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CN110883050A - 一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理方法及其系统 - Google Patents

一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理方法及其系统，包括以下步骤：(1)破碎：含水50‑80％的垃圾原料破碎至颗粒＜50mm；(2)干燥：破碎后垃圾与热空气接触15‑60min；(3)热解：干燥后80‑105℃的垃圾与高温烟气接触15‑60min，垃圾升温至300‑600℃进行热解；(4)净化：150‑300℃热解气经高温除尘和脱硫后，得到残碳颗粒和燃气；(5)低氮燃烧：步骤(2)产生的120‑200℃热湿空气与150‑300℃燃气进行燃烧，所得高温烟气调温至600‑800℃，送入步骤(3)；(6)换热：冷空气与步骤(3)产生的300‑400℃中温烟气进行间接换热，所得200‑300℃空气送入步骤(2)，并排放120‑160℃烟气；(7)粉碎：步骤(3)得到的残碳和残碳颗粒混合、粉碎。本发明具有工艺紧凑、集成化程度高、系统占地面积较小、安装方式灵活、就地转化、无臭气排放、无二次污染的特点。

Description

一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理方法及其系统
技术领域
本发明属于厨余垃圾处理技术领域，具体涉及一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理方法及其系统。
背景技术
厨余垃圾作为生活垃圾的重要组分之一，2017年我国生活垃圾清运量达到2.16亿吨，其中59.3％为厨余垃圾。因厨余垃圾水分含量高达50％～80％，并含有大量的有机质，容易受到微生物的作用而发生腐烂变质现象；且废弃放置时间越久，腐败变质现象就越发严重。产生的渗滤水以及恶臭气体，滋生蚊虫，对环境卫生造成恶劣影响。此外，厨余垃圾堆放时产生的渗滤液进入到污水处理系统，会造成有机物含量的增加，从而加重污水处理厂的负担，增加运行成本。所以急需开发一种能就地快速清洁转化厨余垃圾的工艺方法。
现有厨余垃圾的处理方法主要分为三大类：无害化、资源化、能源化。
无害化方法以粉碎直排和填埋为主，粉碎直排易导致大部分不溶解的细小颗粒在管道内沉积，高油脂易堵塞，发生厌氧反应，产生沼气和硫化氢增加管道安全风险，以及增加生活污水处理负担；填埋占地大，渗滤液污染地下水，有机质腐败变质形成二次污染。
资源化方法以堆肥和饲料为主，堆肥转化周期时间长，垃圾消纳量低，垃圾中塑料、织物、骨头、金属等杂物无法分解，肥料品质不佳；厨余垃圾作为饲料，牲畜在直接吃食未经有效处理的厨余垃圾后，容易发生“同类相食”的同源性污染，并造成人畜之间疫病的交叉传染，危害人体健康，并可能促进某些致命疾病的传播。
能源化方法以焚烧发电为主，其投资大，燃烧尾气中存在二噁英等有毒物质，此外，厨余垃圾热值低，需要额外消耗能量才能保证燃烧效果。
针对以上三类厨余垃圾处理方法，十分有必要开发一种集成化程度高、处理厨余垃圾速度快、投资低、无二次污染的方法。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理方法及其系统。
本发明的技术方案概述如下：
一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理方法，所述方法利用垃圾自身热值对垃圾进行无氧热解，最终得到碳粉，具体步骤如下：
(1)破碎：含水50-80％的垃圾原料，经破碎机破碎至颗粒小于50mm；
(2)干燥：破碎后的垃圾与200-300℃热空气进行接触，停留时间为15-60min，使垃圾温度升至80-105℃、水分降低至25-40％，送入热解步骤(3)，200-300℃热空气转变为120-200℃热湿空气，送入低氮燃烧步骤(4)；
(3)热解：80-105℃的垃圾与600-800℃的高温烟气进行接触，停留时间为15-60min，将垃圾升温至300-600℃使其发生热解，产生的150-300℃热解气送入净化步骤(4)，热解后的残碳送入粉碎步骤(7)，并将高温烟气转变为300-400℃中温烟气，送入换热步骤(6)；
(4)净化：150-300℃的热解气经高温除尘和脱硫后，得到残碳颗粒送入粉碎步骤(7)，得到的燃气送入低氮燃烧步骤(5)；
