CN101781594A - 一种将固体垃圾转变为燃料或能量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于将固体垃圾转换成燃料或能量的方法，包括以下步骤：垃圾的添加，将收集的垃圾分离为可燃烧部分和不可燃烧部分，不可燃烧部分的去除，转换，使用升高温度和压力的方法将可燃烧部分转化成坚硬的易碎的燃料团块。本发明更进一步涉及的是将垃圾转化成燃料或能量的装置，包括了添加垃圾的装置，将收集的垃圾分为可燃烧部分和不可燃烧部分的装置，去除不可燃烧部分的装置，升高温度和压力将可燃烧的垃圾转化成坚硬的易碎的燃料团块装置。本发明制得的燃料块不需要再进行其它的加工，而可以直接应用于现代火力发电厂用来发电，或者作为带有流化床的锅炉装置的燃料。

Description

一种将固体垃圾转变为燃料或能量的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种将固体垃圾转变为燃料的方法和装置，特别涉及一种将块状有机废料和/或废弃塑料制成燃料的方法和装置，主要用于处理生活垃圾(城市垃圾)、与生活垃圾类似的办公场所产生的垃圾等。

背景技术

在城市化进程中，固体垃圾作为城市代谢的产物，已经成为城市发展的负担，世界上许多城市都因此而遭遇过垃圾围城的局面。目前，全世界垃圾的年均增长速度为8.42％，而中国垃圾增长率达到10％以上。全世界每年产生4.9亿吨垃圾，其中，仅中国每年就产生近1.5亿吨城市垃圾，中国城市生活垃圾累积堆存量已达70亿吨。

到目前为止，处理垃圾的两种方法是：一、在垃圾焚化炉焚烧；二、在垃圾填埋区填埋。垃圾焚烧的主要缺点是：焚烧的效率相对较低，只有20～25％。垃圾填埋的缺点是：浪费大面积的有价值的土地。

发明内容

本发明提供一种将固体垃圾转变为燃料或能量的方法和装置，目的是解决垃圾在焚烧过程中的不完全燃烧所造成的效率不高的问题。

为达到上述目的，本发明采用的第一种技术方案是：一种将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，包括以下步骤：

供给垃圾；

将收集到的垃圾分离为可燃烧部分和不可燃烧部分；

去除不可燃烧部分；

升高温度和压力，将可燃烧部分转变成相对硬的脆性燃料团块。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，在200℃以上的温度条件下，将所述可燃烧部分转变为燃料团块，优选的温度条件是240℃～290℃，更优选的温度条件是270℃左右。

2、上述方案中，在转变所述可燃烧部分为燃料团块前，将可燃烧部分烘干至水分的质量百分含量为2％～10％，优选的是3％～5％。

3、上述方案中，转变所述可燃烧部分为燃料团块过程中，在升高的温度和压力的影响下，可燃烧部分会被更进一步的烘干。

4、上述方案中，在低氧环境条件下，将所述可燃烧部分转变为燃料团块。

5、上述方案中，在低氧环境条件下，将成型后的所述燃料团块冷却。

6、上述方案中，采用揉捏和挤压的方法，将所述可燃烧部分转变为燃料团块。

7、上述方案中，所述可燃烧部分中没有添加添加剂，特别是石化添加剂。

8、上述方案中，所述可燃烧部分在转变为燃料团块之前，将可燃烧部分脱盐。

为达到上述目的，本发明采用的第二种技术方案是：一种将固体垃圾转变为燃料或能量的装置，包括下列装置：

供给垃圾的装置；

将收集到的垃圾分离为可燃烧部分和不可燃烧部分的分离装置，该装置设置于所述供给垃圾的装置之后；

去除不可燃烧部分的移除装置，该装置设置于所述分离装置之后；

用以将可燃烧部分烘干至水分的质量百分含量为2％～10％的烘干装置，优选的是3％～5％；烘干装置设置于所述移除装置之后；

升高温度和压力，将可燃烧部分转变成相对硬的脆性燃料团块的转换装置，该装置设置于所述烘干装置之类之后；所述转换装置用于加热可燃烧部分至200℃以上，优选的是240℃～290℃，更优选的是270℃左右，并且对可燃烧部分进行进一步的干燥，；所述转换装置包含挤出机，其包括一沿轴向前后移动的轴，该轴上设有揉捏段，用来对可燃烧部分进行揉捏和挤压操作；所述转换装置安装于低氧的环境中；所述转换装置用来冷却已经成形的燃料团块；所述转换装置之前设置有除盐装置。

