一種低溫連續熱解處理生活垃圾固定床反應器的制作方法

本實用新型涉及生活垃圾處理領域，尤其涉及一種低溫連續熱解固定床反應器，并利用該反應器處理生活垃圾。
背景技術：
：生活垃圾經過熱處理可產生固態、液態和氣態產物，這些產物被制成可回收、易利用、易運輸及易儲存的能源形態，可供熱發電或用作化工及其它產業的原料。上述熱處理工藝包括碳化、氣化、熱解、液化或者其他相關工藝。其中，熱解作為熱處理工藝的一種，所使用的反應器有多種，包括工業生產常用的移動床、固定床、回轉窯、流化床，還包括燒蝕床和懸浮爐等，主要用于回收熱解產物中的某一種或兩種物質。移動床熱解工藝屬于慢速熱解工藝，可減少中間產物的二次反應，提高熱解油的產率，采用外熱式供熱方式，傳熱效率較低；流化床熱解工藝屬于快速熱解工藝，加熱速率快、氣相停留時間短，熱利用效率高，可降低二次反應的發生，熱解油產率較高。但是物料熱解過程中處于硫化態，熱解液中含塵量高，較難處理；燒蝕床熱解工藝是將反應物料與灼熱的金屬表面直接接觸換熱，使物料迅速升溫并裂解，熱解時間短，反應速度快，油收率高，但是無法實現物料熱解的連續性。常規固定床熱解系統為批量給料，不能長期連續運行，而且熱解條件不易長期保持。現有技術CN102559222A公開了一種低溫干餾爐熱解物料的方法。該熱解方法采用臥式干餾爐，每一次熱解開始前，先需要停止向反應器供熱，待反應器降溫冷卻后卸下反應器爐門或是爐蓋，取出前一批熱解殘留的固體產物，需要人工向反應器內加入下一批次熱解的物料。因此該方法無法實現物料熱態條件下連續進出料，無自動布料和出料功能，未實現高溫熱解不凝氣自用來提供熱量。進出料過程需對反應器升溫和降溫，降低了裝置的處理能力和效率，增加了故障率。技術實現要素：鑒于現有技術的不足，本實用新型旨在提供一種熱解處理生活垃圾的固定床反應器。該反應器運行穩定，易操作，既能對物料進行批量處理，又可以在熱態條件下連續進出料，可充分回收熱解反應產生的熱解氣，經濟效益高。本實用新型公開了一種低溫連續熱解處理生活垃圾固定床反應器，所述反應器包括進料口、反應室、氣體收集區、集氣室、出料口，所述進料口的水平位置比所述出料口的水平位置高；所述反應室中具有進料螺旋、出料螺旋、料板，所述料板包括進料端和出料端，所述進料螺旋設置在所述進料口之下，位于所述進料端上部；所述出料螺旋設置在所述出料端上部，所述出料端位于所述出料口之上；所述進料螺旋包括中心螺桿、左螺旋葉片、右螺旋葉片；所述中心螺桿橫穿所述左螺旋葉片和右螺旋葉片，所述左螺旋葉片和右螺旋葉片垂直于所述中心螺桿的中心線成軸對稱，兩者之間的距離為所述進料口口徑的1/3～1/2；所述氣體收集區位于所述反應室之上，所述集氣室位于所述氣體收集區之上。進一步的，所述左螺旋葉片和右螺旋葉片的下邊緣與所述料板的垂直距離為50～150mm，優選為80mm。進一步的，所述左螺旋葉片間隙和右螺旋葉片間隙等距設置。進一步的，所述左螺旋葉片間隙和右螺旋葉片間隙變距設置。進一步的，所述氣體收集區為梯形體，所述反應室為立方體，所述氣體收集區的底部與所述反應室的頂部連通；所述氣體收集區的頂部與所述料板的垂直距離為1000～1500mm。進一步的，所述氣體收集區的梯形斜截面與所述反應室的豎直面的夾角為120°～150°，優選135°；所述梯形斜截面由鋼板制成，在其上設置有圓孔。進一步的，所述料板的進料端和出料端設置有傳動軸承，用于帶動所述料板連續轉動；所述傳動軸承具有兩個或多個。