一種實現垃圾炭資源化及提高熱解氣熱值的系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種實現垃圾炭資源化及提高熱解氣熱值的系統,所述系統中的垃圾預處理裝置、旋轉床熱解爐、破碎機、節能脫酸裝置、油氣分離凈化裝置和氣化爐依次連接。旋轉床熱解爐作為生活垃圾熱解產油氣炭的設備，在同一個爐內完成干燥、熱解的過程，流程短，能源利用率高，同時易于實現規模化。從旋轉床熱解爐出來的熱解油氣經過節能脫酸裝置，同時實現余熱回收和酸性氣體的脫除，提高能量利用效率，減輕酸性氣體對設備的腐蝕。本實用新型實現熱解炭資源化的同時提高熱解氣的熱值，有利于提高整個生活垃圾熱解處理工藝的經濟效益。
【專利說明】
一種實現垃圾炭資源化及提高熱解氣熱值的系統
技術領域
[0001] 本實用新型屬于固體廢棄物資源化處理的技術領域，涉及一種實現垃圾炭資源化 及提高熱解氣熱值的系統。
【背景技術】
[0002] 由于我國正面臨環境和能源的雙重壓力，隨著經濟和城市化進展的加速，全國能 源消耗巨大，同時多數大城市面臨垃圾圍城困境，通過技術手段將生活垃圾變為可利用資 源，在一定程度上可以緩解我國能源和環境危機。生活垃圾熱解技術以其資源化利用率高， 環境污染小的優點越來越被人們所青睞。生活垃圾熱解主要產物有以下幾種:部分熱解油 通過精制可作為燃料油使用;可作為燃料氣使用的熱解氣包括一些低分子碳氫化合物如氫 氣、甲烷、一氧化碳等;垃圾炭大部分以炭黑形式存在，但存在重金屬等有毒有害物質，熱值 低，市場銷路差；如果作為固體燃料使用時，燃燒效果較差，且燃燒過程中會產生大量二次 污染物，環保效益較差。因此，大多數垃圾炭最終只能作為熱解殘渣進行填埋處理，占用土 地資源且造成能源的浪費。
[0003] 生活垃圾經熱解后產生的熱解氣中含有30 %左右的C〇2，C〇2的存在會降低熱解氣 熱值，降低其利用途徑，經濟效益較差。熱解炭大部分以炭黑形式存在，是良好的氣化原料， 如果采用熱解氣中的C0 2作為氣化劑將其氧化成C0, 一方面可大大降低因焚燒熱解炭所帶 來的環境污染問題，另一方面，降低熱解氣中co2含量，提高C0含量，提高熱解氣熱值。
[0004] 專利文獻(專利號201420457702.8)公開一種生活垃圾熱解資源化綜合處理系統， 該系統將生活垃圾經過分選、破碎、烘干、成型等預處理后，在熱解爐內熱解得到高溫油氣 和垃圾炭，垃圾炭氣化后生成氣化可燃氣，用以作為蓄熱式燃氣輻射管燃燒器的燃料。
[0005] 上述系統雖然采用氣化技術將熱解炭氣化成可燃氣，但由于采用預處理過程中產 生的有臭味的空氣和含水蒸汽的煙氣作為熱解炭的氣化劑，氣化產生可燃氣熱值較低，利 用價值低。生活垃圾熱解后產生的熱解氣熱值含有大量的⑶2,此實用新型沒有采取措施降 低C0 2含量或將C02轉變為可燃氣成分C0,從而達到提高熱解氣熱值的目的，限制熱解氣的利 用途徑。
[0006] 另一專利文獻（專利號為201210143133.5)公開一種逆流廻轉生活垃圾熱解碳化 爐系統及垃圾處理工藝，該系統實現對生活垃圾及有機固體廢棄物進行處理，得到的產品 熱解氣直接進入焚燒爐燃燒產生850°C-1100°C的高溫燃燒尾氣，垃圾炭作為最終產品。
[0007] 該實用新型是在加熱無氧的條件下將生活及有機固廢分解成可燃氣體和炭渣，可 燃氣直接焚燒，并沒有解決可燃氣體二氧化碳含量高、熱值低的缺點。此系統是將生活垃圾 熱解炭作為最終產品，由于熱解炭熱值較低，市場銷路不暢，且含有重金屬等有毒有害物 質，如果將熱解炭作為最終產品，經濟效益較差，技術推廣比較困難。
[0008] 目前，現有技術沒有將生活垃圾熱解氣中的二氧化碳作為氣化劑，熱解炭作為氣 化原料，實現熱解炭綜合利用的同時提高熱解氣的熱值。 【實用新型內容】
