一种生活垃圾高温热解装置及方法与流程

1.本发明涉及环保技术领域，具体而言，涉及一种生活垃圾高温热解装置及方法。


背景技术：

2.垃圾焚烧是一种常用的处理垃圾的方法，由于垃圾用焚烧法处理后，减量化效果显著，节省用地，还可消灭各种病原体，将有毒有害物质转化为无害物，故垃圾焚烧法已成为城市垃圾处理的主要方法之一。垃圾焚烧即通过适当的热分解、燃烧、熔融等反应，使垃圾经过高温下的氧化进行减容，成为残渣或者熔融固体物质的过程。垃圾焚烧一般采用垃圾焚烧炉进行焚烧，在焚烧时将垃圾送入焚烧炉，在焚烧炉内进行高温焚烧；大量的垃圾进入焚烧炉后，各种垃圾混合在一起，需要较长时间实现充分燃烧。
3.生活垃圾热解排放的废气主要来自于热解过程所产生的烟气，其主要污染物为粉尘、氯化氢(hcl)、二氧化硫(so2)、氮氧化物(nox)、一氧化碳(co)、有机污染物、二噁英及重金属等，需要准确控制焚烧炉内垃圾的热解温度，针对性的将有害物质分解，保证处理后的烟气中污染物含量达标，排入环境中不会造成危害。
4.现有垃圾焚烧炉比较接近的技术为：分层温控无动力农村生活垃圾热解技术，主要特点为垃圾无需分拣转运，直接倒入垃圾炉，无垃圾渗滤液产生，燃烧过程不需要辅助动力，但主要存在分层不均匀，温度无法控制，燃烧速度无法人为掌控，出灰麻烦等缺点。
5.因此，针对于现有技术的不足，提供一种能解决上述背景技术中提出的问题的生活垃圾高温热解装置及方法是很有必要的。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种生活垃圾高温热解装置及方法，其能够针对现有技术中的不足之处，提出解决方案，具有垃圾分层均匀、经过各垃圾层的多次过滤吸附作用，使得污染物得到初步处理等特点。
7.本发明的实施例提供一种生活垃圾高温热解装置，包括焚烧炉，所述焚烧炉包括炉盖、炉体和炉底，所述炉底由下至上依次包括灰渣层和燃烧层，所述炉体由下至上依次包括热解层、烘干层和原垃圾层；
8.所述灰渣层的底部设有出灰口，所述灰渣层下方与所述焚烧炉底部之间具有间距；
9.所述燃烧层上设有助燃系统，所述助燃系统与所述燃烧层的内部连通；
10.所述炉盖上设有进料口和出烟口。
11.在本发明的一些实施例中，所述焚烧炉外部设有控制器，所述控制器与所述助燃系统连接。
12.在本发明的一些实施例中，所述燃烧层和所述热解层内分别设有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器连接。
13.在本发明的一些实施例中，所述助燃系统包括多根助燃风管，所述助燃风管沿所
述燃烧层的周侧设置，所述助燃风管内侧均匀分布有多个连接管，所述连接管穿过所述燃烧层的侧壁与所述燃烧层内部连通。
14.在本发明的一些实施例中，所述炉体内侧壁沿其竖直方向开设有导流槽。
15.在本发明的一些实施例中，所述燃烧层和所述灰渣层相互连接形成倒置的圆台形，且所述灰渣层位于所述燃烧层的下方。
16.在本发明的一些实施例中，所述燃烧层侧壁还开设有观察口。
17.在本发明的一些实施例中，所述焚烧炉侧壁由三层结构组成，由外向内依次包括钢架层、保温层和耐火层。
18.在本发明的一些实施例中，所述炉盖为向上凸起的弧形。
19.本发明的实施例提供一种生活垃圾高温热解方法，所述包括如下步骤：
20.通过助燃风机给燃烧层供氧，使所述燃烧层充分燃烧；其中，控制所述燃烧层的燃烧速度为3.3
±
0.2kg/min，燃烧温度大于950℃；
21.热解层通过所述燃烧层产生的燃烧热量和烟气传热，对位于所述热解层内的垃圾进行碳化，产生有害物质；其中，控制所述热解层的热解温度为400℃-700℃，烟气温度小于等于600℃；
22.烘干层通过所述热解层的烟气传热，对位于所述烘干层内的垃圾进行烘干以及对所述热解层内的有害物质进行沉降；
23.原垃圾层的垃圾随着垃圾的燃烧缓慢下沉，与向上运动的所述烟气进行热交换和吸附后，所述烟气从出烟口排出。
24.相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