上述反應器進一步還包括殼體，所述殼體包括反應器壁、支撐平臺、支架；所述反應器壁用于密封所述反應室；所述支撐平臺設置在所述料板之下；所述支架固定在所述支撐平臺上，用于連接所述傳動軸承。進一步的，所述反應室中包括輻射管；所述輻射管為蓄熱式輻射管，設置在所述料板上部與所述料板平行；所述輻射管與所述料板之間的垂直距離為400～550mm，優選450mm。進一步的，所述集氣室的側壁上設置有可燃氣導管，所述可燃氣導管與所述輻射管連接。本實用新型通過采用獨特的進料螺旋構造，可實現生活垃圾原料在料板上的均勻分布。料板上方均勻布置有多根輻射管，原料在熱解過程中相對于料板和輻射管靜止，可保證其均勻受熱。在熱解處理過程中，通過料板、進料螺旋、出料螺旋的聯合操作，可在不停爐的條件下，實現反應器的連續進料和出料，以及熱解產物的分類回收。本實用新型中氣體收集區和集氣室的設置可大大降低熱解氣的含塵量，實現高溫熱解氣的直接回收利用，降低了熱損失，提高了生活垃圾處理收過程的能量效率和經濟效益，因此具有較大的發展優勢和應用前景。附圖說明圖1是低溫連續熱解處理生活垃圾固定床反應器的左視圖。圖2是低溫連續熱解處理生活垃圾固定床反應器的俯視圖。圖3是低溫連續熱解處理生活垃圾固定床反應器的主視圖。附圖中的附圖標記如下：1-殼體；2、2a、2b、2c-輻射管；3-中心螺桿；3a-出料螺旋；3b-進料螺旋；4-料板；5-進料倉；5a-進料口6-插板閥；7-支架；8-反應室；9-傳動軸承；10-基底；11-支撐平臺；12-可燃氣導管；13-氣體收集區；14-集氣室；15-固體收集倉；15a-出料口。具體實施方式以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。該固定床反應器既可用于資源化回收利用有機化合物，又可用于無害化處理廢棄物，本實用新型實施例中用于生活垃圾的熱解處理和熱解產物的回收。反應器包括四個部分：進料系統、反應系統、出料系統、殼體。以下結合圖1、圖2、圖3分別顯示的固定床反應器的左視圖、俯視圖、主視圖，對該四個部分之間的結構及其關系進行說明。①殼體：由圖1所示，固定床反應器的殼體1包括反應器壁、支架7、基底10、支撐平臺11。反應器壁包括爐頂、側壁、爐底，用于密封整個反應室8，使得反應室8內的反應氣氛與外界氣氛充分隔開。②進料系統：由圖1以及圖3所示，進料系統自上而下依次包括進料倉5、插板閥6、進料口5a。進料倉5的數量可為一個或多個。③出料系統：由圖1所示，出料系統由出料口15a和固體收集倉15構成。出料口15a在進料口5a之下，且都設置有下料溜槽，用于反應器的進料和出料。固體收集倉15的數量可為一個或多個。④反應系統：反應系統包括反應室8、氣體收集區13、集氣室14。由圖3可見，在反應室8的底部設置有料板4，位于支撐平臺11之上。為了便于描述，將料板4的兩端分別命名為進料端和出料端。由圖1可見，出料端通過出料口15a與固體收集倉15連接。料板4由多個等寬不銹鋼板構成，每塊不銹鋼板之間通過活動接頭連接。相鄰不銹鋼板的邊緣通過凸凹槽連接，起到密封的作用，避免物料漏至料板4的下方。由圖1，在進料端和出料端分別設置一個傳動軸承9。支架7的一端固定在支撐平臺11上，另一端連接傳動軸承9。傳動軸承9中一個是主動輪，一個是從動輪，用于帶動料板4的連續轉動。根據需要，可在料板4的中間段設置若干個從動輪，從動輪上端與料板4接觸起到支撐作用，下端固定在支撐平臺11上。