CN117091138A - 一种生活垃圾热转化-热分选耦合工艺和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生活垃圾热转化‑热分选耦合工艺及装置，所述热转化包括烘焙和热解两种方式，所述热转化‑热分选耦合工艺包括干燥步骤、热转化破碎步骤、一级流化热转化筛分步骤、二级流化热转化筛分步骤共四步流程。本发明能够实现对生活垃圾物料的边热转化、边破碎、边分离处理，热转化与破碎分离过程耦合协同，相互强化，可以显著提高生活垃圾热转化反应速率和转化效率，并可同时回收除热转化提质燃料之外的包括金属和非金属无机物在内的多种分选产品，尤其是所得提质燃料具有粉状性态，适合用作粉料锅炉和/或气流床气化原料，具有突出的资源化高值化利用价值。

Description

一种生活垃圾热转化-热分选耦合工艺和装置

技术领域

本发明涉及垃圾清洁焚烧和资源化利用领域，具体的涉及一种生活垃圾热转化-热分选耦合工艺和装置。

背景技术

随着我国城镇化进程不断推进，近年来生活垃圾产量逐年递增，垃圾清运成为了城市可持续发展的巨大负担，因此高效的垃圾处理技术对于破解“垃圾围城”困局具有重要意义。

生活垃圾成分复杂，包括餐厨垃圾、纸张、塑料制品、玻璃制品、金属等多种组成。目前，生活垃圾主要通过填埋、厌氧发酵、焚烧等方式进行处理（如中国专利CN219036642U、CN102897972A），然而，可供填埋的土地资源有限，厌氧发酵周期长、效率低，直接焚烧则会对环境造成二次污染及产生大量温室气体。同时，由于能源的巨大需求，包括气化、烘焙、热解和水热碳化在内的热化学转化与高值化利用技术受到广泛关注。

然而，原始生活垃圾含水率高、均一性差及能量密度低等缺点使其并不适合进行直接焚烧或直接气化，通常需对原生垃圾进行干燥、破碎等预处理之后方可进行焚烧或气化处置，但原生垃圾中软粘组分较多，可破碎性和可研磨性较差，预处理效率极低，严重限制了垃圾焚烧或气化技术的实施效果和应用效率，因此有必要开发原生垃圾预处理技术，使其适合用作燃烧和气化原料，或不通过破碎预处理即可直接进行边转化边破碎的热转化提质技术。

烘焙和热解，是一种在惰性气氛下的燃料热转化提质技术，能够显著改善生活垃圾的燃料特性，如提高能量密度、可磨性及均一性等，并可在后续燃烧或气化反应中，有效改善燃料的燃烧稳定性，或提升气化反应的冷媒气效率（CGE）及合成气品质。

尽管烘焙或热解转化存在诸多优点，但目前将烘焙或热解技术与垃圾焚烧或垃圾气化工艺相结合的实际应用却并不多见。其原因在于，现有烘焙及热解技术仍面临以下几方面主要问题。首先，与气化和燃烧相比，烘焙或热解处理的操作温度较低，导致物料表面升温较慢，而未破碎物料的体积较大，内部升温更慢，尤其是已经转化的表面产物附着于物料外侧，同时多孔的产物层结构导致表面产物的导热速率较低，进一步限制了热量向物料内部的传递，不利于物料的内部升温，导致热转化效果欠佳，生产效率较低，操作时间较长。第二，垃圾物料的组成和体积分布非常不均，某确定温度下，可能出现小颗粒易反应物料已经完全转化，而大体积难反应物料尚未充分反应的状况，导致烘焙或热解效率低下。

鉴于此，本发明提出一种能够边热转化、边破碎、边分离，即热转化与破碎分离过程耦合协同，相互强化的技术方案，可在热转化和破碎过程中快速剥离物料表面形成的多孔产物壳，将物料内部暴露于热转化温度中，显著提高垃圾热转化反应速率和转化效率，并可同时回收除热转化提质燃料之外的多种分选产品，尤其是所得提质燃料具有粉状性态，适合用作粉料锅炉和/或气流床气化原料，具有突出的资源化高值化利用价值。

发明内容

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

如无特殊说明，本发明中所述的含量均指质量含量；本发明中所述的操作温度均指固体物料从某一装置排出时的温度。

一种生活垃圾热转化-热分选耦合工艺，包括依次执行的干燥步骤、热转化破碎步骤、一级流化热转化筛分步骤和二级流化热转化筛分步骤，其中，所述干燥步骤指通过烘干装置对生活垃圾进行干燥处理，以脱除生活垃圾所含的大量水分，所得干生活垃圾进入下游热转化破碎装置；所述热转化破碎步骤对经干燥的生活垃圾执行边破碎、边热转化处理。

所述烘干装置可以是回转筒烘干装置、螺旋输送烘干装置、履带式烘干装置等本领域常规的烘干装置；所述烘干装置与其下游侧的热转化破碎装置之间采用保温输送，以降低两步骤之间输送过程的热量损失。

优选的，所述干燥步骤的操作温度为120-180℃；

优选的，经干燥步骤处理的物料含水率不超过5%；

优选的，所述干燥步骤所需热量由第一气体热载体提供，所述第一气体热载体至少包括第一吹扫气部分，所述第一吹扫气与待干燥物料以直接接触的方式进行传热传质，向待干燥物料提供干燥所需热量，并夹带走自物料表面蒸发的水蒸气；吹扫后产生的气相物流通入燃烧或烟气净化***。

所述热转化破碎步骤在不低于干燥处理温度的温度条件下进行。

该处对热转化破碎步骤的处理温度的限定是重要的，原因在于生活垃圾中的部分组成如餐厨垃圾、塑料制品等在干燥温度下表现出软黏特性，因而不利于破碎过程（会出现黏刀、物料重新粘黏等问题）。现有技术中一般在干燥处理之后将物料降温，以降低物料黏性后再执行破碎过程。但由于物料破碎后的处理步骤中，仍需要将物料加热以进行热转化操作，显然，破碎前的降温与破碎后的再加热过程导致了热量的大量损失。

为避免该部分热量损失，本发明在破碎步骤前不对物料进行降温，并在破碎过程中同时引入热转化处理以降低垃圾物料在该温度下的黏性，从而克服干燥温度下不利于破碎的技术障碍。

具体的，在热转化破碎步骤中向待破碎物料提供第二气体热载体以实现边破碎、边热转化处理。

该处的第二气体热载体向破碎阶段的物料提供热转化所需温度，使得物料即使在被破碎并形成新的软黏断面的情况下，该软黏断面也可以快速分解脱水和/或热转化从而在该破碎形成的新软黏断面处形成脆性产物壳，进而有效解决软黏物料的破碎问题。

