一种耦合电磁感应复合加热处理陈腐垃圾的装置及方法

本发明涉及陈腐垃圾热解，具体涉及一种耦合电磁感应复合加热处理陈腐垃圾的装置及方法。

背景技术：

1、生活垃圾产量持续且快速的增长不仅会逐渐的超出自然环境的承受能力，也超出了现阶段全球处理处置水平能妥善解决的范围，带来了一系列的负面影响。侵占土地和污染环境是生活垃圾带来的最直接影响。卫生填埋、简易填埋、露天堆放在全球范围内尤其是发展中国家仍然占有较大的比例。同时填埋气(主要成分为ch4和co2)已成为人类最大的温室气体排放源之一。因此垃圾填埋场治理迫在眉睫。陈腐垃圾是指填埋场或堆积很多年的城市生活垃圾，具有低热值、灰分高等特点，但可与新鲜垃圾混合进行热处理。陈腐垃圾热处理技术可使处理后的垃圾体积比原来可缩小50-80％，分类收集的可燃性陈腐垃圾经热处理后甚至可缩小90％。陈腐垃圾经过高温热处理后，陈腐垃圾中的大量病菌、病毒、寄生虫卵等病原体被彻底消灭，产生的尾气也可在被净化后排出。因此可引入热处理技术解决陈腐垃圾带来的一系列的环境问题。

2、陈腐垃圾热处理技术主要包括热解和焚烧。热解技术是在绝氧或者缺氧的环境中对有机物质进行热化学处理，使得有机物质的化学组成与物理状态发生变化的一种不可逆过程。焚烧产生的二噁英导致了严重的邻避效应和环境污染。相对于传统垃圾焚烧处理技术，垃圾热解具有污染物释放量少、能源回收率高、处理规模灵活等优点。热解技术按加热方式可分为内热式和外热式两种，内热式反应器启停速度慢、气体热值低，不易于小型化；而外热式热解效率高、温度易于调控，其中的电磁感应热解技术利用电磁感应的方法使被加热的材料(即工件)的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的。电磁加热改变了传统电阻式间接加热的模式，变为直接加热，热转化率高(>90％)，增温速率快，且适用于复合加热式，易于设备的小型化，但其是需要消耗大量电能。因此，有必要采取一定措施改进设备结构降低能耗。

3、中国专利文件cn105502345a公开了“一种电磁感应热解炉”，该专利包括以下步骤：原料煤经干燥，并被粉碎、磨细至80％达到80目，经惰性气体保护输运至电磁感应热解炉装置热解原料进口，再经物料分布器均匀分布进入电磁感应热解炉装置炉体内，物料分布器保证煤粉在炉体内均匀分布到每一个腔室中，腔室之间的8根腔室连接管可以起到平衡炉内压力的作用。煤粉在炉内沉降过程中完成快速热解，煤料快速热解时间为10秒。热解气由电磁感应热解炉装置热解气导出口导出，再经旋风分离器完成热解气与其夹带粉尘的分离，经冷凝系统冷凝至25～30℃，直接外送作为还原气气源。热解气冷凝水与焦油在油水分离系统完成油水分离，焦油直接进入焦油槽，焦油产率在18％(焦油占入炉煤粉的质量百分比)，分离出的冷却水返回冷凝系统循环使用。但该方法并未进行余热利用，同样存在能耗较高的问题。

4、中国专利文件cn 166396166a公开了一种“电磁感应热解解聚聚甲基丙烯酸甲酯制备单体的方法和装置”，该专利包括以下步骤：废弃聚甲基丙烯酸甲酯聚合物由螺旋进料器加入到旋转床中，直接送入旋转床内部，气体入口连续通入少量n2，(20ml/min)，保持反应器内部的惰性环境。旋转床支撑板对旋转床起到支撑的作用，由出料口出来的混合气体经过冷凝器冷凝，最终收集液相单体产物。该方法采用电磁感应热解虽然也有传热效果高、控温效果好、热解效率高等优点，但其是通过加热催化剂热解目标物质，催化剂的颗粒大小及用量都会对结果造成较大影响，存在一定的不稳定性，同时该方法也未进行余热利用，存在能耗较高的问题。

5、专利cn 108826301a公开了“一种医用环保型垃圾处理装置处理垃圾的方法”，该专利包括以下步骤：医疗垃圾粉碎后通过无线电磁波发生器灭菌，在900℃的热解炉燃烧器中对医疗垃圾，并同时使用翻转装置搅拌，产生的热解气进入二燃室燃烧，产生的热量经热水换热装置吸收得到热水供医院使用，废渣和尾气分别通过净化装置后排出。该方法也采用电磁感应热解，高效节能，但其二燃室的热量通过热水换热装置时不可避免的会产生相当一部分损失，且该装置仍需持续消耗能源，不能实现自热，处于热解炉燃烧器外部的二燃室不利于整个装置小型化。

6、针对上述现有问题，本发明提出一种耦合电磁感应复合加热处理陈腐垃圾的装置及方法，采用螺旋加热器，设备启动更快、升温更迅速、温度分布更均匀，将螺旋加热器用作二燃室置于热解炉内，优化了装置结构，降低了装置的建造成本，更是将热解气燃烧产生的热量直接用于加热陈腐垃圾，实现热解装置的自热，能耗大幅降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耦合电磁感应复合加热处理陈腐垃圾的装置及方法，通过耦合电磁感应复合加热处理垃圾填埋场低热值陈腐垃圾，解决热分解陈腐垃圾时能耗高、二噁英类污染物排放高、设备启动慢、热解效率较低、难以小型化等问题。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

3、一种耦合电磁感应复合加热处理陈腐垃圾的装置，包括粉碎设备、电磁感应热解器、尾气处理设备，相互之间通过管道连接，所述电磁感应热解器包括感应线圈、热电偶、旋流燃烧器、螺旋加热器；

