一种流化床垃圾热解的系统及方法与流程

本发明属于固废处理技术领域，尤其涉及一种利用流化床进行垃圾热解的系统及方法。

背景技术：

近年来，国际上较为流行的垃圾处理方式是垃圾流化床气化。流化床气化是在缺氧或无氧的还原性气氛下进行的分解反应，无害化彻底，不利于生成二噁英。同时产生具有一定热值的人造燃气、燃油和固体炭。所以，垃圾热解有着巨大的潜在优势。但是，单纯通过热解处理生活垃圾，不仅需要较高的温度，能耗高，而且热解产生的焦油会降低产气率和热效率，在低温时还会凝结为液态，与水和灰尘结合造成输气管路堵塞、腐蚀等一系列问题。因此，需要在热解过程加入催化剂降低热解温度，并提高燃气产量。然而传统的催化剂如钙基催化剂、镍基催化剂等价格昂贵，应用成本较高，且存在失活问题，所以较难在大规模试验和生产中得到应用。寻求廉价的催化剂是目前急需解决的一个问题。

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1t氧化铝，附带产生1.0～2.0t赤泥。伴随着铝的生产，大量的赤泥得不到充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种利用流化床热解气化处理垃圾的系统及方法，采用赤泥催化垃圾热解气化，降低了垃圾热解气化能耗，垃圾热解气化过程中焦油产量极低，避免了焦油结焦、堵塞管路等问题。

本发明的目的之一是提供一种流化床垃圾热解的系统，包括垃圾预处理单元、流化床、赤泥预处理单元和灰渣熔融炉；

所述垃圾预处理单元包括垃圾入口和垃圾颗粒出口；

所述流化床包括热解气化室，所述热解气化室设有垃圾颗粒入口、赤泥颗粒入口、热解气出口和灰渣出口；

所述赤泥预处理单元包括赤泥烘干机和赤泥破碎机；

所述赤泥烘干机包括赤泥入口和干赤泥出口；

所述赤泥破碎机包括干赤泥入口和赤泥颗粒出口，所述赤泥烘干机的干赤泥出口连接所述赤泥破碎机的干赤泥入口；

所述灰渣熔融炉包括灰渣入口和玻璃体出口；

所述垃圾预处理单元的垃圾颗粒出口连接所述流化床的垃圾颗粒入口，所述赤泥破碎机的赤泥颗粒出口连接所述流化床的赤泥颗粒入口，所述流化床的灰渣出口连接所述灰渣熔融炉的灰渣入口。

作为本发明优选的方案，所述垃圾预处理单元包括垃圾干燥机、垃圾破碎机、捏合机和造粒机，

所述垃圾干燥机包括垃圾入口和干燥垃圾出口；

所述垃圾破碎机包括干燥垃圾入口和破碎垃圾出口；

所述捏合机包括破碎垃圾入口和混合料出口；

所述造粒机包括混合料入口和垃圾颗粒出口；

所述垃圾干燥机的干燥垃圾出口连接所述垃圾破碎机的干燥垃圾入口，所述垃圾破碎机的破碎垃圾出口连接所述捏合机的破碎垃圾入口，所述捏合机的混合料出口连接所述造粒机的混合料入口，所述造粒机的垃圾颗粒出口连接所述流化床的垃圾颗粒入口。

本发明的系统进一步包括第一换热器，所述第一换热器包括玻璃体入口和换热油出口，所述垃圾干燥机设有换热油入口，所述灰渣熔融炉的玻璃体出口连接所述第一换热器的玻璃体入口，所述第一换热器的换热油出口连接所述垃圾干燥机的换热油入口。

作为优选的方案，本发明的系统还包括热解气净化单元，所述热解气净化单元包括净化装置，所述净化装置包括热解气入口和可燃气出口；所述灰渣熔融炉设有蓄热式辐射管；所述流化床的热解气出口连接所述净化装置的热解气入口，所述净化装置的可燃气出口连接所述灰渣熔融炉的蓄热式辐射管。