为达到上述目的，本发明采用的第三种技术方案是：一种燃料团块，采用权利要求1～9任意一项所述的将固体垃圾转变为燃料的方法制得和/或采用权利要求10任意一项所述的将固体垃圾转变为燃料的装置制得。

为达到上述目的，本发明采用的第四种技术方案是：一种将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，包括下列步骤：

第一步：将收集到的固体垃圾粉碎成5～10厘米的碎片；

第二步：将第一步得到的碎片中的金属、玻璃、石头和沙子筛除；

第三步：将第二步得到的碎片干燥至水分的质量百分含量为2～10％；

第四步：将塑料碎片从第三步得到的碎片中分离出来；

第五步：将第四步得到的碎片中的无机成分去除，使得无机成分的质量百分含量小于或等于3％；

第六步：将所述塑料碎片添加到第五步得到的碎片中，并混合均匀得到混合物；其中，所述混合物中，塑料碎片的质量百分含量小于或等于30％；

第七步：在200℃～290℃条件下，将第六步得到的混合物挤出成型，得到哈德格罗夫可磨度指数为51～53的团块。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述团块的哈德格罗夫可磨度指数为52。

2、上述方案中，将第七步得到的所述团块冷却。

3、上述方案中，在240℃～290℃条件下，将第六步得到的碎片挤出成型。

4、上述方案中，在第三步中，将第二步得到的碎片干燥至水分的质量百分含量为3～5％。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

1、本发明制得的燃料块不需要再进行其它的加工，而可以直接应用于现代火力发电厂用来发电，或者作为带有流化床的锅炉装置的燃料。

2、本发明这样的效果的达到是基于使用高压力和垃圾的送料，将收集好的垃圾分离为可燃烧和不可燃烧的装置，处理不可燃烧部分的装置和可燃烧部分的装换的工作原理，主要是使用高强压力和温度，以获得相对较硬的和易碎的燃料团块。

附图说明

附图1为本发明的流程图；

附图2为本发明装置的总体图；

附图3为本发明装置分解部分1示意图；

附图4为本发明装置分解部分2示意图

附图5为本发明装置分解部分3示意图；

附图6为本发明装置分解部分4示意图；

附图7为挤压成型前的混合物的电镜扫描图；

附图8为本发明制得燃料团块的电镜扫描图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：一种将固体垃圾转变为燃料或能量的方法

本发明解决了焚烧效率低和垃圾填埋土地的问题。这样的效果是通过将垃圾装入装置，分离可燃物和不燃物，清除不燃物的装置，以及通过在高温高压条件下，将可燃物转化为相对较硬且易碎的块状燃料等步骤实现的。

这个发明妥善地将以上所描述的工作原理运用到实际中。

根据此发明，这样的装置包括一个垃圾接入的装置，用于一个分离可燃物和不燃物的装置，一个清除不燃物的装置，一个在高温高压条件下将可燃物转化为相对较硬且易碎的块状燃料的转化装置。