由圖1所示，進料螺旋3b設置在料板4進料端的上部，位于進料口5a之下；出料螺旋3a設置在料板4出料端的上部，且出料端位于出料口15a之上。在本實用新型實施例中，進料螺旋3b和插板閥6之間還設置有料位計。由圖2和圖3所示，進料螺旋3b和出料螺旋3a均由螺旋葉片和中心螺桿3組成，中心螺桿3橫穿螺旋葉片。本實用新型實施例中，螺旋葉片之間的間隙等距設置，其下邊緣與料板4的垂直距離為50～150mm，其中優選距離為80mm。在其它實施例中，螺旋葉片之間的間隙可采用變距設置的方式，且靠近中間部分螺旋葉片間隙比中心螺桿兩端螺旋葉片間隙要小，使得物料在料板4上的分布更加均勻。由圖2所示，進料螺旋3b位于進料口5a之下，螺旋葉片包括左螺旋葉片和右螺旋葉片，中心螺桿3橫穿左螺旋葉和右螺旋葉片。左螺旋葉片和右螺旋葉片垂直于中心螺桿3的中心線成軸對稱。本實用新型實施例中，左螺旋葉片和右螺旋葉片之間的距離為進料口5a口徑的1/3～1/2。本實用新型實施例中，進料螺旋3b的特殊構造，使得生活垃圾從進料螺旋3b的中間部分向兩端運動，可以減少物料隨進料螺旋3b的運轉距離，并且實現較寬料板4上物料的均勻分布，優選實施方式為采用單根進料螺旋。在其它實施例中，可在進料口5a的下料溜槽處增設導流板，有助于物料的均勻分布，尤其適用于堆密度比較小的生活垃圾的分布。由圖2所示，反應室8中設置有3個輻射管，分別為2a、2b、2c，在圖1和圖3中標示為輻射管2，每一個輻射管都具有進氣口和出氣口。在其它實施例中，輻射管2的數量可以為除3個以外的任一數量。本實用新型實施例中。輻射管2在反應室8中均勻布置，且與料板4平行，其距離料板4的垂直高度為400～550mm，本實用新型實施例中為450mm。由圖1可見，氣體收集區13位于反應室8之上，集氣室14位于氣體收集區13之上。本實用新型實施例中，氣體收集區13為一梯形體，反應室為一立方體，氣體收集區13的底部與反應室8的頂部連通。氣體收集區13的頂部水平面和梯形斜截面均由鋼板制成，從而與集氣室14隔開。在制成梯形斜截面的鋼板上設置有圓孔，用于熱解氣體的流通。集氣室14具有豎直面側壁和傾斜面側壁，豎直側壁和反應室8的豎直面側壁連接；傾斜面側壁和氣體收集區13的梯形斜截面側壁連接。豎直面側壁上設置有可燃氣導管12，該可燃氣導管12為一根總管分為六根支管，分別與輻射管2a、2b、2c的進氣口和出氣口連接。在總管中設置有分布器，將熱解氣均勻分布給各輻射管。氣體收集區13的頂部與料板之間的垂直距離為1000～1500mm，當固定床反應器用于資源化回收利用有機化合物時，該距離優選1000～1200mm；當用于無害化處理廢棄物時，該距離優選1200～1500mm。氣體收集區13的梯形斜截面與反應室8的豎直面之間的夾角為120°～150°，優選角度為135°。本實用新型實施例反應器的整個反應器壁優選四方形，也可設計為圓柱形或其它形狀。采用四方形反應器壁的結構更加有利于輻射管2的設置，從而使物料受熱均勻，保證熱解氣的均勻產生和流動。利用本實用新型處理生活垃圾的工藝方法流程如下：①原料要求本實用新型實施例的固定床反應器對原料無嚴格要求，可處理粒徑＜120mm的塊狀生活垃圾原料，或是長度和寬度均＜200mm的片狀或粉狀原料。也可用于各種廢棄物包括醫療垃圾、化工垃圾、制藥廠廢棄物、造紙廠廢棄物、廢棄電路板的處理，或是廢舊輪胎、廢塑料、生物質、煤、油頁巖的資源化回收利用。②進料過程關閉插板閥6，將生活垃圾原料運送至進料倉5中。可在進料倉5中設置攪拌棒，用于防止物料的蓬料現象。