阅读说明：本技术 一种螺旋辊式垃圾热解系统及方法 (A kind of spiral roller type refuse pyrolysis system and method ) 是由 李文涛 韩晓峰 于 2019-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种螺旋辊式垃圾热解系统,包括螺旋辊式热解反应器,螺旋辊式热解反应器的进料口依次连接有干燥进料系统,螺旋辊式热解反应器的高温烟气换热盘管与燃烧系统连接,螺旋辊式热解反应器的第一螺旋压辊与驱动装置连接,螺旋辊式热解反应器的排气口与气固分离器连接,气固分离器的出气口与热解气冷凝系统连接,热解气冷凝系统的出气口与可燃气储气罐和燃烧系统连接,热解气冷凝系统的排液口与液体收集箱连接。本发明的啮合辊式垃圾热解系统,解决了原始垃圾解热存在热量消耗大、难以适应复杂的垃圾成分以及容易造成二次污染的问题。本发明还公开了一种螺旋辊式垃圾热解方法。(The invention discloses a kind of spiral roller type refuse pyrolysis systems, including spiral roller type pyrolysis reactor, the feed inlet of spiral roller type pyrolysis reactor is connected with dry feed system in turn, the high-temperature flue gas heat exchange coil of spiral roller type pyrolysis reactor is connect with combustion system, first spiral pressure roller of spiral roller type pyrolysis reactor is connect with driving device, the exhaust outlet of spiral roller type pyrolysis reactor is connect with gas-solid separator, the gas outlet of gas-solid separator is connect with pyrolysis gas condenser system, the gas outlet of pyrolysis gas condenser system is connect with combustible gas air accumulator and combustion system, the leakage fluid dram of pyrolysis gas condenser system is connect with liquid collecting box.Engagement roll-type refuse pyrolysis system of the invention, solving the problems, such as raw refuse, antipyretic that there are heat consumptions is big, is difficult to adapt to complicated component of refuse and be easy to cause secondary pollution.The invention also discloses a kind of spiral roller type refuse pyrolysis methods.)

一种螺旋辊式垃圾热解系统及方法

技术领域

本发明属于垃圾资源化利用与无害化处理技术领域，特别是涉及一种螺旋辊式垃圾热解系统，还涉及一种螺旋辊式垃圾热解方法。

背景技术

随着人口增多与经济的发展，越来越多城市面临着生活垃圾围城的现状，这已成为全球趋势。生活垃圾是城市发展的附属物，由于城市和人的运转的需要，每年会产生上亿吨的垃圾。一边是不断增长的垃圾体量，一边是逐渐严格的环保要求，如果没有高效清洁的处理手段，过多的垃圾将成为人们生活健康的首要威胁，是未来发展清洁城市必须解决的问题。

城市生活垃圾主要可分为三种类型：有机厨余垃圾、卫生纸、果壳等可降解垃圾，废纸、塑料、玻璃、金属等可回收垃圾与电池、灯管、过期药品等有毒有害垃圾。由于国内生活垃圾分类不到位，难以对各类垃圾采用合适的方法分类处理。目前，生活垃圾处理常用的方法有卫生填埋、堆肥和焚烧。当前生活垃圾大多采用填埋方式处理，它具有操作简单、适应性广的优点，但也容易造成地下水污染、土地资源紧张、温室气体排放等问题。堆肥处理是凭借微生物的生化作用，在人工控制条件下将生活垃圾中有机质分解、腐熟、转换成稳定的类似腐殖质土的方法，但目前的技术还难以处理生活垃圾中含有的氯、苯及重金属等有害物质，无法直接作为肥料使用。焚烧的方式可以杀灭生活垃圾中的病菌，减容减量效果好，可以利用生活垃圾焚烧的能量进行发电供热，但焚烧过程中会产生SOx、NOx、HCl、二噁英、多环芳烃等污染物而易造成二次污染。

针对生活垃圾围城的严峻形势，近年来，越来越多学者致力于垃圾新型处理方式的研究，例如生化处理或热解处理等。其中，采用热解技术来处理城市生活垃圾，具有原料适应广、处理周期短、转化效率高等优点，能遏制二噁英等有害物质的生成，同时可将生活垃圾组分转化为便于利用的气液燃料。目前以煤、生物质等原料为主的热解技术已较为成熟，但对于未经过筛选处理的原始垃圾还难以适用。使用原始生活垃圾热解具有很大的问题：(1)水分含量高且波动大，同时由于热解过程本身为吸热过程，需要不断灵活地向热解反应器提供大量热量；(2)垃圾组分复杂、波动大，且容易受季节、来源等因素影响，现有的热解反应器难以快速适应热解所需条件的变化；(3)垃圾中含有大量Cl、Hg等污染元素，处理过程中易造成二次污染。因此如何解决以上问题，是目前研制垃圾热解反应器的重点。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供了一种螺旋辊式垃圾热解系统，用以解决原始垃圾解热存在热量消耗大、难以适应复杂的垃圾成分以及容易造成二次污染的问题。

