级联热脱附处理有机污染固废的装置的制作方法

本实用新型属于有机污染固废处理的技术领域，特别涉及一种级联热脱附处理有机污染固废的装置。

背景技术：

在现有的有机污染固废处理领域，使用热脱附技术对固废物质进行初步的热处理，使得固废物质发生蒸发、蒸馏、沸腾、氧化和热解等作用，使得有害气体成分与固废物质初步分离，是常用的处理方法之一。

在现有技术中，一般是使用单个解析管，通过热交换的方式，使得解析管中的固废物质产生热脱附效果。由于固废物质需要在解析管中停留较长时间，所以热脱附效率低。固然可以通过提高温度的方法，加快热脱附的效率，但是这样又会消耗大量燃料。而且，为了使得固废物质进行充分的反应，解析管的管道长度越长，效果越好，但是这样会导致整个设备体积过大，不利于搬运和安装。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种可以将有机污染固废中的高浓有机物进行提取分离的级联热脱附处理有机污染固废的装置。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种级联热脱附处理有机污染固废的装置，包括物料预热解析单元和级联解析单元；所述物料预热解析单元包括第一加热外壳和套在所述第一加热外壳之内的预热物料通道；所述预热物料通道内安装有螺旋桨叶；所述级联解析单元包括多个反向解析管；所述反向解析管包括第二加热外壳和套在所述第二加热外壳内的解析物料通道；所述解析物料通道内安装有物料推送绞龙；多个所述反向解析管的所述解析物料通道相互首尾串联在一起；所述级联解析单元的出料口侧安装有主燃烧器；所述物料预热解析单元的出料口与所述级联解析单元的进料口相连通。

其进一步的技术方案为：还包括热氧化急冷单元和循环水冷凝单元；所述物料预热解析单元的排气口与所述循环水冷凝单元的进气口相连通；所述循环水冷凝单元的排液口与所述热氧化急冷单元中的急冷装置的进液口相连通；所述级联解析单元的排气口与所述热氧化急冷单元的进气口相连通。

其进一步的技术方案为：所述第一加热外壳为中空结构，中空部分为换热夹层；所述螺旋桨叶为中空结构；所述热氧化急冷单元的排气口与所述第一加热外壳和所述螺旋桨叶相连通。

其进一步的技术方案为：所述热氧化急冷单元包括旋风分离器、二次燃烧室、空气热交换器、急冷罐和布袋除尘器；所述级联解析单元的解析气体出口和所述旋风分离器的含尘气体入口相连通；所述旋风分离器的颗粒物回收出口与所述级联解析单元的颗粒物回收入口相连通；所述旋风分离器的过滤气体出口与所述二次燃烧室的燃烧气体入口相连通；二次燃烧室的燃烧后气体出口与空气热交换器的待热交换气体入口；空气热交换器的已热交换气体出口与急冷罐的待冷却气体入口相连通；急冷罐的冷却后气体出口与所述布袋除尘器的未净化气体入口相连通。

其进一步的技术方案为：所述循环水冷凝单元包括高温气体冷凝压缩罐、油水分离罐、储油罐、冷却塔和废水处理罐；所述高温气体冷凝压缩罐的高温气体入口与所述物料预热解析单元的提取气体排出口相连通；所述高温气体冷凝压缩罐的油水排出口与所述油水分离罐的油水进入口相连通；所述油水分离罐的油出口与所述储油罐相连通；所述油水分离罐的污水出口与所述冷却塔的待冷却水入口相连通；所述冷却塔的冷却后水出口与所述废水处理罐的废水入口相连通；所述废水处理罐的废水出口连通至所述热氧化急冷单元中的急冷装置的进液口。

其进一步的技术方案为：还包括出料冷却单元；所述出料冷却单元包括出料锁气器和出料夹套喷淋螺旋；所述出料锁气器的进料口与所述级联解析单元的出料口相连通；所述出料锁气器的出料口与所述出料夹套喷淋螺旋的进料口相连通；所述出料夹套喷淋螺旋包括外壳和安装于所述外壳之内的物料推送绞龙；所述外壳的内壁还安装有喷淋系统。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型所公开的技术方案是将直接热脱附和间接热脱附进行了独特的组合，其创新的重点是设置了级联解析单元，这样的“级联”解析工艺使得有机污染固废在级联解析单元中只与恒温气流接触，而热脱附之后的物料才和主燃烧器火焰的直接接触。本实用新型所公开这样的装置的半间接热脱附的性质，结合固废物在进料预热解析单元中仅需要<2分钟的停留时间的预热阶段，与标准的回转窑系统的加热处理效果相比，只需其50％的燃料，大大节省了处理成本。而且本实用新型的级联解析单元占用面积小，处理能力强，可以将处理能力为20公吨/小时的处理系统安装到一个12米标准集装箱或拖车底座上，使其成为业内投资和运营成本最低的系统之一。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中物料预热解析单元的示意图。

