CN110822436A - 一种生活垃圾缺氧热分解处理装置及使用方法 - Google Patents

一种生活垃圾缺氧热分解处理装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于垃圾处理领域，具体涉及一种生活垃圾缺氧热分解处理装置及使用方法，无烟焚烧炉、磁化热处理装置、活性炭吸附层从下到上依次设置，并且外部设置有壳体包覆，壳体上端设置有烟囱；无烟焚烧炉下端为灰渣室。在热解炉内通以少量空气，使被处理固体废物中的可燃物在炉内欠氧条件下热解燃烧，所产生的热量使固体废物中的有机物质进行持续热分解。热解产生的烟气中含有CO、CxHy等成分，热解烟气进入烟气磁分解区与进入的适量空气进行强烈混合分解为CO2和H2O。当热分解正常启动后保持热解室内缺氧环境，因而热解气化能在300℃以下实现，可避免二恶英的产生。而热解过程无需任何能源，这是一种环保节能的新技术。

Description

一种生活垃圾缺氧热分解处理装置及使用方法
技术领域
本发明属于垃圾处理领域，具体涉及一种生活垃圾缺氧热分解处理装置及使用方法。
背景技术
据统计，我国每年生产的生活垃圾将近4亿吨左右，除较大城市有生活垃圾处理厂外，农村生活垃圾污染情况更加严峻。环保部数据显示，全国59万个村庄，而生活垃圾处理大概也就三分之一。目前生活垃圾常用的处理方法包括填埋法、堆肥法和焚烧法，这些方法普遍存在的问题是处理成本高、劳动强度大、效率低、可资源化空间小、对环境都有不同程度的污染等。一体化生活垃圾缺氧热分解处理装置由于体积小，占地面积少，投资少，特别适合广大农村、山区、大型工地、海岛等地区，是对不适合或暂时无条件建设大型垃圾处理厂的有益补充。
传统的垃圾处理方式主要有填埋、焚烧等。填埋会占用大量宝贵的土地资源，同时污染环境（大气、地下水等），因而这种简单处理方式已基本不再采用。与填埋处理相比，垃圾焚烧是一种较好的处理方式。通过焚烧，不仅体积大大减小，还可利用焚烧产生的热量发电、供热，达到能量再利用的目的，所以焚烧技术己经成为当前国内外普遍采用的一种垃圾处理技术。但垃圾直接焚烧还存在很多问题，例如：（1）二次污染问题。垃圾成分中有机物焚烧产生的酸性气体（HCl、HF、NOx等）、剧毒的含氯高分子化合物（统称二噁英类物质）以及含Hg、Pb的重金属飞灰都会对环境造成污染。（2）焚烧设备损坏问题。垃圾中含氯化合物在炉内形成HCl等腐蚀性气体，在300℃以上即会严重腐蚀炉内金属部件。（3）垃圾成分复杂。各种不同成分的垃圾有不同的密度、形状、化学性质、着火及燃烧特性，它们在焚烧炉内呈现不同的燃烧性状，因而难以控制燃烧过程。为了克服上述垃圾焚烧技术的缺点，作为垃圾焚烧替代技术的垃圾热解技术得到了开发和应用。
“3T+E"是焚烧法去除烟气中二噁英的有效方法。“3T+E"就是保证3T，控制1E。具体就是既保证焚烧炉内烟气的足够温度（Temperature即1T）850~1100℃，又保证烟气在燃烧室内停留足够的时间（Time即2T），二次燃烧室停留时间超过2.0s，以及燃烧过程中较大的烟气湍流（Turbulence即3T）程度，可防止生成大量的二噁英，E就是要有效控制过剩的空气量（Ex-cessoxygen）。抑制垃圾焚烧处理过程中产生的二噁英还有以下几个方法：抑制HCl、CuO、CuCl2的产生，尽量不燃烧含氯有机化合物，不使Cu氧化；尽可能充分燃烧以减少烟气中的含碳量；在烟气净化阶段采用急冷技术迅速将烟气温度降低至200℃以下，避开二噁英再合成的温度250~450℃；采用袋式除尘器以搜捕二噁英颗粒，并增加活性炭吸附法。
