一种生活垃圾反火式热解处置工艺及装置的制作方法

本发明涉及垃圾处理装置，尤其涉及一种生活垃圾反火式热解处置工艺及装置。

背景技术：

农村生活垃圾是一种十分宝贵的再生资源。据了解，一个有2万人的镇，每年产生约8000多吨生活垃圾；经过实地了解和分类，江南的村镇所产生的生活垃圾成分是：

一般农村(南京地区)生活垃圾的含量成分如下：

靠近城市的村镇地区生活垃圾的成分是：

生活垃圾再生利用及热值

这些生活垃圾过去大部分是对空露天焚烧，有一部分是填埋，但这种处理方法都不彻底，有不少生活垃圾随便倒放在地头、村庄、田埂、河边，然后随风飘落，形成脏乱差的环境，滋生苍蝇蚊虫，给生态环境带来了严重的污染。尤其是采用露天焚烧(由于低温焚烧，更会产生有害气体)，其直焚烧后的烟气中有大量毒害物质，被世界卫生组织称作“最毒的致癌物质”二噁英就是在生活垃圾焚烧中合成的。以二噁英为例，它的排放指标是每立方米0.1纳克毒性当量。如每露天焚烧100吨生活垃圾，就会向空气中排放10纳克毒性当量。如果采用反火式气化炉设备将生活垃圾在高温(炉膛内高温达到800—1000℃以上)热解释放，生成的二噁英在高温区得到分解，转化为永久性气体，然后再经过净化，最后达到高品质的燃气可作炊事和发电来用，彻底解决了因直接焚烧而带来的有害毒气排放这一世界难题。

目前农村生活垃圾采用直燃烧和填埋，其带来后果是：

(1)占用土地，损坏地表。农村的垃圾处理主要采取就地堆放、填埋、焚烧等方式，所以很多垃圾就地堆放会占用大量土地，影响工农业的生产，破坏地表植被，严重影响农作物的生长，导致粮食减产，严重影响了农村社会经济的可持续发展。由于村民将产生生活垃圾集中往耕地中倾倒，长期的垃圾堆积不仅污染了环境，占用大面积的土地，还破坏了土壤，降低了土壤的肥力，导致粮食减产。

(2)污染土壤、水体、大气。一些固体废弃物垃圾填埋以后就会降低土壤的肥力，降低土壤的活力。一些固体废弃物在风、水流等外力的作用下汇入河流会污染水源，造成农村淡水资源短缺。对于一些生活垃圾的焚烧会产生大量对人体有害的气体，严重损害人体的健康。农村人由于随意向河流和蓄水池倾倒生活垃圾，造成了污水浑浊，恶臭难闻的景象，河流和蓄水池遭到了严重污染。

(3)危害人体健康。固体废物中所含的有毒物质和病原体,可以通过各种渠道传播疾病,更能造成大多数地区蚊蝇滋生,为细菌的滋生提供了条件，进而威胁人类的健康。尤其是固体废弃物随意露天堆放，不加以处理，在温湿度适宜的条件下，导致蚊虫肆虐，大量的蚊虫繁殖污染了人们的生活用水和食物，所以每到夏天由于垃圾污染导致的疾病不断。

(4)对于生态环境的影响。一些持久性有机污染物在环境中难以降解,这类废弃物进入水体或渗入土壤中,将会严重影响当代人和后代人的健康,对生态环境也会造成长期的不可低估的影响。残留毒害物质在动植物体内积蓄,严重影响动植物的生长,生态平衡遭受严重破坏。当人食用含有有毒物质积累的动植物时,又使毒害物质积存在人体内,对人的肝脏和神经系统造成严重影响。

传统的垃圾焚烧技术都是采取直接焚烧的处理工艺。由于我国生活垃圾不分类，热值低，含水量高，垃圾在炉内焚烧不完全，容易产生对人体有严重危害的二噁英等类物质。为了解决这个问题，我们经过长时间研究、实践，终于探索出“清洁型农村生活垃圾反火式气化炉”设备新燃烧技术。这种新工艺使垃圾燃烧时所产生的气体，在炉内高温区(800℃以上)流动通过，特别是在这高温区让气体循环流动滞留一定的时间(5s)后，使产生气体中的有机物得到彻底燃烬分解(二噁英等类物质)，真正达到生活垃圾清洁燃烧，能源回收利用的目的。

