本發(fā)明涉及生活垃圾減量化、無害化處理和資源循環(huán)再利用技術領域，具體來講是一種生活垃圾低溫熱解系統(tǒng)及方法。

背景技術：

我國歷年垃圾堆存量已達80億噸，占用耕地超過5億平方米。目前，垃圾產生量仍以8％-10％的速度增長，全國有超過三分之一的城市陷入垃圾包圍之中。截至2015年，全國246個大、中型城市全年產生的生活垃圾達1.8億噸。根據國務院印發(fā)的《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》中提出，要全面提高城市生活垃圾處理減量化、資源化和無害化水平，“十三五”期間全國城市生活垃圾無害化處理率達到95％以上。近十余來，我國垃圾處理領域取得的成果是明顯的，但同時我們也應看到垃圾處理的投入與垃圾處理的需求相比明顯不足。填埋法、堆肥法、焚燒法是城市垃圾處理的三大基本技術，但填埋會占用寶貴土地資源，產生的滲濾液會造成二次污染；堆肥處理量小，周期長，適應性不好；焚燒會產生二惡英、飛灰等危險廢棄物，且投資和運行費用相對較高。相對于焚燒而言，熱解是在無氧或缺氧的還原性氣氛下進行的分解反應，產生的二次污染排放物質較少。此外，熱解將廢物中的有用物質轉化為氣態(tài)(燃氣)或液態(tài)(燃料油)的形式分別利用，而氣態(tài)和液態(tài)燃料比固體廢物燃燒效率更高，污染更低。從保護環(huán)境角度來說，熱解是一種比焚燒過程更安全的固廢處理方法。

目前，國內在垃圾熱解領域已經有了一些研究，例如周鼎力等研發(fā)的一種生活垃圾臥式旋轉熱解反應釜(專利公布號CN 104130787A)該專利工藝是將生活垃圾原料與高溫無機熱載體在臥式旋轉熱解反應釜內部直接接觸加熱，在熱解反應釜的外層配置高溫煙氣進行間接加熱，使反應釜內垃圾發(fā)生熱解反應。高溫煙氣的溫度在500℃-1200℃，熱解反應溫度控制在300℃-800℃，該工藝流程可以充分利用煙氣余熱，提高能源利用率，但是間接傳熱這種方式本身就會使得熱解釜短時間內受熱不均，并且該工藝中煙氣溫度跨度大，就會加重受熱不均的影響。進一步，間接傳熱后使得熱解反應溫度在300℃-800℃這個區(qū)間，同樣，這個區(qū)間溫度跨度大，橫跨了熱解反應的低溫、中高溫區(qū)，生活垃圾成分復雜，其產物受溫度影響很大，不同的溫度區(qū)間，產物的形態(tài)以及組分差別很大，如果熱解反應的溫度橫跨的區(qū)間過大，會影響目標產物的種類與品質。因此，針對目前存在的問題，進一步深入研究垃圾熱解處理工藝具有重要的經濟意義和社會意義。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種生活垃圾低溫熱解系統(tǒng)及方法，可以保證穩(wěn)定溫度場，具有良好的環(huán)境效益、經濟效益和社會效益。

為達到以上目的，本發(fā)明采取的技術方案是：一種生活垃圾低溫熱解系統(tǒng)，包括相連的雙軸破碎機和帶式干燥機，還包括熱解裝置、物料分離裝置、黑炭收集裝置、儲倉、斗提機、換熱提升裝置、星型卸料器、熱解氣凈化裝置、間接式熱風爐、氮氣發(fā)生裝置、氮氣循環(huán)風機、煙氣凈化除臭裝置、冷卻器Ⅰ、冷卻器Ⅱ，其中，所述帶式干燥機與熱解裝置、物料分離裝置、斗提機、換熱提升裝置、星型卸料器依次相連；所述物料分離裝置還與黑炭收集裝置相連；所述斗提機還與儲倉相連；所述星型卸料器還與熱解裝置相連；所述熱解裝置產生的熱解氣通過管道與熱解氣凈化裝置、間接式熱風爐依次相連；所述間接式熱風爐產生的高溫煙氣通過管道與冷卻器Ⅰ、帶式干燥機、煙氣凈化除臭裝置依次相連；所述氮氣發(fā)生裝置產生的氮氣通過管道與間接式熱風爐、換熱提升裝置、氮氣循環(huán)風機依次相連；所述氮氣循環(huán)風機還與間接式熱風爐相連；所述氮氣發(fā)生裝置產生的氮氣還通過管道與間接式熱風爐、冷卻器Ⅱ、帶式干燥機、煙氣凈化除臭裝置依次相連。

