CN107435928A - 一种内热式生活垃圾热解系统 - Google Patents

Abstract

一种内热式生活垃圾热解系统，包括生活垃圾源头分选一体机、烘干装置、进料装置、内热回转式热解炉、滚筒筛、蓄热球加热炉、除尘器1、除尘器2、冷却装置、油水分离器、换热器、脱硫塔、灰仓，生活垃圾经过生活垃圾源头分选一体机的自动分选后，适合热解的可燃物被烟气烘干后，与高温蓄热球按比例进入内热回转式热解炉，直接传热热解，降温后的蓄热球经过滚筒筛将生活垃圾热解固形物分离后，进入蓄热球加热炉加热后，与新的生活垃圾再次进入内热回转式热解炉，并循环反复运行。本发明将热源体和生活垃圾直接传热，提高了热解传热效率，降低了热解停留时间，提升了设备的处理能力。

Description

一种内热式生活垃圾热解系统

技术领域

本发明涉及城乡固体废弃物资源化处理领域，尤其涉及一种内热式生活垃圾热解系统及方法。

背景技术

近年来关于垃圾热解技术的研究层出不穷，包括原料热解行为分析，热解影响因素分析，热解产物特性研究，热解装置研发等等，但是这些研究多集中于实验室阶段，仅有少部分进入中试阶段，大规模的工业化生产运行还没有实现。原因之一是我国生活垃圾为混合垃圾，含水率高，垃圾原料本身成分复杂、波动性大，这种特性造成了热解后产物品质不稳定，进一步利用还存在问题；原因之二是国内大多数生活垃圾热解设备处理能力有限，大多数设备每天只能处理几吨到几十吨，无法适用县级以上城市200吨/天以上的处理量。

经过多年的研究，在生活垃圾分类和预处理方案已经有许多研究和成熟的专利技术，专利“生活垃圾源头分选一体机及分类方法”通过在城市居民小区内进行机械自动分选，能将生活垃圾中的金属、含水率高的厨余垃圾、高品质的塑料等分选出来，剩下的其它垃圾含水率降低、热值增加，特别适合进行热解处理。

但热解设备处理能力有限的问题仍然成为阻碍生活垃圾热解技术应用的关键瓶颈。热解设备处理能力有限的原因主要是因为生活垃圾热解反应时间太长。相对于生活垃圾焚烧发电系统生活垃圾3秒左右的焚烧反应时间，生活垃圾热解一般的反应时间在1小时~1天左右。因为反应时间长而带来两方面问题，一是处理等量的生活垃圾，热解炉比焚烧炉需要更大的炉体，设备造价高；二是同等体积或同等造价的炉体，热解炉的处理能力往往不及焚烧炉的处理能力的十分之一。

生活垃圾热解需要无氧环境，传统的方式均再用外部提供热源的间接加热方式，热量要通过金属、陶瓷等载体传递到生活垃圾表面，再从生活垃圾表面传递到生活垃圾的内部。这种热量传递过程受到耐热材料、炉体大小、搅拌程度、垃圾粒径等条件的限制，很难从根本上突破传热速度瓶颈，缩短热解反应时间。

发明内容

本发明提供了一种内热式生活垃圾热解系统，在无氧的内热回转式热解炉内，让生活垃圾与热源直接进行热量传递，提高生活垃圾的热解反应速度，使热解炉的处理能力大大增加，解决现有生活垃圾热解炉处理能力低的瓶颈，使生活垃圾热解技术具有工程应用和产业化价值。其技术方案如下所述：

一种内热式生活垃圾热解系统,包括生活垃圾源头分选一体机、烘干装置、进料装置、内热回转式热解炉、滚筒筛、蓄热球加热炉、除尘器1、除尘器2、冷却装置、油水分离器、换热器、脱硫塔、灰仓，其中所述的生活垃圾源头分选一体机与烘干装置连接、烘干装置通过螺旋与进料装置的垃圾进料口连接、进料装置还有一个蓄热球进料口与蓄热球加热炉连接，进料装置与内热回转式热解炉的进口连接，内热回转式热解炉的出口与滚筒筛的进口连接，滚筒筛的筛上物出口与蓄热球加热炉的进料口连接，滚筒筛的筛下物出口与除尘器1连接，除尘器1与冷却装置连接，冷却装置的气体出口与蓄热球加热炉连接、冷却装置的液体出口与油水分离器连接，蓄热球加热炉的烟气出口与除尘器2的进口连接，除尘器2的出口与换热器连接，换热器出口与烘干装置的进气口连接、烘干装置的出气口与脱硫塔连接。