目前国内处理乡镇生活垃圾都要求清洁环保型处理。我公司多年研制开发的“清洁型生活垃圾气化净化设备”，(清洁型生活垃圾气化焚烧生炉，已取得国家多项专利和专利证书：清洁生产生物质干法式燃气净化炉，专利号：zl201210139003.4)；(一种干法式多级生物质燃气净化装置，专利号：201120289372.2)；其优点是：

(一)资源化再利用，将各类农林废弃物、农民生活垃圾再生利用，变为新能源燃料，解决了由于目前采用露天焚烧或填埋处理方法，致使不少生活垃圾随地头、村庄、田埂、河边倒放，然后随风飘落，形成脏乱差的环境，是至生苍蝇蚊子等源头，给环境带来了严重的污染；

(二)采用先进新技术术无害化处理。反火式气化炉进行气化时，在高温条件下通过热化学反应，将生活垃圾原料转化为气体，特别是在露天低温情况下焚烧最容易产生的“二噁英”在高温区情况下气化净化工艺处理，致使“二噁英”在高温焚烧中难易形成。这种无害化处理农村生活垃圾的反火式气化清洁型设备，是国内最先进的一种新技术，经过长期使用，效果很好。

(三)对生态环境无影响；农村生活垃圾反火式气化处理，完全符合国家的生态环保产业政策。反火式气化处理全过程是：生活垃圾原料进入储料池后(进入到封闭式池内)、用行车抓斗送入到破碎分捡区和烘干区(对水蒸汽进行冷凝回收、全封闭式)、再进入到反火气化阶段气体净化阶段区(全密闭式二级淋漓)，这几部区都是在密封条件下进行，无任何废弃物、大气污染物、污水排放，达到清洁生产和相应的环境功能要求，也无任何污染物排放。厂房内机械噪声约在70～75db，主要采用车间隔墙减少噪声排放，符合环保要求。总之，此项目其对生态环境的影响能达到ⅱ类标准要求，对周围环境无影响，在处理过程中达到再生利用、高效、环保、清洁能源的目的。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是，现有技术中传统的垃圾焚烧技术都是采取直接焚烧的处理工艺。由于我国生活垃圾不分类，热值低，含水量高，垃圾在炉内焚烧不完全，容易产生对人体有严重危害的二噁英等类物质。

为解决上述问题，我们提出了一种生活垃圾反火式热解处置工艺及装置，该工艺针对于农村垃圾特点设置，采用三级破碎机进行预处理，采用反火式气化炉进行热解，对生态环境的影响能达到ⅱ类标准要求，对周围环境无影响，在处理过程中达到再生利用、高效、环保、清洁能源的目的。

为实现上述需求,本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种生活垃圾反火式热解处置工艺装置，第一步，垃圾收集贮存；

第二步，垃圾破碎分拣；

第三步，垃圾高温烘干；

第四步，垃圾热解，产生气体；

第五步，气体冷凝；

第六步，气体净化；

第七步，气体再利用；

所述第二步中，垃圾破碎分拣包括原生生活垃圾经过撕碎机进行粗破碎，，经过撕碎的垃圾，由皮带机输入滚筒筛分机进行分选，筛上物经皮带机输入二次破碎机，并在皮带机装磁选机，把垃圾中的一部分金属分拣出来；二号破碎机破碎的颗粒大约在50～100mm，再由皮带机输入到自动分选机，通过磁选机再分拣出一部分金属，然后经过金属探测仪及分选装置把垃圾中一部分有色金属分拣出来，由皮带机输入到三次破碎机，三次破碎机的颗粒大部分在30～60mm，再经过皮带机输送到料仓；滚筒筛分机的筛下物经皮带机输送到重力分选皮带机上，2g物料由皮带机输入料仓；3g物料由皮带机输入料箱等待运走，并在皮带机上装磁选机对筛下物中的金属分选出来；