在上述技術方案的基礎上，所述帶式干燥機包括用于與雙軸破碎機輸出端相連的物料進口Ⅰ、用于與熱解裝置輸入端相連的物料出口Ⅰ、用于與冷卻器Ⅰ輸出端相連的氣體進口Ⅰ、用于與煙氣凈化除臭裝置輸入端相連的氣體出口Ⅰ，其中，氣體進口Ⅰ位于帶式干燥機的頂部，氣體出口Ⅰ位于帶式干燥機的底部；所述帶式干燥機內部自上而下具有多層皮帶輸送機構，用于將物料進口Ⅰ處的垃圾物料輸送至物料出口Ⅰ。

在上述技術方案的基礎上，所述熱解裝置內部設置有耐高溫攪拌器。

在上述技術方案的基礎上，所述換熱提升裝置包括呈圓筒狀的殼體、管壁帶開孔的通管、耐高溫篩網盤和振動裝置，其中，所述殼體的底部設置有用于與斗提機輸出端相連的物料進口Ⅱ，殼體側壁靠近頂端的位置設置有用于與星型卸料器輸入端相連的物料出口Ⅱ和用于與氮氣循環(huán)風機輸入端相連的氣體出口Ⅱ；所述通管豎直設置于殼體內，且通管頂端設置有用于與間接式熱風爐相連的氣體進口Ⅱ；所述耐高溫篩網盤圍繞通管螺旋上升，用于將物料進口Ⅱ處的物料輸送至物料出口Ⅱ；所述振動裝置設置于殼體底部，用于振動耐高溫篩網盤。

在上述技術方案的基礎上，所述氮氣發(fā)生裝置包括液氮罐、氣化器和氮氣緩沖罐，且液氮罐、氣化器、氮氣緩沖罐與間接式熱風爐依次相連。

在上述技術方案的基礎上，還包括垃圾進料倉和螺桿進料器，該螺桿進料器用于將垃圾進料倉內的垃圾推入雙軸破碎機。

在上述技術方案的基礎上，還包括與熱解氣凈化裝置相連的氣柜，該氣柜用于存儲部分熱解氣。

在上述技術方案的基礎上，所述間接式熱風爐還分別與助燃風機、外部的天然氣相連，用于為間接式熱風爐引入助燃空氣和天然氣。

本發(fā)明還公開了一種基于上述系統(tǒng)的生活垃圾低溫熱解方法，包括以下步驟：將垃圾倒入雙軸破碎機中進行破碎，破碎后的垃圾進入帶式干燥機；間接式熱風爐產生的高溫煙氣經冷卻器Ⅰ冷卻后，進入帶式干燥機與物料直接接觸換熱，使得物料烘干；換熱后的高溫煙氣經煙氣凈化除臭裝置處理后達標排放；干燥后的垃圾進入熱解裝置進行熱解處理，其中，氮氣發(fā)生裝置輸出的氮氣與間接式熱風爐產生的高溫煙氣換熱后形成高溫氮氣，并輸送至換熱提升裝置；斗提機將儲倉內的傳熱介質送至換熱提升裝置內與高溫氮氣直接接觸換熱；換熱后的氮氣經氮氣循環(huán)風機送回至間接式熱風爐，重新與高溫煙氣換熱，從而實現(xiàn)氮氣的循環(huán)利用；換熱后的傳熱介質經星型卸料器輸送至熱解裝置，與熱解裝置內的垃圾物料換熱并發(fā)生熱解反應；熱解完成后，熱解過程中生成的黑炭與傳熱介質一起進入物料分離裝置進行分離，分離后的黑炭進入黑炭收集裝置儲存?zhèn)溆茫环蛛x后的傳熱介質經斗提機送回至換熱提升裝置，重新與高溫氮氣換熱，從而實現(xiàn)傳熱介質的循環(huán)利用；熱解過程中生成的熱解氣經熱解氣凈化裝置處理后，進入間接式熱風爐燃燒發(fā)熱。

