一種無焚燒的低溫乾餾垃圾碳化爐及其綜合利用的製作方法

2023-07-29 04:02:46

專利名稱：一種無焚燒的低溫乾餾垃圾碳化爐及其綜合利用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種不產生焚燒、而在缺氧狀態下利用較低的溫度把垃圾乾餾，分解 出可燃氣體和碳化物，然後燃燒所生成的可燃氣體或碳化物為垃圾低溫乾餾提供熱量的節 能環保碳化爐，技術領域屬於環境保護。
背景技術：
垃圾處理的根本目的就在於垃圾的減量化、無害化和資源化。以往垃圾處理的方 法，大致有填埋、堆肥和焚燒三種。顯然垃圾填埋不符合減量化、無害化和資源化的要求；堆 肥需要分選，分選的環境惡劣，成本高，分選出來的還是垃圾，並沒有徹底消滅垃圾；並且， 分選出來各種垃圾應該如何處理？如何再生利用？再生的產品大家總是不放心，如此等 等，都沒能徹底解決。能夠較好實現垃圾的減量化、無害化和資源化的還是垃圾焚燒。垃圾焚燒後一般 體積可減少90%以上，重量減輕80%以上；高溫焚燒還能消除垃圾中大量有害病菌和有毒 物質，可有效地控制二次汙染；垃圾焚燒產生的熱能可用於發電、供熱，實現能源的綜合利 用，目前仍被認為是最有效、經濟的垃圾處理技術，在我國正處於快速發展階段。但垃圾焚燒可能產生二惡英引來許多爭議。因為二噁英的毒性是氰化物的130 倍、砒霜的900倍；此外，二噁英可溶於脂肪，難以降解，半衰期時間長，屬於持久性汙染物， 一旦進入人體，7年10年都很難排出，而一旦累計到一定程度，就會致人死地，因此垃圾焚 燒倍受譴責，特別上垃圾焚燒廠周邊居民的強烈反對；其次，垃圾焚燒從技術的角度考察，確實存在許多不足(1)，垃圾焚燒發電才能實現資源化，但垃圾焚燒發電存在著投資大、運行成本高、 維修成本高的不足。垃圾處理問題之所以如此嚴重，和垃圾處理的難度大，投資大，運行成 本高，維修成本高有直接的關係；0)，垃圾焚燒發電也有極限性，例如日處理在200噸以下的焚燒發電廠效率太 低，不適宜推廣已經成為大家的共識，對於小城鎮來說焚燒發電就不合適，還需要另僻奚徑 解決垃圾的問題；(3)，垃圾焚燒考慮的重點在於焚燒，利用垃圾焚燒發電是利用垃圾焚燒以後的餘 熱，利用效率很低。例如北京垃圾的熱值一般為750 1500kcal/kg，每噸垃圾蘊藏的能量 大約1000-1700度電，但垃圾焚燒發電實際的發電能力只有300-400度電左右，說明許多熱 量白白浪費，所以垃圾焚燒發電並不是最經濟的方法；0)，垃圾焚燒發電需要添加助燃劑來幫助垃圾燃燒，按規定允許加煤20%，但為 了多發電廠以取得經濟效益，都大量加煤發電，實際上成了小火電，造成對環境的二次汙 染；(5)，為了消除垃圾焚燒產生二惡英的惡名，垃圾焚燒不得不花費巨資進行煙囪建 設和煙塵處理，飛灰處理，每處理1噸垃圾需要增加巨額的投資，小城鎮就無法承受；(6)，為了能夠使垃圾焚燒，垃圾往往需要分選，分選必然增加垃圾處理成本，分選以後的遺留物又如何處理，仍需解決；(7)，垃圾焚燒發電只局限於處理生活垃圾，其它垃圾如餐廚垃圾、工業垃圾還沒 能處理。於是，如何經濟、有效地進行垃圾處理，是我們面臨的一個亟待解決的問題。其實，垃圾中最經濟、最有效並且最現實的可供利用的資源是它的熱能資源，利用 垃圾中的熱能資源也不僅僅局限於垃圾焚燒發電，還有多種綜合利用的方法。本發明的目的在於創造一種不需要焚燒垃圾，而在200 700°C的低溫下把垃圾 乾餾，分解出可燃氣體和碳化物，燃燒所生成的可燃氣體或碳化物用來提供垃圾烘乾和幹 餾的熱源，垃圾碳化以後可以回收金屬，玻璃等可利用的資源，可燃氣體和碳化物作為垃圾 處理的產品，並作為燃料加以利用，或者用來發電的無二惡英排放的節能、環保垃圾碳化 爐。

