一种基于超临界水氧化处理生活垃圾的发电装置及方法与流程

本发明涉及化工和环境工程技术领域，具体涉及一种采用超临界水氧化处理生活垃圾的发电装置及方法。

背景技术：

随着经济发展迅速、城市化速度加快、居民生活水平不断提高，导致了城市生活垃圾量不断增加，目前，我国已有600多座城市，城市生活垃圾量以每年7%~8%的速度增长。经济的发展也导致了在城市周边很难寻找适宜的垃圾填埋场地。因此，我国城市生活垃圾处理问题相当严重；

而对于生活垃圾的处理，一般采取填满，或者焚烧处理，由于生活垃圾中含有大量有机物质，填埋后，会导致造成填埋地水源的污染，以及污染环境的缺陷；而焚烧处理，是将垃圾放在焚烧炉中进行燃烧，释放出热能，余热回收可供热或发电，烟气净化后排出，少量剩余残渣排出填埋或作其他用途，焚烧处理技术特点是处理量大、减量化、热能回收利用。

目前，世界各国普遍采用此垃圾处理技术，但在垃圾焚烧过程中，污染物最终以气体和固体的形式排放，如so2、hcl、nox、粉尘、剧毒物质二噁英和重金属等，如不对其进行严格控制和有效处理，会严重污染生态环境，如何无污染处理生活垃圾，是各国目前所面临非常头疼的问题。

而超临界水氧化（scwo）是新近出现的一种新型的处理废物及回收能量的方法，该方法是在超过水的临界温度374℃和临界压力22.1mpa的高温高压条件下，以空气或其他氧化剂将各类有机物在水相中氧化，产物为co2、h2o及无机盐。由于scwo对无机盐几乎不溶，将作为沉淀物与固体物质一同析出，排气中酸性气体含量很低。因此，scwo是一种高效、环保的高级氧化技术，如何将此技术有效用于生活垃圾的处理，达到既无污染处理生活垃圾，又能充分回收利用生活垃圾的处理物，是目前需要解决的难题。

技术实现要素：

为无污染处理生活垃圾量，本发明提供一种基于超临界水氧化处理生活垃圾的发电装置，包括超临界水发生器、生活垃圾处理器、涡轮发电装置，所述超临界水发生器所制造的超临界水，和生活垃圾一块混合，进入所述生活垃圾处理器中，进行氧化反应，生活垃圾被氧化处理后，分解为无机物质及可燃气体，其特征在于，所述涡轮发电装置中，密闭设置有流体循环流道，二氧化碳在所述流体循环流道中流动，循环吸收外界环境热量，并加压，使得进入所述涡轮发电装置之前的二氧化碳，为超临界状态，所述生活垃圾经过氧化处理，所产生的可燃气体，经过燃烧，继续提高超临界二氧化碳温度后，高速喷入所述涡轮发电装置中，推动涡轮叶片转动，循环带动所述涡轮发电装置发电；所述生活垃圾经过氧化处理，所产生的无机物质，可干燥处理后使用。

进一步地，氧化处理所述生活垃圾过程中，额外产生的水，经过分离后，循环流入所述超临界水发生器中，作为制超临界水的补充水使用。

将处理生活垃圾过程中，额外产生的水循环利用，作为制超临界水的补充水使用，可达到充分回收，避免由于排水不当，而对外界环境产生污染的效果。

进一步地，所述生活垃圾处理器，为一体结构，可对所述生活垃圾，同步进行气化、氧化、脱水处理。

采用一体式结构，对生活垃圾同步进行气化、氧化、脱水处理，能达到结构紧凑，处理效率高的效果。

进一步地，所述生活垃圾处理器，包括外壳、离心处理器，所述外壳设置在离心处理器外围，并与所述离心处理器同轴设置，所述离心处理器内壁上均匀设置，与所述外壳所围成空间连通的通孔。

