一种园林垃圾资源化利用的系统的制作方法

本实用新型涉及林业废弃物资源化利用领域，尤其涉及一种园林垃圾资源化利用的系统。

背景技术：

园林绿化垃圾主要指树木修剪、草坪修剪以及植物新陈代谢自然产生的枯枝落叶、残花以及杂草等废弃物，主要成分为木质素、半纤维素及纤维素。随着城市绿化覆盖率的不断上升，园林垃圾的产生量也与日俱增。园林垃圾因含有丰富的有机质而具有较高的回收利用价值，但目前对于园林垃圾多为填埋处理，对其资源化利用非常有限。

生物质热解炭化技术是发展生物质资源化利用，减少资源浪费，替代化石燃料的重要措施。生物质热解是在一定温度和隔绝氧气两个基本条件下进行的一种热处理工艺，在不使用氧和水蒸气等介质情况下能够获得品质较高的能源产品。

传统的生物质制炭技术比较落后，多为窑炉制炭工艺。炭化时间长，生产过程中热能无法有效利用，系统能量利用效率低并伴有大量污染物排放等问题。公开号为cn106433712a的中国发明专利申请公开说明书中提出一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺。该工艺主要由连续热解炭化、燃气燃油提纯以及高温烟气回用3个工序组成，实现生物炭的连续生产和副产物的充分利用。但其燃气燃油提纯工艺复杂且成本高，包括折流板过滤、两级冷凝分离和电捕焦油器等设备。在冷凝过程中，在一级冷凝过程中焦油析出并附着于换热器表面，致使换热器阻塞而导致净化效率下降。在二级冷凝过程中会产生木醋液与焦油的混合物，若无法将焦油分离，会产生二次污染问题。

原料的热值、碳含量、灰分含量、机械强度等因素对于热解工艺参数和产物性质有重要影响。原料热值高可实现系统的自持热解，甚至可向系统外输出能量。原料的碳含量和灰分含量直接决定了产物品质的优劣，在热解过程中原料的灰分基本不会以气态析出，会大部分存留于产物中，因此碳含量高、灰分含量低的原料易得到品质较高的生物炭产品。而机械强度影响了系统的输送性能和成型特性，机械强度大的原料更有利于系统运行。园林垃圾的成分较为复杂，采用热解工艺处理园林垃圾时，碳含量较高、灰分较低的树枝、树干等木质类原料较为适用，但对于树叶、杂草等碳含量低、灰分高、机械强度低的草本类原料效果较差。这对园林垃圾的整体处理带来一定难度，是目前采用热解炭化工艺处理园林垃圾迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

基于现有技术所存在的问题，本实用新型的目的是提供一种园林垃圾资源化利用的系统，能将园林垃圾制成生物炭产品，在有效处理园林垃圾的同时，实现了资源化利用。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型实施方式提供一种园林垃圾资源化利用的系统，包括：

园林垃圾预处理设备、木本料热解炭化设备、草本料粗燃气混燃设备和烟气热能利用设备；其中，

所述园林垃圾预处理设备设有园林垃圾入口、预处理木本料出口和预处理草本料出口，所述预处理木本料出口与所述木本料热解炭化设备连接，所述草本碎料出口与所述草本料粗燃气混燃设备连接；

所述草本料粗燃气混燃设备设有灰渣出口和高温烟气回用管，该高温烟气回用管与所述木本料热解炭化设备连接；

所述木本料热解炭化设备设有生物炭出口和中温烟气回用管，该中温烟气回用管回连至所述园林垃圾预处理设备；

所述园林垃圾预处理设备设有余热出口，所述余热出口与所述烟气热能利用设备连接。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的园林垃圾资源化利用的系统，其有益效果为：

通过有机连接的园林垃圾预处理设备、木本料热解炭化设备、草本料粗燃气混燃设备和烟气热能利用设备，形成一种各设备能协同处理进行园林垃圾热解制备生物炭的系统。该系统有效处理园林垃圾的同时，并向用户提供热能，实现了对园林垃圾的资源化利用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本实用新型实施例提供的园林垃圾资源化利用的系统的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的系统的草本料粗燃气混燃设备的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的系统进行园林垃圾资源化利用的工艺流程图；