所述第三步中，干燥前物料水分含量60％，干燥后水分含量30％；干燥采用的装置是三回程烘干机；

所述第四步中，垃圾热解采用反火式气化炉设备。

本发明还提供了一种生活垃圾反火式热解处置装置，其特征在于：包括进料系统、储料箱、粉碎机、脱水装置、烘干装置、焚烧炉、除尘装置、尾气炉、尾气净化装置以及连接上述装置的辅助装置；所述辅助装置包括但不限于螺旋输送蛟龙、水泵、风机、磁选机。

更具体地，所述滚筒筛分机的筛下物包括石子、玻璃渣、铁、钢球、泥及塑料、纸、布等，其颗粒大约在30～60mm；所述2g物料包括纸、布、塑料等可利用物料；所述3g物料包括石子、铁、玻璃渣等。

更具体地，所述三回程烘干机由内中外三层筒体组成，湿物料由皮带输送机送入进料螺旋,进料螺旋将湿物料送入内层筒体，在烘干机内部由内筒至中筒，中筒至外筒干燥后，干物料由出料螺旋排出,外筒尾部用旋风分离器收集；热风由内层筒体进入，从外筒尾部排出；筒内装有顺向抄板，使物料在筒体回转过程中不断抄起又洒下，使其充分与热气流接触。

更具体地，所述反火式气化炉设备使进入的空气与热解层产生的炭发生反应，特别是与被蒸发物料含水份发生反应，生成二氧化碳，进而生成的二氧化碳又转化为一氧化碳，形成高温区，促使氧化区反应更加剧烈，使物料的碳氢化合物转化为一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等混合气体。本发明提供的一种生活垃圾反火式热解处置工艺及装置，其垃圾处理的工艺流程说明如下：

(1)针对农村生活垃圾建筑垃圾多、金属多、酒瓶多、煤渣多等特点，在预处理中配置了滚筒筛、磁选机、金属分选机等筛分设备。

(2)针对农村生活垃圾破衣、秸秆多的特点，在预处理中采用强动力液压破碎机进行破碎，让农村复杂的生活垃圾达到破碎的目的。

(3)针对农村生活垃圾餐厨物少、干物质少的特点，在预处理中无需采用挤压烘干设备(主要自然干燥)和利用本工艺自身产生的可燃气体来加热烘干来进行处理，使生活垃圾达到干燥(含水份在25-30％以下)进反火式炉气化解决了燃烧不烬的问题；若在处理城市生活垃圾餐厨物多、水分含量高时，应增加挤压烘干设备来进行处理。

(4)针对农村生活垃圾成分复杂、不易焚烧的难点，为了降低垃圾中氯的含量，在研制清洁型反火式气化净化焚烧炉时，采用加热助燃焚烧设备(利用本工艺自身产生的可燃气体)，让炉内温度形成高温区(达到800-1000℃以上)，使炉内生活垃圾得到充分的燃烧，同时气化时所产生的气体在高温区流动后有害气体(特别是二噁英)无条件生存，最后达到清洁型焚烧。

生活垃圾反火式热解处置工艺及装置工艺技术的先进性与国内外同类技术相比具有如下优势：

(1)采用三级破碎机对进厂的鲜垃圾进行预处理，三次破碎后可以密封贮存30m3-50m3以上的垃圾。针对农村生活垃圾量少的特点，一般采用当天垃圾当天气化，无蚊蝇和恶臭气体产生和排放，达到清洁型处理。

(2)反火式气化炉采用加热助燃式焚烧炉，垃圾热解时形成高温区，一般情况下焚烧温度可达800℃～1100℃，垃圾在炉内彻底得到气化焚烧，热灼减率小于3％，有利于其它难易焚烧的物料，彻底达到高温处理。

(3)清洁型反火式气化炉所产生的气体，在净化时采用急冷降温技术，气体从800℃降至120℃—150时，避开了二噁英的再生成条件区域，大大减少了二噁英的排放；同时，在净化气体处理时无飞灰等二次污染物产生，真正达到清洁型焚烧。

