一種生活垃圾處理系統及方法與流程

本發明涉及生活垃圾處理領域，具體涉及一種生活垃圾的處理系統及方法。

背景技術：

傳統城市垃圾焚燒技術中，面臨著十分嚴峻的二噁英和重金屬污染的治理問題。如何妥善處理焚燒過程產生的二次污染(煙氣、飛灰)，是傳統垃圾焚燒面臨的最大挑戰。

傳統生活垃圾堆濾后得到的污水稱為滲濾液，其COD和BOD指標高，處理費用高，常規手法將其噴淋到垃圾焚燒爐中，氣化成水蒸汽而帶走大量的熱量。

近年來，城市垃圾氣化熔融新型焚燒技術，可將45℃～700℃時有機成份的氣化和1300℃以上無機灰分和焦炭的熔融式燃燒結合起來，因此逐漸受到了國際范圍的廣泛關注。

現有技術公開了城市生活垃圾氣化熔融系統。生活垃圾在液壓推進器作用下，送入氣化熔融內的熱解通道進行熱解，熱解產物進入高溫反應器內進一步反應。反應后產生的氣體產物依次經過水洗塔、精洗塔和活性炭吸附裝置。但是，垃圾中水分含量較高，直接送入氣化熔融系統中升溫需要吸收大量的熱，系統能耗較大，需要根據垃圾處理量配備相應的氣化熔融爐，增加單爐體積，提高了投資費用。采用水洗的方式直接給高溫煙氣降溫，大量余熱未被利用，產生的大量粉塵也一起進入水洗塔，水洗后粉塵進入循環水中，增加污水處理難度。煙氣中含有大量的重金屬和氮硫污染物，處理難度較大，運行成本高。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種利用旋轉床熱解爐和熔融反應器聯用處理生活垃圾的系統，該系統易操作，處理過程清潔節能，熱效率高。

本發明公開了一種生活垃圾處理系統，包括儲料坑、上料進料裝置、旋轉床熱解爐、熱解油氣冷卻裝置、熔融反應器、激冷槽、余熱鍋爐；

所述儲料坑用于堆放生活垃圾原料；

所述生活垃圾原料通過抓斗由所述儲料坑送入所述上料進料裝置中；

所述旋轉床熱解爐具有進料口、熱解油氣出口、含碳殘渣出口；所述進料口與所述上料進料裝置的出料口連接；

所述旋轉床熱解爐為環形密封結構，包括設置有紅外輻射加熱管的紅外加熱區和設置有蓄熱式燃氣輻射管的燃氣加熱區；

所述熱解油氣冷卻裝置具有熱解油氣入口，該熱解油氣入口與所述旋轉床熱解爐的熱解油氣出口連接；

所述熔融反應器具有含碳殘渣入口、高溫煙氣出口、液態渣出口；所述含碳殘渣入口與所述旋轉床熱解爐的含碳殘渣出口通過進料螺旋連接；

所述激冷槽具有液態渣入口，該液態渣入口與所述熔融反應器的液態渣出口連接；

所述余熱鍋爐具有高溫煙氣入口，該高溫煙氣入口與所述熔融反應器的高溫煙氣出口連接。

上述的系統中，還包括蓄熱式換熱器，所述蓄熱式換熱器用于接收由所述余熱鍋爐送入的低溫煙氣，所述低溫煙氣與所述蓄熱式換熱器中的空氣進行換熱得到冷卻煙氣，所述冷卻煙氣依次送入除塵器、脫硝脫硫裝置、活性炭吸附裝置、煙囪排煙裝置。

上述的系統中，還包括堿洗塔，所述堿洗塔具有冷凝氣入口，該冷凝氣入口與所述熱解油氣冷卻裝置的冷凝氣出口連接。

優選的，所述旋轉床熱解爐的進料口處設置有勻料器，所述勻料器的出料端與所述紅外加熱區相通；每兩根所述紅外輻射加熱管之間設置有翻料器，用于翻動所述生活垃圾原料，促進水分的揮發。

優選的，所述熔融反應器中設置有蓄熱式旋風燃燒器，為所述熔融反應器提供熱量；所述上料進料裝置的下端設置有物料計量器，用于計量所述生活垃圾原料的輸送速度。

本發明還公開了一種利用上述系統處理生活垃圾的方法，包括步驟：

A、生活垃圾原料在所述儲料坑中堆放3～7天之后，由所述抓斗運送至所述上料進料裝置中；

B、所述生活垃圾原料經由所述上料進料裝置送入所述旋轉床熱解爐中，在所述勻料器的作用下均勻布置在布料板上，并依次通過所述紅外加熱區、燃氣加熱區，所述生活垃圾原料中的水分和有機揮發分依次被分離，得到含碳殘渣和熱解油氣；