[0009] 針對上述問題，本實用新型的目的是提供實現垃圾炭資源化及提高熱解氣熱值系 統，在實現熱解炭資源化的同時提高熱解氣的熱值，有利于提高整個生活垃圾熱解處理工 藝的經濟效益。
[0010] 本實用新型提供一種垃圾炭資源化及提高熱解氣熱值的方法，其包括以下步驟： [0011]預處理:垃圾依次經過破袋、滾篩、分選和破碎處理，得到垃圾原料；
[0012]垃圾熱解:所述垃圾原料經過所述旋轉床熱解爐處理，得到的物質包括熱解炭和 熱解油氣；
[0013] 破碎熱解炭:經過破碎機破碎的所述熱解炭粒徑< 13mm;
[0014] 氣化爐氣化:經過節能脫酸裝置和油氣分離凈化裝置處理后的熱解氣和破碎后的 所述熱解炭進入氣化爐進行氣化，產生氣化氣，所述氣化氣含有30 % -35 % C0，所述氣化氣 含有可燃性氣體C0、H2、CH4。
[0015] 經過所述節能脫酸裝置處理后，所述熱解油氣的溫度降至250°c-350°c，酸性氣體 體積濃度<0.05 %。
[0016] 所述油氣分離凈化裝置中，濕式除塵塔采用激冷循環水噴灑所述熱解油氣，除塵 的同時實現熱解油和熱解氣的分離，除塵后的所述熱解氣在初冷器中冷卻，然后送入電捕 焦油器中脫焦油，再由鼓風機將所述熱解氣送至脫硫塔和脫硝塔，得到所述熱解氣C0 2濃度 為25-30 %，H2S彡0 · 01 g/Nm3，粉塵含量彡 50mg/Nm3。
[0017] 所述氣化爐氣化步驟后還包括氣化氣凈化:油氣分離凈化裝置中的濕式除塵塔采 用激冷循環水噴灑所述氣化氣，除塵后的所述氣化氣在初冷器中冷卻，然后送入電捕焦油 器中脫焦油，再由鼓風機將所述氣化氣送至脫硫塔和脫硝塔，產生氣化氣，氣化氣富含C0、 H2、CH4等可燃性氣體。
[0018] 所述激冷循環水溫度為70-80°C，所述初冷器用循環水和制冷水將所述熱解氣或 所述氣化氣冷卻至20_25°C，所述循環水和所述制冷水的溫度分別為30-35°C和15-20°C。
[0019] 經過預處理后，所述垃圾原料的粒徑< 20mm，所述垃圾原料的含水率為20 %-60% 〇
[0020] 所述垃圾原料在所述旋轉床熱解爐中的鋪料厚度為50-250mm;所述氣化爐的氣化 溫度為900-1100°C。
[0021] 本實用新型還提供一種實現垃圾炭資源化及提高熱解氣熱值的系統，其包括：
[0022] 垃圾預處理裝置：由破袋機構、滾篩機構、分選機構和破碎機構依次連接構成，所 述機構分別具有進料口和出料口；
[0023] 旋轉床熱解爐：由干燥區、熱解反應一區、熱解反應二區和熱解反應三區構成，每 個所述區的頂部有熱解油氣出口，每個所述區的輻射管有燃氣進氣口；所述干燥區的前端 有垃圾原料入口，所述熱解反應三區的末端有熱解炭的出料口；
[0024] 破碎機的進料口與所述熱解炭的出料口相連，所述破碎機的出料口與儲炭槽的進 料口相連；
[0025] 節能脫酸裝置的進口與所述旋轉床熱解爐熱解油氣出口相連;油氣分離凈化裝置 的進氣口與所述節能脫酸裝置的出口相連；
[0026] 氣化爐的進氣口與所述油氣分離凈化裝置的出氣口相連，所述氣化爐的熱解炭進 料口與所述儲炭槽的出料口相連。
[0027] 所述油氣分離凈化裝置由濕式除塵塔、初冷器、電捕焦油器、鼓風機、脫硫塔、脫硝 塔依次連接構成，所述濕式除塵塔的進氣口與所述氣化爐的出氣口相連。
[0028] 所述系統化還包括儲氣罐，所述儲氣罐的入氣口與所述脫硝塔的出氣口相連，所 述儲氣罐的第一出氣口與所述旋轉床熱解爐的燃氣進氣口相連，所述儲氣罐的第二出氣口 與發電裝置相連。
[0029] 所述發電裝置包括氣化氣燃燒室、余熱鍋爐和汽輪發電機;所述氣化氣燃燒室的 氣化氣入口與所述儲氣罐的第二出氣口和所述旋轉床高溫熱解油氣出口相連，所述氣化氣 燃燒室的助燃空氣與空氣鼓風機相連，所述氣化氣燃燒室的燃燒尾氣出口與所述余熱鍋爐 相連，所述余熱鍋爐的過熱蒸汽出口與所述汽輪發電機的蒸汽入口相連。