生活垃圾反火式热解处置工艺及装置工艺技术工艺线路的特色性：

(1)本工艺采用反火式气化热解新技术，特别采用加热助燃式燃烧技术，在制气过程中将中热值燃气抽吸至焦油滤清器中进行深净化处理，并在生产过程中采取循环水在除尘塔内进行循环，排除的水无任何污染；完全符合国家的环保要求，生活垃圾在燃烧过程中无二次污染问题。具有以下优点：

(2)清洁型。本工艺采用两次燃烧法，在炉内设有二次通风设备，增强燃烧温度，使还原区温度上升到800-1100℃以上，使生活垃圾在热解反应生成的气体和焦油，在高温下将焦油烈解变为永久性气体再燃烧，无燃气排放、无污水排放，焦油通过捕集后再次燃烧，完全符合国家的环保规定。优化了目前其它生活垃圾设备用水洗冲后所带来的污水中夹带有大量焦油，包括酚、萘、苯、苯乙烯等污水染物排放，如采用其它焚烧炉因农村又无条件来净化处理，只得排放在池内或自然渗透到土壤中、将会造成二次新的环境污染问题。

(3)便操作。本设备机组结构简单，操作方便，凡需经常打开的装置都设置了快开装置；凡需经常拆修的地方，设置了快开装置，可随时打开或修理，很适合乡村人员使用，整个净化系统无泄漏点，运转安全可靠。

(4)范围广。本(设备)可根据乡村生活垃圾日产量户数多少而定；其适用性为各种生活垃圾物料等，真正解决了农林废弃物资源再利用问题。

(5)投资少。本设备机组价格合理，价格低廉，是一种经济实惠的新工艺设备，很适应农村生活垃圾的处理。

本发明的有益效果在于：该工艺针对于农村垃圾特点设置，采用三级破碎机进行预处理，采用反火式气化炉进行热解，对生态环境的影响能达到ⅱ类标准要求，对周围环境无影响，在处理过程中达到再生利用、高效、环保、清洁能源的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的装置示意图；

图2是本发明的三筒烘干机工艺流程示意图；

图中，进料系统1、储料箱2、粉碎机3、脱水装置4、烘干装置5、风机6、焚烧炉7、除尘装置8、尾气炉9、泵10、尾气净化装置11、磁选装置12；带箭头实线表示气体输送方向；热气进口a、外层干燥筒b、中层干燥筒c、内层干燥筒d、物料出口e、废气出口f、物料进口g。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1:

一种生活垃圾反火式热解处置工艺及装置，以日处理生活鲜垃圾100吨为例：

第一步，垃圾收集贮存；

第二步，垃圾破碎分拣；

第三步，垃圾高温烘干；

第四步，垃圾热解，产生气体；

第五步，气体冷凝；

第六步，气体净化；

第七步，气体再利用；

垃圾破碎分拣部分说明：农村小量(约100吨左右)生活垃圾处理是目前较困难的一道难题，主要是量少、成份复杂、处理设备不齐、缺乏技术力量等。针对上述问题，我们进行了摸索和多次实践，主要采用(1)原生生活垃圾经过撕碎机进行一次粗破碎，目的主要把垃圾中的大件垃圾及包裹、衣服、棉被等进行撕碎，为下道分拣及破碎做准备。(2)经过撕碎的垃圾，由皮带机输入滚筒筛分机进行分选，筛上物经皮带机输入二次破碎机，并在皮带机装磁选机，把垃圾中的一部分金属分拣出来。二次破碎机破碎的颗粒大约在50～100mm，再由皮带机输入到自动分选机，通过磁选机再分拣出一部分金属，然后经过金属探测仪及分选装置把垃圾中一部分有色金属分拣出来，由皮带机输入到三次破碎机，三次破碎机的颗粒大部分在30～60mm，再经过皮带机输送到料仓。(3)滚筒筛分机的筛下物(石子、玻璃渣、铁、钢球、泥及塑料、纸、布等的颗粒大约在30～60mm)经皮带机输送到重力分选皮带机上，2g物料(纸、布、塑料等可利用物料)由皮带机输入料仓。3g物料(石子、铁、玻璃渣等)由皮带机输入料箱等待运走(大约在1％～5％之间)，并在皮带机上装磁选机对筛下物中的金属分选出来。