所述第二气体热载体至少包括从物料表面流过的第二吹扫气，所述第二吹扫气可以夹带走从物料表面分解产生的水分及因破碎作用而被从物料表面剥落的细小燃料颗粒。

具体的，所述热转化破碎步骤，是通过加热条件下的破碎设备对来自于干燥装置的物料进行边热转化边破碎处理，不断剥落的热转化产物中粒径和密度较小的细粉随第二吹扫气进入气固分离装置，分别得到气相产物和粉状热转化提质燃料，未充分转化的较大颗粒和块体进入下游一级流化热转化筛分步骤。

优选的，所述热转化破碎步骤采用内、外同时换热的双层回转筒装置，其中内筒作为破碎通道，内部设有机械破碎部件，所述内筒两端分别连接烘干装置的物料出口和下游一级流化床的物料进口，同时所述内筒两端还分别设有第二吹扫气进出口，所述第二吹扫气与待破碎物料在内筒中顺流接触；所述第二吹扫气出口连通气固分离设备，其用于将第二吹扫气中夹带的细粉从气流中分离从而得到热转化提质燃料颗粒；所述外筒两端设置有第二气体热载体进出口，用于向内外筒夹层中通入除第二吹扫气之外的第二气体热载体。

优选的，所述机械破碎部件的作用形式包括剪切（反向运动的金属切刀）和/或锤击（不断下落的金属链球）；

优选的，所述热转化破碎装置的操作温度为180-250℃。

经热转化破碎步骤处理后，剩余的颗粒物料被输送至一级流化床进行一级流化热转化筛分处理。

具体的，通过向一级流化床下部提供第三气体热载体以执行一级流化热转化筛分处理；由热转化破碎单元产生的无机颗粒在所述一级流化床内形成研磨床料，所述研磨床料的密度小于金属铝但大于垃圾中的细小有机质和细小燃料颗粒；通过调节所述第三气体热载体的供应量和气速，使得研磨床料在流化床内呈沸腾流化状态，并通过机械振动改善不均匀颗粒的流化效果；粉状热转化提质燃料随流化气进入气相，并去往气固分离单元；金属等重质组分及部分大颗粒有机质处于非流化状态并沉积于床底形成底料，所述底料在机械振动作用下进入螺杆气流双向输送机构；底料中的轻质物料（此处的轻质物料指相对于金属为轻质）在所述螺杆气流双向输送机构中被反吹回流化床气相空间，其中未充分反应的大颗粒有机质再次沉降并与气体热载体和研磨床料充分接触，继续转化并不断破碎，得到粉状热转化提质燃料；所述底料中未被吹回流化床的重质物料通过螺杆气流双向输送机构排出***，所述外排底料的金属含量不低于80%；所述第三气体热载体包括热解气和/或气化气和/或氧气体积含量不超过0.5%的烟气。

所述第三气体热载体作为流化气体一方面使颗粒物在一级流化床内沸腾流化，另一方面向颗粒物提供热转化所需温度。

调整所述第三气体热载体的供应量、气速和振动强度使得研磨床料在流化床内呈沸腾流化状态。

来自于热转化破碎步骤的颗粒物料中含有餐厨、纸屑、塑料等有机颗粒，细砂、泥土、玻璃等无机颗粒还包括铁、铜、铝等金属块体。其中，有机颗粒的密度比研磨床料小，金属块体的密度则比研磨床料大。因此，在本发明设定的流化气速和振动条件下，以无机颗粒为主要成分的研磨床料在所述一级流化床内呈现沸腾流化状态；密度小于研磨床料的有机组分受到第三气体热载体的加热，从而在其表面发生热转化并形成产物壳，同时还承受沸腾状态的无机颗粒的持续摩擦，该摩擦作用使得有机小颗粒表面的产物壳剥落，并使得新的热转化表面暴露在第三气体热载体中，从而加速热转化进程。尺寸较大的有机颗粒虽然在初期难以流化，但随着其表面热转化反应的持续进行及因与研磨床料的摩擦作用而导致的产物壳持续剥离，大尺寸的有机颗粒逐渐转变为可流化的小尺寸有机颗粒。另一方面，由于金属块体的密度大于研磨床料，因此，其在本发明设定的流化气速条件下无法被流化，从而在床层底部富集形成底料。

优选的，为解决物料在流化床内的持续累积问题，本发明在所述一级流化床的底部设置螺杆气流双向输送机构，用于排出以金属块体为主要成分的底料，在一级流化床的中上部设置第一溢流出口以用于排出流化状态的尚未充分转化的有机质和无机物颗粒。

优选的，为改善流化床内的气流均布特性，防止大颗粒物料及金属块体堵塞流化气体的布气通道，本发明采用横纵交叉的气体管路作为布风板，并将其设置于高于底料高度的水平面上，气体管路交叉点处设有风帽；大颗粒物料和金属块体通过管路空隙落入布风板下部的底面倾斜的底料堆积区；所述不流化底料在机械振动作用下沿倾斜表面向下移动进入螺杆气流双向输送机构；所述螺杆气流双向输送机构包括一水平输送螺杆，及设在水平输送螺杆下部的气体分布器；螺杆下部吹入的气流将螺杆内的轻小物料吹离螺杆并返回流化床上部空间，返回物料中尚未充分转化的大颗粒有机组分再次沉降并与气体热载体和研磨床料充分接触，与床料的碰撞摩擦促进了有机组分表面的产物壳形成、剥离和再次转化，得到粉状热转化提质燃料；所述螺杆气流双向输送机构内未被吹回流化床的重质物料在螺杆推送作用下排出***，所述外排底料的金属含量不低于80%；所述第三气体热载体包括热解气和/或气化气和/或氧气体积含量不超过0.5%的烟气。

其中，从螺杆气流双向输送机构被吹离的颗粒物经由独立的流动返料路径返回至一级流化床气相空间的上部；具体的，通过在所述螺杆气流双向输送机构上方设置隔板在所述一级流化床内构建出连通其气相空间上部的返料路径；所述隔板底部高于斜板形成底料进入螺杆气流双向输送机构的通道。

优选的，所述一级流化热转化筛分装置的操作温度为280-310℃；

从所述一级流化床的溢流口排出的无机颗粒物中包含有粗砂、细砂、玻璃渣等，还夹杂有较多未完全转化的有机颗粒及部分产物壳碎屑。将该部分物料继续引入二级流化床进行二级流化热转化筛分处理。

