CN117387079A - 一种复合加热的分布式有机固废高效热处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有机固废热分解技术领域，具体涉及一种复合加热的分布式有机固废高效热处理装置及方法，包括以下步骤：将有机固废通过粉碎设备粉碎后通入电磁感应热解器，然后通过电磁感应使螺旋加热器升温从而加热有机固废至850‑1000℃进行热解，之后通入二燃室燃烧后将高温气体再通入中空的螺旋加热器用于加热有机固废，最后螺旋加热器中的尾气通过充分净化后于烟囱排出；本发明应用电磁感应加热，粉碎的有机固废快速通过容易产生二噁英类物质的低温(200‑300℃)区域，同时通过中空的螺旋加热器内的高温气体自热，不仅缓解了热解过程二噁英类物质产生过多的问题，更是进行了余热利用实现热解设备的自热，节约了大量能源。

Description

一种复合加热的分布式有机固废高效热处理装置及方法

技术领域

本发明涉及有机固废热分解技术领域，具体涉及一种复合加热的分布式有机固废高效热处理装置及方法。

背景技术

有机固废热处理过程中温度控制在850℃以上，热处理后体积比原来可缩小50-80％，分类收集的可燃性有机固废经热处理后甚至可缩小90％。有机固废经过高温热处理后，有机固废中的大量病菌、病毒、寄生虫卵等病原体被彻底消灭。有机固废热处理可实现能量回收利用，即将有机固废的内能转换成热能、电能等能源。但热处理过程中会产生二噁英类污染物，二噁英是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质，二噁英包括210种化合物，它的毒性十分大，是氰化物的130倍、砒霜的900倍，有“世纪之毒”之称。因此，为了解决总量不断增长的有机固废在热处理过程中产生大量二噁英类污染物的问题，需要一种切实可行的热处理技术。

热分解技术是一种能够抑制二噁英类污染物产生的技术，按加热方式可分为内热式和外热式两种，内热式反应器启停速度慢、气体热值低，不易于小型化；而外热式热解效率高、温度易于调控，其中的电磁感应热解技术利用电磁感应的方法使被加热的材料(即工件)的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的。电磁加热彻底改变了传统电阻式间接加热的模式，变为直接加热，热转化率高(>90％)，增温速率快，且适用于复合加热式，易于设备的小型化，但其是需要消耗大量电能。因此，有必要采取一定措施改善设备结构降低能耗。

专利CN 115739945 A公开了“一种可连续性生产的电磁感应高温熔融反应釜”，该专利包括以下步骤：1)石棉废料从进料口进入釜体；2)在惰性气体气氛下，通过电磁感应将石棉废料快速加热到1200℃以上；3)产生的合成气体从合成气出口排出，熔融玻璃体从排出管道排出。该方法热解有机固废温度分布不均，且存在能耗较高的情况。本发明采用螺旋加热器，设备启动更快、升温更迅速、温度分布更均匀，同时将高温气体直接用于加热有机固废，实现热解装置的自热，能耗大幅降低。专利CN 104818053A公开了“一种基于电磁感应加热铁基催化剂的有机固废气化气提质装置及其方法”，该专利包括以下步骤：1)感应加热炉将管式催化反应器内的铁基催化剂加热至800～900℃；2)含有焦油、固体颗粒物的气化气和水蒸气通入管式催化反应器的含焦气化气入口，通过高温铁基催化剂，在高温和铁催化剂的作用下对焦油进行高温裂解和催化裂解，同时铁基催化剂形成的催化床可以有效过滤其中的固体颗粒物；3)焦油裂解产生具有还原性的气体H₂，将以Fe₂O₃、Fe₃O₄，为主的铁的氧化物还原为铁单质；4)部分铁单质在水蒸气气氛下可能被氧化成以Fe₂O₃、Fe₃O₄，为主的铁的氧化物，这部分铁的氧化物随时被还原为铁单质；5)焦油裂解产生的碳质与CO₂发生消炭反应生成CO，或者与水蒸气发生水煤气反应生成CO和H₂；6)从管式催化反应器含焦气化气出口获得低焦油含量和颗粒物含量的重整气化气，固体颗粒物经催化床的过滤从烟气颗粒出口排出。该方法通过电磁感应加热铁基催化剂处理气体，对固体有机固废并不适用，同时该方法属于外热式加热，未进行余热利用，也未解决能耗较高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合加热的分布式有机固废高效热处理装置及方法，解决热分解有机固废时能耗高、二噁英类污染物排放高、设备启动慢、热解效率较低、难以小型化的问题。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种复合加热的分布式有机固废高效热处理装置，包括粉碎设备、电磁感应热解器、二燃室、急冷设备、除硫设备、液气分离设备、除尘设备和烟囱，各组件之间通过管道连接，所述电磁感应热解器包括感应线圈、热电偶、螺旋加热器，所述二燃室包括保温材料。

