1.本发明涉及有机废弃物资源循环利用技术领域，特别涉及一种有机废弃物干燥热解炭化制粉系统、方法及传热传质球。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.有机废弃物是指人们在生产活动中产生的丧失原有利用价值或虽未丧失利用价值但被抛弃或放弃的固态或液态的有机类物品和物质，包括农业有机废物(主要包括农作物秸秆藤蔓、畜禽粪便和水产废弃物等)、工业有机废物(主要包括高浓度有机废水、有机废渣等)、市政有机垃圾(主要包括园林绿化废弃物、市政污泥、屠宰厂动物内含物、餐厨垃圾等)三大类。
4.热解炭化(又称热解或裂解)，通常是指在不向反应器内通入氧、水蒸气或加热的co2的条件下，物料被加热升温引起分子分解生成燃料(气体、液体和炭黑)的过程。由于在缺氧条件下进行分解，故排气量少，有利于减轻对大气环境的二次污染，同时废物中的硫和重金属的有害成分大部分被固定在炭黑中。制备得到的生物炭可用于热解的碳捕捉和储存，简称为pyccs，pyccs是一种负排放技术，不但能支持循环经济，也能直接除去温室气体。
5.有机废物中含有大量的含碳氢有机类物质，将其视为一种潜在资源，而不是简单地作为一种污染废弃物，是一种资源和生态和谐的新理念。相对于常规焚烧等处理方式，将其作为气化原料生产合成原料气，具有过程清洁和可实现碳氢资源回用的优点。但发明人发现，现有的相关研究存在有机废弃物气化原料范围窄、难以适应有机废弃物性质差异大的问题，限制了热解炭化技术在有机废弃物处理领域的应用。此外，现有技术中制得的热解炭具有粒径大及粒径不均匀的问题，而且有机废弃物在热解过程中还存在容易结焦的问题。


技术实现要素：

6.针对以上技术问题，本发明的目的是提供一种有机废弃物干燥热解炭化制粉系统、方法及传热传质球，可以解决热解效率低、易结焦、对不同有机废弃物的适应性差以及制得的热解炭粒径大且不均匀的问题。
7.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
8.第一方面，本发明提供一种有机废弃物干燥热解炭化制粉的传热传质球，其直径大于5mm，材质选自陶瓷、金属或合金中的一种。
9.第二方面，本发明提供一种有机废弃物干燥热解炭化制粉系统，包括：回转干燥炉、回转热解炉和筛分装置，其中，所述回转干燥炉和回转热解炉均为卧式结构，回转热解炉中盛装有若干传热传质球；
10.回转干燥炉的物料出口与回转热解炉的物料进口连接；
11.回转热解炉的物料出口与筛分装置连接。
12.第三方面，本发明提供一种有机废弃物干燥热解炭化制粉方法，包括如下步骤：
13.将湿物料加入回转干燥炉中，进行回转干燥，干燥后的物料进入回转热解炉中，进行回转热解，干物料在传热传质球的助推作用下热解，热解产物在传热传质球的撞击作用下破碎，制得炭粉。
14.本发明的以上一个或多个实施例取得的有益效果为：
15.具有一定直径和密度的传热传质球应用于回转热解炉时，在干物料的热解过程中起到一定的助推作用，可防止干物料与回转热解炉炉壁之间接触时间较长，进而可以有效避免热解过程的结焦。传热传质球具有较好的传热性能，可以促进传热，有利于提高热解的均匀程度，进而有利于提高热解炭的质量。此外，传热传质球还可以对热解炭起到一定的撞击作用，通过撞击将大颗粒的热解炭进行粉碎，制得炭粉。
附图说明
16.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
17.图1是本发明的一种有机物质干燥热解炭化制粉系统的整体结构示意图。
