一种生活垃圾热解资源化综合处理系统及方法

一种生活垃圾热解资源化综合处理系统及方法
【专利摘要】本发明提供了一种生活垃圾热解资源化综合处理系统及方法，所述系统包括预处理装置、蓄热式旋转床热解炉、油气分离净化装置、固定床气化装置、热解气储存装置和可燃气回收装置；将生活垃圾原料经过分选、破碎、烘干、成型等预处理后，在蓄热式旋转床热解炉热解得到高温油气和热解炭，热解炭气化后生成气化可燃气，用以作为蓄热式燃气辐射管燃烧器的燃料。该技术运行成本低，经济效益好，将所述生成的低热值的气化可燃气通入蓄热式辐射管内燃烧，解决了气化热解垃圾炭经济效益差以及生活垃圾热解资源化工业化推广的问题。
【专利说明】一种生活垃圾热解资源化综合处理系统及方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及固体废弃物资源化处理领域，尤其是涉及一种生活垃圾热解资源化综合处理系统及方法。

【背景技术】
[0002]近年来关于垃圾热解技术的研究层出不穷，包括原料热解行为分析，热解影响因素分析，热解产物特性研究，热解装置研发等等，但是这些研究多集中于实验室阶段，仅有少部分进入中试阶段，大规模的工业化生产运行还没有实现。原因主要是我国生活垃圾为混合垃圾,含水率高,垃圾原料本身成分复杂、波动性大,这种特性造成了热解后产物品质不稳定，进一步利用还存在问题，尤其是垃圾热解炭的利用问题。通过研究发现我国垃圾热解炭杂质含量较多，热值低，市场销路不好，很难进行进一步的利用，即使有部分垃圾热解炭作为燃料与煤掺烧，但燃烧效果差，破坏了原有的工艺过程，对正常的工艺运行造成了影响。大多数垃圾热解炭最终只能作为热解残渣进行填埋处理，不仅占用了土地资源，而且造成了能源的浪费。因此如果能够将这部分垃圾热解炭利用起来，为热解提供能源，则能够提高垃圾热解资源化效率，更利于垃圾热解的工业化生产和推广。
[0003]为了解决这一问题，有研究者采用将垃圾气化的方式直接获得可燃气，从而避免热解炭的利用难题，但是直接气化会造成热解气和气化气混合，从而使气体整体热值下降，气体含尘量大，质量不纯，经济效益差；也有研究者将垃圾热解炭单独气化以得到气化气作为产品。
[0004]气化装置主要有固定床、流化床、气流床等，现有的垃圾热解炭气化采用的气化装置多为流化床或者气流床，目的是得到较高热值的气化气作为产品，这就要求原料粒度较细，需要将垃圾原料进行多级破碎处理，实现破碎后粒径< 10mm，不仅工艺流程复杂而且增加了处理成本。同时，由于垃圾热解炭大多不是块状物料，也不适用于采用固定床气化，并且垃圾热解炭成分复杂，用固定床气化后得到的气化气热值低，很难进一步利用。
[0005]垃圾处理中臭气的处理也一直是垃圾处理重点关注的问题，垃圾中的恶臭主要是垃圾在运输、预处理(破碎、烘干等)、堆、取过程中由微生物与垃圾中的有机物通过好氧或者厌氧过程而产生的，主要成分包括硫化物、胺化物、卤代烃、芳香烃、含氧有机物等，目前恶臭的常规处理技术包括物理、化学和生物法等，其中物理法只适用于处理低浓度、范围小的恶臭，且成本较高；化学法除臭不持久，除臭设施投资和运行费用高；生物法虽然成本低廉但是菌种的筛选培养较为困难，见效较慢。
[0006]专利号为201210466539的专利公布了一种生活垃圾耦合流化床分级热解气化工艺，采用耦合流化床作为热解反应主体装置，气化装置为气流床，这就要求物料必须是微小颗粒，专利中的粉碎粒度为0-6mm，并且生活垃圾必须先脱铁，这样需要进行多级粉碎，能耗大，经济效益差，同时采用套管式滚筒烘干机烘干，需要提供能源，烘干效率低，能耗大，烘干的含有异味水蒸汽作为气化剂，气化时还需额外提供氧化剂，包括氧气、空气、富氧空气，经济效益差；热解气与气化气混合，为了实现得到高含甲烷低含尘量的可燃气，采用高温临氢热解，气化温度高，气化过程中需要进行两级气固分离，工艺复杂，运行费用高。
