CN112747324B - 一种封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统及处理方法，包括：空气加热筒、焙烧室以及热解气后处理装置，其中，所述空气加热筒为封闭的筒体结构，其顶部设置有太阳能集热器和玻璃透镜；所述焙烧室包括焙烧室内层和焙烧室外层，焙烧室内层设置于焙烧室外层的内部，焙烧室内层设置有分层置物架；焙烧室内层和焙烧室外层之间设置有螺旋空气管道，螺旋空气管道的上端与所述空气加热筒连通，下端与空气加热筒连通；热解气后处理装置包括依次连接的空气滤芯、引气风扇和热解冷凝装置，所述空气滤芯与焙烧室内层连通。
Description
技术领域
本发明属于农田固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种封闭式农田固体 废弃物焙烧处理系统及处理方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而 不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人 员所公知的现有技术。
农村是农民生产生活的基本场所，但是，随着各国社会经济的快 速发展，环境污染的问题也日益严重，我国的固体废弃物污染(如农 田废弃物、林业废弃物、城市生活垃圾等)状况也不容乐观。农田固 体废弃物也是一种不可忽视的污染源，如果处理不好，会对原来的生 态带来较大的破坏。
现有农田固体废弃物的处理主要有三种方式：一是就地燃烧，但燃烧过程 会产生很多有害气体，污染空气；二是热解炉热解利用，需要消耗大量的惰性 气体和电能，生产成本高；三是就地填埋，处理方式原始，对土壤生态产生较 大的威胁。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种封闭式农 田固体废弃物焙烧处理系统及处理方法。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，本发明提供一种封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统，包括： 空气加热筒、焙烧室以及热解气后处理装置，其中，
所述空气加热筒为封闭的筒体结构，其顶部设置有太阳能集热器和玻璃透 镜；
所述焙烧室包括焙烧室内层和焙烧室外层，焙烧室内层设置于焙烧室外层 的内部，焙烧室内层设置有分层置物架；焙烧室内层和焙烧室外层之间设置有 螺旋空气管道，螺旋空气管道的上端与所述空气加热筒连通，下端与空气加热 筒连通；
热解气后处理装置包括依次连接的空气滤芯、引气风扇和热解冷凝装置， 所述空气滤芯与焙烧室内层连通。
第二方面，本发明提供一种封闭式农田固体废弃物焙烧处理方法，包括如 下步骤：
空气加热筒内的空气在太阳能的加热作用下，温度升高，在气体自然密度 差的作用下，沿着螺旋空气管道进入焙烧炉体内进行热循环，将焙烧室内层的 农田固体废弃物进行加热焙烧；
焙烧完成后，焙烧热解气在引气风扇的引气作用下，经过空气滤芯过滤和 经过热解冷凝装置冷凝后，获得液态焦油。
与现有技术相比，本发明的以上一个或多个实施例的有益技术效果为：
本发明的农田固体废弃物焙烧处理系统中的各个装置可拆卸、模块化组 装、便于移动；使用太阳能提供能量输入，免去传统焙烧热解惰性气体以及 外部能量的供给使用，可以降低农田固体废弃物的处理成本。
与传统直接燃烧相比，有害气体经过初处理形成液态气体冷凝焦油，免 去生产过程中污染空气的排放，具有较大的推广价值；焙烧后的固体产物可 以用作生物堆肥、生物炭制作等，液体产物可以用作高附加值化学品的提取， 整体系统为农田固体废弃物的处理利用，提供新思路。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申 请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明实施例的系统原理示意图；
图2为本发明实施例的封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统实物图；
图3为本发明实施例的弹簧压力控气阀的结构示意图；
图4为本发明实施例的电偶温度控制阀的结构示意图；
图5为本发明实施例的抽控式催化剂蜂窝室的结构示意图；