最后，这个发明还涉及到采用本发明的装置，根据本发明的方法所制得的块状燃料的描述。

将固体垃圾转变为燃料的方法总体分为两个阶段，这两个阶段是连续发生的，其中，第二个阶段的效率取决于第一个阶段所达到的质量。

本发明的方法的第一阶段是对下列三种垃圾进行再加工，即：

i)生活垃圾(市政垃圾)；

ii)相对于生活垃圾的办公室垃圾；

iii)收集的除了生活垃圾以外的材料；

这些垃圾在再生后作为本发明的方法的第二个步骤的基本材料。

收集的除了生活垃圾以外的材料大多是由纸和类似纸的垃圾和塑料垃圾所组成，都被认为是高热量的垃圾。

本发明的方法的第二阶段是将第一阶段所得到的物质进行再加工，使之转变成为压缩的、稳定且易碎的块状燃料。

这些块状燃料的哈德格罗夫可磨度指数在51～53，最好是52，已经被当作燃料用于现代烧煤的高效率发电站。这些发电站有40％～45％的燃烧率，因此，其效率是焚烧炉的2倍，并且可以降低二氧化碳、氮化物和其他有害健康的气体的排放。此外，焚烧炉不是为高热量垃圾所造的，因为燃烧温度会升的太高，可能对焚烧炉造成严重损坏。

本发明的方法的第一阶段包括一系列的步骤，如附图1所示。

首先收集和储存固体垃圾，然后将固体垃圾进行如下处理：

第一步：将固体垃圾粉碎成粒径为5～10cm的碎片。可以采用锤磨机或者碎纸机进行粉碎，采用何种设备进行粉碎主要取决于垃圾的种类(例如粉碎纸和塑料的再处理混合物时，可以使用碎纸机)。

第二步：将不可燃烧部分(金属、玻璃、石头、沙子等)从垃圾流中分离出来，其在技术上来说是可行的，也是经济和环保的。可以采用基于重力的过滤器或者筛子进行分离操作。不可燃烧部分在下列步骤被进一步的分离，首先是金属和剩余的物质之间的分离(利用金属和剩余的物质之间的密度差而采用浮选法)，其次是含铁的和不含铁的金属之间的分离(金属捕集器或者静电分离器)。因此，可以使用分散设备例如：设置与塑料流上方的磁铁，漩涡流仪器等。

第三步：控制环境湿度在4～5％条件下，对固体塑料进行脱水。

这里可用带式干燥机进行干燥。与转鼓式干燥机相比，带式干燥机所具有的优点是：由于干燥时的温度低，因此不会产生挥发性有机物质，而且在干燥时不易着火。水是以水蒸气的形式消失。在本步骤中，干燥时，固体垃圾中夹带的盐溶液转变为结晶盐，从而被去除。具体可以采用有孔的不锈钢带式干燥机，有孔的不锈钢带作为筛子将盐结晶滤除。在干燥时，使用的工作介质是热空气，在下文中，将要具体说明干燥产生的尾气的处理。

第四步：将塑料碎片粗略的分拣出来(例如手工分拣的方式或者利用密度差筛分，或者采用气流分离的方式)，剩下的主要是纸、木头、纤维等生物质碎片。

第五步：当必须生生产生物质燃料的时候，分拣塑料碎片后剩下纸、木头、纤维等生物质碎片在第五步进行纯化，得到100％的生物质。这也就是说，生物质部分完全纯化了，至少也需要纯化到97％，无机物被提取出来。有了这样的纯化，最后残留的不燃物就被彻底分离出来了，在第五步中，第四步得到的材料倾倒入水中，无机物会沉在水底，而纸、木头、纤维等生物质碎片部分则上浮在水面，从而使生物质碎片纯化。

这些塑料分离出来后也可以作为常规燃料使用，尽管这种燃料并不是完全存在于生物质。

在第五步纯化步骤中得到的生物质进行进一步的均质操作后，将在第二阶段使用。

当必须要生产常规燃料的时候，在第一阶段第五步得到的纯化后的生物质碎片与从固体垃圾中分离的塑料碎片混合在一起(第六步)。这种混合物也添加了在生物质碎片净化时候分离出的塑料成分。塑料碎片成分在均匀的混合物中不能超过30％，否则制备不出易碎的燃料。混合并均质后的塑料碎片与生物质碎片的混合物将在本发明的方法第二个阶段得到使用。

