一种生活垃圾的处理系统及方法

一种生活垃圾的处理系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种生活垃圾的处理系统及方法。系统包括料坑加热系统、蓄热式旋转床热解炉、流化床气化装置及冷凝器；料坑加热系统包括热管介质入口、出料口；蓄热式旋转床热解炉包括进料口，气体出口，垃圾炭出口和烟气出口；进料口与料坑加热系统的出料口相连；冷凝器的高温油气入口与蓄热式旋转床热解炉的气体出口相连；冷凝器的内循环气出口和蓄热式旋转床热解炉的烟气出口分别与料坑加热系统的热管介质入口相连；流化床气化装置的垃圾炭入口与蓄热式旋转床热解炉的出料口相连。方法包括：将结冰的生活垃圾加热后进行干燥与热解，将烟气及吸收热量后的介质回收利用；将垃圾炭气化。本发明解决了结冰生活垃圾的处理问题，同时循环利用了余热。
【专利说明】
一种生活垃圾的处理系统及方法
技术领域
[0001] 本发明主要涉及一种垃圾的处理系统及方法，尤其涉及一种结冰生活垃圾的处理 系统及方法。
【背景技术】
[0002] 目前，城市生活垃圾的处理问题已然成为全民关注的焦点。现有填埋、堆肥、焚烧 等处理技术，但由于这些技术存在一些固有的缺点，使其发展受到限制。我国许多城市建设 了生活垃圾焚烧发电厂，但焚烧带来的二噁英污染问题引起了人们对垃圾焚烧方式的争 议。二噁英环境毒性大，不易降解，对居民身体健康造成极大威胁。
[0003] 生活垃圾热解技术以其资源化利用率高、环境污染小的优点越来越被人们所青 睐，采用热解的方式处理垃圾，不会产生二噁英、飞灰等问题，是现在最理想的垃圾处理方 式。热解主要产物有以下几种：1.热解油，一部分热解油通过精制可作为燃料油使用；2 .热 解炭，大部分以炭黑形式存在，可作为固体燃料使用也可掺烧水泥等;3.热解气，包括一些 低分子碳氢化合物如氢气、甲烷、一氧化碳等，可作为燃料气使用，是热解产生经济价值的 主要产品。
[0004] 另外热解气含有高利用价值的余热，对余热进行回收利用可实现节能减排、降低 生产成本等目的。
[0005] 但是在寒冷地区的冬天，垃圾极易结冰，如果直接将其处理，会增加预处理的难 度，而且将其送入热解炉中热解会消耗更多的能量，这会增加投入成本，且浪费资源。
[0006] 现有技术有一种用于北方垃圾发酵加热的装置，该装置主要利用锅炉加热使冬季 结冰的生活垃圾发酵，但采用的加热装置过于复杂，耗能较大，且对于垃圾的处理仍采用的 是焚烧的方式，会产生二噁英、飞灰等物质污染环境。
[0007] 所以，针对上述问题，有必要发明一种生活垃圾的处理系统及方法，在对结冰生活 垃圾处理的同时，又能有效地对热解气余热进行回收，以达到节能减排、提高能源利用效 率、简化工艺流程、降低生产成本的目的。

【发明内容】

[0008] 针对上述问题，本发明旨在提供一种生活垃圾的处理系统及方法，该系统及方法 在处理结冰生活垃圾的同时，又能对热解气和烟气余热回收利用。
[0009] 本发明提供的生活垃圾的处理系统包括:料坑加热系统、蓄热式旋转床热解炉、流 化床气化装置及冷凝器，其中，所述料坑加热系统包括热管介质入口、出料口；所述蓄热式 旋转床热解炉包括进料口、气体出口、垃圾炭出口和烟气出口；所述进料口与所述料坑加热 系统的出料口相连，所述烟气出口与所述料坑加热系统的热管介质入口相连;所述冷凝器 包括高温油气入口、内循环气出口；所述高温油气入口与所述蓄热式旋转床热解炉的气体 出口相连;所述内循环气出口与所述料坑加热系统的热管介质入口相连;所述流化床气化 装置包括垃圾炭入口，所述垃圾炭入口与所述蓄热式旋转床热解炉的垃圾炭出口相连。
[0010] 上述的处理系统，所述料坑加热系统的四周设有热管。
[0011] 上述的处理系统，所述料坑加热系统的出料口与所述蓄热式旋转床热解炉的进料 口之间设有给料机和皮带输送机构。
[0012] 上述的处理系统，所述蓄热式旋转床热解炉包括旋转床热解炉本体、蓄热式燃烧 器;所述旋转床热解炉本体包括炉壁、转动的炉底及所述炉壁与所述转动的炉底围起来的 炉膛;所述蓄热式燃烧器设于所述炉壁;所述炉膛沿所述炉底的旋转方向分为干燥区和热 解区。
[0013] 上述的处理系统，所述蓄热式旋转床热解炉的垃圾炭出口与所述流化床气化装置 的垃圾炭入口之间设有双螺旋出料机。
