一种低温连续热解处理生活垃圾固定床反应器的制作方法

本实用新型涉及生活垃圾处理领域，尤其涉及一种低温连续热解固定床反应器，并利用该反应器处理生活垃圾。
背景技术：
：生活垃圾经过热处理可产生固态、液态和气态产物，这些产物被制成可回收、易利用、易运输及易储存的能源形态，可供热发电或用作化工及其它产业的原料。上述热处理工艺包括碳化、气化、热解、液化或者其他相关工艺。其中，热解作为热处理工艺的一种，所使用的反应器有多种，包括工业生产常用的移动床、固定床、回转窑、流化床，还包括烧蚀床和悬浮炉等，主要用于回收热解产物中的某一种或两种物质。移动床热解工艺属于慢速热解工艺，可减少中间产物的二次反应，提高热解油的产率，采用外热式供热方式，传热效率较低；流化床热解工艺属于快速热解工艺，加热速率快、气相停留时间短，热利用效率高，可降低二次反应的发生，热解油产率较高。但是物料热解过程中处于硫化态，热解液中含尘量高，较难处理；烧蚀床热解工艺是将反应物料与灼热的金属表面直接接触换热，使物料迅速升温并裂解，热解时间短，反应速度快，油收率高，但是无法实现物料热解的连续性。常规固定床热解系统为批量给料，不能长期连续运行，而且热解条件不易长期保持。现有技术CN102559222A公开了一种低温干馏炉热解物料的方法。该热解方法采用卧式干馏炉，每一次热解开始前，先需要停止向反应器供热，待反应器降温冷却后卸下反应器炉门或是炉盖，取出前一批热解残留的固体产物，需要人工向反应器内加入下一批次热解的物料。因此该方法无法实现物料热态条件下连续进出料，无自动布料和出料功能，未实现高温热解不凝气自用来提供热量。进出料过程需对反应器升温和降温，降低了装置的处理能力和效率，增加了故障率。技术实现要素：鉴于现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种热解处理生活垃圾的固定床反应器。该反应器运行稳定，易操作，既能对物料进行批量处理，又可以在热态条件下连续进出料，可充分回收热解反应产生的热解气，经济效益高。本实用新型公开了一种低温连续热解处理生活垃圾固定床反应器，所述反应器包括进料口、反应室、气体收集区、集气室、出料口，所述进料口的水平位置比所述出料口的水平位置高；所述反应室中具有进料螺旋、出料螺旋、料板，所述料板包括进料端和出料端，所述进料螺旋设置在所述进料口之下，位于所述进料端上部；所述出料螺旋设置在所述出料端上部，所述出料端位于所述出料口之上；所述进料螺旋包括中心螺杆、左螺旋叶片、右螺旋叶片；所述中心螺杆横穿所述左螺旋叶片和右螺旋叶片，所述左螺旋叶片和右螺旋叶片垂直于所述中心螺杆的中心线成轴对称，两者之间的距离为所述进料口口径的1/3～1/2；所述气体收集区位于所述反应室之上，所述集气室位于所述气体收集区之上。进一步的，所述左螺旋叶片和右螺旋叶片的下边缘与所述料板的垂直距离为50～150mm，优选为80mm。进一步的，所述左螺旋叶片间隙和右螺旋叶片间隙等距设置。进一步的，所述左螺旋叶片间隙和右螺旋叶片间隙变距设置。进一步的，所述气体收集区为梯形体，所述反应室为立方体，所述气体收集区的底部与所述反应室的顶部连通；所述气体收集区的顶部与所述料板的垂直距离为1000～1500mm。进一步的，所述气体收集区的梯形斜截面与所述反应室的竖直面的夹角为120°～150°，优选135°；所述梯形斜截面由钢板制成，在其上设置有圆孔。进一步的，所述料板的进料端和出料端设置有传动轴承，用于带动所述料板连续转动；所述传动轴承具有两个或多个。上述反应器进一步还包括壳体，所述壳体包括反应器壁、支撑平台、支架；所述反应器壁用于密封所述反应室；所述支撑平台设置在所述料板之下；所述支架固定在所述支撑平台上，用于连接所述传动轴承。进一步的，所述反应室中包括辐射管；所述辐射管为蓄热式辐射管，设置在所述料板上部与所述料板平行；所述辐射管与所述料板之间的垂直距离为400～550mm，优选450mm。进一步的，所述集气室的侧壁上设置有可燃气导管，所述可燃气导管与所述辐射管连接。本实用新型通过采用独特的进料螺旋构造，可实现生活垃圾原料在料板上的均匀分布。料板上方均匀布置有多根辐射管，原料在热解过程中相对于料板和辐射管静止，可保证其均匀受热。