生活垃圾处理器两层设置，且在内层内壁设置通孔，能达到同步进行气化、氧化、脱水处理效果。

进一步地，所述离心处理器包括混合搅拌段、离心脱水段，所述混合搅拌段设置在离心处理器上部，所述离心脱水段设置在离心处理器下部，所述离心脱水段设置下部出口设置减压排出通道，所述减压排出通道和污泥鼓风干燥装置连通，所述生活垃圾，经过氧化处理，所产生的无机物质，可通过所述减压排出通道流出，然后通过所述污泥鼓风干燥装置干燥，所述混合搅拌段和离心脱水段均和离心处理器同轴设置；在所述混合搅拌段中，还同轴设置搅拌叶片，所述混合搅拌段的固定轴旋转。

在离心处理器包括混合搅拌段、离心脱水段，可达到对生活垃圾，同步进行气化、氧化、脱水处理，提高处理效率的效果。

进一步地，所述搅拌叶片转速可调。

搅拌叶片转速可调，可达到能根据不同种类生活垃圾，通过调节搅拌叶片转速，从而控制氧化反应进度的效果。

进一步地，所述离心脱水段为螺旋形通道。

设置螺旋形通道，能达到螺旋形流动过程，所产生的离心力，对处理后所产生的水进行离心分离的效果。

进一步地，所述污泥鼓风干燥装置包括鼓风机、漏料口，无机物质在所述漏料口中流动，经过所述鼓风机干燥处理后，作为肥料使用。

无机物质在漏料口流动中，通过鼓风机干燥后，能达到节省干燥时间，从而提高干燥效率的效果。

进一步地，所述涡轮发电装置包括二氧化碳储存器、涡轮装置、发电装置、加压器，所述发电装置通过涡轮轴与所述涡轮装置连通，存储在所述二氧化碳存储器中的超临界状态二氧化碳，经过可燃气体加热后，受热膨胀，高速喷入所述涡轮装置中，推动涡轮叶片转动，从而通过所述涡轮轴带动发电装置发电，完成推动所述涡轮叶片转动的二氧化碳，则经过所述加压器加压后，循环流入所述二氧化碳储存器中存储，最终加热变为超临界状态。

利用生活垃圾分解过程中所产生的可燃气体，加热二氧化碳后，受热膨胀推动涡轮发电机组发电，能达到充分利用生活垃圾所储存的能量，减少环境污染，实现节能减排的效果。

本发明还提供基于超临界水氧化处理生活垃圾的发电装置的方法，包括以下步骤：

第1．将需要处理的生活垃圾，放入生活垃圾收集器中，与在超临界水发生器中，所制造的超临界水，通过超临界水注入口，进入生活垃圾处理器中，混合，进行氧化反应，生活垃圾被氧化处理后，分解为无机物质、可燃气体以及水；

为控制生活垃圾处理器1的氧化反应，注入生活垃圾处理器中的超临界水，同时加入氧化剂，氧化剂总量控制在超临界水总注量25～45%，控制生活垃圾的氧化反应程度，保证分解产生可燃气体量，氧化剂可采用双氧水、或者氧气；

添加氧化剂过程为，氧化剂通过氧化剂控制阀，注入氧化剂混合器中，然后同储存在超临界水发生器的超临界水，在氧化剂混合器混合，再通过超临界水注入口，进入生活垃圾处理器中，与生活垃圾混合；

第2.存储在二氧化碳储存器中的超临界状态二氧化碳，喷入涡轮装置中之前，经过生活垃圾所分解的可燃气体，通过可燃气体出口，从生活垃圾处理器夹层中流出，流入燃烧器中，燃烧加热从二氧化碳储存器中流出的二氧化碳，二氧化碳受热膨胀后，高速喷入涡轮装置中，推动涡轮叶片转动，带动发电装置发电；

第3.完成推动涡轮叶片转动的二氧化碳，循环吸收外界环境中热量后，则经过加压器，加压到7.39～10mpa，变为超临界状态后，流入二氧化碳储存器中存储，二氧化碳所需要热量由第2外界热量释放器所提供的，保证二氧化碳温度在33.1～45℃，加压器所使用电力，则用涡轮发电装置提供；