打開插板閥6，物料在重力作用下，經由進料口5a處的下料溜槽進入反應室8前段的中部。生活垃圾被連續運送至進料螺旋3b的中間部分，在進料螺旋3b的作用下沿料板4的兩側均勻的分布。料板4在傳動軸承9的運轉下，可帶動生活垃圾向前輸送，使整個料板4均勻的布滿物料。料位計可用于檢測進入反應室8的物料高度，從而控制單次進料量，也可通過調節進料螺旋3b，改變料板4上物料的分布效果。在插板閥6處可設置惰性氣體接入口，在打開插板閥6向反應器中加入生活垃圾原料時，通入惰性氣體，原料在惰性氣體氣流的協助下進入反應室8中。惰性氣體可選擇氮氣，或為其它非氧化性氣體，滿足反應室8中熱解反應的絕氧性要求。本實用新型固定床反應器可采用單次進料的方式，也可采用連續進料的方式。當所需處理的物料量較小時，可采用本實用新型實施例中的固定床反應器進行操作。如果處理的物料量較大，可增加料板4的面積，在熱解反應過程中保持料板4的連續轉動，使物料在料板4上從進料端到出料端完成熱解反應，保證進料和出料的連續性。③進料高度為了保證反應室8中生活垃圾熱解的連續性，進料倉5的單次物料儲存量不得少于料板4的單次物料分布量。在熱解反應過程中，在進料倉5中儲存一定量的生活垃圾原料，保證料板4上物料的高度為150～300mm。④熱解反應條件該固定床反應器中發生的熱解反應是在350～1200℃的范圍內進行的。生活垃圾原料由進料口5a進入反應室8之后，通過輻射管2的輻射傳熱，逐步升溫熱解，首先進行干燥脫水，然后脫除揮發分，生成熱解氣和焦炭，焦炭中含有一定量未揮發的有機成分。通過對焦炭進行工業分析，測得該有機成分的含量不超過10wt％(wt％為重量含量)。熱解反應過程中要控制反應室8處于絕氧氣氛，并維持壓力在-2～5kPa的范圍內。⑤加熱方式該固定床反應器的加熱方式可選擇電加熱方式、燃料加熱方式、高溫等離子體加熱方式等，本實用新型實施例優選蓄熱式輻射管加熱方式，滿足裝置中燃燒加熱系統與物料熱解系統的隔絕。輻射管2的升溫速率控制在20～60℃/min，不同升溫階段選擇不同的升溫速率，當物料溫度低于280℃時，輻射管2的升溫速率控制在40～60℃/min；當物料溫度在280～450℃時，輻射管2的升溫速率控制在20～40℃/min；當物料溫度超過450℃時，輻射管2的升溫速率控制在20～60℃/min。當處理生物質、廢舊輪胎、廢塑料時需采用較慢的升溫速率，處理煤、油頁巖、垃圾時需采用較快的升溫速率。⑥出料過程在啟動進料螺旋3b的同時啟動出料螺旋3a，在出料螺旋3a的運轉下，熱解反應后的焦炭經由出料口15a處的下料溜槽進入固體收集倉15中。該出料過程可滿足料板4在均勻分布生活垃圾的同時，對上一次反應后的焦炭進行出料，從而保證反應器中進料和出料的連續性。該固定床反應器作為無害化處理廢棄物的裝置時，通過出料螺旋3a輸送出的熱態固體產物為粉末態，可作為固體熱載體直接摻混到原料中，用于烘干原料，降溫后的混合料通過篩分裝置分離出固體產物。該篩分裝置可直接設置在進料倉5上方，或單獨放置。⑦熱解氣的回收利用反應室8中熱解產生的熱解氣膨脹匯集到氣體收集區13中，在其中升溫并加快裂解，然后經由梯形斜截面鋼板上的圓孔，進入到集氣室14中，通過可燃氣導管12被運送至輻射管2a、2b、2c中，供輻射管燃燒使用。部分熱解氣可經冷卻獲得焦油。氣體收集區13斜截面上的圓孔，可使熱解氣的流動速度變慢，導致其中的灰塵沉淀并降落，從而降低進入集氣室14熱解氣的含塵量。集氣室14既可儲存熱解氣，又可確保熱解氣處于高溫狀態，充分回收熱解氣的熱量，提高熱利用率。