为了达到上述第一个目的，本发明所采用的第一种技术方案是，一种螺旋辊式垃圾热解系统，包括：

螺旋辊式热解反应器，所述螺旋辊式热解反应器包含密闭容器，所述密闭容器上设置有进料口、排渣口和排气口，所述进料口连接有干燥进料系统，密闭容器内转动设置有相互啮合的第一螺旋压辊和第二螺旋压辊，并且垃圾从进料口进入落在第一螺旋压辊与第二螺旋压辊的啮合处；所述第一螺旋压辊和所述第二螺旋压辊的辊轴均为空心结构，辊轴内部设置有高温烟气换热盘管，第一螺旋压辊连接有驱动装置；

气固分离器，所述气固分离器的进气口与所述排气口连接，气固分离器底部的固体出口和所述排渣口均与固体收集箱连接；

热解气冷凝系统，所述热解气冷凝系统的进气口与气固分离器的出气口连接，热解气冷凝系统的出气口分别与可燃气储气罐和燃烧系统的进口连通，燃烧系统的出口通过烟气增压系统与高温烟气换热盘管的一端连接，高温烟气换热盘管的另一端依次与干燥进料系统和烟气净化系统连通，热解气冷凝系统底部的排液口与液体收集箱连接。

本发明的第一种技术方案的特点还在于，

所述干燥进料系统为带有加热管的螺旋进料器或带式输送机。

所述烟气增压系统为高温增压风机或高温气体压缩机。

所述热解气冷凝系统为喷雾冷凝器和/或降膜冷凝器。

所述第一螺旋压辊和所述第二螺旋压辊并排斜向设置，间隙为1mm-10mm，倾斜角为10°-30°。

所述第一螺旋压辊和所述第二螺旋压辊表面螺旋齿的齿高、齿厚与螺距均为辊径1/20-1/5。

本发明的第二个目的在于提供了一种螺旋辊式垃圾热解方法，用以解决原始垃圾解热存在热量消耗大、难以适应复杂的垃圾成分以及容易造成二次污染的问题。

为了达到上述第二个目的，本发明所采用的第二种技术方案是，一种螺旋辊式垃圾热解方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1.使用干燥进料系统对垃圾进行干燥处理，并对干燥处理后的垃圾输送至螺旋辊式热解反应器；

步骤2.燃烧系统排出的高温烟气通入高温烟气换热盘管，将第一螺旋压辊和所述第二螺旋压辊加热至400℃-650℃，垃圾在第一螺旋压辊和所述第二螺旋压辊的碾压作用下得到热分解，热分解产生的固体物滞留5s-30s后排入固体收集箱中，热分解产生的气体滞留0.2s-2s后排入气固分离器中；