针对生活垃圾处理所面临的困境，急切需要开发操作简单、高效、清洁、经济的生活垃圾处理技术和设备。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种生活垃圾缺氧热分解处理装置及使用方法，能够对生活垃圾进行热解处理，避免二噁英污染性气体的产生。
具体涉及方案为：一种生活垃圾缺氧热分解处理装置，包括无烟焚烧炉、磁化热处理器、碱液喷淋洗涤***、活性炭吸附层及烟囱，无烟焚烧炉、磁化热处理装置、活性炭吸附层从下到上依次设置，并且外部设置有壳体包覆，壳体上端设置有烟囱；无烟焚烧炉下端为灰渣室；
无烟焚烧炉上设置有鼓风机；
无烟焚烧炉上方设置有磁化热处理器；磁化热处理器外侧设置有筒圈，筒圈侧壁设置有若干个出烟孔，筒圈上端设置有锥型顶盖，锥型顶盖边沿伸出筒圈上边沿外；筒圈下端设置有环状集液槽，锥型顶盖边沿留下的液体能够流入集液槽中，集液槽与外部收集箱通过管道连接；
磁化热处理器包括保温棉、电磁加热圈和石墨圈，石墨圈设置在无烟焚烧炉上方，石墨圈外侧设置有保温棉，保温棉外侧设置有电磁加热圈；
碱液喷淋洗涤***包括碱液箱、提升泵、输料管和雾化喷嘴，所述碱液箱通过输料管与雾化喷嘴连接，输料管上设置有提升泵；碱液箱设置在无烟焚烧炉对应壳体的侧壁，雾化喷嘴有若干个，由固定架设置在磁化热处理器上方；
活性炭吸附层设置在雾化喷嘴的上方，活性炭吸附层与雾化喷嘴之间的壳体侧壁上设置有引风机，引风机的进风口在下，引风机的出风口在上，雾化喷嘴与壳体形成喷淋冷却室，活性炭吸附层形成活性炭吸附室，引风机把喷淋冷却室和活性炭吸附室连接在一起。
进一步，其使用方法为：将垃圾投入到垃圾无烟焚烧炉内，垃圾温度加热到200℃~300℃；通过鼓风机对无烟焚烧炉鼓风，从而加快垃圾的热解过程；通过对外部空气流量的控制使热解温度保持在300℃以下；然后停止鼓风，从而使该装置在缺氧环境下对垃圾进行热解；引风机把雾化喷嘴与壳体形成的喷淋冷却室和活性炭吸附层形成的活性炭吸附室连接在一起，使炉内形成负压提高烟气在炉中的上升速度，从而加速生活垃圾的热解过程。
本发明的技术优势：
本装置属于节能环保、高端装备制造业领域，可用于处理农村生活垃圾（秸秆）或城市生活垃圾等可燃有机物，其核心是热解-磁化技术，经独特的热解室设计，有效地避免了垃圾架空、粘结等常见问题，实现了垃圾充分热解和有机物的彻底分解。垃圾在200℃-300℃时开始气化分解，使垃圾中的可分解物质分解成为可燃气体。然后烟气通过经独特设计的磁化热处理器，使烟气中的可燃气体在≥850℃的高温下充分分解，并使有毒有害物质完全去除，达到无害化处理。烟气经磁化热处理后通过碱液喷淋将烟气温度在0.5 s内迅速降低至200℃以下，避免了二噁英的再合成。同时，通过碱液中和烟气中SO2等酸性气体。
