一种固废压缩脱气碳化方法、装置及包括该装置的系统与流程

本发明属于固废处理工艺技术领域，特别涉及一种固废压缩脱气碳化方法、装置及包括该装置的系统。

背景技术：

城市垃圾、工业垃圾、市政污泥、工业污泥、生物质、医疗固废、危险固废等固废因产生源头和形成机制各不相同，因此这些固废的散料在物料成分、物料特性、几何性质等方面很难找到共同点，不便于精细分类或集中处理处置；其次，上述固废散料的堆积角一般都很小，在散料的贮存、转运、输送、深度热处理工艺预处理等过程中，经常存在处理设备复杂多样，占地面积大，综合处理效率低，系统多元化应用存在局限性等问题。

直接采用常规的焚烧、气化等工艺处理固废时，极易由于固废物料的成分特性和热反应条件特性，产生二噁英、飞灰等二次污染物或危废，这些二次污染物或危废不仅收集和处理工艺复杂，较易造成更为严重的污染，而且处理成本很高。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术的缺陷，提供一种固废压缩脱气碳化方法、装置及包括该装置的系统。通过多层级的高压力将不规则的城市垃圾、工业垃圾、市政污泥、工业污泥、生物质、医疗固废、危险固废等散料连续压缩成型，再经过无氧脱气将压缩后的固废块料进行干燥、无氧热解、碳化，最终生成碳粉及热解气，可用作于固体废弃物的焚烧、气化等深度热处理工艺的前处理工艺，提高固废热转化效率，实现深度减量化、资源化、无害化处理。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种固废压缩脱气碳化装置，包括顺次密封连接并安装于同一中心轴线上的高压压缩设备、料封室和脱气室；

其中所述高压压缩设备用于对固废散料进行多级高压连续压缩成型，并将压缩的固废块料推入料封室；

所述料封室用于连接高压压缩设备和脱气室，将固废块料输送入脱气室，并在料封室充满固废块料后，使高压压缩设备和脱气室形成空气隔绝；

所述脱气室用于对固废块料进行干燥、无氧热解和碳化反应，最终转化为碳粉及热解气。

进一步的，高压压缩设备、料封室和脱气室的腔室内下表面完全平齐，位于同一水平面上。

进一步的，高压压缩设备从其高压压缩腔至出料口的截面形状及尺寸完全一致，内腔截面形状为矩形或圆形，当高压压缩腔截面为矩形时，高压压缩腔截面长宽比为1.5:1～4:1，经高压压缩设备压缩后的固废块料厚度与压缩腔体截面宽度比值为0.2～1.5。

进一步的，料封室为进、出口中空贯通式通道结构，总长度为0.1～2m；料封室内腔的截面形状与高压压缩设备出口一致,料封室内腔的截面尺寸与高压压缩设备出口一致，或者上顶边长、两侧高均相对高压压缩设备出口增加2～10mm。

进一步的，料封室外部设置有带折流板的水夹套，水夹套中通过循环冷却水保证料封室内固废块料的温度不超过50℃。

进一步的，脱气室为进、出口中空贯通式通道结构，其总长度可使内部固废块料从脱气室进口被逐步推动到出口的时间为0.2～2小时；脱气室内腔下底面水平，内腔高度从进口至出口扩大0.5％～10％，内腔宽度从进口至出口扩大0.5％～5％，出口大于进口；所述脱气室外部设置有带折流板的间接加热夹套层，夹套层内热介质采用热烟气、或导热油、或高温蒸汽或电热模块，采用流动性高温热介质时，热介质流动方向和脱气室内物料进料方向相反，形成逆流式加热效应。

一种固废压缩脱气碳化的方法，采用上面任一所述的固废压缩脱气碳化装置，包括以下步骤：

(1)将不规则的固废散料经过高压连续压缩，打包成形态相对规则的固废块料；

(2)将固废块料依次被后续连续压缩成型的块料水平推进至下游料封室、脱气室内；固废块料在料封室内自然形成隔绝下游脱气室空气的料封层；

(3)将固废块料在脱气室内进行连续间接加热，并逐渐升温进行干燥、无氧热解、碳化反应，最终生成碳粉及热解气；

所述固废散料为城市垃圾、工业垃圾、市政污泥、工业污泥、生物质、医疗固废、危险固废散料。

进一步的，步骤(1)中固废散料的高压连续压缩，分为三级压缩，第一级为进料预压缩，第二级为整形压缩，第三级为成型压缩；第三级成型压缩压强为2～16mpa，第一级预压缩的压强为第三级成型压缩压强的10％～50％，第二级整形压缩的压强为第三级成型压缩压强的50％～80％；所述第二级整形压缩以及第三级成型压缩的保压时间均不小于2秒；经多级高压压缩后的固废体积压缩比为1.5:1～8:1。

