一种处理有机固废的系统及工艺
阅读说明：本技术 一种处理有机固废的系统及工艺 (System and process for treating organic solid waste ) 是由 陈宗达 蔡珠华 冉术兵 于 2020-12-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种处理有机固废的系统及工艺,包括裂解系统、供热系统、裂解气净化系统和烟气处理系统；裂解系统包括无氧裂解装置和多级螺旋裂解单元,多级螺旋裂解单元设有密封装置,多级螺旋裂解单元为至少两级螺旋裂解装置；供热系统包括除尘器、燃尽室和加热装置。该系统采用无氧裂解技术,在裂解过程中不会产生二噁英的污染物,裂解的产物主要是小分子裂解气,使用更环保；利用有机固废原料的裂解气作为加热工质,通过加热装置循环利用裂解气,增大换热效率,提升裂解效率。(The invention discloses a system and a process for treating organic solid waste, which comprises a cracking system, a heat supply system, a cracking gas purification system and a flue gas treatment system; the cracking system comprises an oxygen-free cracking device and a multi-stage spiral cracking unit, wherein the multi-stage spiral cracking unit is provided with a sealing device and is at least a two-stage spiral cracking device; the heating system comprises a dust remover, a burnout chamber and a heating device. The system adopts an anaerobic cracking technology, so that pollutants of dioxin cannot be generated in the cracking process, and the cracked product is mainly micromolecular cracking gas, so that the system is more environment-friendly to use; the pyrolysis gas of the organic solid waste raw material is used as a heating working medium, and the pyrolysis gas is recycled by the heating device, so that the heat exchange efficiency is increased, and the pyrolysis efficiency is improved.)
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种处理有机固废的系统及工艺。
背景技术