该装置结合炉型结构和***控制装置，可使可燃气体和空气充分混合，因而能有效保证在≥850℃的高温下，烟气燃烧的停留时间≥2.0s的要求。在对农村垃圾处理的过程中可连续加料，物料的水分含量在50%左右均能得到妥善处理。
本装置的技术优势如下：
（1）彻底消除二噁英的产生
由于采用垃圾缺氧低温热解技术，在低于250℃的温度下进行还原分解，从而有效地消除了二噁英的产生。
（2）能耗低
本装置处理垃圾过程中不需要再添加其它的辅助燃料即可持续稳定运行，且运行过程中无噪音，而耗电较大的烟气磁化热处理器的电源可通过太阳能或风能提供。对于偏远山区农村，可以利用当地风能，太阳能资源转换成需要的电能，作为风机电源，该技术及装备国内非常成熟普遍。城镇小区则充分利用电网电力，实现焚烧炉正常电力供给。本***电器控制可依据使用地条件选择采用220V/380V电源。
（3）无污染
本装置在温度≤300℃的缺氧环境下热解、干馏，可能产生CxHy（短链碳氢化合物）、H2（氢气）、CO（一氧化碳）、H2O（水蒸气）、NOx（氮氧化合物）、SO2（二氧化硫）、HCl（氯化氢）等。在二次燃烧室中通过磁化热处理器去除（在850℃以上的温度中停留时间≥2s）上述物质。由于采用缺氧分解工艺，排气量少，有利于减轻对大气环境的二次污染；废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在固体炭灰中；NOx的产生量少。
（4）成本低、适应性好
本装置投资少，体积小、占地小、布局灵活、移动方便。垃圾收集后简单分类即可直接处理，可以处理各种类型的垃圾。
运行不受地域、季节天气、昼夜限制，可以实现生活垃圾就地处理，无需收集转运，从而杜绝了填埋和焚烧的诸多弊病，节约运输成本和其他设备的投入。既改善了社区公共环境，又缓解了交通运输压力，还避免了在运输过程中对环境的二次污染和病疫传播。
（5）环境友好
本装置简易分选出金属、玻璃、建材、塑料等可直接循环利用的原料，实现了垃圾的直源化循环利用；再将分选剩余的有机物采用低温热解技术来分解垃圾。有机物热解在缺氧条件下能杜绝二噁英等有害物的合成，特别是热解温度段的选择也有意避开二噁英生成的敏感温度，实现对环境的“零污染”。
附图说明
图1为一体化生活垃圾缺氧热分解处理装置；
图2为磁化热处理器的示意图；
其中，1灰渣室 ；2碱液箱； 3无烟焚烧炉；4循环泵；5磁化热处理器；6碱液喷淋洗涤***；7引风机；8活性炭吸附层；9烟囱；10保温棉；11电磁加热圈；12石墨圈。
具体实施方式
一种生活垃圾缺氧热分解处理装置，包括无烟焚烧炉3、磁化热处理器5、碱液喷淋洗涤***6、活性炭吸附层8及烟囱9，无烟焚烧炉3、磁化热处理装置5、活性炭吸附层6从下到上依次设置，并且外部设置有壳体包覆，壳体上端设置有烟囱9；无烟焚烧炉下端为灰渣室1，灰渣室上有门，可以关闭；
无烟焚烧炉3对应壳体的侧壁上设置有鼓风机，通过鼓风机对无烟焚烧炉鼓风，从而加快垃圾的热解过程；通过对外部空气流量的控制使热解温度保持在300℃以下；然后停止鼓风，关闭灰渣室的门，从而使该装置在缺氧环境下对垃圾进行热解；
无烟焚烧炉3上方设置有磁化热处理器5；磁化热处理器外侧设置有筒圈，筒圈侧壁设置有若干个出烟孔，筒圈上端设置有锥型顶盖，锥型顶盖边沿伸出筒圈上边沿外；筒圈下端设置有环状集液槽，锥型顶盖边沿留下的液体能够流入集液槽中，集液槽与外部收集箱通过管道连接；
