一种生活垃圾填埋场开挖筛分水洗裂解系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种生活垃圾填埋场开挖筛分水洗裂解系统及其工作方法。

背景技术

在垃圾焚烧发电厂建设之前，多数城市采用填埋的方式处理垃圾，这也导致了多数城市的填埋场运营年代久远，由于填埋场建设时间较早，技术水平、建设水平、材料品质相对落后，近年因填埋场老旧引发的恶臭、地下水污染、塌方等危害事件频发。

随着垃圾焚烧发电厂建设的不断完善，城市所产生的生活垃圾在垃圾焚烧厂内可以全部消纳，不需要再进入填埋场，因此将有越来越多的填埋场处于闲置状态。

根据《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》的要求，为防患于未然，大量填埋场逐步进行开挖治理及生态修复。

对于渗漏严重的填埋场，需进行整体开挖。绝大多数填埋场开挖后，采用筛分的模式，将筛上轻质物打包进入焚烧厂焚烧。而筛上轻质物中含有大量塑料类，直接采用焚烧，不仅需要支付焚烧处理费用，增加焚烧厂烟气处理压力，还会增加碳排放。

据统计，全国生活垃圾填埋场约1960座，存量垃圾达80亿吨，占地达5.5亿平方米。而填埋场内各类物质复杂，下表为国内几个填埋场组分情况：

其中橡胶塑料类占比约15%-28%，平均约20%。如能加以利用，则有16亿吨之多。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的生活垃圾填埋场开挖筛分水洗裂解系统及其工作方法，将生活垃圾填埋场开挖筛分水洗裂解后产生裂解油、炭粉、裂解气，相对以往直接进入焚烧厂燃烧，不仅减少了碳排放，而且三者均有较高的二次利用价值，可用于弥补开挖筛分的费用。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种生活垃圾填埋场开挖筛分水洗裂解系统，其特征在于：包括开挖系统、筛分系统、水洗系统和裂解系统；

筛分系统包括均料输送机、一级滚筒筛、塑料分离机、筛上物输送机、塑料输送机、筛上物磁选机、风选机、筛下物输送机、筛下物磁选机、二级滚筒筛、铁金属缓存料仓、铁磁性金属汇总输送机、腐殖土缓存料仓、腐殖土输送机、骨料汇总输送机、骨料缓存料仓、轻质料汇总输送机和轻质物缓存料仓；水洗系统包括一号清洗池、一号捞料机、破碎机、二号清洗池、二号捞料机、强洗机、三号清洗池、塑料打包机、沉淀清水池、污水池、离心脱水机和污泥板框压滤机；裂解系统包括堆场、装载机、给料输送机、裂解装置、热风炉、油气分离机构、油罐和炭粉打包机；

开挖系统与均料输送机配合；

均料输送机与一级滚筒筛的进口连接；一级滚筒筛的筛上物出口与塑料分离机的进口连接，塑料分离机的轻质物出口通过塑料输送机与一号清洗池连接；一级滚筒筛的筛下物出口通过筛下物皮带与二级滚筒筛的进口连接；二级滚筒筛的筛下物出口通过腐殖土输送机与腐殖土缓存料仓连接；二级滚筒筛的筛上物出口通过骨料汇总输送机与骨料缓存料仓连接；塑料分离机的重质物出口通过筛上物输送机与风选机的进口连接；风选机的重质物出口通过骨料汇总输送机与骨料缓存料仓连接；风选机的轻质物出口通过轻质料汇总输送机与轻质物缓存料仓连接；在筛上物输送机上设置有筛上物磁选机，在筛下物输送机上设置有筛下物磁选机，筛上物磁选机和筛下物磁选机均通过铁磁性金属汇总输送机与铁金属缓存料仓连接；

一号清洗池与一号捞料机连接；一号捞料机与破碎机的进口连接，破碎机的出口与二号清洗池连接；二号清洗池与二号捞料机连接；二号捞料机与强洗机的进口连接；强洗机的出口与三号清洗池连接；三号清洗池与塑料打包机连接；一号清洗池、二号清洗池和三号清洗池上均设置有清洗水出口和补水口；一号清洗池、二号清洗池和三号清洗池的清洗水出口均与污水池的进口连接；污水池的出口与离心脱水机的进口连接；离心脱水机的水出口与沉淀清水池的进口连接；沉淀清水池的出口与一号清洗池、二号清洗池和三号清洗池的补水口连接；离心脱水机的污泥出口与污泥板框压滤机的进口连接；

