一种多类型垃圾热解系统及其处理多类型垃圾的方法
阅读说明：本技术 一种多类型垃圾热解系统及其处理多类型垃圾的方法 (Multi-type garbage pyrolysis system and method for treating multi-type garbage by same ) 是由 戴昕 刘军 冉根柱 郭燕 张小赛 潘天骐 赵慧慧 李钦钦 刘淦源 洪有成 于 2020-10-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多类型垃圾热解系统及其处理多类型垃圾的方法。其包括垃圾梯度预热系统、热裂解系统、热解油气燃烧系统、烟气余热利用系统、热解反应器加热控温系统和尾气处理系统。高含水率低热值垃圾利用燃烧烟气进行多级梯度预热干燥,再与高热值垃圾混合后在热解装置进行热裂解反应,实现热解反应装置稳定高效运行,降低热解能耗,同时热解油气通过多孔介质材料实现高效率充分燃烧,并针对高温烟气余热利用,可实现多类型垃圾组分高效稳定热解,最终实现垃圾无害化、资源化利用目标。(The invention discloses a multi-type garbage pyrolysis system and a method for treating multi-type garbage by using the same. The system comprises a garbage gradient preheating system, a thermal cracking system, a pyrolysis oil gas combustion system, a flue gas waste heat utilization system, a pyrolysis reactor heating temperature control system and a tail gas treatment system. High moisture content low heat value rubbish utilizes the burning flue gas to carry out multistage gradient preheating drying, mixes the back with high heat value rubbish again and carries out the thermal cracking reaction at the pyrolysis device, realizes the stable high-efficient operation of pyrolysis reaction device, reduces the pyrolysis energy consumption, and the pyrolysis oil gas passes through porous medium material simultaneously and realizes high efficiency and fully burns to high temperature flue gas waste heat utilization, can realize the high-efficient stable pyrolysis of polymorphic type rubbish component, finally realizes rubbish innoxious, the utilization target.)
技术领域
本发明涉及垃圾热解技术领域，具体涉及一种多类型垃圾热解系统及其处理多类型垃圾的方法。
背景技术