图3是图1中级联解析单元的示意图。

图4是图1中热氧化急冷单元的示意图。

图5是图1中循环水冷凝单元的示意图。

图中：1、级联解析单元；2、出料锁气器；3、出料夹套喷淋螺旋；4、主燃烧器；5、物料预热解析单元；6、布袋除尘器；7、高温气体冷凝压缩罐；8、油水分离罐；9、储油罐；10、冷却塔；11、废水处理罐；12、二次燃烧室；13、空气热交换器；14、急冷罐；15、风机；16、辅助燃烧器；17、旋风分离器；101、预热后物料入口；102、解析气体出口；103、颗粒物回收入口；104、固体物料排出口；105、不可燃物回收入口；501、污染物料入口；502、提取气体排出口；503、高温蒸汽入口；504、预热后物料出口；505、热废气排出口；601、未净化气体入口；602、净化气体出口；701、高温气体入口；702、循环水入口；703、不凝气排出口；704、油水排出口；801、油水进入口；802、油出口；803、污水出口；1003、待冷却水入口；1002、冷凝水出口1002；1001、冷却后水出口；1101、废水入口；1102、废水出口；1201、燃烧气体入口；1202、燃烧后气体出口；1203、燃烧后固体排出口；1301、待热交换气体入口；1302、已热交换气体出口；1303、热空气出口；1401、待冷却气体入口；1402、冷却后气体出口；1403、冷却水进口；1701、含尘气体入口；1702、颗粒物回收出口；1703、过滤气体出口。

具体实施方式

下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。

图1是本实用新型的结构示意图。如图1所示，级联热脱附处理有机污染固废的装置包括物料预热解析单元5、级联解析单元1、热氧化急冷单元、循环水冷凝单元和出料冷却单元。

物料由物料预热解析单元5的进料口送入。物料预热解析单元5的出料口与级联解析单元1的进料口相连通。物料预热解析单元5的排气口与循环水冷凝单元的进气口相连通。循环水冷凝单元的排液口与热氧化急冷单元中的急冷装置的进液口相连通。级联解析单元1的排气口与热氧化急冷单元的进气口相连通。优选的，热氧化急冷单元的排气口所排出的气体用于预热物料预热解析单元5中的物料。级联解析单元1的出料口与出料冷却单元的进料口相连通。

图2是图1中物料预热解析单元的示意图。如图1、图2所示，物料预热解析单元5包括第一加热外壳和套在第一加热外壳之内的预热物料通道。预热物料通道内安装有安装有两组反向旋转的、用来混合和均匀化物料的螺旋桨叶。预热物料通道内预热物料通道上开设有作为进料口的污染物料入口501、作为排气口的多个提取气体排出口502和作为出料口的预热后物料出口504。

优选的，第一加热外壳的外表面为隔热材料制成，第一加热外壳内部包括一中空状的换热夹层。换热夹层上开设有高温蒸汽入口503和热废气排出口505。

优选的，螺旋桨叶为空心螺旋桨叶。空心螺旋桨叶可安装于空心的旋转轴上并与空心的旋转轴相连通，旋转轴也可以开设高温蒸汽入口503以及热废气排出口505。从高温蒸汽入口503进入的高温蒸汽可通过螺旋桨叶，用于间接加热物料

高温蒸汽入口503用于通入高温蒸汽。热废气排出口505用于将与物料换热过后已经降温的废气排出。提取气体排出口502与循环水冷凝单元的入口相连通。换热夹层和空心螺旋桨叶的设置，可以使得物料预热解析单元5之内与高温气体充分热交换，物料被充分预热和解析。

物料在经物理破碎成粒径小于10mm的颗粒状后由图2所示的污染物料入口501处进入物料预热解析单元5。此外，物料预热解析单元5可以有效计量进入级联解析单元1的固体物料，作为设定进料速度的依据。同时物料预热解析单元5中充满物料后，相当于创建了一个天然料塞，可以有效防止污染物蒸汽从级联解析单元1中逸出。

