一种垃圾热解装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明属于垃圾无害化处理领域，具体涉及一种垃圾热解装置与方法。
【背景技术】
[0002]随着经济的高速发展，人民生活水平的不断提高，城市生活垃圾的产量与日倶增。泛滥成灾的城市生活垃圾己成为严重的社会问题，不仅威胁到了居民自身的安全和生存，而且带来了严重的环境污染。对生活垃圾进行无害化和资源化处理己成为市政亟待解决的重要问题。
[0003]城市生活垃圾的组成特别复杂，主要包括厨余、废纸、废塑料、废织物、草木、废橡胶、废金属、废玻璃陶瓷片、砖瓦渣土等。现阶段城市垃圾的处理方式主要是填埋，其次是堆月巴、焚烧和热解。填埋作为一种最简单的处理方法，具有操作简单、适应性广的优点，但存在着大量侵占土地资源、造成二次污染等问题。堆肥处理是利用微生物将垃圾中可降解有机物转化为稳定的腐殖质作为肥料，但垃圾中含有的氯、苯等有机物及重金属等有害物质在现阶段还很难加以解决，用于农作物肥料时存在一定的风险。直接焚烧法可以摧毁垃圾中的病菌并将垃圾中的能量加以利用，但容易产生S0X、N0X、HC1、二噁英、多环芳烃等污染物，从而造成二次污染。
[0004]近年来，垃圾的热解处理获得了越来越多的关注。采用热解技术处理城市生活垃圾，具有工艺过程短、原料适应性强、反应迅速、转化率高、不产生二噁英等有毒有害物质，同时联产固体、液体或气体燃料等诸多优点。以生物质、煤等为原料的热解装置及技术，已有多种不同的种类且较为成熟。然而，这些热解装置多数难以适用于垃圾原料。这是由我国的垃圾特点造成的，目前我国的垃圾多数为原始垃圾，没有经过分选，一般具有以下缺点:
1、垃圾的水分含量大且波动范围大，容易受天气、季节、城市等多种因素的影响；2、垃圾的组分极为复杂且波动范围大，容易受季节、城市等因素的影响；3、垃圾中含有大量的C1等污染元素，处理过程中容易造成二次污染；4、热解过程是一个吸热过程，需要源源不断地向热解反应器提供热量，容易造成能耗过高问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种垃圾热解的装置与方法。
[0006]本发明所述的垃圾热解装置采用的技术方案为:
[0007]—种垃圾热解装置，包括垃圾热解系统、水蒸汽冷凝系统、残炭收集系统、可燃气燃烧炉、余热利用系统、尾气处理系统:
[0008]所述垃圾热解系统的载气入口与余热利用系统的热空气出口相连；垃圾热解系统的水蒸汽出口与水蒸汽冷凝系统的入口相连，垃圾热解系统的固体出口与残炭收集系统的残炭入口相连，垃圾热解系统的热解气出口与可燃气燃烧炉的入口相连；可燃气燃烧炉的烟气出口与余热利用系统烟气入口相连；余热利用系统的尾气出口与尾气处理系统的入口相连，余热利用系统的热空气出口与垃圾热解系统的热空气入口相连；
[0009]所述垃圾热解系统包括多个固定床热解反应器；所述多个固定床热解反应器结构相同且水平并联，由左至右依次为第一固定床热解反应器、第二固定床热解反应器、……、第N固定床热解反应器，N为大于2的整数；所述多个固定床热解反应器安装在残炭收集系统的上方并密闭相连，每个固定床热解反应器的炉膛上部设置气体出口，分别连接水蒸汽冷凝系统和可燃气燃烧炉的进口管道，气体出口管道上分别配置水蒸汽出口阀和热解气出口阀控制气体进入水蒸汽冷凝系统或可燃气燃烧炉。
[0010]优选的，所述水蒸汽冷凝系统为套管式冷凝器或壳管式冷凝器。
[0011]优选的，所述余热利用系统内布置有空气换热器和水换热器:所述空气换热器的热空气出口温度为110-200°c。
[0012]所述每一个固定床热解反应器分别配置一个料斗、一个进料系统、上顶盖、点火器、炉膛本体、进风环、和下底盖；料斗的出口与进料系统的入口相连，进料系统的出口对应着固定床热解反应器的炉膛入口，上顶盖和下顶盖分别位于炉膛的上端和下端，均为自动开闭门，点火器位于炉膛的上部，进风环位于炉膛的下部，其整体高度为炉膛高度的1/4-1/3，进风环的内壁与炉膛的外壁之间形成进风空间，进风环内壁所对应的炉膛的壁面上，开具了多个进风小口，进风小口的直径从下至上逐渐减小，进风环的下部开设进风口，并配置热空气进口阀控制热空气的供应量，热空气沿切向进入进风环。
