生活垃圾热解炭气化处理系统及方法与流程

本发明涉及固体废弃物资源化处理领域，具体而言，涉及一种生活垃圾热解炭气化处理系统和生活垃圾热解炭气化处理方法。

背景技术：

随着经济的迅速发展、人口的不断增长以及人民生活水平的日益提高，生活垃圾的产生量也急剧增加，目前城市生活垃圾年产生量约2亿吨，且每年还在以10％左右的速度增长，给环境造成了巨大的负担，目前大城市中2/3面临垃圾围城困境。

垃圾处理常用的填埋、堆肥方式已陷入占用大量用地、堆肥产品无销路的困境，而垃圾焚烧处理的方式始终无法摆脱二噁英污染的问题，并且产生大量的飞灰，飞灰的处理远不如人意，成为生活垃圾焚烧全过程污染控制和风险管理中最为薄弱的环节。生活垃圾热解技术以其资源化利用率高，环境污染小，反应条件容易的优点越来越被人们所青睐。

但相关技术中对生活垃圾的热解处理方式，普遍存在经济效益差、资源化水平不高，很难实现工业化应用，存在改进的需要。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种生活垃圾热解炭气化处理系统，该生活垃圾热解炭气化处理系统具有经济效果好、资源化水平高、易于实现工业化应用等优点。

本发明还提出一种生活垃圾热解炭气化处理方法。

根据本发明的第一方面的实施例提出一种生活垃圾热解炭气化处理系统，该生活垃圾热解炭气化处理系统包括：预处理设备；热解设备，所述热解设备与所述预处理设备相连；热解油气脱氯设备，所述热解油气脱氯设备与所述热解设备相连；直燃发电装置，所述直燃发电装置与所述热解油气脱氯设备相连；造球装置，所述造球装置与所述热解设备相连；气化装置，所述气化装置与所述造球装置相连；气化煤气输送管路，所述气化煤气输送管路分别与所述气化装置和所述热解设备相连。

根据本发明实施例的生活垃圾热解炭气化处理系统具有经济效果好、资源化水平高、易于实现工业化应用等优点。

根据本发明的一些具体实施例，所述预处理设备包括依次相连的磁选装置和粉碎装置，所述粉碎装置与所述热解设备相连。

根据本发明的一些具体实施例，所述热解设备为无热载体蓄热式旋转床。

进一步地，所述热解设备包括：热解炉，所述热解炉的炉底为可转动的环形；辐射管燃烧器，所述辐射管燃烧器布置于所述热解炉的环形炉壁，以热辐射的方式提供反应所需热量；布料机构和出料机构，所述布料机构和所述出料机构设于所述热解炉。

进一步地，所述热解设备还包括：焦油喷淋装置，所述焦油喷淋装置设于所述热解炉内且位于所述炉底和所述辐射管燃烧器之间。

进一步地，所述辐射管燃烧器内的烟气与所述热解炉内的气氛隔绝。

进一步地，所述热解炉内分为干燥区和热解区，所述干燥区具有与所述预处理设备相连的进料口，所述热解区具有烟气出口、与所述热解油气脱氯设备相连的油气出口、与所述造球装置相连的出料口、与所述气化煤气输送管路相连的可燃气入口。

根据本发明的一些具体实施例，所述热解设备与所述造球装置之间通过双螺旋出料机相连。

根据本发明的一些具体实施例，所述气化装置为循环流化床。

根据本发明的第二方面的实施例提出一种生活垃圾热解炭气化处理方法，所述生活垃圾热解炭气化处理方法包括：对生活垃圾进行预处理；对预处理后的生活垃圾进行热解，产生热解油气和热解炭；对所述热解油气进行脱氯处理；利用脱氯后的热解油气直燃发电；将所述热解炭造球；对造球后的热解炭进行气化；所述热解炭气化后作为热解燃料。

根据本发明实施例的生活垃圾热解炭气化处理方法具有经济效果好、资源化水平高、易于实现工业化应用等优点。

根据本发明的一些具体实施例，在预处理过程中，将生活垃圾的含水率降至40％以下。

根据本发明的一些具体实施例，在造球过程中，将热解炭的粒径提高至10mm-20mm。

根据本发明的一些具体实施例，所述热解过程包括干燥区处理和热解区处理，所述干燥区处理的温度为250℃-400℃，所述热解区处理的温度为500℃-950℃。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的生活垃圾热解炭气化处理系统的结构示意图。

附图标记：

预处理设备10、

热解设备20、

热解油气脱氯设备30、

直燃发电装置40、

造球装置50、

气化装置60、

气化煤气输送管路70。

具体实施方式

首先举例描述相关技术中生活垃圾的热解处理技术以及所存在的问题。

专利号为200810122703.6的专利公布了一种城市垃圾热解处理方法。该方法首先将城市垃圾经过分选，去除了塑料类含氯成分高的物质，并制成衍生燃料。然后利用高温可燃气体对垃圾进行干燥、热解，其高温燃气来自农林废弃物热解气化产生的生物质燃气。装有城市垃圾的容器内的气体从出气口排出，并在气体燃烧炉内完全燃烧。气体燃烧炉尾气经过急冷，降温至200℃以下排出。