图中：100-园林垃圾预处理设备；1-破碎装置；2-干燥装置；3-筛分装置；200-木本料热解炭化设备；4-热解炭灰炉；5-冷却装置；6-磨粉装置；7-成型装置；300-草本料粗燃气混燃设备；8-燃烧装置；80-燃烧装置的炉体；81-草木碎料入口；82-粗燃气入口；83-烟气出口；84-第一灰渣排出口；85-预热空气入口；86-布风板；9-除尘装置；400-烟气热能利用设备；10-余热锅炉；11-烟气净化装置。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。本实用新型实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，本发明实施例提供一种园林垃圾资源化利用的系统，该系统能利用园林垃圾清洁生产生物炭，并向用户提供热能，包括：

园林垃圾预处理设备、木本料热解炭化设备、草本料粗燃气混燃设备和烟气热能利用设备；其中，

所述园林垃圾预处理设备设有园林垃圾入口、预处理木本料出口和预处理草本料出口，所述预处理木本料出口与所述木本料热解炭化设备连接，所述草本碎料出口与所述草本料粗燃气混燃设备连接；

所述草本料粗燃气混燃设备设有灰渣出口和高温烟气回用管，该高温烟气回用管与所述木本料热解炭化设备连接；

所述木本料热解炭化设备设有生物炭出口和中温烟气回用管，该中温烟气回用管回连至所述园林垃圾预处理设备；

所述园林垃圾预处理设备设有余热出口，所述余热出口与所述烟气热能利用设备连接，所述草本碎料出口与所述草本料粗燃气混燃设备连接。

上述系统中，园林垃圾预处理设备包括：

顺次连接的破碎装置、干燥装置和筛分装置；其中，

所述破碎装置设置所述园林垃圾入口；

所述干燥装置与所述木本料热解炭化设备的中温烟气回用管连接，该干燥装置设置所述余热出口；

所述筛分装置分别设置所述预处理木本料出口和所述预处理草本料出口。

上述系统中，木本料热解炭化设备包括：

连续热解炭化炉，该连续热解炭化炉设置所述粗燃气出口、中温烟气回用管和生物炭出口。

上述系统中，木本料热解炭化设备还包括：

顺次连接的冷却装置、磨粉装置和成型装置，其中，所述冷却装置与所述生物炭出口连接；

所述冷却装置的一次空气出口与所述草本料粗燃气混燃设备连接；

所述成型装置设有最终成型生物炭出口。

上述系统中，草本料粗燃气混燃设备包括：

顺次连接的燃烧装置和除尘装置，其中，

所述燃烧装置分别设置粗燃气入口、草本碎料入口和第一灰渣排出口，所述粗燃气入口与所述木本料热解炭化设备的粗烟气出口连接，所述草本碎料入口与所述园林垃圾预处理设备的草本碎料出口连接；

所述除尘装置分别设置第二灰渣排出口和所述高温烟气回用管；

所述第一灰渣排出口与第二灰渣排出口均与所述灰渣出口连接。

上述燃烧装置可采用协同焚烧炉，结构参见图2，包括炉体，在炉体底部设置预热空气入口，在炉体内底部设有布风板，该布风板能使进入的预热空气更均匀；在炉体的中部两侧分别设置粗燃气入口和草本碎料入口，在炉体的上部设置烟气出口。这种结构的燃烧装置能实现利用预热空气实现粗燃气和草本碎料的混合焚烧。

上述系统中，烟气热能利用设备包括：顺次连接的余热锅炉和烟气净化装置，余热锅炉设有用户供热输出接口。

本实用新型的系统，既有利于未净化可燃气的燃烧稳定，亦可实现园林垃圾的资源化综合处理，用园林垃圾制出的生物炭主要有以下几方面的用途：(1)生物炭作为一种土壤改良剂施加入土壤中，改善土壤的性质，提高土壤的肥力，提高农作物的产量；(2)用于冶炼铁矿石，碳化硅、结晶硅、保温材料的生产，蚊香厂、铜厂、橡胶厂等同样需要大量的木炭。(3)作为燃料使用，例如烘烤食品、取暖、火锅燃料等，具有巨大的市场需求。