磁化热处理器5包括保温棉10、电磁加热圈11和石墨圈12，石墨12圈设置在无烟焚烧炉3上方，石墨12圈外侧设置有保温棉10，保温棉10外侧设置有电磁加热圈11；
碱液喷淋洗涤***包括碱液箱2、提升泵、输料管和雾化喷嘴，所述碱液箱通过输料管与雾化喷嘴连接，输料管上设置有提升泵；碱液箱设置在无烟焚烧炉对应壳体的侧壁，雾化喷嘴有若干个，由固定架设置在磁化热处理器5上方；
活性炭吸附层8设置在雾化喷嘴的上方，活性炭吸附层与雾化喷嘴之间的壳体侧壁上设置有引风机7，引风机7的进风口在下，引风机的出风口在上，雾化喷嘴与壳体形成喷淋冷却室，活性炭吸附层形成活性炭吸附室，引风机把喷淋冷却室和活性炭吸附室连接在一起。也就是在雾化喷嘴上方的壳体侧壁上设置一个引风机，将下端的烟气抽出来送到上端，从而增加烟气的动力。
进一步，其使用方法为：将垃圾投入到垃圾无烟焚烧炉内，垃圾温度加热到200℃~300℃；通过鼓风机对无烟焚烧炉鼓风，从而加快垃圾的热解过程；通过对外部空气流量的控制使热解温度保持在300℃以下；然后停止鼓风，从而使该装置在缺氧环境下对垃圾进行热解；引风机把雾化喷嘴与壳体形成的喷淋冷却室和活性炭吸附层形成的活性炭吸附室连接在一起，使炉内形成负压提高烟气在炉中的上升速度，从而加速生活垃圾的热解过程。
工艺流程
生活垃圾经人工简单分拣，经人工或机器加料装置通过进料口均匀进入热解室，在炉膛底部点火后，生活垃圾开始燃烧并释放大量的热，同时经鼓风机往热解室中鼓入适量的空气，使垃圾热解更加充分，热空气在风机作用下与生活垃圾接触，生活垃圾自上而下经干燥层、热解气化层和燃烧层，并最终产生无害灰渣。热解过程正常启动后控制热解室补氧风，使其保持缺氧热解。热解气化层产生的可燃气体和烟气经引风机作用（引风产生负压）通过烟气磁化热处理装置进一步处理，经高温（≥850℃）使热解产生的气体充分燃烧和分解，减少污染物排放量。尾气净化***采用喷淋碱洗+活性炭吸附技术，可对烟气中的粉尘、SO2、NOx和重金属等污染物成分进行有效脱除，使尾气达标排放。
主反应装置工作原理
2.1生活垃圾在处理装置中的运行说明
人工（或机械）进料→热解室升温至200℃~300℃→控制空气量将温度保持在300℃以下（在垃圾热分解过程中，以防止二噁英的产生）→烟气在磁化热处理器中控制有效的过剩空气量，维持≥850℃温度下使其停留时间在2.5s以上，使烟气中有毒有害物质充分分解→烟气通过碱液喷淋洗涤进行急冷、脱酸。（急冷在0.5s时间内将烟气冷却至200℃以下，以防止二噁英的产生；脱酸是通过碱液对烟气中的酸性物质进行中和。）→引风机→烟气通过活性炭吸附过滤→烟囱达标排放。
一体化生活垃圾缺氧热分解处理装置的技术说明
将垃圾投入到垃圾无烟焚烧炉内，将垃圾温度加热到200℃~300℃。正常启动后通过鼓风***对无烟焚烧炉鼓风，从而加快垃圾的热解过程。热解室内温度升高至200℃时垃圾开始还原分解，通过对外部空气流量的控制使热解温度保持在300℃以下（热解温度在低于350℃下可有效消除二噁英的产生）。无烟焚烧炉正常工作后停止鼓风，从而使该装置在缺氧环境下对垃圾进行热解。磁化热处理器炉膛段设有一台引风机，把喷淋冷却室与活性炭吸附室连接在一起，通过变频控制引风量的大小，其主要作用是使炉内形成负压提高烟气在炉中的上升速度，从而加速生活垃圾的热解过程。