图6为本发明实施例的热解气空气滤芯的结构示意图；
图7为本发明实施例的引气风扇的结构示意图；
图8为本发明实施例的热解冷凝装置的结构示意图；
图9为本发明实施例的封闭焙烧系统的外部整体结构示意图。
其中，1、太阳光，2、空气加热筒，3、弹簧限压控气阀，4、太阳能透镜， 5、电偶温度控制阀，6、连接桁架，7、抽控式催化剂蜂窝室，8、辐射热贴片， 9、焙烧室内层，10、螺旋空气管道，11、空气滤芯，12、引气风扇，13、热 解冷凝装置，14、热空气，15、置物架，16、热解冷凝液。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。 除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的 普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图 限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确 指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说 明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、 组件和/或它们的组合。
第一方面，本发明提供一种封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统，包括： 空气加热筒、焙烧室以及热解气后处理装置，其中，
所述空气加热筒为封闭的筒体结构，其顶部设置有太阳能集热器；
所述焙烧室包括焙烧室内层和焙烧室外层，焙烧室内层设置于焙烧室外层 的内部，焙烧室内层设置有分层置物架；焙烧室内层和焙烧室外层之间设置有 螺旋空气管道，螺旋空气管道的上端与所述空气加热筒连通，下端与空气加热 筒连通；
热解气后处理装置包括依次连接的空气滤芯、引气风扇和热解冷凝装置， 所述空气滤芯与焙烧室内层连通。
置物结构类似于电烤箱，一个置物架可以放置固体废料，当焙烧加热后， 液体滴到下端的接料盘内，后期拿出置物架利用固体，拿出接料盘利用液体。
螺旋空气管道的上端与所述空气加热筒连通，下端与空气加热筒连通，空 气加热筒内的空气被加热后密度降低，体积膨胀，热空气上升，通过上端连接 口进入螺旋空气管道内部，进而进入焙烧室，对焙烧室内层的农田固体废弃物 进行加热焙烧，降温后的空气密度升高，会沿螺旋空气管道的下端出口重新进 入空气加热筒的底部，被重新加热。
焙烧后的固体产物可以用作生物堆肥、生物炭制作等，液体产物可以用作 高附加值化学品的提取，如2-甲氧基苯酚等酚类化合物可以制作有机农药，乙 酸甲酯等酯类可以用作绿色溶剂等。气体产物经过过滤、冷凝后获得焦油，可 以对焙烧过程中产生的有害气体进行回收，以减少对周围环境的污染。
在一些实施例中，所述空气加热筒上设置有电偶温度控制阀和弹簧限压控 制阀。
在一些实施例中，所述太阳能集热器为分布于顶部的透镜组件。
进一步的，空气加热筒的顶部为透明状，其内壁分布有凸率不同的透镜。 用于聚集太阳光，并对空气加热筒内的空气进行加热。
在一些实施例中，所述螺旋空气管道贴合焙烧室内层的外壁设置。
首先，该烘焙过程要求的温度并不高，所以不需要大量的热量输入；其次， 类比于凸透镜聚光太阳可以点着纸片，太阳能的输入也是一部分热量上输入； 最后，当过程开始进行时，该过程是一个放热过程，因为整体设计是一个密闭 的空间、又加上保温层，辐射热贴片的设计等，热量损失会很小，自身的放热 反应也会成为反应的热量输入。综上，以上三条保证了此设计的可行性。
进一步的，所述螺旋空气管道的材质为导热率大的金属，焙烧室内层的侧 壁的材质为导热率大的金属。如铁、铝等。
进一步的，螺旋烘焙管道的螺旋角度为20-25°。一方面这个角度可以适当 加长受热空气的热循环路径，另一方面又不至于太长，导致热损失大于热传递。
进一步的，焙烧室内层与焙烧室外层之间设置有支撑结构。
进一步的，焙烧室外层的内壁上设置有辐射热贴片，辐射热贴片上涂覆有 反射涂层。
通过设置辐射热贴片，可以有效防止热量的散失。
在一些实施例中，所述焙烧室的顶部设置有抽控式催化剂蜂窝室，催化室 为棒状，且为蜂窝状，蜂窝室内填充有催化剂。催化剂蜂窝室重要的部分是催 化剂，蜂窝状是为了增大接触面积，更好地控制反应的进行；催化剂与反应程 度有关，做成棒状，是为了通过深入炉体的长度来控制反应进行的程度，相当 于加入催化剂量多量少的问题。