通过物料预热解析单元5处理的物料会产生提取气体和预热后固体物料。其中预热后固体物料进入级联解析单元1。提取气体进入循环水冷凝单元。

下文首先阐明预热后固体物料的循环和处理的通道。

图3是图1中级联解析单元的示意图。如图1、图3所示，级联解析单元1包括多个反向解析管。在本实施例中，反向解析管设置有四个。

反向解析管包括第二加热外壳和套在第二加热外壳内的解析物料通道。第一反向解析管至第四反向解析管的解析物料通道依次相互首尾串联在一起。每个解析物料通道内都安装有物料推送绞龙。级联解析单元1还开设有作为进料口的预热后物料入口101、作为排气口的解析气体出口102、颗粒物回收入口103、作为出料口的固体物料排出口104和不可燃物回收入口105。预热后物料入口101开设于第一反向解析管的入料口。固体物料排出口104开设于第四反向解析管的出料口。第四反向解析管的固体物料排出口104附近还安装有主燃烧器4。物料由第一反向解析管的预热后物料入口101送入，被第一反向解析管的物料推送绞龙推送前进，在第一反向解析管的尾端落入至第二反向解析管中，被第二反向解析管中的物料推送绞龙推送前进，在第二反向解析管的尾部落入第三反向解析管。以此类推，完成热脱附，最后从第四反向解析管的固体物料排出口104处，经过主燃烧器4燃烧，最后排出至出料冷却单元。

通过级联效应和直接接触主燃烧器4产生的恒温气流，使得物料在级联解析单元1中的平均停留时间非常短(通常<2分钟)，则其中的物料温度恒定在200-600℃之间，不会很快降温，物料温度的相应增加有利于污染气体从物料中挥发。

级联效应是指级联放大效应或连锁放大效应(cascadeeffect)，预热解析单元5和级联解析单元1是一个近似闭环的系统，随着物料在预热解析单元5中预热升温得到水分蒸发及解析，进入级联解析单元1内物料热能需求将逐渐降低，从而使得进入热氧化急冷单元的烟气温度升高，进而使得进入预热解析单元5换热夹层内的高温蒸汽温度升高，物料升温水分蒸发热解析更彻底，进而使得进入级联解析单元1内物料热能需求更低，最终直至平衡。

在级联解析单元1中还安装有抽提风扇，通过抽提风扇工作，维持级联解析单元1内微负压，以确保解析气体的快速疏散。

预热后物料出口504与预热后物料入口101通过料槽相连通。固体物料排出口104与出料冷却单元相连通。解析气体出口102将解析气体排入热氧化急冷单元，实现颗粒物分离、热氧化和急冷效果。颗粒物回收入口103和不可燃物回收入口105用于回收热氧化急冷单元不能处理的固体物质。

图4是图1中热氧化急冷单元的示意图。如图1、图4所示，热氧化急冷单元包括旋风分离器17、二次燃烧室12、空气热交换器13、急冷罐14和布袋除尘器6。

旋风分离器17是用于气固体系分离的设备。其工作原理为靠气流切向引入造成的旋转运动，使具有较大惯性离心力的固体颗粒甩向外壁面分开。旋风分离器17包括含尘气体入口1701、颗粒物回收出口1702和过滤气体出口1703。含尘气体入口1701与解析气体出口102相连通。颗粒物回收出口1702与颗粒物回收入口103相连通。解析气体通过含尘气体入口1701送入一系列的旋风分离器17，以去除解析气体中的颗粒物。将旋风分离器17所收集的颗粒物通过颗粒物回收出口1702导回级联解析单元1进行处理，以确保没有烃污染物逸出系统。

二次燃烧室12包括燃烧气体入口1201、燃烧后气体出口1202和燃烧后固体排出口1203。二次燃烧室12安装有辅助燃烧器16。燃烧后固体排出口1203与不可燃物回收入口105相连通。燃烧气体入口1201与过滤气体出口1703相连通。二次燃烧室12由辅助燃烧器16供热，二次燃烧室12的运行温度超过1100℃。解析气体在二次燃烧室12中至少氧化2秒，平均去除率99.9％。如果二次燃烧室12的进料中烃浓度等于或超过辅助燃烧器16的燃料需求，解析气体可以自身作为二次燃烧室12的燃料源，从而最大限度地降低了外部燃料需求，并进一步减少了运行费用。

