一种垃圾的绝氧热解处理系统及方法与流程

本发明属于垃圾处理技术领域，具体涉及一种垃圾的绝氧热解处理系统及方法。

背景技术：

近20年来，随着我国城市化进程加快，数量庞大且产量不断增加的城市垃圾已对城市及城市周围的生态环境构成日趋严重威胁。普遍使用的卫生填埋技术和堆肥技术已经难以应对垃圾高产的现实，政府正在通过加大垃圾焚烧比例改变这一现状，但是垃圾焚烧会带来二噁英排放等二次环境污染问题，引起人们巨大的恐慌。所以解决生活垃圾污染的关键在于更新垃圾处理技术。

垃圾热解处理技术是使垃圾中的有机化合物在绝氧或缺氧条件下，利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物转化成小分子量的可燃气体、液体燃料和焦炭的过程。可以对有机成分垃圾进行稳定化无害化处理和资源化利用,以其较高的能源利用率和较低的二次污染排放而被认为是垃圾焚烧的下一代垃圾处理技术。其主要特点就是无害化、资源化程度高，可以有效避免二噁英的排放，缓解大气污染。

与缺氧热解工艺相比，绝氧热解工艺所产生的热解产物热值高，热值较稳定，二次污染产物更低。但在垃圾的绝氧热解工艺中，对于间接加热工艺，热解装置在高温下通过热源对垃圾间接加热，使垃圾进行热裂解，垃圾升温速度慢，处理效率不高，设备内温度不均匀，垃圾升温变为熔融状态后，极其容易粘结在反应罐壁和轴上，发生焦化，不但影响传热，而且堵塞管道，使之无法有效进行热解，同时焦化的产物也无法去除，使设备无法长期稳定运行；对于双塔流化床热解工艺，该工艺热解装置为流化床，采用蒸汽或净化后的煤气为流化介质，对以蒸汽为流化介质的热解工艺，产生和冷却流化蒸汽能耗大，对以净化煤气为流化介质的热解工艺，煤气的除尘、冷却、加压能耗大，现有工艺运行的能耗高，整体热效率不高。

因此，我们垃圾处理领域急需一种避免设备结焦堵塞、运行稳定，热效率高的绝氧热解技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种垃圾的绝氧热解处理系统及方法，避免设备结焦堵塞，且运行稳定，热效率高。

本发明的技术方案如下：一种垃圾的绝氧热解处理系统，包括预处理单元，热解装置，固体热载体炉、净化装置、中间料仓，其中预处理单元包括分选单元、破碎单元、干燥单元，且分选单元、破碎单元、干燥单元依次串联，干燥单元与热解装置相连，热解装置分别连接净化装置、中间料仓，而固体热载体炉包括炉膛、气固分离装置、余热回收单元、返料器，且余热回收单元包括空气预热器、省煤器、过热器，净化装置通过两条管路与燃烧单元中的炉膛连接，而中间料仓与固体热载体炉的返料器相连，在固体热载体炉中，返料器连接炉膛，炉膛连接气固分离装置，气固分离装置分别连接热解装置与余热回收单元，余热回收单元包括过热器、省煤器及空气预热器，且过热器、省煤器及空气预热器依次串联，余热回收单元与烟囱相连。

所述热解装置包括进料装置、双螺旋结构、筒体、出气口及出料口；筒体用于盛放热解用垃圾颗粒和高温固体热载体，所述筒体内安装螺旋装置，所述螺旋装置用于垃圾颗粒和高温固体热载体的混合和搅拌，所述热解装置筒体上设有进料器、出气口与出料口，所述出料口位于所述筒体的底部远离进料器的一端，所述出气口位于所述筒体的顶部且靠近所述出料口设置。

热解装置水平布置或其轴线与水平面呈0-30°布置，倾斜布置时热解装置的进料装置端高于出料口端，其余装置均垂直水平面布置。

所述进料装置2b与热解装置的进料口相连，所述进料装置2b可实现连续均匀给料并保证设备的密封性。

固体热载体炉主要包括：炉膛、气固分离装置、余热回收单元、空气预热器、省煤器、过热器、鼓风机、烟囱；残炭、净化后的热解油和热解气均在炉膛中燃烧；燃烧后的高温烟气与固体热载体直接接触，快速换热；高温固体热载体在被高温烟气夹带出炉膛，进入气固分离装置；烟气和固体热载体在气固分离装置中进行一级或二级气固分离。高温固体热载体在重力作用下进入热解装置中与垃圾混合热解生成热解油气和残炭；残炭和降温后的固体热载体通过返料器返回炉膛燃烧；高温烟气与内置蒸汽过热器，省煤器换热产生的蒸汽，换热后的高温烟气与鼓风机鼓入的助燃空气在空预器中进行换热，回收烟气余热，形成低温烟气；最后低温烟气从烟囱排除。

