一种抑制二噁英生成的生活垃圾热解方法及装置

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种抑制二噁英生成的生活垃圾热解方法及装置。

背景技术

垃圾热解是在缺氧条件下将垃圾中的有机质分解矿化，产生小分子气体、焦油和残渣的过程。具有运行成本低，热解烟气量少，尤其是可以减少烟气中二噁英类物质的生成，可就近就地处理垃圾等优势，成为一种应用前景十分广阔的垃圾处理方法。垃圾热解技术的应用在一定程度上改善了生活垃圾的处理问题，但垃圾成分复杂，形状、堆密度不同，垃圾热解过程不易控制，缺少相应技术规范指导，易存在烟气中二噁英类物质排放不达标等问题。因此，亟需一种热解装置及方法来控制垃圾热解过程，进而抑制烟气中二噁英类物质的生成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制二噁英生成的生活垃圾热解方法及装置，以从源头上抑制二噁英的产生，实现垃圾就近就地、减容减量无害化处置。

本发明采用的技术方案如下：

一种抑制二噁英生成的生活垃圾热解装置，包括炉体，所述炉体的底部设有出灰口，炉体的顶部设有投料口以及烟气出口，炉体的内部在出灰口的上方设有若干层进气管路，每层进气管路包括若干相互平行的主管，主管的两端均从炉体壁穿出，主管上沿长度方向上分布有若干平行支管和若干倾斜支管，平行支管和倾斜支管交替设置，平行支管的一端与主管连接，平行支管的另一端朝向炉体的底部，倾斜支管的一端与主管连接，倾斜支管的另一端朝向炉体的侧壁。

优选的，进气管路包括下层进气管路和上层进气管路，下层进气管路和上层进气管路中的主管相互平行，下层进气管路中主管的数量多于上层进气管路中主管的数量，下层进气管路中主管之间的间距相等，上层进气管路中主管之间的间距相等。

优选的，主管、平行支管和倾斜支管均采用圆管，主管的直径为50mm，平行支管和倾斜支管的直径15mm。

优选的，下层进气管路和上层进气管路之间的间距为220-240mm，平行支管和倾斜支管的长度为20-40mm。

优选的，炉体包括热解炉外壳和热解炉内胆，热解炉内胆位于热解炉外壳内侧，热解炉内胆与热解炉外壳之间设有保温岩棉。

优选的，热解炉内胆的内壁设有耐火材料层。

优选的，炉体包括底座、作为反应部的热解炉矩形体和作为顶盖的热解炉梯形体，热解炉矩形体设置于底座上，热解炉梯形体设置于热解炉矩形体上，热解炉梯形体底部各边与热解炉矩形体顶部各边对应连接；投料口位于热解炉梯形体侧壁，烟气出口位于热解炉梯形体顶部；出灰口位于热解炉矩形体侧壁底部，主管的两端均从热解炉矩形体穿出。

优选的，投料口和出灰口均设有能够密封的炉门。

本发明还提供了一种抑制二噁英生成的生活垃圾热解方法，采用本发明如上所述的抑制二噁英生成的生活垃圾热解装置进行，包括如下过程：

将炉体中的生活垃圾引燃；

通过进气管路向炉体内通入定量空气并封闭投料口、出灰口，使炉体中的生活垃圾与通入的空气在进气管路周围发生燃烧、形成燃烧层并使氧气在燃烧层耗尽，燃烧层上方的部分生活垃圾发生热解反应、形成热解层，热解层上方的生活垃圾利用燃烧层产生的热量进行干燥，使该部分生活垃圾中的水分、挥发分析出，炉内产生的烟气从烟气出口排出，灰渣从出灰口排出。

优选的，炉体中的生活垃圾填充量为炉体容积的60％-70％；定量空气为空气过剩系数为0.2-0.3下的空气量；生活垃圾在热解过程中，向炉体中定期投放生活垃圾以及清理热解产生的灰渣；通过进气管路向炉体内通入定量空气时，从进气管路两端同时通入空气。

本发明具有如下有益效果：

本发明抑制二噁英生成的生活垃圾热解装置通过设置进气管路，进气管路的主管上沿长度方向上分布有若干平行支管和若干倾斜支管，平行支管和倾斜支管交替设置，平行支管的一端与主管连接，平行支管的另一端朝向炉体的底部，倾斜支管的一端与主管连接，倾斜支管的另一端朝向炉体的侧壁，这样有利于空气在炉体内部流场均匀。通过主管、平行支管和倾斜支管能够控制向炉体内的供氧量，使得炉体内生活垃圾能够满足燃烧条件产生热量，同时可通过封闭出灰口和投料口，使得炉体内的氧气含量有限，当氧气在燃烧过程消耗完后，燃烧层上方的生活垃圾就处在了无氧环境中，发生热解以及干燥，因此切断了二噁英合成所必须的氧源；同时通过控制向炉体内的供氧量还能够控制燃烧层之上的热解层的温度，当将热解温度控制在260-330℃时，能够确保垃圾中的氯元素充分析出，从源头上防止二噁英类物质的产生，而不是依靠烟气净化使二噁英达标排放。本发明的抑制二噁英生成的生活垃圾热解装置能够利用热解产生的固态热解炭与空气燃烧放热，维持炉内整体反应的进行，无需外加油、气等辅助能源，即可实现连续稳定热解。