在热解处理过程中，通过料板、进料螺旋、出料螺旋的联合操作，可在不停炉的条件下，实现反应器的连续进料和出料，以及热解产物的分类回收。本实用新型中气体收集区和集气室的设置可大大降低热解气的含尘量，实现高温热解气的直接回收利用，降低了热损失，提高了生活垃圾处理收过程的能量效率和经济效益，因此具有较大的发展优势和应用前景。附图说明图1是低温连续热解处理生活垃圾固定床反应器的左视图。图2是低温连续热解处理生活垃圾固定床反应器的俯视图。图3是低温连续热解处理生活垃圾固定床反应器的主视图。附图中的附图标记如下：1-壳体；2、2a、2b、2c-辐射管；3-中心螺杆；3a-出料螺旋；3b-进料螺旋；4-料板；5-进料仓；5a-进料口6-插板阀；7-支架；8-反应室；9-传动轴承；10-基底；11-支撑平台；12-可燃气导管；13-气体收集区；14-集气室；15-固体收集仓；15a-出料口。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。该固定床反应器既可用于资源化回收利用有机化合物，又可用于无害化处理废弃物，本实用新型实施例中用于生活垃圾的热解处理和热解产物的回收。反应器包括四个部分：进料系统、反应系统、出料系统、壳体。以下结合图1、图2、图3分别显示的固定床反应器的左视图、俯视图、主视图，对该四个部分之间的结构及其关系进行说明。①壳体：由图1所示，固定床反应器的壳体1包括反应器壁、支架7、基底10、支撑平台11。反应器壁包括炉顶、侧壁、炉底，用于密封整个反应室8，使得反应室8内的反应气氛与外界气氛充分隔开。②进料系统：由图1以及图3所示，进料系统自上而下依次包括进料仓5、插板阀6、进料口5a。进料仓5的数量可为一个或多个。③出料系统：由图1所示，出料系统由出料口15a和固体收集仓15构成。出料口15a在进料口5a之下，且都设置有下料溜槽，用于反应器的进料和出料。固体收集仓15的数量可为一个或多个。④反应系统：反应系统包括反应室8、气体收集区13、集气室14。由图3可见，在反应室8的底部设置有料板4，位于支撑平台11之上。为了便于描述，将料板4的两端分别命名为进料端和出料端。由图1可见，出料端通过出料口15a与固体收集仓15连接。料板4由多个等宽不锈钢板构成，每块不锈钢板之间通过活动接头连接。相邻不锈钢板的边缘通过凸凹槽连接，起到密封的作用，避免物料漏至料板4的下方。由图1，在进料端和出料端分别设置一个传动轴承9。支架7的一端固定在支撑平台11上，另一端连接传动轴承9。传动轴承9中一个是主动轮，一个是从动轮，用于带动料板4的连续转动。根据需要，可在料板4的中间段设置若干个从动轮，从动轮上端与料板4接触起到支撑作用，下端固定在支撑平台11上。由图1所示，进料螺旋3b设置在料板4进料端的上部，位于进料口5a之下；出料螺旋3a设置在料板4出料端的上部，且出料端位于出料口15a之上。在本实用新型实施例中，进料螺旋3b和插板阀6之间还设置有料位计。由图2和图3所示，进料螺旋3b和出料螺旋3a均由螺旋叶片和中心螺杆3组成，中心螺杆3横穿螺旋叶片。本实用新型实施例中，螺旋叶片之间的间隙等距设置，其下边缘与料板4的垂直距离为50～150mm，其中优选距离为80mm。在其它实施例中，螺旋叶片之间的间隙可采用变距设置的方式，且靠近中间部分螺旋叶片间隙比中心螺杆两端螺旋叶片间隙要小，使得物料在料板4上的分布更加均匀。由图2所示，进料螺旋3b位于进料口5a之下，螺旋叶片包括左螺旋叶片和右螺旋叶片，中心螺杆3横穿左螺旋叶和右螺旋叶片。左螺旋叶片和右螺旋叶片垂直于中心螺杆3的中心线成轴对称。本实用新型实施例中，左螺旋叶片和右螺旋叶片之间的距离为进料口5a口径的1/3～1/2。本实用新型实施例中，进料螺旋3b的特殊构造，使得生活垃圾从进料螺旋3b的中间部分向两端运动，可以减少物料随进料螺旋3b的运转距离，并且实现较宽料板4上物料的均匀分布，优选实施方式为采用单根进料螺旋。在其它实施例中，可在进料口5a的下料溜槽处增设导流板，有助于物料的均匀分布，尤其适用于堆密度比较小的生活垃圾的分布。由图2所示，反应室8中设置有3个辐射管，分别为2a、2b、2c，在图1和图3中标示为辐射管2，每一个辐射管都具有进气口和出气口。