一种负氧离子中低温气化无害化的固体废弃物处理系统的制作方法

1.本技术涉及固体废弃物环保技术的领域，尤其是涉及一种负氧离子中低温气化无害化的固体废弃物处理系统。


背景技术：

2.含碳固体废弃物是指含一定量的碳元素，具有一定发热量的固体废弃物，主要包括生活垃圾、市政污泥、医疗垃圾、废旧轮胎以及农业、林业生产中产生的农作物秸秆、木屑、树枝、禽畜粪便等；这类固体废弃物在外形特征、组成上较为复杂，单位体积内能量密度小，在堆放过程中会占用大量的空间，并容易造成环境污染。因此，含碳固体废弃物的减量化、无害化、资源化处理对促进生活环境改善和生态文明建设具有重要意义。
3.当前针对含碳固体废弃物的处理方法主要包括填埋、生物发酵以及焚烧、气化、热解等热化学处理技术。其中，填埋和生物发酵技术的处理周期非常长，需要占用大量的土地资源，效率低下，处理过程中产生的残液容易对土壤造成二次污染，并且无法处理塑料等难降解固体废弃物；焚烧处理效率高，可以回收其中的部分能量，但是无法解决重金属、二噁英等二次污染问题；气化技术利用其所产生的还原性气氛，可以解决二噁英的问题，但是，传统的热解处理技术存在焦油难以处理、设备运行周期短的问题，且固体残渣难以达到无害化处理，存在二次污染的风险。


技术实现要素：

4.为了解决现有含碳固体废弃物处理技术存在处理周期长、排放物产生二次污染、焦油处理困难等导致的装置运行不稳定、固体废弃物处理不彻底的缺陷，提供一种负氧离子中低温气化无害化的固体废弃物处理系统。
5.本技术提供的一种负氧离子中低温气化无害化的固体废弃物处理系统，采用如下的技术方案：
6.一种负氧离子中低温气化无害化的固体废弃物处理系统，包括负氧离子发生装置、负氧离子气化装置以及合成气处理应用装置，所述负氧离子发生装置包括气化剂进口和负氧离子出口，所述负氧离子气化装置包括进料口、粗合成气出口以及灰渣出口，所述负氧离子气化装置与所述负氧离子出口连通，所述粗合成气出口与所述合成气处理应用装置连通。
7.通过采用上述技术方案，负氧离子发生装置发生负氧离子，负氧离子通入负氧离子气化装置，从而增强了气化反应活性，降低气化反应温度，非催化部分氧化产生的还原性无氧气氛及较低的反应温度避免了二噁英等有害组分生成。负氧离子气化产生的粗合成气中无焦油生成，避免了焦油堵塞问题，提高了操作的稳定性。
8.可选的，所述负氧离子气化装置设置有负氧离子喷嘴，所述负氧离子喷嘴与所述负氧离子出口连通，负氧离子通过所述负氧离子喷嘴通入所述负氧离子气化装置内。
9.通过采用上述技术方案，负氧离子经负氧离子发生装置发生后，通过负氧离子喷
嘴进入负氧离子气化装置，负氧离子喷嘴可更精确的将负氧离子喷射至负氧离子气化装置的反应位点，从而提升反应效率。
10.可选的，所述负氧离子气化装置设置有多个所述负氧离子喷嘴。
11.通过采用上述技术方案，多个负氧离子喷嘴的设置，可形成多段多点负氧离子补入技术，实现设备内反应场和温度场的精确控制，气化灰渣以熔融态排出，含碳固体废弃物中重金属得到固化；利用非催化部分氧化反应，为含碳固体废弃物的转化提供了还原性无氧气氛，避免了二噁英等有害组分生成，实现含碳固体废弃物的无害化转化。
12.可选的，所述负氧离子气化装置的底部设置二次负氧离子喷嘴。
13.通过采用上述技术方案，负氧离子通过二次负氧离子喷嘴二次补入负氧离子气化装置的底部，提高灰渣排出温度，实现灰渣熔融态排出，大幅度降低了灰渣中的残碳含量，固化含碳固体废弃物中重金属，完成含碳固体废弃物的无害化转化。
14.可选的，负氧离子发生装置产生的负氧离子浓度为50万～2000万个/cm3。
