生活垃圾干馏气化后高温氧化的处置系统及其使用方法与流程

本发明涉及一种固体废物的干馏减量化、无害化处置系统，尤其涉及一种生活垃圾干馏气化后高温氧化的处置系统。本发明还涉及该生活垃圾干馏气化后高温氧化的处置系统的使用方法。

背景技术：

目前国内城镇生活垃圾集中焚烧处理的主要技术为流化床焚烧发电和炉排炉焚烧发电，其中循环流化床焚烧工艺的应用较炉排炉多。由于我国垃圾分类工作还处于相对比较落后的阶段，生活垃圾中存在较多的含氯塑料等含氯垃圾，而含氯垃圾在富氧状态下燃烧容易产生更多的“二恶英”类物质，而“二恶英”类物质属于强致癌物。因此目前的垃圾焚烧处置项目在项目建设、运营过程中遭遇到越来越多的来自普通民众的抵触和抗议。而且目前的生活垃圾无害化焚烧处置以城镇化生活垃圾的集中焚烧发电处置为主，炉排炉焚烧工艺和流化床焚烧工艺均达到了单套系统上千吨/天的处理量。但广大农村地区的农村生活垃圾由于收集过于分散，运输成本过高，而且垃圾热值低含水率高，一直未得到有效的无害化处置。而农村生活垃圾的无害化处置需求较为特殊：①农村生活垃圾的热值低、含水率高、灰渣成分比例大；②农村地区的垃圾产生量小，收运难度大，单日处理需求通常小于100吨；③难以组建高素质专业化的运营团队进行设备的运行维护，复杂工艺及设备难以得到有效的运行维护，维修服务的难度大。

针对以上背景，目前已有部分发明采用干馏焚烧的工艺进行生活垃圾的无害化处置。但经过对多个专利工艺流程的研究，多数技术路线均存在各样的问题，难以满足上述背景下农村地区生活垃圾无害化的处置的特殊需求。因此本发明专门针对农业生活垃圾的特殊需求，进行了相应的工艺设计。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能解决生活垃圾中含水率高、热值低、灰渣成分比例大的生活垃圾干馏气化后高温氧化的处置系统。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供该生活垃圾干馏气化后高温氧化的处置系统的使用方法。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的生活垃圾干馏气化后高温氧化的处置系统，包括垃圾熟化脱水仓、渗滤液蒸发浓缩器、间接加热干化器、干馏气化炉、二次燃烧室、烟气反应塔、高温烟气净化器、生物填料除臭器和等离子除臭器，所述的干馏气化炉与所述的二次燃烧室相连，所述的二次燃烧室与所述的渗滤液蒸发浓缩器相连，所述的渗滤液蒸发浓缩器与所述的烟气反应塔相连，所述的烟气反应塔与所述的高温烟气净化器相连，活性炭仓、消石灰仓和脱氮反应剂仓通过管道与所述的烟气反应塔相连，所述的高温烟气净化器与所述的间接加热脱水器相连，所述的间接加热脱水器与引风机和烟囱串联，所述的垃圾熟化脱水仓、渗滤液蒸发浓缩器和间接加热干化器内的臭味气体通过管道与所述的生物填料除臭器连接，所述的生物填料除臭器与所述的等离子除臭器串联且直通排放烟囱。

所述的干馏气化炉为并联的三组。

所述干馏气化炉为上下开盖的圆柱体，炉体为双层钢板构成的夹套结构，夹套内为炉壁冷却用循环水。

所述的垃圾熟化脱水仓为整体封闭的环境，包括储料空间、处于储料空间的入口处的垃圾分拣机构、垃圾翻抛抓斗、密闭的透光双层玻璃顶层、热水散热系统、渗滤液收集系统和臭气收集系统。

所述的渗滤液蒸发浓缩器为热泵型蒸发器，利用二燃室高温氧化获得的高温烟气进行渗滤液的蒸发浓缩。

所述的间接加热干化器为夹套式结构的垃圾脱水装置，夹套外侧为净化后的中温烟气，夹套内侧为需要进一步强化脱水的生活垃圾。

所述的二次燃烧室使用耐高温耐火材料和低密度保温耐火材料进行分层浇筑。

所述的烟气反应塔为圆柱形塔体，整体为耐高温、抗腐蚀的浇注料进行整体浇筑。

所述的高温烟气净化器为多箱并联结构的耐高温烟气净化器，其核心材料为附载了多元贵金属催化剂的陶瓷过滤材料。

所述的生物填料除臭器为使用塑料填料环、木屑、碎秸秆、谷壳生物质为载体的微生物填料反应器，其中的微生物以生物质膜为载体。

所述的等离子除臭器为高压直流等离子除臭一体化设备。

为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的生活垃圾干馏气化后高温氧化的处置系统的使用方法，包括如下步骤：