随着世界经济快速发展，人们生活水平的提高，全球城镇人口与日俱增，城市固体废物产生量也越来越多，同时垃圾中有机物含量日益增多。根据《2019年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》，2018年全国大、中城市一般工业固体废物产生量为15.5亿吨、生活垃圾产生量为21147.3万吨，2017年分别为13.1亿吨、20084.3万吨，生活垃圾处置率达99.4%，相比前几年，各项垃圾产量增加的同时，处置率也明显提升。随着我国固体废弃物处置减量化、无害化、资源化和综合利用的理念不断推进，“安全处置，变废为宝”的处置技术逐渐深入人心。相比，有机垃圾常用的处理方式中卫生填埋、堆肥、焚烧和热解处理，热解能够有效使垃圾中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，在二噁英等污染物的控制方面具有显著的优势，被认为是未来最有发展前途的处理方式之一。
热解是指在无氧或缺氧的条件下对垃圾高温加热（一般500℃以上），使垃圾中的有机化合物裂解产生小分子物质的一种技术，在热解的惰性气氛下将形成更少的氮氧化物（NOX）和硫氧化物（SOX），并避免二噁英等有毒气体生成。其从宏观现象上可以分为干燥、热解、气化三个反应阶段，可燃物裂解为短链有机气，热解炉中剩余灰分和半焦碳。垃圾的热值与其含水率密切相关，不同城市的垃圾组分由于地域、气候、消费水平等因素存在较大的差异，有些含水率偏高、热值较低，进料垃圾含水率过高影响热解气化系统的稳定运行，含水率过低则需增大设备的投资和运行费用，经济性不佳。因此，开发一种适合于多类型组分垃圾的处理系统至关重要。
该系统可连续处理高含水率低热值和高热值等多类型垃圾，并对高温烟气进行脱酸预处理，对于现阶段不同类型固体废弃物热解处理综合利用具有重要的价值和意义。
例如中国专利CN105733619A-一种城市生活垃圾热裂解处理装置及使用该处理装置进行城市生活垃圾热裂解的方法。其处理垃圾类型相对较单一，进料垃圾含水率过高影响热解气化系统的稳定运行，含水率过低则需增大设备的投资和运行费用，并且其热裂解处理装置没有对垃圾热裂解产生的热能进行有效的利用，经济性不佳。
发明内容
本发明所要解决的问题是，针对上述现有技术中的缺点，提出创新方案，尤其是一种能够有效针对不同类型垃圾组分实现稳定热解，降低热解设备的运行能耗的方案。
为解决上述问题，本发明采用的方案如下：一种多类型垃圾热解系统，其特征在于，包括垃圾梯度预热系统、热裂解系统、热解油气燃烧系统、烟气余热利用系统、热解反应器加热控温系统和尾气处理系统；
所述垃圾梯度预热系统用于高含水率低热值垃圾破碎预热，并将破碎预热后的高含水率低热值垃圾送入热裂解系统；
所述热裂解系统用于将低含水率高热值垃圾和高含水率低热值垃圾进行热解反应，其产出的热解炭排出，热解油气送入热解油气燃烧系统；
所述热解油气燃烧系统将热解油气充分燃烧并且加热空气，并将加热后的热空气送入烟气余热利用系统；
所述烟气余热利用系统将加热后的热空气送入热裂解系统和垃圾梯度预热系统；利用热空气对热解反应系统进行加热保温，利用热空气对垃圾梯度预热系统内的高含水率低热值垃圾进行预热；
所述热解反应器加热控温系统用于对热裂解系统进行加热、控温和保温；
所述尾气处理系统用于对经过烟气余热利用系统后的热空气进行过滤净化后排放。
进一步，根据上述设计方案所述多类型垃圾热解系统，其特征在于，所述垃圾梯度预热系统包括进料斗A、竖向交替连接的多级梯度预热器；所述进料斗A与多级梯度预热器连接，用于将高含水率低热值垃圾送入多级梯度预热器。
进一步，根据上述设计方案所述多类型垃圾热解系统，其特征在于，所述热裂解系统包括进料斗B、热解反应装置；所述进料斗B与热解反应装置连接，用于将低含水率高热值垃圾送入热解反应装置；所述热解反应装置包括梯度预热垃圾进料口、热解油气出口、热解炭出料口；所述梯度预热垃圾进料口与垃圾梯度预热系统连接；所述热解油气出口与热解油气燃烧系统连接；所述热解炭出料口上设置有螺旋出料输送装置和接料斗。
进一步，根据上述设计方案所述多类型垃圾热解系统，其特征在于，所述热解油气燃烧系统包括引风机、多孔介质预热系统和烟气出口；引风机将空气引入多孔介质预热系统内与热解油气混合后充分燃烧，产生高温热空气。
进一步，根据上述设计方案所述多类型垃圾热解系统，其特征在于，所述烟气余热利用系统通过烟气三相碟通阀将热空气分别输送至热裂解系统和垃圾梯度预热系统；所述烟气余热利用系统还包括换热装置；所述换热装置设置在尾气处理系统之前，用于对最后的预热进行换热利用。
进一步，根据上述设计方案所述多类型垃圾热解系统，其特征在于，所述热解反应器加热控温系统包括加热控温装置、装置保温层；所述加热控温装置设置在热裂解系统上，用于对热裂解系统进行加热控温；所述装置保温层设置在热裂解系统的外部用于对热裂解系统进行保温。
