一种非均质有机固体废弃物的高效热解气化设备及方法
阅读说明：本技术 一种非均质有机固体废弃物的高效热解气化设备及方法 (Efficient pyrolysis gasification equipment and method for heterogeneous organic solid waste ) 是由 詹明秀 马瀚程 徐旭 蔡鹏涛 贝建业 叶雯文 于 2020-12-24 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种非均质有机固体废弃物的高效热解气化设备及方法,非均质的有机固体废弃物干燥后经过有机固废分拣单元的干燥、分拣、混合,通过螺旋给料器送入热解气化炉,通过底渣图像识别设备识别灰渣中的含碳量,通过含碳量控制热解气化炉的热解工况；通过温度检测反馈设备监控热解气化炉的燃烧温度及热解温度；通过烟气实时检测设备,实时监测热解气化产生的污染物；通过电捕焦油使油气分离,热解气使用产物净化收集装置中的MOFs材料定向吸收,送入余热锅炉,产生热量用于有机固废的干燥；本发明利用多个反馈设备控制热解气化系统,保证其热解气化系统保证最高的效率,利用新型材料定向吸收热解气,提高了生活固废的处理能力。(The invention provides high-efficiency pyrolysis gasification equipment and a method for heterogeneous organic solid wastes, wherein the heterogeneous organic solid wastes are dried, sorted and mixed by an organic solid waste sorting unit, and are sent into a pyrolysis gasification furnace through a spiral feeder, the carbon content in ash is identified through bottom slag image identification equipment, and the pyrolysis working condition of the pyrolysis gasification furnace is controlled through the carbon content; monitoring the combustion temperature and the pyrolysis temperature of the pyrolysis gasifier through temperature detection feedback equipment; monitoring pollutants generated by pyrolysis and gasification in real time through a flue gas real-time detection device; oil gas is separated by electric tar capture, pyrolysis gas is directionally absorbed by using MOFs materials in a product purification and collection device and is sent into a waste heat boiler, and heat is generated for drying organic solid waste; the invention utilizes a plurality of feedback devices to control the pyrolysis gasification system, ensures the highest efficiency of the pyrolysis gasification system, utilizes novel materials to directionally absorb pyrolysis gas, and improves the treatment capacity of domestic solid waste.)