(1)、垃圾收运车将垃圾卸料至垃圾熟化脱水仓；生活垃圾在垃圾熟化脱水仓里接受太阳能和气化炉夹套水带来的热能，进行发酵脱水；在暂存过程中，利用垃圾抓斗进行垃圾翻抛，强化生活垃圾与空气进行水分的传质，并在在自重力作用下实现垃圾的部分脱水；垃圾熟化脱水仓暂存脱水5-7天后，生活垃圾能实现脱水15％-30％的效果；

(2)、垃圾熟化脱水仓内的垃圾在脱水过程中将产生渗滤液，垃圾渗滤液通过管道输送至渗滤液蒸发浓缩器，使用后段高温烟气进行蒸发脱水；渗滤液中的水分脱除后，剩余的浓液和污泥中含有高浓度的有机酸/有机脂，具有较高的热值；这部分浓液/污泥重新回到干化和干馏系统进行无害化处置；

(3)、生活垃圾、脱水渗滤液浓液和污泥在进入干馏气化炉前，进入间接加热干化器进行进一步的脱水；脱水后的生活垃圾含水率将小于25％，垃圾热值将大于1500kcal/kg；

(4)、经过间接加热干化处理后的生活垃圾由投料斗输送至干馏气化炉的顶部，经由上盖投料进入干馏气化炉，进入垃圾处置运行前的等待阶段；由多个干馏气化炉并联实施干馏气化处置，待处置阶段的干馏气化炉完成其中的垃圾干馏处置后，待运行阶段的干馏气化炉将切换进入运行阶段；

(5)、干馏气化炉产生的垃圾干馏气通过管道输送至二次燃烧室进行高温氧化处理；垃圾干馏气通过倒流管道切向进入二次燃烧室，烟气将具有较高的湍流度，配合1.1-1.3的过剩空气系数进行二次空气的供给，干馏烟气在二次燃烧室超过850℃的高温环境下停留超过2秒后，其中的有机物质被完全氧化破坏；

(6)、二次燃烧室的高温烟气经由管道输送至渗滤液蒸发浓缩器，将其中450℃以上的烟气热焓释放给渗滤液蒸发浓缩器，使垃圾渗滤液实现脱水浓缩/干化；

(7)、渗滤液蒸发浓缩器换热后的高温烟气进入烟气反应塔，烟气进入烟气反应塔后，烟气的流速将放缓，停留时间会加长；在烟气反应塔内中温的烟气与切向进入的活性炭、消石灰和脱氮还原剂进行充分混合；烟气中的酸性物质被消石灰中和反应，重金属物质被活性炭吸附，氮氧化物与脱氮还原剂进行充分混合；

(8)、烟气反应塔出口的烟气被管道输送至高温烟气净化器进行烟气进化；反应后的消石灰、活性炭将与烟气中的颗粒物一并在净化器内被滤除；烟气中的氮氧化物在脱氮还原剂和催化剂的作用下被还原消除；

