一种工业可燃垃圾碳化-热解炉及综合处理系统的制作方法

本发明涉及工业垃圾处理技术领域，具体涉及一种工业可燃垃圾碳化-热解炉及综合处理系统。

背景技术

随着我国经济高速发展，以及工业化进程的不断加快，工业垃圾也呈现了迅速增加的趋势。工业垃圾的污染具有隐蔽性、滞后性和持续性，给环境和人类健康带来巨大危害。对工业垃圾的妥善处置已成为我国在快速经济发展中不可回避的重要环境问题之一。工业可燃垃圾包括废塑料、废橡胶、废纸张、纺织废品、木材等，主要来源于纺织、能源、石化、其它轻工等工业领域。处理工业可燃垃圾的传统方法主要有填埋法和焚烧法。填埋处理不仅会占用大量的土地资源，而且垃圾中的病原菌和有毒物质会渗透到外部环境，引起水源、环境以及农作物的污染。焚烧处理不仅投资大、处理成本高，而且会排放大量的氮氧化物、碳氧化物等有毒有害性气体，污染环境。这两种方法都造成资源浪费和环境污染，未能达到垃圾的三化(无害化、减量化、资源化)处理目标。

工业可燃垃圾碳化技术是将垃圾破碎干燥后，在无氧或低氧条件下进行碳化，碳化后的垃圾可制成生物炭。碳化技术可以克服传统处理的不足，碳化产生的裂解气经过净化提纯后，可作为气体燃料；同时产生的生物炭不仅可作为燃料用于取暖、发电，还可用于高炉炼铁，或进一步加工制成吸附材料等。由此可见，碳化技术真正实现了垃圾的三化处理目标。

在现有的碳化处理技术中，存在以下问题：①传统的加热方式存在着传热效率低，耗能大，温度不易控制，物料受热不均匀，易造成二次污染等问题。②传统裂解气的净化过程中会产生焦油，焦油处理成本较高，而且容易造成二次污染。③传统处理收集到的合成气中包含含量较高co2，合成气热值相对较低。④目前的碳化处理装备系统复杂、流程冗长、操作系统复杂，投资成本高，无法得到广泛推广。

技术实现要素：

为了克服已有碳化处理装备设备系统复杂、流程冗长、投资成本高的不足，本发明提供了一种具有有效抑制工业可燃垃圾碳化过程焦油生成，同时能够进行co2捕集提纯合成气的处理系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种工业可燃垃圾碳化-热解炉及综合处理系统，包括垃圾预处理与送料模块、多段碳化炉模块、二级裂解炉模块、空气换热模块、碳化合成气净化模块和co2捕集模块；

所述垃圾预处理与送料模块包括破碎装置、热风吹扫干燥装置和送料装置，一级进料口设在所述破碎装置的上部，所述破碎装置则位于二级进料口的上方；所述破碎装置的右侧下方设有热风进口，室外空气经空气换热器与从裂解炉中排出的高温气体换热后变成热空气进入破碎装置内，破碎干化后垃圾由破碎装置左侧下方开口排出到储料仓；

所述多段碳化炉模块包括传送料系统和电热元件，多段碳化炉的左上方设置有二级进料口，储料仓的出口与所述二级进料口相接；所述多段碳化炉内设置有传送料系统，传送料系统的外部分布有电热元件，整个多段碳化炉的外部有隔热层和一金属壳体，用来保护内部的传送料系统和电热元件；所述多段碳化炉产生的干馏气体通过炉子右上方的气体出口排入下一级处理；碳化残渣由炉子左下方的出料口排出；