15.通过采用上述技术方案，提供足够浓度的负氧离子，可在气化含碳固体废弃物时充分增强气化反应活性。
16.可选的，所述负氧离子发生装置设置有负氧离子强化器。
17.通过采用上述技术方案，负氧离子强化器可进一步增强负氧离子极性，从而进一步增强了气化反应活性。
18.可选的，所述负氧离子气化装置的操作压力为-0.10～13mpa。
19.可选的，所述负氧离子气化装置的操作温度为200～1600℃。
20.可选的，还包括预处理装置和输送装置，所述输送装置用于连接预处理装置和负氧离子气化装置。
21.通过采用上述技术方案，预处理装置可以针对不同的含碳固体废弃物进行气化前的处理，例如，通过分选机、干燥机、破碎机等，对含碳固体废弃物的预处理过程简单，对原料的组成要求较低，提高了原料适用性。
22.可选的，合成气处理应用装置5包括粗合成气锅炉17、余热回收废锅18、烟气净化系统19、空气预热器20和热回收换热器22中的一种或多种的组合。
23.通过采用上述技术方案，在合成气处理应用装置5内，粗合成气作为燃料气提供热量或者回收热量后外送作为化工原料气。
24.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
25.本技术将气化剂中的氧气转变为负氧离子并进行强化，增强了气化反应活性，降低了气化温度，非催化部分氧化产生的还原性无氧气氛及较低反应温度避免了二噁英等有害组分生成。
26.本技术通过负氧离子气化产生的粗合成气中无焦油生成，避免了焦油堵塞问题，提高了操作的稳定性。
27.本技术采用负氧离子二次补入，提高灰渣排出温度，实现灰渣熔融态排出，大幅度降低了灰渣中的残碳含量，固化含碳固体废弃物中重金属，完成含碳固体废弃物的无害化转化。
28.本技术对含碳固体废弃物的预处理过程简单，对原料的组成要求较低，提高了原料适用性。
附图说明
29.图1是本技术实施例的整体结构示意图。
30.图2是本技术实施例含碳固体废弃物为医疗垃圾的整体结构示意图。
31.图3是本技术实施例含碳固体废弃物为生活垃圾的整体结构示意图。
32.附图标记说明：1、预处理装置；2、输送装置；3、负氧离子发生装置；4、负氧离子气化装置；5、合成气处理应用装置；6、气化剂进口；7、负氧离子出口；8、负氧离子强化器；9、负氧离子喷嘴；10、二次负氧离子喷嘴；11、进料口；12、粗合成气出口；13、灰渣区；14、灰渣出口；15、冷渣槽；16、燃烧器；17、粗合成气锅炉；18、余热回收废锅；19、烟气净化系统；20、空气预热器；21、引风机；22、热回收换热器。
具体实施方式
33.以下结合附图1-3对本技术作进一步详细说明。
34.本技术实施例公开一种负氧离子中低温气化无害化的固体废弃物处理系统。参照图1，负氧离子中低温气化无害化的固体废弃物处理系统包括预处理装置1、输送装置2、负氧离子发生装置3、负氧离子气化装置4以及合成气处理应用装置5。固废经预处理装置1预处理后，通过输送装置2投入负氧离子气化装置4，负氧离子发生装置3则提供负氧离子，使固废在负氧离子气化装置4中反应生成合成气，合成气则通入合成气处理应用装置5进行处理。
35.预处理装置1可以是分选设备、干燥设备以及破碎设备。其中，分选设备可以是分拣机、风选机、筛分机等机械化分选设备。干燥设备可以是低压蒸汽、导热油、低温烟气。破碎设备可以是剪切式破碎机。需要说明的是，预处理装置1可以针对不同的含碳固体废弃物进行组合，分选设备、干燥设备以及破碎设备均为非必要设备，实际使用中根据含碳固体废弃物的物料特性灵活搭配。例如，若含碳固体废弃物本身含水量已满足气化需求，干燥机则不需要设置。