(9)、经过净化处理的中温烟气进入间接加热干化器，作为垃圾进一步脱水的热源；在间接加热干化器内中温的烟气将迅速降低至150℃-200℃；

(10)、由间接加热干化器完成迅速降温的烟气最终经由引风机和烟囱进行达标排放。

采用上述技术方案的生活垃圾干馏气化后高温氧化的处置系统及其使用方法，垃圾由垃圾车收运至垃圾处理厂，经由卸车平台卸料至垃圾熟化脱水仓，在垃圾熟化脱水仓内暂存5-7天，在垃圾重力及强化发酵的作用下完成垃圾的熟化脱水。脱水过程中产生的垃圾渗滤液输送至渗滤液蒸发浓缩器进行蒸发浓缩/干化，脱水过程中产生的恶臭气体输送至臭气处理系统或直接抽取至系统的高温氧化段进行高温氧化消除，脱水后产生的浓缩液和污泥输送至间接加热干化器，与熟化垃圾进一步脱水。熟化后的垃圾输送至间接加热干化器进行二次强化脱水，二次脱水后的干燥垃圾进入干馏气化炉进行干馏气化处理，脱水过程中产生的臭味气体输送至臭气处理系统或直接抽取至系统的高温氧化段进行高温氧化消除。脱水后的垃圾通过气化炉顶盖一次性投料进入干馏气化炉，并在炉内进行分层的干馏/碳化，直至完成垃圾的灰化和冷却后，一次性出渣。干馏气化炉产生的垃圾裂解气通过烟气管道输送至二次燃烧室进行高温氧化。裂解气在高温、高湍流度和控氧的环境下停留足够长的时间后，裂解气中的有害物质全部被氧化消除，而裂解气中有害物质的氧化放热能维持二次燃烧室持续保持在高温度的环境状态下(1100℃-850℃)。二次燃烧室的高温烟气被抽出到渗滤液蒸发浓缩器中，充分利用烟气中的废热为渗滤液蒸发浓缩器的工作提供热量。在渗滤液蒸发浓缩器中完成换热的烟气进入烟气反应塔，烟气反应塔同时将根据烟气监测的结果，按照需要进行活性炭、消石灰和脱氮反应剂的添加，在烟气反应塔中进行烟气中有害物质的反应去除。经过烟气反应塔的停留反应后，烟气进入高温烟气净化器进行烟气净化，去除烟气中的颗粒物、氮氧化物、吸附了有害物质的活性炭微粒，并催化分解烟气中残留的小分子有机物。烟气净化处理后的中温烟气进入间接加热干化器为垃圾脱水提供热源，充分利用烟气中的能量。烟气净化处理且能量被充分利用后的烟气经由引风机和烟囱排放到系统外环境。系统运行中产生的恶臭气体将经由两套系统进行处理，当垃圾干馏处理正常运行时，恶臭气体将直接抽取到二次燃烧室进行高温氧化，当垃圾干馏处理系统处于停机状态时，恶臭气体将抽提至生物填料除臭器进行臭味消除，臭味气体排出前，如果经过在线监测设备监测未能达到排放标准的，则进入等离子体气体净化装置进行二次净化。

本发明与其他垃圾焚烧处置方法的对比的有益效果如下：

1、干馏气化后进行高温氧化的垃圾处理工艺，在垃圾干馏环节的绝氧环境能减少垃圾热处理过程中“二恶英”的产生和排放。

2、干馏气化工艺属于垃圾的静态床处理，区别于炉排炉和流化床的动态床，具有飞灰产生量大大减小的优势。而飞灰比较大的比表面积，以及其中的重金属元素通常能起到“二恶英”再次生成催化剂的作用。

3、二次燃烧室针对裂解烟气的高温氧化相对于固体垃圾的直接焚烧，更容易进行氧气需求与供给量的控制，过剩空气系数能取值更小，垃圾处理烟气量更小，垃圾热值利用更充分。

4、本发明的工艺流程对于低热量、高含水率的生活垃圾具有较强的适应性，能在系统内完成垃圾的脱水和热值的提升。

5、本发明对生活垃圾中的热量利用相对充分，多个环节对烟气废热的利用使系统的运行更加稳定。当垃圾成分相对稳定时能做到少使用助燃燃料的补充，垃圾充足的情况下甚至能做到连续运行时的零燃料补充。

6、高温烟气处理技术的应用，让烟气中的颗粒物排放浓度更低，且具备同时脱硝和催化去除“二恶英”的能力。

7、设备结构相对简单，不需要配置多个专业方向的高素质人员进行设备的运行维护。

综上所述，本发明是一种能解决生活垃圾中含水率高、热值低、灰渣成分比例大的生活垃圾干馏气化后高温氧化的处置系统及其使用方法。

附图说明

图1为本发明的生活垃圾干馏气化高温氧化处置系统的流程示意图

图2为气化炉切换运行示意图。

具体实施方式

本发明的生活垃圾干馏气化高温氧化处置系统的实施例如下：

如图1所示，本发明提供的生活垃圾干馏气化后高温氧化的处置系统，包括垃圾熟化脱水仓、渗滤液蒸发浓缩器、间接加热干化器、干馏气化炉、二次燃烧室、烟气反应塔、高温烟气净化器、生物填料除臭器和等离子除臭器，干馏气化炉为并联的a、b、c三组，干馏气化炉与二次燃烧室相连，二次燃烧室与渗滤液蒸发浓缩器相连，渗滤液蒸发浓缩器与烟气反应塔相连，烟气反应塔与高温烟气净化器相连，活性炭仓、消石灰仓和脱氮反应剂仓通过管道与烟气反应塔相连，高温烟气净化器与间接加热脱水器相连，间接加热脱水器与引风机和烟囱串联，垃圾熟化脱水仓、渗滤液蒸发浓缩器和间接加热干化器内的臭味气体通过管道与生物填料除臭器连接，生物填料除臭器与等离子除臭器串联且直通排放烟囱。