所述二级流化床中，从二级流化床底部通入第四气体热载体作为流化气体；所有物料位于布风板上部，通过调节所述第四气体热载体的供应量和气速，使得床内物料呈沸腾流化状态，并通过机械振动改善不均匀颗粒的流化效果；沸腾过程中有机颗粒表面继续发生热转化反应并与流化的无机物颗粒摩擦，剥离的产物壳碎屑随气体热载体进入气相，即粉状热转化提质燃料从二级流化床顶部排出，去往气固分离单元；所述二级流化床，竖直方向上分别设置两处物料溢流出口，较重物料由下部溢流口排出，轻质物料由上部溢流口排出；优选的，所述二级流化床的下部溢流出料主要为玻璃渣和粗沙粒，其中非金属无机物含量不少于95%；优选的，所述二级流化床的上部溢流出料主要为细沙粒，其中非金属无机物含量不少于98%；所述第四气体热载体包括热解气和/或气化气和/或氧气体积含量不超过0.5%的烟气。

优选的，所述二级流化床的布风板是表面均匀嵌有风帽的水平金属板，由于大颗粒物料显著减少，所有床料位于布风板上部；

优选的，为改善流化床内的气流均布特性，防止大颗粒物及累积的金属块体堵塞流化气体的布气通道，本发明在所述二级流化床的底部设置振动装置，利用所述振动装置将不易流化的大颗粒振起，防止其在所述流化床底部形成密实填充从而堵塞布气通道；

优选的，所述二级流化热转化筛分装置的操作温度为310-600℃。

所述一级流化床和二级流化床顶部出口分别连通气固分离装置，用于将流化气体夹带的产物壳碎屑和/或有机物颗粒从气流中分离得到热转化提质燃料。

优选的，本发明中的第一气体热载体含氧量（均指体积含量）不超过2%，第二气体热载体含氧量不超过1%，第三和第四气体热载体含氧量不超过0.5%。该含氧量限制能够有效避免热转化过程中的***风险。

本发明还提供能执行前述生活垃圾热转化-热分选耦合工艺的装置，包括依次连通的烘干装置、热转化破碎装置、一级流化热转化筛分装置和二级流化热转化筛分装置；各装置之间采用保温连通以用于降低输送过程中的热损失。

所述烘干装置可以是回转筒烘干装置、螺旋输送烘干装置、履带式烘干装置等本领域常规的烘干装置。

所述热转化破碎装置包括外筒体和内筒体，其中，所述外筒体底部通过支架支撑固定；所述内筒体可转动的套设在外筒体中，且所述内筒体的左右两端超出外筒体并与所述外筒体转动密封，所述内、外筒体之间形成供第二气体热载体流通的夹套，且所述外筒体的两端分别设置有第二气体热载体进气口和第二气体热载体出气口；所述外筒体的外侧设有保温层。

所述内筒体超出外筒体的两端底部分别设有一对托轮，所述托轮用于对内筒体进行滚动支撑；所述内筒体的一端的外表面还设置有齿轮，所述齿轮与驱动装置配合以驱动内筒体转动。

所述内筒体的两端分别设置有进料端帽和出料端帽，所述进料端帽和出料端帽均与内筒体转动密封，且不跟随内筒体转动。其中，所述进料端帽上设置有物料进口，其用于向内筒体中引入干燥后的生活垃圾，还设置有第二吹扫气进口；所述出料端帽的底部设有物料出口，其用于排出经热转化破碎处理后的物料，所述出料端帽的顶部设有第二吹扫气出口；所述第二吹扫气出口连接气固分离装置。

所述内筒体内部设有破碎组件，所述破碎组件包括双向转轴及设置在所述双向转轴上的破碎部，所述破碎部包括剪切刀组和/或旋转锤组和/或链球组。其中，所述双向转轴由多段短轴及换向锥齿轮组组成，所述换向锥齿轮组通过依次啮合的三个锥齿轮使得相邻两根短轴反向旋转；各短轴上分别设置有破碎部，从而使得相邻短轴上的破碎部反向旋转。至少一根短轴的一端伸出内筒体的进料端帽或出料端帽并与动力部件驱动连接。

为进一步提高破碎效果，本发明的每一根短轴上均设置有多个破碎部，且同一根短轴上的多个破碎部具有两种相反的旋转方向。具体的，在同一根短轴上的多个破碎部中的一部分通过固定套接在该短轴上的固定盘或直接与该短轴固定连接，从而具有与该转轴相同的第一旋转方向；剩余的破碎部则通过行星齿轮组件与该短轴旋转连接，从而具有与该短轴相反的第二旋转方向。所述的行星齿轮组件包括与该短轴固定套接的中心齿轮、与所述中心齿轮啮合的传动齿轮、与所述传动齿轮啮合的齿圈及用于固定和/或支撑所述中心齿轮、传动齿轮及齿圈的框架（图中未示出）；所述剩余的破碎部固定在所述齿圈的外周壁，因而具有与该短轴相反的第二旋转方向。

优选的，同一根短轴上具有相反旋转方向的破碎部相互间隔设置。

所述内筒体倾斜设置以利用物料自身重力将待破碎物料向物料出口处输送。或者，所述内筒体内设有输送部件。所述输送部件可以是两端分别固定在进出料帽罩内，且位于内筒体下部的输送带；或者所述输送部件可以是固定在所述内筒体内壁面上的螺旋叶片，当所述内筒体旋转时，所述螺旋叶片推动物料向物料出口移动。

所述一级流化热转化筛分装置包括一级流化床，其进料口与热转化破碎装置的物料出口连通；所述一级流化床的下部设置有与一级流化床布风板连通的第三气体热载体入口和设在螺杆气流双向输送机构一端底部的第一卸料口，所述一级流化床的中上部设置有第一溢流口，顶部设有第三气体热载体出口；所述二级流化热转化筛分装置包括二级流化床，其进料口与第一溢流口连通；所述二级流化床底部设置有与气室连通的第四气体热载体入口。

优选的，本发明中的一级流化床和二级流化床为振动流化床（指利用振动辅助气体进行流化，而非替代气体）。

具体的，如图5所示，一级流化床布风板由横纵交叉的气体管路排列而成，布风板水平放置；所述气体管路的交叉点处设有风帽；所述交叉的气体管路构成的间隙尺寸为15~20mm。

优选的，所述一级流化床布风板下部空间的底面为与所述一级流化床主体固定连接的斜板，所述斜板与水平面夹角为5~10°，通过布置于流化床四个底角的电机对一级流化床施加振动作用。