18.其中：1、湿物料进料驱动电机；2、湿料进料螺旋输送机；3、湿料物料仓；4、螺旋连接密封；5、固定连接；6、干燥炉前端盖；7、拖轮支撑机构；8、驱动连接链条；9、干燥炉驱动装置；10、传热传质球进料螺旋输送机；11、驱动电机；12、干燥气出气口；13、干燥前端动态密封；14、干燥前端支撑段；15、驱动链轮；16、装饰保护层；17、外保温层；18、回转干燥炉；19、内螺旋片；20、干燥后端支撑段；21、干燥后端动态密封；22、干燥炉后端盖；23、备用观察口；24、余热烟气进口；25、干燥物料出口；26、干燥物料转接仓；27、干燥物料进料口；28、驱动电机；29、干燥物料进料螺旋输送机；30、连接密封；31、传热传质球；32、热解炉前端盖；33、滑动支撑机构；34、备用观察口；35、热解前端动态密封；36、热解前端支撑段；37、前端烟箱动态密封；38、金属保护层；39、保温层；40、加热烟箱；41、回转热解炉；42、烟气出口；43、干燥烟气管；44、后端烟箱动态密封；45、连接链轮；46、热解后端支撑段；47、热解后端动态密封；48、热解气出口；49、热解炉后端盖；50、检修口；51、提升机；52、传热传质球出口；53、筛分装置；54、炭粉出口；55、出料返料密封装置；56、驱动电机；57、螺旋出料机；58、炭粉和传热传质球出料口；59、固定支撑机构；60、连接链条；61、热解炉驱动装置；62、高温烟气管；63、膨胀节；64、烟气加热口；65、固定支架。
具体实施方式
19.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
20.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本发明中使用术语“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
21.需要理解的是，术语“上”、“水平”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示
的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
23.第一方面，本发明提供一种有机废弃物干燥热解炭化制粉的传热传质球，其直径大于5mm，材质选自陶瓷、金属或合金中的一种。
24.在一些实施例中，所述传热传质球的直径为10
‑
100mm，优选为20
‑
90mm，进一步优选为30
‑
80mm，更进一步优选为30
‑
60mm。
25.传热传质球的直径控制在合理范围内，一方面便于与撞击粉碎后的炭粉分离；另一方面，直径较大的传热传质球的质量较大，可以提供较大的撞击力，进而有利于把热解炭破碎，有利于提高炭粉的质量。
26.在一些实施例中，传热传质球的材质为陶瓷或钢。
27.第二方面，本发明提供一种有机废弃物干燥热解炭化制粉系统，包括：回转干燥炉、回转热解炉和筛分装置，其中，所述回转干燥炉和回转热解炉均为卧式结构，回转热解炉中盛装有若干所述传热传质球；
28.回转干燥炉的物料出口与回转热解炉的物料进口连接；
29.回转热解炉的物料出口与筛分装置连接。
30.筛分装置可以实现炭粉与传热传质球的分离，经分离后的炭粉通过输送机输送进入炭粉料仓，炭粉可以用作生物炭基肥的原料，也可以用于碳捕捉和储存。分离后的传热传质球可以重新投至回转热解炉中循环利用。
31.在一些实施例中，所述回转干燥炉中盛装有若干传热传质球。
32.传热传质球在回转干燥炉中一方面可以实现对待干燥的有机废弃物的助推，另一方面，在对湿有机废弃物干燥过程中，传热传质球均匀填充于有机废弃物中，有利于提高对有机废弃物的加热均匀性，进而可以有效提高有机废弃物的干燥效率，第三方面，湿的有机废弃物在传热传质球的撞击作用下，容易松散，有利于传热传质，进而有利于提高干燥效率。