在上述技術方案的基礎上，在系統(tǒng)啟動階段，由外部的天然氣替代熱解氣；氮氣發(fā)生裝置輸出的氮氣與天然氣在間接式熱風爐內燃燒產生的高溫煙氣換熱后，形成的高溫氮氣一部分進入換熱提升裝置加熱傳熱介質，另一部分高溫氮氣，經冷卻器Ⅱ冷卻后，進入帶式干燥機與物料直接接觸換熱，使得物料烘干；換熱后的高溫煙氣經煙氣凈化除臭裝置處理后達標排放。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、本發(fā)明中，利用熱解氣燃燒產生的高溫煙氣干燥垃圾，充分利用煙氣余熱。干燥后的垃圾進入熱解段，垃圾熱解是利用高溫傳熱介質(石英砂)傳熱完成的，這樣不僅可以均勻物料，而且可以保證穩(wěn)定溫度場，使得垃圾熱解的溫度范圍穩(wěn)定在450℃-480℃。

2、本發(fā)明的工藝路線含兩套循環(huán)利用系統(tǒng)，分別是氮氣循環(huán)利用系統(tǒng)以及傳熱介質循環(huán)利用系統(tǒng)，這樣設計不僅可以節(jié)約原料而且可以最大程度降低熱損，提高系統(tǒng)能耗利用率。最終系統(tǒng)產生的黑炭收集后儲存利用，熱解氣部分為系統(tǒng)供熱，剩余全部作為產品產出。具有良好的環(huán)境效益、經濟效益和社會效益。

3、本發(fā)明中，垃圾的干燥是利用高溫煙氣直接接觸完成的，一方面可以充分回收煙氣的余熱，另一方面，可以帶走垃圾中的臭氣一起集中處理。

4、本發(fā)明中，垃圾熱解是采用垃圾物料與高溫傳熱介質(石英砂)直接接觸傳熱，傳熱介質(石英砂)粒徑在1mm左右，垃圾熱解過程中不僅起到均質的作用，而且可以保證穩(wěn)定溫度場。

5、本發(fā)明中，垃圾熱解產生的熱解氣凈化后一部分進入間接式熱風爐，在爐內產生的高溫煙氣與氮氣換熱加熱氮氣，另一部分作為產品產出。

6、本發(fā)明中的全工藝的監(jiān)控系統(tǒng)采用國際先進設備，工作穩(wěn)定性好，實時反饋，并可以集成建模，可以根據當前運行數據預測模擬一段時間后的工況，以便及時調整工況參數，優(yōu)化工藝，并可以預知故障，將問題消滅于發(fā)生之前，減少工藝投資成本，提高經濟效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中生活垃圾低溫熱解系統(tǒng)的原理示意圖。

附圖標記：

1為垃圾進料倉，2為螺桿進料器，3為雙軸破碎機，4為帶式干燥機，4-1為物料進口Ⅰ，4-2物料出口Ⅰ，4-3氣體進口Ⅰ，4-4氣體出口Ⅰ，5為煙氣凈化除臭裝置，6為熱解裝置，6-1為耐高溫攪拌器，7為熱解氣凈化裝置，8為氣柜，9為助燃風機，10為間接式熱風爐，11為冷卻器Ⅰ，12為液氮罐，13為氣化器，14為氮氣緩沖罐，15為氮氣循環(huán)風機，16為換熱提升裝置，16-1為通管、16-2為耐高溫篩網盤，16-3振動裝置，16-4為物料進口Ⅱ，16-5為物料出口Ⅱ，16-6為氣體進口Ⅱ，16-7為氣體出口Ⅱ，17為星型卸料器，18為物料分離裝置，19為黑炭收集裝置，20為儲倉，21為斗提機，22為冷卻器Ⅱ，A為空氣，F(xiàn)為高溫煙氣，G為天然氣。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種生活垃圾低溫熱解系統(tǒng)，包括相連的雙軸破碎機3和帶式干燥機4，還包括熱解裝置6、物料分離裝置18、黑炭收集裝置19、儲倉20、斗提機21、換熱提升裝置16、星型卸料器17、熱解氣凈化裝置7、間接式熱風爐10、氮氣發(fā)生裝置、氮氣循環(huán)風機15、煙氣凈化除臭裝置5、冷卻器Ⅰ11、冷卻器Ⅱ22，具體的，原料可以生活垃圾也可以是陳腐垃圾、生物質、廢橡膠、工業(yè)有機廢棄物；傳熱介質可以是石英砂也可以是金剛砂。本實施例中，原料為生活垃圾，傳熱介質為石英砂。

