技术领域
[0001] 本
发明属于生物质
废物处理处置与资源化领域，特别涉及适用于高干脱
水生物质废物(城市污水
污泥、工业生物质废物和农林废物)热解气化及其余热梯级利用的系统。
背景技术
[0002] 我国每年的固体废物产生量超过75亿吨，约70％为生物质废物。生物质废物含水率高、有机物含量高，对环境污染严重，采用传统方式处理会产生恶臭、高浓度渗滤液、
温室气体以及二恶英等诸多问题。
[0003] 针对生物质废物有机物转化率低、难以
生物降解等问题，生物质废物热解气化技术有一定优势。生物质废物热解，通常是指在无
氧或低氧环境下，生物质废物被加热升温引起分子分解产生
焦炭、热解油和热解气的过程，是生物质能转化的一种重要利用形式。热解气化技术一方面实现了短时间内生物质废物减量化，另一方面杀死了生物质废物中的病原体等有害化学物质，重金属得到有效包容，基本实现了生物质废物的无害化。热解气化技术的环境友好性远高于焚烧技术。
[0004] 生物质废物在高温缺氧环境下产生的高热值热解气(高温条件下热解油也呈气态)燃烧会产生大量热量，这些热量如果不能有效利用，则会造成资源的浪费和提高生物质废物处理的运营成本。
发明内容
[0005] 生物质废物在高温缺氧环境下产生的高热值热解气(高温条件下热解油也呈气态)燃烧会产生大量热量，可为供生物质热解气化提供热量，而燃烧产生的大量高温尾气经过余热梯级利用，可实现外供
蒸汽和为生物质废物干化提供
热能，本发明的目的是，通过系统流程的设计可以实现大量余热有效利用，在避免
能源浪费的同时降低生物质废物处理的运营成本。
[0006] 本发明所采用的技术方案如下：
[0007] 一种生物质废物热解气化及其余热梯级利用的系统，所述系统包括：预处理单元、热解单元和余热阶梯利用单元，其中，
[0008] 所述预处理单元，分别连接所述热解单元及余热阶梯利用单元，所述预处理单元包括
粉碎机及干燥机，用于将生物质废物分别进行粉碎和干燥处理，并将预处理完毕的生物质废物传送到热解单元；
[0009] 所述热解单元，分别连接所述预处理单元及余热阶梯利用单元，所述热解单元包括一热解炉，其对经干燥处理后的生物质废物进行热解燃烧，热解产生的尾气进入余热阶梯利用单元；
[0010] 所述余热阶梯利用单元，包括余热
锅炉、节能器、
导热油储箱、导热油电加热器，其中，热解炉产生的高温尾气中经过
余热锅炉降温后进入节能器，对导热油加热，加热后的导热油进入导热油储箱，所述导热油储箱通过管道将导热油传递到干燥机进行换热，换热后的导热油
温度下降，并经导热油电加热器重新回到节能器。
[0011] 进一步地，所述导热油电加热器内设温度
传感器，在导热油初始升温和节能器供热不足时自动开启。导热油电加热器内设有温度传感器，所述温度传感器用于检测导热油温度值，当流经导热油电加热器的导热油温度低于设定的第一温度时，比如140℃，导热油电加热器启动，并控制其内部的
阀门自动开启，导热油可正常流通，当检测到导热油温度超过设定的第二温度，比如160℃，所述导热油电加热器内部的阀门关闭，并停止工作。
[0012] 进一步地，所述粉碎机将生物质废物粉碎为小
块状，进入
传热介质为导热油的干燥机中，干燥温度设定为170～190℃，块状的生物质废物在干燥机内停留15～30min，使得生物质废物呈颗粒状且含水率在15～25％之间，并进一步将块状的生物质废物形成颗粒状。
[0013] 进一步地，所述干燥机还连接
除尘器，所述除尘器连接
风机，所述风机连接尾气处理装置，所述风机将干燥机中含大量水蒸气的气体抽出经除尘器处理后进入到所述尾气处理装置。
[0014] 进一步地，经所述干燥机处理后的所述颗粒状生物质废物通过提升机提升至热解炉的料斗仓中，所述热解炉包括一
燃烧室，所述燃烧室内斜向安装有一螺杆热解管，所述生物质废物在所述螺杆热解管内进行绝氧热解反应，其中，产生的热解气通过一
导管回流至燃烧室内。
[0015] 进一步地，热解炉产生的尾气经除尘器后温度降至550～750℃，尾气进入余热锅炉，尾气温度降至250～300℃，尾气进入节能器，对导热油进行加热至200～210℃，使得尾气温度降至200℃以下，并经风机抽出至尾气处理装置。