利用本实用新型的系统，对园林垃圾资源化利用的过程，主要包括园林垃圾预处理、木本原料热解炭化、草本原料与可燃气混燃、烟气热能利用等四个关键工序组成；其中，原料(园林垃圾)通过破碎、干燥、筛分等预处理流程，使得木本类原料和草本类原料分离，且含水率降低到10％以下；木本类原料通过连续热解炭化工艺，生产生物炭和粗热解气；粗燃气与草本类原料在燃烧室混燃，既有利于粗燃气的燃烧稳定，也可充分利用草本原料的热能,且可作为系统的启动热源。燃烧产生的高温烟气首先进入热解炭化炉为热解过程供热，然后中温烟气进入干燥工艺为干燥过程供热，最后低温烟气进入余热锅炉向用户提供热能。具体步骤如下：

(1)园林垃圾预处理：

首先将原料进行机械切碎处理，使原料的颗粒粒径控制在50mm以下，为后续的干燥、炭化、焚烧和输送创造条件。破碎后的原料进入干燥设备进行脱水处理，使其含水率降低到10％以下，以增大炭化产生可燃气热值。干燥温度需要控制在100～150℃，提高干燥效率的同时避免在干燥器内发生热解。干燥后的原料进入筛选、分离系统，目的是将石块、灰尘去除的同时，将树枝等木本类原料与树叶等草本类原料进行分离，为后续工艺分类处理提供条件。

(2)木本原料热解炭化：

经过预处理后的木本原料通过输送系统进入连续热解炭化炉，连续热解炭化炉采用外热式回转窑。草本原料在燃烧过程产生的烟气为回转窑热解提供启动热能，运行以后热解炉产生的粗热解气进入草本料粗燃气混燃设备的协同焚烧炉；热解炭化炉内温度控制为350～600℃，炭化时间为20～60min以保证热解充分。热解的固态产物经过冷却后可作为生物炭销售，或经进一步处理加工成为燃料炭。

(3)草本类原料燃烧：

原料预处理过程产生的树叶、杂草等草本类原料与木本料热解炭化设备产生的粗燃气进入燃烧装置，并补入充足的空气使其充分燃烧。燃烧产生的高温烟气约850℃，进入木本料热解炭化设备。草本料粗燃气混燃设备可以将热解过程产生的复杂大分子化合物彻底裂解，再通过氧化反应生成小分子气体，阻断焦油的产生。同时将草本类原料的化学能充分转换为热能，为热解和干燥过程提供充足的能量。

(4)热能利用：

烟气热能利用系统为整个系统持续运行提供必需的热能，富余的热能通过余热锅炉向用户供热。草本料粗燃气混燃设备产生的高温烟气先经过旋风分离器除尘，防止灰尘进入后续设备腐蚀换热面。除尘后的高温烟气首先进入热解炭化炉，通过向炉体传热为热解过程供热。炭化炉出口的中温烟气再进入干燥器，为干燥过程供热。干燥器出口的烟气仍含有部分热能，再通过余热锅炉向用户提供热水。经过余热锅炉的低温烟气进入烟气净化系统，使其达标排放。各系统的温度通过控制原料的进炉量控制。

本实用新型的系统很好的解决了目前的园林垃圾无法有效处理问题，尤其是现有的生物质热解工艺无法统一处理树枝等木本类原料和树叶等草本类原料；也解决了热解气净化工艺复杂，焦油处理难度大，运行成本高等问题。