塑料打包机与堆场配合；装载车与堆场和给料输送机配合；给料输送机与裂解装置的进口连接；裂解装置的油气出口与油气分离机构的进口连接，裂解装置的炭粉出口与炭粉打包机连接；油气分离机构的裂解油出口与油罐连接；油气分离机构的裂解气出口与热风炉的燃料进口连接，热风炉的烟气出口与裂解装置连接。

本发明所述的开挖系统包括垃圾挖掘机、装载车、晾晒暂存大棚和铲车；垃圾挖掘机与装载车配合，装载车与晾晒暂存大棚配合，铲车与晾晒暂存大棚配合；铲车与均料输送机配合。

本发明所述的一号清洗池、二号清洗池和三号清洗池的底部均设置有排渣装置。

本发明所述的水洗系统还包括加药间，加药间与沉淀清水池连接。

本发明所述的污泥板框压滤机的出水口与沉淀清水池的进口连接。

本发明所述的裂解系统还包括烟气净化装置，烟气净化装置与裂解装置连接。

本发明所述的油气分离机构包括一号油气分离器和二号油气分离器，裂解装置的油气出口与一号油气分离器的进口连接，一号油气分离器的出口与二号油气分离器的进口连接，二号油气分离器的裂解油出口与油罐连接；一号油气分离器和二号油气分离器的裂解气出口与热风炉的燃料进口连接。

本发明所述的裂解装置的炭粉出口通过炭粉出料螺旋机与炭粉打包机连接。

一种生活垃圾填埋场开挖筛分水洗裂解系统的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)筛分过程：将开挖系统在生活垃圾填埋场开挖出来的垃圾向均料输送机送料，筛分系统最终筛分出塑料类、腐殖土、骨料、轻质物、铁金属五大类；筛分过程具体包括如下步骤：

(1-1)塑料类：均料输送机送料进入一级滚筒筛，筛上物进入塑料分离机，塑料分离机分离出的塑料通过塑料输送机送往水洗系统；

(1-2)腐殖土：一级滚筒筛的筛下物通过筛下物皮带进入二级滚筒筛，二级滚筒筛的筛下物通过腐殖土输送机进入腐殖土缓存料仓；

(1-3)骨料：二级滚筒筛的筛上物通过骨料汇总输送机进入骨料缓存料仓；塑料分离机中分离出的重质物通过筛上物输送机进入风选机，风选后的重质物通过骨料汇总输送机进入骨料缓存料仓；

(1-4)轻质物：风选机风选后的轻质物通过轻质料汇总输送机进入轻质物缓存料仓；

(-15)铁金属：筛上物磁选机和筛下物磁选机磁选后的金属通过铁磁性金属汇总输送机进入铁金属缓存料仓；

(2)水洗过程：筛分系统内的塑料通过塑料输送机送入一号清洗池，通过一号捞料机将一号清洗池中的塑料捞出送入破碎机，进行破碎后进入二号清洗池，通过二号捞料机将二号清洗池中的塑料打捞后进入强洗机，将塑料清洗干净后进入三号清洗池，经最后一道清洗后的塑料进入塑料打包机；

对一号清洗池、二号清洗池和三号清洗池清洗后，一号清洗池、二号清洗池和三号清洗池清洗后用水打入污水池，再通过离心脱水机高速旋转后初步脱水，产生的水进入沉淀清水池絮凝沉淀，处理后的清水重新打回一号清洗池、二号清洗池和三号清洗池内补水；离心脱水后产生的污泥通过污泥板框压滤机进一步脱水干化；