空气热交换器13是以冷热媒介进行冷却或加热空气的换热装置中，在本实施例中，空气热交换器13是以二次燃烧室12中燃烧后的热气作为热媒介来加热空气的。空气热交换器13包括待热交换气体入口1301、已热交换气体出口1302和热空气出口1303。待热交换气体入口1301与燃烧后气体出口1202相连通。从二次燃烧室12出来的废气进入一个可以提供约800℃温差的多通道空气热交换器13。废气被降温的同时，空气被加热，且加热后的空气通过热空气出口1303处安装的风机15抽送至主燃烧器4和辅助燃烧器16(传输通道未在图中示出)，作为主燃烧器4和辅助燃烧器16的燃烧空气，这些燃烧空气被预热至约300℃之后提供给主燃烧器4和辅助燃烧器16，以大大减少燃料需求。

急冷罐14用于对高温烟气应采取急速冷却处理，使烟气温度在1秒内下降到200℃以下，减少烟气在200～500℃温区的滞留时间，以最大限度地避免二噁英类(pccds/pcdfs)毒害物质在此温区的再合成。在本实施例中，急冷罐14为喷淋水急冷罐。急冷罐14包括待冷却气体入口1401、冷却后气体出口1402和冷却水进口1403。待冷却气体入口1401与已热交换气体出口1302相连通。冷却水进口1403与循环水冷凝单元的排水口相连通。进入急冷罐14的废气在1秒内降温至约230℃。

布袋除尘器6也即袋式除尘器，是一种干式滤尘装置，利用纤维织物的过滤作用对含尘气体进行过滤，当含尘气体进入布袋除尘器6后，颗粒大、比重大的粉尘由于重力的作用沉降，落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，使气体得到净化。在本实施例中，布袋除尘器6为配有几百个独立袋式过滤器的脉冲喷射布袋过滤器。布袋除尘器6包括未净化气体入口601和净化气体出口602。未净化气体入口601与冷却后气体出口1402相连通。急冷罐14的冷却后气体出口1402所排出的热废气导入布袋除尘器6，去除这些热废气中的颗粒物质，使得其达到pm2.5的排放要求。例如，热废气中可能产生二噁英，急冷后热废气在进入布袋除尘器6后中，布袋除尘器6可采用喷入石灰粉和活性炭粉方式，吸收热废气中残余酸性物质和二噁英。

在优选方案中，净化气体出口602与高温蒸汽入口503相连通。经过极冷和净化后的废气仍然具有不低的温度，这样的热废气通过净化气体出口602直接导入物料预热解析单元5的换热夹层及空心螺旋桨叶的叶片中，使得进料得到预热及初步解析。最终热废气由热废气排出口505排出。

其次阐明提取气体的循环和处理通道。

图5是图1中循环水冷凝单元的示意图。如图1、图5所示，循环水冷凝单元包括高温气体冷凝压缩罐7、油水分离罐8、储油罐9、冷却塔10和废水处理罐11。

高温气体冷凝压缩罐7包括负压系统和循环水系统。负压系统中的真空泵将气体抽入循环水系统，循环水系统通过温度较低的循环水对气体降温，在低温环境中，气体中的可凝气体成分转换为液体排出，不可凝气体单独排出。在高温气体冷凝压缩罐7中，负压系统和循环水系统均可以使用现有的装置组合搭建。

高温气体冷凝压缩罐7包括高温气体入口701、不凝气排出口703、油水排出口704和循环水入口702。高温气体入口701有多个，分别与多个提取气体排出口502相连通。高温气体冷凝压缩罐7通过循环水将废气冷凝，冷凝之后产生了油水混合物和不凝气。其中，油水混合物在重力的作用下从油水排出口704流入油水分离罐8，不凝气由不凝气排出口703通入二次燃烧室12的燃烧气体入口1201，连同级联解析单元1所排出的解析气体一同在二次燃烧室12中得到处理。

油水分离罐8用于使不同比重的油与水分流和分层，最终实现油水分离的目的。油水分离罐8包括油水进入口801、油出口802和污水出口803。油水进入口801与油水排出口704相连通。油出口802与储油罐9的入口相连通。油水分离罐8分离出来的提取油将进入储油罐9用于外售。