在所述斜板最低位置一侧设置有与所述斜板上表面物料连通的螺杆气流双向输送机构；所述螺杆气流双向输送机构，包括一个水平输送螺杆，其下部设有沿所述输送螺杆轴向布置的气体分布器，通过该气体分布器向上吹入气流，将螺杆内的轻小物料吹离螺杆并返回流化床上部空间，螺杆内的较大较重物料在螺杆推送作用下排出。

优选的，所述一级流化床的水平截面为长方形，长宽比为2:1~4:1；以确保床料在床内有较长的运动距离和停留时间。

所述一级流床的沸腾床料通过第一溢流口进入二级流化床；所述一级流化床顶部流出的气相物流进入气固分离单元，所得气相物流进入气体净化单元或燃烧单元，所得固体物料即为粉状热转化提质燃料，收集待用。

所述二级流化床的布风板是表面均匀嵌有风帽的水平金属板，布风板下部为风室，所有床料位于布风板上部；所述二级流化床在竖直方向上设有两处床料溢流出口，较重物料由下部第二溢流口排出，轻质物料由上部第三溢流口排出。

优选的，所述二级流化热转化筛分装置的流化床水平截面为长方形，长宽比为3:1~5:1；以确保床料在床内有较长的运动距离和停留时间。

优选的，所述二级流化热转化筛分装置的流化床反应器，竖直平面为长方形，上部溢流口位置与下部溢流口位置相差2倍宽度以上。

相比于现有技术，本发明至少能够取得如下有益效果：采用热转化破碎装置实现对垃圾物料的边破碎、边热转化处理，其中热转化过程可以迅速在破碎形成的新断面处形成脆性产物壳，降低物料黏性，同时，破碎过程则可以持续的击碎物料表面的产物壳，使垃圾物料的内部暴露于热转化氛围下，破除物料表面的产物壳对热量向垃圾物料内部传递的阻碍；也即，在本发明的热转化破碎步骤中，热转化过程和破碎过程可以相互促进，且客观上实现了更良好的热转化和破碎效果，并且可以使干燥后物料不经降温而直接进行破碎，大幅减少了热量损失；采用同轴反向旋转的破碎部实现了对垃圾物料的高效破碎，能够有效避免因破碎不足导致大块物料进入流化床内，进而堵塞流化气通道的技术问题；通过对流化条件的合理调控，可以实现对垃圾物料颗粒中夹杂的金属块体、玻璃渣、粗细砂等物料的流化筛选。

附图说明

图1为本发明工艺的流程示意图；

图2为热转化破碎装置示意图；

图3为破碎部与通过固定盘与短轴固定连接的示意图；

图4为破碎部通过行星齿轮组与短轴驱动连接的示意图；

图5为一级流化床示意图；

图6为二级流化床示意图。

图中，1为物料进口，11为短轴，12为固定盘，13为中心齿轮，14为传动齿轮，15为齿圈，2为第二吹扫气进口，3为外筒体，31为第二气体热载体进口，32为第二气体热载体出口，33为外筒体保温层，4为内筒体，41为换向锥齿轮组，42为剪切刀组，43为旋转锤组，44为链球组，5为第二吹扫气出口，6为物料出口，7为一级流化床，71为一级流化床进料口，72为一级流化床布风板，73为斜板，74为第三气体热载体出口，75为第一溢流口，76为隔板，77为返料路径，8为二级流化床，81为二级流化床进料口，82为二级流化床布风板，83为第四气体热载体出口，84为第二溢流口，85为第三溢流口，9为振动装置，10为螺杆气流双向输送机构。

具体实施方式

实施例

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供一种生活垃圾热转化-热分选耦合工艺，包括依次执行的如下步骤：

S1、干燥步骤，用于对生活垃圾进行干燥处理，以脱除生活垃圾所含的大量水分；

S2、热转化破碎步骤，用于对经干燥的生活垃圾进行边破碎、边热转化处理，得到块状及颗粒状物料和粉状热转化提质燃料；

S3、一级流化热转化筛分步骤，用于对热转化破碎所得块状及颗粒状物料进行流化热转化筛分处理；

S4、二级流化热转化筛分步骤，用于对一级流化床溢流口排出的物料进行流化热转化筛分处理。

所述干燥步骤的操作温度为120-180℃，经干燥步骤处理的物料含水率不超过5%；

所述干燥步骤所需热量由第一气体热载体提供，所述第一气体热载体至少包括第一吹扫气部分，所述第一吹扫气与待干燥物料直接接触进行传热传质；吹扫后产生的气相物流通入燃烧或烟气净化***。

所述热转化破碎步骤在不低于干燥处理温度的温度的条件下进行。

具体的，在热转化破碎步骤中向待破碎物料提供第二气体热载体以实现边破碎、边热转化处理。所述第二气体热载体至少包括从物料表面顺流（指气体流动反向与物料输送方向一致）流过的第二吹扫气，所述第二吹扫气向物料提供热转化所需热量，并夹带走从物料表面蒸发的水分及因破碎作用而被从物料表面剥落的细小产物壳颗粒，第二吹扫气随后进入气固分离装置，分别得到气相产物和粉状热转化提质燃料，未充分转化的较大颗粒和块体进入下游的一级流化热转化筛分步骤。

所述热转化破碎步骤的破碎形式包括剪切和/或锤击。所述热转化破碎装置的操作温度为180-250℃。

通过向所述一级流化床下部提供第三气体热载体以执行所述一级流化热转化筛分处理。

调整所述第三气体热载体的供应量和气速使得床料在流化床内呈沸腾流化状态。

作为研磨床料的无机颗粒在所述一级流化床内呈现沸腾流化状态；密度小于研磨床料且粒径与研磨床料相当的有机小颗粒、剥离的产物壳颗粒等随流化气体从一级流化床顶部排出，且该有机小颗粒在上行过程中受到第三气体热载体的加热，从而在其表面发生热转化并形成产物壳，同时还承受沸腾状态的研磨床料及无机颗粒的持续摩擦，该摩擦作用使得有机小颗粒表面的产物壳剥落，并使得新的热转化表面暴露在第三气体热载体中。尺寸较大的有机颗粒难以流化，集聚在流化床底部并于床料摩擦而持续更新热转化表面，并最终转变为可流化的小尺寸有机颗粒；金属块体的密度大于研磨床料，在本实施例设定的流化气速条件下无法被流化，从而在床层底部富集。