(3) 裂解过程：塑料水洗后打包运输至堆场暂存，将所含水分自然风干；风干后物料通过装载机送入给料输送机，物料经给料输送机进料至裂解装置，物料在裂解装置中裂解变为高温油气和炭粉；高温油气进入油气分离机构，分离出裂解气和裂解油；裂解气作为燃料送入热风炉燃烧，产生的高温烟气作为热源为裂解装置供热，裂解油送入油罐暂存外售，炭粉经炭粉打包机打包后外运。

本发明在完成生活垃圾填埋场的堆体整形、臭气控制、堆体降水这些准备工作后，开挖系统再开始挖掘工作，挖掘后进行晾晒，待垃圾内含水率满足筛分设备要求后，再向筛分系统上料。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本发明合理利用了填埋场内的塑料类物质，增加了其再次利用的经济价值。

2、本发明减少塑料类运往焚烧厂的运输费、处理费以及焚烧后产生的二次污染。

3、本发明减少了塑料类焚烧产生的碳排放。

4、将生活垃圾填埋场开挖筛分水洗裂解后产生裂解油、炭粉、裂解气；裂解油通过精炼可提纯为非标汽柴油，或深加工为乙烯、丙烯的优质化工原料；炭粉热值高，可去水泥窑协同或制作燃料，裂解气可作为替代燃料进行能量供应；三者均有较高的二次利用价值，其外售费用可用于弥补开挖筛分的费用。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

本发明实施例包括开挖系统A、筛分系统B、水洗系统C和裂解系统D。

开挖系统A包括垃圾挖掘机A1、装载车A2、晾晒暂存大棚A3和铲车A4。

筛分系统B包括均料输送机B1、一级滚筒筛B2、塑料分离机B3、筛上物输送机B4、塑料输送机B5、筛上物磁选机B6、风选机B7、筛下物输送机B8、筛下物磁选机B9、二级滚筒筛B10、铁金属缓存料仓B11、铁磁性金属汇总输送机B12、腐殖土缓存料仓B13、腐殖土输送机B14、骨料汇总输送机B15、骨料缓存料仓B16、轻质料汇总输送机B17和轻质物缓存料仓B18。

水洗系统C包括一号清洗池C1、一号捞料机C2、破碎机C3、二号清洗池C4、二号捞料机C5、强洗机C6、三号清洗池C7、塑料打包机C8、加药间C9、沉淀清水池C10、污水池C11、离心脱水机C12和污泥板框压滤机C13。

裂解系统D包括堆场D1、装载机D2、给料输送机D3、裂解装置D4、热风炉D5、油气分离机构、油罐D8、炭粉出料螺旋机D9、炭粉打包机D10、烟气净化装置D11。油气分离机构包括一号油气分离器D6和二号油气分离器D7。

垃圾挖掘机A1与装载车A2配合，装载车A2与晾晒暂存大棚A3配合，铲车A4与晾晒暂存大棚A3配合。

铲车A4与均料输送机B1配合，均料输送机B1与一级滚筒筛B2的进口连接；一级滚筒筛B2的筛上物出口与塑料分离机B3的进口连接，塑料分离机B3的轻质物出口通过塑料输送机B5与一号清洗池C1的进口连接；一级滚筒筛B2的筛下物出口通过筛下物皮带B8与二级滚筒筛B10的进口连接；二级滚筒筛B10的筛下物出口通过腐殖土输送机B14与腐殖土缓存料仓B13连接；二级滚筒筛B10的筛上物出口通过骨料汇总输送机B15与骨料缓存料仓B16连接；塑料分离机B3的重质物出口通过筛上物输送机B4与风选机B7的进口连接；风选机B7的重质物出口通过骨料汇总输送机B15与骨料缓存料仓B16连接；风选机B7的轻质物出口通过轻质料汇总输送机B17与轻质物缓存料仓B18连接；在筛上物输送机B4上方设置有筛上物磁选机B6，在筛下物输送机B8上方设置有筛下物磁选机B9，筛上物磁选机B6和筛下物磁选机B9均通过铁磁性金属汇总输送机B12与铁金属缓存料仓B11连接。

一号清洗池C1与一号捞料机C2连接；一号捞料机C2与破碎机C3的进口连接，破碎机C3的出口与二号清洗池C4连接；二号清洗池C4与二号捞料机C5连接；二号捞料机C5与强洗机C6的进口连接；强洗机C6的出口与三号清洗池C7连接；三号清洗池C7与塑料打包机C8连接。