该处理方式存在以下问题：

为了减少生成二噁英的前驱物(如聚氯乙烯、聚氯树脂等)，采用了分选工艺，虽然含氯物质减少，但同样降低了物料中h的含量，获得的热解气中h2较少，热解气热值较低，其资源化水平不高。由于热解本身属于无氧或缺氧的环境，还原条件下基本没有二噁英生成，因此分选工艺带来的效果并不明显。

垃圾干燥、热解的热源来自另一个农林废弃物热解气化装置产生的可燃气，由于能量损失，其热解温度较低，因此会产生部分热解油，而热解油的利用及处理较难，会影响整个工艺的连续运行，并且两个热解装置协作处理其经济效益较差，干燥带来的烟气量大，处理成本高。

垃圾热解所获得的产品为衍生燃料，即热解气、热解炭和热解油，其热值均较低，成分复杂，不易利用，难于工业化推广。

专利号为201210282640.7的专利公布了一种垃圾热解煤气净化燃气发电工艺，其路线为生活垃圾经过破碎、干燥、挤压造粒制成垃圾颗粒；垃圾颗粒在热解炉内600℃左右缺氧热分解产生粗煤气；高温粗煤气进换热器回收热能，粗煤气冷却至低温后进行烟气净化，然后除尘、脱出焦油；接着脱除酸性气体、二噁英等物质；最后洁净的煤气在引风机的推动下进行直燃发电。

该处理方式存在以下问题：

预处理过程复杂，由于垃圾中含有许多金属、布袋，容易对破碎装置产生影响，因此装置连续运行效果不好，挤压造粒后的物料由于密度大、传质传热慢，热解过程中热解油的产率会提高、热解气产率会下降，不利于后续发电利用。

热解炉的温度为600℃±50℃，属于中低温热解，利于热解油的产出，气体产量较低，加大了杂质(酸性气体、焦油等)的处理成本，经济效益不明显。

综上，相关技术中的生活垃圾热解处理技术普遍存在经济效益差、资源化水平不高、很难实现工业化应用等问题。

下面参考附图描述根据本发明实施例的生活垃圾热解炭气化处理系统和生活垃圾热解炭气化处理方法。

如图1所示，根据本发明实施例的生活垃圾热解炭气化处理系统包括预处理设备10、热解设备20、热解油气脱氯设备30、直燃发电装置40、造球装置50、气化装置60和气化煤气输送管路70。

热解设备20与预处理设备10相连。热解油气脱氯设备30与热解设备20相连。直燃发电装置40与热解油气脱氯设备30相连。造球装置50与热解设备20相连。气化装置60与造球装置50相连。气化煤气输送管路70分别与气化装置60和热解设备20相连。

根据本发明实施例的生活垃圾热解炭气化处理方法，包括以下步骤：

将生活垃圾输送至预处理设备10，进行预处理；

将预处理后的生活垃圾输送至热解设备20，进行热解，产生热解油气和热解炭；

将所述热解油气输送至热解油气脱氯设备30，进行脱氯处理；

将脱氯后的热解油气输送至直燃发电装置40，利用脱氯后的热解油气直燃发电；

将所述热解炭输送至造球装置50，进行造球；

将造球后的热解炭输送至气化装置60，进行气化；

将气化后的热解炭输送至热解设备20，使所述热解炭气化后作为热解燃料。

根据本发明实施例的生活垃圾热解炭气化处理系统及方法，整个系统工艺主要针对生活垃圾和产生的热解炭进行了无害化、减量化、资源化处理，采用造球工艺对垃圾热解炭的进行一步处理，使得粒径变大，和补煤一起送入气化装置60进行气化，获得气化煤气。通过生活垃圾热解结合热解炭、补煤一起气化，实现了无害化处理，且整个过程无二次污染问题，大幅减少了粉尘的排放量，实现了真正的“无害化、减量化、资源化”，此外运行成本较低，热解产品得到合理利用，中间过程不产生二噁英、飞灰、粉尘，无害化、减量化水平高，利于工业化推广和应用。

在本发明的一些具体实施例中，预处理设备10包括依次相连的磁选装置和粉碎装置，所述粉碎装置与热解设备20相连。

具体地，将含水率40％-60％的生活垃圾送入预处理系统，通过人工分选，磁选和粉碎环节，去除其中的金属、玻璃、砖块等无机物，经粉碎后进入料坑进行堆滤，生活垃圾含水率降至40％以下，通过螺旋输送装置进入热解设备20。

