[0022]
所述干燥炉进料机向所述干燥炉中进给高湿物料，所述气化炉进料机向所述气化炉中进给固体废弃物；
[0023]
干燥炉中的高湿物料受热蒸发，得到水蒸气和干燥产物，水蒸气经换热器升温后进入气化炉中，作为气化炉中固体废弃物的气化介质；
[0024]
气化炉中的固体废弃物将高温气化生成固体产物和挥发分，所述固体产物与所述气化介质反应，所述挥发分与气化炉内的催发剂催化重整，生成不凝性气体产物，所述气体产物通入所述燃烧炉，富余的气体产物通入所述储气罐内；
[0025]
干燥炉中的干燥产物进入所述搅拌给料装置内，气化炉内的固体产物进入进入所述搅拌给料装置内；
[0026]
所述搅拌给料装置将固体产物和干燥产物搅拌均匀后送入所述燃烧炉内，以供所述燃烧炉内燃烧提供高温烟气。
[0027]
进一步地，在向所述干燥炉和所述气化炉中进给物料前，向所述燃烧炉内加入辅助燃料，使其先燃烧并产生高温烟气，当气体产物通入所述燃烧炉使燃烧炉可稳定产出高温烟气时，停止加入辅助燃料；此后，可视情况加入辅助燃料使得可稳定产出高温烟气。
[0028]
进一步地，燃烧炉中的高温烟气通入气化炉后进入换热器，在换热器中对水蒸气加热后进入干燥炉。
[0029]
与现有技术相比，本发明能够实现的有益效果至少如下：
[0030]
(1)与传统气化炉相比，采用了水蒸气作为固体废弃物的气化介质，最终生成以合成气为主的气体产物，确保了固体废弃物较高的碳转化率和氢气产率，能够获得更多高热值的气体产物，可用于其他工业。
[0031]
(2)干燥炉中高湿物料经热力干燥可达到更低的含水率，其热值相应提高，适用面也因此得到扩展，避免了传统机械脱水需要额外添加调理剂从而引入多余杂质且处理后含水率偏高的缺陷；干燥产生的水蒸气在气化炉中作为气化介质得到回收利用，与传统干燥装置和气化炉相比，减少了设备投资，避免了干燥蒸汽的浪费和制备气化介质的能源消耗。
[0032]
(3)干燥和气化后的干燥产物和固体产物既能用作燃烧炉燃料，也可收储作为过程产物应用于其他工业。
[0033]
(4)利用燃烧炉燃烧部分气体产物、干燥产物和固体产物，提供气化炉、换热器和干燥炉所需的热量，实现资源的节约和充分利用。
[0034]
(5)本发明具有简便易行、热能分级阶梯利用、气体产物多、环保效果好、产物附加值高的优点，可广泛地适用于生物质、高湿废弃物和城市可燃固体废物垃圾的处理，应用前景较广。
附图说明
[0035]
图1是本发明高湿物料干燥和固体废弃物资源化利用方法的工艺流程示意图。
[0036]
图中：1-干燥炉进料机；2-干燥炉；3-换热器；4-干燥炉固体收储装置；5-气化炉固体收储装置；6-搅拌给料装置；7-气化炉；8-气化炉进料机；9-储气罐；10-燃烧炉；11-除尘器；12-烟囱。
具体实施方式
[0037]
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0038]
实施例—
[0039]
请参阅图1，本实施例提供的一种高湿物料干燥和固体废弃物资源化利用装置，包括燃烧炉10、气化炉7、气化炉进料机8、气化炉固体收储装置5、干燥炉2、干燥炉进料机1、干燥炉固体收储装置4、储气罐9、换热器3、除尘器11、搅拌给料装置6和烟囱12。
[0040]