二级裂解炉模块与多段碳化炉摸块之间由带有保温材料的耐高温金属管道连接，所述二级裂解炉由合成气热裂解管道、炉体外部保温隔热材料和电热元件组成；

碳化合成气净化模块由湿式洗涤塔和布袋除尘器构成，所述二级裂解炉模块的出口依次与湿式洗涤塔和布袋除尘器连接；

co2捕集模块是由co2捕集系统和合成气收集系统构成，所述布袋除尘器的出口与所述co2捕集系统连接，所述co2捕集系统的吸收塔出口与合成气收集系统连接。

进一步，所述co2捕集系统由引风机、吸收塔、再生塔、富液泵、贫液泵、贫液冷却器、气液分离罐、co2储气罐和储气瓶组成，布袋除尘器的右侧出气口通过管道连接引风机，引风机的出口气体通过管道连接吸收塔，吸收塔通过富液泵、贫液泵和贫液冷却器与再生塔进行连接；吸收塔的顶部出气口通过管道连接储气瓶，再生塔顶部出气口通过管道连接气液分离罐，气液分离罐的出气口通过管道连接到co2储气罐；在引风机作用下气体从吸收塔底部左侧进气口进入，首先进入吸收塔中下部的微孔曝气板，微孔曝气板的上层是乙醇胺水溶液(mea)，该溶液对于co2有较好的吸收作用。气体在mea中会形成微小气泡，缓慢上升的过程中与mea充分接触，从而使得混合气体中的co2能被吸收剂充分吸收，余下的混合气体将通过吸收塔上部气体出口管道排出至储气瓶中收集起来；吸收塔中吸收剂经富液泵被送入再生塔，再生塔内部设有再沸器，加热富液放出co2，co2气体由再生塔顶部排气管排出至气液分离罐，回收利用再生气中的溶液之后进入co2储气罐中保存起来；与此同时，再生的吸收剂mea在贫液泵作用下进入贫液冷却器中进行冷却之后再次被送回吸收塔中，如此循环往复工作，实现co2气体的分离与收集。储气瓶和co2储气罐上部均安有容量和压力控制装置，这样可以保证最后收集在储气罐中的气体压力不会过高，气体储量也不会超过负荷。

再进一步，所述破碎装置由动力输送部分、离心部分、切割部分、支撑部分及辅助部分组成，所述动力部分包括大电机、同步带、同步带轮和齿轮，所述离心部分包括小电机、传动轴、叶片和联轴器，启动电源后，在小电机的带动下叶片和螺旋滚刀开始转动工作；垃圾废料从一级进料口送入破碎装置后，先由旋转叶片对垃圾进行一级破碎，叶片主刀面和副刀面是经过锋利化处理的，不仅可以对垃圾进行初步切断并且可以凭借风力使堆积垃圾在破碎装置内分散开来；接着，初级破碎后的物料落在螺旋滚刀上进行二次破碎，螺旋的设计可以使得从一侧掉落的垃圾往另一侧传送，边传送边切割，该螺旋滚刀由大电机控制。

更进一步，所述传送料系统为弓字型，是由四段无轴螺旋输送器组成，无轴螺旋输送器主要由驱动装置、头部装配、无轴螺旋体、槽体衬板等组成，传送物料速度可调；由于螺旋无轴，物料不易堵塞，排料口不堵塞，因而可以较低速度运转，平稳传动，降低能耗，输送量大。在小电机的带动下无轴螺旋输送器开始转动工作，破碎垃圾通过分段式的无轴螺旋输送器依次被移送到上段、中段、下段。

所述电热元件由大电阻率的合金材料制成，高温下变形小且不易脆化，最高工作温度可达1500℃。三块电热元件分别位于弓字型传送料系统的三处弯曲部分的空隙中，紧贴着两无轴螺旋输送器之间的外部壁面，保温绝缘材料覆盖在电热元件其他的非接触面，对电热热元件进行保护。温度控制系统通过控制电流，控制着电热元件的温度。整个多段碳化炉的外部有隔热层和一金属壳体，用来保护内部的传送料系统和电热元件。碳化炉内压力由出气口处压力控制阀监控和调节，碳化反应过程保持常压或略高于常压工作。垃圾在无轴螺旋输送器的输送过程中受热裂解，产生的干馏气体通过炉子右上方的气体出口排入下一级处理；碳化残渣由炉子左下方的出料口排出。

所述裂解管道是水平方向放置长u型管，可以使干馏气体有足够的停留时间，进而保证干馏气体中的大分子能够在高温条件下有机会裂解成小分子可燃气体，防止后续过程产生过多焦油。电热元件为热裂解管道提供所需热量，该加热过程温度和升温速率均可以控制；同时二级裂解炉内部的其他部分填满了保温材料，对整个二级裂解炉内部进行保温。