4、感应线圈紧贴电磁感应热解器外壳内侧，感应线圈内侧均匀分布有热电偶，旋流燃烧器与螺旋加热器轴线与电磁感应热解器轴线重合，旋流燃烧器位于螺旋加热器内。

5、进一步的，所述粉碎设备出口与电磁感应热解器一入口连接。

6、进一步的，所述电磁感应热解器热解气出口中空的螺旋加热器入口相连接，所述电磁感应热解器炉渣在陈腐垃圾完全热解后于炉渣出口排出。

7、进一步的，所述旋流燃烧器热解气入口一侧设一空气入口，螺旋加热器尾气出口与尾气处理设备入口相连接。

8、进一步的，所述螺旋加热器使用良好的导热材料促进热量的传递，电磁感应热解器内壁由良好的保温材料构成。

9、进一步的，所述螺旋加热器在感应线圈的作用下迅速升温同时搅拌并均匀加热陈腐垃圾，陈腐垃圾在高温下被热解化为热解气和炉渣。

10、进一步的，所述电磁感应热解器运行时通过热电偶监测其内温度，感应线圈电流大小及频率通过热电偶所监测温度进行实时调控，将温度维持在850-1000℃。

11、进一步的，所述热解气在螺旋加热器内燃烧并将释放的热量用于热解陈腐垃圾，并通过热电偶所监测温度控制螺旋加热器过量空气系数从而控制热解气反应速度，进而控制对陈腐垃圾的热解程度。

12、另一方面，本发明提出基于上述装置的耦合电磁感应复合加热处理垃圾填埋场低热值陈腐垃圾方法，包括以下步骤：

13、s1：将填埋垃圾加入粉碎设备充分粉碎后，将其全部通入电磁感应热解器并关闭粉碎设备出口及电磁感应热解器入口；

14、s2：感应线圈通电产生交变磁场，使螺旋加热器表面附近形成涡流，产生大量焦耳热使螺旋加热器迅速升温并迅速加热填埋垃圾，同时螺旋加热器通电旋转搅拌填埋垃圾，使其均匀受热，快速升温至850-1000℃；

15、s3：打开电磁感应热解器出口、旋流燃烧器热解气和空气入口，通过旋流燃烧器充分混合后的热解气与空气在螺旋加热器内部燃烧，释放的热量用于热解填埋垃圾；

16、s4：根据热电偶检测的温度来控制感应线圈中电流大小及频率和旋流燃烧器中热解气旋流强度使温度始终保持在850-1000℃，直至填埋垃圾温度达到850-1000℃；

17、s5：逐渐减小感应线圈中电流大小及频率至停止通电，实现热解装置自热以降低能耗；

18、s6：螺旋加热器中的尾气通过尾气处理设备净化后排出，电磁感应热解器中的炉渣于炉渣出口排出。

19、本发明的有益效果：

20、本发明提出的耦合电磁感应复合加热处理系统的感应加热过程主要是依靠电流感应透热和传导的方式实现，感应线圈流过交流电流时，产生相同频率的交变磁通，交变磁通在金属工件中产生感应电势，从而产生感应电流，产生热量，对工件加热。其快速加热特性使得受热物料可以快速通过容易产生二噁英的低温区域(200-300℃)，在很短的时间内便能加热到预期的温度并具有良好的温度响应特性，被加热的螺旋加热器自行高速发热，而旋转的螺旋加热器会促进热解气与空气充分混合并使其迅速均匀加热电磁感应热解器中的陈腐垃圾。电磁感应热解器内的热电偶时刻监测温度，可随时通过改变感应线圈电流大小及频率精准控制陈腐垃圾的温度，解决了垃圾热解过程中二噁英产生较多而污染环境的问题。

21、精确的温度控制对于热解过程至关重要。太高或太低的温度都可能导致热解效率下降或产生有害气体。在本发明中，通过热电偶实时监测温度并调节感应线圈的电流强度和频率，可以精确控制螺旋加热器的温度在最佳热解范围内(850-1000℃)，确保了陈腐垃圾的有效热解，同时最大化限度减少了有害气体的产生，避免了对作业环境的污染，属于环保型的热源；因无需像大型处理设施那样安装高温烟道，也不会增加燃烧器产生的废气。这些简化了后续处理，从而降低了总设备成本。装置通过高能效电磁感应加热，使螺旋加热器自身成为发热体，能量的扩散少、热损少，加热效率高。将螺旋加热器用作二燃室置于热解炉内，减小了装置体积、优化了装置结构，降低了装置的建造成本，更有利于装置小型化，对资金有限的农村地区的填埋垃圾无害化处理意义重大。

22、热解过程中往往伴随有害气体如二噁英的产生，本发明的热解气直接燃烧回收技术有助于减少这类污染物的排放。陈腐垃圾热解产生的热解气(ch4、co、h2等)通入用作二燃室的螺旋加热器燃烧释放的热量直接用于热解陈腐垃圾，将热解气在螺旋加热器内燃烧，利用其产生的热量进一步热解垃圾，不仅利用了原本会被排放的热量，而且还能减少有害气体的排放；可根据热电偶测量温度实时控制线圈电流大小及频率，直至停止线圈通电，实现了热解装置的自热，充分利用了陈腐垃圾自身所含能量，节约了大量能源。

23、本发明通过感应加热与螺旋加热器的组合使用，实现了垃圾的快速加热和均匀受热，这有助于提高热解速度，确保陈腐垃圾能在最短时间内达到热解温度，从而大幅提升了处理效率。同时，快速均匀的加热也有助于提高热解产物的质量，确保了热解气和炉渣的稳定输出。

24、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。