一種生物質及含碳有機廢棄物熱解回轉爐及熱解產物回收系統的制作方法

本發明涉及回轉爐領域，具體涉及一種生物質及含碳有機廢棄物熱解回轉爐，還涉及使用該熱解回轉爐的熱解產物回收系統。

背景技術：

石油、煤炭、天然氣仍然是現今社會的三大主要能源，但是由于大量開采化石能源，大量排放溫室氣體，造成了嚴重的環境污染和全球性氣候的變化。生物質能源是當今的第四大能源，但是生物質資源的利用遠未達到大規模商業化水平，全球生物質作為能源回收利用的尚不足其總能的4%，潛力非常大。據估算，地球每年水、陸生物質產量的熱當量為3×10²¹j左右，是全球目前總能耗量的10倍。

據統計，2015年，我國主要農作物秸稈理論總產量約為10.4億噸，可收集的秸稈資源量約為9億噸，但是每年的農作物秸稈、谷物皮殼等生物質大部分沒有能夠有效利用。按照“十二五”規劃，到2015年我國污水的日處理能力將會達到2.08億m³，若以80%的含水率計算，全國的污泥總量很快將突破3500萬噸，如果按照一噸300元左右的平均運營費用計算，我國污泥處理的運營潛在市場超過百億。預計到2020年我國污水的日處理能力將會達到3.6億m³以上，污泥產量將突破年6000萬噸，如仍按照一噸300元左右的平均運營費用計算，我國污泥處理的運營潛在市場近二百億。我國還是抗生素生產和消費量最大國家，品種有70多種，年產量約為24.8萬噸，占全世界的70%。2013年我國抗生素菌渣產量達200萬噸以上。2008年，國家將抗生素菌渣列入《國家危險廢物名錄》。按目前平均處理運營費用3000元/噸計，年處理的運營潛在市場超過六十億。

此外，我國每還產生大量的含碳有機廢棄物，包括綠化垃圾、畜禽糞便、有機垃圾、餐廚垃圾、有機固廢。據不完全統計，僅上海年產含碳有機廢棄物就達1200萬噸。

生物質及含碳有機廢棄物的開發利用，對改善生態環境、緩解我國的環境和能源壓力，促進我國經濟發展具有非常重大的意義。熱解技術是生物質及含碳有機廢棄物資源化利用中，最具競爭力的一種工藝。

當前，我國正大力推進供給側結構改革，鋼鐵、水泥、玻璃、重化工是降產能、去庫存的重點行業。而這些行業中有一大批回轉窯將被閑置，通過技改將回轉窯變成適用于生物質及含碳有機廢棄物熱解的回轉爐，盤活閑置資產，使其為我國改善生態環境和經濟發展再作貢獻，具有非常重大的現實意義。但是回轉窯與現有熱解回轉爐不同點在于：熱解是在還原氣氛下進行，對殼體的密封性要求十分苛刻，否則容易發生爆炸危險，現有生物質熱解回轉爐都是將殼體放置高溫爐膛內，對殼體進行外加熱，將熱能傳給爐料；而回轉窯是內燃式，窯內為氧化氣氛，燃料在窯內燃燒，高溫煙氣對物料直接加熱；此外，大型回轉窯的內徑一般大于3m、長度一般大于50m，遠大于現有內徑小于2m、長度小于8m的生物質熱解回轉爐，對回轉窯的改造不能照搬現有熱解回轉爐的結構，必須要解決以下三個關鍵問題：1爐頭、爐尾與殼體的密封；2.改革加熱方式和提高加熱效率；3.防止產生二次污染。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種生物質及含碳有機廢棄物熱解回轉爐，可以解決上述三個關鍵問題，有利于實現對閑置回轉窯的改造，還提供使用該熱解回轉爐的熱解產物回收系統。