在第四步所分离出的塑料物质可以作为生产石油产品的原材料，在第五步纯化步骤中得到的塑料也可用于生产石油产品。

在本发明的方法的第二阶段是将第一阶段得到的材料利用机械设备使其成型，可以使用丹麦Tempress公司的挤压成型机，也可以使用其它种类的塑料挤压成型机。Tempress挤压成型机是特别为市政垃圾而设计的，可燃物变成恒定的分子和易碎的燃料颗粒。

本发明的方法的第二阶段的第二个阶段首先是对第六步得到的均质后的混合物的挤压成型纯生物质，或者生物质碎片和塑料碎片均质后的混合物)；然后还要冷却挤压成型的块状燃料。(更进一步的是，在制造纯生物质成分的过程中，会生产出生物质颗粒；在制造有机物与塑料的混合物使，将生产出常规燃料颗粒)。在经历这些步骤之后，已挤压成型的块状燃料材料可以被再进行的挤压和冷却。

在挤压成型过程中，材料在Tempress挤压成型机上由心轴或者主轴的共同运动所挤压和揉磨。材料的温度和压力会上升到一个非常高的水平，因为被挤压的材料(纯生物质碎片或者是生物质碎片与塑料碎片的混合物)的湿度要比平常挤压的材料要高的多。在本发明的方法的第一阶段的烘干步骤中，材料湿度减少到大约4％～5％，而一般的情况是，挤压成型的塑料材料挤压时湿度是0.5％～1％。

加热材料的湿度会导致压力的大幅度的升高。在这个过程中，材料达到的温度超过200℃，更好的是在240～290℃；实际上，在270℃左右的温度被证明会达到最好的效果。高温和高压联合作用的结果是：材料中的成分进行了转换，这会导致碳分子的分解和二氧化碳的减少。

通过对比电镜扫描图附图7和附图8可以清楚看出未挤压前的材料与挤压成型后的块状燃料的内部结构，附图7是未挤压成型前的燃料的扫描电镜图，附图8是本发明制得的块状燃料的扫描电镜图。对比后可以得知在挤压过程中，挤压得到的材料是坚硬易碎和成分完全均匀的颗粒。

本发明的方法中没有添加添加剂，制得的块状燃料是稳定的，过去所使用的石油焦这样的添加剂，在许多国家是不允许的。

跟普通的挤压成型机相比，Tempress挤压成型机适合在高温高压的情况下工作，而且处理量大。

在挤压成型过程中的第一个步骤，材料首先进行脱气处理，释放的气体中可能包含挥发性成分，例如碳氢化合物和氯化物。释放的气体将被收集，如果需要，废气将在清洁装置里用水清洗。水可溶性物质被送到污水净化装置，剩下的还含有挥发性有机成分，其将被送回第一阶段第三步带式干燥设备的燃炉中。

由于在高温的环境下，材料有自燃的危险，也就是说会成为燃料，挤压是在低氧的环境下进行的(或者是充分通风，使可然性气体快速的被稀释)。同时挤压产出的材料在冷却过程中，块状燃料由于也处在高温的状态，还是存在起火的危险，因此，仍然要求低氧的环境(或充分通风的环境)。还可以将Tempress挤压成型机与冷却设备设置于密闭的环境中，然后在密闭的环境中填充惰性的、不可燃烧的气体(本领域普通技术人员为了防止挥发性有机物的燃烧，都可以想的出这些方法)。除此以外，在冷却部分使用的冷却空气，已经变热了，也可以作为干燥步骤中的干燥介质。

本发明的方法制得的块状燃料的发热能量与煤炭的发热能量基本相同，可以应用于火力发电厂，煤的发热能量大约为20MJ/kg～28MJ/kg，根据所描述的方法所制造的块状燃料有大约20MJ/kg～22MJ/kg的发热能量。在一个球磨机里磨成粉末后，块状燃料可以和煤一起燃烧。同时块状燃料可以和木质颗粒混合，可以用做烧煤发电站的生物燃料。