[0007]专利号为201110111480.5的专利公开了生活垃圾热解气化处理成套设备，包含了热解气化燃气发生炉、预热炉、燃烧炉、燃烬炉，目的是使生活垃圾热解气化生成燃气，并将燃气燃尽。但是该方法将热解与气化在同一个炉内完成、热解气和气化气混合，致使燃气整体热值低，并且产生的燃气、焦油等均被燃烧，能源利用效率低，经济性差。


【发明内容】

[0008]本发明提供了一种生活垃圾热解资源化综合处理系统及方法，解决了生活垃圾热解产物炭很难再利用或者利用过程中能源转换效率低，经济效益差的问题，以及垃圾处理过程中产生的臭气的处理问题，同时解决了生活垃圾热解技术经济效益差而导致的难于工业化推广的问题，其技术方案如下所述:
[0009]一种生活垃圾热解资源化综合处理方法，包括下列步骤:
[0010]I)将生活垃圾原料经过分选、破碎、烘干、成型的预处理，并将预处理过程中产生的带有臭味的空气及烘干时带有水蒸汽的烟气收集作为气化剂使用；
[0011]2)将所述成型的生活垃圾热解原料均匀给入蓄热式旋转床热解炉，在炉内生活垃圾热解原料随炉底的转动被逐渐加热，生成热解高温油气和热解炭，所述热解炭经出料机构排出；
[0012]3)所述热解高温油气通过设置于蓄热式旋转床热解炉炉顶的收集管收集，并经过冷却净化后，得到热解油和热解气；
[0013]4)将所述热解炭输入到固定床气化装置内并利用步骤I)中的气化剂进行气化，产生的气化可燃气经除尘净化后供蓄热式旋转床热解炉的加热装置燃烧使用，所述加热装置为蓄热式燃气辐射管。
[0014]所述步骤I)中，所述分选是将垃圾中的大块无机物、玻璃、金属分离出来，所述成型是将烘干后的生活垃圾经过垃圾成型设备压缩成型为棒状、饼状或粒状，粒径范围是10-100mm。
[0015]进一步的，步骤I)中，对生活垃圾的破碎通过一级或者2-3级破碎装置将分选后的垃圾破碎至粒径为10mm-80mm的小块。
[0016]所述步骤I)中，对生活垃圾的烘干是采用步骤4)中蓄热式燃气辐射管燃烧后的烟气作为热源对破碎后的垃圾进行烘干，烘干温度为120-180°C，烘干后垃圾的含水率为5%~20%。
[0017]所述步骤2)中，所述生活垃圾热解原料被加热至600_850°C，料层厚度为100-500mmo
[0018]所述步骤3)中，所述热解高温油气的净化包括除焦、除氨以及脱硫。
[0019]所述步骤4)中，气化温度为700-850°C，向蓄热式燃气辐射管输入的气化可燃气不足时，调用步骤3)中的热解气作为补充燃料。
[0020]根据上述方法采用的生活垃圾热解资源化综合处理系统，包括:
[0021 ] 预处理装置，所述预处理装置具有出料口、出气口以及烟气入口，包括分选装置、破碎装置、烘干装置和成型装置；
[0022]蓄热式旋转床热解炉，所述蓄热式旋转床热解炉具有进料口、热解炭出口、油气出口、烟气出口和燃料入口，所述蓄热式旋转床热解炉的进料口与预处理装置的出料口相连，并且所述蓄热式旋转床热解炉的烟气出口与预处理装置的烟气入口相连；所述蓄热式旋转床热解炉设置的加热装置为蓄热式燃气辐射管，所述蓄热式燃气辐射管通过燃烧为所述蓄热式旋转床热解炉供热；
[0023]油气分离净化装置，所述油气分离净化装置具有油气进口、热解气出口和热解油出口，所述油气分离净化装置的油气进口与蓄热式旋转床热解炉的油气出口相连；