有机固废指人类在生产建设，生产生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态有机废物。通常，有机固废有机物含量占比20％以上。现如今，我国每年生产约62亿吨有机固废，主要来源于种植业，畜牧业，工业垃圾、厨余垃圾和城市生活垃圾，约占产生的总固体废物量的60％。一方面有机固废具有来源多，产量大，成分复杂、组成产量不固定且区域差异大的特点，且腐败分解后对环境有较大污染；另一方面,由于有机固体废物有机质含量高，具有可燃性，又可以作为能源回收利用。因此将有机固体废物做到减量化，无害化，资源化具有非常重要的现实意义。
有机固废的主要处理方式有填埋和焚烧。然而，固体废物填埋占用土地面积大，部分废物难以自然降解，在填埋过程会长期存在，同时造成土壤和水体的二次污染；有机固体废物通过焚烧减量化效果明显，同时可回收部分热能，但焚烧会造成严重的环境污染，且产生二噁英、酸性气体、飞灰等有害物质，同时对相关设备造成损坏。随着城市化进程的加快，固体废弃物增加的同时，其结构也发生了变化：有机物增多，可燃物增加，可利用价值增大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种处理有机固废的系统及工艺，该系统采用无氧裂解技术处理有机固废，使其转化为裂解气，裂解过程中不会产生二噁英等污染物。裂解气经过加热后重新回到无氧裂解装置使用，提高换热效率，提升裂解效率。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种处理有机固废的系统，包括裂解系统、供热系统、裂解气净化系统和烟气处理系统；裂解系统包括无氧裂解装置和多级螺旋裂解单元，多级螺旋裂解单元设有密封装置，多级螺旋裂解单元包括至少两级螺旋裂解装置；供热系统包括除尘器、燃尽室和加热装置；
无氧裂解装置的裂解气出口与除尘器的裂解气入口连接；除尘器的裂解气出口分别与加热装置的裂解气入口、燃尽室的裂解气入口和裂解气净化系统的裂解气入口连接，加热装置的裂解气出口与末级的螺旋裂解装置的裂解气入口连接，末级的螺旋裂解装置的裂解气出口与上一级的螺旋裂解装置的裂解气入口连接，螺旋裂解装置裂解气出口各自连接上一级的螺旋裂解装置裂解气入口，一级螺旋裂解装置的裂解气出口与无氧裂解装置的裂解气入口连接；无氧裂解装置的有机固废出口与一级螺旋裂解装置的有机固废入口连接，一级螺旋裂解装置的有机固废出口与下一级螺旋裂解装置的有机固废入口连接，螺旋裂解装置有机固废出口各自连接下一级的螺旋裂解装置有机固废入口；无氧裂解装置的烟气出口与烟气处理系统连接；燃尽室的烟气出口与无氧裂解装置连接。
本发明的裂解系统包括无氧裂解装置和多级螺旋裂解单元，多级螺旋裂解单元的各活动部件均安装有密封装置，是为了阻止空气进入多级螺旋单元参与反应；裂解系统在裂解过程中处于无氧状态，所以不会产生二噁英等有害气体，有机固废在无氧裂解装置中受热，其中的水分被气化排出，产生的裂解气经过除尘处理后，大部分送往加热装置，其余部分分别运送到燃尽室和裂解气净化系统。经过加热装置加热后的裂解气从末级的螺旋裂解装置的底部进入，并从末级螺旋裂解装置依次从下到上进入初级的螺旋裂解装置和无氧裂解装置，实现了裂解气的循环。在多级螺旋裂解装置中的有机固废在连续转动的螺旋叶片旋转和搅拌下，和高温裂解气在内部不断混合和接触，有机固废在高温裂解气作用下发生分解反应，分解成小分子的可燃物；裂解产生的灰渣通过最后一级螺旋裂解装置的出料口排出。
需要注意的是，高温裂解气同有机固废的流向相反。多级螺旋裂解单元可使用一个螺旋结构，也可使用多级串联。裂解系统均采用负压操作，加剧物料表面和内部蒸发。
供热系统包括除尘器、加热装置和燃尽室。从裂解系统排出的裂解气中含有少量粉尘颗粒，通过设置除尘器收集捕捉其中的粉尘，初步净化裂解气和减少后端装置的运行压力。一部分裂解气进入燃尽室，燃烧裂解气，生成的烟气用于加热无氧裂解装置中的有机固废，达到节能和环保的目的。另一部分的裂解气进入加热装置，裂解气经过加热至600℃后，通过末级螺旋裂解装置重新回到裂解系统，作为有机固废的直接加热工质。剩余部分的裂解气通往裂解气净化系统，净化后的裂解气贮存备用。