更进一步的，所述热解气净化单元还包括第二换热器，所述第二换热器包括高温热解气入口、低温热解气出口和换热油出口，所述赤泥烘干机设有换热油入口，所述流化床的热解气出口连接所述第二换热器的高温热解气入口，所述第二换热器的低温热解气出口连接所述净化装置的热解气入口，所述第二换热器的换热油出口连接所述赤泥烘干机的换热油入口。

本发明的另一目的是提供一种利用上述系统进行垃圾热解的方法，包括如下步骤：

a、对垃圾进行预处理，获得垃圾颗粒；

b、将赤泥烘干后破碎，获得赤泥颗粒，所述赤泥颗粒的粒径为10～15mm；

c、将所述赤泥颗粒送入所述流化床的热解气化室，在风力作用下所述赤泥颗粒成流态；

d、所述热解气化室的温度在800～1000℃时，将所述垃圾颗粒送入所述热解气化室，所述热解气化室内的垃圾颗粒与赤泥颗粒的质量比为1:4～1:10，所述垃圾颗粒在所述热解气化室进行热解，产生热解气和灰渣；

e、将所述灰渣送入所述灰渣熔融炉，在1400～1900℃的条件下熔融固化，获得玻璃体。

作为本发明优选的方案，所述步骤a中的垃圾预处理包括：

将垃圾送入所述垃圾干燥机，对垃圾进行干燥，获得干燥垃圾，所述干燥垃圾的含水率≤10％；

将所述干燥垃圾送入所述垃圾破碎机，破碎后获得破碎垃圾，所述破碎垃圾的粒径为10～20mm；

将所述破碎垃圾与添加剂在捏合机中混合，获得混合料；

将所述混合料送入造粒机，获得垃圾颗粒。

进一步的，将所述步骤e产生的玻璃体送入第一换热器，与换热油进行换热，将所述第一换热器升温后的换热油输送至所述垃圾干燥机，作为干燥垃圾的热源。

优选的，将所述步骤d产生的热解气送入净化装置进行净化，获得可燃气；将所述可燃气输送至所述灰渣熔融炉，作为燃料。

更进一步的，先将所述热解气送入第二换热器，与换热油进行换热，获得低温热解气，之后将所述低温热解气送入所述净化装置进行净化，获得可燃气；将所述第二换热器升温后的换热油输送至赤泥烘干机，作为干燥赤泥的热源。

本发明提供的利用流化床热解垃圾的系统及方法，采用赤泥催化垃圾热解气化，降低了垃圾热解气化能耗，节省了工艺成本，提高了气化气产量和品质；垃圾热解气化过程中焦油产量极低，避免了焦油结焦、堵塞管路等问题；利用系统内部余热烘干赤泥和垃圾，降低了整个系统的能耗；将灰渣在灰渣熔融炉内处理，实现了危险废弃物的稳定化处理。

附图说明

图1是本发明实施例的系统示意图；

图2是本发明实施例的热解垃圾的方法流程图。

图中：

1-垃圾预处理单元、11-垃圾干燥机、12-垃圾破碎机、13-捏合机、14-造粒机、15-垃圾进料机；

2-流化床；

3-赤泥预处理单元、31-赤泥烘干机、32-赤泥破碎机；

4-灰渣熔融炉；

5-第一换热器；

6-热解器净化单元、61-第二换热器、62-净化装置。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例提供一种流化床垃圾热解的系统，包括垃圾预处理单元1、流化床2、赤泥预处理单元3、灰渣熔融炉4、第一换热器5和热解器净化单元6。本发明实施例利用工业固废赤泥催化热解生活垃圾，为城市生活垃圾处理提供了一种新途径。

垃圾预处理单元1可将垃圾加工成可用于热解的垃圾颗粒。垃圾预处理单元1包括垃圾干燥机11、垃圾破碎机12、捏合机13、造粒机14和垃圾进料机15。

垃圾干燥机11用于垃圾的干燥，可将垃圾烘干至含水率在10％以下。垃圾干燥机11包括垃圾入口和干燥垃圾出口。

垃圾破碎机12包括干燥垃圾入口和破碎垃圾出口，垃圾干燥机11的干燥垃圾出口连接垃圾破碎机12的干燥垃圾入口。垃圾干燥机11的干燥垃圾通过传送带送至垃圾破碎机12，垃圾破碎机12将干燥垃圾破碎至10～20mm。