在其它实施例中，辐射管2的数量可以为除3个以外的任一数量。本实用新型实施例中。辐射管2在反应室8中均匀布置，且与料板4平行，其距离料板4的垂直高度为400～550mm，本实用新型实施例中为450mm。由图1可见，气体收集区13位于反应室8之上，集气室14位于气体收集区13之上。本实用新型实施例中，气体收集区13为一梯形体，反应室为一立方体，气体收集区13的底部与反应室8的顶部连通。气体收集区13的顶部水平面和梯形斜截面均由钢板制成，从而与集气室14隔开。在制成梯形斜截面的钢板上设置有圆孔，用于热解气体的流通。集气室14具有竖直面侧壁和倾斜面侧壁，竖直侧壁和反应室8的竖直面侧壁连接；倾斜面侧壁和气体收集区13的梯形斜截面侧壁连接。竖直面侧壁上设置有可燃气导管12，该可燃气导管12为一根总管分为六根支管，分别与辐射管2a、2b、2c的进气口和出气口连接。在总管中设置有分布器，将热解气均匀分布给各辐射管。气体收集区13的顶部与料板之间的垂直距离为1000～1500mm，当固定床反应器用于资源化回收利用有机化合物时，该距离优选1000～1200mm；当用于无害化处理废弃物时，该距离优选1200～1500mm。气体收集区13的梯形斜截面与反应室8的竖直面之间的夹角为120°～150°，优选角度为135°。本实用新型实施例反应器的整个反应器壁优选四方形，也可设计为圆柱形或其它形状。采用四方形反应器壁的结构更加有利于辐射管2的设置，从而使物料受热均匀，保证热解气的均匀产生和流动。利用本实用新型处理生活垃圾的工艺方法流程如下：①原料要求本实用新型实施例的固定床反应器对原料无严格要求，可处理粒径＜120mm的块状生活垃圾原料，或是长度和宽度均＜200mm的片状或粉状原料。也可用于各种废弃物包括医疗垃圾、化工垃圾、制药厂废弃物、造纸厂废弃物、废弃电路板的处理，或是废旧轮胎、废塑料、生物质、煤、油页岩的资源化回收利用。②进料过程关闭插板阀6，将生活垃圾原料运送至进料仓5中。可在进料仓5中设置搅拌棒，用于防止物料的蓬料现象。打开插板阀6，物料在重力作用下，经由进料口5a处的下料溜槽进入反应室8前段的中部。生活垃圾被连续运送至进料螺旋3b的中间部分，在进料螺旋3b的作用下沿料板4的两侧均匀的分布。料板4在传动轴承9的运转下，可带动生活垃圾向前输送，使整个料板4均匀的布满物料。料位计可用于检测进入反应室8的物料高度，从而控制单次进料量，也可通过调节进料螺旋3b，改变料板4上物料的分布效果。在插板阀6处可设置惰性气体接入口，在打开插板阀6向反应器中加入生活垃圾原料时，通入惰性气体，原料在惰性气体气流的协助下进入反应室8中。惰性气体可选择氮气，或为其它非氧化性气体，满足反应室8中热解反应的绝氧性要求。本实用新型固定床反应器可采用单次进料的方式，也可采用连续进料的方式。当所需处理的物料量较小时，可采用本实用新型实施例中的固定床反应器进行操作。如果处理的物料量较大，可增加料板4的面积，在热解反应过程中保持料板4的连续转动，使物料在料板4上从进料端到出料端完成热解反应，保证进料和出料的连续性。③进料高度为了保证反应室8中生活垃圾热解的连续性，进料仓5的单次物料储存量不得少于料板4的单次物料分布量。在热解反应过程中，在进料仓5中储存一定量的生活垃圾原料，保证料板4上物料的高度为150～300mm。④热解反应条件该固定床反应器中发生的热解反应是在350～1200℃的范围内进行的。生活垃圾原料由进料口5a进入反应室8之后，通过辐射管2的辐射传热，逐步升温热解，首先进行干燥脱水，然后脱除挥发分，生成热解气和焦炭，焦炭中含有一定量未挥发的有机成分。通过对焦炭进行工业分析，测得该有机成分的含量不超过10wt％(wt％为重量含量)。热解反应过程中要控制反应室8处于绝氧气氛，并维持压力在-2～5kPa的范围内。⑤加热方式该固定床反应器的加热方式可选择电加热方式、燃料加热方式、高温等离子体加热方式等，本实用新型实施例优选蓄热式辐射管加热方式，满足装置中燃烧加热系统与物料热解系统的隔绝。辐射管2的升温速率控制在20～60℃/min，不同升温阶段选择不同的升温速率，当物料温度低于280℃时，辐射管2的升温速率控制在40～60℃/min；当物料温度在280～450℃时，辐射管2的升温速率控制在20～40℃/min；当物料温度超过450℃时，辐射管2的升温速率控制在20～60℃/min。