进一步的，所述粉碎设备的出口与电磁感应热解器的入口连接。

进一步的，所述电磁感应热解器热解气出口与二燃室入口相连接，所述电磁感应热解器炉渣在有机固废完全热解后于炉渣出口排出。

所述螺旋加热器高温气体入口与二燃室出口相连接，螺旋加热器尾气出口与急冷设备入口相连。

进一步的，所述二燃室通过保温材料减少热量散失。

进一步的，所述急冷设备、除硫设备、液气分离设备、除尘设备和烟囱出入口分别依次通过管道相连接。

进一步的，所述感应线圈被耐高温隔热材料包裹。

进一步的，所述热电偶在感应线圈内侧均匀分布，所述螺旋加热器轴线与电磁感应热解器轴线重合。

进一步的，所述螺旋加热器在感应线圈的作用下迅速升温同时搅拌并均匀加热有机固废，有机固废在高温下被热解化为热解气和炉渣。

进一步的，所述电磁感应热解器运行时通过热电偶监测其内温度，并且将温度维持在850-1000℃。

进一步的，所述热解气在二燃室内燃烧后化为高温气体，并通过热电偶所监测温度控制二燃室内过量空气系数从而控制高温气体所带热量，进而控制高温气体对有机固废的加热程度。

CH₄+2O₂＝CO₂+2H₂O

2CO+O₂＝2CO₂

2H₂+O₂＝2H₂O

进一步的，所述感应线圈电流大小及频率通过热电偶所监测温度进行实时调控，将温度维持在850-1000℃。

另一方面，本发明提出基于上述装置的复合加热的分布式有机固废高效热处理方法，包括以下步骤：

S1：将有机固废加入粉碎设备充分粉碎后，将其全部通入电磁感应热解器并关闭粉碎设备出口及电磁感应热解器该入口，

S2：感应线圈通电产生交变磁场，使螺旋加热器表面附近形成涡流，产生大量焦耳热使螺旋加热器迅速升温并迅速加热有机固废，同时螺旋加热器通电旋转搅拌有机固废，使其均匀受热；当温度达到850-1000℃后，

S3：打开电磁感应热解器与二燃室间的出入口，热解气进入二燃室与空气混合后燃烧，并通过保温材料减少热量散失，燃烧后的高温气体于另一入口通入螺旋加热器用于加热有机固废

S4：根据热电偶检测的温度来控制感应线圈中电流大小及频率和二燃室中输入空气速率使温度始终保持在850-1000℃，直至高温气体即可使有机固废温度达到850-1000℃，

S5：逐渐减小感应线圈中电流大小及频率至停止通电，实现热解装置自热，以便降低能耗，

S6：螺旋加热器中的尾气通过急冷设备、除硫设备、液气分离设备、除尘设备净化后于烟囱排出，电磁感应热解器中的炉渣于炉渣出口排出。

本发明的有益效果：

均匀加热、升温迅速：电流通过感应线圈产生交变的磁场中，当磁场内磁力线通过螺旋加热器时，交变的磁力线穿透螺旋加热器表面附近形成回路，在其表面附近产生无数的小电流，此电流称为涡流，因为金属的螺旋加热器的电阻很小，从而可以在螺旋加热器内产生大量的焦耳热，使被加热的螺旋加热器局部自行高速发热，而旋转的螺旋加热器会迅速均匀加热电磁感应热解器中的有机固废。

控温简单、低污染：电磁感应热解器内的热电偶时刻监测温度，可随时通过改变线圈电流大小及频率控制温度。同时快速加热特性可以快速通过容易产生二噁英类污染物的低温(200-300℃)区域，大幅减少热解过程中二噁英类污染物的产生。

装置自热、加热效率高、能耗低：通过高能效感应加热，使螺旋加热器自身成为发热体，能量的扩散少、热损少，加热效率高。热解气CH₄、CO、H₂等在二燃室燃烧后成为高温气体，后又通入中空的螺旋加热器用来加热有机固废，可根据热电偶测量温度实时控制线圈电流大小及频率，直至停止线圈通电，实现了热解装置的自热，充分利用了有机固废自身所含能量，节约了大量能源。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实验装置流程示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、感应线圈，2、热电偶，3、螺旋加热器，4、电磁感应热解器，5、保温材料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示

本实施例所述的一种复合加热的分布式有机固废高效热处理装置，包括粉碎设备、电磁感应热解器、二燃室、急冷设备、除硫设备、液气分离设备、除尘设备和烟囱，各组件之间通过管道连接，所述电磁感应热解器包括感应线圈、热电偶、螺旋加热器，所述二燃室包括保温材料。