通过文献资料和焚烧炉运行案例表明，已分解的多氯联苯类物质在遭遇C原子和CuCl2催化的条件下，在250℃~300℃还会再合成二噁英。
热解气化技术是使无烟焚烧炉中缺氧呈还原环境，Cu、Al、Fe不会被氧化生成CuO等，也就不会产生CuCl2。缺少了CuO、CuC12等化合物的催化剂，就无法再次合成二噁英。
热解气化技术能实现减少NOx和SO2的排放，这是因为垃圾在无烟焚烧炉中缺氧环境下进行热解，N、S极少被氧化而残留在炉渣中。
垃圾在干燥过程中产生的水蒸气可作为热解气化层的部分气化剂，气化产生的可燃气体可作为燃烧层的助燃剂。
本装置中考虑到垃圾在无烟焚烧炉内经热分解和气化反应生成CO、气态烃类等可燃物质混入烟气中，而垃圾热解气化后产生的残留物（焦油、碳素等）在燃烧层继续充分燃烧。采用（或预留）的电磁感应加热是利用电磁感应的方法使被加热的材料内部产生交的电流（即涡流），涡流使物体内部的原子高速无规则运动，原子相互碰撞、摩擦而产生热能，从而达到加热物体的目的。磁化热处理器主要通过电磁加热圈按一定规律均匀缠绕在石墨外的保温棉上。无烟焚烧炉产生的烟气经过磁化热处理器，在850℃以上温度且停留时间≥2.5 s，能使多氯联苯类物质、残炭等完全燃烧分解，使二噁英的残留量极少。磁化热处理器可通过太阳能、风能等提供电源。
烟气通过磁化热处理器后再经炉体上部碱液喷淋洗涤***，旋喷雾状碱液与烟气充分接触在0.5 s内快速冷却至200℃（防止有害气体的合成）以下，并通过碱液中和烟气中SO2等气体。碱液储存于垃圾热解气化炉膛外的储液箱中，碱液为5%的NaOH溶液，通过循环泵将碱液输送到碱液喷淋洗涤***的顶部，NaOH溶液经雾化喷嘴（单流体喷头）雾化后通过旋喷在装置中形成一个高密度碱性雾滴悬浮区域，烟气中SO2、HCl等酸性气体（物质）通过此区域时和NaOH雾滴进行中和反应，将酸性成分去除。
反应式如下：
NaOH+HCl→NaCl+H2O
2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O
烟气经碱液降温和脱酸后经引风机使烟气通过上层活性炭层吸附装置进行吸附，达到烟气净化的效果。活性炭的强吸附性和一定的催化活性可以同时实现NOx、重金属、粉尘、二噁英的脱除，吸附，经净化处理后烟气最终经烟囱排放。排放的烟气满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485—2014）的要求。
垃圾在热解气化燃烧室内燃烧完全后产生灰渣，灰渣排入底部的灰渣室，通过人工定期清除集中进行处理。
本工艺功能设计
本工艺既可处理农村秸秆，又可以处理农村、城镇小区生活垃圾（可含少量医用垃圾）。前者处理采用经无烟焚烧炉，利用在控氧条件下，以热裂解（俗称焖烧）方式进行，初始开启鼓风机引燃后再停机，接着启用引风机把烟气导流至二燃室内补风充分燃烧，烟气进行碱液喷淋循环使其被净化。而后者处理方式则是采用经无烟焚烧炉，在绝氧（缺氧）条件下，使产生烟气的高于200℃，启用引风机把烟气导流至二燃室内，通过≥850℃高温下超过2s实现二次燃烧（特殊安装的磁化热处理器），再进行碱液喷淋循环净化，来达到有效控制二恶英的产生。本设备可以方便地进行二种模式切换，提高了焚烧炉适用范围。