[0030] 本實用新型的有益效果在于：
[0031] 采用旋轉床熱解爐作為生活垃圾熱解產油氣炭的設備，在同一個爐內完成干燥、 熱解的過程，流程短，能源利用率高，同時易于實現規模化。
[0032] 從旋轉床熱解爐出來的熱解油氣經過節能脫酸裝置，同時實現余熱回收和酸性氣 體的脫除，提高能量利用效率，減輕酸性氣體對設備的腐蝕。
[0033] 以熱解炭為氣化原料，旋轉床熱解爐產生的熱解氣作為氣化劑，采用氣化床氣化 熱解炭，實現提高熱解氣中可燃氣體C0含量，提高熱解氣熱值，同時也解決熱解炭熱值低， 市場銷路不暢，經濟效益差的問題。
[0034] 采用本實用新型系統，熱解氣中C02含量由28%降低至8%，⑶含量由9.7%提升至 30.1 %，C〇2轉化率高達71.4%，熱值由3962Kcal/Nm3提升至5128Kcal/Nm3。
[0035] 本實用新型有效地解決現有技術中熱解氣熱值低，利用途徑有限，熱解炭熱值低， 市場銷路不暢，經濟效益差、資源利用率低等問題。
【附圖說明】
[0036] 圖1是本實用新型實現垃圾炭資源化及提高熱解氣熱值的系統的實施例示意圖。
【具體實施方式】
[0037] 以下結合附圖和實施例，對本實用新型的【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實用新型的方案以及各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方 式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。
[0038]本實用新型垃圾炭資源化及提高熱解氣熱值的方法，其包括垃圾預處理、垃圾熱 解、破碎熱解炭、節能脫酸、油氣分離凈化、氣化爐氣化等步驟。
[0039]預處理是指垃圾依次經過破袋、滾篩、分選和破碎處理，主要目的是得到具有一定 粒徑的垃圾原料。通過預處理，將垃圾中的大塊無機物、金屬等分出來并破碎，滿足旋轉床 熱解爐對垃圾原料的入料要求，垃圾原料的粒徑<20mm，垃圾原料的含水率為20%-60%。 [0040]垃圾熱解:將垃圾原料送入旋轉床熱解爐，垃圾原料的鋪料厚度為50-250mm，在旋 轉床熱解爐內經過干燥、熱解和活化的反應，得到的物質包括熱解炭和高溫熱解油氣;旋轉 床熱解爐旋轉一周的時間為1小時左右。
[0041 ] 破碎熱解炭:熱解炭經螺旋出料機并通過破碎機破碎至13mm以下。
[0042]來自旋轉床熱解爐內的500 °C熱解油氣經過管路進入節能脫酸裝置，完成余熱回 收和脫酸，熱解油氣溫度降至350°C，酸性氣體濃度降至0.05 %，節能脫酸裝置可以對惰性 氣體進行預熱，預熱溫度可達210°C左右，預熱后的惰性氣體送入干燥工藝，可對生活垃圾 原料、滲濾液和熱解污水等進行蒸發濃縮，實現惰性氣體循環利用。
[0043] 節能脫酸后的熱解油氣進入油氣分離凈化裝置，濕式除塵塔采用激冷循環水噴灑 熱解油氣，除塵的同時實現熱解油和熱解氣的分離，除塵后的熱解氣在初冷器中冷卻，然后 送入電捕焦油器中脫焦油，再由鼓風機將熱解氣送至脫硫塔和脫硝塔，得到的熱解氣中的 H2S彡 0 · 01 g/Nm3，粉塵含量彡 50mg/Nm3 〇
[0044] 凈化后的熱解氣與破碎后的熱解炭進入氣化爐進行氣化，氣化爐的氣化溫度為 1000°C左右，產生的氣化氣富含C0、H2、CH4等可燃性氣體，其中C0的濃度為28%。氣化殘渣由 于利用價值較低，可做建筑材料或填埋處理。
[0045] 進一步地，氣化氣在油氣分離凈化裝置中進行凈化處理。在油氣分離凈化裝置中， 所述激冷循環水溫度為70-80°C，所述初冷器用循環水和制冷水將所述熱解氣或所述氣化 氣冷卻至21°C，所述循環水和所述制冷水的溫度分別為32°C和16°C。