进一步的，本发明进气管路包含上层进气管路与下层进气管路，进气管路由主管、倾斜支管与平行支管组成，独特的进气管路布置方式有利于热解炉体内部流场均匀。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明抑制二噁英生成的生活垃圾热解装置的整体结构示意图；

图2为本发明抑制二噁英生成的生活垃圾热解装置的进气管路示意图；

图3为本发明实施例中距热解炉矩形体底部100mm的速度云图；

图4为本发明实施例中距热解炉矩形体底部200mm的速度云图。

图中，1底座，2热解炉矩形体，3热解炉梯形体，4下层进气管路，5上层进气管路，6热解炉外壳，7热解炉内胆，8隔热板，9紫英石，10出灰口，11平行支管，12倾斜支管，13烟气出口，14投料口，15主管。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

参照图1，本发明抑制二噁英生成的生活垃圾热解装置，包括炉体，所述炉体的底部设有出灰口10，炉体的顶部设有投料口14以及烟气出口13，炉体的内部在出灰口10的上方设有若干层进气管路，每层进气管路包括若干相互平行的主管15，主管15的两端均从炉体壁穿出，主管15上沿长度方向上分布有若干平行支管11和若干倾斜支管12，平行支管11和倾斜支管12交替设置，平行支管11的一端与主管15连接，平行支管11的另一端朝向炉体的底部，倾斜支管12的一端与主管15连接，倾斜支管12的另一端朝向炉体的侧壁。

作为本发明优选的实施方案，进气管路包括下层进气管路4和上层进气管路5，下层进气管路4和上层进气管路5中的主管15相互平行，下层进气管路4中主管15的数量多于上层进气管路5中主管15的数量，下层进气管路4中主管15之间的间距相等，上层进气管路5中主管15之间的间距相等。

作为本发明优选的实施方案，主管15、平行支管11和倾斜支管12均采用圆管，主管15的直径为50mm，平行支管11和倾斜支管12的直径15mm。

作为本发明优选的实施方案，下层进气管路4和上层进气管路5之间的间距为220-240mm，平行支管11和倾斜支管12的长度为20-40mm。

作为本发明优选的实施方案，炉体包括热解炉外壳6和热解炉内胆7，热解炉内胆7位于热解炉外壳6内侧，热解炉内胆7与热解炉外壳6之间设有保温岩棉。

作为本发明优选的实施方案，热解炉内胆7的内壁设有耐火材料层，耐火材料层包括若干层隔热板8与若干层紫英石9，隔热板8与紫英石9沿热解炉内胆7的周向交替布置一周。

作为本发明优选的实施方案，炉体包括底座1、作为反应部的热解炉矩形体2和作为顶盖的热解炉梯形体3，热解炉矩形体2设置于底座1上，热解炉梯形体3设置于热解炉矩形体2上，热解炉梯形体3底部各边与热解炉矩形体2顶部各边对应连接；投料口14位于热解炉梯形体3侧壁，烟气出口13位于热解炉梯形体3顶部；出灰口10位于热解炉矩形体2侧壁底部，主管15的两端均从热解炉矩形体2穿出。

作为本发明优选的实施方案，投料口14和出灰口10均设有能够密封的炉门。

本发明还提供了一种抑制二噁英生成的生活垃圾热解方法，采用本发明如上所述的抑制二噁英生成的生活垃圾热解装置进行，包括如下过程：

将炉体中的生活垃圾引燃；

通过进气管路向炉体内通入定量空气并封闭投料口14、出灰口10，使炉体中的生活垃圾与通入的空气在进气管路周围发生燃烧、形成燃烧层，同时使得燃烧层上方的部分生活垃圾能够于260-330℃左右发生热解反应、形成热解层，热解层上方的生活垃圾能够利用热解层产生的热量进行干燥，使生活垃圾中的水分、挥发分析出，炉内产生的烟气出口13排出，灰渣从出灰口10排出。

作为本发明优选的实施方案，炉体中的生活垃圾填充量为炉体容积的60％-70％；定量空气为空气过剩系数为0.2-0.3下的空气量；生活垃圾在热解过程中，向炉体中定期投放生活垃圾以及清理热解产生的灰渣。

垃圾借助自身重力作用向下沉降，向下运动过程中被自下而上的高温气流加热。垃圾首先经过干燥热解，热解温度控制在260-330℃左右，挥发分析出的同时，热解产生的热解炭进入燃烧层，与底部进气管通入的定量空气反应放热，维持炉内整体反应的进行，无需添加外加能源。热解烟气从顶部的烟气出口进入净化装置达标排放，热解灰渣由底部出灰口排出。本发明主要用于生活垃圾处理，运营成本低，热解产生的烟气量小，尤其是可以减少烟气中二噁英类物质的生成，热解灰渣无害，减容减量效果显著。