[0016] 进一步地，加热至200℃～210℃的导热油通过导热油
泵进入导热油储箱，导热油储箱为干燥机提供传热介质，换热后的导热油温度降至160℃以下，经所述导热油电加热器后回到节能器加热。
[0017] 进一步地，所述燃烧室底部安装有
燃烧器入口，用于向燃烧室供热，其中，设定的燃烧室内温度在800～1000℃之间，热解管内温度在750～950℃之间，产生的尾气温度在700～900℃之间。
[0018] 与
现有技术相比，本发明所提供的一种生物质废物热解气化及其余热梯级利用的系统，通过“热解气化+热解气燃烧+余热锅炉换热+导热油换热+导热油干化”处理，实现了生物质废物的减量化、无害化和资源化处理。与常规热解气化系统相比，本发明的热利用效率大大提高，共有四级余热利用：
[0019] (1)热解管中的热解气不冷却直接回流至
负压的燃烧室直接燃烧为热解管供热，一方面避免了焦油副产物的产生，并将这部分热量充分利用，另一方面大大减少了传
热损失，确保了热解反应在较高温度下进行。
[0020] (2)700-900℃的高温烟气在余热锅炉中会产生大量蒸汽，蒸汽可供外用。
[0021] (3)250-300℃的余热锅炉的尾气可以将导热油从160℃加热至200℃。
[0022] (4)200℃左右的导热油作为桨叶干燥机的传热介质，能有效实现生物质废物的干化。
附图说明
[0023] 图1为本发明
实施例所述的生物质废物热解气化及其余热梯级利用的系统的结构原理图。
具体实施方式
[0024] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
[0025] 参照图1所示，本发明实施例所公开的一种生物质废物热解气化及其余热梯级利用的系统，包含三个单元，预处理单元Ⅰ，热解单元Ⅱ，余热梯级利用单元Ⅲ，通过三个单元的配合，实现生物质废物过程中的余热的有效利用。
[0026] 各单元的设备及工艺流程说明如下：
[0027] (1)预处理单元
[0028] 预处理单元Ⅰ，分别连接所述热解单元ⅡⅢ及余热阶梯利用单元，所述预处理单元包括粉碎机及干燥机，用于将生物质废物分别进行粉碎和干燥处理，并将预处理完毕的生物质废物传送到热解单元，以及所述干燥机接收从所述余热阶梯利用单元传输的导热介质给干燥机加热。
[0029] 具体来说，经过压滤或离心等脱水操作的高干脱水生物质废物1(含水率30-50％)呈饼状或块状，经过粉碎机2粗粉碎后生物质废物呈小块状，进入传热介质为导热油的桨叶干燥机3中，干化机内温度180℃左右，比如170℃～190℃之间，生物质废物根据含水率的不同在桨叶干燥机中停留15-30min，使得生物质废物含水率降至15-25％左右，生物质废物呈颗粒状。干燥引风机16将桨叶干燥机3中含大量水蒸气的气体抽出经过旋风除尘器15后进入尾气处理装置12，达标排放。
[0030] (2)热解单元
[0031] 所述热解单元，分别连接所述预处理单元及余热阶梯利用单元，所述热解单元包括一热解炉，其对经干燥处理后的生物质废物进行热解燃烧，热解产生的尾气进入余热阶梯利用单元。热解单元主要完成热解气化及热解气燃烧两个过程。
[0032] 具体来说，颗粒状生物质废物通过提升机4提升至间壁加热式绝氧热解炉5的料斗仓中，生物质废物通过螺旋进料器进入热解管中进行绝氧热解反应，热解管斜向置于燃烧室中，产生的热解气回流至负压的燃烧室燃烧为热解反应供热，在热解炉升温或热解气热值不足时，
天然气6为热解炉燃烧室供热。热解后的生物质废物以热解炭7的形式被人工收集后，根据原料的不同做后续的处置和再利用。燃烧室内温度达到800-1000℃，因此热解管外部温度达到800-1000℃，热解管内温度750-950℃，燃烧产生的尾气温度700-900℃，尾气经过旋风除尘器8后温度降至550-750℃。
[0033] (3)余热梯级利用单元
[0034] 所述余热阶梯利用单元，包括余热锅炉、节能器、导热油储箱、导热油电加热器，其中，热解炉产生的高温尾气中经过余热锅炉降温后进入节能器，对导热油加热，加热后的导热油进入导热油储箱，所述导热油储箱通过管道将导热油传递到干燥机进行换热，换热后的导热油温度下降，并经导热油电加热器重新回到节能器。利用余热阶梯利用单元，实现余热锅炉换热、导热油换热及导热油干化三种处理。
