利用烟气余热干燥垃圾的系统和方法与流程

本发明涉及能源综合利用技术领域，尤其涉及一种干燥垃圾的系统和方法，更具体地，涉及一种利用烟气余热干燥垃圾的系统和方法。

背景技术：

近年来，我国城市固体废弃物的产量以每年8％～10％的速率增长，固废的成分也趋于多样化和复杂化，因此在处理这些固体废弃物时需考虑无害化、减量化和资源化。传统的填埋处理和堆肥方法又存在诸多不足，如资源化利用水平低，会给土壤和地下水带来二次污染等。焚烧技术目前被认为是实现城市垃圾无害化、减量化和资源化的最有效手段之一。最近发展起来的生活垃圾热解新技术也具有处理清洁彻底、能源利用率高等特点。

然而，我国生活垃圾含水率一般在50％以上，热值较低，垃圾中的水分处理，使其焚烧和热解过程能耗增加，从而增加了垃圾处理的运行成本。因此在垃圾焚烧或热解过程中，重要的前处理就是降低含水率。

目前垃圾焚烧项目降低原生垃圾含水率的方法有通过外界热源在干燥器内对垃圾进行干燥、生物干化法、堆肥工艺等。生物干化法即利用微生物高温好氧发酵过程中有机物降解所产生的生物热能，通过过程调控手段促进水分蒸发，从而快速去除水分。

如果利用外界热源对垃圾进行高温干燥，无疑会增加垃圾处理的投资和成本。

因此，现有技术公开了一种适用于垃圾焚烧处理工序中的垃圾干燥方法，该方法的特征在于垃圾在进入焚烧炉炉膛之前预先经过干燥器，垃圾焚烧炉炉膛出口的高温烟气通过布置在干燥器上方的管道，垃圾与高温烟气在干燥器内接触，完成换热干燥过程，被干燥后的垃圾被送入垃圾焚烧炉炉膛内与空气混合完成燃烧过程，焚烧产生的部分烟气再进入干燥器干燥下一批垃圾。当垃圾热值较低时，无法满足整个焚烧工艺要求时，则在干燥器中添加热值较高的辅料，使垃圾与辅料混合均匀后，再送入垃圾焚烧炉炉膛内燃烧。

但是，该技术的缺点在于高温烟气未经处理直接与垃圾接触换热，垃圾在干燥器内易发生热解或燃烧，不利于干燥器运行的稳定性；另外，烟气在干燥器内直接与垃圾接触换热，易产生大量烟尘，后续烟尘的处理使工艺流程过长，设备投资维护费用增加，经济型较差；此外烟气中的飞灰、炉渣等会对干燥器产生腐蚀磨损，因此干燥器的材料要求性较高，烟气管路易发生腐蚀、阻塞等问题，设备检修频繁，很难实现工业化。

综上，现有技术装置要求性较高，经济型较差，很难实现产业化应用。

除上述的垃圾焚烧和热解技术之外，针对垃圾处理还提出了生物干燥技术，生物干燥也是对城市垃圾的一种预处理技术。它是利用生物反应放热来干燥城市垃圾，以改善其燃烧特性。经常用于在机械生物处理工厂干燥城市垃圾。生物干燥技术与堆肥工艺不同，它旨在干燥和保留垃圾基质中的生物质含量。在生物干燥反应器中主要干燥机制为空气对流蒸发，而物料的物理特性对干燥效果也有一定影响。反应器通风系统的类型的选择也是生物干燥的一个重要的影响因素。它是利用堆肥的原理对垃圾进行干燥脱水的过程,即在强制通风的情况下,堆肥微生物利用混合垃圾中的有机物发酵产热,高温下通风加速水分挥发,使混合垃圾的水分显著下降,从而实现生物干燥的效果。

然而，作为一种新兴技术，研究表明，生物干燥法需对过程控制中的不同变量进行处理，才能得到有效的结果。处理工艺较复杂，各项参数控制较为严格，机械通风对流换热单元增加了处理的运行能耗，经济性较差，在处理城市垃圾方面仍需进一步研究和发展。

技术实现要素：

为克服现有技术利用焚烧和热解处理生活垃圾过程中，能耗增加、经济性差、干燥效果差、干燥速率低等缺点，本发明提供一种利用烟气余热干燥垃圾的系统和方法。

本发明提供一种利用烟气余热干燥垃圾的系统。其包括高温烟气降温预处理单元、中温烟气输送单元和干燥单元。其中，高温烟气经过所述高温烟气降温预处理单元得到中温烟气，然后经过所述中温烟气输送单元输入所述干燥单元，对所述干燥单元中的垃圾进行干燥。