C、所述含碳殘渣經由所述進料螺旋送入所述熔融反應器的爐膛內，在其中所述蓄熱式旋風燃燒器的作用下，所述含碳殘渣液化形成液態渣和高溫煙氣；

D、將所述液態渣送入所述激冷槽中形成固態玻璃體，并將所述高溫煙氣送入所述余熱鍋爐中。

上述處理生活垃圾的方法中，在所述A步驟之前，還包括生活垃圾的預處理步驟：

篩選：將生活垃圾運送至孔徑為20*80㎜的滾筒篩中，將渣土篩出；和/或，分揀粗破碎：所述滾筒篩中的篩上物經分揀粗破碎，得到粒徑≤150㎜的物料；預磁選：對上述物料進行預磁選，回收其中的黑色金屬；和/或，二級破碎：將經預磁選的物料破碎至粒徑＜20㎜；和/或，精磁選：經二級破碎的物料進行精磁選，回收其中的小型黑色金屬。

上述處理生活垃圾的方法中，所述B步驟中，所述旋轉床熱解爐的轉速為10～45min/r；所述布料板上的生活垃圾原料厚度為20～50㎜；所述紅外加熱區中的紅外輻射加熱管與所述生活垃圾原料上表面的垂直距離為50～100㎜，輻射紅外光波長為1～30μm；翻料器下邊緣與所述布料板表面的垂直距離為5～10㎜；所述燃氣加熱區中的蓄熱式燃氣輻射管與所述生活垃圾原料上表面的垂直距離為50～100㎜，蓄熱式燃氣輻射管的溫度為800～1100℃。將所述熱解油氣送入所述熱解油氣冷卻裝置、堿洗塔進行冷凝、脫除酸性氣體之后，送回所述蓄熱式燃氣輻射管中燃燒，燃燒后的煙氣送入所述煙囪排煙裝置中排放。

上述處理生活垃圾的方法中，所述C步驟中，所述含碳殘渣占生活垃圾原料的百分比為25wt％；所述熔融反應器的爐膛溫度為1300～1500℃。

上述處理生活垃圾的方法中，所述D步驟中，在所述余熱鍋爐中，所述高溫煙氣溫度從1200～1400℃降低至400～550℃，得到低溫煙氣；將所述低溫煙氣送入所述蓄熱式換熱器中與空氣進行換熱，所述低溫煙氣溫度由400～550℃降低至＜200℃，所述空氣溫度升高為300～400℃，并控制所述換熱過程的時間≤3s。

本發明采用紅外輻射加熱得到較為純凈的水，既可作為系統用水循環使用，也可直接排放到市政污水管網中，降低污水處理費用。本發明的系統易操作，設備運行穩定可靠。處理過程清潔節能，無污染物排放。整個系統熱效率高，運行費用低，經濟效益明顯。

附圖說明

圖1為本發明中生活垃圾處理系統示意圖。

圖2本發明實施例利用圖1所示的系統處理生活垃圾的方法流程示意圖。

附圖中的附圖標記如下：

1、儲料坑；2、上料進料裝置；3、旋轉床熱解爐；4、熔融反應器；5、激冷槽；6、余熱鍋爐；7、蓄熱式換熱器；8、除塵器；9、脫硝脫硫裝置；10、活性炭吸附裝置；11、煙囪排煙裝置；12、熱解油氣冷卻裝置；13、堿洗塔。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發明的方案以及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。

如圖1所示，為本發明提供的生活垃圾處理系統的示意圖。該系統包括儲料坑1、上料進料裝置2、旋轉床熱解爐3、熔融反應器4、激冷槽5、余熱鍋爐6、蓄熱式換熱器7、除塵器8、脫硝脫硫裝置9、活性炭吸附裝置10、煙囪排煙裝置11、熱解油氣冷卻裝置12、堿洗塔13。

儲料坑1用于堆放生活垃圾原料，其中的生活垃圾原料可通過抓斗運送至上料進料裝置2中。

上料進料裝置2設置有密封裝置，用于將由儲料坑1運送的生活垃圾原料送入旋轉床熱解爐3中，具有進料口、出料口。其下端設置有物料計量器，用于計量生活垃圾原料的輸送速度。

