阅读说明：本技术 一种城市固废粒化预处理提质的方法和系统 (Method and system for pre-treating and upgrading urban solid waste by granulation ) 是由 王广 董剑豪 王静松 薛庆国 于 2020-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种城市固废粒化预处理提质的方法和系统,属于节能环保和资源综合利用领域。该方法包括：将固体碳质材料和城市固废按预定比例配好并混匀；将混匀后的混合料在惰性气氛保护下进行热处理并排出；将排出后的热态混合料在惰性气氛保护下进行冷却处理,然后进行破碎、筛分,制得产物。通过本方法,能有效提高城市固废的成分均匀性和热值,并实现了一定程度的破碎,从而大大提高了城市固废的利用效率和途径,同时为新型城市固废处理技术的开发奠定了坚实的基础,具有较好的应用前景、经济效益和社会效益。(The invention discloses a method and a system for pre-treating and upgrading urban solid waste by granulation, belonging to the fields of energy conservation, environmental protection and comprehensive utilization of resources. The method comprises the following steps: mixing the solid carbonaceous material and the urban solid waste according to a predetermined proportion and uniformly mixing; carrying out heat treatment on the uniformly mixed mixture under the protection of inert atmosphere and discharging; and cooling the discharged thermal mixture under the protection of inert atmosphere, and then crushing and screening to obtain the product. The method can effectively improve the component uniformity and the heat value of the urban solid waste and realize the crushing to a certain degree, thereby greatly improving the utilization efficiency and the approach of the urban solid waste, laying a solid foundation for the development of a novel urban solid waste treatment technology, and having better application prospect, economic benefit and social benefit.)

一种城市固废粒化预处理提质的方法和系统

技术领域

本发明属于节能环保和资源综合利用领域，具体涉及到一种城市固废粒化预处理提质的方法和系统。

背景技术

随着我国社会经济的快速发展、城市化进程的加快以及人民生活水平的迅速提高，城市固废的产生量逐年增加。2018年我国大、中城市的城市固废产生量为13.4亿吨。“垃圾围城”已经成为制约许多城市发展、影响市民生活质量的重要因素之一。城市固废的大量堆积造成了视觉污染、土壤恶化、生物体中毒、海洋环境污染、资源浪费以及大气环境污染等问题，严重影响了人们的日常生活，破坏了地球的自然环境。因此，处理由于城市固废堆积而产生的污染问题迫在眉睫。

目前，城市固废的处理方法主要包括：填埋，焚烧，以及堆肥。其中，填埋法不仅占用大量土地资源，且存在处理周期长、容易引起二次污染等问题，目前已经难以为继；焚烧法处理废塑料易产生有毒、有害气体。堆肥法主要是对有机固废进行微生物处理，但是处理产物要经过开发深加工，存在较高的加工成本。因此，需要开发一种高效环保的城市固废消纳技术，以实现城市固废的绿色回收利用。基于以上问题，有人提出了流化床燃烧、流化床气化以及冶金方法协同处理等城市固废利用技术，与传统城市固废处理技术相比，上述技术不仅高效环保，而且可以低成本的实现城市固废处理的无害化、减量化、资源化。但是由于城市固废成分复杂，特别是其中废塑料和橡胶制品的韧性高、难以破碎，导致很多先进的城市固废处理技术难以高效稳定运行。因此，需要开发出一种高效的城市固废预处理粒化技术，以支撑城市固废的高效、绿色无害化处置和回收利用。

发明名称为“利用废塑料生产塑料颗粒的设备”的中国专利(申请号：CN201920072411.X)，公开了一种利用废塑料生产塑料颗粒的设备，将废塑料加热软化后在机头进行挤压，通过出料口将塑料挤压出去，进行切断。该方法只能处理较纯净的废塑料原料，且没有考虑到废塑料软化后气体的收集问题，同时，生产的塑料颗粒粒度大，处理效率较低。该发明与本发明分属于不同的技术领域，二者所处理的原料和设备结构均不相同。

发明名称为“一种城市固体废弃物粉碎设备”的中国专利(申请号：CN201910613568.3)，公开了一种城市固体废弃物粉碎设备，将城市固废通过刀具进行转动切割，将破碎后的城市固废进行筛分，得到产品。该方法破碎效率低，存在破碎不充分、难以破碎韧性高的薄膜塑料等问题。而且，粉碎物的成分不均匀，具有较高的限制性。

发明名称为“一种城市固体废弃物的处理方法及装置”的中国专利(申请号：CN201910833613.6)，公开了一种城市固体废弃物的处理装置，将城市固废破碎后，输送至烘干室进行烘干，随后进行焚烧。该方法虽然能对城市固废进行简单的预处理和焚烧，但是未能有效实现城市固废的充分混匀和粒化，固废燃烧过程依旧会不均匀，从而产生较多二噁英等气体污染物。