一号清洗池C1、二号清洗池C4和三号清洗池C7的底部均设置有排渣装置，排出渣土后就地回填至填埋场。

一号清洗池C1、二号清洗池C4和三号清洗池C7上均设置有清洗水出口和补水口；一号清洗池C1、二号清洗池C4和三号清洗池C7的清洗水出口均与污水池C11的进口连接；污水池C11的出口与离心脱水机C12的进口连接；离心脱水机C12的水出口与沉淀清水池C10的进口连接；沉淀清水池C10的出口与一号清洗池C1、二号清洗池C4和三号清洗池C7的补水口连接；加药间C9与沉淀清水池C10连接；离心脱水机C12的污泥出口与污泥板框压滤机C13的进口连接；污泥板框压滤机C13的出水口与沉淀清水池C10的进口连接。

塑料打包机C8与堆场D1配合；装载车D2与堆场D1和给料输送机D3配合；给料输送机D3与裂解装置D4的进口连接；裂解装置D4的油气出口与油气分离机构的一号油气分离器D6的进口连接，一号油气分离器D6的出口与二号油气分离器D7的进口连接；裂解装置D4的炭粉出口通过炭粉出料螺旋机D9与炭粉打包机D10连接；二号油气分离器D7的裂解油出口与油罐D8连接；一号油气分离器D6和二号油气分离器D7的裂解气出口与热风炉D5的燃料进口连接，热风炉D5的烟气出口与裂解装置D4连接；裂解装置D4的烟气出口与烟气净化装置D11连接。

开挖系统A、筛分系统B、水洗系统C和裂解系统D的尺寸及位置均可根据实际情况调整。

筛分系统B、水洗系统C和裂解系统D均布置在车间内，并在车间内设置除臭装置E，对系统内臭气进行处理，达标后排放。

以上各种输送机可采用皮带输送机。

一种生活垃圾填埋场开挖筛分水洗裂解系统的工作方法，包括如下步骤：

(1)整体步骤：开挖过程→筛分过程→水洗过程→裂解过程。

(2)开挖过程：在完成填埋场的堆体整形、臭气控制、堆体降水等准备工作后，通过垃圾挖掘机A1开始挖掘工作，挖掘后通过装载机A2运往晾晒暂存大棚A3，待垃圾内含水率满足筛分设备要求后，通过铲车A4向筛分系统上料。

(3)筛分过程：生活垃圾填埋场开挖系统的垃圾通过铲车A4向均料输送机B1送料，均料输送机B1可以均匀送料，确保本系统物料的稳定输入。筛分系统最终筛分出塑料类、腐殖土、骨料、轻质物、铁金属五大类。筛分过程具体包括如下步骤：

(3-1)塑料类：均料输送机B1送料进入一级滚筒筛B2，该滚筒筛的筛孔一般为60mm-100mm，大于60mm-100mm部分的筛上物进入塑料分离机B3，塑料分离机B3下方为传送输送机，输送机上方平行运输方向设置类似圆形梳子的柔性拨料器，筛上物在皮带上方运输中，通过柔性拨料器将塑料、布条及竹片等轻质物拨出，并通过塑料输送机B5送往水洗系统；

(3-2)腐殖土：一级滚筒筛B2的筛下物中一般含有腐殖土及粒径较小的骨料，可通过筛下物皮带B8进入二级滚筒筛B10，该滚筒筛的筛孔一般为20mm-40mm，筛分后小于该筛孔的筛下物通过腐殖土输送机B14进入腐殖土缓存料仓B13后外运；

(3-3)骨料：一级滚筒筛B2及二级滚筒筛B10均有产生骨料。其中一级滚筒筛B2的筛下物中一般含有腐殖土及粒径较小的骨料，可通过筛下物皮带B8进入二级滚筒筛B10，该滚筒筛的筛孔一般为20mm-40mm，大于该筛孔的筛上物则通过骨料汇总输送机B15进入骨料缓存料仓B16后外运出厂；另外塑料分离机B3中重质物及体量较小未被轻质筛分离出的其它物质则通过筛上物输送机B4进入风选机B7，再通过风选B7将轻质物吹出后剩余重质物（一般为石块类骨料）则通过骨料汇总输送机B15进入骨料缓存料仓B16后外运出厂。

