一种垃圾衍生料为原料的生物质气化生产设备及生产方法与流程

本发明涉及生物质气化设备技术领域，特别涉及一种垃圾衍生料为原料的生物质气化生产设备及生产方法。

背景技术：

当前，在世界上每年产生数量巨大的城市生活垃圾，环境保护和污染治理形成了严重的挑战，目前在全世界范围内，垃圾的年平均增长速度为8.24%。在一些发展中国家，增速甚至达10%以上。我国城市垃圾年产量已占全世界垃圾年产量的四分之一以上，目前我国历年垃圾堆存量已高达60亿吨，占用耕地5亿立方米，直接经济损失达80亿元人民币。城市生活垃圾一般分为三大类：①有机物质（厨房垃圾、庭院垃圾等）；②不可回收垃圾（煤粉灰、炉渣、灰尘等）；③可循环再利用材料（纸张、塑料、纤维、金属、玻璃等）。目前我国的垃圾分类机制还很不完善，多数城市基本没有垃圾回收，最重城市生活垃圾还是混合后送入垃圾处理厂。在我国约200个城市陷入垃圾包围之中，以城镇人口每人每年产生440kg垃圾计算，每年产生垃圾量约为1.5亿吨，并且每年还在以8%-10%的速度递增。中国已成为世界上垃圾包袱最重的国家，城市垃圾的无害化、减量化和资源化处理已经迫在眉睫。

目前，垃圾处理的主要方式有填埋法、堆肥法及焚烧法。填埋或露天堆积都需占用大量土地，不能实现垃圾处理的减量化。垃圾焚烧处理可以实现城市垃圾热能回收、减容、减重、高温灭菌等目的，因而得到较快的发展。然而，垃圾焚烧会对大气造成二次污染，不能完全燃烧的部分仍然需要填埋，随着环境科学技术的发展以及人们对环境质量要求的提高，需要积极寻找一种提高垃圾再生能源化水平，且环保效益及资源回收效率高的垃圾焚烧处理方式。现在国内外兴起一种垃圾衍生料（refusederivedfuel，简称rdf）生产技术，所谓垃圾衍生料，是指从垃圾中除去金属、玻璃、石块、砂土等不燃物，将垃圾中的可燃物（如塑料、纤维、橡胶、木头、食物废料等）破碎、干燥后，加入添加剂，压缩成所需形状（如柱状，颗粒状等）的固体燃料。城市生活垃圾中能主要利用的部分是：①有机物质；③可循环再利用材料。rdf是经过科学配比人工合成的燃料，具有较高的发热值，与一般垃圾燃料相比，热值为后者的1-2倍以上，发电效率可达25%（一般垃圾燃烧为10%）以上，而且燃烧稳定，能大大降低燃烧产生的二噁英等二次污染物。垃圾衍生料rdf有很多优点：①燃料的安全性、商品性好，具有良好的保存和使用性能；②rdf加工过程中，含氯物质最大减量化，热解生成二噁英类物质的量极小，并且燃烧充分，排渣量低于15%；③热解后的灰渣按照国家规定可按照一般固体废物处理，可用作铺路的垫石、填埋场覆盖层的材料和制作免烧砖等等，灰渣综合利用率高；④热值稳定基本一致，可确保气化炉或者锅炉的运行稳定性。

针对以上生活垃圾处理问题，可以将生活垃圾加工为符合要求的垃圾衍生料，然后将垃圾衍生料在在气化炉内通过热化学反应，转变为可燃的生物质气。

技术实现要素：

本发明目的是为解决上述问题所采取的技术方案是：

一种垃圾衍生料为原料的生物质气化生产设备，其特征在于，包括第一级综合搅拌机、撕碎机构、烘干机、生物质原料料仓、热风炉、尾气处理机构、分选除杂机构、制棒机、生物质气化炉；所述第一级综合搅拌机的输出端通过第一输送机构连通有撕碎机构，所述撕碎机构的输出端通过第二输送机构连通烘干机的进料端，所述烘干机的进料端通过第三输送机构连通生物质原料仓的出料端，烘干机外接有热风炉；烘干机的尾气排出口设有尾气处理机构；所述烘干机的出料端通过第四输送机构连通有第二级综合搅拌机，所述第四输送机构上方架设有分选除杂机构，所述第二级综合搅拌机的出料端连通制棒机，所述制棒机的出料端通过第五输送机构连通生物质气化炉。