旋轉床熱解爐3為環形密封結構，爐膛內部設置有布料裝置、加熱裝置及翻料裝置。在旋轉床熱解爐3的進料口端設置有勻料器，可將生活垃圾原料均勻布置在旋轉床熱解爐3的布料板上。

旋轉床熱解爐3包括紅外加熱區、燃氣加熱區。其中，紅外加熱區與勻料器的出料端相通，其中設置有2～4根紅外輻射加熱管，紅外輻射加熱管設置在布料板的上方，每兩根紅外輻射加熱管之間設置有翻料器，用于翻動生活垃圾原料，促進水分的揮發。在末根紅外輻射加熱管至旋轉床熱解爐3的出料口之間設置有多根蓄熱式燃氣輻射管，對布料板上的生活垃圾原料進一步加熱。本發明中，不限制紅外輻射加熱管和蓄熱式燃氣輻射管的加熱方式和數量。

旋轉床熱解爐3用于對生活垃圾原料進行熱解處理，可得到含碳殘渣和熱解油氣。其具有進料口、熱解油氣出口、含碳殘渣出口。其中，進料口與上料進料裝置2的出料口連接，熱解油氣出口設置在旋轉床熱解爐3的頂部。

熔融反應器4用于將含碳殘渣液化得到液態渣和高溫煙氣，其具有含碳殘渣入口、高溫煙氣出口、液態渣出口，其中，含碳殘渣入口與旋轉床熱解爐3的含碳殘渣出口通過進料螺旋連接，進料螺旋設置在熔融反應器4的上端。

本發明實施例中，熔融反應器4的兩側設置有蓄熱式旋風燃燒器，為熔融反應器4的爐膛提供熱量。

本發明中還可選用高溫電熔融爐、等離子體加熱反應器，以及其它能使爐膛溫度升高到反應所需溫度的反應器。

激冷槽5用于接收液態渣，通過急冷過程形成固態玻璃體。其具有液態渣入口、固態玻璃體出口。并且，液態渣入口與熔融反應器4的液態渣出口連接。

余熱鍋爐6可利用含碳殘渣液化過程排出高溫煙氣的余熱，產生水蒸汽。其具有高溫煙氣入口、低溫煙氣出口。其中，高溫煙氣入口與熔融反應器4的高溫煙氣出口連接。

蓄熱式換熱器7具有低溫煙氣入口、冷卻煙氣出口。用于接收由余熱鍋爐6送入的低溫煙氣，低溫煙氣與蓄熱式換熱器7中的空氣進行換熱得到冷卻煙氣。冷卻煙氣依次被送入除塵器8、脫硝脫硫裝置9、活性炭吸附裝置10進行除塵、脫硝脫硫、吸附凈化后，經由煙囪排煙裝置11排放。

熱解油氣冷卻裝置12具有熱解油氣入口、冷凝氣出口，熱解油氣入口與旋轉床熱解爐3的熱解油氣出口連接。堿洗塔13具有冷凝氣入口，該冷凝氣入口與熱解油氣冷卻裝置12的冷凝氣出口連接。

生活垃圾熱解過程排出的熱解油氣依次經熱解油氣冷卻裝置12冷卻、堿洗塔13脫除酸性氣體后，再送回旋轉床熱解爐3中的蓄熱式燃氣輻射管中，為生活垃圾原料的熱解提供熱量，燃燒后的煙氣經由煙囪排煙裝置11達標排放。

如圖2所示，為本發明實施例利用圖1所示的系統處理生活垃圾的方法流程示意圖。包括步驟：

(1)生活垃圾預處理

該步驟用于對生活垃圾進行預處理，最終得到滿足旋轉床熱解爐3進料要求的生活垃圾原料，可包括以下一項或多項。

篩選：將運來的生活垃圾運送至孔徑為20*80㎜的滾筒篩中，在滾筒篩滾動的作用下，篩選出其中的渣土。

分揀粗破碎：經滾筒篩篩選后的篩上物，全部送入分揀破碎機中進行分揀破碎，除去其中的石塊和玻璃塊，并同時將生活垃圾中的大型物塊破碎至粒徑≤150㎜的物料。

預磁選：通過磁選裝置對物料進行預磁選，回收其中的黑色金屬。

二級破碎：上述經破碎的物料根據壓塊的要求作進一步的破碎，破碎為粒徑＜20㎜的料塊；

精磁選：上述經二級破碎的物料進行精磁選，回收其中的小型黑色金屬。

經上述一個或多個步驟處理后，即得到滿足旋轉床熱解爐3進料要求的生活垃圾原料。

(2)生活垃圾原料的儲存和輸送

將得到的經預處理的生活垃圾原料運送至儲料坑1堆放3～7天。然后，通過抓斗將儲料坑1中的生活垃圾原料送至上料進料裝置2中。通過控制上料進料裝置2下端的物料計量器，可調整進料速度，從而控制旋轉床熱解爐3中生活垃圾原料的布料厚度。