燃烧炉10用于产生高温烟气，将高温烟气通入气化炉7和干燥炉2，借助高温烟气依次加热固体废弃物及高湿物料，使其升温至干燥和气化的正常工况。燃烧炉10内可通入辅助燃料使其燃烧产生高温烟气，待高湿物料及固体废弃物的干燥产物、固体产物和气体产物作为燃烧炉燃料足以使干燥和气化反应自持时退出辅助燃料，此后辅助燃料作为稳定燃烧的辅助手段。辅助燃料在预热后即被退出，此后作为辅助手段满足燃烧炉的工况变动，全生产过程中高湿物料与固体废弃物作为主要燃料，不仅加大了设备对物料的处理能力，而且节约了辅助燃料的使用成本。本实施例中的辅助燃烧为燃料油。
[0041]
气化炉7的气体产物出口与燃烧炉10相通以将气化炉内的气体产物通入燃烧炉内做燃料，气化炉进料机8与气化炉7的进料口连通以送入固体废弃物，气化炉固体收储装置5与气化炉7的固体产物出口连通。干燥炉进料机1与干燥炉2的进料口连通以送入高湿物料，干燥炉固体收储装置4与干燥炉2的干燥产物出口连通，气化炉固体收储装置5和干燥炉固体收储装置4的出口均与搅拌给料装置6的入口相通，搅拌给料装置6的出口与燃烧炉10相通以将搅拌后的固体产物和干燥产物的混合物送入燃烧炉10内做燃料。本实施例中，气化炉进料机8和干燥炉进料机1均为螺旋给料机。干燥产物和固体产物可分别储存在干燥炉固体收储装置4和气化炉固体收储装置5中，视系统整体需要可提取部分干燥产物和固体产物于搅拌给料装置6中搅拌均匀后作为固体燃料供给燃烧炉燃烧，此时燃烧炉的燃料来源有气化气体产物、干燥产物和气化固体产物三类。剩余的干燥产物和固体产物也可作为附加产品用于其他工业用途。固体产物与干燥产物的物性差异较大从而燃烧特性不同，通过搅拌给料装置6搅拌均匀，可以提高入炉燃料的均一性。
[0042]
气化炉7内设置有催化剂。采用催化气化方式，在气化炉内设置催化剂，利用其高催化活性提高气化速率，通过设置催化剂，气化炉7内经高温气化所生成的挥发分与催化剂发生催化反应，生成气体产物。本实施例中催化剂采用耐高温沸石，耐高温沸石具有耐磨性和独特的多孔结构，能够充分地进行热量传递，具有良好的催化性能和耐高温特性。
[0043]
本实施例还包括换热器3，干燥炉2通过换热器3与气化炉7连通。具体地，干燥炉2包括蒸汽出口和烟气入口，蒸汽出口和烟气入口均与换热器3连通，述燃烧炉10的高温烟气经气化炉7、换热器3和烟气入口通入干燥炉2中。干燥炉2中的高湿物料受热蒸发产生的水蒸气经换热器3升温后进入气化炉7作为固体废弃物的气化介质。高温烟气首先通过气化炉7加热其内的固体废弃物，随后高温烟气通过换热器预热水蒸气，最后进入干燥炉2加热高湿物料使其充分干燥，高温烟气充当载热体先后流经气化7、换热器3和干燥炉2，烟温沿流程不断下降，满足不同装置对加热温度的需求，并能充分分级利用烟气的热能。
[0044]
本实施例还包括储气罐9，储气罐9与气化炉7的气体产物出口连通。气化炉7的气体产物优先通入燃烧炉10中作为燃料使用，若有剩余，则将剩余的气体产物通入储气罐9中以作其他用途，使得气体产物可以得到充分的利用。
[0045]
本实施例还包括除尘器11，干燥炉2包括废气排气口，废气排气口与除尘器11连通。干燥炉2内热量利用完毕的烟气通入除尘器11中进行除尘处理，然后经烟囱12排出。
[0046]
本实施例中，干燥炉2、换热器3和气化炉7均采用外层保温技术，中间层通入高温
烟气进行加热，或者采用列管式装置，管内流通高温烟气，物料投放于管外空间。
[0047]
本实施例中，高湿物料作为干燥炉2的给料，其特点为即便经传统机械式脱水后含湿量仍然居高，可以是污泥或厨余垃圾等物料。
[0048]
本实施例中，固体废弃物作为气化炉7给料，以水蒸气作为气化介质，经高温烟气加热发生气化反应生成固体产物和挥发分，挥发分在炉内经催化重整生成气体产物；其中固体废弃物可以是生物质、城市生活垃圾或煤等物料。
[0049]