所述一级流化床的底部设置螺杆气流双向输送机构，用于排出累积的金属块体，并将金属块体中混入的轻质物料吹回流化床气相空间，其中的较大有机质再次沉降并与气体热载体和研磨床料充分接触，继续反应并不断破碎；在一级流化床的中上部设置第一溢流出口，用于将累积的无机物颗粒和尚未完全转化的有机组分送入二级流化床。

所述一级流化床的底部设置振动装置。所述振动装置可以改善不均匀大颗粒物料的流化效果，并可通过机械振动将不能被流化的沉积于床底的重质物料在斜面及重力作用下送入所述一级流化床底部的螺杆气流双向输送机构。

优选的，所述一级流化床的水平截面为长方形，长宽比为2:1~4:1；以确保床料在床内有较长的运动距离和停留时间；

优选的，所述一级流化热转化筛分装置的操作温度为280-310℃；

从一级流化床的溢流口排出的物料继续引入二级流化床进行二级流化热转化筛分处理。

所述二级流化床中，有机颗粒表面继续发生热转化反应并与流化的无机物颗粒摩擦，剥离的产物壳碎屑从二级流化床顶部排出；细砂颗粒从二级流化床上部的溢流口排出，粗砂及玻璃渣从二级流化床下部的溢流口排出。

所述一级流化床和二级流化床顶部出气口分别连通气固分离装置，用于将流化气体夹带的产物壳碎屑和/或有机物颗粒从气流中分离得到热转化提质燃料。

所述二级流化热转化筛分装置的流化床水平截面为长方形，长宽比为3:1~5:1；以确保床料在床内有较长的运动距离和停留时间；

所述二级流化热转化筛分装置的操作温度为310-600℃。

其中，第一气体热载体含氧量不超过2%，第二气体热载体含氧量不超过1%，第三和第四气体热载体含氧量不超过0.5%。

实施例2

参见图1-5，本实施例提供一种生活垃圾热转化-热分选耦合工艺的装置，包括依次连通的烘干装置、热转化破碎装置、一级流化热转化筛分装置和二级流化热转化筛分装置；各装置之间采用保温连通以用于降低输送过程中的热损失。

本实施例中所采用的烘干装置为回转窑烘干装置。也可以采用如螺旋输送烘干装置、履带式烘干装置等本领域常规的烘干装置。

所述热转化破碎装置包括外筒体3和内筒体4，其中，所述外筒体3底部通过支架10支撑固定；所述内筒体4可转动的套设在外筒体3中，且所述内筒体4的左右两端超出外筒体3并与所述外筒体3转动密封，所述内、外筒体之间形成供第二气体热载体流通的夹套，且所述外筒体3的两端分别设置有第二气体热载体进气口31和第二气体热载体出气口32；所述外筒体3的外侧设有保温层33。

所述内筒体4超出外筒体3的两端底部分别设有一对托轮，所述托轮用于对内筒体4进行滚动支撑；所述内筒体4的一端的外表面还设置有齿轮8，所述齿轮8与驱动装置7配合以驱动内筒体4转动。

所述内筒体4的两端分别设置有进料端帽和出料端帽，所述进料端帽和出料端帽均与内筒体4转动密封，且不跟随内筒体4转动。其中，所述进料端帽上设置有物料进口1，其用于向内筒体中引入干燥后的生活垃圾，还设置有还设有第二吹扫气进口2；所述出料端帽的底部设有物料出口6，其用于排出经热转化破碎处理后的物料，所述出料端帽的顶部设有第二吹扫气出口5；所述第二吹扫气出口5连接气固分离装置。

所述内筒体4内部设有破碎组件，所述破碎组件包括双向转轴及设置在所述双向转轴上的破碎部，所述破碎部包括剪切刀组42和/或旋转锤组43和/或链球组44。其中，所述双向转轴由多段短轴11及换向锥齿轮组41组成，所述换向锥齿轮组41通过依次啮合的三个锥齿轮使得相邻两根短轴11反向旋转；各短轴11上分别设置有破碎部，从而使得相邻短轴11上的破碎部反向旋转。至少一根短轴11的一端伸出内筒体4的进料端帽或出料端帽并与动力部件驱动连接。

为进一步提高破碎效果，本发明的每一根短轴11上均设置有多个破碎部，且同一根短轴11上的多个破碎部具有两种相反的旋转反向。具体的，在同一根短轴11上的多个破碎部中的一部分通过固定套接在该短轴11上的固定盘12或直接与该短轴11固定连接，从而具有与该转轴相同的第一旋转方向；剩余的破碎部则通过行星齿轮组件与该短轴11旋转连接，从而具有与该短轴11相反的第二旋转方向。所述的行星齿轮组件包括与该短轴11固定套接的中心齿轮13、与所述中心齿轮13啮合的传动齿轮14、与所述传动齿轮14啮合的齿圈15及用于固定和/或支撑所述中心齿轮13、传动齿轮14及齿圈15的框架（图中未示出）；所述剩余的破碎部固定在所述齿圈15的外周壁，因而具有与该短轴11相反的第二旋转方向。

同一根短轴11上具有相反旋转方向的破碎部相互间隔设置。

所述内筒体4倾斜设置以利用物料自身重力将待破碎物料向物料出口6处输送。或者，所述内筒体4内设有输送部件（图中未示出）。所述输送部件可以是两端分别固定在进出料帽罩内，且位于内筒体4下部的输送带；或者所述输送部件可以是固定在所述内筒体4内壁面上的螺旋叶片，当所述内筒体4旋转时，所述螺旋叶片推动物料向物料出口6移动。

所述一级流化热转化筛分装置包括一级流化床7，其进料口71与热转化破碎装置的物料出口6连通；如图5所示，一级流化床布风板72由横纵交叉的气体管路排列而成，且水平放置；所述气体管路的出气口竖直朝上设置；所述交叉的气体管路构成的间隙尺寸15~20mm。所述一级流化床7的中上部设置有第一溢流口75，顶部设有第三气体热载体出口74；所述二级流化热转化筛分装置包括二级流化床8，其进料口81与第一溢流口75连通；所述二级流化床布风板82是表面均匀嵌有风帽的水平金属板，布风板下部为风室，所有床料位于布风板上部；所述二级流化床8在竖直方向上设有两处床料溢流出口，较重物料由下部第二溢流口85排出，轻质物料由上部第三溢流口84排出。

优选的，所述一级流化床布风板72下部空间的底面为与所述一级流化床主体固定连接的斜板73，所述斜板73与水平面夹角为5~10°，通过电机驱动的振动装置9对所述一级流化床7施加振动作用。