36.输送装置2用于连接预处理装置1和负氧离子气化装置4，具体根据含碳固体废弃物的成分和原料类型设置，可以是螺旋、皮带、抓斗、铲车等机械输送或者气力输送，也可以是几种输送方式的组合。
37.负氧离子发生装置3包括气化剂进口6、负氧离子出口7以及负氧离子强化器8，负氧离子出口7通过分配管线与负氧离子气化装置4连接，负氧离子浓度较优的为50万～2000万个/cm3。负氧离子强化器8可以产生电场、磁场、电磁场中的一种或多种的组合。具体地，本技术实施例中，负氧离子强化器8为电磁场发生器，可以产生电磁场。另外，气化剂可以是氧气、富氧空气、空气中的一种或多种的混合气体，富氧空气中氧气体积含量25～90%。
38.负氧离子气化装置4的上部具有进料口11、粗合成气出口12，进料口11用于接收输送系统的物料，粗合成气出口12通过管道与合成气处理应用装置5连接。负氧离子气化装置4的上部、中部、下部各区域均设置有负氧离子喷嘴9，负氧离子喷嘴9通过管道与负氧离子发生装置3连接。
39.负氧离子气化装置4的底部设置有灰渣区13、灰渣出口14、二次负氧离子喷嘴10以及冷渣槽15。负氧离子喷嘴9于负氧离子气化装置4的上部、中部、下部多层布置，从而使负氧离子强化后通过布置于不同位置的负氧离子喷嘴9进入负氧离子气化装置4，提高操作灵
活性。
40.负氧离子与含碳固体废弃物发生非催化部分氧化反应，转化为粗合成气和熔融态灰渣，熔融态灰渣经冷渣槽15冷却后成为玻璃态固体灰渣，可作为道路、建筑用材料。灰渣中残碳质量含量小于0.5%，较优的为0.5～0.1%。
41.粗合成气的产量与含碳固体废弃物的处理量相关，1kg含碳固体废弃物可以提供1～5nm3的粗合成气。粗合成气的主要成分一般为氢气、一氧化碳、二氧化碳、水、c4及以下的烃类。粗合成气中各成分较优的含量：氢气5～10%；一氧化碳10～30%；二氧化碳2～40%；水10%～50%、c4及以下的烃类：0.001～15%，上述组成均为体积百分比。
42.根据含碳固体废弃物的性质及反应产物的品质需求，负氧离子气化装置4的气化温度需要控制在200℃～1200℃，操作压力的控制范围为-0.10～13mpa，灰渣区13操作温度1200～1600℃。含碳固体废弃物经过负氧离子气化装置4处理后，负氧离子与含碳固体废弃物的质量比例：0.1～10。
43.参照图2和图3，合成气处理应用装置5可以是用于产生蒸汽的粗合成气锅炉17，也可以是余热回收废锅18、烟气净化系统19以及空气预热器20，也可以是热回收换热器22，也可以是上述多种设备的组合。在合成气处理应用装置5内，粗合成气作为燃料气提供热量或者回收热量后外送作为化工原料气。
44.本技术实施例中，含碳固体废弃物包括生活垃圾、市政污泥、医疗垃圾、废旧轮胎以及农业、林业生产中产生的农作物秸秆、木屑、树枝、树叶、禽畜粪便等生物质。含碳固体废弃物的组成：碳含量大于10%，水分小于60%，灰分小于60%，上述组成均为质量百分比。
45.例如，当含碳固体废弃物为生活垃圾时，较优的组成为：碳含量20～70%，水分5～50%，灰分小于50%，上述组成均为质量百分比。
46.当含碳固体废弃物为市政污泥时，较优的组成为：碳含量15～40%，水分10～60%，灰分小于60%，上述组成均为质量百分比。
47.当含碳固体废弃物为医疗垃圾时，较优的组成为：碳含量20～70%，水分5～50%，灰分小于50%，上述组成均为质量百分比。
48.当含碳固体废弃物为废旧轮胎时，较优的组成为：碳含量40～70%，水分5～10%，灰分小于20%，上述组成均为质量百分比。
49.当含碳固体废弃物为农林废弃物时，较优的组成为：碳含量20～60%，水分10～40%，灰分小于30%，上述组成均为质量百分比。