25.本发明能将垃圾分层均匀、经过各垃圾层的多次过滤吸附作用，使得污染物得到初步处理；通过焚烧炉，所述焚烧炉包括炉盖、炉体和炉底，所述炉底由下至上依次包括灰渣层和燃烧层，所述炉体由下至上依次包括热解层、烘干层和原垃圾层；所述灰渣层的底部设有出灰口，所述灰渣层下方与所述焚烧炉底部之间具有间距；所述燃烧层上设有助燃系统，所述助燃系统与所述燃烧层的内部连通；所述炉盖上设有进料口和出烟口。本发明通过将生活垃圾投入所述焚烧炉后实现自动分层，分为灰渣层、燃烧层、热解层、烘干层和原垃圾层，通过在炉体底部点燃助燃物，通过设置于燃烧层上的助燃系统，为燃烧层内供氧，对燃烧层内的垃圾进行充分燃烧，燃烧层内垃圾燃烧后将燃烧热量和烟气向上传递于热解层，热解层被快速加热到400℃以上，烟气温度降到600℃以下，热解层内的垃圾被热解，产生有害物质，随后烟气向上移动至烘干层，将生活垃圾中的水份气化成水蒸气的同时，也使烟气中飞灰等污染物得到沉降和粘附，最后烟气穿过原垃圾层，与原垃圾层内的垃圾进行最后的热交换、吸附等过程，保证未经处理的烟气所排放的污染物处于较低水平；本发明根据装置内垃圾量的多少，通过控制助燃系统的大小，可调控垃圾热解速度，垃圾在设备内自动分5个区间存在，垃圾依次经过设备内的每层结构特性的处理，经过各垃圾层的多次过滤吸附作用，使得污染物得到初步处理，热能被充分利用，不会散失，本装置全天候运行，在无需外力情况下24小时自动热解，空气交换自然平衡，风雨无阻，不受天气变化影响，可实现365天不间断运行。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
27.图1为本发明实施例生活垃圾高温热解装置的内部结构示意图；
28.图2为本发明实施例炉盖的结构示意图；
29.图3为本发明实施例炉体的结构示意图；
30.图4为本发明实施例炉底的结构示意图。
31.附图标记：1、炉盖；2、炉体；3、炉底；4、灰渣层；5、燃烧层；6、热解层；7、烘干层；8、原垃圾层；9、出灰口；10、进料口；11、出烟口；12、助燃风管；13、导流槽；14、观察口；15、钢架层；16、保温层；17、耐火层。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
37.在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
38.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.实施例
40.参照图1-图4，图1为本发明实施例生活垃圾高温热解装置的内部结构示意图；图2为本发明实施例炉盖的结构示意图；图3为本发明实施例炉体的结构示意图；图4为本发明实施例炉底的结构示意图；
41.具体包括：焚烧炉，焚烧炉包括炉盖1、炉体2和炉底3，炉底3由下至上依次包括灰渣层4和燃烧层5，炉体2由下至上依次包括热解层6、烘干层7和原垃圾层8；
42.灰渣层4的底部设有出灰口9，灰渣层4下方与焚烧炉底3部之间具有间距；
43.燃烧层5上设有助燃系统，助燃系统与燃烧层5的内部连通；
44.炉盖1上设有进料口10和出烟口11。
45.本发明能将垃圾分层均匀、经过各垃圾层的多次过滤吸附作用，使得污染物得到初步处理；通过焚烧炉，焚烧炉包括炉盖1、炉体2和炉底3，炉底3由下至上依次包括灰渣层4和燃烧层5，炉体2由下至上依次包括热解层6、烘干层7和原垃圾层8；灰渣层4的底部设有出灰口9，灰渣层4下方与焚烧炉底3部之间具有间距；燃烧层5上设有助燃系统，助燃系统与燃烧层5的内部连通；炉盖1上设有进料口10和出烟口11。本发明通过将生活垃圾投入焚烧炉后实现自动分层，分为灰渣层4、燃烧层5、热解层6、烘干层7和原垃圾层8，通过在炉体2底部点燃助燃物，通过设置于燃烧层5上的助燃系统，为燃烧层5内供氧，对燃烧层5内的垃圾进行充分燃烧，燃烧层5内垃圾燃烧后将燃烧热量和烟气向上传递于热解层6，热解层6被快速加热到400℃以上，烟气温度降到600℃以下，热解层6内的垃圾被热解，产生有害物质，随后烟气向上移动至烘干层7，将生活垃圾中的水份气化成水蒸气的同时，也使烟气中飞灰等污染物得到沉降和粘附，最后烟气穿过原垃圾层8，与原垃圾层8内的垃圾进行最后的热交换、吸附等过程，保证未经处理的烟气所排放的污染物处于较低水平；本发明根据装置内垃圾量的多少，通过控制助燃系统的大小，可调控垃圾热解速度，垃圾在设备内自动分5个区间存在，垃圾依次经过设备内的每层结构特性的处理，经过各垃圾层的多次过滤吸附作用，使得污染物得到初步处理，热能被充分利用，不会散失，本装置全天候运行，在无需外力情况下24小时自动热解，空气交换自然平衡，风雨无阻，不受天气变化影响，可实现365天不间断运行。