第4.完成分解的生活垃圾中，无机物质部分，则经过鼓风机干燥后，作肥料使用，而鼓风机所用电力，则用涡轮发电装置提供；

在氧化处理生活垃圾过程中，所产生的水，其所携带的热量，通过处理水出口，流出生活垃圾处理器，先流入二氧化碳储存器中，保持二氧化碳储存器中二氧化碳温度控制在374.15～390℃后，再流入生活垃圾收集器中，加热生活垃圾，然后通过循环水加压泵加压，最终循环流入超临界水发生器中，作为制超临界水的补充水使用，如热量不足以保证超临界水所需要温度374.15～390℃，则使用第1外界热量释放器，释放热量，保温二氧化碳储存器中二氧化碳；

第5.涡轮发电装置所发的电力，多余部分，则直接并入市电网，供其他用电设备使用；

经过上述步骤处理后，所述生活垃圾得到完全氧化处理，无机物质被干燥后，通过运输车辆，作为肥料运输使用。

采用本技术方案，把超临界水处理生活垃圾技术和超临界二氧化碳涡轮发电技术集成使用，生活垃圾首先通过超临界水氧化处理，分解成可燃气体和无机物质，然后可燃气体直接燃烧，用于提高超临界二氧化碳温度，使得二氧化碳搜热膨胀，直接推动涡轮叶片转动，使之发电，而无机物质则干燥处理后使用，在氧化过程中所额外产生的水，热量则提供给保温超临界二氧化碳及余热生活垃圾，然后作为制超临界水的原料使用，通过集成处理，生活垃圾的处理物，可得到彻底回收利用，因此首先能达到无污染处理生活垃圾效果；其次，利用分解的可燃气体，加热超临界二氧化碳，使得超临界二氧化碳受热膨胀，可额外提供推动涡轮叶片的动力，能达到提高超临界二氧化碳涡轮发电装置发电量的效果，且可燃气体燃烧量不大，不会出现对未处理的生活垃圾焚烧，产生如so2、hcl、nox、粉尘、剧毒物质二噁英和重金属等有害物质，严重污染环境的现象出现，能达到对环境实现无污染排放的效果；最后，该发电装置所集成的设备，结构简单，无多余活动部件，运行可靠性较好，可模块化设置，能根据所处理的生活垃圾数量多少，灵活组合使用，设备损坏时，可单独更换损坏模块化设备，而不影响继续正常使用，且处理完毕后，便于拆解移动到新的地方继续使用，从而达到可便捷、可靠使用的效果。

附图说明

图1为本发明工作原理图。

图中，1-生活垃圾处理器、11-外壳、111-处理水出口、112-可燃气体出口、12-离心处理器、121-离心脱水段、1211-螺旋形通道、1212-通孔、1213-减压排出通道、122-混合搅拌段、1221-减压排出通道、1222-生活垃圾收集器、1223-固定轴、1224-超临界水注入口、1225-氧化剂控制阀、1226-氧化剂混合器、1227-搅拌叶片、1228-隔钣、2-超临界水发生器、21-循环水加压泵、22-第1外界热量释放器、3-二氧化碳储存器、31-第2外界热量释放器、4-燃烧器、5-涡轮发电装置、51-二氧化碳喷口、52-二氧化碳出口、53-发电装置、6-加压器、7-污泥鼓风干燥装置、71-漏料口、72-鼓风机、8-运输车辆。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本申请的技术方案进行详细的介绍说明。

如图1所示，一种基于超临界水氧化处理生活垃圾的发电装置，包括生活垃圾处理器1、超临界水发生器2、涡轮发电装置5，超临界水发生器2所制造的超临界水，和生活垃圾一块混合，进入生活垃圾处理器1中，进行氧化反应，生活垃圾被氧化处理后，分解为无机物质及可燃气体，涡轮发电装置5中，密闭设置有流体循环流道，二氧化碳在流体循环流道中流动，循环吸收外界环境热量，并加压，使得进入涡轮发电装置5之前的二氧化碳，为超临界状态，生活垃圾经过氧化处理，所产生的可燃气体，经过燃烧，继续提高超临界二氧化碳温度后，高速喷入涡轮发电装置5中，推动涡轮叶片转动，循环带动涡轮发电装置5发电；生活垃圾经过氧化处理，所产生的无机物质，可干燥处理后使用。