[0014] 进一步地，所述处理系统还可包括除尘净化系统、可燃气储罐;所述除尘净化系统 包括混合气入口、可燃气出口和除尘灰出口，所述混合气入口与所述流化床气化装置的混 合气出口相连，所述除尘灰出口与所述流化床气化装置的除尘灰入口相连;所述可燃气储 罐包括可燃气入口、可燃气出口，所述可燃气入口与所述除尘净化系统的可燃气出口相连， 所述可燃气出口与所述蓄热式旋转床热解炉的可燃气入口相连。
[0015] 本发明还提供一种利用上述处理系统进行生活垃圾的处理方法，所述方法包含以 下步骤:将结冰的生活垃圾送入所述料坑加热系统进行加热，使得所述结冰的生活垃圾融 化;将所述融化了的生活垃圾送入所述蓄热式旋转床热解炉进行干燥与热解反应，反应生 成高温油气和垃圾炭;将所述蓄热式旋转床热解炉内的烟气通入所述料坑加热系统;将所 述高温油气通入所述冷凝器进行冷却分离，分离出热解油和热解气;将所述冷凝器内吸收 热量后的介质作为热源通入所述料坑加热系统;将所述垃圾炭通入所述流化床气化装置进 行气化，获得混合气。
[0016] 上述的方法，所述冷凝器内的介质可为空气。
[0017] 上述的方法，所述蓄热式旋转床热解炉的干燥温度为300°C-400 °C、热解温度为 500 °C-800 °C ;所述流化床气化装置的气化温度为850 °C-1300 °C。
[0018] 进一步地，所述方法还可包括步骤：
[0019] 将所述气化产生的混合气经过除尘净化系统进行除尘、冷却、脱硫后得到可燃气 产品;将所述除尘净化系统产生的除尘灰通入所述流化床气化装置；
[0020] 将所述可燃气的一部分送入可燃气储罐，另一部分送入所述蓄热式旋转床热解炉 的蓄热式燃烧器。
[0021] 根据本发明的上述技术方案，在解决结冰生活垃圾的处理问题的同时，又能对热 解气余热进行回收，达到了节能减排、提高能源利用效率、简化工艺流程、降低生产成本的 目的。
【附图说明】
[0022]图1是本发明实施例的生活垃圾的处理系统流程图；
[0023]图2是本发明实施例的蓄热式旋转床热解炉的俯视结构简图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】进行更加详细的说明，以便能 够更好地理解本发明的方案以及各个方面的优点。然而，以下描述的【具体实施方式】和实施 例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
[0025] 本发明所述的一种适用于寒冷地区结冰生活垃圾的处理系统和方法，主要工艺流 程是：
[0026] 将结冰的垃圾送入垃圾料坑加热系统后，料坑加热系统的料坑四周缠绕的热管对 其进行加热。待结冰的垃圾融化后，将其送入无热载体蓄热式旋转床，最终生成高温油气和 固体垃圾炭，而燃烧排出的烟气通入料坑四周的热管中，为结冰的垃圾提供热量。高温油气 通过冷凝器进行冷凝后分离出热解油和热解气，冷凝器内的介质吸热后通入料坑四周的热 管中，作为热管的热源，也为结冰的垃圾提供热量。冷凝器内的介质可为空气。本系统中蓄 热式旋转床热解炉排出的烟气和冷凝器内受热的空气一同作为热管的热源，为结冰的垃圾 提供热量，实现了热解余热的循环利用。垃圾炭经过炉体的可实现破碎功能的密封双螺旋 出料机出料，送入流化床气化装置进行气化。将气化得到的气体混合物经过除尘净化后可 得到可燃气产品。同时混合气中的臭气在热解气化过程中得到祛除。
[0027] 本发明通过简单的流程便完成了加热干燥和热解的目的，最终得到可燃气，工艺 流程短、运行成本低，资源化、能源化水平高，产品经济效益好，二次污染少，无二噁英产生， 易于实现垃圾热解的工业化和规模化。
[0028]本发明的工艺处理过程中，其前期进行加热结冰垃圾的热量来自于油气冷凝过程 中释放的能量及旋转床排出的烟气热量，达到了循环利用热解余热的目的，有较高的环保 经济价值。
[0029] 本发明技术方案的实现将通过以下内容进行详细说明。
[0030] 如图1所示，本实施例的生活垃圾的处理系统主要包括料坑加热系统，蓄热式旋转 床热解炉，流化床气化装置，除尘净化系统，可燃气储罐。其中的除尘净化系统与可燃气储 罐不是必要装置。
[0031] 所述料坑加热系统具有热管介质入口和出料口。冷凝器的内循环气出口与料坑热 管介质入口相连。高温油气通过冷凝器进行油气分离，冷凝器内的介质吸收热量后，将这部 分热量通过热管传递给料坑中结冰的垃圾加热。