捏合机13包括破碎垃圾入口和混合料出口，垃圾破碎机12的破碎垃圾出口连接捏合机13的破碎垃圾入口。捏合机13上还设有添加剂入口，添加剂的功能是使垃圾具备一定的粘结性，添加剂与垃圾通过捏合机13充分混匀，获得混合料。

造粒机14包括混合料入口和垃圾颗粒出口，捏合机13的混合料出口连接造粒机14的混合料入口。捏合机13制造的混合料输送至造粒机14中，制作成长30mm，直径10mm的棒状垃圾颗粒。

垃圾进料机15位于造粒机14的下方，将造粒机14排出的垃圾颗粒输送至流化床2。

流化床2包括热解气化室，热解气化室的炉壁内侧纵向安装有非闭合环形蓄热式辐射管，为热解气化室提供热解气化所需热能。热解气化室的中部设有垃圾颗粒入口，垃圾进料机15输送的垃圾颗粒通过垃圾颗粒入口进入热解气化室。赤泥颗粒入口位于垃圾颗粒入口的下方，用于赤泥颗粒的进料。流化床2的底部为风室和布风板，风力介质为氮气。流化床2中的垃圾颗粒，在赤泥颗粒的催化作用下，生成热解气和灰渣。热解气和灰渣分别通过热解气出口和灰渣出口排出热解气化室。

赤泥预处理单元3用于将工业上排出的赤泥，加工成可用于流化床的赤泥颗粒。赤泥既作为热解垃圾的固体热载体，又可以催化垃圾热解。赤泥预处理单元3包括赤泥烘干机31和赤泥破碎机32。

赤泥烘干机31可将赤泥的含水率降至30％以下，其包括赤泥入口和干赤泥出口。

赤泥破碎机32包括干赤泥入口和赤泥颗粒出口，赤泥烘干机31的干赤泥出口连接赤泥破碎机32的干赤泥入口。干赤泥由赤泥烘干机31进入赤泥破碎机32后，被破碎至粒径为10～15mm。破碎后的赤泥颗粒通过流化床2的赤泥颗粒入口，进入热解气化室。

灰渣熔融炉4包括灰渣入口和玻璃体出口，流化床2的灰渣出口连接灰渣熔融炉4的灰渣入口。灰渣熔融炉4采用蓄热式辐射管加热，热态灰渣进入灰渣熔融炉后，在1400～1900℃高温条件下熔融固化，最终变成玻璃体，实现了对灰渣中有害重金属稳定化处置。

第一换热器5包括玻璃体入口和换热油出口，灰渣熔融炉2的玻璃体出口连接第一换热器5的玻璃体入口。灰渣熔融炉2排出的高温玻璃体进入第一换热器5，与换热油进行间接换热。垃圾干燥机11设有换热油入口，第一换热器5的换热油出口连接垃圾干燥机11的换热油入口。第一换热器5的高温换热油，进入垃圾干燥机11，作为垃圾干燥的热源。

热解气净化单元6包括第二换热器61和净化装置62，用于热解气的余热回收及净化。

第二换热器61包括高温热解气入口、低温热解气出口和换热油出口，流化床2的热解气出口连接第二换热器61的高温热解气入口。流化床2产生的热解气温度很高，热解气进入第二换热器61与和热油进行换热，将热解气温度降至150℃，实现余热回收。赤泥烘干机31设有换热油入口，第二换热器61的换热油出口连接赤泥烘干机31的换热油入口。第二换热器61的高温换热油进入赤泥烘干机31，作为赤泥烘干的热源。

净化装置62包括热解气入口和可燃气出口，第二换热器61的低温热解气出口连接净化装置62的热解气入口。本发明实施例中，净化装置62为旋风除尘器，可除去热解气中的飞灰，获得可燃气。可燃气分别送入流化床2的蓄热式辐射管和灰渣熔融炉4的蓄热式辐射管，作为燃料，为整个系统提供能量。飞灰被送入灰渣熔融炉4，与灰渣一起熔融固化，生成玻璃体。