發明內容
為了克服以往垃圾焚燒的不足，本發明提供一種把垃圾裝入一個封閉的碳化爐 內，使垃圾處於缺氧狀態，在200-700°C的溫度下乾餾，分解成可燃氣體和碳化物，燃燒所生 成的可燃氣體或碳化物用來提供垃圾烘乾和乾餾的熱源，垃圾碳化以後可以回收金屬，玻 璃等可利用的資源，可燃氣體和碳化物作為垃圾處理的產品，並作為燃料或者肥料加以利 用，或者用來發電的無二惡英排放的節能、環保垃圾碳化爐。本發明解決其技術問題的技術方案是垃圾碳化爐包括由一個鋼製的爐體(1)、 安裝在爐體進口的上蓋(15)和安裝在出口的底蓋(11)構成密閉的垃圾碳化爐主體，上蓋 (15)和底蓋(11)分別由它們的驅動裝置(16)和(12)驅動，一個抽氣機(4)、一組燃氣收 集管(3)、一個燃氣水洗池( 和一個燃氣儲氣罐( 構成可燃氣體收集系統，一根送氣管 (6)、一根燃氣供氣管(14)和一組燃氣加熱設備(1 構成外部加熱系統，一個排出碳化物 的溜槽(8)，振動篩(9)和碳化物收集倉(10)構成碳化物收集和粗選與儲存系統；垃圾在 上蓋(15)打開以後從垃圾入口(17)，爐體內的垃圾(18)碳化後生成碳物(7)。首先驅動裝置(16)打開上蓋(15)，把垃圾從垃圾入口(17)裝入爐體(1)，裝滿以 後驅動裝置(16)驅動上蓋(1 把垃圾推入爐體內部並蓋上爐體(1)的上蓋，形成密閉狀 態，燃氣加熱設備(1 點火加熱，垃圾中的有機物質，都屬於碳氫化合物，當爐內的溫度上 升到100多。C以後就開始分解，生成C，CH4, CO，H2等可燃氣體，可燃氣體在抽氣機的抽 吸下，經過燃氣收集管C3)和燃氣水洗池O)，進入儲存燃氣的儲氣罐(5)，儲氣罐( 的燃 氣，經送氣管(6)輸送到燃氣加熱設備(13)的各個爐頭燃燒，使垃圾加熱，提供垃圾中有機 物質分解的熱量，供氣管(14)是當開始時燃氣儲氣罐( 沒有燃氣或燃氣不足時可由外部 氣源供氣；當爐體內部的垃圾分解接近完畢就可以讓驅動裝置(12)打開底蓋(11)，爐內的 碳化物就順著溜槽⑶滑到振動篩(9)，振動篩(9)把大塊的不可燃的磚頭、土塊分離出來， 碳化物則送入碳化物收集倉(10)，可作為肥料也可以當作燃料，還可以用來發電。接著，驅 動裝臂(12)關閉底蓋(11)，開始再一次進料。本發明的有益效果是1.垃圾低溫乾餾，垃圾是在密閉的乾餾爐內進行化學反應，並不進行焚燒，所以不 產生二惡英。垃圾不焚燒可以消除人們的這種恐懼心裡；2、垃圾低溫乾餾產生的可燃氣體全部收集利用，沒有廢氣排放，無需建造大煙囪，無需煙塵處理，沒有飛灰，無需飛灰處理，沒有垃圾焚燒產生的NOX、SOX、COX等有害氣體汙 染空氣，避免了溫室氣體的排放；3、垃圾低溫乾餾縮短處理時間。因為低溫乾餾只要把垃圾乾餾，生成可燃氣體和 碳化物，無需把垃圾徹底燃盡，因此花耗的時間短，提高了垃圾處理的速度和處理效率。4、垃圾低溫乾餾採用外熱式加熱方法，垃圾無需前處理，無論垃圾熱值高低，都能 夠進行乾餾處理無需顧慮垃圾的熱值太低，焚燒不起來或者焚燒不充分，還可以處理工業 垃圾，如塑料、廢舊輪胎，甚至醫療垃圾等；5、垃圾低溫乾餾消耗的熱量比垃圾焚燒消耗的熱量少，節能。