本实用新型的系统至少具有以下有益效果：

(1)实现对园林垃圾高效处理：该系统基本可将园林垃圾全部消纳，生产生物炭并作为能源站向外输出热能。其中生物炭具有较高的附加值，可用于冶金工业、渗碳剂、燃料等。

(2)该系统过程清洁无污染。热解产生的粗燃气和草本类原料协同燃烧，可以避免粗燃气净化过程焦油和木醋液难以处理、粗燃气单独燃烧不稳定等问题。

(3)该系统热效率高，无需额外补充能源。原料在焚烧过程产生的热能足够支撑前端干燥和热解的热能消耗，满足系统整体的热能平衡。

下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

实施例一：

某100t/d园林垃圾处理实施例：木本原料占总处理量70％，草本原料占总处理量30％。

某市每年产生约3万吨的园林垃圾，日处理量约为100吨，其中木本类原料约占70％，草本类原料约占30％。来源主要为城市绿化管护工作中修剪的树枝、灌木枝、落叶、杂草等。其中用于热解制炭的原料(木本原料)工业及元素分析见下表：

表一：原料的工业分析

表二：原料的元素分析

新鲜园林混合垃圾的含水率约为30％～50％,首先经过破碎装置进行破碎，将其粒径控制在50mm以下后进入干燥装置，在干燥装置内将含水率降低到10％以下后进入筛分装置，经过筛分后得木本原料约0.81kg/s，草本原料0.35kg/s。

经过自然晾干的落叶送入焚烧炉产生的高温烟气作为系统的启动热源，将热解炭化炉(采用外热式回转窑)加热到450℃、干燥装置加热到150℃；加热的同时，系统开始进料。木本类原料通过输送设备进入热解炭化炉，在450℃的温度下热解40分钟而得到固态、液态和气态产物。其中固态产物即为生物炭，产量约942kg/h；液态产物在热解温度下以气态形式与气态产物混合形成粗燃气，粗燃气约2000kg/h。粗燃气和筛选装置出来的草本原料在草本料粗燃气混燃设备的燃烧室协同燃烧，产生约850℃的高温烟气；高温烟气先通过作为除尘装置的旋风分离器除尘，然后依次通过热解炭化炉、干燥装置为系统运行提供热能，最后通过余热锅炉将富余热能向外供热，供热量约为6880kw。余热锅炉出口的烟气温度约为150℃，通过净化除尘装置的脱尘、脱硫、脱硝后达标排放。热解炭化炉生产的生物炭经过冷却装置的冷却、磨粉装置的磨粉，成型装置的成型后可作为燃料销售使用。

系统的主要运行参数见下表：

表三：实施例一系统运行参数

实施例二：

某100t/d园林垃圾处理实施例：木本原料(工业分析及元素分析同实施例一)占总处理量30％，草本原料占总处理量70％。

园林垃圾中木质原料和草本类原料的比例与地域和季节有关，因此本实施例二以草本类为主要原料，与实施例一作为对照。实施例二的处理流程与实施例一相同，工艺参数见下表：

表四：实施例二系统运行参数

通过工艺数据可知，生物炭的品质没有变化，但得炭量减少12.92t/h。同时，热解炭化炉烟气的热能、向系统外输出的热能有大幅提高，提高幅度为65.8％。干燥能耗、热解能耗均有下降。因此，当原料中草本类原料占比较大，本发明提出的处理系统向外输出能量增大，但生物炭产品的产量下降。

实施例三：

某100t/d园林垃圾处理实施例：热解温度550℃，热解时间50min。本实施例三与实施例一的区别在于，热解温度提高，热解时间延长。工艺流程和其他条件不变。系统运行参数见下表：

通过对比可以发现，生物炭的含碳量较实施例一提高9.62％，原因在于较高的热解温度使挥发分析出更充分，从而使生物炭中碳含量相对提高。但同时较高的热解温度和热解时间使得炭率下降3.2％，生物炭产量下降2.24t/h。同时，实施例三向系统外输出的热能有小幅度升高。由此可知，提高热解温度或者延长热解时间有利于提高产品的碳含量以提升生物炭品质，但此时得炭率会降低，从而使综合效益难以判断。需要根据生物炭的具体用途，在满足要求的基础上提高得炭率，从而提高整体的经济效益。

表五：实施例三系统运行参数

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。