在所述斜板73最低位置一侧设置有与所述斜板73的上表面物料连通的螺杆气流双向输送机构10；所述螺杆气流双向输送机构10，包括一个水平输送螺杆，其下部设有沿所述输送螺杆轴向布置的气体分布器，通过该气体分布器向上吹入气流，将螺杆内的轻小物料吹离螺杆并返回流化床上部空间，螺杆内的较大较重物料在螺杆推送作用下排出。

其中，从螺杆气流双向输送机构10被吹离的颗粒物经由独立的返料路径返回至一级流化床7的气相空间的上部；具体的，通过在所述螺杆气流双向输送机构10上方设置隔板76，在所述一级流化床7内构建出连通其气相空间上部的返料路径77；所述隔板76底部高于斜板73，形成底料进入螺杆气流双向输送机构10的通道。

优选的，所述一级流化床7的水平截面为长方形，长宽比为2:1~4:1；以确保床料在床内有较长的运动距离和停留时间。

优选的，所述螺杆气流双向输送机构10，通过螺杆排出的不流化底渣的金属含量不低于80%。

所述一级流化床7的沸腾床料通过第一溢流口75进入二级流化床8；所述一级流化床7顶部流出的气相物流进入气固分离单元，所得气相物流进入气体净化单元或燃烧单元，所得固体物料即为粉状热转化提质燃料，收集待用。

优选的，所述二级流化床8，竖直截面为长方形，上部溢流口位置与下部溢流口位置相差2倍宽度以上。

优选的，所述二级流化床的底部设置振动装置。所述振动装置可以改善不均匀大颗粒物料的流化效果。

所述二级流化热转化筛分装置的下部溢流出料，主要为玻璃渣和粗沙粒，其中非金属无机物含量不少于95%，收集待用；上部溢流出料，主要为细沙粒，其中非金属无机物含量不少于98%，收集待用。

优选的，所述二级流化热转化筛分装置的气相物流进入气固分离单元，所得气相物流进入气体净化单元或燃烧单元，所得固体物料即为粉状热转化提质燃料，收集待用。

优选的，所述二级流化床8水平截面为长方形，长宽比为3:1~5:1；以确保床料在床内有较长的运动距离和停留时间。

应用实例1

一号垃圾原料，初始含水率50%，进料量2000kg/h，进料温度30℃，垃圾原料进入固体出料温度为140℃的回转窑干燥装置，该装置采用的第一气体热载体为氧含量2%的热烟气，干燥处理后，垃圾含水率降至3%。来自于干燥装置的脱水物料进入出料温度为228℃的热转化破碎装置，该装置采用的第二气体热载体为氧含量1%的热烟气，处理后气相物流进入气固分离装置，得到热转化提质燃料；大颗粒固体物料进入下游一级流化热转化筛分装置。来自于热转化破碎装置的固体物料进入出料温度为289℃的一级流化热转化筛分装置，该装置的采用的第三气体热载体（流化气）为氧含量0.5%的热烟气，处理后气相物流进入气固分离装置，得到热转化提质燃料；不流化底渣通过一级流化床底部螺杆气流双向输送机构排出，收集待用；沸腾颗粒由溢流口排出进入下游的二级流化热转化筛分装置。来自于一级流化热转化筛分装置的固体物料进入出料温度为550℃的二级流化热转化筛分装置，该装置采用的第四气体热载体（流化气）为氧含量0.5%的热烟气，处理后气相物流进入气固分离装置，得到热转化提质燃料；密度和粒度较大物料由二级流化床下部溢流口排出，收集待用；较轻较小颗粒由上部溢流口排出***，收集待用。

三装置（热转化破碎装置、一级流化热转化筛分装置、二级流化热转化筛分装置）所得热转化提质燃料，相对于干基垃圾原料的总体质量收率为43%，粒径范围小于1mm，热值23.3MJ/kg；一级流化热转化筛分装置回收所得不流化底渣质量收率为7%，粒径范围为2mm~15mm，其中金属含量为82%；二级流化热转化筛分装置下部溢流口所得固体物料收率为3%，粒径范围为2mm~5mm，其中非金属无机物含量为95%；二级流化热转化筛分装置上部溢流口所得固体物料收率为14%，粒径范围为0.5mm~2mm，其中非金属无机物含量为98%。

应用实例2

二号垃圾原料，初始含水率44.4%，进料量1800kg/h，进料温度30℃。采用与应用实例1相同的流程步骤。区别在于干燥步骤的固体出料温度为164℃；热转化破碎步骤的出料温度为210℃；一级流化热转化筛分步骤的出料温度为296℃；二级流化热转化筛分步骤的出料温度为450℃。四步骤所用气体热载体与应用实例1一致。

三装置（热转化破碎装置、一级流化热转化筛分装置、二级流化热转化筛分装置）所得热转化提质燃料，相对于干基垃圾原料的总体质量收率为48%，粒径范围小于1mm，热值23.5MJ/kg；一级流化热转化筛分装置回收所得不流化底渣质量收率为6%，粒径范围为3mm~12mm，其中金属含量为80%；二级流化热转化筛分装置下部溢流口所得固体物料收率为8%，粒径范围为2mm~5mm，其中非金属无机物含量为96%；二级流化热转化筛分装置上部溢流口所得固体物料收率为12%，粒径范围为0.5mm~2mm，其中非金属无机物含量为99%。

应用实例3

三号垃圾原料，初始含水率37.5%，进料量1600kg/h，进料温度30℃。采用与应用实例1相同的流程步骤。区别在于干燥步骤的固体出料温度为180℃；热转化破碎步骤的出料温度为250℃；一级流化热转化筛分步骤的出料温度为310℃；二级流化热转化筛分步骤的出料温度为600℃。四步骤所采用的气体热载体均为垃圾提质燃料气化气。

三装置（热转化破碎装置、一级流化热转化筛分装置、二级流化热转化筛分装置）所得热转化提质燃料，相对于干基垃圾原料的总体质量收率为35%，粒径范围小于1mm，热值23.9MJ/kg；一级流化热转化筛分装置回收所得不流化底渣质量收率为2%，粒径范围为2mm~10mm，其中金属含量为83%；二级流化热转化筛分装置下部溢流口所得固体物料收率为8%，粒径范围为2mm~5mm，其中非金属无机物含量为98%；二级流化热转化筛分装置上部溢流口所得固体物料收率为10%，粒径范围为0.5mm~2mm，其中非金属无机物含量为98%。

应用实例4

四号垃圾原料，初始含水率28.6%，进料量1400kg/h，进料温度30℃。采用与应用实例1相同的流程步骤。区别在于干燥步骤的固体出料温度为120℃；热转化破碎步骤的出料温度为180℃；一级流化热转化筛分步骤的出料温度为280℃；二级流化热转化筛分步骤的出料温度为310℃；四步骤所用气体热载体均为垃圾提质燃料600℃热解气。