实施例

本实施例抑制二噁英生成的生活垃圾热解装置包括底座1、热解炉矩形体2、热解炉梯形体3。所述底座1位于整个热解装置的底部，用以支撑整个热解炉体。底座1上方为热解炉矩形体2，热解炉矩形体2上方为热解炉梯形体3，热解炉矩形体2与热解炉梯形3体之间相连通。所述热解炉矩形体2与热解炉梯形体1的最外侧均为热解炉外壳6，热解炉内胆7位于热解炉外壳6内，热解炉内胆7与热解炉外壳6之间设有密度系数为1的保温岩棉；热解炉内胆7的内壁设有耐火材料层，耐火材料层包括隔热板8与紫英石9，隔热板8与紫英石9沿热解炉周向交替布置一周；投料口14位于热解炉梯形体3的侧壁，热解炉梯形体3的两侧鞋面上各布置1个投料口14；烟气出口13位于热解炉梯形体3的顶部；出灰口10位于热解炉矩形体2的侧壁底部，一组相对的侧壁上各设置2个出灰口10；进气管路位于热解炉矩形体2的下部靠近出灰口的位置。所述出灰口10与投料口14上均设有炉门，各炉门安装完成后开合自如，保证密封性。所述进气管路包含上层进气管路5与下层进气管路4。上、下层进气管路之间的距离为230mm，下层进气管路4距离热解炉矩形体2底部的距离为230mm；所述进气管路包括主管15、倾斜支管12与平行支管11，上层进气管路5包含3个主管，下层进气管路4包含5个主管，每层进气管路中的主管之间间距相等，并呈平行底座的方式布置，主管15贯穿连接于热解炉矩形体2的侧壁，每层主管15之间间距相等，呈平行于底座1的方式布置；每根主管15上设有倾斜支管12与平行支管11，倾斜支管12与平行支管11一端与进气主管15连接，倾斜支管12另一端朝向热解炉侧壁方向，平行支管11另一端朝向热解炉底部方向，倾斜支管12与平行支管11交替布置，倾斜支管12与平行支管11沿着主管的长度方向均匀布置、布置间距均为200-220mm；倾斜支管12、平行支管11与主管均采用圆管，倾斜支管12、平行支管11的直径为15mm、长度为30mm，主管15的直径为50mm、长度为2200mm。

本发明抑制二噁英生成的生活垃圾热解装置在工作时，采用木屑、废纸引燃启动后，将经过简单分拣、破碎(整形)的垃圾从投料口加入，填充至热解炉矩形体容积的60％-70％。垃圾借助自身重力向下沉降，向下运动过程中被自下而上的高温气流加热。从上至下，垃圾首先经过干燥热解，热解温度控制在260-330℃左右，水分、挥发分析出。空气经引风机从主管15的两端同时进入，经主管15与支管(11、12)连接端进入支管，由支管(11、12)另一端进入炉内。空气过剩系数选取0.3，风量为200-240m

气流速度分布均匀性评判标准，σ数值越小表示气流越均匀，计算公式如下：

σ——速度标准偏差，m/s；

n——速度截面的测点数；

炉体内流体视为不可压缩流体，垃圾设置为多孔介质模型，选用Fluent软件中的κ-ε双方程模型中的Standard模型，开启能量方程，SIMPLE算法进行求解，其中设置边界条件为：进口流速3.12m/s，出口压力0Pa，结果如表1、表2所示，其中，表1为炉体沿z轴截面速度标准偏差，表2为炉体内部温度及含氧量：

表1

表2

表3

注:N.D.表示低于仪器检出限；标准限值

参照表1，表明炉体内燃烧层速度分布较为均匀。

参照表2，热解层温度为310℃，且干燥层，热解层均为无氧环境。

参照表3，垃圾热解灰渣重金属毒性浸出浓度低于标准限值。

由上述可以看出，本发明通过定量供氧，控制氧气在燃烧层完全消耗，热解干燥层均为无氧环境，切断了二噁英合成所必须的氧源；同时控制热解温度在260-330℃左右，确保垃圾中的氯元素充分析出，从源头上防止二噁英类物质的产生，而不是依靠烟气净化使二噁英达标排放。利用热解产生的固态热解炭与空气燃烧放热，维持炉内整体反应的进行，无需外加油、气等辅助能源，即可实现连续稳定热解。垃圾经过热解处理，灰渣无害可直接填埋，减容减量可达95％。

采用本发明生活垃圾热解方法及装置，可以有效解决垃圾热解烟气中二噁英排放不达标问题。本发明装置及方法可用于乡镇村落，旅游景区，服务区，大型建筑工地，军营等。运营成本低，热解产生的烟气量小，热解灰渣无害，减容减量程度高，市场前景广阔。