[0035] 具体来说，热解引风机11将尾气抽出燃烧室，高温尾气通入余热锅炉9中，将水转化为蒸汽，蒸汽外供其他设备。经过余热锅炉后的尾气在250-300℃，尾气接着进入节能器10中，加热160℃左右导热油至200℃左右，尾气温度降至200℃以下，经过尾气处理装置12后达标排放。200℃左右的导热油通过导热油泵进入导热油储箱13，导热油储箱13为桨叶干燥机3提供传热介质，换热后的导热油降至160℃以下，经过导热油电加热系统14后回到节能器加热，导热油电加热系统在导热油初始升温和节能器供热不足时开启，来保证桨叶干燥机3内
工作温度。
[0036] 具体来说，所述导热油电加热器内设有温度传感器，所述温度传感器用于检测导热油温度值，当流经导热油电加热器的导热油温度低于设定的第一温度时，比如140℃，导热油电加热器启动，并控制其内部的阀门自动开启，导热油可正常流通，当检测到导热油温度超过设定的第二温度，比如当达到160℃，所述导热油电加热器内部的阀门关闭，并停止工作，如此可节省能耗。
[0037] 所述节能器采用
钢结构翅片管以增大
接触面积，250-300℃高温烟气作为热源，160℃以下的导热油流经导
热管被220℃以上的导热管加热到200℃以上。
[0038] 所述干燥机可以是现有中的桨叶式干燥机或者圆盘式干燥机。干燥机的换热面有两处，一处是夹套，这是比较大的静态的受热面，可以做隔断，做成不同的温度梯度，第二处是桨叶干燥机的轴和桨叶，轴和桨叶间是联通的，轴为夹套空心的，内进外出，同时联通桨叶，桨叶也是要有导热油循环的。导热油通过夹套对干燥机内的生物废料进行加热。
[0039] 生物质废物在高温缺氧环境下产生的高热值热解气(高温条件下热解油也呈气态)燃烧会产生大量热量，可为供生物质热解气化提供热量，而燃烧产生的大量高温尾气经过余热梯级利用，可实现外供蒸汽和为生物质废物干化提供热能，通过系统流程的设计可以实现大量余热有效利用，在避免能源浪费的同时降低生物质废物处理的运营成本。
[0040] 与常规热解气化系统相比，本发明的热利用效率大大提高，共有四级余热利用：
[0041] (1)热解管中的热解气不冷却直接回流至负压的燃烧室直接燃烧为热解管供热，一方面避免了焦油副产物的产生，并将这部分热量充分利用，另一方面大大减少了传热损失，确保了热解反应在较高温度下进行。
[0042] (2)700-900℃的高温烟气在余热锅炉中会产生大量蒸汽，蒸汽可供外用。
[0043] (3)250-300℃的余热锅炉的尾气可以将导热油从160℃加热至200℃。
[0044] (4)200℃左右的导热油作为桨叶干燥机的传热介质，能有效实现生物质废物的干化。
[0045] 下面来通过四个具体实施例，对本发明所公开的一种生物质废物热解气化及其余热阶梯利用的系统进行示例性说明。
[0046] 实施例一：
[0047] (1)污水污泥经过水热预处理后压滤成含水率42.8％的污泥泥饼，经过粉碎机粉碎成块状后进入桨叶干燥机进行干化处理，干化温度为160℃，干化
停留时间30min，干化后的污泥颗粒含水率18.80％，干基污泥的挥发分47.97％，灰分44.75％，固定
碳2.92％，热值17.85MJ/kg。
[0048] 污泥颗粒经过提升器提升至料斗仓中，螺旋进料器将污泥颗粒带入热解管中进行热解反应，产生的热解气回流至燃烧室燃烧供热，由于污泥中的挥发分比例有限，仍需部分天然气供热来维持炉内850℃左右的高温，燃烧室末端尾气温度830℃左右。产生的热解炭绝干，挥发分4.25％，灰分87.10％，固定碳8.11％，热值5.92MJ/kg，人工收集后作园林基质材料或直接填埋处置。
[0049] 尾气经过旋风除尘器后温度降至650℃，高温尾气在余热锅炉中产生换热产蒸汽，余热锅炉的尾气280℃左右，尾气进入节能器中加热160℃左右导热油的导热油至200℃左右，尾气温度降至240℃以下，经过尾气处理装置后达标排放。200℃左右的导热油经过导热油储箱后为桨叶干燥机提供传热介质，换热后的导热油降至160℃以下，经过导热油电加热系统后回到节能器加热。