三装置（热转化破碎装置、一级流化热转化筛分装置、二级流化热转化筛分装置）所得热转化提质燃料，相对于干基垃圾原料的总体质量收率为55%，粒径范围小于1mm，热值22.7MJ/kg；一级流化热转化筛分装置回收所得不流化底渣质量收率为10%，粒径范围为5mm~15mm，其中金属含量为85%；二级流化热转化筛分装置下部溢流口所得固体物料收率为10%，粒径范围为2mm~5mm，其中非金属无机物含量为97%；二级流化热转化筛分装置上部溢流口所得固体物料收率为15%，粒径范围为0.5mm~2mm，其中非金属无机物含量为99%。

应用实例结果汇总表

对比例1

垃圾原料及入口条件与实施例1相同，但工艺中仅包括干燥和热转化破碎两个单元，去掉了后两个流化热转化筛分单元。干燥单元和热转化破碎单元的操作温度均与实施例1相同。结果显示，回收所得热转化提质燃料，相对于干基垃圾原料的质量收率为7%，粒径范围小于15mm，热值21.3MJ/kg。热转化破碎设备底部回收所得大颗粒物料，相对于干基垃圾原料的质量收率为85%，并且组成成分复杂，是金属、非金属无机物、未转化有机质组分的混合物。与实施例1相比可知，该条件下，热转化提质燃料的收率和热值较低，且无法实现多组分分选回收。

对比例2

垃圾原料及入口条件与实施例1相同，但工艺中仅包括干燥和热转化破碎两个单元，去掉了后两个流化热转化筛分单元。干燥单元的操作条件与实施例1相同，热转化破碎单元的操作温度与实施例1中温度最高的二级流化热转化筛分单元相同。结果显示，回收所得热转化提质燃料，相对于干基垃圾原料的质量收率为18%，粒径范围小于0.7mm，热值21.6MJ/kg。热转化破碎设备底部回收所得大颗粒物料，粒径范围小于10mm，相对于干基垃圾原料的质量收率为58%，并且组成复杂，是金属、非金属无机物、未转化有机质的混合物。与实施例1相比可知，该条件下，热转化提质燃料的收率和热值较低，且无法实现多组分分选回收。

对比例3

垃圾原料及入口条件与实施例1相同，但热转化破碎单元中，去掉了用于物料破碎的剪切和锤击内构件。结果显示，由于未设置热转化破碎单元的剪切和锤击内构件，垃圾物料通过该单元后仍为较大块体并且形态很不规则，导致物料内部升温速率较慢，热转化程度很低，该单元所得热转化提质燃料相对于干基垃圾原料的质量收率为4%，粒径范围小于0.6mm，热值21.8MJ/kg。并且该设备底部大块物料进入下游一级流化热转化筛分单元后，即便开启振动机构仍无法实现有效流化，流化床出现死床问题，不能形成连续稳定的物料进、出，热转化反应无法有效进行。

对比例4

垃圾原料及入口条件与实施例1相同，但工艺中去掉了热转化破碎单元，仅包括干燥和两个流化热转化筛分单元。干燥单元和两个流化热转化筛分单元的操作温度均与实施例1相同。结果显示，干燥处理后的垃圾物料的质地仍然较软、块体较大且形态很不规则，干燥设备底部大块物料进入下游一级流化热转化筛分单元后，即便开启振动机构仍无法实现有效流化，流化床出现死床问题，不能形成连续稳定的物料进、出，热转化反应无法有效进行。

对比例5

垃圾原料及入口条件与实施例1相同，热转化破碎单元内部未通入气体热载体，仅通过筒外热源间接换热对物料进行加热。各单元的操作温度均与实施例1相同。结果显示，由于热转化破碎单元中缺少气体热载体，物料仅能通过与器壁接触实现升温，热转化较慢、脆化效果不佳、破碎效率降低，较低的破碎效率又抑制了物料的热转化效果，导致热转化提质燃料产率降低，流化单元的金属回收率也降低。

三装置（热转化破碎装置、一级流化热转化筛分装置、二级流化热转化筛分装置）所得热转化提质燃料，相对于干基垃圾原料的总体质量收率为32%，粒径范围小于1mm，热值21.3MJ/kg；一级流化热转化筛分装置回收所得不流化底渣质量收率为14%，粒径范围为2mm~15mm，其中金属含量为40%；二级流化热转化筛分装置下部溢流口所得固体物料收率为8%，粒径范围为2mm~5mm，其中非金属无机物含量为97%；二级流化热转化筛分装置上部溢流口所得固体物料收率为16%，粒径范围为0.5mm~2mm，其中非金属无机物含量为98%。

需要指出的是，上述实施例仅是对本发明的技术方案的具体实施示例，而不是对本发明技术方案的限制，本发明的保护范围以权利要求的限定为准。

Claims (12)

1.一种生活垃圾热转化-热分选耦合工艺，其特征在于：包括依次执行的如下步骤：

S1、干燥步骤，操作温度为120-180℃，用于对生活垃圾进行干燥处理，以脱除生活垃圾所含的大量水分；

S2、热转化破碎步骤，操作温度为180-250℃，通过向待破碎物料提供第二气体热载体对待破碎物料进行边破碎、边热转化处理；所述第二气体热载体至少包括从待破碎物料表面顺流流过的第二吹扫气；所述第二吹扫气向待破碎物料提供热转化所需热量，并夹带走热分解产生的水分及从物料表面剥落的细小燃料颗粒；所述第二气体热载体包括热解气和/或气化气和/或氧气体积含量不超过1%的烟气；

S3、一级流化热转化筛分步骤，操作温度为280-310℃，用于对破碎所得物料进行流化热转化筛分处理；

S4、二级流化热转化筛分步骤，操作温度为310-600℃，用于对一级流化床溢流口排出的物料进行流化热转化筛分处理。

2.如权利要求1所述的生活垃圾热转化-热分选耦合工艺，其特征在于：经干燥步骤处理的物料含水率不超过5%；干燥步骤所需热量由第一气体热载体提供；所述第一气体热载体包括热解气和/或气化气和/或氧气体积含量不超过2%的烟气。