步骤3.气体在气固分离器中分离后，得到的气体排入热解气冷凝系统中，得到的粉状固体排入固体收集箱中；

步骤4.气体排入热解气冷凝系统后，得到的气体排入可燃气储气罐和燃烧系统中，得到的液体排入液体收集箱中；

步骤5.高温烟气换热盘管排出的高温烟气经烟气净化系统处理后排出。

本发明的第二种技术方案，还具有以下特点：

在步骤1中，垃圾进入干燥进料系统之前进行预处理，所述预处理包括去除金属垃圾，破碎垃圾以及向垃圾中增加添加剂。

在步骤2中，所述第一螺旋压辊和所述第二螺旋压辊的转速为0.1r/min-1r/min。

在所述步骤5中，烟气净化系统采用吸附、急冷、洗涤的方式对高温烟气进行脱硝、除尘、脱氯、脱硫与抑制二噁英生成处理。

本发明的有益效果是：本发明的螺旋辊式垃圾热解装置，其核心是啮合辊式热解反应器，经过筛选、破碎、干燥预处理后的垃圾碎块通过高温对辊(主动压辊和从动压辊)的强制啮合碾压，进一步被撕裂，迅速升温热解；产生的热解气经气固分离后快速冷凝，获得生物油，其优点主要包括：(1)传热效率高：通过两个带齿高温压辊(主动压辊和从动压辊)对垃圾碎块的强制啮合碾压，实现了高温辊面与垃圾之间的充分接触，热交换强烈，使其迅速受热分解；(2)减轻装置的碰撞磨损：由于是依靠压辊的压力进行强制碾压传热，无需使用易产生磨损的热载固体，减轻了垃圾与装置金属构件之间的碰撞磨损；(3)热解反应条件调控方便：通过控制垃圾的进料速度、烟气的燃烧温度、压力和流量、压辊的转速，更换不同齿形与尺寸的压辊，即可方便地调整所需的热解反应温度、反应时间、传热面积等参数，从而根据不同组分的垃圾，调控不同的热解反应条件，实现高效的热解转化；(4)对垃圾来源的适应性广：由于对辊之间强制辊压产生较大的压力，并通过齿纹在热解过程中不断撕裂碾碎垃圾，使得垃圾碎块的尺寸无需太小，减小了粉碎机功耗，同时也能更好地适应不同种类的垃圾；(5)传动稳定：采用简支轴，传动稳定性高；同时由于是对辊碾压，而不是依靠物料与壁面高速接触的热量交换，转速无需过大，相对稳定性也更高；(6)控温便利、换热量大、换热效果好：使用电加热而非高温介质的换热器，能够更好地精确、快速地调控反应器内的温度；同时使用电流加热导热介质进而间接加热辊体，还具有温度分布均匀、蓄热量大、应对垃圾组分波动缓冲量大等特点，换热效果好；(6)防止垃圾缠绕架桥：通过两螺旋辊倾斜布置，使上压辊对下压辊产生向下的碾压，并在旋转过程中由螺旋齿壁拨动垃圾物料，增强其扰动，阻碍垃圾碎块在辊体间打滑架桥，同时通过锯齿状表面增强了辊的附着力；(7)无需使用载气，或仅需使用少量载气：由于在本装置中载气仅是为了加速热解气的快速排出，减少气相滞留时间，尽可能避免二次裂解，而不是作为流化介质或热载体。因此所需使用量少，或无需使用，避免了载气升温与冷凝过程导致的能量损失；(8)结构紧凑，易扩大处理量：使用辊面换热，无需使用热载体，避免配备相关的辅助装置，空间利用率高。同时，容易通过增大反应器的长度，增大辊长，并通过并联多个反应器来提高装置的处理效率；(9)自热式热解：将垃圾热解生成的可燃气与残渣用于燃烧，为热解提供热量，实现自热式热解过程；(10)清洁排放：首先热解过程为有限供氧产生H₂、CO等还原性组分，且温度较低、炉中停留时间足够长，能够从源头有效抑制二噁英等有害物质的生成。其次利用成熟的脱硝与除尘技术以脱除烟气中的NOx与粉尘，同时对烟气进行急冷进一步遏制二噁英的生成，并通过洗涤来脱氯脱硫，用合理的净化系统进一步消除可能存在的污染物，达到清洁排放。

附图说明

图1是本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统的结构示意图；

图2是本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统中螺旋辊式热解反应器的结构示意图；

图3是图2中第一螺旋压辊和第二螺旋压辊的啮合示意图；

图4是图2中第一螺旋压辊和第二螺旋压辊的结构示意图。

图中：1.料斗，2.干燥进料系统，3.螺旋辊式热解反应器，301.排气口，302.进料口，303.密闭容器，304.第一螺旋压辊，305.高温烟气换热盘管，306.第二螺旋压辊，307.排渣口，308.驱动装置，309.齿轮，4.气固分离器，5.热解气冷凝系统，6.可燃气储罐，7.液体收集箱，8.固体收集箱，9.燃烧系统，10.烟气增压系统，11.烟气净化系统。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统，包括：

螺旋辊式热解反应器3，螺旋辊式热解反应器3包含密闭容器303，密闭容器303上设置有进料口302、排渣口307和排气口301，进料口302连接有干燥进料系统2，密闭容器303内转动设置有相互啮合的第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306，并且垃圾从进料口302进入落在第一螺旋压辊304与第二螺旋压辊306的啮合处；第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306的辊轴均为空心结构，辊轴内部设置有高温烟气换热盘管305，第一螺旋压辊304连接有驱动装置308；