适用垃圾处理类型
生活垃圾通常指在日常生活中产生的固体废物。可处理的垃圾及不可处理的垃圾具体分类如下：
（1）可处理的垃圾
日常生活垃圾指塑料、餐盒、皮革、废衣物、废纸、厨余、木屑、秸秆。
（2）不可处理的垃圾
金属、陶瓷、玻璃、石头、石膏、水泥、建筑垃圾、电池、液体、废水等阻燃性和含卤素类垃圾。
一体化生活垃圾缺氧热分解处理装置处理垃圾的过程中，通过人工简单分拣垃圾，分拣出可循环综合利用的塑料、金属、纸品、布料、皮革、橡胶、鞋类、纺织物、玻璃、有色金属和金属废料及木材骨料等分类综合利用；对废电池、重金属、危险品等有害物质收集送至具有处理资质单位处理。
5.一体化生活垃圾缺氧热分解处理装置用途
一体化生活垃圾缺氧热分解处理装置可集中处置农村垃圾，如树枝树叶、秸秆、杂草蔬菜叶、废纸废衣物、废塑料、餐厨垃圾（可含注射器具、棉签纱布等医用垃圾）等。
此外，该装置也可集中处置城镇小区垃圾，如废纸废衣物、餐厨（食品）垃圾、废纸废衣物、塑料、餐盒、皮革等。

Claims (2)

1.一种生活垃圾缺氧热分解处理装置，其特征在于，包括无烟焚烧炉、磁化热处理器、碱液喷淋洗涤***、活性炭吸附层及烟囱，无烟焚烧炉、磁化热处理装置、活性炭吸附层从下到上依次设置，并且外部设置有壳体包覆，壳体上端设置有烟囱；无烟焚烧炉下端为灰渣室； 无烟焚烧炉上设置有鼓风机； 无烟焚烧炉上方设置有磁化热处理器；磁化热处理器外侧设置有筒圈，筒圈侧壁设置有若干个出烟孔，筒圈上端设置有锥型顶盖，锥型顶盖边沿伸出筒圈上边沿外；筒圈下端设置有环状集液槽，锥型顶盖边沿留下的液体能够流入集液槽中，集液槽与外部收集箱通过管道连接； 磁化热处理器包括保温棉、电磁加热圈和石墨圈，石墨圈设置在无烟焚烧炉上方，石墨圈外侧设置有保温棉，保温棉外侧设置有电磁加热圈；碱液喷淋洗涤***包括碱液箱、提升泵、输料管和雾化喷嘴，所述碱液箱通过输料管与雾化喷嘴连接，输料管上设置有提升泵；碱液箱设置在无烟焚烧炉对应壳体的侧壁，雾化喷嘴有若干个，由固定架设置在磁化热处理器上方； 活性炭吸附层设置在雾化喷嘴的上方，活性炭吸附层与雾化喷嘴之间的壳体侧壁上设置有引风机，引风机的进风口在下，引风机的出风口在上，雾化喷嘴与壳体形成喷淋冷却室，活性炭吸附层形成活性炭吸附室，引风机把喷淋冷却室和活性炭吸附室连接在一起。
2.如权利要求1所述的一种生活垃圾缺氧热分解处理装置，其特征在于，其使用方法为：将垃圾投入到垃圾无烟焚烧炉内，垃圾温度加热到200℃~300℃；通过鼓风机对无烟焚烧炉鼓风，从而加快垃圾的热解过程；通过对外部空气流量的控制使热解温度保持在300℃以下；然后停止鼓风，从而使该装置在缺氧环境下对垃圾进行热解；引风机把雾化喷嘴与壳体形成的喷淋冷却室和活性炭吸附层形成的活性炭吸附室连接在一起，使炉内形成负压提高烟气在炉中的上升速度，从而加速生活垃圾的热解过程。
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