[0032] 如图2所示，与料坑加热系统相连的所述蓄热式旋转床热解炉具有进料口 3，高温 油气出口 5，垃圾炭出口 4，可燃气入口和烟气出口，并根据温度沿旋转床炉底旋转方向依次 分为干燥区（300 °C-400 °C ) 1、热解区（500 °C-800 °C ) 2，所述蓄热式旋转床热解炉的高温油 气出口设置在蓄热式旋转床热解炉的热解区炉顶、靠近垃圾炭出口 4的位置，所述蓄热式旋 转床热解炉的垃圾炭出料采用双螺旋出料机。图2为蓄热式旋转床热解炉的俯视图。
[0033] 所述流化床气化装置用于将垃圾炭进行气化，使之成为气体混合物。流化床气化 装置具有垃圾炭入口，气化剂入口，混合气出口和除尘灰入口，所述流化床气化装置的垃圾 炭入口与蓄热式旋转床热解炉的出料口相连。
[0034] 所述除尘净化系统具有混合气入口，可燃气出口和除尘灰出口，所述除尘净化系 统的混合气入口与流化床气化装置的混合气出口相连，所述除尘净化系统的除尘灰出口与 所述流化床气化装置的除尘灰入口相连。
[0035] 所述可燃气储罐具有可燃气入口，所述可燃气储罐的可燃气入口与除尘净化系统 的可燃气出口相连。进一步地，所述可燃气储罐的可燃气出口与蓄热式辐射管旋转床的可 燃气入口相连。
[0036]上述系统中各装置的详细介绍将结合以下的处理方法来加以阐述。
[0037]本发明的生活垃圾的处理方法，包括步骤：
[0038] A、生活垃圾的加热:将结冰的生活垃圾卸入料坑加热系统的料坑中，通过料坑四 周的热管给其加热;待结冰的垃圾融化后，通过给料机和皮带送入蓄热式旋转床热解炉，在 输送过程中拣出其中的大块无机物，如砖头、石块、大件玻璃金属制品等。
[0039] B、生活垃圾的干燥、热解:热解的主体设备为无热载体蓄热式旋转床热解炉，它包 括旋转床热解炉本体、蓄热式燃气燃烧器以及布料、出料等辅助机构。其炉底为可转动的环 形炉底，蓄热式燃气燃烧器布置于环形炉壁，燃烧器为辐射管结构，可燃气燃烧后以热辐射 的方式提供垃圾热解所需的热量，蓄热式旋转床热解炉的辐射管内的烟气与旋转床内的气 氛隔绝。烟气被进一步通入料坑加热系统的热管中。将热解炉分为两个区域，分别是干燥区 和热解区，在炉体顶部靠近热解区末端设置气体出口，用于收集含有水蒸汽的高温油气。
[0040] 干燥区温度300-400°C，主要作用是将垃圾中的水分进行烘干。炉内烘干与炉外烘 干的能耗差别主要在于水蒸气由100°c升高到炉内温度所消耗的显热Q；遽气。由于水的气化 潜热很大，而热量仅占总能耗的25 %左右。同时又由于炉外烘干热效率较低，烟气量 大，含有臭味的烟气还需进行臭气处理，整体运行费用提高，因而炉内烘干更具优势。
[0041] 热解区温度500-800°C，是垃圾完成热解的主反应区，反应生成高温油气和垃圾 炭。同时干燥区生成的带有臭味的气体也在该区内被进一步升温，部分臭气被祛除。旋转床 排出的烟气通入料坑四周的热管中，与冷凝器中的受热空气一同为结冰垃圾供热。
[0042] 热解产生的高温油气通过冷凝器进行冷却分离，分离出热解油和热解气;冷凝器 内的介质吸收热量后通入料坑四周的热管中作为热源，加热结冰的垃圾。
[0043] 产生的垃圾炭采用密封双螺旋出料机出料并送入流化床气化装置内，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，其疏松易于破碎，经过双螺旋的搅拌、挤压作用，可在出 料的同时完成破碎过程，形成符合流化床气化装置气化的原料。
[0044] C、冷凝器热量回用：高温油气通过冷凝器进行冷却进而达到油气分离，冷凝器内 的介质吸收热量，通入料坑四周缠绕的热管中作为热源，为结冰的垃圾加热。介质可为空 气。
[0045] D、流化床气化:垃圾炭通入流化床气化装置内进行气化，气化温度为850 °C-1300 °C，气化过程中利用炉内的高温裂解、部分气化，垃圾炭对焦油的催化重整作用将大分子焦 油气化裂解为小分子物质，达到脱除焦油的目的，解决了垃圾热解油难以处理和利用的问 题。剩余残渣被收集起来作为建筑材料或进行填埋处理。
[0046] E、气化混合气的除尘净化:气化产生的混合气经过两级旋风除尘器、冷却、脱硫后 得到可燃气产品。除尘器产生的除尘灰通过反料器返回至流化床气化装置内。一部分可燃 气作为燃料气供给蓄热式燃烧器燃烧，一部分可作为产品进行销售。