在本发明实施例中，赤泥作为催化剂，催化垃圾，其中赤泥的主要化学组成为：cao占总量30％～40％，sio2占15％～20％，铁铝氧化物各占10％左右，还有nio等少量其它金属氧化物；赤泥中的cao、fe2o3、nio可以分解有机物以及裂解焦油，主要由于碱性金属氧化物影响有机物挥发分和焦油组分中的π电子云稳定性，从而降低了其裂解反应的活化能，使得焦油进一步裂解成小分子气体。同时赤泥中存在的sio2、fe2o3等物质也是良好的载体，可以有效固定赤泥中的碱性金属氧化物，防止热解气化过程中随着热解气的散逸损失。另外，赤泥经热处理后可形成多孔结构，从而增大了赤泥的比表面积，进一步提高了赤泥催化的效果。为了降低垃圾热解产物中焦油的含量，常规的垃圾热解气化温度在1000℃以上，利用赤泥作为垃圾热解的催化剂，可有效降低垃圾热解所需的温度，降低系统能耗。

如图2所示，另一方面，本发明实施例提供一种利用上述系统进行垃圾热解的方法，包括如下步骤：

1、将垃圾送入垃圾干燥机，对垃圾进行干燥，获得干燥垃圾，干燥垃圾的含水率≤10％。

2、将干燥垃圾送入垃圾破碎机，破碎后获得破碎垃圾，破碎垃圾的粒径为10～20mm。

3、将破碎垃圾与添加剂在捏合机中混合，获得混合料。

4、将混合料送入造粒机，获得垃圾颗粒。

5、将赤泥烘干后破碎，获得赤泥颗粒，赤泥颗粒的粒径为10～15mm。

6、将赤泥颗粒送入流化床的热解气化室，在风力作用下赤泥颗粒成流态。

7、热解气化室的温度在800～1000℃时，将垃圾颗粒送入热解气化室，热解气化室内的垃圾颗粒与赤泥颗粒的质量比为1:4～1:10，垃圾颗粒在热解气化室进行热解，产生热解气和灰渣。

8、将灰渣送入灰渣熔融炉，在1400～1900℃的条件下熔融固化，获得玻璃体。

9、将玻璃体送入第一换热器，与换热油进行换热，将第一换热器升温后的换热油输送至垃圾干燥机，作为干燥垃圾的热源。

10、将热解气送入第二换热器，与换热油进行换热，获得低温热解气；将第二换热器升温后的换热油输送至赤泥烘干机，作为干燥赤泥的热源。

11、将低温热解气送入净化装置进行净化，获得可燃气；将可燃气输送至流化床和灰渣熔融炉，作为燃料。

本发明实施例的垃圾热解的系统及方法，利用固废赤泥作为垃圾热解的催化剂，降低了处理垃圾的成本；赤泥可提高热解气的品质，降低焦油产量，避免了焦油结焦、堵塞管路；回收玻璃体和热解气的余热，干燥垃圾和赤泥，降低了整个系统的能耗；流化床和灰渣熔融炉均采用蓄热式辐射管加热，利用垃圾热解气化产生的低热值可燃气作为燃料，降低了系统运行成本。