46.下面，将对本示例性实施例中一种生活垃圾高温热解装置作进一步地说明。
47.需要说明的是，在本技术实施例中，垃圾在投入热解设备前进行初步分类，将会产生有毒有害的物质(如：硬质聚氯乙烯类产品；废旧灯管、电池、农药瓶等有害垃圾；废旧轮胎等较大的橡胶类产品)剔除，将有害物质分选出来，减少污染源；依据焚烧垃圾量，对焚烧炉的直径、容积进行了充分论证计算，设计焚烧炉的大小(直径和高度)，以及进料口10的孔径、出烟口11的孔径大小和高度、出灰口9的孔径等尺寸，烟囱选用的管径、高度合理，长度经过精密计算，合理密度设计，结合内部能量的热力学交换和空气动力学运动，实现外部空气的底部微负压自动吸入和烟气顶部的微正压自动排放，可增加气体在炉体2内的停留时间，保持热量不易散失，保证垃圾持续稳定地热解。
48.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述焚烧炉包括炉盖1、炉体2和炉底3，炉底3由下至上依次包括灰渣层4和燃烧层5，炉体2由下至上依次包括热解层6、烘干层7和原垃圾层8；燃烧层5和灰渣层4相互连接形成倒置的圆台形，且灰渣层4位于燃烧层5的下方，炉盖1上设有进料口10和出烟口11。
49.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述燃烧层5上设有助燃系统，助燃系统与燃烧层5的内部连通，作为一种示例，上述助燃系统包括多根助燃风管12，助燃风管12沿燃烧层5的周侧设置，助燃风管12内侧均匀分布有多个连接管，连接管穿过燃烧层5的侧壁与燃烧层5内部连通，通过助燃风管12向燃烧层5内部供氧，为燃烧层5内垃圾的燃烧提供足够的燃烧动力。
50.在一具体实施例中，上述焚烧炉内有效容积约100立方(焚烧炉直径5.2米，高度5米计)、每天垃圾热解量约15吨，对于整个焚烧炉体2内的生活垃圾，热解层6处于缺氧状态，但对于有氧燃烧层5的生活垃圾，则处于燃烧状态，生活垃圾被充分燃烧，通过控制助燃风管12的供氧量，从而控制垃圾燃烧速度，在本技术实施例中，垃圾燃烧速度控制为3.3kg/min，与焚烧炉大小以及内部的生活垃圾量相适配，能得到最佳的燃烧热解效果，有氧燃烧层5温度950℃以上，厚度约15cm；有氧燃烧层5产生的高温烟气与缺氧热解层6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6生活垃圾部分被热解，产生焦炭、焦油和一些可燃气，由于有氧燃烧层5的燃烧量非常小，且热解需要吸收大量热量，热解层6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5，热解层6下部温度约700℃，上部温度约400℃，料层厚度约0.6m；未经压缩的垃圾疏松多孔，约600℃的热烟气可以较均匀地穿过烘干层7垃圾，将生活垃圾中的水份气化成水蒸气的同时，也有利于烟气中飞灰等污染物的沉降、粘附，生活垃圾从100℃以下升温到200℃以上，烟气温度从约600℃降到150℃，料层厚度约2.0m，高温条件将垃圾中的大量水分蒸发出来，这些蒸发出来的水汽由下往上形成一层强大的水膜，这层水膜将上升的污染物集聚并吸附，在这层水膜的作用下，使得颗粒物膨大、累积沉降，随垃圾层往下进行二次热解处理；每天投入生活垃圾15吨，如果一次性投入，厚度约1.5米，原垃圾层8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，保证未经处理的烟气所排放的污染物处于较低水平。
51.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述焚烧炉外部设有控制器，控制器采用可编程逻辑控制器(plc)，控制器与助燃系统连接，上述燃烧层5和热解层6内分别设有温度传感器，温度传感器与控制器连接；通过温度传感器检测燃烧层5和热解层6的温度，将检测信号传递给控制器，控制器控制助燃风管12的供氧量，从而控制燃烧温度和热解温度。
52.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述灰渣层4的底部设有出灰口9，灰渣层4下方与焚烧炉底3部之间具有间距；灰渣层4主要能阻止明火产生,使外部空气缓慢均匀扩散,炉底3隔热保温，其上部温度800℃以下，底部温度100℃左右。