[0050] 实施例二：
[0051]
链霉素菌渣(属于危险废物)经过水热预处理后压滤成含水率39.20％的菌渣泥饼，经过粉碎机粉碎成块状后进入桨叶干燥机进行干化处理，干化温度为180℃，干化停留时间20min，干化后的菌渣颗粒含水率15.20％，干基菌渣挥发分65.00％。
[0052] 菌渣颗粒经过提升器提升至料斗仓中，螺旋进料器将菌渣颗粒带入热解管中进行热解反应，产生的热解气回流至燃烧室燃烧供热，天然气仅在升温阶段使用，正常运行后热解气就可以维持炉内800℃左右的高温，燃烧室末端尾气温度760℃左右。产生的热解炭绝干，挥发分9.5％，人工收集后安全填埋处置。
[0053] 尾气经过旋风除尘器后温度降至600℃，高温尾气在余热锅炉中产生换热产蒸汽，余热锅炉的尾气230℃左右，尾气进入节能器中加热160℃左右导热油的导热油至180℃左右，尾气温度降至200℃以下，经过尾气处理装置后达标排放。180℃左右的导热油经过导热油储箱后为桨叶干燥机提供传热介质，换热后的导热油降至150℃以下，经过导热油电加热系统后回到节能器加热。
[0054] 实施例三：
[0055] 废弃菌棒(菌类农业废弃物，主要成分为木屑、麦麸、少量的石灰和丰优素等)含水率26.54％，经过粉碎机粉碎成块状后进入桨叶干燥机进行干化处理，干化温度为170℃，干化停留时间20min，干化后的菌棒颗粒含水率10.18％，干基菌棒挥发分61.10％，灰分14.30％，固定碳14.42％，热解12.50MJ/kg。
[0056] 菌棒颗粒经过提升器提升至料斗仓中，螺旋进料器将菌棒颗粒带入热解管中进行热解反应，产生的热解气回流至燃烧室燃烧供热，天然气仅在升温阶段使用，正常运行后热解气就可以维持炉内810℃左右的高温，燃烧室末端尾气温度770℃左右。产生的热解炭绝干，挥发分6.94％，人工收集后可作为园林基质材料或者作为廉价
吸附剂。
[0057] 尾气经过旋风除尘器后温度降至620℃，高温尾气在余热锅炉中产生换热产蒸汽，余热锅炉的尾气240℃左右，尾气进入节能器中加热150℃左右导热油的导热油至170℃左右，尾气温度降至200℃以下，经过尾气处理装置后达标排放。170℃左右的导热油经过导热油储箱后为桨叶干燥机提供传热介质，换热后的导热油降至150℃以下，经过导热油电加热系统后回到节能器加热。
[0058] 实施例四：
[0059] 废弃木渣(木质家具拆卸粉碎后的废物)含水率5.53％，挥发分77.39％，灰分4.51％，固定碳12.57％，无需粉碎和干化。
[0060] 木渣和木屑颗粒经过提升器提升至料斗仓中，螺旋进料器将木渣和木屑颗粒带入热解管中进行热解反应，产生的热解气回流至燃烧室燃烧供热，天然气仅在升温阶段使用，正常运行后热解气就可以维持炉内830℃左右的高温，燃烧室末端尾气温度770℃左右。产生的热解炭绝干，挥发分7.56％，灰分23.12％，固定碳69.32％，人工收集后可作为园林基质材料、廉价吸附剂或火化后作为
活性炭产品。
[0061] 尾气经过旋风除尘器后温度降至640℃，高温尾气在余热锅炉中产生换热产蒸汽，余热锅炉的尾气260℃左右，尾气进入节能器中加热160℃左右导热油的导热油至180℃左右，尾气温度降至200℃以下，经过尾气处理装置后达标排放。180℃左右的导热油经过导热油储箱后为桨叶干燥机提供传热介质，桨叶干燥机可用于干化其它含水率较高的生物质废物，换热后的导热油降至160℃以下，经过导热油电加热系统后回到节能器加热。
[0062] 本发明提供的一整套生物质废物热解气化及其余热梯级利用的系统，通过“热解气化+热解气燃烧+余热锅炉换热+导热油换热+导热油干化”处理，实现了生物质废物的减量化、无害化和资源化处理。
[0063] 上述说明示出并描述了本发明的若干推荐实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、
修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述指导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附
权利要求的保护范围内。