所述湿式洗涤塔中，在塔内用不锈钢管设置多层上喷下淋水嘴，淋洗液为氢氧化钠和碳酸钠的混合稀溶液，气体在由下往上的过程中与向下喷射的混合液充分接触，使得混合气体中的酸性气体被吸收去除。湿式洗涤塔顶部出气口通过管道连接到布袋除尘器，气体中的灰渣颗粒将在布袋除尘器中被除去。

本发明中，首先采用破碎与干燥联合对工业可燃垃圾进行调质处理，然后采用多段式电加热炉对工业可燃垃圾进行碳化处理，由无轴螺旋送料装置将物料在碳化炉内连续送料，实现边运送边碳化，物料被加热温度稳定；同时采用高温电加热炉作为二级裂解装置，使干馏气体中的大分子有机物二级裂解，可防止焦油产生，提高可燃合成气的产量；最后采用co2捕集系统进一步提纯可燃合成气，提高了可燃合成气热值，同时获得了co2产品。

本发明的有益效果主要表现在：提高可燃合成气的产量，提高了可燃合成气热值。

附图说明

图1是工业可燃垃圾碳化-热解炉及综合处理系统示意图。

其中：1.破碎装置；2.叶片；3.小电机；4.一级进料口；5.螺旋滚刀；6.大电机；7.热空气进口；8.出料口；9.储料仓；10.阀门；11.多段式碳化炉；12.二级进料口；13.无轴螺旋送料器；14.电热元件；15.出料口；16.小电机；17.碳化合成气出口；18.带有保温层管道；19.热电偶测温表；20.压力监测器；21.二级裂解炉；22.高温电热元件；23.保温隔热材料；24.气体体积累计流量计；25.空气换热器；26.一级小型引风机；27.湿式洗涤塔；28.气体体积流量计；29.布袋除尘器；30.二级中型引风机；31.吸收塔；32.吸收剂(mea)；33.微孔曝气板；34.贫液泵；35.贫液冷却器；36.富液泵；37.再生塔；38.吸收剂(mea)；39.气液分离罐；40.co2储气罐；41.合成燃气储气瓶；42.气体容积和压力监测器；43.碳化残渣鼓风冷却装置；44.碳化残渣储存仓；45.温度控制箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，一种工业可燃垃圾碳化-热解炉及综合处理系统，包括垃圾预处理与送料模块、多段碳化炉模块、二级裂解炉模块、空气换热模块、碳化合成气净化模块和co2捕集系统。

垃圾预处理与送料模块是含有破碎装置、热风吹扫干燥装置和送料装置的集成系统，垃圾物料由输送带送入一级进料口，一级进料口设在破碎装置的上部，破碎装置则位于二级进料口的上方。该破碎装置主要由动力输送部分、离心部分、切割部分、支撑部分及辅助部分组成，其中动力部分包括大电机、同步带、同步带轮、齿轮，离心部分包括小电机、传动轴、叶片、联轴器。启动电源后，在电机的带动下叶片和螺旋滚刀开始转动工作。垃圾废料从一级进料口送入破碎装置后，先由旋转叶片对垃圾进行一级破碎，叶片主刀面和副刀面是经过锋利化处理的，不仅可以对垃圾进行初步切断并且可以凭借风力使堆积垃圾在破碎装置内分散开来；接着，初级破碎后的物料落在螺旋滚刀上进行二次破碎，螺旋的设计可以使得从一侧掉落的垃圾往另一侧传送，边传送边切割，该螺旋滚刀由大电机控制。破碎装置的右侧下方设有热风进口，室外空气经空气换热器与从裂解炉中排出的高温气体换热后变成热空气进入破碎装置内，对破碎腔内垃圾进行干化处理，垃圾实现了一边破碎一边干化，同时被传送进入下一级处理系统，最终破碎干化后垃圾由破碎装置左侧下方开口排出。