所述干燥单元包括上料皮带密封舱以及在所述上料皮带密封舱中的上料皮带，垃圾布置在所述上料皮带上，所述上料皮带传送方向与所述中温烟气流动方向为逆向。

所述系统还包括低温废气处理系统，用于处理干燥垃圾后残留的低温废气(或简称“废烟气”)，所述通过管理与所述中温烟气与垃圾直接接触干燥单元相连。

所述低温废气处理系统包括第二引风机、低温废气管路和生物除臭塔，所述第二引风机设置在所述干燥单元的烟气出口，将低温废气引入所述低温废气管路，再经过所述生物除臭塔进行处理。

所述高温烟气降温预处理单元包括烟气缓冲罐、第一引风机和换热器，其中，将高温烟气经过所述烟气缓冲罐，由所述第一引风机将其通入所述换热器中，产生中温烟气。

所述中温烟气输送单元包括中温烟气管路和鼓风机，所述中温烟气管路接收所述高温烟气降温预处理单元产生的中温烟气，并通过所述鼓风机的协助作用将所述中温烟气输送至所述干燥单元。

所述中温烟气管路外设置有管道保温层，用于保持所述中温烟气管路内的温度。

所述上料皮带密封舱外罩采用不锈钢材料，所述上料皮带密封舱外层设置有密封舱保温层，用于保持所述皮带密封舱内的温度。

所述密封舱保温层采用岩棉作为保温材料。

另外，本发明还提供了一种利用上述系统干燥垃圾的方法，所述方法包括以下步骤：

高温烟气换热：将发动机排出的高温烟气经过所述高温烟气降温预处理单元的换热器，得到温度100～200℃的中温烟气；

中温烟气输送：通过所述中温烟气输送单元中的中温烟气管路将所述中温烟气输送至所述中温烟气与垃圾直接接触的干燥单元；

垃圾干燥：在所述中温烟气与垃圾直接接触的干燥单元中利用所述中温烟气的热量对垃圾进行干燥。

所述方法还包括以下步骤：

低温废气处理：用所述低温废气处理系对干燥垃圾后产生的低温废气进行处理。

通过本发明提供的利用烟气余热干燥垃圾的系统和方法，回收了烟气余热，通过降低入炉垃圾含水率，改善了垃圾处理炉运行参数。另外，本发明不同于以往在料仓中对垃圾进行干燥，本发明采取在上料皮带上干燥垃圾，增大了垃圾的表面积，减小了垃圾厚度，可有效提高垃圾干燥速率。此外，本发明无需额外热源，无需对原有机构进行大的改造变更，实际运行过程中，灵活性高，可操作性强。最后，本发明提高了原生垃圾干燥工序的整体经济性，对降低垃圾处理炉的能耗也起到一定作用。

附图说明

图1是本发明干燥垃圾的系统的结构示意图。

图2是利用本发明的系统干燥垃圾的工艺流程图。

附图标记说明：

1：发动机

2：烟气缓冲罐

3：换热器

4：上料皮带密封舱

5：上料皮带

6：密封舱保温层

7：垃圾处理炉

8：中温烟气管路

9：低温废气管路

10：生物除臭塔

具体实施方式

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，而不是对本发明的限制。

首先，本发明提供一种利用烟气余热干燥垃圾的系统。其包括高温烟气降温预处理单元、中温烟气输送单元和干燥单元。其中，高温烟气经过所述高温烟气降温预处理单元得到中温烟气，然后经过所述中温烟气输送单元输入所述干燥单元，对所述干燥单元中的垃圾进行干燥。

如图1所示，所述高温烟气降温预处理单元包括烟气缓冲罐2、第一引风机(未示出)和换热器3，其中，将高温烟气经过所述烟气缓冲罐2，由所述第一引风机将其通入所述换热器3中，产生中温烟气。

如图1所示，所述高温烟气通常来自发动机1，此处发动机1并不是狭义的发动机，主要指在工作过程中可以产生高温烟气的机械装置，如内燃机、燃气轮机或燃气锅炉等。通常所述高温烟气的温度为400～500℃，不能直接用于垃圾干燥，该温度过高，容易造成垃圾在干燥过程中被热解，其产物很难收集，造成资源的浪费。

为减小排气背压变化对发动机1性能的影响，本发明在发动机1的高温烟气出口处设置一个烟气缓冲罐2，并在换热器烟气出口处设置一台第一引风机，第一引风机风量随缓冲罐压力改变而改变，从而保证发动机1排气背压不会过高或过低对发动机性能造成影响。