(5)低氮燃烧：120-200℃热湿空气与150-300℃的燃气进行低氮燃烧，燃烧后的高温烟气温度调节到600-800℃，送入热解步骤(3)；
(6)换热：冷空气与热解后的300-400℃中温烟气进行间接换热，空气升温至200-300℃，送入干燥步骤(2)，烟气降温至120-160℃，进行排放；
(7)粉碎：热解步骤(3)得到的残碳和净化步骤(4)得到的残碳颗粒混合后，进行粉碎，得到粒径0.2-1mm的碳粉。
优选的是，所述垃圾原料为垃圾分类(可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其它垃圾)中的厨余垃圾或厨余垃圾与其它垃圾的混合物。
优选的是，换热步骤(6)中，所述冷空气是常温空气，作为整套处理方法系统的除臭气体。
优选的是，换热步骤(6)中，排放的烟气中NOx含量≤50mg/Nm3、SOx含量≤35mg/Nm3、CO含量≤20mg/Nm3、二噁英含量≤0.02ngTEQ/Nm3。
优选的是，粉碎步骤(7)中，所述碳粉热值为1500-5000Kcal/kg。
本发明还提供一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理系统，包括破碎装置(1)、干燥装置(2)、热解装置(3)、净化装置(4)、燃烧装置(5)、换热装置(6)、粉碎装置(7)，破碎装置(1)、干燥装置(2)、热解装置(3)、粉碎装置(7)顺次连通，用于对垃圾原料进行破碎、干燥、热解处理，经热解装置(3)处理产生的残碳进入粉碎装置(7)；
净化装置(4)分别与热解装置(3)、粉碎装置(7)、燃烧装置(5)连通，经热解装置(3)处理产生的热解气进入净化装置(4)，进行高温除尘和脱硫处理，得到残碳颗粒和燃气，残碳颗粒进入粉碎装置(7)，与残碳混合粉碎，获得碳粉，燃气进入燃烧装置(5)；
燃烧装置(5)还分别与干燥装置(2)、热解装置(3)连通，干燥装置(2)排出的热湿空气进入燃烧装置(5)，与燃气混合燃烧，产生的高温烟气进入热解装置(3)，供热后转变为中温烟气；
换热装置(6)分别与干燥装置(2)、热解装置(3)连通，热解装置(3)排出的中温烟气进入换热装置(6)，与换热装置(6)中的冷空气发生热交换，产生的热空气进入干燥装置(2)，排放净烟气。
优选的是，所述干燥装置(2)和燃烧装置(5)之间的连通管道设置有电加热装置(8)，系统首次启动时采用电加热的方式加热空气，进而为热解装置(3)提供热量，待系统运转稳定后，电加热装置(8)关闭。
本发明的有益效果：
1、本发明具有工艺紧凑、集成化程度高、系统占地面积较小、安装方式灵活、就地转化、无臭气排放、无二次污染的特点，所产碳粉热值较高，可供炉窑燃烧利用。
2、本发明利用垃圾自身热值，对生活垃圾进行快速干燥、无氧热解，热解气中无污染物，并采用超低氮燃烧技术，热解气绝热燃烧，温度高，产生的烟气中氮氧化物、二噁英以及其它污染物含量远低于国家标准，符合排放要求。
3、本发明方法可处理多种垃圾，较难处理的顽固性垃圾亦有很好的处理效果，如木块、包装袋等；24h内实现厨余垃圾的资源化转化，处理过程无二次污染；处理方式灵活，即可集中处置又可就地处置；符合国家垃圾处理的“减量化、无害化、资源化”就地处理的原则。
附图说明
图1为本发明高含水生活垃圾快速资源化清洁处理方法流程图。
图2为本发明高含水生活垃圾快速资源化清洁处理结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明高含水生活垃圾快速资源化清洁处理的工艺方法，包括：将垃圾原料(50-80％的含水量)进行破碎，破碎后的垃圾与热空气(200-300℃)进行接触换热干燥，停留时间为15-60min，垃圾水分降低至25-40％，热湿空气(120-200℃)与脱硫后的热解气进行低氮燃烧；干燥后的垃圾与高温烟气接触，进行热解(300-600℃)，停留时间为15-60min，高温烟气(600-800℃)供热后转变为中温烟气(300-400℃)；热解气依次进行高温除尘和脱硫，然后与热湿空气混合后进行低氮燃烧，残碳和残碳颗粒混合后进行粉碎，得到碳粉；中温烟气(300-400℃)与冷空气(常温20℃)换热后降低至120-160℃，然后排放，冷空气升温至200-300℃后与破碎后的垃圾进行干燥处理。
实施例1