帶式干燥機4與熱解裝置6、物料分離裝置18、斗提機21、換熱提升裝置16、星型卸料器17依次相連；物料分離裝置18還與黑炭收集裝置19相連；斗提機21還與儲倉20相連；星型卸料器17還與熱解裝置6相連；熱解裝置6產生的熱解氣通過管道與熱解氣凈化裝置7、間接式熱風爐10依次相連；具體的，該系統(tǒng)還包括與熱解氣凈化裝置7相連的氣柜8，氣柜8用于存儲部分熱解氣。間接式熱風爐10產生的高溫煙氣F通過管道與冷卻器Ⅰ11、帶式干燥機4、煙氣凈化除臭裝置5依次相連；氮氣發(fā)生裝置產生的氮氣通過管道與間接式熱風爐10、換熱提升裝置16、氮氣循環(huán)風機15依次相連；氮氣循環(huán)風機15還與間接式熱風爐10相連；氮氣發(fā)生裝置產生的氮氣還通過管道與間接式熱風爐10、冷卻器Ⅱ22、帶式干燥機4、煙氣凈化除臭裝置5依次相連。

具體的，帶式干燥機4包括用于與雙軸破碎機3輸出端相連的物料進口Ⅰ4-1、用于與熱解裝置6輸入端相連的物料出口Ⅰ4-2、用于與冷卻器Ⅰ11輸出端相連的氣體進口Ⅰ4-3、用于與煙氣凈化除臭裝置5輸入端相連的氣體出口Ⅰ4-4，其中，氣體進口Ⅰ4-3位于帶式干燥機4的頂部，氣體出口Ⅰ4-4位于帶式干燥機4的底部；帶式干燥機4內部自上而下具有多層皮帶輸送機構，用于將物料進口Ⅰ4-1處的垃圾物料輸送至物料出口Ⅰ4-2。本實施例中，帶式干燥機內部由5層皮帶輸送構成，垃圾物料從頂層皮帶輸送逐級至底層，高溫煙氣從底部氣體入口進入，逐級換熱后從頂部氣體出口處排出。垃圾通過逐級傳熱干燥后，出口處垃圾含水率降至5％左右。

具體的，熱解裝置6內部設置有耐高溫攪拌器6-1?？梢允沟美锪吓c石英砂充分換熱并發(fā)生熱解反應，垃圾物料在熱解裝置中的停留時間為30min，與石英砂換熱后的溫度穩(wěn)定在450℃-480℃

具體的，換熱提升裝置16包括呈圓筒狀的殼體、管壁帶開孔的通管16-1、耐高溫篩網盤16-2和振動裝置16-3，其中，殼體的底部設置有用于與斗提機21輸出端相連的物料進口Ⅱ16-4，殼體側壁靠近頂端的位置設置有用于與星型卸料器17輸入端相連的物料出口Ⅱ16-5和用于與氮氣循環(huán)風機15輸入端相連的氣體出口Ⅱ16-7；通管16-1豎直設置于殼體內，且通管16-1頂端設置有用于與間接式熱風爐10相連的氣體進口Ⅱ16-6；耐高溫篩網盤16-2圍繞通管16-1螺旋上升，用于將物料進口Ⅱ16-4處的物料輸送至物料出口Ⅱ16-5；振動裝置16-3設置于殼體底部，用于振動耐高溫篩網盤16-2。啟動階段，石英砂從儲倉20經斗提機21輸送至換熱提升裝置16的物料進口Ⅱ16-4處，經耐高溫篩網盤16-2緩慢螺旋上升，在上升過程中與從中部通管16-1頂部氣體進口Ⅱ16-6流至各層的高溫氮氣充分換熱，換熱后的石英砂從換熱提升裝置16頂部的物料出口Ⅱ16-5排出，此時石英砂溫度在500℃-550℃，經星型卸料器17排出石英砂至熱解裝置6中，換熱后的氮氣經換熱提升裝置16上端側向氣體出口Ⅱ16-7處排出，排出的氮氣經氮氣循環(huán)風機15送回至間接式熱風爐10重新與熱解氣燃燒產生的高溫煙氣換熱，從而實現(xiàn)循環(huán)利用。