多段碳化炉模块主要由传送料系统和电热元件组成。多段碳化炉的左上方设置有进料口，主要接收来自破碎垃圾储存仓的物料。炉内设置有传送料系统，传送料系统为弓字型，主要是由四段无轴螺旋输送器组成。无轴螺旋输送器主要由驱动装置、头部装配、无轴螺旋体、槽体衬板等组成，传送物料速度可调。由于螺旋无轴，物料不易堵塞，排料口不堵塞，因而可以较低速度运转，平稳传动，降低能耗，输送量大。在小电机的带动下无轴螺旋输送器开始转动工作，破碎垃圾通过分段式的无轴螺旋输送器依次被移送到上段、中段、下段。传送料系统的外部分布有三块电热元件，用于提供碳化过程物料所需的温度。电热元件由大电阻率的合金材料制成，高温下变形小且不易脆化，最高工作温度可达1500℃。三块电热元件分别位于弓字型传送料系统的三处弯曲部分的空隙中，紧贴着两无轴螺旋输送器之间的外部壁面，保温绝缘材料覆盖在电热元件其他的非接触面，对电热热元件进行保护。温度控制系统通过控制电流，控制着电热元件的温度。整个多段碳化炉的外部有隔热层和一金属壳体，用来保护内部的传送料系统和电热元件。碳化炉内压力由出气口处压力控制阀监控和调节，碳化反应过程保持常压或略高于常压工作。垃圾在无轴螺旋输送器的输送过程中受热裂解，产生的干馏气体通过炉子右上方的气体出口排入下一级处理；碳化残渣由炉子左下方的出料口排出。

二级裂解炉模块与上一级多段碳化炉摸块之间由带有保温材料的耐高温金属管道连接，该送气管道较短，需要维持干馏气体的温度，防止干馏气体中大分子有机物冷凝为焦油；同时，带有保温材料管道中部设置有热电偶、压力阀用于监控多段式碳化炉中高温环境。二级裂解炉由合成气热裂解管道、炉体外部保温隔热材料和电热元件组成。裂解管道是水平方向放置长u型管，可以使干馏气体有足够的停留时间，进而保证干馏气体中的大分子能够在高温条件下有机会裂解成小分子可燃气体，防止后续过程产生过多焦油。电热元件为热裂解管道提供所需热量，该加热过程温度和升温速率均可以控制；同时二级裂解炉内部的其他部分填满了保温材料，对整个二级裂解炉内部进行保温。

碳化合成气净化模块由湿式洗涤塔和布袋除尘器构成。湿式洗涤塔，在塔内用不锈钢管设置多层上喷下淋水嘴，淋洗液为氢氧化钠和碳酸钠的混合稀溶液，气体在由下往上的过程中与向下喷射的混合液充分接触，使得混合气体中的酸性气体被吸收去除。湿式洗涤塔顶部出气口通过管道连接到布袋除尘器，气体中的灰渣颗粒将在布袋除尘器中被除去。

co2捕集模块是由co2捕集系统和合成气收集系统，该系统由引风机、吸收塔、再生塔、富液泵、贫液泵、贫液冷却器、气液分离罐、co2储气罐和储气瓶组成。布袋除尘器的右侧出气口通过管道连接引风机，引风机的出口气体通过管道连接吸收塔，吸收塔通过富液泵、贫液泵和贫液冷却器与再生塔进行连接。吸收塔的顶部出气口通过管道连接储气瓶，再生塔顶部出气口通过管道连接气液分离罐，气液分离罐的出气口通过管道连接到co2储气罐。在引风机作用下气体从吸收塔底部左侧进气口进入，首先进入吸收塔中下部的微孔曝气板，微孔曝气板的上层是乙醇胺水溶液(mea)，该溶液对于co2有较好的吸收作用。气体在mea中会形成微小气泡，缓慢上升的过程中与mea充分接触，从而使得混合气体中的co2能被吸收剂充分吸收，余下的混合气体将通过吸收塔上部气体出口管道排出至储气瓶中收集起来。吸收塔中吸收剂经富液泵被送入再生塔，再生塔内部设有再沸器，加热富液放出co2，co2气体由再生塔顶部排气管排出至气液分离罐，回收利用再生气中的溶液之后进入co2储气罐中保存起来。与此同时，再生的吸收剂mea在贫液泵作用下进入贫液冷却器中进行冷却之后再次被送回吸收塔中，如此循环往复工作，实现co2气体的分离与收集。储气瓶和co2储气罐上部均安有容量和压力控制装置，这样可以保证最后收集在储气罐中的气体压力不会过高，气体储量也不会超过负荷。