在本实施例中，所述粉碎设备的出口与电磁感应热解器的入口连接。

在本实施例中，所述电磁感应热解器热解气出口与二燃室入口相连接，所述电磁感应热解器炉渣在有机固废完全热解后于炉渣出口排出。

所述螺旋加热器高温气体入口与二燃室出口相连接，螺旋加热器尾气出口与急冷设备入口相连。

在本实施例中，所述二燃室通过保温材料减少热量散失。

在本实施例中，所述急冷设备、除硫设备、液气分离设备、除尘设备和烟囱出入口分别依次通过管道相连接。

在本实施例中，所述感应线圈被耐高温隔热材料包裹。

在本实施例中，所述热电偶在感应线圈内侧均匀分布，所述螺旋加热器轴线与电磁感应热解器轴线重合。

在本实施例中，所述螺旋加热器在感应线圈的作用下迅速升温同时搅拌并均匀加热有机固废，有机固废在高温下被热解化为热解气和炉渣。

在本实施例中，所述电磁感应热解器运行时通过热电偶监测其内温度，并且将温度维持在850-1000℃。

在本实施例中，所述热解气在二燃室内燃烧后化为高温气体，并通过热电偶所监测温度控制二燃室内过量空气系数从而控制高温气体所带热量，进而控制高温气体对有机固废的加热程度。

CH₄+2O₂＝CO₂+2H₂O

2CO+O₂＝2CO₂

2H₂+O₂＝2H₂O

在本实施例中，所述感应线圈电流大小及频率通过热电偶所监测温度进行实时调控，将温度维持在850-1000℃。

另一方面，本发明提出基于上述装置的复合加热的分布式有机固废高效热处理方法，包括以下步骤：

S1：将有机固废加入粉碎设备充分粉碎后，将其全部通入电磁感应热解器并关闭粉碎设备出口及电磁感应热解器该入口，

S2：感应线圈通电产生交变磁场，使螺旋加热器表面附近形成涡流，产生大量焦耳热使螺旋加热器迅速升温并迅速加热有机固废，同时螺旋加热器通电旋转搅拌有机固废，使其均匀受热；当温度达到850-1000℃后，

S3：打开电磁感应热解器与二燃室间的出入口，热解气进入二燃室与空气混合后燃烧，并通过保温材料减少热量散失，燃烧后的高温气体于另一入口通入螺旋加热器用于加热有机固废

S4：根据热电偶检测的温度来控制感应线圈中电流大小及频率和二燃室中输入空气速率使温度始终保持在850-1000℃，直至高温气体即可使有机固废温度达到850-1000℃，

S5：逐渐减小感应线圈中电流大小及频率至停止通电，实现热解装置自热，以便降低能耗，

S6：螺旋加热器中的尾气通过急冷设备、除硫设备、液气分离设备、除尘设备净化后于烟囱排出，电磁感应热解器中的炉渣于炉渣出口排出。

实施例2

本实施例所述的一种基于电磁感应的有机固废热分解的装置，包括粉碎设备、电磁感应热解器、二燃室、尾气处理设备，相互之间通过管道连接，所述电磁感应热解器，包括紧贴电磁感应热解器外壳内侧的感应线圈、位于感应线圈内侧分布的热电偶、轴线与电磁感应热解器轴线重合的螺旋加热器。所述粉碎设备出口与电磁感应热解器一入口连接，当被粉碎的有机固废全部通入电磁感应热解器后，该电磁感应热解器的入口关闭，为之后的热解做准备。所述感应线圈被耐高温隔热材料包裹，以便感应线圈在高温下正常通电；所述电磁感应热解器热解气出口与二燃室入口相连，工作时热解气进入二燃室燃烧，并通过保温材料减少热量散失，将更多热量用于热解有机固废；所述螺旋加热器尾气出口与急冷设备入口相连，工作时螺旋加热器尾气进入后续急冷设备、除硫设备、液气分离设备、除尘设备进行净化，再于烟囱排出；所述电磁感应热解器炉渣在有机固废完全热解后在炉渣出口排出。所述电磁感应热解器运行时其内温度维持在850-1000℃，以便有机固废能完全热解。所述二燃室高温气体出口与螺旋加热器入口相连，工作时上述高温气体出口与螺旋加热器入口一直连通以便高温气体加热有机固废，进而实现装置自热。