一种垃圾的绝氧热解处理系统的处理方法，包括以下步骤：

S1：预处理单元对垃圾进行预处理以形成热解用垃圾颗粒；

垃圾进入预处理单元中，并在分选单元、破碎单元及干燥单元依次完成分选、破碎、脱水及干燥，以形成热解用垃圾颗粒，热解用有机垃圾颗粒粒径为10mm-60mm；

S2：S1中形成的热解用垃圾颗粒输送到热解装置中，并与来自气固分离装置的高温固体热载体混合，高温固体热载体将热量传给热解用垃圾颗粒，高温固体热载体温度降低形成低温固体热载体，而热解用垃圾颗粒在热解装置中热解生成热解油气和残炭，残炭和低温固体热载体落入中间料仓；

S3：从热解装置排出的热解油气进入净化装置内；

S4：中间料仓中的残炭及低温固体热载体由返料器送入燃烧炉膛，在炉膛燃烧；而净化装置中的热解油和热解气分别进入燃烧炉膛燃烧；炉膛中燃烧后的产生高温烟气与低温固体热载体直接接触，快速换热，再次形成高温固体热载体；

S5：S4中的高温固体热载体在S4高温烟气的作用下被夹带出炉膛，进入气固分离装置；在气固分离装置中高温烟气和高温固体热载体实现分离；高温固体热载体再次进入热解装置中，与S1中形成的热解用垃圾颗粒混合热解生成热解油气和残炭；

S6：S2中的残炭和低温固体热载体通过返料器返回燃烧炉膛中燃烧；S5中的高温烟气在内置蒸汽过热器与省煤器中完成换热，产生蒸汽；换热后的高温烟气与经过鼓风机鼓入的空气在空预器中进行换热；

所述S2中，热解用垃圾颗粒和高温固体热载体在双螺旋结构的作用下不断的混合、搅拌，热解用垃圾颗粒与高温固体热载体在热解装置的筒体内快速换热并沿着筒体轴线方向运动；筒体内部保持密封状态，热解用垃圾颗粒在筒体内热解生成热解油气和残炭，热解油气由热解用垃圾颗粒表面上升到筒体的上部空间，最后热解油气从筒体顶部的出气口排除，热解装置工作温度为500-950℃。

热解油气在装置中进行除尘、余热回收、冷却、油气分离、焦油脱水、脱硫脱酸和加压。

所述S4中，高温固体热载体的温度为500-1050℃；热解用有机颗粒在热解装置中的停留时间为0.5-15min。

固体热载体炉可燃用经过处理的所有热解产物，所述固体热载体炉炉膛温度为500-1100℃。

本发明的显著效果在于：根据本发明实施例的垃圾处理系统，垃圾和固体热载体直接接触换热，在热解装置的螺旋驱动下实现混合和换热，垃圾升温速率快，垃圾可以实现垃圾的快速热解，产气率高，设备尺寸小。

本发明可以降低螺旋内部温差，由于固体热载体的携带、分散和冲刷作用，有效的防止了堵塞现象的产生；另外由于固体热载体有研磨剂的作用，可以自清洁设备外壳、螺旋叶片及轴部的污垢，因此该工艺没有结焦的技术风险，运行稳定性好。

本发明采用机械装置对垃圾颗粒和固体热载体进行搅拌混合，不需要流化介质，设备能耗低。所述固体热载体炉既可产生蒸汽，又可加热固体热载体，并维持固体热载体的循环，设备数量少，投资费用低。

本发明采用绝氧热解，热解气热值高，燃烧所需空气过剩系数低，总排烟量低；采用了热解气脱酸脱硫工艺，烟气酸露点温度低，烟气低温腐蚀小，排烟温度低；设备热效率高。固体热载体炉烟气腐蚀性小，固体热载体炉内大量换热设备的可靠性好。

附图说明

图1为本发明所述的一种垃圾的绝氧热解处理系统示意图

图2为本发明所述的一种垃圾的绝氧热解处理系统热解装置示意图

图中：1预处理系统、1a分选单元、1b破碎单元、1c干燥单元、2热解装置、2a进料装置、2b双螺旋结构、2c筒体、2d出气口、2e出料口、3固体热载体炉、3a炉膛、3b气固分离装置、3c余热回收单元、3c3空气预热器、3c2省煤器、3c1过热器、3d返料器、4鼓风机、5烟囱、7净化装置、8中间料仓、