33.进一步的，所述回转干燥炉位于回转热解炉的上方，回转干燥炉的进口与筛分装置的出口之间通过提升机连接。
34.通过提升机可以将筛分出来的传热传质球送入回转干燥炉中，实现传热传质球的循环利用。
35.在一些实施例中，所述传热传质球的总质量为待热解有机废弃物干重的5
‑
50倍。传热传质球的数量足够多，可以对有机废弃物提供较均匀的助推力，且可以对热解炭化后的炭提供较均匀的撞击力，进而有利于将热解炭粉碎均匀。
36.在一些实施例中，所述回转干燥炉的炉体从一侧至另一侧依次设置为进料直段、进料锥段、干燥段、出料直段和出料锥段。
37.进一步的，进料直段和出料直段的内壁上均设置有多螺旋片，多螺旋片与进料直段和出料直段共轴。可以使物料快速进入进料直段热干燥区和物料快速离开出料直段热干
燥区，避免物料的堆积。
38.多螺旋片就是三个以上螺距相同的螺旋片焊接在内筒体上。在进料直段设置多螺旋片，在进料锥段设置双螺旋片，设置螺旋片越多，推动物料量越多，所以在进料直段设置多螺旋片防止物料在进料口堵塞，快速的进入进料锥段设置双螺旋片，又是为了物料进入内筒内。
39.进一步的，进料锥段和出料锥段的内壁上均设置有双螺旋片，双螺旋片与进料锥段和出料锥段共轴。可以使物料快速的进入进料锥段热干燥区和物料快速的离开出料锥段热干燥区，避免物料的堆积。
40.双螺旋片就是两个螺距相同的螺旋片焊接在内筒体上。
41.进一步的，干燥段的内壁上设置有单螺旋片，单螺旋片与干燥段共轴设置。干燥段是干燥反应的主要区域，设置单螺旋片可以实现将物料向前缓慢推进，以保证干燥质量。
42.更进一步的，螺旋片的高度为300
‑
500mm。
43.水分含量较大的物料在回转干燥炉体内与传热传质球相互碰撞接触下以及物料与均匀分散与余热烟气充分接触，加快了干燥传热、传质。回转干燥炉干燥机械化程度高，生产能力大，可连续运转；结构优良、简单、物料通过回转干燥炉体阻力运转平稳、操作方便；故障少，维护费用低、功耗低；适用范围广、产品干燥均匀性好。
44.传热传质球和有机物料在加热回转热解炉体中不断的翻滚加热，通过加热筒体的自转和螺旋片的作用，热解有机物料在进行的过程中，逐步完成热解炭化，产生炭粉和热解气。
45.内热式回转干燥炉可将高达20％
‑
40％含水率的有机物质一次直接烘干至所需贮藏水分，整个过程在封闭系统内进行，从而减少干燥过程中对环境的污染。水分含量较大的物料在回转干燥炉体内与传热传质球相互碰撞接触下以及物料与均匀分散与余热烟气充分接触，加快了干燥传热、传质。回转干燥炉干燥机械化程度高，生产能力大，可连续运转；结构优良、简单、物料通过回转干燥炉体阻力运转平稳、操作方便；故障少，维护费用低、功耗低；适用范围广、产品干燥均匀性好。
46.所述外热式回转热解炉体内包含单螺旋片、双螺旋片、多螺旋片，其中所述多螺旋片焊接在回转热解炉体的进料直段和出料直段；其中所述双螺旋片焊接在回转热解炉体的进料锥段和出料锥段；其中所述单螺旋片焊接在回转热解炉体内，螺旋片高度易为200
‑
400mm。
47.在一些实施例中，所述回转热解炉设置有热风夹套，热风夹套的进口与风源连接，出口与回转干燥炉的出口端连接。
48.进入回转热解炉的高温热风首先对炉体内的干有机废弃物加热热解，降温后的热风进入回转干燥炉中，与待干燥的湿有机废弃物逆向流动，对湿有机废弃物干燥，可以有效提高热量的利用。
49.回转热解炉采用间接传热，避免了物料的热解气被加热烟气的污染，使原料及产品不受外界污染，同时减少了环境污染，减少能耗，提高换热效率，保证了设备运行的安全性，同时得到高品质的热解气和生物炭粉。