实施例1

1、将垃圾送入垃圾干燥机，对垃圾进行干燥，获得干燥垃圾，干燥垃圾的含水率10％。

2、将干燥垃圾送入垃圾破碎机，破碎后获得破碎垃圾，破碎垃圾的粒径为15mm。

3、将破碎垃圾与添加剂在捏合机中混合，获得混合料。

4、将混合料送入造粒机，获得垃圾颗粒。

5、将赤泥烘干后破碎，获得赤泥颗粒，赤泥颗粒的粒径为10mm。

6、将赤泥颗粒送入流化床的热解气化室，在风力作用下赤泥颗粒成流态。

7、热解气化室的温度在800℃时，将垃圾颗粒送入热解气化室，热解气化室内的垃圾颗粒与赤泥颗粒的质量比为1:4，垃圾颗粒在热解气化室进行热解，产生热解气和灰渣。

8、将灰渣送入灰渣熔融炉，在1500℃的条件下熔融固化，获得玻璃体。

9、将玻璃体送入第一换热器，与换热油进行换热，将第一换热器升温后的换热油输送至垃圾干燥机，作为干燥垃圾的热源。

10、将热解气送入第二换热器，与换热油进行换热，获得低温热解气；将第二换热器升温后的换热油输送至赤泥烘干机，作为干燥赤泥的热源。

11、将低温热解气送入净化装置进行净化，获得可燃气；将可燃气输送至流化床和灰渣熔融炉，作为燃料。

本发明实施例中，热解炉产生的热解气各组分体积分数为h2:35％，ch4:17％，co:20％，气体总热值为4700kcal/m³。

实施例2

1、将垃圾送入垃圾干燥机，对垃圾进行干燥，获得干燥垃圾，干燥垃圾的含水率9％。

2、将干燥垃圾送入垃圾破碎机，破碎后获得破碎垃圾，破碎垃圾的粒径为10mm。

3、将破碎垃圾与添加剂在捏合机中混合，获得混合料。

4、将混合料送入造粒机，获得垃圾颗粒。

5、将赤泥烘干后破碎，获得赤泥颗粒，赤泥颗粒的粒径为15mm。

6、将赤泥颗粒送入流化床的热解气化室，在风力作用下赤泥颗粒成流态。

7、热解气化室的温度在900℃时，将垃圾颗粒送入热解气化室，热解气化室内的垃圾颗粒与赤泥颗粒的质量比为1:6，垃圾颗粒在热解气化室进行热解，产生热解气和灰渣。

8、将灰渣送入灰渣熔融炉，在1400℃的条件下熔融固化，获得玻璃体。

9、将玻璃体送入第一换热器，与换热油进行换热，将第一换热器升温后的换热油输送至垃圾干燥机，作为干燥垃圾的热源。

10、将热解气送入第二换热器，与换热油进行换热，获得低温热解气；将第二换热器升温后的换热油输送至赤泥烘干机，作为干燥赤泥的热源。

11、将低温热解气送入净化装置进行净化，获得可燃气；将可燃气输送至流化床和灰渣熔融炉，作为燃料。

本发明实施例中，热解炉产生的热解气各组分体积分数为h2:37％，ch4:22％，co:15％，气体总热值为4460kcal/m³。

实施例3

1、将垃圾送入垃圾干燥机，对垃圾进行干燥，获得干燥垃圾，干燥垃圾的含水率8％。

2、将干燥垃圾送入垃圾破碎机，破碎后获得破碎垃圾，破碎垃圾的粒径为20mm。

3、将破碎垃圾与添加剂在捏合机中混合，获得混合料。

4、将混合料送入造粒机，获得垃圾颗粒。

5、将赤泥烘干后破碎，获得赤泥颗粒，赤泥颗粒的粒径为12mm。

6、将赤泥颗粒送入流化床的热解气化室，在风力作用下赤泥颗粒成流态。

7、热解气化室的温度在1000℃时，将垃圾颗粒送入热解气化室，热解气化室内的垃圾颗粒与赤泥颗粒的质量比为1:10，垃圾颗粒在热解气化室进行热解，产生热解气和灰渣。

8、将灰渣送入灰渣熔融炉，在1900℃的条件下熔融固化，获得玻璃体。

9、将玻璃体送入第一换热器，与换热油进行换热，将第一换热器升温后的换热油输送至垃圾干燥机，作为干燥垃圾的热源。

10、将热解气送入第二换热器，与换热油进行换热，获得低温热解气；将第二换热器升温后的换热油输送至赤泥烘干机，作为干燥赤泥的热源。

11、将低温热解气送入净化装置进行净化，获得可燃气；将可燃气输送至流化床和灰渣熔融炉，作为燃料。

本发明实施例中，热解炉产生的热解气各组分体积分数为h2:39％，ch4:19％，co:8％，气体总热值为4380kcal/m³。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。