本發明通過以下技術方案實現：

一種生物質及含碳有機廢棄物熱解回轉爐，包括筒形的殼體，所述殼體外壁連接有支撐機構和傳動機構，所述殼體兩端分別通過氣封式雙密封組件轉動連接于爐頭蓋板和爐尾蓋板，所述殼體內腔爐頭側設置有煙氣集氣室，爐尾側設置有燃燒室，所述煙氣集氣室和燃燒室之間通過火管連通；所述煙氣集氣室通過煙氣排氣管延伸至爐頭蓋板外，所述燃燒室連接有延伸至爐尾蓋板外的燒嘴，所述爐頭蓋板上連接有連通殼體內腔的喂料口，所述爐尾蓋板上連接有分別連通殼體內腔的熱解氣出口管和卸炭口。

本發明的進一步方案是，所述氣封式雙密封組件由環形的底板、大壓蓋、小壓蓋、盤根和連接筒所組成；所述底板的內壁面呈三級的階梯形，第一級內壁面貼合殼體外壁，第二級內壁面與殼體外壁之間形成內層盤根腔，所述大壓蓋插入內層盤根腔，通過大壓蓋壓緊螺栓壓緊內層的盤根，第三級內壁面與大壓蓋之間形成間隔的外層盤根腔和氣封氣腔，所述小壓蓋插入外層盤根腔，通過小壓蓋壓緊螺栓壓緊外層的盤根；所述連接筒一端固定連接于底板，另一端固定連接爐頭蓋板和爐尾蓋板形成密封腔室；所述氣封氣腔連通貫穿底板和連接筒的氣封氣導入管。

本發明的進一步方案是，所述煙氣排氣管外端通過外送煙氣排氣管密封函轉動密封連接于外送煙氣排氣管，所述煙氣排氣管還通過煙氣排氣管密封函轉動密封連接于爐頭蓋板。

本發明的進一步方案是，所述燒嘴上連通有空氣道、外供燃氣道和熱解氣進氣頭。

本發明的進一步方案是，所述支撐機構包括同軸固定連接于殼體外壁的托圈和滾動連接于托圈外壁的支承輥。

本發明的進一步方案是，所述傳動機構包括同軸固定連接于殼體外壁的齒圈，與齒圈嚙合傳動的齒輪，所述齒輪與減速機的輸出軸連接。

一種使用上述熱解回轉爐的熱解產物回收系統，包括連接熱解回轉爐的喂料口的喂料系統，連接熱解回轉爐的煙氣排氣管的煙氣處理系統，連接熱解回轉爐的卸炭口的卸炭系統，連接熱解回轉爐的熱解氣出口管的熱解氣回收系統；所述煙氣處理系統分別連接喂料系統和熱解回轉爐的氣封式雙密封組件；所述熱解氣回收系統中的氣柜連通熱解回轉爐的燒嘴。

本發明的進一步方案是，所述喂料系統包括經預熱干燥器連接熱解回轉爐的喂料口的裝料機，所述裝料機的進料口連接于提升機的卸料口，所述提升機的進料口連接于顆粒機的卸料口；所述煙氣處理系統包括煙氣凈化器，所述煙氣排氣管連通預熱干燥器下部，所述預熱干燥器上部連通煙氣凈化器進氣端，所述煙氣凈化器排氣端連通氣封式雙密封組件。

本發明的進一步方案是，所述卸炭系統包括經炭冷卻器連接于熱解回轉爐的卸炭口的卸炭機，所述炭冷卻器上部經過除塵器連通煙氣冷卻器進氣端，所述煙氣冷卻器排氣端連通炭冷卻器下部。

本發明的進一步方案是，所述熱解氣回收系統包括下部連通熱解回轉爐的熱解氣出口管的油洗塔，所述油洗塔底部連通洗油槽，所述洗油槽底部通過洗油泵連通油洗塔頂部，所述油洗塔上部經洗油器連通終冷器下部，所述洗油器的底部與洗油槽上部共同連通于木焦油外送口，所述終冷器底部和上部分別連通冷卻水槽頂部和氣柜，所述冷卻水槽上部連通木醋液外送口，下部通過冷卻水泵連通終冷器頂部，所述氣柜還連通熱解回轉爐的燒嘴。