50.进一步的，回转热解炉的回转炉体的外壁上焊接有加强筋。焊接加强筋一方面加强回转热解炉体的强度，另一方面增加了回转热解炉体的换热面积以及炉体外壁对物料进
行热传导传热。
51.在一些实施例中，回转热解炉的支撑机构包括固定支撑机构和滑动支撑机构，其中，固定支撑机构支撑回转热解炉的出料直段，滑动支撑机构支撑回转热解炉的进料直段。
52.回转热解炉体受热产生热位移，所以将前端支撑设置为滑动支撑机构，后端支撑设置为固定支撑机构。
53.第三方面，本发明提供一种有机废弃物干燥热解炭化制粉方法，包括如下步骤：
54.将湿物料加入回转干燥炉中，进行回转干燥，干燥后的物料进入回转热解炉中，进行回转热解，干物料在传热传质球的助推作用下热解，热解产物在传热传质球的撞击作用下破碎，制得炭粉。
55.在一些实施例中，湿物料的回转干燥过程中直接与热风接触。依靠对流传热对物料进行换热，具有热利用率高，物料反应时间短的优点。
56.在一些实施例中，传热传质球总质量为有机废弃物干重的5
‑
50倍。
57.在一些实施例中，回转热解为间接传热。间接传热时载热体不直接与被干燥的物料接触，通过热风夹套对回转热解炉体外壁换热，炉体外壁对物料进行热传导传热。避免了物料的热解气被加热烟气的污染，使原料及产品不受外界污染，同时减少了环境污染，减少能耗，提高换热效率，保证了设备运行的安全性，同时得到高品质的热解气和生物炭粉。
58.传热传质球在干燥段起到助推物料运动、协助干燥传热作用。伴随干燥料落入热解段，传热传质球在热解段助推物料运动热解传热，避免了热解焦油焦炭粘结现象，传热传质球碰撞对炭粉起到破碎作用。
59.在一些实施例中，回转热解后的热风进入回转干燥工序，对湿有机废弃物进行加热干燥。可以实现热量的梯级利用，提高能量的利用率。
60.该系统集成了回转窑和球磨机的优势，可使有机物质干燥热解炭化制粉工艺与装备既具有连续的运行能力，同时能够满足对各种有机废弃物干燥热解炭化制粉的到高品质的生物炭粉、高品质热解气，有效提升了有机废弃物热解炭化的经济性，适于大规模推广应用。
61.经过试验表明，利用有机物质干燥热解炭化制粉系统，不仅能实现对有机废弃物的清洁和资源化回用，还对有机废弃物具有很强的适应性，同时具有良好的环保效益和经济效益。
62.下面结合附图对本发明作进一步说明。
63.如图1所示，一种有机废弃物干燥热解炭化制粉系统，包括湿物料进料螺旋输送机2、内热式回转干燥炉18、干燥后物料进料螺旋输送机29、外热式回转热解炉41、螺旋出料机57、筛分装置53、传热传质球的提升机51、传热传质球进料螺旋输送机10、传热传质球31等。提升机可以是斗式提升机或垂直提升机。
64.内热式回转干燥炉18分为拖轮支撑机构7、回转干燥炉体、干燥炉前端盖6、干燥炉后端盖22、干燥炉驱动装置9(电机)、外保温层17和装饰保护层16。干燥炉前端盖6和干燥炉后端盖22分别固定在支架上；干燥炉前端盖6和干燥炉后端盖22分别与回转干燥炉体动态密封。
65.内热式回转干燥炉用于物料的干燥，在内热式回转干燥炉内采用余热烟气直接与被干燥物料接触进行物料干燥，湿物料伴随着传热传质球向前运动，余热烟气与物料和传
热传质球逆向流动，依靠对流传热对物料进行换热。
66.内热式回转干燥炉可将高达20％
‑
40％含水率的有机物质一次直接烘干至所需贮藏水分，整个过程在封闭系统内进行，从而减少干燥过程中对环境的污染。水分含量较大的物料在回转干燥炉体内与传热传质球相互碰撞接触下以及物料与均匀分散与余热烟气充分接触，加快了干燥传热、传质。回转干燥炉干燥机械化程度高，生产能力大，可连续运转；结构优良、简单、物料通过回转干燥炉体阻力运转平稳、操作方便；故障少，维护费用低、功耗低；适用范围广、产品干燥均匀性好。