冷却塔10是利用水与气体流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量，以降低水的温度的装置。冷却塔10包括待冷却水入口1001、冷凝水出口1002和冷却后水出口1003。待冷却水入口1001与污水出口803相连通。冷却后水出口1003与循环水入口702相连通。冷凝水出口1002与废水处理罐11的废水入口1101相连通。废水处理罐11的废水出口1102与冷却水进口1403相连通。油水分离罐8分离出来的污水在经过冷却塔10冷却至60℃以内后通过循环水泵打回至高温气体冷凝压缩罐7用作喷淋冷却水，同时与高温气体冷凝压缩罐7内循环水混合达到降温的作用。经高温气体冷凝压缩罐7冷凝成的液体部分，也即循环水冷凝单元多余出来的冷凝水经由冷凝水出口1002进入废水处理罐11，经由废水处理罐11处理合格后，通过冷却水进口1403进入急冷罐14，用于急冷罐14的喷淋水使用。

出料冷却单元包括出料锁气器2和出料夹套喷淋螺旋3。出料锁气器2的进料口与级联解析单元1的出料口相连通，出料锁气器2的出料口与出料夹套喷淋螺旋3的进料口相连通，出料夹套喷淋螺旋3包括外壳和安装于外壳之内的物料推送绞龙，出料夹套喷淋螺旋3中还安装有喷淋系统。喷淋系统的喷嘴位于出料夹套喷淋螺旋3中物料通道内壁。通过出料夹套喷淋螺旋3使得处理后的固体冷却到约80℃，并加湿到含水率5～10％以控制粉尘，最后由物料排出口301排出。

使用本实用新型进行级联热脱附处理有机污染固废的处理方法，包括以下步骤：

s101、将粉碎的物料通过物料预热解析单元5

s102、物料在物料预热解析单元5内间接加热热脱附，产生提取气体和预热后的物料。

s103、提取气体经循环水冷凝单元处理后，分离出提取油和不凝气。提取油进入油储罐。不凝气导入热氧化急冷单元进行热氧化处理。循环水冷凝单元得到的冷凝水导入热氧化急冷单元用于对物质进行急速冷却。

s104、预热后的物料进入级联解析单元1进行高温烟气直接热脱附，产生解析气体和处理后的固体。解析气体进入热氧化急冷单元，实现颗粒物分离、热氧化和急冷处理。处理后的固体进入出料冷却单元喷淋冷却，并排出。

更进一步的，解析气体在热氧化急冷单元中进行处理的步骤具体为：

s201、旋风分离器17将解析气体中的颗粒物分离。

s202、将颗粒物回收至级联解析单元1。对分离颗粒物后的解析气体送入二次燃烧室12二次燃烧。

s203、燃烧后的气体经过空气热交换器13进行热交换。升温后的空气用作级联解析单元1的主燃烧器4和热氧化急冷单元的辅助燃烧器16的燃烧空气。热交换之后降温后的气体在急冷罐14中进行急速冷却处理。

s204、急速冷却后的气体经过布袋除尘器6除尘后，导入物料预热解析单元5用于预热进料，之后经烟囱排放。

更进一步的，提取气体经循环水冷凝单元处理的具体步骤是：

s301、在高温气体冷凝压缩罐7中将提取气体冷凝和压缩，产生了油水混合物和不凝气，并得到了冷凝水。

s302、将不凝气通入热氧化急冷单元进行热氧化，也即二次燃烧处理。

s303、将油水混合物通过油水分离罐8分离为油和污水，油水分离罐8分离出来的提取油将进入油储罐9储存，可以用于外售。

油水分离罐8分离出来的污水在经过冷却塔10冷却至60℃以内后通过循环水泵打回至高温气体冷凝压缩罐7用作冷却水。

对其余的少部分冷凝水输送至废水处理罐11进行废水处理，处理合格之后流入热氧化急冷单元的急冷罐14，用于对物质进行急速冷却。

本实用新型所涉及到的高温气体冷凝压缩罐7、油水分离罐8、冷却塔10、废水处理罐11、旋风分离器17、二次燃烧室12、空气热交换器13、急冷罐14和布袋除尘器6等均是本领域内常见的处理装置，本领域的技术人员可以轻易在市场上通过公开渠道购买得到，其所涉及的原理也都是本领域技术人员所能熟知的基本原理，本实用新型没有对上述装置做出新的设计，直接购买现有的市售产品组装使用即可，所以上述装置的具体结构和原理不再赘述。

以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，本实用新型所限定的范围参见权利要求，在不违背本实用新型的基本结构的情况下，本实用新型可以作任何形式的修改。