(3-4)轻质物：均料输送机B1送料进入一级滚筒筛B2后的筛上物进入塑料分离机B3，另外塑料分离机B3中重质物及体量较小未被轻质筛分离出的其它物质则通过筛上物输送机B4进入风选机B7，再通过风选B7将轻质物吹出后通过轻质料汇总输送机B17进入轻质物缓存料仓B18后外运出厂；

(3-5)铁金属：在筛上物输送机B4及筛下物输送机B8上方分别设置筛上物磁选机B6及筛下物磁选机B9，磁选后的金属通过铁磁性金属汇总输送机B12进入铁金属缓存料仓B11后外运出厂。

(4)水洗过程：筛分系统内的塑料、布条及竹片等轻质物通过塑料输送机B5送入一号清洗池C1，清洗池上方设置3道搅轮，将池内水体搅动向前，底部设置排渣机构，将清洗后的杂质收集外排。一号清洗池C1主要作用是将塑料、布条、竹片等轻质物进行初步清洗，其中塑料及竹片类会漂浮，通过一号捞料机C2（捞料机上方按间距约10cm布置多处长约10cm金属杆，可将塑料挑出，而竹片类会在金属杆缝隙内掉落）将塑料捞出，其他塑料类中所带砂土等物质会沉入池底，通过清洗池内的排渣机构外排。一号捞料机C2捞出的塑料进入破碎机C3进行破碎，进入二号清洗池C4，该清洗池的作用在于将破碎后的塑料内含有少量的沙土类杂质进一步清洗，然后通过二号捞料机C5将塑料打捞后进入强洗机C6，通过内部高压水流将塑料基本清洗干净后进入三号清洗池C7，经最后一道清洗后的塑料进入塑料打包机C8，塑料打包机C8内设压缩机，压缩出多余水分后打包外运，压缩后的水分收集循环利用。

清洗池内用水每日更换，将一号清洗池C1、二号清洗池C4和三号清洗池C7清洗后用水打入污水池C11，再通过离心脱水机C12高速旋转后初步脱水，产生的水进入沉淀清水池C10并通过加药间C9辅助加药絮凝沉淀，处理后的清水重新打回清洗池内补水；而离心脱水后产生的污泥通过污泥板框压滤机C13进一步脱水干化，泥饼就地回填。整套系统启动用水约300吨，所有用水循环使用，每日补充清水约30吨，主要的水损失为自然蒸发、塑料打包附带、底渣及泥饼附带水分。

(5)裂解过程：塑料水洗后打包运输至堆场D1暂存，将所含水分自然风干。风干后物料通过装载机D2送入给料输送机D3，物料经给料输送机D3均匀进料至裂解装置D4，物料在裂解装置D4中与高温烟气充分换热，裂解变为高温油气及炭粉。高温油气依次进入一号油气分离器D6和二号油气分离器D7进行降温，分离出裂解气和裂解油，油气分离器的工作原理是利用冷却介质（如冷却水）对高温油气进行冷却，在油气快速降温的同时，重组分物质（如C5~C10烷烃类）冷却后变为裂解油，轻组分物质（如H

根据国内多个填埋场调查情况，塑料类平均占比约20%。根据某项目中试情况，裂解后产生裂解油、炭粉、裂解气，占比大致为45:35:20。据调查，裂解油外售价格约4000元/吨，裂解气根据热值折算产生的效益约2000元/吨，碳粉外售价格约1000元/吨。按此计算，考虑常规开挖流程（开挖、筛分后各类筛分物处置，约200元/m³）、水洗、裂解装置、土建成本、运行成本等情况，在填埋场存量垃圾为15万立方米情况下，增加的水洗及裂解收益可以覆盖其成本，当填埋场存量垃圾大于96万立方米以上时，产生的收益能覆盖填埋场所有的治理成本，存量垃圾量越大，能覆盖的治理成本比例越高。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。