发明内容

针对以上问题，本发明目的在于找到一种技术上可行、经济上合理、绿色环保的城市固废粒化预处理提质的设备系统和方法。

该方法将预分拣、粗破碎后的城市固废和破碎后的固体碳质材料按照预定比例配好，通过混料机混匀后送入热处理机中进行热处理，通过加热使城市固废脆化，易于破碎粒化。同时固体碳质材料的加入，起到了助磨剂的作用，使得对城市固废的破碎更加彻底，提高了破碎的效率。利用净化器来分解废气中的有毒气体，避免有害气体直接排出，污染环境。

根据本发明的第一方面，提供一种城市固废粒化预处理提质的方法，所述方法包括：

步骤1：将固体碳质材料和城市固废按预定比例配好并混匀；

步骤2：将混匀后的混合料进行热处理并排出；

步骤3：将排出后的热态混合料进行冷却处理，然后进行破碎、筛分，制得产物。

进一步的，所述城市固废中有机高分子物料含量大于10％，以保证产物的热值。

进一步的，步骤1前还包括对城市固废进行预处理：预先除去城市固废中厨余、金属、玻璃和建筑垃圾，剩余块状物料进行破碎，粒度小于50mm，以保证物料能充分混匀。

进一步的，步骤1中，综合考虑生产效率、热处理机的传热效率和固体碳质材料在热处理固废中的分散度，城市固废的配入量为固体碳质材料的10～50％，将配好的混合料装入混料机中混匀。

进一步的，步骤1中，所述固体碳质材料为无烟煤、烟煤、褐煤、高炉布袋灰、焦化除尘灰、木炭、半焦或焦粉，其粒度小于0.5mm，以促进碳质粉末在固废表面的吸附。

进一步的，步骤2中，将混匀后的混合料送入热处理设备中进行热处理。

进一步的，所述热处理设备内部的混合料始终被惰性气氛保护。

进一步的，所述热处理设备包括：由耐热钢制成的螺旋输送装置，以及机体外部筒壁和内部螺杆均套接电加热装置构成。

进一步的，所述热处理设备机内分段加热，温度为100～500℃，热处理时间为60～120分钟，以较低的能耗充分实现固废从干燥到熔融的全过程，同时保证熔融阶段固体碳质材料粉末与固废之间的充分相互反应和渗透扩散。

进一步的，步骤3中，排出后的热态混合料在惰性气氛保护的冷却料仓中进行冷却处理。

根据本发明的第二方面，提供一种城市固废粒化预处理提质的系统，所述系统采用根据以上任一方面所述的方法进行处理，所述系统包括：

混料设备，用于混匀按预定比例配好的固体碳质材料和城市固废；

热处理设备，用于对混匀后的混合料进行热处理；

冷却料仓，用于对排出后的热态混合料进行冷却；

破碎设备，用于对冷却后的排出物料进行破碎；

筛分设备，用于对破碎后的物料进行筛分。

进一步的，惰性保护气体通入冷区料仓，以冷却和保护热态排出料，然后进入热处理设备，与固体物料逆向流动，以保证机内的惰性气氛和固体物料的充分热交换。

本发明的有益效果：

本发明通过将城市固废与固体碳质材料粉末进行混匀热处理，固废在加热过程中发生部分熔融，进而吸纳碳质粉末，二者在熔融过程中相互渗透，使得脆性的碳质粉末分布到固废的基体中，因而固废在结构上变得不再连续，热处理物料在完成冷却后，使得以塑性为主的固废在一定程度上发生了脆性转变，最终能有效提高城市固废的破碎性能和破碎效率，使城市固废粒化，降低城市固废的粒度，利于后续的再回收利用。通过本方法，能有效提高城市固废的成分均匀性和热值，从而大大提高了城市固废的利用效率和途径，同时为新型城市固废处理技术的开发奠定了坚实的基础，具有较好的应用前景、经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明工艺的原则流程。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本公开的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

多个，包括两个或者两个以上。

和/或，应当理解，对于本公开中使用的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

本发明提供一种城市固废粒化预处理提质的方法和系统，将城市固废与固体碳质材料经过混合后在低温惰性气氛下进行热处理，再进行冷却、破碎及筛分。产物根据其性能的不同可应用于焦炉炼焦的原料、铁矿烧结的燃料、高炉炼铁喷吹的还原剂和火力发电厂的燃料。其主要工艺流程为：

(1)将固体碳质材料和预处理后的城市固废按预定比例配好，其中城市固废的配入量为固体碳质材料的10～50％，将配好的混合料装入混料机中混匀；

(2)将混匀后的混合料送入热处理机中进行处理，热处理机内部的原料始终被惰性气氛保护；

(3)排出后的热态混合料在惰性气氛保护的冷却料仓中冷却，然后进行破碎、筛分，制得产物。

所用的城市固废中废塑料、橡胶等高碳氢的有机高分子物料含量大于10％，预先除去城市固废中厨余、金属、玻璃和建筑垃圾，剩下的物料进行破碎，控制块状物料的粒度小于50mm。所用的固体碳质材料为无烟煤、烟煤、褐煤、高炉布袋灰、焦化除尘灰、木炭、半焦或焦粉，其粒度100％小于0.5mm。所用的热处理设备是由耐热钢制成的螺旋输送装置，机体外部筒壁和内部螺杆均套接电加热装置，使混合料充分受热，机内分段加热，温度为100～500℃，热处理时间为60～120分钟，机内排出的废气经净化器处理后排放。保护气体通入冷区料仓，以冷却和保护热态排出料，然后进入热处理设备，与固体物料逆向流动，以保证机内的惰性气氛和固体物料的充分加热。冷却后的排出物料进行破碎，破碎后的物料经过筛分，筛上物返回继续破碎，筛下产物的粒度根据用途进行调节，产物的热值为20～40kJ/g。