氣體收集區13的梯形體結構有助于匯集熱解氣體，且梯形斜截面與反應室8的豎直面之間夾角的大小，可直接影響熱解氣的流動方向和停留時間。料板4上表層的生活垃圾先進行熱解，下層后進行熱解。下層物料熱解產生的熱解氣首先穿過其上層的物料熱解反應后產生的焦炭，即上層的焦炭可對下層穿過的熱解氣起到過濾的作用，降低熱解氣的含塵量。通過過濾作用，可除去下層熱解氣中的炭粒、液滴、污染物等。該固定床反應器從進料到完成熱解反應出料所需時間為1.5～5h，該時間會受到生活垃圾的物理性質、單次進料量、升溫速率等的影響。本實用新型實施例的固定床反應器與傳統固定床反應器的區別之一在于：本實用新型的固定床反應器在處理完單批次的生活垃圾之后，無需進行降溫，便可進行下一批生活垃圾的進料和上一批固體殘渣的出料。因此，本實用新型反應器中的輻射管2只需在首次進料時進行開工點火，在接下來的整個連續運行過程中，只需維持輻射管2的正常加熱溫度即可。由此，在反應器運行過程中，避免了因每一次的進料和出料對反應器的升溫和降溫，降低反應器的故障率；區別之二在于：本實用新型的固定床反應器可通過控制進料螺旋3b、料板4、出料螺旋3a之間的運轉速率，實現熱解過程中連續的進料和出料。實施例由北京地區提供的粒度為3mm～50mm的生活垃圾作為原料(分析數據見表1)，物料先儲存于進料倉5中，打開插板閥6，然后物料在重力作用下，從進料倉5處的下料溜槽滑落到反應室8中。在進料螺旋3b轉動下和傳動軸承9帶動下，生活垃圾均勻分布在料板4上，同時向出料端水平移動。控制進料螺旋3b和傳動軸承9的速率，使整個料板4上物料厚度為200mm，然后關閉插板閥6。開啟輻射管燃燒系統，當物料溫度低于280℃時，控制輻射管2升溫速率為60℃/min；當物料溫度高于280℃時，控制輻射管2升溫速率為40℃/min。熱解反應產生的熱解氣進入氣體收集區13，然后經過集氣室14上的可燃氣導管12被送入到輻射管中，作為熱源供給輻射管燃燒。還有一部分熱解氣經冷卻后得到焦油。整個熱解過程壓力控制在500Pa以內。當熱解過程基本不產生熱解氣后，進行第二批次生活垃圾進料，同時對上一次反應后的焦炭進行出料，保持進料和出料的連續性。輸送出的焦炭送入固體收集倉15中儲存。本實用新型所述工藝方法可長期平穩操作，所得到比較穩定的熱解產物的產率見表2。表1生活垃圾原料分析表2熱解產物數據結果項目焦油熱解氣水焦炭產率(wt％)17±222±313±247±2(備注：Ad表示干燥基灰分、Vd表示干燥基揮發分、FCd表示干燥基固定碳、Cd表示干燥基碳、Hd表示干燥基氫、Nd表示干燥基氮、Od表示干燥基氧、Cld表示干燥基氯、Sd表示干燥基硫，％為質量百分比。該實施例中所述熱解氣為凈煤氣。)本實用新型實施例所述工藝方法可長期平穩操作，設備故障率極低。需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本實用新型而非限制本實用新型的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下對本實用新型進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本實用新型的范圍之內。此外，除上下文另有所指外，以單數形式出現的詞包括復數形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。當前第1頁1 2 3