实施例3

与实施例2相同，不同之处在于：所述电磁感应热解器热解气出口与中低热值可燃气储存器相连接。此装置可根据实际需要对设备做出灵活改变：当更需要节约能源时与实施例2相同，此时断开中低热值可燃气储存器与电磁感应热解器的连接，热解气进入二燃室燃烧后产生的高温气体进入螺旋加热器用于加热有机固废。当更需要中低热值可燃气时则保持中低热值可燃气储存器与电磁感应热解器的连接，同时断开电磁感应热解器与二燃室的连接。当被粉碎的有机固废全部通入电磁感应热解器后，该电磁感应热解器的入口关闭，为之后的热解做准备。所述感应线圈被耐高温隔热材料包裹，以便感应线圈在高温下正常通电；所述中低热值可燃气储存器与电磁感应热解器的连接；所述电磁感应热解器炉渣在有机固废完全热解后在炉渣出口排出；所述电磁感应热解器中的热解气则通入中低热值可燃气储存器，可以发电自用或上网。

另一方面，本发明提出基于上述装置的复合加热的分布式有机固废高效热处理方法，首先，根据图1所示，将有机固废加入粉碎设备充分粉碎后，将其全部通入电磁感应热解器并关闭粉碎设备出口及电磁感应热解器该入口，此时感应线圈通电产生交变磁场，使螺旋加热器表面附近形成涡流，产生大量焦耳热使螺旋加热器迅速升温并迅速加热有机固废，同时螺旋加热器通电旋转搅拌有机固废，使其均匀受热。当温度达到850-1000℃后，打开电磁感应热解器与二燃室间的出入口，热解气进入二燃室与空气混合后燃烧，并通过保温材料减少热量散失，燃烧后的高温气体于另一入口通入螺旋加热器用于加热有机固废，同时，根据热电偶检测的温度来控制感应线圈中电流大小及频率和二燃室中输入空气速率使温度始终保持在850-1000℃，直至高温气体即可使有机固废温度达到850-1000℃，则可逐渐减小感应线圈中电流大小及频率至停止通电，实现热解装置自热，以便降低能耗，最后，螺旋加热器中的尾气通过急冷设备、除硫设备、液气分离设备、除尘设备净化后于烟囱排出，电磁感应热解器中的炉渣于炉渣出口排出。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种复合加热的分布式有机固废高效热处理装置，其特征在于，包括粉碎设备、电磁感应热解器、二燃室、急冷设备、除硫设备、液气分离设备、除尘设备和烟囱，各组件之间通过管道连接，所述电磁感应热解器包括感应线圈、热电偶、螺旋加热器，所述二燃室包括保温材料。

2.如权利要求1所述的复合加热的分布式有机固废高效热处理装置，其特征在于：所述电磁感应热解器运行时通过热电偶监测其内温度，具体为通过热电偶所监测温度进行实时调控感应线圈电流大小及频率，将温度维持在850-1000℃。

3.如权利要求1所述的复合加热的分布式有机固废高效热处理装置，其特征在于：所述感应线圈被耐高温隔热材料包裹；所述热电偶在感应线圈内侧均匀分布，所述螺旋加热器轴线与电磁感应热解器轴线重合。

4.如权利要求1所述的复合加热的分布式有机固废高效热处理装置，其特征在于：所述粉碎设备的出口与电磁感应热解器的入口连接；所述电磁感应热解器热解气出口与二燃室入口相连接，所述电磁感应热解器炉渣在有机固废完全热解后于炉渣出口排出；所述螺旋加热器高温气体入口与二燃室出口相连接，螺旋加热器尾气出口与急冷设备入口相连。

5.如权利要求1所述的复合加热的分布式有机固废高效热处理装置，其特征在于：所述二燃室内的热解气在燃烧后化为高温气体，并通过热电偶所监测温度控制二燃室内过量空气系数从而控制高温气体所带热量，进而控制高温气体对有机固废的加热程度。

6.一种复合加热的分布式有机固废高效热处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将有机固废加入粉碎设备充分粉碎后，将其全部通入电磁感应热解器并关闭粉碎设备出口及电磁感应热解器入口；

S2：感应线圈通电产生交变磁场，使螺旋加热器表面附近形成涡流，产生大量焦耳热使螺旋加热器迅速升温并迅速加热有机固废，同时螺旋加热器通电旋转搅拌有机固废，使其均匀受热，直至温度达到850-1000℃；

S3：打开电磁感应热解器与二燃室间的出入口，热解气进入二燃室与空气混合后燃烧，并通过保温材料减少热量散失，燃烧后的高温气体于另一入口通入螺旋加热器用于加热有机固废；

S4：根据热电偶检测的温度来控制感应线圈中电流大小及频率和二燃室中输入空气速率使温度始终保持在850-1000℃，直至有机固废温度达到850-1000℃；

S5：逐渐减小感应线圈中电流大小及频率至停止通电，实现热解装置自热以降低能耗；

S6：螺旋加热器中的尾气通过急冷设备、除硫设备、液气分离设备、除尘设备净化后于烟囱排出，电磁感应热解器中的炉渣于炉渣出口排出。