进一步，所述第一输送机构、第二输送机构、第三输送机构、第四输送机构均为皮带输送机。

进一步，所述第五输送机构包括连通制棒机输出端的皮带输送机，皮带输送机的输出端连通有斗式提升机。

进一步，所述第一级综合搅拌机进料口连通有除臭添加剂料仓。

进一步，所述撕碎机构包括依次连通布置的一级撕碎机和二级撕碎机，一级撕碎机连通第一级综合搅拌机输出端，一级撕碎机的输出端连通有二级撕碎机。

进一步，所述第二输送机构的上端架设有氧化钙添加剂料仓。

进一步，所述尾气处理机构包括与烘干机的尾气排出口连通的旋风除尘器，旋风除尘器的输出端连通有脉冲除尘器，脉冲除尘器的输出端连通有光氧催化器，光氧催化器的输出端连通有引风机。

进一步，所述分选除杂机构包括沿着第四输送机构输送方向依次设置的除铁器和非磁性金属分选机。

进一步，所述生物质气化炉，包括炉体，炉体上设有空气进气口和炉料进料口，炉体下端安装有连接筒，所述连接筒内部靠近炉体端回转安装有炉排，炉排使炉体空间与连接筒空间分离，炉排上设有出碳孔，且炉排连接有驱动炉排转动的传动机构；所述连接筒的筒壁上开设有燃气出口，燃气出口连接有负压风机，所述连接筒下端连接有积碳室，所述积碳室下端连接有出碳机构。

一种垃圾衍生料为原料的生物质气化生产方法，包括：

a.首先人工分拣出生活垃圾中的玻璃、石块、大块金属、砂土等不可燃物质；

b.将分拣后的生活垃圾运送至第一级搅拌机中，同时除臭添加剂料仓中的除臭添加剂经过皮带输送机输送至第一级搅拌机中，生活垃圾和除臭添加剂在第一级搅拌机中进行搅拌。

c.将初步搅拌的生活垃圾经过皮带输送机输送至一级撕碎机中反复挤压撕碎进行初步破碎为大块垃圾颗粒，然后将初步破碎的生活垃圾经过皮带输送机输送至二级撕碎机中反复挤压撕碎进一步破碎为小块垃圾颗粒。

d.将小块垃圾颗粒经过皮带输送机至烘干机中，同时将氧化钙添加剂料仓中的氧化钙添加剂输出至皮带输送机上与小块垃圾颗粒配合；小块垃圾颗粒进入烘干机的同时生物质原料仓的出料端将生物质原料通过皮带输送机输送至烘干机中与小块垃圾颗粒混合，通过添加生物质原料来提高小块垃圾颗粒的燃烧热值；

e.进入烘干机中的小块垃圾颗粒、生物质原料和氧化钙添加剂在烘干机内部倒流叶片作用下被反复抄起，热风炉为烘干机提供热空气，小块垃圾颗粒、生物质原料和氧化钙添加剂的水分被逐渐烘干，从烘干机的出料口排出至皮带输送机上，烘干机将烘干小块垃圾颗粒和氧化钙添加剂产生的含尘尾气排出，尾气经过尾气处理机构处理，处理达标的尾气从引风机的烟囱排出；

f.烘干机烘干后的小块垃圾颗粒混合物经皮带输送机输送经过分选除杂机构，除去小块垃圾颗粒混合物中残存的废铁杂质和非磁性金属，分选完的小块垃圾颗粒混合物经皮带输送机输送至第二级搅拌机中，进行充分均匀搅拌，搅拌完成后经皮带输送机输送至制棒机中，将合格的混合物料加工为高热值生活垃圾衍生料成品；