[0047] 本发明实施例的技术方案解决了结冰的生活垃圾的处理问题，避免了将结冰垃圾 直接放入热解炉进行热解会消耗更多能量的缺陷。本发明利用冷凝油气产生的热量和蓄热 式旋转床热解炉产生的烟气来加热垃圾，既利用了能量，又可以减少热解能耗。进一步地， 本发明提高了垃圾热解气化工艺的整体经济性，易于工业化推广。
[0048] 下面结合具体实施例来说明本发明的技术方案。
[0049] 下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述说明书中 所示。
[0050] 实施例1
[0051] 采用某市生活垃圾为原料，垃圾含水率50%，成分组成如表1:
[0052]表1生活垃圾成分组成(wt%)(重量含量） 「00531
[0054]利用【具体实施方式】中介绍的生活垃圾处理系统进行处理的步骤如下：
[0055] A、生活垃圾的加热:将结冰的生活垃圾卸入料坑中，通过料坑四周的热管给其加 热，待结冰的垃圾融化后，通过给料机和皮带送入蓄热式旋转床热解炉，在输送过程中拣出 其中的大块无机物，如砖头、石块、大件玻璃金属制品等。
[0056] B、生活垃圾的干燥、热解:热解的主体设备为无热载体蓄热式旋转床热解炉，它包 括旋转床热解炉本体，蓄热式燃气辐射管燃烧器，以及布料、出料等辅助机构。蓄热式旋转 床热解炉炉底为可转动的环形炉底，蓄热式燃气燃烧器布置于环形炉壁，其为辐射管。可燃 气燃烧后以热辐射的方式提供垃圾热解所需热量，辐射管内的烟气与旋转床内的气氛隔 绝。将热解炉分为两个区域，分别是干燥区和热解区，在炉体顶部靠近热解区末端设置有气 体出口，用于收集含有水蒸汽的高温油气。
[0057] 干燥区温度300°C，主要作用是将垃圾中的水分进行烘干。热解区温度600°C，是垃 圾完成热解的主反应区，反应生成高温油气和垃圾炭。本试验也试过了其他温度比如干燥 区温度350°C或400°C等，热解区温度500°C、850°C等，效果均类似。同时干燥区生成的带有 臭味的气体也在该区内被进一步升温，可将部分臭气祛除。
[0058]热解产生的高温油气通过冷凝器进行冷却分离，分离出热解油和热解气；冷凝器 内的介质吸收热量后通入料坑四周的热管中作为热源，加热结冰的垃圾。
[0059] 产生的垃圾炭采用密封双螺旋出料机出料并送入流化床气化装置内，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，可在出料 的同时完成破碎过程，形成符合流化床气化装置气化的原料。
[0060] C、冷凝器热量回用：高温油气通过冷凝器进行冷却进而达到油气分离，冷凝器内 的介质吸收热量，通入料坑四周缠绕的热管中作为热源，为结冰的垃圾加热。
[0061] D、流化床气化:气化温度为1000°C，垃圾炭通入流化床气化装置进行气化，气化过 程中利用炉内的高温裂解、部分气化，垃圾炭对焦油的催化重整作用将大分子焦油气化裂 解为小分子物质，达到脱除焦油的目的，解决了垃圾热解油难以处理和利用的问题。剩余残 渣被收集起来作为建筑材料或进行填埋处理。当然本试验气化装置的气化温度为850°C_ 1300 °C，本试验取过气化温度为850 °C、1300 °C等值，效果均类似。
[0062] E、气化混合气的除尘净化:气化产生的混合气经过两级旋风除尘器、冷却、脱硫后 得到可燃气产品。除尘器产生的除尘灰通过反料器返回至流化床气化装置。可燃气的一部 分作为燃料气供给蓄热式燃烧器燃烧，一部分作为产品销售。每吨垃圾可产可燃气230Nm 3， 其成分及热值如下：
[0063] 表2可燃气成分及热值
[0064]
[0065] 由以上实施例可见，本发明的技术方案在解决结冰垃圾的处理问题的同时，又能 对热解气余热进行回收，达到了节能减排、提高能源利用效率、简化工艺流程、降低生产成 本的目的。
[0066]最后应说明的是:显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并 非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做 出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引 申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【主权项】