[0024]固定床气化装置，所述固定床气化装置具有进料口、进气口和气化可燃气出口，所述固定床气化装置的进料口与所述蓄热式旋转床热解炉的热解炭出口相连，并且所述固定床气化装置的进气口与所述预处理装置的出气口相连；
[0025]热解气储存装置，所述热解气储存装置具有热解气入口与热解气出口，所述热解气储存装置的热解气入口与所述油气分离净化装置的热解气出口相连；
[0026]可燃气回收装置，所述可燃气回收装置具有可燃气出口、第一可燃气入口和第二可燃气入口，所述可燃气回收装置的可燃气出口与蓄热式旋转床热解炉的燃料入口相连，并且所述可燃气回收装置的第一可燃气入口、第二可燃气入口分别与所述固定床气化装置的气化可燃气出口和所述热解气储存装置的热解气出口相连。
[0027]进一步的，所述系统还包括热解油储存装置，所述热解油储存装置与油气分离净化装置的热解油出口相连。
[0028]进一步的，所述蓄热式旋转床热解炉还包括布料机构和出料机构；所述油气分离净化装置包括除焦装置、除氨装置和脱硫装置。
[0029]本发明提供的生活垃圾热解资源化综合处理系统及方法是一种固定床垃圾热解技术与固定床气化技术的结合，其中固定床热解装置采用蓄热式旋转床热解炉，其蓄热式燃气辐射管作为加热装置可以稳定燃烧低热值气体，解决了固定床气化气不好利用的难题；固定床气化装置适应了固定床热解装置垃圾原料为块状成型物料以及热解产物炭也为块状的特点，经济性好。
[0030]热解主体装置为蓄热式旋转床热解炉，该装置采用辐射管加热，产生的热解气与烟气分离，热解气内氢气、甲烧、一氧化碳等成分含量高，热值可达4200kcal/m3以上,若直接回用燃烧供热则造成了能源的浪费，采用热解炭气化后可燃气将其中大部分热解气置换出来，优质的热解气可作为化工原料出售，不仅提高了能源利用率而且整个工艺中吨垃圾的经济效益可提高30%左右。
[0031]采用预处理过程中产生的有臭味的空气和含水蒸汽的烟气作为热解炭的气化剂，无需另外生产水蒸气，无需另设臭气处理系统，达到资源和能源的充分回收利用，大大降低了工艺的运行成本，提高了垃圾热解的资源化利用效率和经济性。

【专利附图】

【附图说明】
[0032]图1是本发明提供的生活垃圾热解资源化综合处理方法的示意图；
[0033]图2是本发明提供的生活垃圾热解资源化综合处理系统的示意图。

【具体实施方式】
[0034]本发明所述的生活垃圾热解资源化综合利用方法是一种固定床垃圾热解技术与固定床气化技术的结合，其中固定床垃圾热解装置采用蓄热式旋转床热解炉，即炉底旋转，物料铺于炉底上，相对于炉底是固定不动的，其加热装置蓄热式燃气辐射管可以稳定燃烧低热值气体，解决了固定床气化气不好利用的难题。
[0035]两种技术结合后，旋转床热解装置采用的垃圾原料为块状成型物料，热解后产生的块状热解垃圾炭正好适用于固定床气化，这种气化技术不需将原料进行深度破碎，运行成本低，经济效益好，只是生成的可燃气的热值相对其他气化技术较低，因而巧妙地将低热值的气化可燃气通入蓄热式辐射管加热装置内燃烧，解决了气化热解垃圾炭经济效益差以及生活垃圾热解资源化工业化推广的问题。
[0036]本发明的操作过程主要是首先将原生生活垃圾进行预处理，包括分选、破碎、烘干、成型等，收集预处理过程中产生的有臭味的空气(以下简称臭气)和带有水蒸汽的烘干烟气供后续使用。
[0037] 成型的垃圾进入蓄热式旋转床热解炉进行热解，热解产物为热解气、热解油和热解炭。由于进炉垃圾为成型垃圾，产生的热解炭也为块状，因此可选用固定床气化装置将热解炭进行气化，气化剂为臭气和带有水蒸汽的烘干烟气，气化产生气化可燃气，该气体热值较低，不容易利用。