气固分离器4，气固分离器4的进气口与排气口301连接，气固分离器4底部的固体出口和排渣口307均与固体收集箱8连接；

热解气冷凝系统5，热解气冷凝系统5的进气口与气固分离器4的出气口连接，热解气冷凝系统5的出气口分别与可燃气储气罐6和燃烧系统9的进口连通，燃烧系统9的出口通过烟气增压系统10与高温烟气换热盘管305的一端连接，高温烟气换热盘管305的另一端依次与干燥进料系统2和烟气净化系统11连通，热解气冷凝系统5底部的排液口与液体收集箱7连接。

其原理为：干燥进料系统2用于控制干燥垃圾以及控制垃圾的输入速度，防止输入过快导致在螺旋辊式热解反应器3内不能得到及时分解；螺旋辊式热解反应器3通过第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306上的多个啮合的辊齿对垃圾进行热分解，得到气体和固体物；气固分离器4用于对螺旋辊式热解反应器3热解产生的气体(热解气)和粉末形式的固体进行分离；热解气冷凝系统5用于对气固分离器4得到的气体(热解气)进行气液分离，得到气体(可燃气)和液体；可燃气储气罐6用于收集气体(可燃气)，液体收集箱7用于收集液体，固体收集箱8用于收集固体物以及粉末形式的固体；燃烧室9通入可燃气和空气，点燃后形成高温烟气，高温烟气先在烟气增压系统10的作用下输送至高温烟气换热盘管305，对第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306进行加温，再流进干燥进料系统2进行干燥处理，最后在烟气净化系统11中进行脱硝、除尘、脱氯、脱硫与抑制二噁英生成处理。

需要特别说明的是：本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统中，螺旋辊式热解反应器3的数量可以为一个，也可以为多个，固体收集箱8也可为一个或多个。

本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统中，作为一种优选的方式，可在干燥进料系统2上设置有一个料斗1，便于加入垃圾。

本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统中，作为一种优选的方式，可将固体收集箱8与燃烧系统9连接，将热分解的固体物输送至燃烧系统9中得以二次利用生成高温烟气。

本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统中，作为一种优选的方式，第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306与密闭容器303接触的部分通过耐高温填料密封。具体可设两层密封，第一层通过耐高温填料密封，然后在其外部布置迷宫形的密封作为第二层密封，同时往迷宫形密封的腔体中通入少量氮气作为保护气，形成微正压。

如图1所示，在本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统中，作为一种优选的方式，干燥进料系统2为带有加热管的螺旋进料器或带式输送机。

如图1所示，在本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统中，作为一种优选的方式，热解气冷凝系统5为喷雾冷凝器和/或降膜冷凝器。

如图1所示，在本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统中，作为一种优选的方式，烟气增压系统10为高温增压风机或高温气体压缩机。

结合图3，在本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统中，作为一种优选的方式，第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306的辊轴通过轴承转动设置在密闭容器303内。

如图4所述，在本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统中，作为一种优选的方式，驱动装置308为电机，第一螺旋压辊304的辊轴通过减速机与电机的转轴连接。

如图4所述，在本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统中，作为一种优选的方式，第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306的辊轴上设置一对啮合的齿轮309，通过该对齿轮309可更好地实现第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306之间的啮合运动。

如图1所示，在本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统中，密闭容器303的底部和气固分离器4的底部均为锥形结构排渣口507和气固分离器4底部的固体出口位于均锥形结构的最底端，可确保固体物或者粉状的固体尽可能的完全落入固体收集箱8中。

如图1所示，在本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统中，第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306并排斜向设置，间隙为1mm-10mm，倾斜角为10°-30°。

如图1所示，在本发明的一种螺旋辊式垃圾热解系统中，第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306表面螺旋齿的齿高、齿厚与螺距均为辊径1/20-1/5。

如图1所示，本发明的一种螺旋辊式垃圾热解方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1.对垃圾进行预处理，预处理包括去除金属垃圾，破碎垃圾以及向垃圾中增加添加剂，使用干燥进料系统2对预处理后的垃圾进行干燥处理，并对干燥处理后的垃圾输送至螺旋辊式热解反应器3；

步骤2.燃烧系统9排出的高温烟气通入高温烟气换热盘管305，将第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306加热至400℃-650℃，垃圾在第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306的碾压作用下得到热分解，热分解产生的固体物滞留5s-30s后排入固体收集箱8中，热分解产生的气体滞留0.2s-2s后排入气固分离器4中；第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306的转速为0.1r/min-1r/min；