为解决在处理生活垃圾过程中，额外产生的水循环利用问题，避免由于排水不当，而对外界环境产生污染，优选地，氧化处理生活垃圾过程中，额外产生的水，经过分离后，循环流入超临界水发生器2中，作为制超临界水的补充水使用。

为提高对生活垃圾处理效率，使得处理生活垃圾的生活垃圾处理器2结构更紧凑，优选地，所述生活垃圾处理器2，为一体结构，可对生活垃圾，同步进行气化、氧化、脱水处理。

为进一步解决对生活垃圾同步进行气化、氧化、脱水处理问题，优选地，生活垃圾处理器1，包括外壳11、离心处理器12，外壳11设置在离心处理器12外围，并与离心处理器12同轴设置，离心处理器12内壁上均匀设置，与外壳11所围成空间连通的通孔1212。

在对生活垃圾，同步进行气化、氧化、脱水处理过程中，为进一步提高处理效率，优选地，离心处理器12包括离心脱水段121、混合搅拌段122，混合搅拌段122设置在离心处理器12上部，离心脱水段121设置在离心处理器12下部，通过隔钣1228隔开，离心脱水段121下部出口设置减压排出通道1213，减压排出通道1213和污泥鼓风干燥装置7连通，生活垃圾，经过氧化处理，所产生的无机物质，可通过减压排出通道1213流出，然后通过污泥鼓风干燥装置7干燥，混合搅拌段122和离心脱水段121，均同离心处理器12同轴设置；在混合搅拌段122中，还同轴设置搅拌叶片1227，搅拌叶片1227围绕混合搅拌段122的固定轴1223旋转。

为解决处理不同种类生活垃圾，从而控制氧化反应进度，优选地，搅拌叶片1227转速可调，为调整搅拌叶片1227转速，可通过调整所连接电机转速方式控制，即可采取变频器空调，也可采取其它方式，比如采取变频电机方式控制，在实际使用中，也可采取将搅拌叶片1227分组，固定设置在固定轴1223上，通过调整不同分组搅拌叶片1227的转，停方式，比如，可将搅拌叶片1227分为三组，正常情况下，三组全开，处理特殊的生活垃圾时，可开1、3组，停2组；或者其它分组控制方式，而搅拌叶片1227和固定轴1223连接，则可采取目前常用活动连接方式，需要转动时，则与固定轴1223实现固定连接，否则则断开和固定轴1223连接，实现控制不同搅拌叶片1227组的开停控制，这里不再累述。

为解决在氧化生活垃圾过程中，更好的脱去所产生水，优选地，离心脱水段121为螺旋形通道1211，设置螺旋形通道1211，能利用螺旋形流动所产生的离心力，有效脱去水分。

为节省所氧化产生的无机物质的干燥时间，提高干燥效率，优选地，污泥鼓风干燥装置7包括漏料口71、鼓风机72，无机物质通过减压排出通道1213流出后，进入漏料口71中流动，并经过鼓风机72吹动无机物质，使无机物质散开，并干燥无机物质里面水分哦，最终变为颗粒状，直接流入运输车辆8，运输作为肥料使用。

为充分利用生活垃圾所储存的能量，减少环境污染，实现节能减排目的，优选地，涡轮发电装置5包括二氧化碳储存器3、涡轮装置、发电装置53、加压器6，发电装置53通过涡轮轴与涡轮装置连通，存储在二氧化碳存储器3中的超临界状态二氧化碳，经过可燃气体，在燃烧器4中燃烧加热后，受热膨胀，通过二氧化碳喷口51，高速喷入涡轮装置中，推动涡轮叶片转动，从而通过涡轮轴带动发电装置53发电，完成推动涡轮叶片转动的二氧化碳，则通过二氧化碳出口52流出涡轮装置，经过加压器6加压后，循环流入二氧化碳储存器3中存储，最终通过吸收外界热量，加热变为超临界状态。