由于燃料团块包含了来源于垃圾中相对较多的纸和纸板中的钙质，从而减少煤燃烧过程中硫的产生。因此，块状燃料产生的是清洁燃烧。

附图2所示的是以上所描述的方法所要用到的装置的示意图。

附图2所绘制的示意图分解为四张图(附图3～附图6)，以下会做进一步的解释。

这个装置(附图3～附图6)由一个输入装置101，其包括了一个用来打开装有垃圾的塑料袋和包的机器102。接下来设置的是带式传送装置103和锤磨机104。在锤磨机104之后，设置一传送带，在传送带的上方设有磁铁装置105，经锤磨机104粉碎后的物料通过传送带输送时，当其经过磁铁装置105下方时，磁性的含铁物质被吸在磁铁装置105上从而被清楚出去。清除出来的磁性含铁物质用输送带送到贮存器140。清除磁性含铁物质后余下的材料通过输送带输送至滚筒筛106，在滚筒筛106内，清除磁性含铁物质后余下的材料被处理成为三个后续步骤中将要处理的部分和一个剩下部分，该剩下部分会被送至容器116。

滚筒筛106处理后得到的三个后续步骤中将要处理的部分中的第一个部分会从滚筒筛106送到滚筒筛107。滚筒筛107的筛上物被送至容器140内(该部分主要是石头、玻璃等)。

第二部分采用带式输送装置112输送到锤磨机113进行进一步的粉碎，第三个部分直接落在一个输送带上。

在通过滚筒筛107(第一部分的筛下物)和锤磨机113(第二部分被进一步粉碎的物料)之后，三个部分都被导入到下一步骤中。首先，这些材料再次经过磁铁装置108，110和114，含铁的金属物质会被分离，收集到容器140。接着，物质被运送到金属分离器109，111，115(用来分离不含铁的不可燃物质)；或者物质被运送到浮选机上将石头、玻璃沙子等不含铁的不可燃物去除(物质移到水中时，重的不可燃物会下沉，而可染物则上浮)。

分离出来的不燃物送到容器140，而可燃物经过输送带120被传送到动态的临时料斗(三级搅拌机)121(起搅拌混合作用)。

在进行所有这些分离程序的时候，将会产生粉尘，可以使用吸尘装置17，18，19将粉尘清除，也可以使用旋风分离器去除。如果被吸的粉尘重包含有可燃物，被传送到块状燃料形成的装置部分。

材料从这个动态临时料斗121到达一个补偿装置122，材料再从这个机器到送料机123，一定数量的材料被送到带式干燥机124。在这个带式干燥机124，盐结晶会被清除。然后材料被从带式干燥机124导入到一个细筛125。经过细筛125的筛下物被传送到动态临时料斗126，筛上物导入到动态料斗130。

材料从临时料斗126导入成形挤压机127，再到Tempress挤压机128。在Tempress挤压机128的挤压之后，材料已经变成块状燃料，然后进入动态冷却装置129。这个冷却装置129和Tempress挤压机128一样，是安装在控制为低氧环境下的隔离空间。块状燃料从这个冷却装置129到达动态料斗130，这里面还有从细筛125里产生的筛上物。

块状燃料和筛上物从动态缓冲区130，到被导入挤压机131，在这里这些材料被压成燃料颗粒。颗粒离开了挤压机131后，材料被导入冷却装置132中冷却，然后导入一个沙粒-粉尘分离器133。分离出来的细的材料回到动态缓冲区130，在这里燃料颗粒被进一步导入到料斗134。紧接着料斗134的是装满了要用燃料的料斗135。在整个装置内设有一些吸尘装置136，137，可以用来吸走灰尘，吸走的灰尘在分离后最终回到生产过程。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，其特征在于：包括以下步骤：

供给垃圾；

将收集到的垃圾分离为可燃烧部分和不可燃烧部分；

去除不可燃烧部分；

升高温度和压力，将可燃烧部分转变成相对硬的脆性燃料团块。

2.根据权利要求1所述的将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，其特征在于：在200℃以上的温度条件下，将所述可燃烧部分转变为燃料团块，优选的温度条件是240℃～290℃，更优选的温度条件是270℃左右。