技术领域
本发明属于热解气化领域，具体涉及一种非均质有机固体废弃物的高效热解气化设备及方法。
背景技术
随着经济的迅速发展，产生的有机固体废弃物也日益增多，我国历年堆存的工业固体废物总量达600～700亿吨，而固废垃圾中依旧含有较高能量，因此充分利用固体废弃物不仅可以缓解环境压力，还能提高能源的利用率。近年来热解气化技术的发展，已经为处理固废垃圾开辟了一条新道路。
热解气化是指在缺氧的氛围中，在一定的温度条件下，将高分子有机物分解转化为小分子、高质量能源燃料，实现能源利用的一项综合性技术。有效地使物料中的有机物转化为可利用的形式，并且具有较低的二次污染排放和较高的能源利用率。
现有的热解气化设备主要以固定床热解气化炉和流化床热解气化炉为主。固定床式热解气化炉结构简单，原料适应性广，对结渣性敏感度低，燃气飞灰含量低，但只适用于小规模的气化操作，难以大型化；流化床式热解气化炉效率高，热值高，但结构较复杂，对燃料的颗粒度、均匀性、含水量、自然堆积角有一定要求，且缺少对原料的干化分拣，且缺少高质量的产物收集装置，不利于热解气化产物的资源化利用。
发明内容
本发明针对现有现有技术存在的不足，提供了一种非均质有机固废高效热解气化设备及方法，有效解决了原料分选干燥、产物收集以及余热利用的问题。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种非均质有机固体废弃物的高效热解气化设备，包括有机固废分选平台、皮带输送机、进料口、螺旋进料器、热解气化炉、旋转炉排、电捕焦油器、气体净化收集设备、余热锅炉、出渣口、出渣机、水池、鼓风机和MOFs净化模块；
所述有机固废分选平台通过皮带输送机与螺旋进料器的进料口相连接，将分选后的有机固体废弃物输送至热解气化炉中，进行有机固体废弃物的热解气化，一次风通过鼓风机从热解气化炉的炉底进入，炉渣通过旋转炉排经过出渣口进入水池后，通过出渣机运出；
热解气化炉的热解气从热解气化炉顶部排出，进入到电捕焦油器，实现热解气中焦油的脱除，所述电捕焦油器与气体净化收集设备相连接，所述气体净化收集设备中安装有MOFs净化模块，通过MOFs净化模块中的金属有机骨架化合物材料对热解气提纯，吸附分离热解气中的H2、CH4和CO；
所述气体净化收集设备连接余热锅炉，提纯后的热解气输送至余热锅炉进行余热回收，产生热量通过管路送至有机固废分拣平台，用于有机固体废弃物的干燥。
进一步地，所述有机固废分选平台包括人工分选平台和机械分选平台，有机固体废弃物经过人工和机械双重分选，提高入炉固废的热值，并通过皮带输送机输送到螺旋进料器。
进一步地，所述螺旋进料器倾斜15°安装，以防止粘性物料及含水量较大的物料粘滞在给料器中。
进一步地，所述热解气化炉中安装有三根热电偶，所述热电偶和温度监测反馈设备连接，监控热解气化炉内热解、燃烧温度；根据热解炉内的燃烧情况，改变一次风流量及有机固体废弃物的入炉速度，从而提高热解效率。
进一步地，所述热解气化炉从下至上分别为预热层、热解层、气化层、燃烧层、燃烬层、灰渣层，外部有保温层减少炉体散热。预热层保持温度200℃对入炉有机固废进行预热，去除有机固废中剩余的水分；有机固废进入热解层开始热解，热解层保持温度在550-700℃，根据不同的产物需求，选择不同的热解温度；燃烧层为热解层提供热量；燃烬层产生的灰渣在冷渣层通过旋转炉排冷却后通入水池，然后经出渣机排出。
进一步地，经出渣机排出的灰渣通过底渣图像识别设备对灰渣中的含碳量进行识别，根据灰渣中的剩余含碳量反馈控制热解气化炉热解工况。
进一步地，所述热解气化炉的热解气排出口安装有烟气实时监测设备，检测热解气化炉产生的CO2、CO、NOx等污染物。
进一步地，所述电捕焦油器中安装有四根沉淀极，并具有出油口，使焦油液化与热解气分离通过出油口排出，排出的焦油可以经过分馏加以利用。
本发明还提供了一种非均质有机固体废弃物的高效热解气化方法，该方法具体过程如下：非均质的有机固体废弃物经过余热锅炉产生的热量干燥后进入有机固废分拣平台，经过人工分拣和机械分拣后，挑拣出适合热解气化的固废，经过皮带输送机进入进料口，通过螺旋进料器送入热解气化炉中进行热解。