本發明與現有技術相比的優點在于：

一、通過氣封式雙密封組件實現爐頭蓋板和爐尾蓋板與殼體之間的密封，通過內置的燃燒室、火管和煙氣集氣室實現的自熱內燃火管加熱方式對物料進行加熱，提供還原氣氛，有利于實現對閑置回轉窯的改造；

二、采用正壓氣密封確保空氣無法進入殼體，確保安全性；

三、熱解氣進氣頭用于以經處理后的熱解氣替代外供燃氣，降低運營成本；

四、熱解產物回收系統以煙氣對物料進行預熱，并為氣封式雙密封組件提供氣封氣，以從熱解產物中回收的煤氣作為燃料替代外供燃氣，能源自給有余，還能產生具有經濟價值的副產品，有利于推廣。

附圖說明

圖1為本發明的生物質及含碳有機廢棄物熱解回轉爐結構示意圖。

圖2為圖1的m部放大圖。

圖3為使用該熱解回轉爐的熱解產物回收系統示意圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示的一種生物質及含碳有機廢棄物熱解回轉爐，包括筒形的殼體106，所述殼體106外壁連接有支撐機構和傳動機構，所述支撐機構包括至少兩組同軸固定連接于殼體106外壁的托圈105和滾動連接于托圈105外壁的支承輥121，所述傳動機構包括同軸固定連接于殼體106外壁的齒圈108，與齒圈108嚙合傳動的齒輪122，所述齒輪122與減速機的輸出軸連接；所述殼體106兩端分別通過氣封式雙密封組件103轉動連接于爐頭蓋板102和爐尾蓋板113，所述殼體106內腔爐頭側設置有煙氣集氣室104，爐尾側設置有燃燒室109，所述煙氣集氣室104和燃燒室109之間通過火管107連通，所述燃燒室109、煙氣集氣室104、火管107浮動支撐在殼體106內，隨殼體106同步回轉；所述煙氣集氣室104通過煙氣排氣管123延伸至爐頭蓋板102外，所述煙氣排氣管123外端通過外送煙氣排氣管密封函126轉動密封連接于外送煙氣排氣管125，所述煙氣排氣管123還通過煙氣排氣管密封函124轉動密封連接于爐頭蓋板102；所述燃燒室109連接有延伸至爐尾蓋板113外的燒嘴119，所述燒嘴119通過燒嘴密封函116密封連接于爐尾蓋板113，所述燒嘴119上連通有空氣道110、外供燃氣道111和熱解氣進氣頭25，所述熱解氣進氣頭25連接于燃燒室109的端部，所述熱解氣進氣頭25上四周均布20～60個進氣小孔，所述熱解氣進氣頭25與燒嘴119松配；所述空氣道110和外供燃氣道111上分別設置有燃燒空氣閥117和外供燃氣閥118；所述爐頭蓋板102上連接有連通殼體106內腔的喂料口101，所述爐尾蓋板113上連接有分別連通殼體106內腔的熱解氣出口管115和卸炭口120，所述熱解氣出口管115通過熱解氣出口密封函114密封連接于爐尾蓋板113。

如圖2所示，所述氣封式雙密封組件103由環形的底板1031、大壓蓋1033、小壓蓋1034、盤根1032和連接筒1037所組成，所述盤根1032優選柔性石墨石棉繩；所述底板1031的內壁面呈三級的階梯形，第一級內壁面貼合殼體106外壁，第二級內壁面與殼體106外壁之間形成內層盤根腔，所述大壓蓋1033插入內層盤根腔，通過大壓蓋壓緊螺栓1035連接底板1031壓緊內層的盤根1032，第三級內壁面與大壓蓋1033之間形成間隔的外層盤根腔和氣封氣腔，所述小壓蓋1034插入外層盤根腔，通過小壓蓋壓緊螺栓1036連接大壓蓋1033或底板1031壓緊外層的盤根1032；當然也可以是小壓蓋1034通過小壓蓋壓緊螺栓1036連接底板1031，大壓蓋1033通過大壓蓋壓緊螺栓1035連接小壓蓋1034；所述連接筒1037一端固定連接于底板1031，另一端固定連接爐頭蓋板102和爐尾蓋板113形成密封腔室；所述氣封氣腔連通貫穿底板1031和連接筒1037的氣封氣導入管112。