具体实施方式

一种垃圾的绝氧热解处理系统，包括预处理单元1，热解装置2，燃烧单元3、净化装置7、中间料仓8，其中预处理单元1包括分选单元1a、破碎单元1b、干燥单元1c，且分选单元1a、破碎单元1b、干燥单元1c依次串联，干燥单元1c与热解装置2相连，热解装置2分别连接净化装置7、中间料仓8，而燃烧单元3包括炉膛3a、气固分离装置3b、余热回收单元3c、返料器3d，且余热回收单元3c包括空气预热器3c3、省煤器3c2、过热器3c1，净化装置7通过两条管路与燃烧单元3中的炉膛3a连接，而中间料仓8与固体热载体炉的返料器3d相连，在固体热载体炉3中，返料器3d连接炉膛3a，炉膛3a连接气固分离装置3b，气固分离装置分别连接热解装置2与余热回收单元3c，余热回收单元3c包括过热器3c1、省煤器3c2及空气预热器3c3，且过热器3c1、省煤器3c2及空气预热器3c3依次串联，鼓风机4连接空气预热器3c3,空气预热器3c3直接与炉膛3相连，余热回收单元3c与烟囱5相连。

预处理单元1对垃圾进行预处理以形成热解用垃圾颗粒。

热解装置2接收热解用垃圾颗粒和来自气固分离装置3b的高温固体热载体并将热解用垃圾颗粒分解为热解油气和残炭。热解装置2包括：进料装置2a、双螺旋结构2b、筒体2c、出气口2d及出料口2e。筒体2c用于盛放热解用垃圾颗粒和高温固体热载体，所述筒体2c内安装两套带有角度的相向运动的螺旋装置2b，所述螺旋装置2b用于垃圾颗粒和高温固体热载体的混合和搅拌，所述热解装置筒体2c上设有进料器2a、出气口2d与出料口2e，所述出料口2e位于所述筒体2c的底部远离进料器2a的一端，所述出气口2d位于所述筒体2c的顶部且靠近所述出料口2e设置。

气固分离装置3b、热解装置2、中间料仓8及返料器3d，由高到低依次布置；热解装置2水平布置或热解装置轴线与水平面呈0-30°布置，倾斜布置时热解装置的进料装置端高于出料口端，气固分离装置3b、中间料仓8及返料器3d均垂直水平面布置。

经过预处理单元1完成垃圾分选、破碎和脱水，以形成热解用垃圾颗粒。热解用垃圾颗粒输送到热解装置2内与来自气固分离装置3b的高温固体热载体混合，热解用垃圾颗粒和高温固体热载体在双螺旋结构2b的作用下不断的混合、搅拌，热解用垃圾颗粒与高温固体热载体在热解装置的筒体2c内快速换热并沿着筒体轴线方向运动。筒体2c内部保持密封状态，热解用垃圾颗粒在筒体2c内热解生成热解油气和残炭，热解油气由热解用垃圾颗粒表面上升到筒体2c的上部空间，最后热解油气从筒体2c顶部的出气口2d排除，热解反应剩余的残炭和降温后的固体热载体落入中间料仓8。

从热解装置2排出的热解油气进入净化装置7内，热解油气在装置7中进行除尘、余热回收、冷却、油气分离、焦油脱水、脱硫脱酸和加压后进入固体热载体炉3。

固体热载体炉3主要包括：炉膛3a、气固分离装置3b、余热回收单元3c、空气预热器3c3、省煤器3c2、过热器3c1、鼓风机4、烟囱5。

中间料仓8中的残炭及固体热载体在重力的作用下经输料管由返料器3d送入炉膛3a中燃烧。同时将热解油和热解气进入炉膛3a燃烧。燃烧后的高温烟气与固体热载体直接接触，快速换热。高温固体热载体在被高温烟气夹带出炉膛3a，进入气固分离装置3b。烟气和固体热载体在气固分离装置3b中进行一级或二级气固分离。高温固体热载体在重力作用下进入热解装置中与垃圾混合热解生成热解油气和残炭。残炭和降温后的固体热载体通过返料器3d返回炉膛3a燃烧。高温烟气与内置蒸汽过热器3c1，省煤器3c2换热产生的蒸汽，换热后的高温烟气与鼓风机5鼓入的助燃空气在空预器3c3中进行换热，回收烟气余热，形成低温烟气；最后低温烟气从烟囱排除。值得说明的是，返料器3d、气固分离装置3b、蒸汽过热器3c1、省煤器3c2、空预器3C3的工作原理已为本领域的技术人员所熟知，这里就不详细描述。