传统的有机固废裂解工艺主要产物是油类产品，但有机固废裂解油性质复杂，不稳定，产品无相关标准。本发明通过高温裂解有机固废，裂解产物主要是小分子裂解气体，裂解气指的是主要成分为H2、CO、CH4和C2H6等低分子化合物，使用更环保。
进一步，所述无氧裂解装置包括裂解炉和夹套装置，夹套装置设置在裂解炉的外部，与裂解炉之间形成密封空间为加热介质的通道；燃尽室的烟气出口与夹套装置的烟气进口连接。燃尽室产生的高温烟气可先通过换热器预热空气，然后通往夹套装置，间接加热有机固废，剩余的烟气再进入烟气处理系统。
进一步，所述裂解气净化系统包括依次先后连接的脱酸装置、气水分离器、裂解气收集装置。
裂解气在脱酸装置中去除大部分酸性气体氯化氢以及残留的少量焦油和碳粉，脱酸装置可设置多级脱酸塔，确保裂解气中的酸性有害气体等杂质全部去除，再进入气水分离器，去除水分后，洁净干燥的裂解气经裂解气收集装置收集，储存起来备用。
作为一个实施例，还包括裂解气发电装置，裂解气发电装置与所述裂解气净化系统连接。具体地，裂解气发电装置还可应用于本系统中需要用电的装置。利用净化后的裂解气发电，自用或者并网；发电装置产生的高温烟气可送至夹套装置中，利用烟气的余热对无氧裂解装置进行加热，能减少能耗，避免浪费。而且加热装置还能采用电加热的形式对裂解气加热。
一般地，还可配备有火炬，若出现裂解气收集装置中的裂解气需要紧急排放的情况，可以通过火炬燃烧排放，放置裂解气溢出污染环境。
再进一步，所述螺旋裂解单元的螺旋结构为单螺旋、双螺旋和无轴螺旋中的一种或几种。
处理有机固废的系统的工艺，包括以下步骤：
先将有机固废送至无氧裂解装置，有机固废在前段内受热先蒸发排出多余的水分，后段在高温的作用下生成裂解气；无氧裂解装置在裂解过程中产生的裂解气通往除尘器；无氧裂解装置排出的烟气通往烟气处理系统处理；
2)步骤1)经过除尘处理的裂解气有三个去向，一部分送往加热装置，一部分送往燃尽室，另一部分送往裂解气净化系统；经过加热装置加热的裂解气通过管道从末级的螺旋裂解装置的底部进入，裂解气依次从下到上通过从末级螺旋裂解装置、初级的螺旋裂解装置以及无氧裂解装置；步骤1)的有机固废从无氧裂解装置排出后从上到下依次进入初级螺旋裂解装置和末级螺旋裂解装置；
3)在步骤2)中送往燃尽室的裂解气，在燃尽室中完全燃烧，形成的烟气排至无氧裂解装置，用于加热有机固废；在步骤2)中送往裂解气净化系统的裂解气，经净化后储存起来备用。
进一步，步骤1)中，送往一级螺旋裂解装置的裂解气温度为550～650℃。
再进一步，步骤1)中，从无氧裂解装置送往除尘器的裂解气的温度为150～200℃，优选为160℃。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的回收有机固废系统采用无氧裂解技术，在裂解过程中不会产生二噁英的污染物，裂解的产物主要是小分子裂解气，使用更环保；利用有机固废原料的裂解气作为加热工质，通过加热装置循环利用裂解气，增大换热效率，提升裂解效率。
(2)本发明通过裂解气直接对有机固废原料加热，过程中所产生的高温烟气回收间接加热原料，分区域反应，有效提升热利用效率。
附图说明
图1为实施例1的设备连接图；
图2为实施例2的设备连接图；
图3为实施例3的设备连接图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例1
一种处理有机固废的系统，如图1所示，包括裂解系统、供热系统、裂解气净化系统和烟气处理系统；裂解系统包括无氧裂解装置和多级螺旋裂解单元，多级螺旋裂解单元设有密封装置，多级螺旋裂解单元包括一级螺旋裂解装置和多级螺旋裂解单元包括一级螺旋裂解装置和二级螺旋裂解装置；供热系统包括除尘器、燃尽室和加热装置；