进一步，根据上述设计方案所述多类型垃圾热解系统，其特征在于，所述多级梯度预热器上设有协同脱酸进料斗；所述协同脱酸进料斗用于添加生石灰或尿素。
进一步，根据上述设计方案所述多类型垃圾热解系统，其特征在于，所述进料斗A上设有螺旋输送破碎器，所述螺旋输送破碎器用于输送高含水率低热值垃圾并对其进行破碎。
进一步，根据上述设计方案所述多类型垃圾热解系统，其特征在于，所述多级预热器设有一级预热器、二级预热器、三级预热器。
进一步，根据上述设计方案所述多类型垃圾热解系统，其特征在于，所述热解反应装置为回转式反应器或者螺旋输送管式反应器。
进一步，根据上述设计方案所述多类型垃圾热解系统，其特征在于，所述热解反应装置上设有密封舱门，当密封舱门封闭时，热解反应装置为全封闭结构；所述热解反应装置上设有气体环境调节装置；所述气体环境调节装置用于调节热解反应装置内部氧气含量和气压。
进一步，根据上述设计方案所述多类型垃圾热解系统，其特征在于，所述多孔介质预热系统中的多孔介质为蜂窝陶瓷型多孔隙介质或泡沫陶瓷型多孔隙介质。
进一步，根据上述设计方案所述多类型垃圾热解系统处理多类型垃圾的方法，其特征在于，将低含水率高热值垃圾送入入料斗B破碎后送入热裂解系统，在热解反应装置内进行热解反应，热解反应器启动阶段利用加热控温装置进行加热升温到系统需要温度，之后利用燃烧烟气对热解装置进行加热，通过保温层和控温装置保温；产出的热解炭排出至接料斗，热解油气送入热解油气燃烧系统；热解油气在多孔介质预热系统和引风机辅助下充分燃烧，产生热空气；热空气经烟气余热利用系统输送至热裂解系统和垃圾梯度预热系统；高含水率低热值垃圾经过入料斗A破碎后送入垃圾梯度预热系统内，利用热空气进行预热，然后送入热裂解系统内与低含水率高热值垃圾一起进行热解反应；热空气经过热解反应装置保温利用，高含水率低热值垃圾多级预热干燥利用，之后进入尾气处理系统进行过滤净化处理，最后合格排放。
本发明的一种多类型垃圾热解系统中，所述垃圾包括但不限于生活垃圾、医疗废物、市政污泥、含油污泥、轮胎橡胶、废塑料中的一种或多种，高含水率类垃圾从进料斗A进入，经过多级预热后含水率降至30%以下，含水率在25%及以下的高热值垃圾直接从料斗B进入热解反应装置。
本发明的一种多类型垃圾热解系统处理多类型垃圾的方法为：针对高含水率低热值垃圾从进料斗A进行破碎螺旋输送进入多级梯度预热系统，经过高温烟气多级梯度预热干燥后通过进料口进入热解反应装置，高热值垃圾直接从进料斗B进行破碎螺旋进料，经过预热干燥的低热值垃圾和高热值垃圾混合后在热解装置进行热裂解反应，之后热解油气从管道进入热解油气燃烧系统，系统配备多孔介质预热材料，通过对空气和热解油气的高效加热和混合，实现热解油气的充分完全燃烧，之后热解烟气通过管道将热量传输至热解反应装置保温和高含水率垃圾逆向预热干燥，实现能量循环利用，之后尾气进行余热利用后处理达标排放。
本发明的技术效果如下：(1)本发明针对多类型高含水率组分垃圾分层次处理，提出高含水率多级梯度预热系统，提高热解系统的整体稳定，提升热解效率，同时降低热解运行能耗。
(2)利用多孔介质结构材料，改变热解油气和加热空气的燃烧方式，改善单相燃烧的热传递方式，提升燃烧效率，燃烧更充分，同时降低产生二噁英风险，提升烟气的热量和余热利用效率。
（3）本发明系统集成垃圾破碎加热预处理和烟气预脱酸、热解过程、热解油气高效燃烧、烟气余热利用，可连续处理多类型垃圾组分，实现热解系统的稳定化运行。
附图说明
图1为本多类型垃圾热解系统示意图。
其中，1 进料斗A、2 破碎螺旋输送装置、3多级梯度预热器、4 垃圾梯度预热系统、5 进料斗B、6 加热控温装置、7 梯度预热垃圾进料口、8 热解反应装置、9 装置保温层、10热解炭出口、11 螺旋输送装置和接料斗、12 热解油气出口、13 引风机、14 多孔介质预热系统、15 热解油燃烧系统、16 烟气出口、17 烟气三相碟通阀、18 换热装置、19 生石灰或尿素进料斗、20 尾气处理系统、21 烟尘收集料斗。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1：一种多类型垃圾热解系统及方法，其特征在于，包括各连接设置的系统（1）垃圾梯度预热系统，（2）热裂解系统，（3）热解油气燃烧系统，（4）烟气余热利用系统，（5）热解反应器加热控温系统，（6）尾气处理系统。