所述殼體106由耐熱鋼或碳鋼內襯耐火材料制成，其外壁還設有保溫層。

所述燃燒室109、煙氣集氣室104、火管107均由耐熱鋼制成，其中燃燒室109內襯耐火材料，火管107根據需要為單根或多根。

所述氣封氣導入管112接入的氣封氣可以是達標煙氣、氮氣、二氧化碳或水蒸汽中的一種，優選達標煙氣。

實施例2

如圖3所示的一種使用上述熱解回轉爐的熱解產物回收系統，包括連接熱解回轉爐1的喂料口101的喂料系統，連接熱解回轉爐1的煙氣排氣管123的煙氣處理系統，連接熱解回轉爐1的卸炭口120的卸炭系統，連接熱解回轉爐1的熱解氣出口管115的熱解氣回收系統；所述煙氣處理系統分別連接喂料系統和熱解回轉爐1的氣封式雙密封組件103；所述熱解氣回收系統中的氣柜23連通熱解回轉爐1的燒嘴119。

所述喂料系統包括經預熱干燥器6連接熱解回轉爐1的喂料口101的裝料機5，所述預熱干燥器6的出口與喂料口101之間還設置有喂料機7，所述裝料機5的進料口連接于斗式提升機4的卸料口，所述斗式提升機4的進料口連接于顆粒機3的卸料口；所述煙氣處理系統包括煙氣凈化器9，所述煙氣排氣管123外端所連接的外送煙氣排氣管125連通預熱干燥器6下部，所述預熱干燥器6上部通過煙氣引風機8連通煙氣凈化器9進氣端，所述煙氣凈化器9排氣端經氣封氣泵26連通恒壓氣封氣柜27，所述恒壓氣封氣柜27分別經爐頭壓力調節閥28連通爐頭的氣封式雙密封組件103上的氣封氣導入管112，經爐尾壓力調節閥29連通爐尾的氣封式雙密封組件103上的氣封氣導入管112。

所述卸炭系統包括經炭冷卻器10連接于熱解回轉爐1的卸炭口120的卸炭機12，所述炭冷卻器10上部經過旋風除塵器11連通煙氣冷卻器13進氣端，所述煙氣冷卻器13排氣端經煙氣循環風機14連通炭冷卻器10下部。

在顆粒機3進料口、顆粒機3卸料口與斗式提升機4進料口之間、卸炭機12卸料口下方分別設置有皮帶機2，用于物料傳輸；所述爐頭蓋板102上還安裝有溫度計30和壓力表31。

所述熱解氣回收系統包括下部連通熱解回轉爐1的熱解氣出口管115的油洗塔15，所述油洗塔15底部連通洗油槽16，所述洗油槽16底部通過洗油泵17連通油洗塔15頂部，所述油洗塔15上部經洗油器18連通終冷器19下部，所述洗油器18的底部與洗油槽16上部共同連通于木焦油外送口，所述終冷器19底部連通冷卻水槽20頂部，上部經送氣柜煤氣風機22連通氣柜23，所述冷卻水槽20上部連通木醋液外送口，下部通過冷卻水泵21連通終冷器19頂部，所述氣柜23還通過外送煤氣風機24分別連通熱解回轉爐1的燒嘴119和煤氣外送口。