g.制棒机中生成的高热值生活垃圾衍生料成品经过皮带输送机输送至斗式提升机进料口，然后斗式提升机将高热值生活垃圾衍生料成品输送至固定床生物质气化炉的进料口；

h.高热值生活垃圾衍生料成品从炉料进料口进入炉体，空气从空气进气口被吸入炉体，高热值生活垃圾衍生料成品在炉体内分别经过干燥层、热解层、氧化层、还原层四个不同温度反应阶段，高热值生活垃圾衍生料成品在炉体内反应之后会形成生物质燃气和生物质碳，反应完成后生物质燃气会从燃气出口输出，生物质碳经过出碳孔进入积碳室，由出碳机构输出。

本发明所具有的有益效果为：

1.本发明为一种垃圾衍生料为原料的生物质气化生产设备及生产方法，以生活垃圾为原料，通过撕碎机构将生活垃圾进行破碎、然后将破碎的生活垃圾与生物质原料结合进行烘干，进行将金属杂物除杂，然后生成热值高且便于储存和运输的垃圾衍生料成品，垃圾衍生料成品输送至生物质气化炉进行处理，可以生成生物质气和生物质碳，整个过程中将生活垃圾中的能量充分资源化利用，尾气符合排放要求，既有效解决城市生活垃圾难以处理的问题，并且提高垃圾资源的利用率，减少对环境的污染；又将生活垃圾充分利用，转化为生物质气，产生的生物质气可以代替煤炭、石油、天然气等化石能源，保护国家能源资源。

2.本发明采用撕碎机构将生活垃圾进行破碎，采用两台双轴撕碎机相组合的多级破碎技术，一级撕碎机反复挤压撕碎生活垃圾为大块垃圾颗粒，二级撕碎机中反复挤压撕碎生活垃圾进一步破碎为小块垃圾颗粒，通过多次反复挤压破碎的工艺，将生活垃圾破碎至符合要求的小颗粒。

3.本发明采用生物质气化炉将垃圾衍生料转化为生物质燃气，生物质气化炉使得物料与炉排的接触面积更大，在炉排旋转的作用下，气化炉出碳顺利，出碳速度快，并且在气化炉底部配套安装出碳机构，可使得生物质碳落在积碳室中，并由出碳机构自动输出，这样可以减少人力投入，实现生物质燃气和生物质碳分离，提高工作效率。

4.本发明中采用尾气处理装置，用旋风除尘、脉冲除尘相组合的二级除尘技术，将烘干机尾气中含尘颗粒处理至排放要求以下；采用光氧净化器催化技术，除去尾气中硫化氢、氨气、硫醇类等大气污染物，并且除去各种恶臭味，这样将畜禽粪便在生物质气化的过程中产生的尾气进行处理，减小对环境的污染，符合排放要求。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为生物质气化炉结构示意图；

图3为生物质气化炉内部结构局部示意图；

图4为生物质气化炉内部结构a处放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

如图1所示，一种垃圾衍生料为原料的生物质气化生产设备，包括第一级综合搅拌机1、撕碎机构、烘干机7、生物质原料仓12、热风炉6、尾气处理机构、分选除杂机构、制棒机14、生物质气化炉8；所述第一级综合搅拌机1的输出端通过第一输送机构连通有撕碎机构，所述撕碎机构的输出端通过第二输送机构连通烘干机7的进料端，优选的，本实施例中，烘干机7为转筒烘干机7，所述烘干机7的进料端通过第三输送机构连通生物质原料仓12的出料端，本实施例中生物质原料仓12内存放的生物质原料为锯末屑，将锯末屑与垃圾衍生料混合，实现通过添加生物质原料来提高垃圾颗粒的燃烧热值；所述烘干机7外接有热风炉6；烘干机7的尾气排出口设有尾气处理机构；所述烘干机7的出料端通过第四输送机构连通有第二级综合搅拌机13，所述第四输送机构上方架设有分选除杂机构，所述第二级综合搅拌机13的出料端连通制棒机14，所述制棒机14的出料端通过第五输送机构连通生物质气化炉8；优选的，本实施例中，所述第一输送机构、第二输送机构、第三输送机构、第四输送机构均为皮带输送机2；所述第五输送机构包括连通制棒机14输出端的皮带输送机2，皮带输送机2的输出端连通有斗式提升机21；斗式提升机21的采用可以降低输送难度，且节约空间，通过垂直输送方式将制棒机14制成的垃圾衍生料成品输送至固定床下吸式生物质气化炉8内。