因為垃圾焚燒為了 抑制二惡英的產生，不得不把燃燒溫度升高到850°C以上，而低溫乾餾只要把垃圾的溫度升 到200°C以上，消耗的熱少得多，所以可以取自垃圾乾餾產生的可燃氣體或碳化物，也可以 取自其它產業的餘熱利用，無需添加助燃劑，降低運行成本。6、低溫乾餾經過高溫消毒(對消毒來說就是高溫了)以後再進行分選，可有效回 收利用垃圾中的其它資源。例如不僅可以通過磁選挑選出鐵磁材料，還可以挑選出其他金 屬材料、及玻璃等等。和垃圾處理前回收相比，總量減少了，沒有垃圾的臭味，沒有垃圾的病 毒傳染的危險，組成的成分簡單了，分選也方便了。7.低溫乾餾設備簡單，更因為低溫乾餾沒有廢氣排放，無需建造大煙囪，無需廢氣 除塵，沒有飛灰，無需飛灰處理，降低了投資成本和運行成本，而且沒有活動部件，設備在低 溫工作，不容易損壞；降低了維修成本；8、低溫乾餾產生的產品可以是碳化物和可燃氣體，也可以同時把碳化物和可燃氣 體焚燒發電，生產電能，還有從垃圾中回收的金屬、玻璃和其它可回收材料，具有產品的多 樣性，投資的靈活性；規模的大小不受限制，具有應用的普遍性和適應性；9、垃圾低溫乾餾能更充分利用垃圾中的熱力資源。低溫乾餾首先消耗的能量少， 留下更多的熱能資源；其次，燃燒可燃氣體和碳化物發電就和燃煤一樣，直接採用技術非常 成熟的燃煤鍋爐或燃氣鍋爐，充分發揮熱能的利用效率；10、垃圾低溫乾餾需要的能耗少，垃圾處理不僅僅利用垃圾本身的資源，還可以綜 合利用其他產業的餘熱資源進行資源的綜合利用。例如利用碳化物和可燃氣體發電，同時 利用發電產生廢氣的餘熱把垃圾乾餾，就無需消耗垃圾乾餾產生的可燃氣體；又如利用燒 磚的餘熱乾餾垃圾，同時利用垃圾乾餾產生的可燃氣體燒磚；還可以把垃圾乾餾產生的碳 化物混在泥中，在燒磚時燃燒產生熱量，有減輕磚的重量的效果。


圖1是本發明的垃圾低溫乾餾碳化爐的結構示意圖；圖2是垃圾低溫乾餾碳化爐 後續利用碳化物和可燃氣體發電，利用發電產生廢氣的餘熱把垃圾乾餾的垃圾綜合利用的 一種實施例子。圖中(1)——碳化爐的爐體，(2)——燃氣水洗池，(3)——燃氣收集管，⑷—— 抽氣機，(5)——燃氣儲氣罐，(6)——送氣管，(7)——垃圾碳化生成的碳化物，⑶——溜 槽，(9)——振動蹄，(10)——碳化物收集倉(11)——出料口的底蓋，(12)——出料口底 蓋的驅動裝置，(13)——燃氣加熱設備，(14)——外部燃氣供氣管，(15)——進料口上蓋， (16)——進料口上蓋驅動裝置，(17)——垃圾進料口，(18)——入爐的垃圾。
具體的實施例子根據圖1，本發明的垃圾低溫於餾碳化爐的爐體(1)是密閉的隧道式結構，首先驅 動裝置(16)打開上蓋(15)，垃圾從垃圾進料口(17)裝入爐體(1)，裝滿以後驅動裝置(16) 驅動上蓋(12)把垃圾推入爐體內部並蓋上爐體(1)的上蓋(15)，使爐體(1)形成密閉狀 態，燃氣加熱設備(1 各個爐頭點火加熱，提供垃圾中可燃物質分解的熱量；在爐體(1)內 部的垃圾(18)中的有機物質都屬於碳氫化合物，當爐內的溫度上升到100多。