热解后的灰渣通过旋转炉排冷却后通入水池，经出渣机排出。灰渣通过底渣图像识别设备对灰渣中的含碳量进行识别，根据灰渣中的剩余含碳量反馈控制热解气化炉热解工况。热解气化所需要的一次风通过鼓风机从热解气化炉底部送入，一次风燃烧的热量对有机固体废弃物进行热解。热解气化炉中具有热电偶，通过温度监测反馈设备，实时监控炉体温度，根据炉中温度改变一次风流量及有机固体废弃物的入炉速度，从而提高热解效率。
热解气化炉的热解气从热解气化炉顶部排出，经过烟气实时监测设备，检测有机固体废弃物热解气化产生的CO2、CO、NOx等污染物，而后进入电捕焦油器，经过沉淀极，使焦油液化与热解气分离通过出油口排出。分离的热解气进入气体净化收集设备，通过MOFs净化模块对热解气提纯，吸附分离热解气中的H2、CH4和CO；提纯分离的热解气送入余热锅炉进行余热回收利用，产生的余热送至有机固废分拣平台，用于有机固体废弃物的干燥。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)使用计算机对热解气化进行实时监控，通过调整一次风量及原料入炉量，保证炉内热解气化工况的稳定；
(2)对离开热解气化炉的烟气进行实时监测，可对后续原料的筛选及污染物控制提供参考数据；
(3)使用了金属-有机框架材料(MOFs)，定向吸收热解气中的高热值可燃气组分，提高了有机固废的能源利用率，增加了解气化的经济效益；
(4)使用电捕焦油器，相比普通旋风分离器有更好的焦油脱除率，提高气体产物收集率；
(5)通过余热锅炉，燃烧热解产生的热解油，对入炉有机固废进行干化，经过本工艺处理后，得到的有机固废干净无杂质，有利于固废在热解炉中的热解，从而增加了县域固废处理的经济动力。
附图说明
图1为本发明的非均质有机固废高效热解气化设备示意图。
图中的附图标记为：1.有机固废分选平台；2.人工分选平台；3.机械分选平台；4.皮带输送机；5.进料口；6.螺旋进料器；7.热解气化炉；8.热电偶；9.旋转炉排；10.烟气实时监测设备；11.电捕焦油器；12.沉淀极；13.出油口；14.气体净化收集设备；15.余热锅炉；16.出渣口；17.出渣机；18.水池；19.鼓风机；20.温度监测反馈设备；21.MOFs净化模块；22.底渣图像识别设备。
具体实施方式
本发明提供了一种非均质有机固废高效热解气化设备及方法。为明确本发明实施目的、实施技术方案和实施优点，下面结合附图与实施方式对本发明作进一步详细的说明，应当指出，对于本领域的普通方法人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也视为属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供了一种非均质有机固体废弃物的高效热解气化设备，包括有机固废分选平台1、皮带输送机4、进料口5、螺旋进料器6、热解气化炉7、旋转炉排9、电捕焦油器11、气体净化收集设备14、余热锅炉15、出渣口16、出渣机17、水池18、鼓风机19和MOFs净化模块21；
所述有机固废分选平台1包括人工分选平台2和机械分选平台3，有机固体废弃物经过人工和机械双重分选，提高入炉固废的热值，有机固废分拣平台1后安装有风选机，对原料进行破碎。有机固废分选平台1通过皮带输送机4与螺旋进料器6的进料口5相连接，所述螺旋进料器6倾斜15°安装，以防止粘性物料及含水量较大的物料粘滞在给料器中。螺旋进料器6将分选后的有机固体废弃物输送至热解气化炉7中，进行有机固体废弃物的热解气化，一次风通过鼓风机19从热解气化炉7的炉底进入，炉渣通过出渣机17运出；
所述热解气化炉7从下至上分别为预热层、热解层、气化层、燃烧层、燃烬层、灰渣层，外部有保温层减少炉体散热，同时热解气化炉设有观察孔。预热层保持温度200℃对入炉有机固废进行预热，去除有机固废中剩余的水分；有机固废进入热解层开始热解，热解层保持温度在550-700℃，根据不同的产物需求，选择不同的热解温度；燃烧层为热解层提供热量；燃烬层产生的灰渣在冷渣层通过旋转炉排9冷却后通入水池18，然后经出渣机17排出。
所述热解气化炉7中安装有三根热电偶8，所述热电偶8和温度监测反馈设备20连接，监控热解气化炉内热解、燃烧温度；根据热解炉内的燃烧情况，改变一次风流量及有机固体废弃物的入炉速度，从而提高热解效率。