[0038]采用可燃烧低热值气体的蓄热式辐射管作为燃烧器来加热，燃烧气化可燃气为热解提供能源，不够的部分可用优质热解气补充，燃烧后的带有热量的烟气用于垃圾烘干。该工艺最大限度的利用了系统自身的资源与能源，用热解炭气化的气化可燃气为热解提供能源，将大部分优质热解气及热解油作为产品出售，热解进出料均为块状，气化炉采用低成本固定床，工艺运行成本低，能耗低，产品经济效益好，资源化水平高，二次污染少，易于实现垃圾热解的工业化和规模化。
[0039]图1为本发明生活垃圾热解资源化处理方法的流程图。本发明所述的生活垃圾热解资源化处理方法，包括步骤:
[0040]A、生活垃圾的预处理:将生活垃圾原料经过预处理后得到成型的生活垃圾热解的原料；
[0041]所述的预处理包括以下一项或多项:
[0042](I)生活垃圾分选:主要采用滚筒筛、风选、磁选等方法将垃圾中的大块无机物、玻璃、金属等物质分离出来；
[0043](2)生活垃圾破碎:通过一级或者2-3级破碎装置将分选后的垃圾破碎至粒径为10mm-HOmm 的小块；
[0044](3)生活垃圾的烘干:采用辐射管燃烧后的烟气作为热源对破碎后垃圾进行烘干，烘干温度为120-180°C，烘干后垃圾的含水率为5%~20% ;
[0045](4)生活垃圾成型:将烘干后生活垃圾经过垃圾成型设备压缩成型为棒状、饼状或粒状，粒径范围是10-100mm。
[0046](5)臭气及烟气收集:将预处理过程中产生的带有臭味的空气及烘干带有水蒸汽的烟气收集作为气化剂使用。
[0047]B、生活垃圾热解:将所述的垃圾热解原料均匀给入蓄热式旋转床热解炉，料层厚度100-500mm，在炉内垃圾随炉底的转动被逐渐加热至600-850°C，最终生成热解高温油气和热解炭。可以优选加热至700-850°C，在此温度下，有利于提高热解气的产率。热解高温油气通过设置于炉顶的收集管收集，炉底旋转一周后，热解炭在炉内经出料机构优选密封螺旋出料机排出。
[0048]该热解炉为实现垃圾热解的主体设备，所述蓄热式旋转床热解炉包括炉墙、炉顶和炉底围成的炉膛、布料机构和出料机构，所述蓄热式燃气辐射管包括蓄热式燃烧器和辐射管。如图2所示，所述蓄热式旋转床热解炉的炉底为可转动的环形炉底，蓄热式燃气辐射管通过蓄热式燃烧器对燃气进行预热，并在辐射管中高效燃烧，以热辐射的方式提供旋转床内垃圾热解所需热量，由于采用蓄热式结构，该燃烧器可燃烧低热值可燃气(热值^ 700kcal/Nm3)，辐射管内的烟气与旋转床内的气氛隔绝。燃烧在辐射管内进行，燃烧产物从辐射管的出口排出，不进入炉膛，通过辐射管的热辐射向物料传热。蓄热式燃气辐射管燃烧器的热效率达到85%以上，更重要的是可以稳定燃烧低热值的燃气。
[0049]C、高温油气的收集和净化:收集管收集的高温油气经过冷却净化(除焦、除氨、脱硫)后，得到热解油和热解气，其中热解油储存在油罐中，作为产品销售。热解气被存储在气罐中，作为产品销售，在向蓄热式燃气辐射管输入的气化可燃气不足时，能够调用热解气作为补充燃料。
[0050]D、热解炭的气化:排出的热解炭为块状，经皮带机输入到固定床气化炉内进行气化，气化温度700-850°C，所用气化剂为臭气及烘干带有水蒸汽的烟气。产生的气化可燃气热值为800-2500kcal/Nm3，经除尘后供蓄热式燃气辐射管燃烧使用。剩余残渣经气化炉排出，收集后填埋处理。
[0051]如图2所示，生活垃圾热解资源化综合处理系统包括预处理装置、蓄热式旋转床热解炉、可燃气回收装置、油气分离净化装置、固定床气化装置、热解气储存装置、热解油储存装置。
[0052]所述预处理装置具有出料口、出气口以及烟气入口，包括分选装置、破碎装置、烘干装置和成型装置。