生活垃圾经过简单的预处理进入热解设备20进行热解，大大缩短热解工艺流程，避免了预处理效果差、处理设备故障率高的问题，并且节省了投资，连续运行效果好。

在本发明的一些具体示例中，热解设备20为无热载体蓄热式旋转床。

具体地，热解设备20包括热解炉、辐射管燃烧器、布料机构和出料机构。

所述热解炉的炉底为可转动的环形。所述辐射管燃烧器布置于所述热解炉的环形炉壁，以热辐射的方式提供反应所需热量。所述布料机构和所述出料机构设于所述热解炉。

其中，所述辐射管燃烧器内的烟气与所述热解炉内的气氛隔绝，垃圾在完全绝氧条件下热解，不会产生二噁英污染。

进一步地，热解设备20还包括焦油喷淋装置，所述焦油喷淋装置设于所述热解炉内且位于所述炉底和所述辐射管燃烧器之间。

在本发明的一些具体示例中，根据温度沿沿热解炉的炉底旋转方向依次分为干燥区和热解区。所述干燥区具有与预处理设备10相连的进料口，所述热解区具有烟气出口、与热解油气脱氯设备30相连的油气出口、与造球装置50相连的出料口、与气化煤气输送管路70相连的可燃气入口。其中，所述油气出口设置在热解炉的热解区炉顶位置，所述热解炉的出料口采用双螺旋出料机。经预处理过的垃圾在热解炉内完成预热和热解，整个预热、热解过程完全绝氧，无二噁英产生；

可选地，所述干燥区处理的温度为250℃-400℃，所述热解区处理的温度为500℃-950℃。

具体而言，干燥至40％以下的生活垃圾通过布料机构均匀布入热解炉进行热解，辐射管燃烧器通过燃烧变压吸附得到的co、ch4等气体，以热辐射的方式提供垃圾热解所需的热量。在热解区末端炉体上端设置油气出口，用以排出垃圾热解气液混合物。末端炉体底部设置出料口，用以排出垃圾热解炭，热解炭具有一定的燃烧热，属于低热值的能源产物，后续进行气化，获得气化煤气作为热解炉的燃料继续使用。

针对垃圾热解产生的高温油气，直接输送至热解油气脱氯设备30进行高温脱氯，进而送进直燃发电装置40，所发电力进行外输售卖。

在本发明的一些具体实施例中，热解设备20与造球装置50之间通过双螺旋出料机相连。

其中，在造球过程中，从热解设备20出来的热解炭粒径过小，经过造球工艺后，把粒径提高到10mm-20mm，再和补煤一起送入气化装置60。

可选地，气化装置60为循环流化床。

热解炭经过造球工艺后，变成粒径大一些颗粒，和补煤一起送入气化装置60进行气化，气化温度850-950℃，并把所有粉尘控制在气化装置60内，使得熔融变成炉渣，然后外运填埋，得到的气化煤气经过气化煤气输送管路70通入热解炉，为热解设备20加热使用，真正实现了垃圾的减量化、无害化和资源化处理。

下面举例描述根据本发明实施例的生活垃圾热解炭气化处理系统及方法的具体过程。

采用某市生活垃圾为原料，垃圾含水率约52％，成分组成如表1：

表1生活垃圾成分组成(wt％)

预处理：生活垃圾经输送系统送到预处理设备10，拣出其中的大块无机物，如砖头、石块、大件玻璃金属制品等；

热解：热解设备20包括解炉，辐射管燃烧器、布料和出料等辅助机构。热解炉的炉底为可转动的环形炉底，辐射管燃烧器布置于环形炉壁，通过燃烧可燃气以热辐射的方式提供垃圾热解所需热量，辐射管燃烧器内的烟气与热解炉内的气氛隔绝。将热解炉分为两个区域，分别是干燥区和热解区，干燥区温度340-360℃，主要作用是将垃圾中的水分进行烘干，热解区温度730-750℃，是垃圾完成热解主反应区，反应生成热解油气和热解炭，在热解炉顶部靠近热解区设置油气出口，用于收集含有水蒸汽的高温热解油气；

造球：产生的热解炭采用密封双螺旋出料机出料并送入造球装置50，双螺旋并排设置，螺旋互相咬合，由于垃圾经过了热解反应，其中的塑料，织物，木竹等有机物均热解为碳化物，该碳化物不同于原生垃圾，疏松易于破碎，经过双螺旋的搅拌、挤压作用，热解炭粒径变小，经过造球，把粒径提高到12mm-15mm；

气化：经过造球后的热解炭颗粒进入气化装置60，经气化产生气化煤气，供热解设备20使用，所有粉尘在气化装置60内结渣排出；

脱氯发电：高温热解油气通过热解油气脱氯设备30后通入直燃发电装置40，所发电力除自用外，外输售卖。

根据本发明实施例的生活垃圾热解炭气化处理系统及方法，结合垃圾热解工艺、造球技术、直燃发电等技术，对生活垃圾彻底进行了减量化、无害化处理，并且不耗费外界的能量，解决了热解炭难以气化处理等问题，拥有高温油气进行了脱氯后环保效益好等优势，具有很好的经济效益。

根据本发明实施例的生活垃圾热解炭气化处理系统及方法的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。