进一步的，所述焙烧室上设置有电偶温度控制阀和弹簧限压控气阀。
在一些实施例中，还包括液体收集装置，液体收集装置与热解冷凝装置的 底部连接。经过冷凝后的焦油流入液体收集装置收集。
第二方面，本发明提供一种封闭式农田固体废弃物焙烧处理方法，包括如 下步骤：
空气加热筒内的空气在太阳能的加热作用下，温度升高，在气体自然密度 差的作用下，沿着螺旋空气管道进入焙烧炉体内进行热循环，将焙烧室内层的 农田固体废弃物进行加热焙烧；
焙烧完成后，焙烧热解气在引气风扇的引气作用下，经过空气滤芯过滤和 经过热解冷凝装置冷凝后，获得液态焦油。
在一些实施例中，进入螺旋空气管道内的热空气的温度为200-250℃。
该系统采用封闭焙烧的方法，可减少污染性气体的直接排放；该方法采用 的能量来源是太阳能，热解更彻底，适用性更强；现场处理，可移动性强，更 好地适用于低成本处理；焙烧产物可以多用途，固体焙烧灰可以用来制作活性 炭，冷凝焦油可以用作高附加值化学品提取，使得农田固体废弃物可以达到更 大的经济效益和社会效益。
实施例
如图1所示，一种封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统，其包括以下步骤： 将农田固体废弃物进行预处理；太阳光直接照射空气发生筒，空气加热筒2内 的封闭空气接受太阳光的能量，在气体自然密度差的作用下沿着螺旋空气管道 10进入焙烧炉体内进行热循环；农田固体废弃物托盘15上的原料受热进行焙 烧反应；一段时间后，焙烧完成，转动尾部引气风扇12，气体在引气风扇12 的作用下经过热解气空气滤芯11，除去气体中的颗粒杂质；除杂气体经过热解 冷凝装置13，收集得到液态气焦油；收集得到的液态气焦油进行高附加值化学 品的提取利用。
预处理操作包括：将所述农田固体废弃物原料进行风干处理，风干时间约 为1h-2h，自然风干即可；同时进行磨碎处理，原料粒径越小越好，要低于2mm。
封闭加热系统主要由空气加热筒2和物料焙烧室组成，附件有弹簧限压控 气阀3、电偶温度控制阀5、蜂窝催化室7、热解气空气滤芯11、引气风扇12、 热解冷凝装置13等；空气加热筒2和物料焙烧室由螺旋空气管道连接，管道 设计有定压单通阀门，当空气加热筒2内的压力达到一定程度时，热空气通过 定压单通阀门进入物料焙烧室；
空气加热筒2顶部设有太阳能集热器，同时采用玻璃透镜设计，可以最大 限度地加热封闭空间内的工质—空气；空气加热筒顶部设有太阳能集热器，同 时采用玻璃透镜设计，可以聚焦太阳能，产生200-250℃的温度能量，封闭空 间温度升高，农田固体废弃物开始焙烧反应，要保持温度不高于250℃，确保 燃烧安全。
物料焙烧室采用双层结构设计，焙烧室内层9密闭空间放置物料，其外被 螺旋空气管道10缠绕，外筒内表面有辐射热贴片，辐射热贴片上有反射涂层， 灵感来自暖水瓶内胆设计，此设计可以在一定程度上防止热量散失。此设计有 助于加热后的空气形成循环，防止热量散失。焙烧反应在焙烧反应室进行，其 内有分层置物架，放置农田固体废弃物原料。
此封闭式焙烧系统采用弹簧限压控气阀3控制压力，反应之前设置安全压 力值，炉内焙烧过程中压力发生变化，当压力达到预警值时，阀门打开，焙烧 空间压力恢复至安全压力之下。
此封闭式焙烧系统采用电偶温度控制阀5预警，协同可动式棒状催化剂耦 合作用控制炉内温度处于安全温度(如果超过温度控制阀的设定温度就会报 警，同时，炉体内部温度还和反应的程度有关，因为催化剂可以促进反应更容 易进行，催化剂放置量的多少与反应进行的程度有关，棒状催化剂的抽插相当 于控制催化剂的量，进入炉体越多，相当于放置催化剂越多)。可动式棒状催 化剂蜂窝式设计，可以放置棒状催化剂，通过控制催化剂进入炉体的深度来控 制焙烧反应中的温度。整体耦合作用，控制炉内温度处于安全温度。
此封闭式焙烧系统可以保持200-250℃的持续热量输入；
热解气空气滤芯11核心部件为波浪型洗气滤芯，可以除去气体中的颗粒 杂质。
除杂气体经过热解冷凝装置13冷凝，可以得到冷凝气的液态焦油。
为方便实验操作，农田废弃物直接选用风干的小麦秸秆，粒径尽可能小。