3.根据权利要求1或2所述的将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，其特征在于：在转变所述可燃烧部分为燃料团块前，将可燃烧部分烘干至水分的质量百分含量为2％～10％，优选的是3％～5％。

4.根据权利要求3所述的将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，其特征在于：转变所述可燃烧部分为燃料团块过程中，在升高的温度和压力的影响下，可燃烧部分会被更进一步的烘干。

5.根据上述任意一项权利要求所述的将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，其特征在于：在低氧环境条件下，将所述可燃烧部分转变为燃料团块。

6.根据上述任意一项权利要求所述的将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，其特征在于：在低氧环境条件下，将成型后的所述燃料团块冷却。

7.根据上述任意一项权利要求所述的将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，其特征在于：采用揉捏和挤压的方法，将所述可燃烧部分转变为燃料团块。

8.根据上述任意一项权利要求所述的将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，其特征在于：所述可燃烧部分中没有添加添加剂，特别是石化添加剂。

9.根据上述任意一项权利要求所述的将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，其特征在于：所述可燃烧部分在转变为燃料团块之前，将可燃烧部分脱盐。

10.一种将固体垃圾转变为燃料或能量的装置，其特征在于：包括下列装置：

供给垃圾的装置；

将收集到的垃圾分离为可燃烧部分和不可燃烧部分的分离装置，该装置设置于所述供给垃圾的装置之后；

去除不可燃烧部分的移除装置，该装置设置于所述分离装置之后；

用以将可燃烧部分烘干至水分的质量百分含量为2％～10％的烘干装置，优选的是3％～5％；烘干装置设置于所述移除装置之后；

升高温度和压力，将可燃烧部分转变成相对硬的脆性燃料团块的转换装置，该装置设置于所述烘干装置之类之后；所述转换装置用于加热可燃烧部分至200℃以上，优选的是240℃～290℃，更优选的是270℃左右，并且对可燃烧部分进行进一步的干燥；所述转换装置包含挤出机，其包括一沿轴向前后移动的轴，该轴上设有揉捏段，用来对可燃烧部分进行揉捏和挤压操作；所述转换装置安装于低氧的环境中；所述转换装置用来冷却已经成形的燃料团块；所述转换装置之前设置有除盐装置。

11.一种燃料团块，其特征在于：采用权利要求1～9任意一项所述的将固体垃圾转变为燃料的方法制得和/或采用权利要求10所述的将固体垃圾转变为燃料的装置制得。

12.一种将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，其特征在于：包括下列步骤：

第一步：将收集到的固体垃圾粉碎成5～10厘米的碎片；

第二步：将第一步得到的碎片中的金属、玻璃、石头和沙子筛除；

第三步：将第二步得到的碎片干燥至水分的质量百分含量为2～10％；

第四步：将塑料碎片从第三步得到的碎片中分离出来；

第五步：将第四步得到的碎片中的无机成分去除，使得无机成分的质量百分含量小于或等于3％；

第六步：将所述塑料碎片添加到第五步得到的碎片中，并混合均匀得到混合物；其中，所述混合物中，塑料碎片的质量百分含量小于或等于30％；

第七步：在200℃～290℃条件下，将第六步得到的混合物挤出成型，得到哈德格罗夫可磨度指数为51～53的团块。

13.根据权利要求12所述的将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，其特征在于：在第七步中，所述团块的哈德格罗夫可磨度指数为52。

14.根据权利要求12所述的将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，其特征在于：将第七步得到的所述团块冷却。

15.根据权利要求12所述的将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，其特征在于：在240℃～290℃条件下，将第六步得到的混合物挤出成型。

16.根据权利要求12所述的将固体垃圾转变为燃料或能量的方法，其特征在于：在第三步中，将第二步得到的碎片干燥至水分的质量百分含量为3～5％。

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