如图1所示，为了减小垃圾处理时产生的臭味，影响工作环境，所述第一级综合搅拌机1进料口连通有除臭添加剂料仓3，将生活垃圾和除臭添加剂在第一级综合搅拌机1中进行搅拌混合，减少生活垃圾的臭味。

如图1所示，为了将生活垃圾进行破碎，满足制棒机14的使用规格，生活垃圾需要通过撕碎机构进行破碎，所述撕碎机构包括连通第一级综合搅拌机1输出端的一级撕碎机41，一级撕碎机41的输出端连通有二级撕碎机42，所述一级撕碎机41、二级撕碎机42均为双轴撕碎机，一级撕碎机41反复挤压撕碎生活垃圾为大块垃圾颗粒，然后将初步破碎的生活垃圾经过皮带输送机2输送至二级撕碎机42中反复挤压撕碎进一步破碎为小块垃圾颗粒，采用两台双轴撕碎机相组合的多级破碎技术，通过多次反复挤压破碎的工艺，将生活垃圾破碎至符合要求的小颗粒。

如图1所示，在进行生活垃圾处理时，所述第二输送机构的上端架设有氧化钙添加剂料仓5，氧化钙添加剂料仓5内装有氧化钙添加剂，氧化钙添加剂料仓5的下部安装有自动给料器，工作中打开氧化钙添加剂料仓5的自动给料器，可以将氧化钙添加剂输出至皮带输送机2上与小块垃圾颗粒配合，在下一阶段的烘干机7中氧化钙添加剂会与小块垃圾颗粒混合，氧化钙添加剂可以消除塑料受热分解产生的氯化氢、二氧化硫等有害气体，降低二噁英等二次污染物，有利于环境保护。

如图1所示，为了实现将垃圾衍生料在生物质气化的过程中产生的尾气进行处理，减小对环境的污染，需要对加工垃圾衍生料时产生的尾气进行处理，所述尾气处理机构包括与烘干机7的尾气排出口连通的旋风除尘器94，旋风除尘器94的输出端连通有脉冲除尘器93，脉冲除尘器93的输出端连通有光氧催化器92，光氧催化器92可以除去尾气中硫化氢、氨气、硫醇类等大气污染物，并且除去各种恶臭味，光氧催化器92的输出端连通有引风机91，引风机91用于将烘干机7的尾气排出口排出的尾气依次吸至旋风除尘器94、脉冲除尘器93和光氧催化器92，处理后由引风机91排出，通过尾气处理装置减小在加工垃圾衍生料时产生的尾气对空气的污染。

如图1所示，为了将烘干机7烘干后的小块垃圾颗粒混合物中的不可燃杂质除去，避免影响后续程序中生产高热值生活垃圾衍生料成品的质量，需要将小块垃圾颗粒混合物中的不可燃杂质通过分选除杂机构除去，所述分选除杂机构包括沿着第四输送机构输送方向依次设置的除铁器10和非磁性金属分选机11；除铁器10除去烘干后小颗粒生活垃圾中残存的废铁杂质，非磁性金属分选机11将除去废铁杂质后小颗粒生活垃圾中的非磁性金属颗粒，这样采用除铁器10与非磁性金属分选机11相组合的技术，除去垃圾颗粒中的金属物质。