53.需要说明的是，二噁英是很强的致癌物质，二噁英是在碳氢化合物燃烧时有氯元素存在的情况下产生的，由于垃圾中有大量的聚氯乙烯塑料，因此氯元素在垃圾中的比例不低，二噁英生成的温度在300℃至700℃之间，通过大幅度减少烟气中的颗粒物来达到减少二噁英的目的，二噁英在约300℃以下是固体，准确地说，是呈细微的固体颗粒物状态或附着在其它颗粒物上，减少颗粒物几乎可等比例地减少烟气中的二噁英；因此，焚烧生活垃圾过程中，需控制燃烧温度、燃烧速度和燃烧时间，保持温度850℃以上，最佳温度为850～950℃，将二噁英在热解过程中完全分解，保证足够的高温停留时间，一般要求2s以上；炉膛出口氧含量保持6-10％；在烟气处理过程中，尽量缩短250～800℃特别是300～500℃温度区域温度域的停留时间，降低除尘器前的烟气温度，避免二噁英再次产生。
54.在一具体实施例中，通过助燃系统控制垃圾燃烧速度，可控制垃圾燃烧量，快时日热解15吨，慢时日热解5吨，垃圾量不够时少取设备灰渣，同时关闭助燃系统，减少空气进入量，保持设备内温度在700℃左右；下灰速率可以根据每天垃圾的焚烧量(每t垃圾产灰25kg左右)及出灰情况确定，垃圾量多时应勤取设备灰，出灰以人工出灰为主，应以出白灰为目的，如出灰过程中出现黑炭，火星说明灰层已经接近燃烧层5，应停止出灰，并开启助燃系统加大空气进入量，迅速提高设备内热解温度达850℃以上；当焚烧炉燃烧层5热解温度达850℃以下时，温度传感器立刻传输信号到plc控制器，自动启动助燃供氧风机加大空气进入量，迅速提高设备内热解温度达850℃以上，反之，当焚烧炉燃烧层5热解温度达950℃以上时，温度传感器立刻传输信号到plc控制器，自动关闭助燃供氧风机减少空气进入量，保持设备内热解温度达850℃以上，能使垃圾中的有害物质，如二噁英在热解层6能充分热解，以使到达烘干层7后被沉降、吸收，且不产生恶臭，将热解温控制在850℃以上，对氨和有机废气有效热解除臭。
55.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述焚烧炉侧壁由三层结构组成，由外向内依次包括钢架层15、保温层16和耐火层17。具体地，主体采用碳钢防腐钢架模块构件结构，稳固性强；保温层16采用低导热率,低热容量，耐高温耐压强度高的陶瓷纤维板，耐火层17采用低导热率，低热容量，耐高温耐压强度高的骨料和粉料，确保炉体2整体性能好，使用寿命长，通过上述结构设计，使焚烧炉可承重20～25吨，高温不易变形，结构简单，建设安装容易，使用寿命长。
56.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述炉体2内侧壁沿其竖直方向开设有导流槽13，上述导流槽13为若干条形槽，间隔均匀分布于炉体2内侧壁，即开设于上述耐火层17内侧壁，上述导流槽13能更好的传递热量。
57.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述燃烧层5侧壁还开设有观察口14；上述观察口14便于观察燃烧层5内的燃烧情况，方便人工干预。
58.在作为一种本实施例中的一种实施方式中，上述炉盖1为向上凸起的弧形，在烘干层7会产生大量热气，这些热气上升到一定程度后，受到弧形炉盖1穹顶的阻拦，大部分水汽在穹顶中翻滚回旋，充分利用碰撞吸附原理，使得上升的污染物不断集聚自动往下沉降，抑制了污染物的逃逸，只有小部分烟气往烟囱排出。
59.在本技术的实施例中，还提供一种如上述的生活垃圾高温热解装置的方法，包括如下步骤：
60.s110、通过助燃风机给燃烧层5供氧，使燃烧层5充分燃烧；其中，控制燃烧层5的燃烧速度为3.3
±
0.2kg/min，燃烧温度大于950℃；
61.s120、热解层6通过燃烧层5产生的燃烧热量和烟气传热，对位于热解层6内的垃圾进行碳化，产生有害物质；其中，控制热解层6的热解温度为400℃-700℃，烟气温度小于等于600℃；
62.s130、烘干层7通过热解层6的烟气传热，对位于烘干层7内的垃圾进行烘干以及对热解层6内的有害物质进行沉降；
63.s140、原垃圾层8的垃圾随着垃圾的燃烧缓慢下沉，与向上运动的烟气进行热交换和吸附后，烟气从出烟口11排出。
64.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人
员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。