实施例1

以内陆某中等经济水平城市的固废为原料，该固废中废塑料、橡胶等高碳氢的有机高分子物料含量为12％(湿基)，除去绝大部分厨余、金属、玻璃、砖瓦后，废塑料、橡胶与纸类、织物、草木、灰土等混合在一起，经粗破碎后与破碎后的固体碳质材料按照预定比例配好。固体碳质为焦粉和布袋灰的混合物，粒度为-0.5mm，布袋灰在固体碳质材料中的质量比为20％。粗破碎后的固废占固体碳质材料重量的20％。将配好的混合料装入强力螺旋混料机中混匀5分钟，再将混匀后的混合料送入热处理机中，热处理机内通入惰性气体保护。热处理的温度制度为：100℃，20分钟；300℃，20分钟；420℃，30分钟。排出后的热态混合料在惰性气氛保护的冷却料仓中冷却。将产物进行破碎，筛孔尺寸为3mm，经筛分后制得产物。将产物作为钢铁联合企业烧结机的替代燃料，原始工况燃料为焦粉，配比为铁矿混匀料总质量的4％，对比工况用热处理产物替代原始燃料总质量的30％，再进行烧结生产。两种工况下烧结矿速率和烧结矿的成品率相近，烧结生产稳定顺行，对比工况下实现了城市固废的高效利用，取得了额外的经济效益和社会效益。

实施例2

以某沿海特大型城市的固废为原料，该固废中废塑料、橡胶等高碳氢的有机高分子物料含量为25％(湿基)，除去绝大部分厨余、金属、玻璃、砖瓦后，废塑料、橡胶与纸类、织物、草木、灰土等混合在一起，经粗破碎后与破碎后的固体碳质材料按照预定比例配好。固体碳质为无烟煤，粒度为-0.18mm。粗破碎后的固废占固体碳质材料重量的40％。将配好的混合料装入强力螺旋混料机中混匀5分钟，再将混匀后的混合料送入热处理机中，热处理机内通入惰性气体保护。热处理的温度制度为：100℃，20分钟；300℃，20分钟；450℃，50分钟。排出后的热态混合料在惰性气氛保护的冷却料仓中冷却。将产物进行破碎，筛孔尺寸为0.18mm，经筛分后制得产物。将产物作为高炉喷吹的替代燃料，原始工况燃料为无烟煤粉，对比工况用热处理产物替代原始燃料总质量的20％，再进行高炉喷吹。整个过程高炉运行平稳，利用系数基本持平，两种工况相比，对比工况吨铁节约了12％左右的无烟煤，对比工况下实现了高热值城市固废的高效利用，取得了额外的经济效益和社会效益。

实施例3

以内陆某大型城市的固废为原料，该固废中废塑料、橡胶等高碳氢的有机高分子固废含量为15％(湿基)，除去绝大部分厨余、金属、玻璃、砖瓦后，废塑料、橡胶与纸类、织物、草木、灰土等混合在一起，经粗破碎后与破碎后的固体碳质材料按照预定比例配好。固体碳质为褐煤，粒度为-0.5mm。粗破碎后的固废占固体碳质材料重量的30％。将配好的混合料装入强力螺旋混料机中混匀5分钟，再将混匀后的混合料送入热处理机中，热处理机内通入惰性气体保护。热处理的温度制度为：100℃，20分钟；300℃，20分钟；430℃，40分钟。排出后的热态混合料在惰性气氛保护的冷却料仓中冷却。将产物进行破碎，筛孔尺寸为1mm，经筛分后制得产物。将产物作为火力发电厂锅炉燃烧的替代燃料，原始工况燃料为褐煤，对比工况用热处理产物替代原始燃料总质量的35％，再进行火力发电。在发电量相同的前提下，两种工况相比，对比工况节约了29％左右的褐煤，对比工况下实现了城市固废的高效利用，节约了燃煤，取得了额外的经济效益和社会效益。

由此，本发明公开的城市固废粒化预处理提质的方法和系统，特征在于将城市固废与固体碳质材料经过混合后在低温惰性气氛下进行热处理，再进行冷却、破碎及筛分后得到产物。产物可应用做焦炉炼焦的原料、铁矿烧结的燃料、高炉炼铁喷吹的还原剂以及燃煤火力发电厂的燃烧。通过本方法，能有效提高城市固废的成分均匀性和热值，并实现了一定程度的破碎，从而大大提高了城市固废的利用效率和途径，同时为新型城市固废处理技术的开发奠定了坚实的基础，具有较好的应用前景、经济效益和社会效益。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。