在本实施例中，如图2-4所示，一种以垃圾衍生料为原料的生物质气化生产设备的生物质气化炉8，包括炉体814，炉体814上端设有上端盖，所述上端盖上设有空气进气口81和炉料进料口82，炉体814下端安装有连接筒811，优选的，本实施例中炉体814下端与连接筒811同轴安装；所述连接筒811内部靠近炉体814端回转安装有炉排83，炉排83实现炉体814空间与连接筒811空间分离，炉排83上设有出碳孔，所述炉排83连接有驱动炉排83转动的传动机构84，空气从空气进气口81吸入炉体814，从上至下经过反应层，反应层从上到下分为：干燥层、热解层、氧化层、还原层，生成的生物质燃气，所述还原层主要为生物质碳，并与炉排43接触，干燥层反应温度设置为300℃以下、热解层反应温度设置为300-800℃，氧化层反应温度设置为800-1000℃，垃圾衍生料成品在炉体814内的不同反应层进行反应最后形成还原层的生物质碳，实现由垃圾衍生料成品变化为生物质燃气和生物质垃圾衍生料成品碳；所述连接筒811的筒壁上开设有燃气出口85，燃气出口85连接有负压风机81，从而在炉体814内形成负压环境，实现将生物质燃气导出和空气的吸入，所述连接筒811下端连接有积碳室812，优选的，本实施例中所述积碳室812内部设置有锥形空间，锥形空间大锥径端朝向连接筒811一侧，锥形空间可以避免生物质碳在积碳室812内积留，使生物质碳可以顺利输出；所述积碳室812下端连接有生物质碳的出碳机构86。

如图2-4所示，为了实现垃圾衍生料成品与炉排83的接触面积更大，且在炉排83旋转的作用下，气化炉出碳顺利，出碳速度快，所述炉排83朝向炉体814一端凸出设有锥面，且出碳孔排布在锥面上；锥面可以增大垃圾衍生料成品与炉排83的接触面积，炉排83快速转动能实现垃圾衍生料成品从出碳孔进入积碳室812。

如图2-4所示，为实现炉排83的转动，所述传动机构84包括安装在炉排83外周的大齿圈87和与大齿圈87配合的小齿轮89，优选的炉排83与大齿圈87固定连接，所述小齿轮89通过键轴连接有链轮810，在本实施例中链轮810通过电机带动进行运动，电机通过传动机构44实现炉排83的转动可以使垃圾衍生料成品在炉排83的转动下，均匀分布，垃圾衍生料成品不易搭桥堆积，气化反应均匀，气化效率高，有效减少木焦油和氮气的产生。

如图2-4所示，为实现对炉排83的定位，并且保证炉排83在转动的过程中不会发生沿炉体814轴向运动，所述大齿圈87上端设有安装在炉体814内部的上限位部813，大齿圈87下端设有安装在连接筒811内部的下限位部88，下限位部88与大齿圈87之间安装有滚珠，所述滚珠利于大齿圈87进行转动，从而可以实现炉排83的转动。

如图2-4所示，为了实现将积碳室812内生物质碳输出气化炉，实现方便快捷地产出具有可观附加值的生物质碳，实现碳气联产，提高对生物质能源的利用效率，所述出碳机构86包括与积碳室812连通的出碳通道861，所述出碳通道861内沿其轴向安装有螺旋输出轴862，螺旋输出轴862上螺旋安装有输出叶片863，所述输出叶片863、螺旋输出轴862和出碳通道861形成了生物质碳的螺旋输送通道，所述螺旋输出轴862一端安装有动力机构，优选的本实施例中所述动力机构为电机。

本实施例中第一级综合搅拌机1、第二级综合搅拌机13，一级撕碎机41、二级撕碎机42，除铁器10，非磁性金属分选机11，皮带输送机2，转筒烘干机7，旋风除尘器94，脉冲除尘器93，光氧催化器92，引风机91，制棒机14等均为现有技术，在此不再赘述。