如图1所示，所述换热器3通常采用间壁式换热器或采用自然风冷装置等，换热器还可设置冷却循环水流量计，可灵活调节改变烟气量和温度等参数。所述高温烟气经过所述第一引风机引入所述换热器3进行高温烟气降温预处理，产生中温烟气，中温烟气的温度通常为100～200℃，该温度为适合干燥垃圾的温度，既满足垃圾干燥的要求，又不会造成垃圾提前热解。间壁式换热器采用水为冷凝介质，水流方向与烟气流向相反，从而提高换热效率，产生的热水可供厂区或热水用户使用。

如图1所示，所述中温烟气输送单元包括中温烟气管路8和鼓风机(未示出)，所述中温烟气管路8接收所述高温烟气降温预处理单元产生的中温烟气，并通过所述鼓风机的协助作用将所述中温烟气输送至所述干燥单元。所述鼓风机通常采用增压鼓风机，其设置在所述干燥单元的入口处，

另外，所述中温烟气管路外设置有管道保温层(未示出)，用于保持所述中温烟气管路内的温度，避免中温烟气在输送至上料皮带途中的能量损失。所述管道保温层一般采用在中温烟气管路8的外壁包裹保温材料的方式。

如图1所示，所述干燥单元包括上料皮带密封舱4以及在所述上料皮带密封舱4中的上料皮带5，垃圾布置在所述上料皮带5上，所述上料皮带5的传送方向与所述中温烟气流动方向为逆向。所述上料皮带密封舱4外罩采用不锈钢材料，所述上料皮带密封舱4外层设置有密封舱保温层6，所述密封舱保温层6通常采用在所述上料皮带密封舱4的外层包裹岩棉等保温材料的方式，用于保持所述上料皮带密封舱4内的温度，减少热量损失。

如图1所示，通常情况下，上料皮带5根据现场实际条件可水平或倾斜放置，上料皮带5长度10～20m，宽度0.5～1.5m。上料皮带5上垃圾平铺后的平均厚度为20～30mm，上料皮带密封舱4的外罩距离上料皮带5上的垃圾外表面30～40mm，从而在垃圾与外罩之间形成一条中温烟气流通道，与平铺在上料皮带5上的垃圾逆向对流直接接触换热，在持续稳定工况条件下，上料皮带5上源源不断的垃圾被热流持续吹扫，垃圾中的水分在中温烟气作用下挥发并随着低温废气排出上料皮带密封舱4，经干燥后的低含水率垃圾进入垃圾处理炉7进行下一步工艺，与上料皮带5上的垃圾换热后的低温废气的温度一般为50～100℃。

值得注意的是，上料皮带5上垃圾平铺的厚度以及中温烟气与垃圾的接触时间、接触面积等参数对干燥效果起到至关重要的作用，厚度越小，接触时间越长、接触面积(换热面积)越大，干燥的效果越好。通常接触面积由上料皮带5的长度与宽度决定，接触时间与上料皮带5的传送速度有关。

换热面积为S＝D×L，其中D为上料皮带5宽度，L为上料皮带5长度。烟气与垃圾换热接触时间为T＝L/V，其中V为皮带进料速率，可通过改变皮带电机频率来调整。在烟气对垃圾干燥过程中，烟气与垃圾的换热为：Q＝Sα(Ta-T)，Q为单位时间内换热量，α为对流换热系数，Ta为烟气温度，T为垃圾表面温度。在S，α和T不变的情况下，Ta的增大使传入的热量Q增大，蒸发也就越快，水分逸出垃圾表面也就越容易。垃圾的干燥速率为：v＝(M₀-M_e)/M₀t，M₀为垃圾初始质量，M_e为垃圾干燥后质量，t为中温烟气与垃圾接触时间。通过改变改变中温烟气温度Ta(120～180℃)、上料皮带5的速率V等参数可以改变烟气与垃圾的换热量Q和垃圾的干燥速率v。从而调至一个烟气干燥垃圾的最佳工况。

此外，所述中温烟气输送单元的鼓风机可提高中温烟气热风与上料皮带5上平铺的垃圾间的传热效率。

所述系统还包括低温废气处理系统，用于处理干燥垃圾后残留的低温废气，所述通过管理与所述中温烟气与垃圾直接接触干燥单元相连。

所述低温废气处理系统包括第二引风机(未示出)、低温废气管路9和生物除臭塔10，所述第二引风机设置在所述干燥单元的烟气出口，将低温废气引入所述低温废气管路9，再经过所述生物除臭塔10进行处理，减少空气污染。采用其他方式处理低温废气仍可完成本发明目的。