采用本实施例提供的装置，可以同时对高湿物料和固体废弃物进行处理，通过在干燥炉2中对高湿物料进行干燥可以得到水蒸气和干燥产物，得到的水蒸气经换热器3加温后进入气化炉7中做进一步的利用，得到干燥产物送入燃烧炉10中作为燃烧以产生高温烟气，实现循环利用，还可以用做工业中的其他用途；固体废弃物在气化炉中仅高温气化得到固体产物和挥发分，固体产物可以送入燃烧炉10中作为燃烧以产生高温烟气，实现循环利用，还可以用做工业中的其他用途，且固体产物与水蒸气反应可以进一步提高碳转化率和挥发分的产率；高温气化产生的挥发分和固体产物与水蒸气反应产生的挥发分和气化炉7内的催化剂发生催化反应，最终生成不凝性的气体产物，所生成的气体产物可通入燃烧炉10内用于生成高温烟气，剩余的气体产物可储存至储气罐9中。本实施例可以充分利用高湿物料和固体废弃物，处理效率高，环保效果好，产物附加值高，可广泛地适用于生物质、高湿废弃物和城市可燃固体废物垃圾的处理，应用前景较广。
[0050]
实施例二
[0051]
与实施例一基本相同，所不同的是：本实施例还提供上述实施例一提供的装置的利用方法。
[0052]
一种高湿物料干燥和固体废弃物资源化利用装置的利用方法，包括以下步骤：
[0053]
预热阶段：向燃烧炉加入辅助燃料，使其燃烧产生高温烟气，
[0054]
干燥炉进料机1向干燥炉2进给高湿物料，气化炉进料机8向进料装置向气化炉7进给固体废弃物。高湿物料可以为市政污泥或造纸污泥，其含水率高，可提供充足的下游气化所需的水蒸气，固体废弃物为相对含水率较低的生物质或城市生活垃圾或煤；
[0055]
加热过程中，干燥炉2中的高湿物料控制在较低温度，令其主要进行受热干燥而尚未发生热解(干燥炉主要进行干燥过程，可通过控制入干燥炉的烟气温度和烟气量控制干燥炉温在105～180℃之间，保证高湿物料只干燥而不热解)；高湿物料受热蒸发产生大量水蒸气，经换热,3升温后进入气化炉7作为固体废弃物的气化介质，此时气化炉温控制在气化反应的最佳温度范围，可依固体废弃物种类不同而将气化炉温在600～800℃范围内调整内；
[0056]
固体废弃物经高温气化首先生成固体产物和挥发分，固体产物与气化介质水蒸气反应可进一步提高碳转化率和挥发分产率，随后挥发分再经催化气化生成最终的不凝性气体产物。视燃烧炉工况将部分气体产物送入燃烧炉，富余气体送入储气罐作为主要产品；
[0057]
干燥炉固体收储装置4和气化炉固体收储装置5分别收集干燥炉2和气化炉7反应后的干燥产物和固体产物，视系统整体需要可提取部分干燥产物和部分固体产物于搅拌给料装置6中搅拌均匀后作为固体燃料供给燃烧炉10燃烧，此时燃烧炉的燃料来源有气化气体产物、干燥产物和气化固体产物三类。剩余的干燥产物和固体产物也可作为附加产品用于其他工业用途；
[0058]
辅助燃料在预热阶段后即被退出，此后作为辅助手段满足燃烧炉的工况变动；
[0059]
本实施例中，燃烧炉10引出的高温烟气提供气化炉7、换热器3和干燥炉2所需的热量。高温烟气首先通入气化炉7加热其内的固体废弃物，随后高温烟气通过换热器3预热水蒸气，最后进入干燥炉2加热高湿物料使其充分干燥；高温烟气充当载热体先后流经气化炉、换热器和干燥炉，烟温沿流程不断下降，满足不同装置对加热温度的需求，并能充分分级利用烟气的热能。
[0060]
热量利用完毕的烟气进行废气处理后排空。具体的，废气进入除尘器11进行处理，然后通过烟囱排出。
[0061]
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。