将1吨含水60％厨余垃圾进行破碎，破碎至垃圾颗粒小于50mm后，送入干燥设备内，与300℃热空气进行混合，接触换热干燥，停留30min，使垃圾升温至100℃、垃圾水分降低至30％，使热空气转变为150℃热湿空气；干燥后的垃圾与750℃高温烟气接触，垃圾升温至550℃，进行热解，停留40min，产生残碳和250℃热解气，高温烟气供热后转变为320℃中温烟气；250℃热解气依次进行高温除尘和脱硫，得到残碳颗粒和燃气，然后燃气与热湿空气混合后进行绝热低氮燃烧，残碳混合、粉碎后，得到110kg碳粉；320℃中温烟气与冷空气换热后降低至120℃，然后排放，冷空气升温至260℃后与破碎后的垃圾进行干燥处理。
实施例2
将0.5吨含水70％厨余垃圾和0.5吨含水10％废纸垃圾混合后破碎，破碎后送入干燥设备内，与250℃热空气进行混合，接触换热干燥，停留30min，使垃圾升温至90℃、水分降低至20％，使热空气转变为150℃热湿空气；干燥后的垃圾与750℃高温烟气接触，垃圾升温至500℃，进行热解，产生残碳和200℃热解气，停留30min，高温烟气供热后转变为340℃中温烟气；200℃热解气依次进行高温除尘和脱硫，得到残碳颗粒和燃气，然后燃气与热湿空气混合后进行绝热低氮燃烧，残碳进行粉碎后得到130kg碳粉；340℃中温烟气与冷空气换热后降低至130℃，然后排放，冷空气升温至250℃后与破碎后的垃圾进行干燥处理。
实施例3
将0.3吨含水70％厨余垃圾和0.7吨含水10％废纸垃圾混合后破碎，破碎后送入干燥设备内，与200℃热空气进行混合，接触换热干燥，停留25min，使垃圾升温至80℃、水分降低至10％，使热空气转变为170℃热湿空气；干燥后的垃圾与700℃高温烟气接触，垃圾升温至450℃，进行热解，产生残碳和180℃热解气，停留20min，高温烟气供热后转变为350℃中温烟气；180℃热解气依次进行高温除尘和脱硫，得到残碳颗粒和燃气，然后燃气与热湿空气混合后进行绝热低氮燃烧，残碳进行粉碎后得到180kg碳粉；350℃中温烟气与冷空气换热后降低至150℃，然后排放，冷空气升温至270℃后与破碎后的垃圾进行干燥处理。
实施例1-3最终排出的净烟气中各项污染物指标如表1所示：
表1：
污染物 GB18485-2014 实施例1 实施例2 实施例3
烟尘/mg/Nm<sup>3</sup> 20 9.6 10.4 12.1
NO<sub>x</sub>/mg/Nm<sup>3</sup> 250 42.6 41.8 48.5
SO<sub>x</sub>/mg/Nm<sup>3</sup> 80 27.4 29.1 31.7
CO/mg/Nm<sup>3</sup> 80 9.6 14.5 16.2
二噁英/ngTEQ/Nm<sup>3</sup> 0.1 0 0.01 0.02
由表1可知，实施例1-3排放的烟气中氮氧化物、二噁英以及其它污染物含量远低于国家标准，符合排放要求。
实施例1-3产出的碳粉性能指标如表2所示：
表2：
碳粉性能指标 实施例1 实施例2 实施例3
总产量/kg 110 130 180
产率/％ 11 13 18
平均粒径/mm 0.6 0.8 0.3
热值/Kcal/kg 1685 3402 4829
由表2可知，实施例1-3产出的碳粉热值较高，可供炉窑燃烧利用。
参考图2本发明还提供高含水生活垃圾快速资源化清洁处理系统，包括破碎装置1、干燥装置2、热解装置3、净化装置4、燃烧装置5、换热装置6、粉碎装置7。
其中，破碎装置1、干燥装置2、热解装置3、粉碎装置7顺次连通；含水50-80％的垃圾原料进入破碎装置1，破碎至颗粒小于50mm，再进入干燥装置2，与250-300℃热空气接触，设置停留时间为15-60min，当垃圾温度升至80-105℃，水分降低至25-40％，进入热解装置3，80-105℃的垃圾与600-800℃的高温烟气接触，设置停留时间为15-60min，使垃圾升温至300-600℃发生热解，热解产生的残碳进入粉碎装置7；
净化装置4分别与热解装置3、粉碎装置7、燃烧装置5连通，经热解装置3处理产生的150-300℃热解气进入净化装置4，进行高温除尘和脱硫处理，得到残碳颗粒和燃气，残碳颗粒进入粉碎装置7，与残碳混合粉碎，得到粒径0.2-1mm的碳粉，150-300℃燃气进入燃烧装置5；
燃烧装置5还分别与干燥装置2、热解装置3连通，干燥装置2排出的120-200℃热湿空气进入燃烧装置5，与150-300℃燃气混合低氮燃烧，产生的高温烟气调温至600-800℃，进入热解装置3，供热后转变为300-400℃中温烟气；干燥装置2和燃烧装置5之间的连通管道设置有电加热装置8(附图2未示出)，系统首次启动时采用电加热的方式加热空气，进而为热解装置3提供热量，待系统运转稳定后，电加热装置关闭；