(3)生活垃圾的熱解處理

將生活垃圾原料通過帶有密封裝置的上料進料裝置2送入旋轉床熱解爐3中。進料口處設置的勻料器將生活垃圾原料均勻布置在布料板上。生活垃圾原料在布料板上隨旋轉床熱解爐3的旋轉依次通過紅外加熱區、燃氣加熱區，最終可得到含碳殘渣。

其中，料板上的生活垃圾原料厚度為20～50㎜。旋轉床熱解爐3的轉速設置為10～45min/r。

在紅外加熱區中，紅外輻射加熱管與布料板上生活垃圾原料上表面的垂直距離為50～100㎜。翻料器下邊緣與布料板表面的垂直距離為5～10㎜，用于生活垃圾原料的翻動，促進下層生活垃圾原料中升溫后水分的揮發。

輻射紅外光波長為1～30μm，該波長紅外光頻率與生活垃圾原料中水分子的波長固有頻率相等，從而可快速被水吸收，水分溫度得以快速升高。并且，由于紅外線的熱量傳遞不需要中間介質，可以直接透入到物體內部，實現布料板表層和內層生活垃圾原料的水分溫度同時升高。

紅外輻射可比對流換熱提供高達70多倍的熱流密度。因此，在旋轉床熱解爐3的進料口端增設紅外輻射加熱管，可大大降低熱解過程中的能耗，同時縮短熱解時間，提高旋轉床熱解爐3的處理能力。

在燃氣加熱區中，蓄熱式燃氣輻射管與布料板上生活垃圾原料上表面的垂直距離為50～100㎜，蓄熱式燃氣輻射管的溫度為800～1100℃，進一步為旋轉床熱解爐3提供熱量。

在旋轉床熱解爐3中，整個熱解過程采用了輻射加熱的方式。由于輻射能與輻射距離成反比，且需要避免生活垃圾原料與輻射管接觸，造成設備運轉異常，因此，優選輻射管(即為紅外輻射加熱管和蓄熱式燃氣輻射管)距離生活垃圾原料上表面的垂直距離控制在50～100mm。

生活垃圾原料經過紅外加熱區和燃氣加熱區的熱解處理后，其中的水分和有機揮發分依次被分離，得到含碳殘渣和熱解油氣。

熱解油氣依次送入熱解油氣冷卻裝置12、堿洗塔13中，經冷凝、脫除酸性氣體后的燃氣，再送回旋轉床熱解爐3中，通入蓄熱式燃氣輻射管中燃燒，為旋轉床熱解爐3提供熱量，燃燒后的煙氣經煙囪排煙裝置11達標排放。

(4)熔融反應

上述步驟得到的含碳殘渣從旋轉床熱解爐3的出料螺旋送出，然后經由進料螺旋從熔融反應器4的上部送入。其中的蓄熱式旋風燃燒器為整個爐膛提供熱量，爐膛溫度為1300～1500℃，含碳殘渣液化形成液態渣和高溫煙氣。液態渣送入激冷槽5中，通過急冷處理，得到固態玻璃體，重金屬得到有效固化，形成無毒產物。

其中，含碳殘渣占生活垃圾原料的百分比為25wt％，與一步法熔融處理生活垃圾相比，大大降低了熔融反應器4的體積和能耗。

本步驟中，含碳殘渣中固有的含氯苯類劇毒物質(包括二噁英)，在熔融反應器4內發生裂解反應，絕大部分裂解為無毒組分。

(5)煙氣的回收利用

余熱鍋爐6直接接收上述步驟產生的高溫煙氣，利用高溫煙氣的熱量可產生水蒸汽。高溫煙氣的溫度從1200～1400℃降低至400～550℃，得到低溫煙氣。

然后，將低溫煙氣送入蓄熱式換熱器7中與空氣進行換熱。通過旋轉式換熱器，低溫煙氣的溫度在3s內從400～550℃降低至＜200℃，有效避免含氯苯類劇毒物質(包括二噁英)的重新合成。同時，空氣被預熱至300～400℃，可作為熔融反應器4中蓄熱式旋風燃燒器所需助燃氣使用，有效提高整個過程的熱利用率。