具體的，氮氣發(fā)生裝置包括液氮罐12、氣化器13和氮氣緩沖罐14，且液氮罐12、氣化器13、氮氣緩沖罐14與間接式熱風爐10依次相連。液氮罐12中的液氮經氣化器13氣化后進入氮氣緩沖罐14，輸出的氮氣經間接式熱風爐10與熱解氣燃燒產生的高溫煙氣F換熱后，氮氣的溫度升至600℃-650℃。

具體的，還包括垃圾進料倉1和螺桿進料器2，該螺桿進料器2用于將垃圾進料倉1內的垃圾推入雙軸破碎機3。破碎后的垃圾粒徑控制在2cm以內。

具體的，間接式熱風爐10還分別與助燃風機9、外部的天然氣G相連，用于為間接式熱風爐10引入助燃空氣A和天然氣G。在啟動階段，間接式熱風爐10熱解氣入口處用天然氣G替代，天然氣G在爐內燃燒產生的高溫煙氣與氮氣換熱后，形成的高溫氮氣一部分進入換熱提升裝置16加熱石英砂，另一部分先經冷卻器Ⅱ22冷卻后再其輸送至帶式干燥機4用于吹掃系統(tǒng)并干燥垃圾，干燥段完成后，降溫后的氮氣裹挾垃圾干燥過程中產生的臭氣一起進入先進入煙氣凈化除臭裝置5，然后達標排放。

本發(fā)明實施例還提供一種基于上述系統(tǒng)的生活垃圾低溫熱解方法，包括以下步驟：

分選后的生活垃圾進入垃圾進料倉1中，通過螺桿進料器2進入雙軸破碎機3中進行破碎，破碎后的垃圾粒徑控制在2cm以內。破碎后的垃圾進入帶式干燥機4；間接式熱風爐10產生的高溫煙氣F經冷卻器Ⅰ11冷卻后，進入帶式干燥機4與物料直接接觸換熱，使得物料烘干；換熱后的高溫煙氣F經煙氣凈化除臭裝置5處理后達標排放。

干燥后的垃圾進入熱解裝置6進行熱解處理，其中，氮氣發(fā)生裝置輸出的氮氣與間接式熱風爐10產生的高溫煙氣F換熱后形成高溫氮氣(氮氣的溫度升至600℃-650℃)，并輸送至換熱提升裝置16；斗提機21將儲倉20內的傳熱介質送至換熱提升裝置16內與高溫氮氣直接接觸換熱(此時，傳熱介質(石英砂)溫度升至500℃-550℃)；換熱后的氮氣經氮氣循環(huán)風機15送回至間接式熱風爐10，重新與高溫煙氣F換熱，從而實現(xiàn)氮氣的循環(huán)利用；換熱后的傳熱介質經星型卸料器17輸送至熱解裝置6，與熱解裝置6內的垃圾物料換熱并發(fā)生熱解反應；垃圾物料在熱解裝置6中的停留時間為30min，與傳熱介質(石英砂)換熱后的溫度穩(wěn)定在450℃-480℃。

熱解完成后，熱解過程中生成的黑炭與傳熱介質一起進入物料分離裝置18進行分離，分離后的黑炭進入黑炭收集裝置19儲存?zhèn)溆?；分離后的傳熱介質經斗提機21送回至換熱提升裝置16，重新與高溫氮氣換熱，從而實現(xiàn)傳熱介質的循環(huán)利用。

熱解過程中生成的熱解氣經熱解氣凈化裝置7處理后，進入間接式熱風爐10燃燒發(fā)熱。

具體的，在系統(tǒng)啟動階段，由外部的天然氣G替代熱解氣；氮氣發(fā)生裝置輸出的氮氣與天然氣G在間接式熱風爐10內燃燒產生的高溫煙氣F換熱后，形成的高溫氮氣一部分進入換熱提升裝置16加熱傳熱介質，另一部分高溫氮氣，經冷卻器Ⅱ22冷卻后，進入帶式干燥機4與物料直接接觸換熱，使得物料烘干；換熱后的高溫煙氣F經煙氣凈化除臭裝置5處理后達標排放。

本發(fā)明不局限于上述實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。