（1）垃圾梯度预热系统：系统包括高含水率低热值垃圾破碎进料斗A，竖向交替连接的多级梯度预热器，预热器上部设置协同脱酸生石灰或尿素进料斗，对烟气进行一定的脱酸和脱硝协同预处理；
（2）热裂解系统：系统包括低含水率高热值垃圾破碎进料斗B，热解反应装置，热解反应装置包括梯度预热垃圾进料口、加热控温装置、烟气保温系统、热解油气出口、热解炭出料口，热解炭出料口配备螺旋出料输送装置和接料斗；
（3）热解油气燃烧系统：系统包括引风机、多孔介质预热系统、烟气出口，空气在燃烧系统中经过多孔介质进行预热，热解油气在多孔介质可实现多密度充分燃烧，实现热解油气热值高效利用，并在燃烧室形成热烟气环形对流，经烟气出口排出；
（4）烟气余热利用系统：系统包括烟气三相碟通阀、换热装置，烟气经过热解反应装置保温利用，高含水率低热值垃圾多级预热干燥利用，之后的多余热量进入换热装置进行换热后其他方式利用；
（5）热解反应器加热控温系统：系统包括加热控温装置、装置保温层、燃烧烟气余热利用，热解反应器启动阶段利用加热控温装置进行加热升温到系统需要温度，之后利用燃烧烟气对热解装置进行加热，通过保温层和控温装置保温；
（6）尾气处理系统：燃烧烟气经过热解装置保温利用和高含水率低热值垃圾多级预热利用，烟气换热后进入尾气处理系统处理，过滤净化后合格排放；颗粒物进入烟尘收集料斗。
本发明所处理的垃圾包括但不限于生活垃圾、医疗废物、市政污泥、含油污泥、轮胎橡胶、废塑料中的一种或多种，高含水率低热值类垃圾从进料斗A进入，经过多级预热后含水率降至30%以下，含水率在25%及以下的高热值垃圾直接从料斗B进入热解反应装置；梯度预热系统从上到下依次可设置一级预热器、二级预热器、三级预热器，进一步，根据垃圾含水率情况预热器可进行增减，优选的，设置三层级的预热器去除水分和预热效率最好；热解反应装置可采用回转式反应器、螺旋输送管式反应器中的一种；热解反应装置可根据反应条件的不同进行通入微氧，通入惰性气氛的绝氧环境，并采用真空负压的体系环境降低反应温度；多孔介质包括但不限于蜂窝陶瓷型、泡沫陶瓷型等其他材料多孔隙介质。
针对高含水率低热值垃圾从进料斗A进行破碎螺旋输送装置2进入多级梯度预热系统4，经过高温烟气多级梯度预热干燥后进入热解反应装置8，高热值垃圾直接从进料斗B进行破碎螺旋进料，经过预热干燥的低热值垃圾和高热值垃圾混合后在热解装置进行热裂解反应，之后热解油气12进入热解油气燃烧系统15，系统配备多孔介质预热材料14，通过对空气14和热解油气的高效加热和混合，实现热解油气的充分完全燃烧，之后热解烟气15对热解反应装置保温和高含水率垃圾逆向预热干燥，实现能量循环利用，之后尾气进行余热利用18后对尾气进行处理20后达标排放。
实施例2：将收运于不同区域的生活垃圾利用该系统进行实验，一部分生活垃圾含水率约65%，一部分经筛分的生活垃圾含水率约30%左右，先将含水率30%的生活垃圾放入进料斗B破碎粒径至15mm左右，然后利用加热控温装置将热解反应器温度逐渐升至650℃，保持热解温度650℃、2h，将热解反应完的热解残渣通过出口10进行螺旋至料斗11，热解油气通过热解油气管道12进入燃烧装置15，通过点火器和鼓入空气，热解油气在多孔介质中燃烧，保持温度在850℃左右，加热后多孔介质对进入系统的空气有效预热，与热解油气充分接触后实现完全燃烧，之后热解烟气热量可对热解反应装置通过保温系统9对装置进行加热保温，随着反应的进行，打开梯度预热垃圾进料口和热烟气入口，将含水率65%左右的生活垃圾放入进料斗A破碎至15mm，之后进入多级梯度预热系统，设置一级预热器、二级预热器、三级预热器，在一级预热器上部加料同时放入一定量的生石灰配合高温烟气预脱酸，控制进料速度使经过预热后的垃圾含水率降至30%左右，之后进入热解装置进行共同热解，然后热解油气燃烧后进行反应装置加热保温和垃圾预热干燥，之后烟气余热利用后进行尾气处理后达标排放。
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