当处理生物质、废旧轮胎、废塑料时需采用较慢的升温速率，处理煤、油页岩、垃圾时需采用较快的升温速率。⑥出料过程在启动进料螺旋3b的同时启动出料螺旋3a，在出料螺旋3a的运转下，热解反应后的焦炭经由出料口15a处的下料溜槽进入固体收集仓15中。该出料过程可满足料板4在均匀分布生活垃圾的同时，对上一次反应后的焦炭进行出料，从而保证反应器中进料和出料的连续性。该固定床反应器作为无害化处理废弃物的装置时，通过出料螺旋3a输送出的热态固体产物为粉末态，可作为固体热载体直接掺混到原料中，用于烘干原料，降温后的混合料通过筛分装置分离出固体产物。该筛分装置可直接设置在进料仓5上方，或单独放置。⑦热解气的回收利用反应室8中热解产生的热解气膨胀汇集到气体收集区13中，在其中升温并加快裂解，然后经由梯形斜截面钢板上的圆孔，进入到集气室14中，通过可燃气导管12被运送至辐射管2a、2b、2c中，供辐射管燃烧使用。部分热解气可经冷却获得焦油。气体收集区13斜截面上的圆孔，可使热解气的流动速度变慢，导致其中的灰尘沉淀并降落，从而降低进入集气室14热解气的含尘量。集气室14既可储存热解气，又可确保热解气处于高温状态，充分回收热解气的热量，提高热利用率。气体收集区13的梯形体结构有助于汇集热解气体，且梯形斜截面与反应室8的竖直面之间夹角的大小，可直接影响热解气的流动方向和停留时间。料板4上表层的生活垃圾先进行热解，下层后进行热解。下层物料热解产生的热解气首先穿过其上层的物料热解反应后产生的焦炭，即上层的焦炭可对下层穿过的热解气起到过滤的作用，降低热解气的含尘量。通过过滤作用，可除去下层热解气中的炭粒、液滴、污染物等。该固定床反应器从进料到完成热解反应出料所需时间为1.5～5h，该时间会受到生活垃圾的物理性质、单次进料量、升温速率等的影响。本实用新型实施例的固定床反应器与传统固定床反应器的区别之一在于：本实用新型的固定床反应器在处理完单批次的生活垃圾之后，无需进行降温，便可进行下一批生活垃圾的进料和上一批固体残渣的出料。因此，本实用新型反应器中的辐射管2只需在首次进料时进行开工点火，在接下来的整个连续运行过程中，只需维持辐射管2的正常加热温度即可。由此，在反应器运行过程中，避免了因每一次的进料和出料对反应器的升温和降温，降低反应器的故障率；区别之二在于：本实用新型的固定床反应器可通过控制进料螺旋3b、料板4、出料螺旋3a之间的运转速率，实现热解过程中连续的进料和出料。实施例由北京地区提供的粒度为3mm～50mm的生活垃圾作为原料(分析数据见表1)，物料先储存于进料仓5中，打开插板阀6，然后物料在重力作用下，从进料仓5处的下料溜槽滑落到反应室8中。在进料螺旋3b转动下和传动轴承9带动下，生活垃圾均匀分布在料板4上，同时向出料端水平移动。控制进料螺旋3b和传动轴承9的速率，使整个料板4上物料厚度为200mm，然后关闭插板阀6。开启辐射管燃烧系统，当物料温度低于280℃时，控制辐射管2升温速率为60℃/min；当物料温度高于280℃时，控制辐射管2升温速率为40℃/min。热解反应产生的热解气进入气体收集区13，然后经过集气室14上的可燃气导管12被送入到辐射管中，作为热源供给辐射管燃烧。还有一部分热解气经冷却后得到焦油。整个热解过程压力控制在500Pa以内。当热解过程基本不产生热解气后，进行第二批次生活垃圾进料，同时对上一次反应后的焦炭进行出料，保持进料和出料的连续性。输送出的焦炭送入固体收集仓15中储存。本实用新型所述工艺方法可长期平稳操作，所得到比较稳定的热解产物的产率见表2。表1生活垃圾原料分析表2热解产物数据结果项目焦油热解气水焦炭产率(wt％)17±222±313±247±2(备注：Ad表示干燥基灰分、Vd表示干燥基挥发分、FCd表示干燥基固定碳、Cd表示干燥基碳、Hd表示干燥基氢、Nd表示干燥基氮、Od表示干燥基氧、Cld表示干燥基氯、Sd表示干燥基硫，％为质量百分比。该实施例中所述热解气为净煤气。)本实用新型实施例所述工艺方法可长期平稳操作，设备故障率极低。需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。当前第1页1 2 3