所述的生活垃圾源头分选一体机，主要将生活垃圾中的金属和厨余垃圾去除，使进入热解系统的生活垃圾的热值达到8000kJ/kg以上。

所述的进料装置拥有两个进料口，一个是蓄热球进料口，一个是生活垃圾进料口，蓄热球进料口位于进料装置的侧面，生活垃圾进料口位于进料装置的上方；所述的内热回转式热解炉的直径为1m~3m，长度10m~50m，水平倾斜角1/20~1/50，炉体内部由耐火衬层，外部有保温层。内热回转式热解炉的处理能力为3t/h~10t/h；所述的滚筒筛的直径与内热回转式热解炉直径相同，滚筒筛的筛网孔径分为两级，第一级筛网孔径为45mm，第二级筛网孔径为60mm。

所述的蓄热球直径为55mm±2mm，蓄热球的材料由无机粉料和添加剂混合物在1400℃以上烧制而成，其中的无机粉料包括碳化硅、硅、氮化硅、氧化铝、二氧化硅、氧化钙、碳化硼；添加剂包括甲基纤维素、羟乙基纤维素、氰乙基纤维素、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚氧化乙烯、聚乙二醇。

本发明还提供了一种内热式生活垃圾热解工艺方法，该工艺方法包括下列步骤：

（1）垃圾预处理，生活垃圾在源头进行机械化分类，选出里面的金属和价值较高的塑料，同时去除里面含水率高的厨余垃圾。剩下的生活垃圾被送入烘干装置，被300~400℃的热烟气直接烘干到含水率20 %以下；

（2）垃圾热解：经烘干的生活垃圾与温度高达800~900℃的蓄热球一同送入内热回转式热解炉，在内热回转式热解炉内一起翻滚并向前移动，在此过程，生活垃圾被蓄热球加热，并发生热解反应，生成热解气体和灰分。热解持续时间15~30分钟。物料在内热回转式热解炉内的填充率为10%~30%。

（3）后处理，热解生成的气体从内热回转式热解炉排出，经过旋风除尘和冷却工序，去除里面的灰尘，并分离出焦油和水分后，用于给蓄热球加热炉供气；热解生成的灰分与蓄热球一同进入滚筒筛，经过筛分，灰分进入灰仓，蓄热球回到蓄热球加热炉重新加热，加热到800~900℃后与后续的生活垃圾一同送入回转内热式加热炉；（4）烟气处理和余热利用，从蓄热球加热炉排出的烟气经过旋风除尘，再经换热器回收一部分余热后，烟气直接通入烘干装置，对生活垃圾进行干燥处理。降温后的烟气最后经过脱硫塔降尘脱硫后达标排放。

所述步骤（1）中所述的生活垃圾源头机械化分类，指的是利用本发明人相关的垃圾分选专利技术，在居民小区内生活垃圾进行自动分选，选出来不适合直接回收利用的生活垃圾，进行热解处理。这部分生活垃圾含水率在25%~40%之间。所述的烘干装置为回转烘干滚筒，生活垃圾与热烟气直接接触进行烘干。

所述步骤（2）中，所述的内热回转式热解炉的进口与进料装置连为一体，生活垃圾和蓄热球的进料比例根据热解反应温度调节，生活垃圾与蓄热球的重量比为1:0.5~1:1。

所述步骤（3）中，分离出焦油和水分的需先经过冷却装置，使热解后生成的气体温度降到100℃以下，焦油和水分一同冷凝成液体，然后经过油水分离器将焦油从污水中分离出来，资源化利用。

所述步骤（4）中，所述的换热器的大小配置，根据生活垃圾的热值和含水率决定，优先满足生活垃圾的干燥需求，若有多余的热量则通过换热器获得一部分热水或水蒸气。

根据本发明根据本发明实施例的一种内热式生活垃圾热解系统，通过将垃圾在热解装置内进行热解，以将垃圾分解成热解气和灰分，且通过采用垃圾的热解气当作燃料气来提高热解产物的利用率，同时降低垃圾处理系统的运行成本，能耗低，资源化水平高。

通过采用蓄热球提供热源，解决了外部导热和内部热辐射的热传导效率低的问题，使生活垃圾的热解提供留时间大大缩短，设备处理效率提高5倍以上，生活垃圾热解设备投资成本降低60%。

附图说明

图1是本发明提供的一种内热式生活垃圾热解系统的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种内热式生活垃圾热解系统，在无氧的内热回转式热解炉内，让生活垃圾与热源直接进行热量传递，提高生活垃圾的热解反应速度，使热解炉的处理能力大大增加，解决现有生活垃圾热解炉处理能力低的瓶颈，使生活垃圾热解技术具有工程应用和产业化价值。