高温烘干部分说明：主要技术参数：

2物料名称：生活垃圾,经过分选及三级粉碎成4公分以下的颗粒；

②干燥前水份60％，干燥后水份30％；

3处理量：湿基物料6吨/小时；

4干燥热源：开始一小时热源采用木柴或液化气,一小时后采用气化炉。

⑤干燥方式：顺流操作工艺，连续进料，连续出料。

设备选型及方案设计依据：

①去水份：按进料量6吨/小时，初含水量60％，终含水量30％，去水量：6-6×(1-60％)/(1-30％)＝2.43吨/小时。

②耗热：按每1万大卡热量去除10kg水计，所耗热能约为240×104kcal/h，应采用240万大卡热风炉。

③风量估算：

风量＝热量÷温度÷0.24(1焦耳＝0.24卡)

2400000÷350÷0.24≈28571m3/h(进风温度350℃)。

根据以上计算，采用三回转滚筒干燥机热效率高、产能大，适合生活垃圾的干燥。筒径取φ2950，即可满足通风量要求，筒体总长10.57米。

三回程烘干机工作原理

三回程烘干机是由内中外三层筒体组成，湿物料由皮带输送机送入进料螺旋,进料螺旋将湿物料送入内层筒体，在烘干机内部由内筒至中筒，中筒至外筒干燥后，干物料由出料螺旋排出,外筒尾部用旋风分离器收集。热风由内层筒体进入，从外筒尾部排出。筒内装有顺向抄板，使物料在筒体回转过程中不断抄起又洒下，使其充分与热气流接触，以提高干燥效率，使物料达到干燥效果。

烘干设备优点：

1设备所需投资是国外进口产品的1/6；

2筒体自我保温热效率高达70％以上(传统单筒烘干机热效率仅为35％)，提高热效率50％以上；

3比单筒烘干机减少占地面积50％左右，土建投资降低50％左右，电耗降低60％；

4多种周向扬料组合分布，有效调控烘干时间，烘干效果好；

5可根据用户要求轻松调控所要的终水分指标；

6采用变频调速控制物料流量；

7出气温度低，除尘设备使用时间长，可连续生产进行下道工序；

设备耗能：

整装机容量：110kw/h，各部分功率如下：

①三回程干燥主机：4×5.5kw(变频调速)；

②螺旋进料机：4kw(变频调速)；

2引风机：75kw；

3关风机：3kw；

4进料皮带机：3kw

5出料皮带机：3kw

(4)生活垃圾烘干设备采购价清单：

垃圾热解，气体净化部分说明：

1、反火式气化炉设备：为了适应农村生活垃圾原料的特点，本技术采用反火式气化炉设备专用技术，使进入的空气与热解层产生的炭发生反应，特别是与被蒸发物料含水份发生反应，生成二氧化碳，进而生成的二氧化碳又转化为一氧化碳(co+h2)，形成高温区，促使氧化区反应更加剧烈，使物料的碳氢化合物转化为一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等混合气体的先进技术，尤其是本工艺在炉内设有特别装置，使炉内形成空气动力场，增加了气体的扰动，保证了空气与物料的良好混合，增强了气化区的燃烧强度。本装置让气体在这空间有足够的滞留时间，使混合气体中的焦油进一步得到裂解，生成永久性小分子可燃气体，减少了燃气中的焦油含量，增加了燃气的热值，与此同时，在高温区使所产生的二噁英得到彻底解决，变成永久性气体，减少了有害气体对环境的影响。

2、净化系统设备技术：经过多年的研究和试验，掌握了反火式气化过程中的温度对焦油产生率有很大影响的数据。一般情况下，在400℃低温裂解时得到的焦油率约30％，在500℃热解时产生的焦油率约18-20％；在700℃热解时产生的焦油率约15％。随着气化温度的上升到800℃-900℃时，在气化过程中的焦油得到较为理想的裂解，尤其是使所产生的一部分焦油被裂解成小分子永久性气体，提高了燃气的热值，从而有效地降低气体中的焦油含量，从根本上减轻和减少净化系统的负担；另一部采用了净化设备旋流、急冷、碰撞、缓流、吸附等新技术为一体的系统净化新工艺，使生物质燃气中的焦油含量得到进一步净化。为此，公司发明了“清洁生产生物质干法燃气净化发生炉[zl200720043426.0]”，从根本上解决了二噁英严重污染环境的问题。