换热装置6分别与干燥装置2、热解装置3连通，热解装置3排出的300-400℃中温烟气进入换热装置6，与换热装置6中的冷空气(20℃常温空气)发生热交换，产生的热空气进入干燥装置2，排放净烟气，排放的净烟气中氮氧化物、二噁英以及其它污染物含量远低于国家标准。，所述冷空气是常温空气，作为整套处理系统的除臭气体。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (7)

1.一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
(1)破碎：含水50-80％的垃圾原料，经破碎机破碎至颗粒小于50mm；
(2)干燥：破碎后的垃圾与200-300℃热空气进行接触，停留时间为15-60min，使垃圾温度升至80-105℃、水分降低至25-40％，200-300℃热空气转变为120-200℃热湿空气；
(3)热解：80-105℃的垃圾与600-800℃的高温烟气进行接触，停留时间为15-60min，将垃圾升温至300-600℃使其发生热解，产生残碳和150-300℃的热解气，并将高温烟气转变为300-400℃中温烟气；
(4)净化：150-300℃的热解气经高温除尘和脱硫后，得到残碳颗粒和燃气；
(5)低氮燃烧：步骤(2)产生的120-200℃热湿空气与150-300℃的燃气进行低氮燃烧，燃烧后的高温烟气温度调节到600-800℃，送入热解步骤(3)；
(6)换热：冷空气与步骤(3)产生的300-400℃中温烟气进行间接换热，空气升温至200-300℃，送入干燥步骤(2)，烟气降温至120-160℃，进行排放；
(7)粉碎：热解步骤(3)得到的残碳和净化步骤(4)得到的残碳颗粒混合后，进行粉碎，得到粒径0.2-1mm的碳粉。
2.根据权利要求1所述一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理方法，其特征在于，所述垃圾原料为厨余垃圾或厨余垃圾与其它垃圾的混合物。
3.根据权利要求1所述一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理方法，其特征在于，换热步骤(6)中，所述冷空气是常温空气，作为整套处理方法系统的除臭气体。
4.根据权利要求1所述一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理方法，其特征在于，换热步骤(6)中，排放的烟气中NOx含量≤50mg/Nm3、SOx含量≤35mg/Nm3、CO含量≤20mg/Nm3、二噁英含量≤0.02ngTEQ/Nm3。
5.根据权利要求1所述一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理方法，其特征在于，粉碎步骤(7)中，所述碳粉热值为1500-5000Kcal/kg。
6.一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理系统，包括破碎装置(1)、干燥装置(2)、热解装置(3)、净化装置(4)、燃烧装置(5)、换热装置(6)、粉碎装置(7)，其特征在于：
破碎装置(1)、干燥装置(2)、热解装置(3)、粉碎装置(7)顺次连通，用于对垃圾原料进行破碎、干燥、热解处理，经热解装置(3)处理产生的碳进入粉碎装置(7)；
净化装置(4)分别与热解装置(3)、粉碎装置(7)、燃烧装置(5)连通，经热解装置(3)处理产生的热解气进入净化装置(4)，进行高温除尘和脱硫处理，得到碳灰和燃气，碳灰进入粉碎装置(7)，与碳混合粉碎，获得碳粉，燃气进入燃烧装置(5)；
燃烧装置(5)还分别与干燥装置(2)、热解装置(3)连通，干燥装置(2)排出的热湿空气进入燃烧装置(5)，与燃气混合燃烧，产生的高温烟气进入热解装置(3)，供热后转变为中温烟气；
换热装置(6)分别与干燥装置(2)、热解装置(3)连通，热解装置(3)排出的中温烟气进入换热装置(6)，与换热装置(6)中的冷空气发生热交换，产生的热空气进入干燥装置(2)，排放净烟气。
7.根据权利要求6所述一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理系统，其特征在于，所述干燥装置(2)和燃烧装置(5)之间的连通管道设置有电加热装置(8)，系统首次启动时采用电加热的方式加热空气，进而为热解装置(3)提供热量，待系统运转稳定后，电加热装置(8)关闭。
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