所述預熱干燥器6為豎式結構，外送煙氣排氣管125排出的熱煙氣直接與物料接觸，對物料進行干燥、預熱。

所述凈化系統9，應根據煙氣有害氣體的組成和含量，采用自產生物炭吸附或低溫等離子處理裝置處理。

所述炭冷卻器10為豎式結構。

所述油洗塔15為不銹鋼制格柵填料塔。

所述除油器18優選申請人發明的多圈式旋風除塵器，也可以采用公知的電除塵器。

所述終冷器19為間接換熱的換熱器，優選申請人發明的多圈式換熱器。

所述殼體106的回轉速度為0.2～5rpm，斜度：3%～10％，為確保運行安全，嚴防空氣漏入爐腔內，使爐腔在微正壓工況下運行，推薦爐頭壓力小于＋200mm水柱，爐尾壓力小于＋100mm水柱，由煙氣引風機8和送氣柜煤氣風機22來調控；爐頭壓力調節閥28和爐尾壓力調節閥29的輸出壓力分別為爐頭和爐尾實時壓力的120％，以確保熱解氣不泄漏，即使當小壓蓋1034所壓緊的盤根1032磨損時，作為氣封氣的達標煙氣只會向爐腔內泄漏，同理，當大壓蓋1033所壓緊的盤根1032磨損時，作為氣封氣的達標煙氣只會向環境泄漏，確保了空氣不會泄漏進爐腔；為防止爐內可燃氣從卸炭口120泄漏到炭冷卻器10中，應使炭冷卻器10頂部壓力稍大于爐尾壓力，優選為爐尾實時壓力的105％～110％。系統的溫度、壓力、流量由各測點的傳感器集中到中央采控儀上自動調控。

水含量為15％～30％的生物質粉末由皮帶機2送入顆粒機3，制成ф8～ф30mm、長15mm～50mm的顆粒，再由皮帶機2經斗式提升機4送往料倉，然后用裝料機5送往預熱干燥器6，干燥好的原料經喂料機7喂入喂料口101，進入熱解回轉爐1中；入爐原料在具斜度或爐內抄板（圖中未示）的作用下，由爐頭向爐尾緩慢移動，并被火管107內的高溫煙氣加熱，依次發生干燥、熱解和炭化，產生的生物炭經卸炭口120自動落入炭冷卻器10，被煙氣循環風機14吹入的冷煙氣換熱冷卻到自燃點（約60℃）以下，再由卸炭機12經皮帶機2送倉庫。

產生的氣態產物與入爐原料同向流動，當氣態產物的熱能足以使熱解可持續進行時，氣態產物就由熱解氣進氣頭25四周均布的進氣小孔進入燃燒室109，與從燒嘴119的空氣道110進入的空氣燃燒成高溫煙氣，經火管107加熱管外、殼體106內的入爐原料，使其達到工藝要求的炭化溫度(450℃～650℃），與入爐原料換熱后的煙氣送煙氣集氣室104匯集后，由熱煙氣排氣管123，經煙氣排氣管密封函124、外送煙氣排氣管125，送入預熱干燥器6中。

根據自產燃氣可提供的熱量多少，對是否要補充外供煤氣，有以下幾種模式：

1．當自產氣態產物的熱能不足以使熱解持續進行時，需開啟燒嘴119的外供燃氣閥118補充，使熱解能持續進行。當冷爐啟動還沒有氣態產物時，就單一需要由外供燃氣供熱，直到有氣態產物后，再根據爐況調控外供燃氣的摻用量。

2.當自產氣態產物的熱自持有余時，應將富裕部分氣態產物由熱解氣出口管115抽出，送往油洗塔15，用洗油泵17循環的洗油脫下大部分木焦油，由木焦油外送口外送；離開油洗塔15的熱解氣，經除油器18脫下其中夾帶的木焦油后，送往終冷器19，用冷卻水泵21的循環水冷凝冷卻后，脫下木醋液經木醋液外送口外送，而熱解氣則用送氣柜煤氣風機22送氣柜23，再由外送煤氣風機24外送或送入燒嘴119。

3.當裝置附近有富裕低熱值煤氣(如高爐煤氣)，為了以低熱值煤氣置換高熱值自產氣態產物，可將全部氣態產物由熱解氣出口管115抽出，送往后續的冷凝冷卻回收系統。