一种生活垃圾热转化-热分选耦合工艺和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种生活垃圾热转化

【技术实现步骤摘要】
一种生活垃圾热转化
‑
热分选耦合工艺和装置


[0001]本专利技术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
。

技术介绍

[0002]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
。
[0003]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
。
[0004]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
。
[0005]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
。
[0006]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
。
[0007]鉴于此，本专利技术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
。

技术实现思路

[0008]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：如无特殊说明，本专利技术中所述的含量均指质量含量；本专利技术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
。
[0009]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
。
[0010]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
。
[0011]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系统
。
[0012]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
。
[0013]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
。
[0014]为避免该部分热量损失，本专利技术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
。
[0015]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
。
[0016]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
。
[0017]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
。
[0018]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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系统，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建军，王泽，王红伟，孙子强，房贤卓，王瑞，张靖旋，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：