冷卻煙氣由蓄熱式換熱器7排出后，依次被送入除塵器8、脫硝脫硫裝置9、活性炭吸附裝置10進行除塵、脫除氮氧化物和硫化物、吸附凈化后，達到污染物零排放，然后經由煙囪排煙裝置11排放。

實施例1

由南口鎮提供20t生活垃圾，依次經過破碎、篩選和磁選后送入儲料坑中。然后，通過抓斗將儲料坑中的生活垃圾原料送至上料進料裝置。

生活垃圾原料經由帶有密封裝置的上料進料裝置進入旋轉床熱解爐中。在勻料器的作用下，生活垃圾原料均勻布置在布料板上，布料厚度為30±5mm。

生活垃圾原料隨著布料板旋轉，依次經過紅外加熱區和燃氣加熱區，旋轉床熱解爐的轉速為25±3min/r。輻射管與生活垃圾原料上表面的垂直距離為50mm。輻射紅外光波長為1～25μm，生活垃圾原料中的水分溫度快速升高，表層的水分快速揮發并隨設置在旋轉床熱解爐頂部的導出管引出。

然后，生活垃圾原料進入燃氣加熱區。此時，其中90wt％以上的水分已揮發。蓄熱式燃氣輻射管的溫度為850±100℃，生活垃圾原料溫度繼續升高，有機揮發分和殘留水分得以揮發。紅外加熱區和燃氣加熱區導出的氣體產物分別冷卻回收。生成的含碳殘渣通過進料螺旋從熔融反應器上端送入爐膛內部，其中的蓄熱式旋風燃燒器為整個爐膛提供熱量。在1350±50℃高溫下，含碳殘渣液化形成液態渣，通過激冷槽急冷后形成固態玻璃體物質。

熔融反應器燃燒生成的高溫煙氣通入余熱鍋爐中產蒸汽使用。高溫煙氣溫度降至500±20℃后，進入蓄熱式換熱器中與冷空氣直接換熱，在3秒內溫度降至200℃以下，空氣被預熱到350±20℃。冷卻后的煙氣通過進一步除塵、脫硝、脫硫及活性炭吸附后通過煙囪排煙裝置排放。

本實施例中，20t生活垃圾處理后可獲得8.4t水、篩選出3.2t土和4.6t固態玻璃體物質。

實施例2

本實施例采用與實施例1相同的系統和方法。其中，生活垃圾原料在布料板上的布料厚度為18±2mm；控制旋轉床熱解爐的轉速為12±2min/r；輻射管與生活垃圾原料上表面的垂直距離為70mm；輻射紅外光波長為1～30μm；蓄熱式燃氣輻射管的溫度為1000±70℃；熔融反應器的爐膛溫度為1400±50℃。

熔融反應器燃燒生成的高溫煙氣通入余熱鍋爐中產蒸汽使用。高溫煙氣溫度降至380±20℃后，進入蓄熱式換熱器中與冷空氣直接換熱，在3秒內溫度降至200℃以下，空氣被預熱到300±30℃。冷卻后的煙氣通過進一步除塵、脫硝、脫硫及活性炭吸附后通過煙囪排煙裝置排放。

本實施例中，20t生活垃圾處理后可獲得8.2t水、篩選出3.4t土和3.8固態玻璃體物質。

實施例3

本實施例采用與實施例1相同的系統和方法。其中，生活垃圾原料在布料板上的布料厚度為45±5mm；控制旋轉床熱解爐的轉速為40±5min/r；輻射管與生活垃圾原料上表面的垂直距離為100mm；輻射紅外光波長為1～30μm；蓄熱式燃氣輻射管的溫度為1050±50℃；熔融反應器的爐膛溫度為1450±50℃。

熔融反應器燃燒生成的高溫煙氣通入余熱鍋爐中產蒸汽使用。高溫煙氣溫度降至540±10℃后，進入蓄熱式換熱器中與冷空氣直接換熱，在3秒內溫度降至200℃以下，空氣被預熱到400±20℃。冷卻后的煙氣通過進一步除塵、脫硝、脫硫及活性炭吸附后通過煙囪排煙裝置排放。

本實施例中，20t生活垃圾處理后可獲得8.4t水、篩選出3.4t土和3.6t固態玻璃體物質。

本發明所述工藝方法可長期平穩操作，設備故障率極低。

最后應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。