[0013]优选的，所述进料系统为斗式提升机。
[0014]所述残炭收集系统包括钢履带、传动轴、驱动控制系统、水冷系统和密封传送室；所述钢履带置于密封传送室之内，呈环形布置，两端设置有防止物料滑落或吹走的防护栏，由耐热耐腐蚀不锈钢制成，并有足够的长度以满足残炭冷却所需时间；钢履带的两端各有一个传动轴，其中一个为主动轴，另一个为从动轴，以实现钢履带的传动；从动轴完全置于密封传动室内，主动轴则与置于密封传送室之外的驱动控制系统相连；钢履带的下方布置有水冷系统。
[0015]所述尾气处理系统包括旋风分离器、灰斗、半干式反应塔、中和循环水池、加药装置、干式反应器和烟囱；旋风分离器下方布置灰斗，上方气体出口与半干式反应塔入口相连；半干式反应塔气体出口和干式反应器入口相连，液体出口布置中和循环水池，干式反应器出口布置烟囱，半干式反应塔和干式反应器入口均与加药装置相连。
[0016]一种基于上述装置的垃圾热解方法，具有以下步骤:
[0017]在垃圾热解反应之前，首先关闭固定床热解反应器的下底盖、热空气进口阀和热解气出口阀，打开上顶盖和水蒸汽出口阀。将垃圾经料斗和进料系统送入垃圾热解系统的某个固定床热解反应器中；进料完成后，关闭上顶盖，打开热空气进口阀利用来自余热利用系统的热空气，对垃圾进行烘干，所产生的水蒸汽进入水蒸汽冷凝系统中冷凝；当干燥反应完成后，打开热解气出口阀同时关闭水蒸气出口阀，调节热空气流量，利用点火器点火，开始热解过程，热解产生的气体经热解气出口进入可燃气燃烧炉；当热解反应结束后，关闭可燃气出口阀和热空气进口阀，打开固定床热解反应器的下底盖，热解残炭通过重力落入残炭收集系统的钢履带上，实现残炭的冷却、输送和收集；
[0018]垃圾热解系统的N个固定床热解反应器分为三组，各组分别处于进料和排料阶段、干燥阶段、热解阶段。处于热解阶段的固定床热解反应器产生热解气供可燃气燃烧炉反应，可燃气燃烧炉中设置值班火焰防止灭火；燃烧产生的高温烟气进入余热利用系统完成热量的回收，部分热量用于将定量的冷空气加热至所需的温度成为热空气，剩余热量用于加热冷却水获得热水或蒸汽；热空气以不同流量分别供给垃圾热解系统中处于干燥和热解阶段的固定床热解反应器，干燥阶段需要的热空气流量多于热解阶段，处于进料和排料阶段的固定床热解反应器不进热空气；余热利用系统出口的低温烟气经尾气处理系统净化处理后排空。
[0019]优选的，所述的垃圾热解系统中的固定床热解反应器干燥温度为100-200°C，热解温度为 300-500 °C。
[0020]优选的，所述可燃气燃烧炉为微负压富氧燃烧运行。
[0021]本发明的有益效果为:
[0022]本发明所述的垃圾热解装置，采用了多级并联的固定床垃圾热解装置以及高效的尾气净化处理系统，具有以下几方面的优点:
[0023]1、对垃圾的水分适应能力强，尤其适用于处理高水分含量的垃圾；垃圾中一般都含有大量的水分，所需的干燥时间较长，本发明所述的热解系统，可灵活调整干燥时间，确保充分干燥，而且干燥过程中产生的水分不会混入热解气中，从而不会影响热解气的燃烧应用。
[0024]2、可适用于各种原始垃圾，固定床热解反应器的炉膛内不设复杂的内置部件，可直接放入原始垃圾，无需对垃圾进行破碎或分选等预处理。
[0025]3、对垃圾的组分变化适应能力强；垃圾的组分，受地理、天气、季节等各种因素的影响且变化极大，本发明所述的热解系统，通过采用多级并联的固定床热解反应器，可确保不同的固定床热解反应器处于不同的工作状态，并配合干燥、热解等工艺环节的时间和温度的调控，即可适应不同的垃圾。
[0026]4、采用多级并联的固定床热解反应器，一方面，可以根据垃圾处理量的需求选择不同数量的反应器进行工作，因而该系统具有较宽的处理能力调节范围；另一方面，可以灵活调整各反应器的工作状态，实现进料、干燥、热解、出料各环节的灵活匹配。
[0027]5、通过热解、可燃气燃烧以及烟气净化三个过程，可确保没有任何二噁英等污染物的排放:热解过程为有限供氧产生h2、CO等还原性组分，且温度较低、物料在炉中的停留时间足够