3.如权利要求1所述的生活垃圾热转化-热分选耦合工艺，其特征在于：通过向一级流化床下部提供第三气体热载体以执行一级流化热转化筛分处理；由热转化破碎单元产生的无机颗粒在所述一级流化床内形成研磨床料，所述研磨床料的密度小于金属铝但大于垃圾中的细小有机质和细小燃料颗粒；通过调节所述第三气体热载体的供应量和气速，使得研磨床料在流化床内呈沸腾流化状态，并通过机械振动改善不均匀颗粒的流化效果；粉状热转化提质燃料随流化气进入气相，并去往气固分离单元；重质组分及部分大颗粒有机质处于非流化状态并沉积于床底形成底料，所述底料在机械振动作用下进入螺杆气流双向输送机构；底料中的轻质物料在所述螺杆气流双向输送机构中被反吹回流化床气相空间，其中未充分反应的大颗粒有机质再次沉降并与气体热载体和研磨床料充分接触，继续转化并不断破碎，得到粉状热转化提质燃料；所述底料中未被吹回流化床的重质物料通过螺杆气流双向输送机构排出***，外排底料的金属含量不低于80%；所述第三气体热载体包括热解气和/或气化气和/或氧气体积含量不超过0.5%的烟气。

4.如权利要求3所述的生活垃圾热转化-热分选耦合工艺，其特征在于：一级流化床的溢流物料进入二级流化床；从二级流化床底部通入第四气体热载体作为流化气体；所有物料位于布风板上部，通过调节所述第四气体热载体的供应量和气速，使得床内物料呈沸腾流化状态，并通过机械振动改善不均匀颗粒的流化效果；粉状热转化提质燃料随流化气进入气相，并去往气固分离单元；所述二级流化床，竖直方向上分别设置两处物料溢流出口，较重物料由下部溢流口排出，轻质物料由上部溢流口排出。

5.如权利要求4所述的生活垃圾热转化-热分选耦合工艺，其特征在于：所述二级流化床的下部溢流出料，主要为玻璃渣和粗沙粒，其中非金属无机物含量不少于95%。

6.如权利要求5所述的生活垃圾热转化-热分选耦合工艺，其特征在于：所述二级流化床的上部溢流出料，主要为细沙粒，其中非金属无机物含量不少于98%；所述第四气体热载体包括热解气和/或气化气和/或氧气体积含量不超过0.5%的烟气。

7.执行权利要求1-6中任一项所述垃圾热转化-热分选耦合工艺的装置，包括依次连通的烘干装置、热转化破碎装置、一级流化热转化筛分装置和二级流化热转化筛分装置；各装置之间保温连通，其特征在于：所述热转化破碎装置包括固定的外筒体（3）和可转动的套设在外筒体（3）中的内筒体（4），所述内筒体（4）的左右两端超出外筒体（3）并与所述外筒体（3）转动密封；所述内筒体（4）的两端分别设置有进料端帽和出料端帽，所述进料端帽和出料端帽均与内筒体（4）转动密封，且不跟随内筒体（4）转动；所述进料端帽上设置有物料进口（1）和第二吹扫气进口（2）；所述出料端帽的底部设有物料出口（6），顶部设有第二吹扫气出口（5）；所述内筒体（4）内部设有破碎组件。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述破碎组件包括双向转轴及设置在所述双向转轴上的破碎部；所述破碎部包括剪切刀组（42）和/或旋转锤组（43）和/或链球组（44）；所述双向转轴由多段短轴（11）及换向锥齿轮组（41）组成，所述换向锥齿轮组（41）通过依次啮合的三个锥齿轮使得相邻两根短轴（11）反向旋转；各短轴（11）上分别设置有破碎部，使得相邻短轴（11）上的破碎部反向旋转；至少一根短轴（11）的一端伸出内筒体（4）的进料端帽或出料端帽并与动力部件驱动连接。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于：每一根短轴（11）上均设置有多个破碎部，所述多个破碎部中的一部分通过固定套接在该短轴（11）上的固定盘（12）或直接与该短轴（11）固定连接，从而具有与该短轴（11）相同的第一旋转方向；剩余的破碎部通过行星齿轮组件与该短轴（11）旋转连接，从而具有与该短轴（11）相反的第二旋转方向。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述的行星齿轮组件包括与该短轴（11）固定套接的中心齿轮（13）、与所述中心齿轮（13）啮合的传动齿轮（14）、与所述传动齿轮（14）啮合的齿圈（15）及用于固定和/或支撑所述中心齿轮（13）、传动齿轮（14）及齿圈（15）的框架；所述剩余的破碎部固定在所述齿圈（15）的外周壁。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述一级流化热转化筛分装置包括一级流化床（7），其进料口与热转化破碎装置的物料出口（6）连通；所述一级流化床（7）的水平截面为长方形，长宽比为2:1~4:1；一级流化床布风板（72）由水平设置的若干交叉气体管路排列而成，所述气体管路的交叉点处设有风帽，所述气体管路用于向一级流化床供应第三气体热载体，所述一级流化床中上部设有第一溢流口（75），顶部设有第三气体热载体出口（74）；所述二级流化热转化筛分装置包括二级流化床（8），其进料口与第一溢流口（75）连通；二级流化床布风板（82）为表面均匀嵌有风帽的水平金属板，其下方为供应第四气体热载体的气室；所述二级流化床（8）的末端器壁不同高度处分别设有第二溢流口（84）和第三溢流口（85）；所述二级流化床的水平截面为长方形，长宽比为3:1~5:1；所述第二溢流口（84）和第三溢流口（85）的高度差不小于二级流化床（8）宽度的2倍。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于：一级流化床布风板（72）下方固定设有斜板（73），所述斜板与水平面夹角为5~10°，一级流化床布风板（72）与斜板（73）之间形成不流化底料堆积区，大颗粒物料和金属块体通过15~20mm的布风板管路空隙落入底料堆积区；所述一级流化床（7）的四个底脚处均设有振动装置（9）用于对一级流化床（7）施加振动；在斜板（73）最低位置外侧设有与斜板（73）的上表面物料连通的螺杆气流双向输送机构（10），其包括一水平输送螺杆及设在水平输送螺杆下部的气体分布器，通过该气体分布器向螺杆气流双向输送机构（10）内通入吹扫气体，所述螺杆气流双向输送机构（10）上方设置隔板（76），在所述一级流化床（7）内构建出连通其气相空间上部的返料路径（77）；所述隔板（76）底部高于斜板（73），形成底料进入螺杆气流双向输送机构（10）的通道；所述吹扫气体将螺杆气流双向输送机构（10）内的轻质颗粒再次流化并经返料路径（77）重新送入一级流化床（7）内，非流化重质物料在螺杆推送作用下排出***；所述二级流化床（8）也设置有振动装置（9）。