本实施例的工业可燃垃圾碳化-热解炉及综合处理系统的工作过程如下：

第一步，工业垃圾从一级进料口4进入破碎装置1中，经叶片2的一级初步破碎之后，在风力作用下垃圾被分散至破碎腔体的各个部位。散落的垃圾在螺旋滚刀5上进行二次破碎，直接被切断的垃圾掉落下去，而未被直接切断的垃圾在螺旋滚刀带动下被多次切割，直至切断为止。同时，热空气通过热空气进口7对破碎垃圾进行干燥。经破碎干燥之后的垃圾由破碎干燥机下部左侧出料口8进入储料仓9中。

第二步，通过储存仓下方的阀门10来控制破碎垃圾进入多段碳化炉11的量。破碎垃圾通过多段碳化炉上方二级进料口12进入到多段碳化炉中，通过小电机16控制的分段式无轴螺旋输送器13依次被移送到上段、中段、下段。破碎垃圾在输送过程中通过电热元件14产生的热量在低氧状态下受热分解，产生大量由碳氢化合物组成的干馏气体。经过碳化反应后的垃圾碳化物通过多段碳化炉出料口15进入到碳化残渣鼓风冷却装置43中。鼓风冷却装置通过鼓入空气对垃圾碳化物进行冷却。冷却后的残碳通过传送送入碳化残渣储存仓44中备用或进一步处置。

第三步，碳化合成气通过多段碳化炉气体出口17进入带有保温材料的管道18，在碳化炉出口排气管路安装有热电偶测温表19和压力监测器20，监控排出气体的温度和压力，尤其当炉内压力过大时，进行适当调节。干馏气体被排入二级裂解炉21，在u型热裂解管道23流动中，气体中的大分子有机物在高温电加元件22作用下裂解成小分子的气体。在二级裂解炉出口排气管路安装有热电偶测温表、压力监测器以及气体体积累积流量计24，在监控排出裂解气的温度和压力的同时，统计整个碳化过程裂解气的总体积。裂解气通过二级裂解炉的出口进入到空气换热器25中，加热后的空气被送至干燥破碎机中对破碎垃圾进行干燥预处理；裂解气在被空气冷却后，进入到气体净化模块中。

第四步，在一级小型引风机26做用下降温后的裂解气由湿式洗涤塔27的左侧入气口进入，在与淋洗液充分接触的过程中，混合气体中酸性气体被吸收。混合气体从湿式洗涤塔27上部出口排出，沿着管道进入布袋除尘器29，经布袋除尘器29除去气体中的灰渣颗粒。

第五步，在二级中型引风机30作用下合成气从吸收塔31底部进入，经微孔曝气板33进入吸收剂层32，混合气体中的co2被吸收，余下的合成气将通过吸收塔上部气体出口管道排出至合成燃气储气瓶42中收集起来。吸收塔31中吸收剂32在富液泵36作用下被送入再生塔37，加热富液后放出的co2气体由再生塔37顶部排气管排出至气液分离罐39，回收利用其中的吸收剂之后进入co2储气罐40中保存起来。与此同时，再生的吸收剂mea在贫液泵34作用下进入贫液冷却器35中进行冷却之后再次被送回吸收塔31中，循环重复利用。

综上所述，本发明提出了一种工业可燃垃圾碳化-热裂解综合处理系统，采用智能控制系统控制电热元件温度，保证垃圾碳化和气体二次裂解的稳定进行，同时本系统是常压下工作，多处设置压力控制阀，不存在压力过高风险；系统为节约能耗，也充分利用了高温合成气排出炉内时余热；当炉内温度达到碳化和裂解反应要求时，电热元件可以停止加热，炉内可以依赖物料自身放热进行发热，节约耗能；同时增加了co2捕集系统，进一步提高了合成气的品质。本系统结构紧凑、功能齐全、操作简单、可靠性高、无污染，是一种能消除工业垃圾碳化合成气中的焦油，且大量产生高品质合成气的新系统。