[0053]所述蓄热式旋转床热解炉具有进料口、热解炭出口、油气出口、烟气出口和燃料入口，所述蓄热式旋转床热解炉的进料口与预处理装置的出料口相连，并且所述蓄热式旋转床热解炉的烟气出口与预处理装置的烟气入口相连；所述蓄热式旋转床热解炉设置的加热装置为蓄热式燃气辐射管，所述蓄热式燃气辐射管通过燃烧为所述蓄热式旋转床热解炉供热。还包括炉膛、布料和出料辅助机构，出料辅助机构可以是螺旋出料机，所述蓄热式燃气辐射管包括蓄热式燃烧器和辐射管。
[0054]所述油气分离净化装置具有油气进口、热解气出口和热解油出口，所述油气分离净化装置的油气进口与蓄热式旋转床热解炉的油气出口相连。所述油气分离净化装置包括除焦装置、除氨装置、脱硫装置，所述高温油气先经过激冷气液分离器进行冷却，激冷液为循环氨水，冷却得到的热解气通过电捕焦油器除去夹带的焦油，送至除氨塔除氨，再进入脱硫塔脱硫，得到洁净可燃气。
[0055]可燃气回收装置，所述可燃气回收装置具有可燃气出口、第一可燃气入口和第二可燃气入口，所述可燃气回收装置的可燃气出口与蓄热式旋转床热解炉的燃料入口相连，并且所述可燃气回收装置的第一可燃气入口和第二可燃气入口分别与所述固定床气化装置的气化可燃气出口和所述热解气储存装置的热解气出口相连。
[0056]还有与蓄热式燃气辐射管旋转床热解炉相连接的固定床气化装置，所述固定床气化装置具有进料口、进气口和气化可燃气出口，所述固定床气化装置的进料口与所述蓄热式旋转床热解炉的热解炭出口相连，并且所述固定床气化装置的进气口与所述预处理装置的出气口相连。热解炭在固定床气化装置热解产生的气化可燃气作为辐射管燃烧气使用。在气化可燃气进入可燃气回收装置之前需要净化除尘，具体过程是先经过旋风除尘器除尘，再经过洗涤塔、脱硫塔、电除尘器冷却除尘，最后经过气化气排送机加压，捕滴器除去水滴送往旋转床作燃料。
[0057]所述热解气储存装置具有热解气入口与热解气出口，所述热解气储存装置的热解气入口与所述油气分离净化装置的热解气出口相连，在向蓄热式燃气辐射管输入的气化可燃气不足时，能够调用热解气作为补充燃料，调用的过程主要是通过旋转炉内物料的温度确定，如果加热燃料无法使物料达到预定的温度就需要补充热解气进行燃烧。热解气净化后送入热解气储存装置储存，作为产品出售，热解气储存装置同时与可燃气回收装置相连，在气化可燃气足够时这条管线是关闭状态，在气化可燃气不足时打开管路阀门将部分热解气送到可燃气回收储罐里，与气化可燃气混合供给蓄热式燃气辐射管中的蓄热式燃烧器燃
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[0058]所述热解油储存装置与油气分离净化装置的热解油出口相连。
[0059]以下是利用本发明提供的方法的两个实施例:
[0060]实施例1:
[0061]采用某市生活垃圾为原料，垃圾含水率54%，成分组成如表1:
[0062]表1生活垃圾成分组成(wt % )
[0063]

【权利要求】
1.一种生活垃圾热解资源化综合处理方法，其特征在于，包括下列步骤:1)将生活垃圾原料经过分选、破碎、烘干、成型的预处理，并将预处理过程中产生的带有臭味的空气及烘干时带有水蒸汽的烟气收集作为气化剂使用；2)将所述成型的生活垃圾热解原料均匀给入蓄热式旋转床热解炉，在炉内所述生活垃圾热解原料随炉底的转动被逐渐加热，生成热解高温油气和热解炭，所述热解炭经出料机构排出；3)所述热解高温油气通过设置于蓄热式旋转床热解炉炉顶的收集管收集，并经过冷却净化后，得到热解油和热解气；4)将所述热解炭输入到固定床气化装置内并利用步骤I)中的气化剂进行气化，产生的气化可燃气经除尘净化后供蓄热式旋转床热解炉的加热装置燃烧使用，所述加热装置为蓄热式燃气辐射管。