进一步的，步骤(3)中固废块料从脱气室入口到出口由50℃以下逐渐阶梯式升温至450℃以上。

一种高温熔融气化系统，用于对固废危废进行高温熔融处理，包括上面任一所述的固废压缩脱气碳化装置。

有益效果：

(1)本发明提供的固废压缩脱气碳化装置和方法先利用多层级的高压力将不规则固废散料连续压缩成型，明显高效提高了固废原料单位体积的能量密度；再经过无氧脱气将压缩后的固废块料进行干燥、无氧热解、碳化，最终生成碳粉及热解气，通过脱气和碳沉积的方式提高了固废热转化综合效率，可用作于固体废弃物的焚烧、气化等深度热处理工艺的前处理工艺，有效促进深度热处理系统的综合能效，实现深度减量化、资源化、无害化处理。

(2)从环保角度而言，本发明提供的固废压缩脱气碳化方法相对传统焚烧、气化等深度热处理工艺，提前完成了固废中有机质的转化，并且通过特殊的反应环境及条件规避了二噁英、飞灰等二次污染物或危废的产生，整个热解过程中不存在有害物质排放，安全环保；最终生成的碳粉及热解气同时能大幅提升后续工艺的综合效率，降低综合能耗。

(3)本发明提供的系统结构简单、物料适应性强、应用范围广泛、连续操作方便，可广泛应用于各类固体废物的综合处理处置。

附图说明

图1是实施例1压缩脱气碳化装置的正视结构示意图。

图2是实施例1压缩脱气碳化装置的俯视结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

如图1、图2所示，一种压缩脱气碳化装置包括：高压压缩设备1、料封室2和脱气室3。

高压压缩设备、料封室和脱气室顺次密封连接并安装于同一中心轴线上，其中高压压缩设备用于固废散料的多级、高压、连续压缩成型，以及连续出料，料封室通过充满压缩后的固废块料，将高压压缩设备和脱气室形成自然隔绝，使脱气室进口实现相对氧气(空气)隔绝。脱气室用于固废块料的干燥、无氧热解、碳化反应，最终将固废块料转化成碳粉及热解气。

高压压缩设备、料封室和脱气室的腔室内下表面完全平齐，位于同一水平面上。

高压压缩设备从其高压压缩腔进口至出口的截面形状及尺寸完全一致，截面形状为矩形，高压压缩腔截面的长宽比为1.5:1～4:1；经多级高压压缩后的固废块料厚度与压缩腔体截面宽度比值为0.2～1.5。

料封室为进、出口中心贯通式通道结构，总长度为0.1～2m。料封室从进口至出口的截面形状、截面尺寸完全一致，并且与高压压缩设备出口的截面形状及尺寸完全一致。料封室外部设有带折流板的水夹套4，水夹套中通过循环冷却水保证料封室内固废块料的温度不超过50℃。

脱气室为进、出口中心贯通式通道结构，其总长度保证内部固废块料从脱气室进口被逐步推动到出口的时间为0.2～2小时。脱气室内腔下底面水平，出口略大于进口，内腔高度从进口至出口扩大0.5％～10％，内腔宽度从进口至出口扩大0.5％～5％。脱气室外部设置有带折流板的间接加热夹套层5。

脱气室出口与下游工艺设备6进料口密封连接，脱气室内生成的碳粉及热解气直接进入下游工艺设备中进行后续反应。

工作原理与流程：

(1)不规则的固废散料连续进入高压压缩设备中，经过高压连续压缩，打包成形态规则的固废块料；

(2)固废块料依次被后续由高压压缩设备连续压缩成型的块料水平推进至下游料封室、脱气室内；

(3)固废块料在料封室内自然形成隔绝下游脱气室空气的料封层，料封室外围带折流板的水夹套中通过循环冷却水保证料封室内固废块料的温度不超过50℃；

(4)固废块料在脱气室内，被脱气室外围间接加热夹套层中的热介质连续间接加热，固废块料温度从脱气室入口到出口的0.2～2小时中，由50℃以下(含50℃)逐渐升温至450℃以上(含450℃)，形成阶梯式温升，继而逐渐升温并发生干燥、无氧热解、碳化反应；

(5)固废块料在所述脱气室内最终生成碳粉及热解气，直接进入下游工艺设备中进行后续反应。

实施例2

一种高温熔融气化系统，用于对固废危废进行高温熔融处理，包括实施例1的固废压缩脱气碳化装置。

上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。