50.本技术实施例一种负氧离子中低温气化无害化的固体废弃物处理系统的实施原理为：参照图2，以含碳固体废弃物为医疗垃圾为例进行说明，医疗垃圾具体组成如下，工业分析：水分40%，挥发分20.82%，固定碳36.12%，灰分3.06%。
51.医疗垃圾首先经过预处理装置1，具体为分选机分选，除去其中的玻璃类固体废弃物。分选后的医疗垃圾然后通过输送装置2，具体为抓斗，送至负氧离子气化装置4，进料量为1t/h。
52.气化剂空气流量为601nm3/h，首先进入负氧离子发生装置3，产生负氧离子，浓度不低于50万个/cm3，然后经过负氧离子强化器8加强。
53.强化负氧离子通过负氧离子喷嘴9进入负氧离子气化装置4，与分选后的医疗垃圾发生非催化部分氧化反应，反应压力0.1mpa，负氧离子气化装置4的底部反应温度900℃，负
氧离子气化装置4的上部粗合成气出口12温度200℃，粗合成气产量为1530nm3/h，合成气干基体积百分比：一氧化碳19.96%，氢气28.84%，二氧化碳7.31%，氮气35.69%，c4及以下烃类：8.20%。
54.强化负氧离子通过二次负氧离子喷嘴10进入负氧离子气化装置4的底部灰渣区13，与灰渣中残碳反应，反应温度1320℃，熔融态灰渣从负氧离子气化装置4底部灰渣出口14排出后，进入冷渣槽15，成为玻璃态固体灰渣，其残碳含量为0.3%。
55.粗合成气通过粗合成气出口12排出后进入合成气处理应用装置5，具体地，粗合成气通过燃烧器16进入粗合成气锅炉17，在其中燃烧后，生成高温烟气，高温烟气经过余热回收废锅18进行降温至260℃。
56.在余热回收废锅18中，锅炉水与高温烟气换热，锅炉水的入口温度为105℃，压力为1.0mpa，产生0.5mpa蒸汽24每小时5.5t，烟气随后进入烟气净化系统19，进行脱硫、脱硝和除尘处理，最后在空气预热器20与助燃空气进行换热，经引风机21排空，排放温度145℃。预热后的空气送至燃烧器16。
57.参照图3，另外，以含碳固体废弃物为农业废弃物，其具体组成如下，工业分析：水分18.02%，挥发分56.12%，固定碳19.04%，灰分6.81%。
58.农业废弃物首先经过预处理装置1，具体为破碎机破碎，破碎至粒径小于400mm。破碎后的农业废弃物然后通过输送装置2，具体为皮带输送机送至负氧离子气化装置4，进料量为5t/h。
59.气化剂氧气流量为2460nm3/h，首先进入负氧离子发生装置3，产生负氧离子，浓度不低于200万个/cm3，然后经过负氧离子强化器8加强。
60.强化负氧离子通过负氧离子喷嘴9进入负氧离子气化装置4，与农业废弃物发生非催化部分氧化反应，反应压力4mpa，负氧离子气化装置4的底部反应温度为1000℃，负氧离子气化装置4的上部粗合成气出口12温度350℃，粗合成气产量为8120nm3/h，合成气干基体积百分比：一氧化碳56.30%，氢气25.40%，硫化氢0.17%，二氧化碳10.02%，氮气0.66%，c4及以下烃类：7.45%。
61.强化负氧离子通过二次负氧离子喷嘴10进入负氧离子气化装置4的底部灰渣区13，与灰渣中残碳反应，反应温度1410℃，熔融态灰渣从负氧离子气化装置4底部灰渣出口14排出后，进入冷渣槽15，成为玻璃态固体灰渣，其残碳含量为0.1%。粗合成气通过粗合成气出口12排出后，进入热回收换热器22进行热量回收，温度降至150℃后作为化工原料气送出，热负荷为700kw。
62.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。