本发明所述固体热载体在所述系统中循环利用，固体热载体可为石英砂、残炭燃烧后剩余灰等，但所述热载体不限于石英砂、残炭燃烧后剩余灰及其任意比例两者的混合物，可以为任何耐高温蓄热能力强的满足粒度要求的颗粒物。

一种垃圾的绝氧热解处理方法，包括以下步骤：

S1：预处理单元1对垃圾进行预处理以形成热解用垃圾颗粒；

垃圾进入预处理单元1中，并在分选单元1a、破碎单元1b及干燥单元1c依次完成分选、破碎、脱水及干燥，以形成热解用垃圾颗粒；具体垃圾由专用垃圾运输汽车经地磅称量后经卸料装置将垃圾倒入垃圾暂时储坑内，然后垃圾送入垃圾分选装置1a中，除去垃圾中的无机物和金属成分，，剩余的有机垃圾经过破碎装置1b，经过2-3级破碎装置，将垃圾破碎成粒径为10mm-60mm的垃圾颗粒，然后进入垃圾坑，垃圾在坑内停留5-7天以保证垃圾的充分脱水和混合，垃圾经脱水后垃圾的含水率低于30％，再经过干燥单元将垃圾颗粒的含水量降低到5％-25％，分离出的污水经处理后达标排放。

S2：S1中形成的热解用垃圾颗粒输送到热解装置2中，，并与来自气固分离装置3b的高温固体热载体混合，(热解用垃圾颗粒和高温固体热载体在双螺旋2b的作用下不断的混合、搅拌，热解用垃圾颗粒和高温固体热载体间的换热效率高。热解用垃圾颗粒与高温固体热载体在热解装置的筒体2c内快速换热并沿着筒体轴线方向运动。筒体内部保持密封状态，热解用垃圾颗粒在筒体2c内热解生成热解油气和残炭，热解油气由热解用垃圾颗粒表面上升到筒体2c的上部空间，最后热解油气从筒体2c顶部的出气口2d排除)，高温固体热载体将热量传给热解用垃圾颗粒，高温固体热载体温度降低形成低温固体热载体，而热解用垃圾颗粒在热解装置2中热解生成热解油气和残炭，残炭和低温固体热载体落入中间料仓8；

S3：从热解装置2排出的热解油气进入净化装置7内，，热解油气在装置7中进行除尘、余热回收、冷却、油气分离、焦油脱水、脱硫脱酸和加压

S4：中间料仓8中的残炭及低温固体热载体由返料器3d送入炉膛3a，在流化空气的作用下，在炉膛3a燃烧；而净化装置7中的热解油和热解气分别进入炉膛3a燃烧；炉膛3a中燃烧后的产生高温烟气与低温固体热载体直接接触，快速换热，再次形成高温固体热载体

S5：S4中的高温固体热载体在S4高温烟气的作用下被夹带出炉膛3a，进入气固分离装置3b；在气固分离装置3b中高温烟气和高温固体热载体实现分离，高温固体热载体的温度为500-1050℃；高温固体热载体再次进入热解装置2中，与S1中形成的热解用垃圾颗粒混合热解生成热解油气和残炭；

S6：S2中的残炭和低温固体热载体通过返料器3d返回炉膛3a中燃烧；S5中的高温烟气在内置蒸汽过热器3c1与省煤器3c2中完成换热，产生蒸汽；换热后的高温烟气与经过鼓风机5鼓入的空气在空预器3c3中进行换热，回收烟气余热，最后由烟囱6排出。

根据本发明的一些实施例，热解装置2包括进料装置2a。其中，进料装置2a设在热解装置的前侧，以向筒体2c内连续、均匀、定量给料，并保持热解装置2的密封性。

根据本发明的一些实施例，热解装置2的工作温度为450-950℃，固体热载体温度为500-1050℃，热解用垃圾颗粒在热解装置中的停留时间为0.5-15min。

根据本发明的实施例，热解装置2与中间料仓8相连，，中间料仓用于调节固体热载体的流量和波动，使固体热载体流量变化时可以确保装置连续运行，另外料仓中的固体热载体和残炭料层隔绝热解装置2与固体热载体炉3，保证热解装置2的密封性。

根据本发明的一些实施例，对于低热值垃圾，在预处理单元1中，设置干燥装置1c，通过干燥装置1c将垃圾颗粒的含水量降低到5％-25％。其中干燥装置1c可以是任何形式。在处理高热值的垃圾时,可不设置干燥装置1c。

根据本发明的实施例，固体热载体炉的炉膛温度为500℃-1100℃。