另外，本发明还提供了一种利用上述系统干燥垃圾的方法，所述方法包括以下步骤：

高温烟气换热：将发动机1排出的高温烟气经过所述高温烟气降温预处理单元的换热器2，得到温度100～200℃的中温烟气；

中温烟气输送：通过所述中温烟气输送单元中的中温烟气管路8将所述中温烟气输送至所述中温烟气与垃圾直接接触的干燥单元；

垃圾干燥：在所述中温烟气与垃圾直接接触的干燥单元中利用所述中温烟气的热量对垃圾进行干燥。

所述方法还包括以下步骤：

低温废气处理：用所述低温废气处理系对干燥垃圾后产生的低温废气进行处理。

此外，对垃圾进行简单的预处理，如筛分出大块无机物、金属等。筛分完的垃圾随后进行破碎，也可大大提高干燥效果。

实施例1：

某垃圾热解厂，产生的热解气用于发电，发电设备采用的是燃气内燃机。内燃机产生的烟气余热可作为垃圾干燥的热源。进场原生垃圾含水率为40％。垃圾成分组成为：

表1生活垃圾成分组成(wt％)

首先，将新入厂垃圾进行筛分，筛分出大块无机物、金属等。筛分完的垃圾随后进行破碎，再通过抓斗将破碎至一定粒度的垃圾送入上料皮带，进入下一步干燥工序。

发电机为4台，每台发电机的额定功率为500kw，每台内燃机的排量为70L，排烟温度为400～450℃。4台内燃机的烟气汇总到一根总管后送至间壁式换热器进行降温处理。

接着，高温烟气(400～450℃)进入间壁式换热器与换热器盘管内的循环水发生热量交换。换热器的进水口处安装有水泵和流量计，可以改变循环水进入到换热器的流量，从而可以调节换热器出口烟气的温度。换热器进水口水温为15～25℃，出水口水温为70～90℃。换热器进口处烟气温度为350～400℃，换热器出口处烟气温度为100～200℃。产生的热水可供热用户使用，中温烟气(100～200℃)通过管路输送至密封的上料皮带对垃圾进行干燥。

然后，上料皮带采取全密封方式，上料皮带为斜坡斗提式，与水平面夹角为30度，上料皮带长20m，宽度1m，上料皮带上垃圾平均厚度为200mm。运行期间，上料皮带保持匀速连续稳定将垃圾送入垃圾处理炉。

值得注意的是，中温烟气(100～200℃)送至上料皮带密封舱内与垃圾逆流接触换热。干燥后的入炉垃圾含水率可降低5～15％。

由于烟气与垃圾换热后，低温废气的温度为60～80℃，气体成分主要为二氧化碳、恶臭等气体，故不能直接排放或用作助燃空气等。低温废气经引风机送至生物除臭塔处理后排放。内燃机烟气干燥垃圾的整个工序完成。

实施例2：

某垃圾热解厂，产生的热解气用于发电，发电设备采用的是燃气内燃机。内燃机产生的烟气余热可作为垃圾干燥的热源。进场原生垃圾含水率为50％。垃圾成分组成为：

表2生活垃圾成分组成(wt％)

首先，将新入厂垃圾进行筛分，筛分出大块无机物、金属等。筛分完的垃圾随后进行破碎，再通过抓斗将破碎至一定粒度的垃圾送入上料皮带，进入下一步干燥工序。

运行期间，上料皮带保持匀速连续稳定将垃圾送入垃圾处理炉。发电机为5台，每台发电机的额定功率为800kw，每台内燃机的排量为90L，排烟温度为450～500℃。5台内燃机的烟气汇总到一根总管后送至间壁式换热器进行降温处理。

接着，高温烟气(450～500℃)进入间壁式换热器与换热器盘管内的循环水发生热量交换。换热器的进水口处安装有水泵和流量计，可以改变循环水进入到换热器的流量，从而可以调节换热器出口烟气的温度。换热器进水口水温为20～25℃，出水口水温为60～80℃。换热器进口处烟气温度为400～450℃，换热器出口处烟气温度为120～180℃。产生的热水可供热用户使用，中温烟气(120～180℃)通过管路输送至密封的上料皮带对垃圾进行干燥。

然后，上料皮带采取全密封方式，上料皮带为水平式，上料皮带长30m，宽度2m，上料皮带上垃圾平均厚度为150mm。

值得注意的是，中温烟气(120～180℃)送至上料皮带密封舱内与垃圾逆流接触换热。干燥后的入炉垃圾含水率可降低15～25％。

由于烟气与垃圾换热后，低温废气的温度为60～80℃，气体成分主要为二氧化碳、恶臭等气体，故不能直接排放或用作助燃空气等。低温废气经引风机送至生物除臭塔处理后排放。内燃机烟气干燥垃圾的整个工序完成。

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发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。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。