步骤3.气体在气固分离器4中分离后，得到的气体排入热解气冷凝系统5中，得到的粉状固体排入固体收集箱8中；

步骤4.气体排入热解气冷凝系统5后，得到的气体排入可燃气储气罐6和燃烧系统9中，得到的液体排入液体收集箱7中；

步骤5.高温烟气换热盘管排出的高温烟气输送至烟气净化系统，烟气净化系统11采用吸附、急冷、洗涤的方式对高温烟气进行脱硝、除尘、脱氯、脱硫与抑制二噁英生成处理。

需要说明的是在步骤1的预处理中：可通过电磁筛选机用于去除金属垃圾，通过破碎筛选机用于去除大块石砾，并对挑选后的垃圾进行破碎，加药装置向垃圾供给添加剂。

实施例1

本发明的一种螺旋辊式垃圾热解方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1.对垃圾进行预处理，预处理包括去除金属垃圾，破碎垃圾以及向垃圾中增加添加剂，使用干燥进料系统2对预处理后的垃圾进行干燥处理，并对干燥处理后的垃圾输送至螺旋辊式热解反应器3；

步骤2.燃烧系统9排出的高温烟气，通过烟气增压系统10通入高温烟气换热盘管305，将第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306加热至400℃，垃圾在第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306的碾压作用下得到热分解，热分解产生的固体物滞留5s后排入固体收集箱8中，热分解产生的气体滞留0.2s后排入气固分离器4中；第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306的转速为0.1r/min；

步骤3.气体在气固分离器4中分离后，得到的气体排入热解气冷凝系统5中，得到的粉状固体排入固体收集箱8中；

步骤4.气体排入热解气冷凝系统5后，得到的气体排入可燃气储气罐6和燃烧系统9中，得到的液体排入液体收集箱7中；

步骤5.高温烟气换热盘管305排出的高温烟气输送至烟气净化系统11，烟气净化系统11采用吸附、急冷、洗涤的方式对高温烟气进行脱硝、除尘、脱氯、脱硫与抑制二噁英生成。

实施例2

本发明的一种螺旋辊式垃圾热解方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1.对垃圾进行预处理，预处理包括去除金属垃圾，破碎垃圾以及向垃圾中增加添加剂，使用干燥进料系统2对预处理后的垃圾进行干燥处理，并对干燥处理后的垃圾输送至螺旋辊式热解反应器3；

步骤2.燃烧系统9排出的高温烟气，通过烟气增压系统10通入高温烟气换热盘管305，将第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306加热至525℃，垃圾在第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306的碾压作用下得到热分解，热分解产生的固体物滞留17s后排入固体收集箱8中，热分解产生的气体滞留1.1s后排入气固分离器4中；第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306的转速为0.5r/min；

步骤3.气体在气固分离器4中分离后，得到的气体排入热解气冷凝系统5中，得到的粉状固体排入固体收集箱8中；

步骤4.气体排入热解气冷凝系统5后，得到的气体排入可燃气储气罐6和燃烧系统9中，得到的液体排入液体收集箱7中；

步骤5.高温烟气换热盘管305排出的高温烟气输送至烟气净化系统11，烟气净化系统11采用吸附、急冷、洗涤的方式对高温烟气进行脱硝、除尘、脱氯、脱硫与抑制二噁英生成。

实施例3

本发明的一种螺旋辊式垃圾热解方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1.对垃圾进行预处理，预处理包括去除金属垃圾，破碎垃圾以及向垃圾中增加添加剂，使用干燥进料系统2对预处理后的垃圾进行干燥处理，并对干燥处理后的垃圾输送至螺旋辊式热解反应器3；

步骤2.燃烧系统9排出的高温烟气，通过烟气增压系统10通入高温烟气换热盘管305，将第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306加热至650℃，垃圾在第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306的碾压作用下得到热分解，热分解产生的固体物滞留30s后排入固体收集箱8中，热分解产生的气体滞留2s后排入气固分离器4中；第一螺旋压辊304和第二螺旋压辊306的转速为1r/min；

步骤3.气体在气固分离器4中分离后，得到的气体排入热解气冷凝系统5中，得到的粉状固体排入固体收集箱8中；

步骤4.气体排入热解气冷凝系统5后，得到的气体排入可燃气储气罐6和燃烧系统9中，得到的液体排入液体收集箱7中；

步骤5.高温烟气换热盘管305排出的高温烟气输送至烟气净化系统11，烟气净化系统11采用吸附、急冷、洗涤的方式对高温烟气进行脱硝、除尘、脱氯、脱硫与抑制二噁英生成。