无氧裂解装置的裂解气出口与除尘器的裂解气入口连接；除尘器的裂解气出口分别与加热装置的裂解气入口、燃尽室的裂解气入口和裂解气净化系统的裂解气入口连接，加热装置的裂解气出口与二级螺旋裂解装置的裂解气入口连接，二级螺旋裂解装置的裂解气出口与一级的螺旋裂解装置的裂解气入口连接，一级螺旋裂解装置的裂解气出口与无氧裂解装置的裂解气入口连接；无氧裂解装置的有机固废出口与一级螺旋裂解装置的有机固废入口连接，一级螺旋裂解装置的有机固废出口与二级螺旋裂解装置的有机固废入口连接；无氧裂解装置的烟气出口与烟气处理系统连接；燃尽室的烟气出口与无氧裂解装置连接。
处理有机固废的系统的工艺，包括以下步骤：
1)先将有机固废送至无氧裂解装置，有机固废经过受热产生高温的裂解气，并排出多余的水分；无氧裂解装置再将温度为160℃的裂解气运送至除尘器通往除尘器；无氧裂解装置排出的烟气通往烟气处理系统处理；
2)步骤1)经过除尘处理的裂解气有三个去向，一部分送往加热装置，一部分送往燃尽室，另一部分送往裂解气净化系统；经过加热装置加热至600℃的裂解气通过管道从二级螺旋裂解装置的底部进入，裂解气从下到上依次通过从二级螺旋裂解装置、一级螺旋裂解装置以及无氧裂解装置；步骤1)的有机固废从无氧裂解装置排出后从上到下依次进入一级螺旋裂解装置和二级螺旋裂解装置；
3)在步骤2)中送往燃尽室的裂解气，在燃尽室中完全燃烧，形成的烟气排至无氧裂解装置，用于加热有机固废；在步骤2)中送往裂解气净化系统的裂解气，经净化后贮存在气体缓存罐中待用。
实施例2
一种处理有机固废的系统，如图2所示，包括裂解系统、供热系统、裂解气净化系统、烟气处理系统和裂解气发电装置；裂解系统包括无氧裂解装置和多级螺旋裂解单元，多级螺旋裂解单元设有密封装置，多级螺旋裂解单元包括一级螺旋裂解装置、二级螺旋裂解装置和三级螺旋装置；供热系统包括除尘器、燃尽室和加热装置；无氧裂解装置包括裂解炉和夹套装置，夹套装置设置在裂解炉的外部；具体地，夹套装置为双层夹套结构，还设有直通裂解炉腔体的烟气排放口和进料推杆，出料口和裂解气出口设置在夹套装置的尾端。裂解气净化系统包括依次先后连接的脱酸装置(第一脱酸塔和第二脱酸塔)、气水分离器、裂解气收集装置和裂解气发电装置；裂解气发电装置的烟气出口和燃尽室的烟气出口与夹套装置连接。
裂解炉的裂解气出口与除尘器的裂解气入口连接；除尘器的裂解气出口分别与加热装置的裂解气入口、燃尽室的裂解气入口和裂解气净化系统的裂解气入口连接，加热装置的裂解气出口与三级螺旋裂解装置的裂解气入口连接连接，三级螺旋裂解装置的裂解气出口与二级螺旋裂解装置的裂解气入口连接，二级螺旋裂解装置的裂解气出口与一级螺旋裂解装置的裂解气入口连接，一级螺旋裂解装置的裂解气出口与裂解炉的裂解气入口连接；裂解炉的有机固废出口与一级螺旋裂解装置的有机固废入口连接，一级螺旋裂解装置的有机固废出口与二级螺旋裂解装置的有机固废入口连接，二级螺旋裂解装置的有机固废出口与三级螺旋裂解装置的有机固废入口连接；裂解炉的烟气出口与烟气处理系统连接。
处理有机固废的系统的工艺，包括以下步骤：
1)先将有机固废通过推杆送至裂解炉，有机固废经过受热产生高温的裂解气，并排出多余的水分；裂解炉再将温度为160℃的裂解气运送至除尘器通往除尘器；裂解炉排出的烟气通往烟气处理系统处理；
2)步骤1)经过除尘处理的裂解气有三个去向，大部分(85％以上)送往加热装置循环加热，一部分送往燃尽室，另一部分送往裂解气净化系统；经过加热装置加热至550℃的裂解气通过管道从三级螺旋裂解装置的底部进入，裂解气从下到上依次通过从三级螺旋裂解装置、二级螺旋裂解装置、一级螺旋裂解装置以及裂解炉；步骤1)的有机固废从裂解炉排出后从上到下依次进入一级螺旋裂解装置、二级螺旋裂解装置和三级螺旋裂解装置；