所吸收的外界热量，可以为太阳能热水装置热量，即吸收太阳能加热工质，通过工质再加热二氧化碳，加热途径，可以选择在二氧化碳出口52后，最终进入二氧化碳储存器3中，任何合适的管段，既可以再进入加压器6前，也可以在流出加压器6后，还可以在二氧化碳储存器3中加热，所述吸收外界热量装置为第2外界热量释放器31，外界热量释放器中流动的工质，所释放的热量来自于，如太阳能加热器等外界热量装置。

所述的流体循环流道，指连通二氧化碳储存器3、燃烧器4、涡轮发电装置5、加压器6的通道。

本发明还提供一种基于超临界水氧化处理生活垃圾的发电装置的方法，包括以下步骤：

第1，将需要处理的生活垃圾，放入生活垃圾收集器1222中，与在超临界水发生器2中，所制造的超临界水，通过超临界水注入口1224，进入生活垃圾处理器1中，混合，进行氧化反应，生活垃圾被氧化处理后，分解为无机物质、可燃气体以及水；

为控制生活垃圾处理器1的氧化反应，注入生活垃圾处理器中的超临界水，同时加入氧化剂，氧化剂总量控制在超临界水总注量25～45%，控制生活垃圾的氧化反应程度，保证分解产生可燃气体量，氧化剂可采用双氧水、或者氧气；

添加氧化剂过程为，氧化剂通过氧化剂控制阀1225，注入氧化剂混合器1226中，然后同储存在超临界水发生器2的超临界水，在氧化剂混合器1226混合，再通过超临界水注入口1224，进入生活垃圾处理器1中，与生活垃圾混合。

第3，存储在二氧化碳储存器3中的超临界状态二氧化碳，喷入涡轮装置中之前，经过生活垃圾所分解的可燃气体，通过可燃气体出口112，从生活垃圾处理器1夹层中流出，流入燃烧器4中，燃烧加热从二氧化碳储存器3中流出的二氧化碳，二氧化碳受热膨胀后，高速喷入涡轮装置中，推动涡轮叶片转动，带动发电装置53发电；

第3，完成推动涡轮叶片转动的二氧化碳，循环吸收外界环境中热量后，则经过加压器6，加压到7.39～10mpa，变为超临界状态后，流入二氧化碳储存器3中存储，二氧化碳所需要热量由第2外界热量释放器31所提供的，保证二氧化碳温度在33.1～45℃，加压器所使用电力，则用涡轮发电装置5提供；

第4，完成分解的生活垃圾中，无机物质部分，则经过鼓风机72干燥后，作肥料使用，而鼓风机72所用电力，则用涡轮发电装置5提供；

在氧化处理生活垃圾过程中，所产生的水，其所携带的热量，通过处理水出口111，流出生活垃圾处理器1，先流入二氧化碳储存器3中，保持二氧化碳储存器3中二氧化碳温度控制在374.15～390℃后，再流入生活垃圾收集器1222中，加热生活垃圾，然后通过循环水加压泵21加压，最终循环流入超临界水发生器2中，作为制超临界水的补充水使用，如热量不足以保证超临界水所需要温度374.15～390℃，则使用第1外界热量释放器22，释放热量，保温二氧化碳储存器中二氧化碳；

第5，涡轮发电装置5所发的电力，多余部分，则直接并入市电网，供其他用电设备使用；

经过上述步骤处理后，所述生活垃圾得到完全氧化处理，无机物质被干燥后，通过运输车辆，运输作为肥料使用。

为进一步节约能源，经分解的可燃气体，在燃烧器4中燃烧加热二氧化碳后，多余的热量，可以经过鼓风机72吸收后，直接吹出，干燥无机物质。

所处理的生活垃圾，有些生活垃圾，比如发霉粮食，经过氧化后，可能存在只有无机物质及可燃气体，而水极少，或者没有，此时加热垃圾收集器1222中生活垃圾，可采取利用在外界热量释放器中流动的工质热量，加热生活垃圾，来实现在垃圾收集器1222中生活垃圾预热，而所需要的补充水则通过外界补充，外界热量释放器可以使用第1外界热量释放器22，或者第2外界热量释放器31的热量，或者独立设置的外界热量释放器(相关连接流路图上没有标出)。

本发明所涉及的压力值，均指相对压力值，即表压力值。

以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。