垃圾熟化脱水仓为整体封闭的环境，除提供了单纯储料空间外，还包括入口处的垃圾分拣机构、垃圾翻抛抓斗、密闭的透光双层玻璃顶层、热水散热系统、渗滤液收集系统和臭气收集系统。垃圾车将垃圾卸入垃圾熟化脱水仓，经由垃圾分拣系统进行垃圾机械分拣，去除其中的金属、煤渣、玻璃陶瓷等无机物垃圾成分。有机质成分的垃圾暂存于仓内储槽，经过抓斗的翻抛转移和自身的发酵，垃圾中的部分水分被脱除，实现垃圾含水率的降低热值的提高。垃圾脱水及发酵所需要的热量除一部分来自于太阳能外，干馏气化炉水夹套内的循环水经过热水散热系统进行放热，降温的同时提供了垃圾脱水发酵所需要的部分热量。

渗滤液蒸发浓缩器为热泵型蒸发器，利用二次燃烧室高温氧化获得的高温烟气进行渗滤液的蒸发浓缩。经过换热后的高温烟气由1100℃-850℃以上迅速降低至450℃左右，进入烟气净化环节。渗滤液则浓缩至高热值的浓液及污泥，与待进一步脱水的垃圾一并进入间接加热干化器进行进一步的干化脱水。

间接加热干化器为夹套式结构的垃圾脱水装置，夹套外侧为净化后的中温烟气，夹套内侧为需要进一步强化脱水的生活垃圾。烟气与垃圾不做直接接触，仅通过夹套的金属导热材料进行能量交换。夹套内的生活垃圾在翻抛板的作用下做螺旋线性翻抛，增加垃圾与夹套换热板的热交换效率以及垃圾与空气的脱水传质效率。由于间接加热干化器内热交换板具有较大的换热面积，且烟气温度与待脱水垃圾的温差较大，在高流速的环境下，烟气温度能迅速的由450℃左右降低至150℃-200℃之间，缩短有害物质再合成最佳温度段内的停留时间。

干馏气化炉为上下开盖的圆柱体，炉体为双层钢板构成的夹套结构，夹套内为炉壁冷却用循环水。干馏气化炉的运行状态为周期性运行，一次进料后，直到炉体内的垃圾处理完毕，出渣后进入下一个作业循环的。干馏气化炉的上盖为耐火材料整体浇筑，利用盖体的自重进行上盖的密封，当炉内瞬时压力过大时，能通过开盖进行泄压。炉体的底盖为螺杆机械密封，卸料完成后使用专用扳手进行锁紧。干馏气化炉夹套内的冷却循环水将输送至垃圾熟化脱水仓进行热量释放，提高垃圾熟化脱水效率。干馏气化炉的单炉处置量相对固定，需要增加处理量时，通过干馏气化炉并联数量进行解决。

二次燃烧室使用耐高温耐火材料和低密度保温耐火材料进行分层浇筑。干馏气化炉的可燃裂解气切向进入二次燃烧室，在二次燃烧室内旋转前进，增加烟气在二次燃烧室内湍流度的同时，增加烟气成分在二次燃烧室高温环境下的停留时间。二次燃烧室出口采用弧面拱形结构收口，让辐射热量在出口处形成能量聚集，强化二次燃烧室出口的高温氧化强度。

烟气反应塔为圆柱形塔体，整体为耐高温、抗腐蚀的浇注料进行整体浇筑。由于烟气反应塔的直径大于烟气管道，烟气在进入烟气反应塔后流速会放缓。活性炭，消石灰和脱氮还原剂将通过与烟气反应塔正交的管道输送至烟气反应塔内，与烟气反应塔内的烟气进行混合/反应。

高温烟气净化器为多箱并联结构的耐高温烟气净化器。其核心材料为附载了多元贵金属催化剂的陶瓷过滤材料。烟气中的颗粒物经过陶瓷过滤后能达到小于5mg/m³的标准，且陶瓷材料中附载的催化剂能催化还原烟气中的氮氧化物和包括“二恶英”在内的小分子物质。烟气中在烟气反应塔添加的活性炭和消石灰颗粒在净化器中被滤除，且陶瓷滤材表面形成滤饼层，强化对烟气的过滤效果同时继续与烟气中的有害物质进行反应。