作为一种内热式生活垃圾热解系统的具体实施案例，其核心是内热回转式热解炉和用蓄热球来直接加热生活垃圾。在生活垃圾进入内热回转式热解炉之前，生活垃圾先进行预处理的目的：一是降低生活垃圾中不适合热解的组分，比如金属、砖头、瓦块等；二来是为了尽可能减少进入内热回转式热解炉内的水分。所以发明内容中的生活垃圾源头分选一体机和烘干装置主要是为了完成这两个目的，如果生活垃圾的品质好，也可以省略这两个步骤。而从内热回转式热解炉出来的气体的处理可以采用本发明的方法和装置，也可以直接作为燃料气利用。下面结合实际情况提供的1个实施例。

实施例1：

一种内热式生活垃圾热解系统包括生活垃圾源头分选一体机、烘干装置、进料装置、内热回转式热解炉、滚筒筛、蓄热球加热炉、除尘器1、除尘器2、冷却装置、油水分离器、换热器、脱硫塔、灰仓，其中生活垃圾源头分选一体机与烘干装置连接、烘干装置通过螺旋与进料装置的垃圾进料口连接、进料装置还有一个蓄热球进料口与蓄热球加热炉连接，进料装置与内热回转式热解炉的进口连接，内热回转式热解炉的出口与滚筒筛的进口连接，滚筒筛的筛上物出口蓄热球加热炉的进料口连接，滚筒筛的筛下物出口与除尘器1连接，除尘器1与冷却装置连接，冷却装置的气体出口与蓄热球加热炉连接、冷却装置的液体出口与油水分离器连接，蓄热球加热炉的烟气出口与除尘器2的进口连接，除尘器2的出口与换热器连接，换热器出口与烘干装置的进气口连接、烘干装置的出气口与脱硫塔连接。

进料装置拥有两个进料口，一个是蓄热球进料口，一个是生活垃圾进料口，蓄热球进料口位于进料装置的侧面，生活垃圾进料口位于进料装置的上方；

内热回转式热解炉的直径为1.2m，长度20m，内热回转式热解炉的处理能力为5t/h；

滚筒筛的直径1.2m，滚筒筛的筛网孔径分为两级，第一级筛网孔径为45mm，第二级筛网孔径为60mm。

蓄热球直径为55mm±2mm，蓄热球的材料由无机粉料和添加剂混合物在1400℃以上烧制而成，其中的无机粉料包括碳化硅、硅、氮化硅、氧化铝、二氧化硅、氧化钙、碳化硼；添加剂包括甲基纤维素、羟乙基纤维素、氰乙基纤维素、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚氧化乙烯、聚乙二醇。

该实施例包括下列步骤：

垃圾预处理，生活垃圾源头分选一体机处理能力为1t/h。20个小区每个小区平均配备1.5台生活垃圾源头分选一体机，一共是30台。每天处理约200吨生活垃圾。分选出来的可燃物120吨，热值达到8000kJ/kg以上，粒径100mm以下。

生活垃圾在源头进行机械化分类，选出里面的金属和价值较高的塑料，同时去除里面含水率高的厨余垃圾。剩下的生活垃圾的含水率为35%，被送入回转烘干滚筒，被300~400℃的热烟气直接烘干到含水率20 %以下；经烘干的生活垃圾与温度高达800~900℃的蓄热按照1: 0.6的比例，一同送入内热回转式热解炉，随着蓄热球一起翻滚，并向前移动，在此过程，生活垃圾被蓄热球加热，并发生热解反应，生成热解气体和灰分。热解持续时间20分钟。物料在内热回转式热解炉内的填充率为10%~30%。

热解生成的气体从内热回转式热解炉排出，经过旋风除尘和冷却装置，使气体温度降到100℃以下，焦油和水分一同冷凝成液体，然后经过油水分离器将焦油从污水中分离出来，资源化利用。去除焦油和水分的气体用于给蓄热球加热炉供气；热解生成的灰分与蓄热球一同进入滚筒筛，经过筛分，灰分进入灰仓，蓄热球回到蓄热球加热炉重新加热，加热到800~900℃后与后续的生活垃圾一同送入回转内热式加热炉。

从蓄热球加热炉排出的烟气经过旋风除尘，再经换热器回收一部分余热后，烟气直接通入烘干装置，对生活垃圾进行干燥处理。降温后的烟气最后经过脱硫塔降尘脱硫后达标排放。

Claims (8)