将小麦秸秆分成A、B两组，每组50g，进行如下实验操作：将A组风干 小麦秸秆放入封闭加热罐中进行焙烧反应。测得炉内近似温度为200℃，保持 2h。焙烧完成后，打开排气阀，释放压力，热解气体经过热解气空气滤芯11， 除去气体中的颗粒杂质，随后除杂气体经过热解冷凝装置13，收集得到液态焦 油LA。
将同等重量的B组风干小麦秸秆放入RTP-1100快速退火炉中进行200℃ 低温热解，在氮气的氛围下保持2h，收集得到液态焦油LB。
如表1和表2所示，结果表明，A组处理过程所得生物油中含有更少的酸， 可以生成酸性很小的生物油，同时酚类化合物也更多，在精馏加工后有很大的 工业用途。
表1 LA气冷凝焦油
表2 LB气冷凝焦油
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领 域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之 内。
Claims (10)
1.一种封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统，其特征在于：包括：空气加热筒、焙烧室以及热解气后处理装置，其中，
所述空气加热筒为封闭的筒体结构，其顶部设置有太阳能集热器和玻璃透镜；
所述焙烧室包括焙烧室内层和焙烧室外层，焙烧室内层设置于焙烧室外层的内部，焙烧室内层设置有分层置物架；焙烧室内层和焙烧室外层之间设置有螺旋空气管道，螺旋空气管道的上端与所述空气加热筒连通，下端与空气加热筒连通；焙烧室外层的内壁上设置有辐射热贴片，辐射热贴片上涂覆有反射涂层；
热解气后处理装置包括依次连接的空气滤芯、引气风扇和热解冷凝装置，所述空气滤芯与焙烧室内层连通。
2.根据权利要求1所述的封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统，其特征在于：所述空气加热筒上设置有电偶温度控制阀和弹簧限压控制阀。
3.根据权利要求1所述的封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统，其特征在于：所述太阳能集热器为分布于顶部的透镜组件；
进一步的，空气加热筒的顶部为透明状，其内壁分布有凸率不同的透镜。
4.根据权利要求1所述的封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统，其特征在于：所述螺旋空气管道贴合焙烧室内层的外壁设置；
进一步的，所述螺旋空气管道的材质为导热率大的金属，焙烧室内层的侧壁的材质为导热率大的金属；
进一步的，螺旋烘焙管道的螺旋角度为20-25°。
5.根据权利要求1所述的封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统，其特征在于：焙烧室内层与焙烧室外层之间设置有支撑结构。
6.根据权利要求1所述的封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统，其特征在于：所述焙烧室的顶部设置有抽控式催化剂蜂窝室催化室为棒状，且为蜂窝状，蜂窝室内填充有催化剂。
7.根据权利要求1所述的封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统，其特征在于：所述焙烧室上设置有电偶温度控制阀和弹簧限压控气阀。
8.根据权利要求1所述的封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统，其特征在于：还包括液体收集装置，液体收集装置与热解冷凝装置的底部连接。
9.一种基于权利要求1-8任一所述封闭式农田固体废弃物焙烧处理系统的处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
空气加热筒内的空气在太阳能的加热作用下，温度升高，在气体自然密度差的作用下，沿着螺旋空气管道进入焙烧炉体内进行热循环，将焙烧室内层的农田固体废弃物进行加热焙烧；
焙烧完成后，焙烧热解气在引气风扇的引气作用下，经过空气滤芯过滤和经过热解冷凝装置冷凝后，获得液态焦油。
10.根据权利要求9所述的封闭式农田固体废弃物焙烧处理方法，其特征在于：进入螺旋空气管道内的热空气的温度为200-250℃。
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