本发明的工作过程为：

a.首先人工分拣出生活垃圾中的玻璃、石块、大块金属、砂土等不可燃物质；

b.将分拣后的生活垃圾运送至第一级搅拌机中，同时除臭添加剂料仓3中的除臭添加剂经过皮带输送机2输送至第一级搅拌机中，生活垃圾和除臭添加剂在第一级搅拌机中进行搅拌。

c.将初步搅拌的生活垃圾经过皮带输送机2输送至一级撕碎机41中反复挤压撕碎进行初步破碎为大块垃圾颗粒，然后将初步破碎的生活垃圾经过皮带输送机2输送至二级撕碎机42中反复挤压撕碎进一步破碎为小块垃圾颗粒。

d.将小块垃圾颗粒经过皮带输送机2至烘干机7中，同时将氧化钙添加剂料仓5中的氧化钙添加剂输出至皮带输送机2上与小块垃圾颗粒配合；小块垃圾颗粒进入烘干机7的同时生物质原料仓12的出料端将生物质原料通过皮带输送机2输送至烘干机7中与小块垃圾颗粒混合，通过添加生物质原料来提高小块垃圾颗粒的燃烧热值；

e.进入烘干机7中的小块垃圾颗粒、生物质原料和氧化钙添加剂在烘干机7内部倒流叶片作用下被反复抄起，热风炉6为烘干机7提供热空气，小块垃圾颗粒、生物质原料和氧化钙添加剂的水分被逐渐烘干，从烘干机7的出料口排出至皮带输送机2上，烘干机7将烘干小块垃圾颗粒和氧化钙添加剂产生的含尘尾气排出，尾气在引风机91的作用下进入旋风除尘器94，除去尾气中的大颗粒杂质，降低尾气的温度，然后尾气进入脉冲除尘器93，进一步除去尾气中的颗粒杂质，接着尾气进入光氧催化器92，除去尾气中硫化氢、氨气、硫醇类等大气污染物，并且除去各种恶臭味，处理达标的尾气从引风机91的烟囱排出；

f.烘干机7烘干后的小块垃圾颗粒混合物经皮带输送机2依次输送经过除铁器10和非磁性金属分选机11，除去小块垃圾颗粒混合物中残存的废铁杂质和非磁性金属，分选完的小块垃圾颗粒混合物经皮带输送机2输送至第二级搅拌机中，进行充分均匀搅拌，搅拌完成后经皮带输送机2输送至制棒机14中，将合格的混合物料加工为高热值生活垃圾衍生料成品；

g.制棒机14中生成的高热值生活垃圾衍生料成品经过皮带输送机2输送至斗式提升机21进料口，然后斗式提升机21将高热值生活垃圾衍生料成品输送至固定床生物质气化炉8的进料口；

h.高热值生活垃圾衍生料成品从炉料进料口进入炉体，空气从空气进气口被吸入炉体，高热值生活垃圾衍生料成品在炉体内分别经过干燥层、热解层、氧化层、还原层四个不同温度反应阶段，高热值生活垃圾衍生料成品在炉体内反应之后会形成生物质燃气和生物质碳，反应完成后生物质燃气会从燃气出口输出，生物质碳经过出碳孔进入积碳室，由出碳机构输出。

本发明为一种垃圾衍生料为原料的生物质气化生产设备及生产方法，以生活垃圾为原料，通过撕碎机构将生活垃圾进行破碎、然后将破碎的生活垃圾与生物质原料结合进行烘干，进行将金属杂物除杂，然后生成垃圾衍生料成品，垃圾衍生料成品输送至生物质气化炉8进行处理，可以生成生物质气和生物质碳，整个过程中将生活垃圾中的能量充分资源化利用，尾气符合排放要求，既有效解决城市生活垃圾难以处理的问题，并且提高垃圾资源的利用率，减少对环境的污染。又将生活垃圾充分利用，转化为生物质气，产生的生物质气可以代替煤炭、石油、天然气等化石能源，保护国家能源资源。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。