1.一种内热式生活垃圾热解系统，包括生活垃圾源头分选一体机、烘干装置、进料装置、内热回转式热解炉、滚筒筛、蓄热球加热炉、除尘器1、除尘器2、冷却装置、油水分离器、换热器、脱硫塔、灰仓，其中所述的生活垃圾源头分选一体机与烘干装置连接、烘干装置通过螺旋与进料装置的垃圾进料口连接、进料装置还有一个蓄热球进料口与蓄热球加热炉连接，进料装置与内热回转式热解炉的进口连接，内热回转式热解炉的出口与滚筒筛的进口连接，滚筒筛的筛上物出口与蓄热球加热炉的进料口连接，滚筒筛的筛下物出口与除尘器1连接，除尘器1与冷却装置连接，冷却装置的气体出口与蓄热球加热炉连接、冷却装置的液体出口与油水分离器连接，蓄热球加热炉的烟气出口与除尘器2的进口连接，除尘器2的出口与换热器连接，换热器出口与烘干装置的进气口连接、烘干装置的出气口与脱硫塔连接。

2.根据权利要求1所述的一种内热式生活垃圾热解系统，其特征在于所述的内热回转式热解炉的直径为1m~3m，长度10m~50m，水平倾斜角1/20~1/50，炉体内部由耐火衬层，外部有保温层，内热回转式热解炉的处理能力为3t/h~10t/h。

3.根据权利要求1所述的一种内热式生活垃圾热解系统，其特征在于所述的滚筒筛的直径与内热回转式热解炉直径相同，滚筒筛的筛网孔径分为两级，第一级筛网孔径为45mm，第二级筛网孔径为60mm。

4.根据权利要求1所述的一种内热式生活垃圾热解系统，其特征在于所述的蓄热球直径为55mm±2mm，蓄热球材料由无机粉料和添加剂混合物在1400℃以上烧制而成，其中的无机粉料包括碳化硅、硅、氮化硅、氧化铝、二氧化硅、氧化钙、碳化硼；添加剂包括甲基纤维素、羟乙基纤维素、氰乙基纤维素、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚氧化乙烯、聚乙二醇。

5.本发明还提供了一种内热式生活垃圾热解工艺方法，该工艺方法包括下列步骤：

（1） 垃圾预处理：生活垃圾在源头进行机械化分类，选出里面的金属和价值较高的塑料，同时去除里面含水率高的厨余垃圾，剩下的生活垃圾被送入烘干装置，被300~400℃的热烟气直接烘干到含水率20 %以下；

（2） 垃圾热解：经烘干的生活垃圾与温度高达800~900℃的蓄热球一同送入内热回转式热解炉，在内热回转式热解炉内一起翻滚并向前移动，在此过程，生活垃圾被蓄热球加热，并发生热解反应，生成热解气体和灰分，热解持续时间15~30分钟，物料在内热回转式热解炉内的填充率为10%~30%；

（3） 后处理：热解生成的气体从内热回转式热解炉排出，经过旋风除尘和冷却工序，去除里面的灰尘，并分离出焦油和水分后，用于给蓄热球加热炉供气；热解生成的灰分与蓄热球一同进入滚筒筛，经过筛分，灰分进入灰仓，蓄热球回到蓄热球加热炉重新加热，加热到800~900℃后与后续的生活垃圾一同送入内热回转式加热炉；

（4） 烟气处理和余热利用：从蓄热球加热炉排出的烟气经过旋风除尘，再经换热器回收一部分余热后，烟气直接通入烘干装置，对生活垃圾进行干燥处理，降温后的烟气最后经过脱硫塔降尘脱硫后达标排放。

6.根据权利要求5所述的一种内热式生活垃圾热解工艺方法，其特征在于所述步骤（1）中的生活垃圾源头机械化分类，指的是利用本发明人相关的垃圾分选专利技术，在居民小区内生活垃圾进行自动分选，选出来不适合直接回收利用的生活垃圾，进行热解处理；这部分生活垃圾含水率在25%~40%之间，所述的烘干装置为回转烘干滚筒，生活垃圾与热烟气直接接触进行烘干。

7.根据权利要求5所述的一种内热式生活垃圾热解工艺方法，其特征在于所述步骤（2）中，生活垃圾和蓄热球的进料比例根据热解反应温度调节，生活垃圾与蓄热球的重量比为1:0.5~1:1。

8.根据权利要求5所述的一种内热式生活垃圾热解工艺方法，其特征在于所述步骤（3）中，分离出焦油和水分的需先经过冷却装置，使热解后生成的气体温度降到100℃以下，焦油和水分一同冷凝成液体，然后经过油水分离器将焦油从污水中分离出来，资源化利用。