[0046] 本實用新型上述方法產生的氣化氣進入儲氣罐中，一部分氣化氣作為旋轉床熱解 爐中輻射管的補充燃料，另一部分氣化氣可以作為發電裝置的燃料或其它用途。
[0047] 如圖1所示，本實用新型實現垃圾炭資源化及提高熱解氣熱值方法的系統包括垃 圾預處理裝置、旋轉床熱解爐、破碎機、儲炭槽、節能脫酸裝置、油氣分離凈化裝置、儲氣罐 和發電裝置。
[0048]垃圾預處理裝置由破袋機構、滾篩機構、分選機構和破碎機構依次連接構成，每個 機構分別具有進料口和出料口。
[0049] 旋轉床熱解爐由干燥區、熱解反應一區、熱解反應二區和熱解反應三區構成，每個 區的頂部有熱解油氣出口，每個區的輻射管有燃氣進氣口；干燥區的前端有垃圾原料入口， 熱解反應三區的末端有熱解炭的出料口。旋轉床熱解爐的爐底是可以轉動的環形爐底，爐 底的料板選用穿孔板，保證物料受熱均勻。輻射管布置在環形爐壁，通過燃燒熱解氣以熱輻 射的方式提供所需熱量。
[0050] 破碎機的進料口與熱解炭的出料口相連，破碎機的出料口與儲炭槽的進料口相 連。節能脫酸裝置的進口與旋轉床熱解爐熱解油氣出口相連;油氣分離凈化裝置的進氣口 與節能脫酸裝置的出口相連。
[0051] 氣化爐的進氣口與油氣分離凈化裝置的出氣口相連，氣化爐的熱解炭進料口與儲 炭槽的出料口相連。
[0052] 圖1中的油氣分離凈化裝置和油氣分離凈化裝置2的結構相同。
[0053] 油氣分離凈化裝置由濕式除塵塔、初冷器、電捕焦油器、鼓風機、脫硫塔、脫硝塔依 次連接構成，除塵塔有進氣口和出氣口，進氣口與氣化爐氣管道相連，出氣口與所述脫硫塔 相連進氣口相連，所述脫硫塔出氣口與所述脫硝塔進氣口相連，所述脫硝塔出氣口與氣化 爐/儲氣罐進氣口相連。
[0054]系統中的儲氣罐包括進氣口、第一出氣口和第二出氣口，儲氣罐的入氣口與脫硝 塔的出氣口相連，儲氣罐的第一出氣口與旋轉床熱解爐的燃氣進氣口相連，儲氣罐的第二 出氣口與發電裝置相連或其它裝置相連。
[0055]發電裝置包括氣化氣燃燒室、余熱鍋爐和汽輪發電機，所述氣化氣燃燒室具有氣 化氣入口，助燃空氣入口和煙氣出口，余熱鍋爐具有煙氣入口、煙氣出口、鍋爐給水入口和 過熱蒸汽出口，汽輪發電機具有蒸汽入口、蒸汽出口和電量輸出端。燃燒室的氣化氣入口與 儲氣罐第二出氣口相連;燃燒室的助燃空氣與空氣鼓風機相連;燃燒室的煙氣出口與余熱 鍋爐相連;余熱鍋爐的煙氣出口與除塵系統相連;余熱鍋爐的過熱蒸汽出口與汽輪發電機 相連;汽輪發電機的電量輸出端與用電設備或電網相連。
[0056] 實施例
[0057]采用某市生活垃圾為原料，原料成分組成如下面表1所示。
[0058] 表1生活垃圾成分組成(wt%)
[0059]
[0060] 進廠的垃圾經過簡單分選去除大塊無機物和金屬，然后進行破碎，破碎得到的垃 圾熱解原料粒徑< 20mm;
[0061 ]破碎的垃圾被均勻給入旋轉床熱解爐，布料厚度100mm，在爐內垃圾隨爐底的轉動 經過干燥區、熱解反應一區、熱解反應二區和熱解反應三區完成熱解反應，其中干燥區溫度 350°C，熱解反應一區、熱解反應二區和熱解反應三區溫度800°C，反應時間2-3h。
[0062] 生活垃圾經過熱解爐熱解后的熱解氣成分和熱值如下面表2所示。熱解氣中0)2含 量為28%，氣體熱值3962Kcal/Nm 3。
[0063] 表2熱解氣組成及熱值
[0064]
[0065]熱解氣與熱解炭在常壓、1200°C下進行氧化還原反應即氣化反應，炭轉化率達 97%以上。氣化后的氣化氣成分及熱解如下面表3所不。氣化后的熱解氣⑶2含量降至8%， 轉化率達71.4%，而C0含量升至30.1 %，氣化氣的熱值升至5128Kcal/Nm3，大大提高熱解氣 的利用途徑。
[0066]表3熱解氣組成及熱值
[0067]