C以後就開始 分解，生成C，CH4, CO，H2等可燃氣體和碳化物(7)，可燃氣體在抽氣機(4)的抽吸下，經過燃 氣收集管C3)和燃氣水洗池O)，進入燃氣儲氣罐(5)，因為爐體(1)內部是處於微負壓狀 態，可燃氣體不外洩，開始時可通過燃氣供氣管(14)連接外部燃氣源供氣，當垃圾乾餾產 生的可燃氣體使燃氣儲氣罐( 儲存足夠的燃氣以後就切斷外部燃氣源，改由燃氣儲氣罐 (5)經送氣管(6)輸送到燃氣加熱設備(10)供氣，當爐體(1)內部的垃圾分解接近完畢，就 可以使驅動裝置(1 打開底蓋(11)，爐內的碳化物(7)就順著溜槽(8)滑到振動篩(9)， 振動篩(9)把大塊的不可燃的磚頭、土塊分離出來，碳化物則送入碳化物收集倉(10)，可作 為燃料也可以當肥作料待用，還可以用來發電，接著驅動裝置(8)關閉底蓋(11)，開始再一 次進料。這種垃圾低溫乾餾碳化爐是最基本的結構型式，可根據需要設計不同的規模。作 為垃圾綜合利用的例子，圖2是垃圾低溫乾餾碳化爐後續利用碳化物和可燃氣體發電，利 用發電產生廢氣的餘熱把垃圾乾餾的垃圾綜合利用的一種實施例子。根據圖2，本發明的垃圾低溫乾餾碳化爐和圖1基本相同，只是取消了外部燃氣 供氣管(15)，燃氣加熱設備(13)，振動篩(9)和碳化物收集倉(10)；增加了一臺燃煤鍋爐 (19)，一條用於加熱碳化爐爐體(1)的廢氣煙道(20)、一個廢氣引風機和一個廢氣排 放煙囪(22)。開始時先燃煤發電，引風機把燃煤鍋爐(19)的廢氣抽吸過來，通過廢氣煙 道00)加熱設置在煙道裡的碳化爐爐體(1)，然後經廢氣排放煙囪02)排入高空，在爐體 (1)內部的垃圾(18)受熱以後產生乾餾，分解成可燃氣體和碳化物(7)，可燃氣體在抽氣機 (4)的抽吸下，經過燃氣收集管C3)和燃氣水洗池O)，進入燃氣儲氣罐(5)，當垃圾乾餾產 生的可燃氣體使燃氣儲氣罐( 儲存足夠的燃氣以後就把可燃氣體導入燃煤鍋爐(19)燃 燒；垃圾乾餾分解產生的碳化物，則經溜槽(8)溜入燃煤鍋爐(19)，代替煤燃燒，燃煤鍋爐 (19)燒出的過熱蒸汽推動汽輪機發電，於是就構成一個垃圾乾餾-可燃氣體和碳化物燃燒 發電-廢氣餘熱使垃圾乾餾的垃圾熱能綜合利用的循環過程，燃煤鍋爐和過熱蒸汽推動汽 輪機發電都是成熟的技術可由相關的廠家配套。工業適應性本碳化爐是借鑑現代的乾餾裝置普遍應用的外熱式加熱方式，所以技術是成熟 的，具有現實的實用性；乾餾產生的可燃氣體足以提供垃圾乾餾的熱量。如果要提高垃圾幹 餾的產氣量，可以在爐體(1)內部通入高溫蒸汽。當垃圾乾餾時會產生許多游離C(碳)，遊 離C是很強的還原劑，它把水蒸氣還原，就生成CO和H2 C+H20 — C0+H2CO和H2都是可燃氣體，可以提高垃圾處理的產氣量，用於發電可以增加發電量； 燃煤鍋爐燃燒後的殘渣，可以再分選出金屬回收，其餘的可以作為建築材料加以利用。
本碳化爐的結構非常簡單，碳化的溫度寬廣，沒有廢氣排放，無需飛灰處理；垃圾 處理成為能源生產，並且具有產品多樣性，投資的靈活性，應用的適應性，完全適合我國的 國情既不排放二惡英，又處理了垃圾，並且實現了垃圾的綜合利用。
權利要求
1.一種無焚燒的低溫乾餾垃圾碳化爐及其綜合利用，其技術特徵是碳化爐包括一個 裝入垃圾的傾斜爐體，以及安裝在在爐體進料口的上蓋及其驅動裝置，安裝在爐體出料口 的底蓋及其驅動裝置，爐體、上蓋和底蓋構成一個密閉的乾餾爐，垃圾在乾餾爐內部乾餾； 乾餾生成的可燃氣體通過一個抽氣機和一組燃氣收集管，抽吸到一個燃氣儲氣罐儲存，中 間經過一個燃氣水洗裝置去除煙塵並防止火苗進入儲氣罐；儲存在儲氣罐裡的可燃氣體通 過一根送氣管，向一組燃氣加熱設備供氣燃燒，以提供爐體內部垃圾乾餾的熱量；開始時可 通過一根燃氣供氣管使用外部氣源加熱垃圾；乾餾後生成的碳化物通過安裝在爐體出料 口、排出碳化物的溜槽，振動篩，輸送到碳化物收集倉。