1. 一种生活垃圾的处理系统，其特征在于，所述系统包括料坑加热系统、蓄热式旋转床 热解炉、流化床气化装置及冷凝器，其中， 所述料坑加热系统包括热管介质入口、出料口； 所述蓄热式旋转床热解炉包括进料口、气体出口、垃圾炭出口和烟气出口；所述进料口 与所述料坑加热系统的出料口相连，所述烟气出口与所述料坑加热系统的热管介质入口相 连； 所述冷凝器包括高温油气入口、内循环气出口；所述高温油气入口与所述蓄热式旋转 床热解炉的气体出口相连;所述内循环气出口与所述料坑加热系统的热管介质入口相连； 所述流化床气化装置包括垃圾炭入口，所述垃圾炭入口与所述蓄热式旋转床热解炉的 垃圾炭出口相连。2. 根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述料坑加热系统的四周设有热管。3. 根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述料坑加热系统的出料口与所述蓄 热式旋转床热解炉的进料口之间设有给料机和皮带输送机构。4. 根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述蓄热式旋转床热解炉包括旋转床 热解炉本体、蓄热式燃烧器;所述旋转床热解炉本体包括炉壁、转动的炉底及所述炉壁与所 述转动的炉底围起来的炉膛;所述蓄热式燃烧器设于所述炉壁;所述炉膛沿所述炉底的旋 转方向分为干燥区和热解区。5. 根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述蓄热式旋转床热解炉的垃圾炭出 口与所述流化床气化装置的垃圾炭入口之间设有双螺旋出料机。6. 根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括除尘净化系统、 可燃气储罐;所述除尘净化系统包括混合气入口、可燃气出口和除尘灰出口，所述混合气入 口与所述流化床气化装置的混合气出口相连，所述除尘灰出口与所述流化床气化装置的除 尘灰入口相连;所述可燃气储罐包括可燃气入口、可燃气出口，所述可燃气入口与所述除尘 净化系统的可燃气出口相连，所述可燃气出口与所述蓄热式旋转床热解炉的可燃气入口相 连。7. -种利用权利要求1-6任一项所述处理系统的处理方法，其特征在于，所述方法包括 步骤： 将结冰的生活垃圾送入所述料坑加热系统进行加热，使得所述结冰的生活垃圾融化； 将所述融化了的生活垃圾送入所述蓄热式旋转床热解炉进行干燥与热解反应，反应生 成高温油气和垃圾炭;将所述蓄热式旋转床热解炉内的烟气通入所述料坑加热系统； 将所述高温油气通入所述冷凝器进行冷却分离，分离出热解油和热解气； 将所述冷凝器内吸收热量后的介质作为热源通入所述料坑加热系统； 将所述垃圾炭通入所述流化床气化装置进行气化，获得混合气。8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述冷凝器内的介质为空气。9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述蓄热式旋转床热解炉的干燥温度为 300 °C-400 °C、热解温度为500 °C-800 °C ;所述流化床气化装置的气化温度为850 °C-1300 °C。10. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤： 将所述气化产生的混合气经过除尘净化系统进行除尘、冷却、脱硫后得到可燃气产品； 将所述除尘净化系统产生的除尘灰通入所述流化床气化装置； 将所述可燃气的一部分送入可燃气储罐，另一部分送入所述蓄热式旋转床热解炉的蓄 热式燃烧器。
【文档编号】C10J3/54GK105855274SQ201610391388
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】包欣欣, 贾懿曼, 陶进峰, 王鹏飞, 王江华, 吴道洪
【申请人】北京神雾环境能源科技集团股份有限公司