3、生态环境技术：首先，每天的生活垃圾进厂后进入密封仓，密封仓最底层部下留有生活垃圾液收集池，并将收集池的生活垃圾液通过管道输送到净化池内处理；其次，生活垃圾进行分捡和破碎，对分捡出的酒瓶、石子等料专送到填埋处；其三，生活垃圾进入反火式气化炉后，使原料在还原区温度上升到800-1100℃以上，使生活垃圾在热解反应生成的气体和焦油，在高温下将焦油烈解变为永久性气体再燃烧；气体通过净化系统捕下的木焦油和木醋液(木醋液是生物质在热解过程中得到的水溶性含氧化合物，是多种有机酸的混合液。具有杀菌、治虫、抗病、促进作物生长等作用。可作为绿色无公害农药、微肥使用，可提高作物产量和品质，并能降解农药残留。可作为纯天然杀虫剂、天然植物生长调节剂、以及除臭剂等，有应用领域广阔)，集中收集后进入储存池，作为产品出销，卖给专业的防水材料厂、沥青厂使用；其四，收集起来的生活垃圾液和净化系统中的循环水进行二级“纳滤技术”处理，处理后的水再循环使用；其五，经过反火式气化炉焚烧后(如100吨生活垃圾经焚烧后，灰渣15～20公斤)，专送到砖瓦厂使用；其六，厂房内机械噪声约在70～75db，主要采用车间隔壁减少噪声符合要求；其七，工厂内清洁生产，确保工人生产环境质量较好，特别是运输工具、储藏场所干燥、洁净，不得将有毒物品、污染物品与产品混存混运，工人们安照卫生条件要求保健工作。

总之，此项目整个过程无污水排放、无焦油和木醋液排放，无有害气体排放等，完全符合国家的环保规定，能达到环境影响，能满足2类标准要求，是一种废弃物再生利用、高效利用、生态环保、清洁能源工程。

气体再利用说明

生活垃圾原料所产生的气体，通过储气罐储备，一方面通过管道输送到烘干炉燃烧，源源不断提供热源，解决烘干炉的能源来源；另一方面将多余的燃气用来发电自用。

成本收益分析

1、成本

(1)人工成本：垃圾破碎烘干工段，每天一班，每班3人；垃圾气化发电工段，每天三班，每班3人；备班4人，共16人。人均5000元/月。

(2)电费：总装机功率约800kw，运行系数0.60，电费单价0.63/kwh。

(3)设备折旧：按10年折旧。1300万/10年＝130万/年。

(4)维修费：20元/t。

日处理100t生活垃圾成本构成表：

2、收益：

(1)原生垃圾含水率55％，热值1500cal/kg。

(2)烘干后垃圾含水率30％，热值2343cal/kg。

(3)气化炉转化效率70％，产出的可燃气热值1500cal/m³。

(4)可燃气通过内燃机的发电效率30％。

(5)气化炉产气量计算：q＝2343cal/kg*70％/1500cal/m³＝1.09m³/kg干垃圾。

(6)发电量计算：1t干垃圾发电量＝1000kg*1.09m³/kg*1500cal/m³*30％/860cal/kwh＝570kwh

(7)1t原生垃圾发电量＝570kwh*1500/2343＝365kwh。

(8)1t原生垃圾发电收益＝365kwh*0.65元/kwh＝237元。

本实施例提供的一种生活垃圾反火式热解处置工艺及装置，该工艺针对于农村垃圾特点设置，采用三级破碎机进行预处理，采用反火式气化炉进行热解，对生态环境的影响能达到ⅱ类标准要求，对周围环境无影响，在处理过程中达到再生利用、高效、环保、清洁能源的目的。