生物填料除臭器为使用木屑、碎秸秆、谷壳等生物质为载体的微生物填料反应器，其中的微生物以生物质膜为载体。微生物的生命活动中能吸收臭味气体中的氨、硫化氢等臭味物质。通过生物质滤层和微生物接触后的臭味气体达到排放标准。当气候因素影响微生物反应活性以及臭气产生浓度时，生物填料除臭器的工作效率可能无法满足臭气排放的要求，当在线监测系统监测到臭气排放难以满足标准要求时，将自动启动等离子除臭气体进行进一步的臭味消除。

等离子除臭器为高压直流等离子除臭一体化设备。通过直流、高压、高频电源的电晕放电，在气体通道的方向形成等离子体滤层，当气体中的臭味物质经过等离子体时，其分子结构被等离子体破坏，臭味物质被彻底消除。

参见图1和图2，本发明提供的生活垃圾干馏气化后高温氧化的处置系统的使用方法，步骤如下：(1)、垃圾收运车将垃圾卸料至垃圾熟化脱水仓；生活垃圾在垃圾熟化脱水仓里接受太阳能和气化炉夹套水带来的热能，进行发酵脱水；在暂存过程中，利用垃圾抓斗进行垃圾翻抛，强化生活垃圾与空气进行水分的传质，并在在自重力作用下实现垃圾的部分脱水；垃圾熟化脱水仓暂存脱水5-7天后，生活垃圾能实现脱水15％-30％的效果；

(2)、垃圾熟化脱水仓内的垃圾在脱水过程中将产生渗滤液，垃圾渗滤液通过管道输送至渗滤液蒸发浓缩器，使用后段高温烟气进行蒸发脱水；渗滤液中的水分脱除后，剩余的浓液和污泥中含有高浓度的有机酸/有机脂，具有较高的热值；这部分浓液/污泥重新回到干化和干馏系统进行无害化处置；

(3)、生活垃圾、脱水渗滤液浓液和污泥在进入干馏气化炉前，进入间接加热干化器进行进一步的脱水；脱水后的生活垃圾含水率将小于25％，垃圾热值将大于1500kcal/kg；

(4)、经过间接加热干化处理后的生活垃圾由投料斗输送至干馏气化炉的顶部，经由上盖投料进入干馏气化炉，进入垃圾处置运行前的等待阶段；由多个干馏气化炉并联实施干馏气化处置，待处置阶段的干馏气化炉完成其中的垃圾干馏处置后，待运行阶段的干馏气化炉将切换进入运行阶段；

(5)、干馏气化炉产生的垃圾干馏气通过管道输送至二次燃烧室进行高温氧化处理；垃圾干馏气通过倒流管道切向进入二次燃烧室，烟气将具有较高的湍流度，配合1.1-1.3的过剩空气系数进行二次空气的供给，干馏烟气在二次燃烧室超过850℃的高温环境下停留超过2秒后，其中的有机物质被完全氧化破坏；

(6)、二次燃烧室的高温烟气经由管道输送至渗滤液蒸发浓缩器，将其中450℃以上的烟气热焓释放给渗滤液蒸发浓缩器，使垃圾渗滤液实现脱水浓缩/干化；

(7)、渗滤液蒸发浓缩器换热后的高温烟气进入烟气反应塔，烟气进入烟气反应塔后，烟气的流速将放缓，停留时间会加长；在烟气反应塔内中温的烟气与切向进入的活性炭、消石灰和脱氮还原剂进行充分混合；烟气中的酸性物质被消石灰中和反应，重金属物质被活性炭吸附，氮氧化物与脱氮还原剂进行充分混合；

(8)、烟气反应塔出口的烟气被管道输送至高温烟气净化器进行烟气进化；反应后的消石灰、活性炭将与烟气中的颗粒物一并在净化器内被滤除；烟气中的氮氧化物在脱氮还原剂和催化剂的作用下被还原消除；

(9)、经过净化处理的中温烟气进入间接加热干化器，作为垃圾进一步脱水的热源；在间接加热干化器内中温的烟气将迅速降低至150℃-200℃；

(10)、由间接加热干化器完成迅速降温的烟气最终经由引风机和烟囱进行达标排放。

垃圾熟化脱水仓、浓缩蒸发器和间接加热干化器作为垃圾脱水的环节，将伴随产生相应的臭味气体，臭味气体通过管道和风机抽取至生物填料除臭器。臭味气体在通过生物填料除臭器时，其中的硫化氢和氨等臭味气体将被填料中的微生物活动所吸收。经过生物填料除臭器处理后的气体将通过在线监测系统的实时分析，达到排放标准的气体将通过烟囱直接排放，因为气候变化等外部环境导致未能达到排放标准的气体，将通过等离子除臭器的处理后，再进行排放。