[0068] 生活垃圾熱解產生大量的熱解氣是熱解產生經濟價值的主要產物，由于其中含有 30%左右的⑶2,從而降低熱解氣熱值，限制熱解氣的使用途徑，降低生活垃圾處理技術的 經濟效益，使熱解技術的推廣和應用受到極大的限制。本實用新型采用熱解氣作為氣化劑， 熱解炭作為氣化原料，從而使熱解氣中的C0 2還原為可燃性氣體C0，達到提高熱解氣熱值的 目的。
[0069]熱解炭中存在重金屬等有毒有害物質，熱值低，市場銷路差。如果作為固體燃料使 用時，燃燒效果較差，并且燃燒過程中會產生大量的二次污染物，環境效益較差，因此，大多 數生活垃圾熱解炭最終只能作為熱解殘渣進行填埋處理，占用土地資源且造成能源的浪 費。本實用新型采用熱解氣作為氣化劑，熱解炭作為氣化原料，使熱解炭氧化成可燃性氣體 C0,熱解氣中不可燃氣體C02還原為可燃性氣體C0,實現熱解炭高利用價值的資源化的同 時，也提高熱解氣熱值，生活垃圾熱解技術在經濟性方面具有巨大的競爭力，極大的促進技 術推廣和應用。
[0070]最后應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例， 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實用新型的保護范圍之中。
【主權項】
1. 一種實現垃圾炭資源化及提高熱解氣熱值的系統，其包括： 垃圾預處理裝置：由破袋機構、滾篩機構、分選機構和破碎機構依次連接構成，所述機 構分別具有進料口和出料口； 旋轉床熱解爐：由干燥區、熱解反應一區、熱解反應二區和熱解反應三區構成，每個所 述區的頂部有熱解油氣出口，每個所述區的輻射管有燃氣進氣口；所述干燥區的前端有垃 圾原料入口，所述熱解反應三區的末端有熱解炭的出料口； 破碎機的進料口與所述熱解炭的出料口相連，所述破碎機的出料口與儲炭槽的進料口 相連； 節能脫酸裝置的進口與所述旋轉床熱解爐熱解油氣出口相連;油氣分離凈化裝置的進 氣口與所述節能脫酸裝置的出口相連； 氣化爐的進氣口與所述油氣分離凈化裝置的出氣口相連，所述氣化爐的熱解炭進料口 與所述儲炭槽的出料口相連。2. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述油氣分離凈化裝置由濕式除塵塔、初 冷器、電捕焦油器、鼓風機、脫硫塔、脫硝塔依次連接構成，所述濕式除塵塔的進氣口與所述 氣化爐的出氣口相連。3. 根據權利要求2所述的系統，其特征在于，儲氣罐的入氣口與所述脫硝塔的出氣口相 連，所述儲氣罐的第一出氣口與所述旋轉床熱解爐的燃氣進氣口相連，所述儲氣罐的第二 出氣口與發電裝置相連。4. 根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述發電裝置包括氣化氣燃燒室、余熱鍋 爐和汽輪發電機;所述氣化氣燃燒室的氣化氣入口與所述儲氣罐的第二出氣口相連，所述 氣化氣燃燒室的助燃空氣與空氣鼓風機相連，所述氣化氣燃燒室的燃燒尾氣出口與所述余 熱鍋爐相連，所述余熱鍋爐的過熱蒸汽出口與所述汽輪發電機的蒸汽入口相連。5. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述旋轉床熱解爐中，所述垃圾原料鋪料 厚度為50_250mm。6. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述氣化爐的氣化溫度為900-1100°C。
【文檔編號】C10J3/84GK205710624SQ201620557270
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月8日
【發明人】任浩華, 肖磊, 張安強, 賈懿曼, 劉璐, 蔡先明, 吳道洪
【申請人】北京神霧環境能源科技集團股份有限公司