热解气化炉7的热解气从热解气化炉7顶部排出，所述热解气化炉7的热解气排出口安装有烟气实时监测设备10，检测热解气化炉产生的CO2、CO、NOx等污染物。热解气进入到电捕焦油器11，所述电捕焦油器11中安装有四根沉淀极12，并具有出油口13，使焦油液化与热解气分离通过出油口13排出，排出的焦油可以经过分馏加以利用。所述电捕焦油器11前管道装有保温层，防止焦油在管道中冷凝。所述电捕焦油器11与气体净化收集设备14相连接，所述气体净化收集设备14中安装有MOFs净化模块21，通过MOFs净化模块21中的金属有机骨架化合物材料对热解气提纯，吸附分离热解气中的H2、CH4和CO；所述气体净化收集装置设置有废气收集气袋。
所述气体净化收集设备14连接余热锅炉15，提纯后的热解气输送至余热锅炉15进行余热回收，产生热量通过管路送至有机固废分拣平台1，用于有机固体废弃物的干燥。经出渣机17排出的灰渣通过底渣图像识别设备22对灰渣中的含碳量进行识别，根据灰渣中的剩余含碳量反馈控制热解气化炉热解工况。
如图1所示，本发明还提供了一种非均质有机固体废弃物的高效热解气化方法，该方法具体过程如下：非均质的有机固体废弃物经过余热锅炉15产生的热量干燥后进入有机固废分拣平台1，经过人工分拣平台2和机械分拣平台3，挑拣出适合热解气化的固废，通过风选机破碎后经过皮带输送机4进入进料口5，通过螺旋进料器6送入热解气化炉7中进行热解。
热解气化炉7分为五层，从上到下分别为预热层、热解层、燃烧层、燃烬层和冷渣层。预热层保持温度200℃对入炉有机固废进行预热，去除有机固废中剩余的水分，并使其达到一定温度；有机固废进入热解层开始热解，热解层保持温度在550-700℃，根据不同的产物需求，选择不同的热解温度；燃烧层为热解层提供热量；燃烬层产生的灰渣在冷渣层通过旋转炉排9冷却后通入水池18，经出渣机17排出。底渣图像识别设备包括摄像装置和计算机，灰渣通过底渣图像识别设备22对灰渣中的含碳量进行识别，根据灰渣中的剩余含碳量反馈控制热解气化炉热解工况。热解气化所需要的一次风通过鼓风机19从热解气化炉底部送入，进入燃烧层与底料反应，提供热解气化所需热量，一次风经过燃烧剩下的不可燃气体带着热量进入热解层，对有机固废进行热解。需要说明的是，在热解气化炉7中设有3根热电偶8，通过温度监测反馈设备20，实时监控炉体温度，根据炉中温度改变一次风流量及有机固废的入炉速度，从而提高热解效率。
热解气化炉的烟气从热解气化炉顶部排出，经过烟气实时监测设备10，检测有机固废热解气化产生的污染物，而后进入电捕焦油器11，经过沉淀极12，使焦油液化与热解气分离通过出油口13排出，排出的焦油可以经过后续的分馏加以利用。分离的热解气进入气体净化收集设备14。由于热解会产生H2、CO、轻质烷烃等气体，气体成分复杂，因此本发明在气体净化收集设备14中并排安装三个MOFs净化模块21，利用金属有机骨架化合物材料(Metal organic Framework，MOFs)，对热解气中的高热值可燃气进行定向吸收。MOFs是由无机金属中心(金属离子或金属簇)与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。MOFs是一种有机-无机杂化材料，也称配位聚合物(coordination polymer)，它既不同于无机多孔材料，也不同于一般的有机配合物，兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征具有高的孔隙率和好的化学稳定性。由于能控制孔的结构并且比表面积大，MOFs可以吸附分离H2、CO4等轻质烷烃，在存储大量的甲烷和氢气等燃料气方面有很大的潜力。经过MOFs净化模块21提纯分离的热解气(包括甲烷、氢气等轻质烷烃)送入余热锅炉15进行再利用，产生的余热可以用于非均质有机固废的干燥。
实施例：
在热解稳定后，对热解产物及烟气进行采样分析，得到参数如表1所示：
表1
样品
含水率％
热值kJ/kg
热解气比例％
热解温度℃
CO mg/m<sup>3</sup>
垃圾1
19.8
17940
17
945
3
垃圾2
4.6
20370
21
1108
1.8
由表1数据可知，使用该发明专利后，含水率较高的垃圾经过本发明专利余热干燥后与含水率较低的垃圾热解效果相似，热解气比例相似；烟气排放中CO浓度低于国家排放标准。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。