3)在步骤2)中送往燃尽室的裂解气，在燃尽室中完全燃烧，形成1100～1150℃的高温烟气，大部分高温烟气通往夹套装置，用于间接加热裂解炉；
7)在步骤2)中送往裂解气净化系统的裂解气，裂解气进入一级脱酸塔，然后再进入二级脱酸塔，接着裂解气进入到气水分离器，去除水分后，洁净干燥的裂解气通往气体缓存罐贮存，然后气体缓存罐中的裂解气送往裂解气发电装置，转化为电能，可供本实施例中的装置使用。裂解气发电装置产生的烟气通往夹套装置加热裂解炉。
实施例3
一种回收有机固废的系统处理有机固废的系统，如图3所示，包括锅炉、裂解系统、供热系统、裂解气净化系统和烟气处理系统；裂解系统包括无氧裂解装置和多级螺旋裂解单元，多级螺旋裂解单元设有密封装置，多级螺旋裂解单元包括一级螺旋裂解装置和二级螺旋裂解装置；供热系统包括除尘器、燃尽室和加热装置；无氧裂解装置包括裂解炉和夹套装置，夹套装置设置在裂解炉的外部；具体地，夹套装置为双层夹套结构，还设有直通裂解炉腔体的废气烟气排放口和进料推杆，出料口和裂解气出口设置在夹套装置的尾端。锅炉的裂解气进口与裂解气净化系统的裂解气出口连接；锅炉的烟气出口与夹套装置的高温烟气入口连接；裂解气发电装置的烟气出口和燃尽室的烟气出口与夹套装置连接。
裂解气净化系统包括依次先后连接的脱酸装置(第一脱酸塔和第二脱酸塔)、气水分离器、裂解气收集装置和裂解气发电装置；
裂解炉的裂解气出口与除尘器的裂解气入口连接；除尘器的裂解气出口分别与加热装置的裂解气入口、燃尽室的裂解气入口和裂解气净化系统的裂解气入口连接，加热装置的裂解气出口与二级螺旋裂解装置的裂解气入口连接，二级螺旋裂解装置的裂解气出口与一级的螺旋裂解装置的裂解气入口连接，一级螺旋裂解装置的裂解气出口与无氧裂解装置的裂解气入口连接；无氧裂解装置的有机固废出口与一级螺旋裂解装置的有机固废入口连接，一级螺旋裂解装置的有机固废出口与二级螺旋裂解装置的有机固废入口连接；无氧裂解装置的烟气出口与烟气处理系统连接；燃尽室的烟气出口与无氧裂解装置连接。
回收有机固废的系统处理有机固废的系统的工艺，包括以下步骤：
1)利用锅炉燃烧裂解气排放的200～550℃烟气，将其送往裂解炉外部的夹套装置，用于加热裂解炉中的有机固废；有机固废送至裂解炉，有机固废经过受热产生高温的裂解气，并排出多余的水分；裂解炉再将温度为160℃的裂解气运送至除尘器通往除尘器；裂解炉排出的废气烟气通往烟气处理系统处理；
2)步骤1)经过除尘处理的裂解气有三个去向，大部分(85％以上)送往加热装置，一部分送往燃尽室，另一部分送往裂解气净化系统；经过加热装置加热至650℃的裂解气通过管道从二级螺旋裂解装置的底部进入，裂解气依次通过从二级螺旋裂解装置、一级螺旋裂解装置以及裂解炉；步骤1)的有机固废从无氧裂解装置排出后依次进入一级螺旋裂解装置和二级螺旋裂解装置；
3)在步骤2)中送往燃尽室的裂解气，在燃尽室中完全燃烧，形成1100～1150℃的高温烟气，大部分高温烟气通往夹套装置，用于间接加热裂解炉；
7)在步骤2)中送往裂解气净化系统的裂解气进入一级脱酸塔，然后再进入二级脱酸塔，接着裂解气进入到气水分离器，去除水分后，洁净干燥的裂解气通往气体缓存罐贮存，然后气体缓存罐中的裂解气送往裂解气发电装置，转化为电能，可供本实施例中的装置使用。裂解气发电装置产生的烟气通往夹套装置加热裂解炉。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
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