2.根据权利要求1所述的生活垃圾热解资源化综合处理方法，其特征在于，步骤I)中，所述分选是将生活垃圾中的大块无机物、玻璃、金属分离出来，所述成型是将烘干后的生活垃圾经过垃圾成型设备压缩成型为棒状、饼状或粒状，粒径范围是10-100_。
3.根据权利要求1所述的生活垃圾热解资源化综合处理方法，其特征在于，步骤I)中，对生活垃圾的破碎通过一级或者2-3级破碎装置将分选后的生活垃圾破碎至粒径为10mm-HOmm 的小块。
4.根据权利要求1所述的生活垃圾热解资源化综合处理方法，其特征在于，步骤I)中，对生活垃圾的烘干是采用步 骤4)中蓄热式燃气辐射管燃烧后的烟气作为热源对破碎后的生活垃圾进行烘干，烘干温度为120-180°C，烘干后生活垃圾的含水率为5%~20%。
5.根据权利要求1所述的生活垃圾热解资源化综合处理方法，其特征在于，步骤2)中，所述生活垃圾热解原料被加热至600-850°C，料层厚度为100-500mm。
6.根据权利要求1所述的生活垃圾热解资源化综合处理方法，其特征在于，步骤3)中，所述热解高温油气的净化包括除焦、除氨以及脱硫。
7.根据权利要求1所述的生活垃圾热解资源化综合处理方法，其特征在于，所述步骤4)中，气化温度为700-850°C，向蓄热式燃气辐射管输入的气化可燃气不足时，调用步骤3)中的热解气作为补充燃料。
8.根据权利要求1-7所述方法采用的生活垃圾热解资源化综合处理系统，其特征在于，包括:预处理装置，所述预处理装置具有出料口、出气口以及烟气入口，包括分选装置、破碎装置、烘干装置和成型装置；蓄热式旋转床热解炉，所述蓄热式旋转床热解炉具有进料口、热解炭出口、油气出口、烟气出口和燃料入口，所述蓄热式旋转床热解炉的进料口与预处理装置的出料口相连，并且所述蓄热式旋转床热解炉的烟气出口与预处理装置的烟气入口相连；所述蓄热式旋转床热解炉设置的加热装置为蓄热式燃气辐射管，所述蓄热式燃气辐射管通过燃烧为所述蓄热式旋转床热解炉供热；油气分离净化装置，所述油气分离净化装置具有油气进口、热解气出口和热解油出口，所述油气分离净化装置的油气进口与蓄热式旋转床热解炉的油气出口相连；固定床气化装置，所述固定床气化装置具有进料口、进气口和气化可燃气出口，所述固定床气化装置的进料口与所述蓄热式旋转床热解炉的热解炭出口相连，并且所述固定床气化装置的进气口与所述预处理装置的出气口相连；热解气储存装置，所述热解气储存装置具有热解气入口与热解气出口，所述热解气储存装置的热解气入口与所述油气分离净化装置的热解气出口相连；可燃气回收装置，所述可燃气回收装置具有可燃气出口、第一可燃气入口和第二可燃气入口，所述可燃气回收装置的可燃气出口与蓄热式旋转床热解炉的燃料入口相连，并且所述可燃气回收装置的第一可燃气入口、第二可燃气入口分别与所述固定床气化装置的气化可燃气出口和所述热解气储存装置的热解气出口相连。
9.根据权利要求8所述的生活垃圾热解资源化综合处理系统，其特征在于，所述系统还包括热解油储存装置，所述热解油储存装置与油气分离净化装置的热解油出口相连。
10.根据权利要求8所述的生活垃 圾热解资源化综合处理系统，其特征在于，所述蓄热式旋转床热解炉还包括布料机构和出料机构；所述油气分离净化装置包括除焦装置、除氨装置和脱硫装置。
【文档编号】C10J3/02GK104178226SQ201410399972
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】吴道洪, 贾懿曼, 肖磊 申请人:北京神雾环境能源科技集团股份有限公司