2.根據權利要求1所述的低溫乾餾垃圾碳化爐，其特徵是垃圾是處於完全密閉的幹 餾爐內、在缺氧的狀態下進行乾餾，垃圾不燃燒就不產生二惡英，也沒有垃圾焚燒產生的廢 氣，沒有廢氣中的煙塵、惡臭和廢氣中的HC1、NOx、SOx和COx等有害物質的汙染，具有垃圾 處理的安全性。
3.根據權利要求1所述的低溫乾餾垃圾碳化爐，其特徵是垃圾乾餾採用外部熱源，垃 圾的熱值不受限制，可燃垃圾可以乾餾，原生垃圾也可以入爐乾餾；生活垃圾可以乾餾，工 業垃圾也可以入爐乾餾，甚至餐廚垃圾脫水後也可以入爐乾餾，具有應用的通用性。
4.根據權利要求1所述的低溫乾餾垃圾碳化爐，其特徵是垃圾乾餾的溫度在 200-700°C，無需像垃圾焚燒那樣，為了防止生成二惡英而要求把垃圾燒到850°C以上，所以 節省大量的能源，具有垃圾處理的節能性；乾餾的溫度範圍寬，不僅可以採用可燃氣體燃燒 來提供熱量，也可以燃燒碳化物提供熱量，甚至可以利用其它產業產生的餘熱提供熱量，具 有廣泛的適應性。
5.根據權利要求1所述的低溫乾餾垃圾碳化爐，其特徵是乾餾過程產生的可燃氣體 全部收集利用，沒有廢氣排放，無需高大煙 、無需垃圾焚燒產生的廢氣處理；沒有垃圾焚 燒鼓風造成的煙塵，無需煙塵處理；設備簡單，沒有高溫和可動部件，運行可靠，因此大大節 省投資、運行成本和維修成本。
6.根據權利要求1所述的低溫乾餾垃圾碳化爐，其特徵是垃圾在乾餾以後利用簡單 的風選法就能夠從遺留下來的碳化物中回收鐵磁材料和其它的金屬材料，乃至醫療垃圾中 的玻璃瓶、針頭等可回收利用的資源。
7.根據權利要求1所述的低溫乾餾垃圾碳化爐，其特徵是在垃圾乾餾過程中適當通 入高溫蒸汽，利用乾餾過程中的游離碳還原水中的氧，把水變成燃料，提高垃圾處理可燃氣 體的產氣量。
8.根據權利要求1所述的低溫乾餾垃圾碳化爐，其特徵是垃圾處理能夠進行綜合利 用，而且不僅僅利用垃圾中的可利用資源，還可以利用垃圾乾餾產生的可燃氣體和碳化物 發電；利用發電廢氣的餘熱乾餾垃圾，提高了垃圾處理的利用效率，進一步降低垃圾處理的 運行成本。
全文摘要
一種無焚燒的低溫乾餾垃圾碳化爐及其綜合利用，碳化爐包括由爐體、上蓋和底蓋構成密閉的乾餾爐主體，上蓋和底蓋分別由其驅動裝置驅動；由抽氣機、燃氣收集管、燃氣水洗池和儲氣罐構成可燃氣體收集系統；由送氣管、燃氣供氣管和燃氣加熱設備構成垃圾外部加熱系統；由溜槽、振動篩和碳化物收集倉構成碳化物收集和粗選與儲存系統，碳化物可採用風選回收金屬等可利用資源；垃圾由乾餾產生的可燃氣體從外部加熱分解成可燃氣體和碳化物，碳化物經粗選收集起來利用；也可以燃燒碳化物提供垃圾乾餾的熱量，還可以燃燒可燃氣體和碳化物發電，由發電廢氣的餘熱乾餾垃圾，進行資源的綜合利用，甚至可適當通入高溫蒸汽使其與游離碳生成CO和H2，以提高碳化爐的產氣量。
文檔編號C10B53/00GK102061181SQ20091022340
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月13日 優先權日2009年11月13日
發明者餘式正 申請人:餘式正