67.内热式回转干燥炉的回转干燥炉体内焊接有单螺旋片、双螺旋片、多螺旋片，其中所述多螺旋片焊接在回转干燥炉体的进料直段和出料直段，主要是为了物料快速的进入进料直段热干燥区和物料快速的离开出料直段热干燥区，避免物料的堆积；其中所述双螺旋片焊接在回转干燥炉体的进料锥段和出料锥段，主要是为了物料快速的进入进料锥段热干燥区和物料快速的离开出料锥段热干燥区，避免物料的堆积；其中所述单螺旋片焊接在回转干燥炉体内，为干燥反应的主要区域，螺旋片高度易为300
‑
500mm。
68.外热式回转热解炉分为固定支撑机构59、滑动支撑机构33、回转热解炉体、热解炉前端盖32、热解炉后端盖49和热解炉驱动装置61。回转热解炉体有前端滑动支撑机构和后端固定支撑机构，考虑到回转热解炉体受热产生热位移前端支撑为滑动支撑机构，后端支撑为固定支撑机构。
69.外热式回转热解炉采用间接传热，采用高温烟气不直接与被干燥的物料接触，通过热风夹套对回转热解炉体外壁换热。所述的回转热解炉体外壁上焊接加强筋一方面加强回转热解炉体的强度，另一方面增加了回转热解炉体的换热面积以及炉体外壁对物料进行热传导传热。所述的外热式回转热解炉采用间接传热，避免了物料的热解气被加热烟气的污染，使原料及产品不受外界污染，同时减少了环境污染，减少能耗，提高换热效率，保证了设备运行的安全性，同时得到高品质的热解气和生物炭粉。
70.炭粉与传热传质球的筛分装置53用于炭粉与传热传质球分离，实现传热传质球自动循环的第一步，经分离后的传热传质球进入传热传质球的提升机51，经分离后炭粉，经过输送机进入炭粉料仓，炭粉可以用于作生物炭基肥的原料，也可以用于碳捕捉和储存。
71.提升机用于传热传质球的提升以及输送，为传热传质球的自动循环更进一步进入进料螺旋输送机。
72.传热传质球为直径范围为30
‑
60mm的球形材料，其材质为陶瓷球或钢球，其质量比为有机物质的5
‑
50倍。
73.所述的传热传质球和热解有机物料在加热回转热解炉体中不断的翻滚加热，通过加热筒体的自转和螺旋片的作用，热解有机物料在进行的过程中，逐步完成热解炭化的产生炭粉、热解气等。
74.其工艺流程具体包括如下步骤：
75.1)将有机废弃物原料破碎为50mm以下粒径，水分低于30％，非有机物质杂质低于5％，进入湿料物料仓。湿有机物料由料仓通过湿料进料螺旋输送机2进入内热式回转干燥炉18，温度为150～250℃的余热烟气直接加热物料进行干燥，热烟气温度下降至50～110℃，并通过干燥气出气口12排出；在内热式回转干燥炉体的旋转下以及传热传质球的工作作用下完成干燥，传热传质球在干燥段起到助推物料运动、协助干燥传热作用。
76.2)将干燥至含水率小于4％的的有机物料与传热传质球一起经过干燥物料进料螺旋进入外热式回转热解炉用进行间接热解炭化反应。高温热烟气加热外热式回转热解炉温度为600～850℃的，经过外热式回转热解炉体内有机物质的热解炭化温度400～550℃。
77.3)传热传质球在外热式回转热解炉体内助推物料运动热解传热，避免了热解焦油焦炭粘结现象，传热传质球碰撞对炭粉起到破碎作用。
78.4)将热解炭化产生的热解气进行下一步冷却或收集用于直接燃烧。热解气直接燃烧用于间接加热外热式回转热解炉，实现了能量的自给自足。然后，加热后的烟气再进入内热式回转干燥炉内直接去干燥物料，充分考虑了余热节能的利用，提高了热效率。
79.5)将热解炭化反应后的炭粉和传热传质球进行分离，分离出的炭粉输出，分离出的传热传质球输出进入下一循环。
80.6)将分离出的传热传质球与湿有机物料都进入内热式回转干燥炉进行下一循环有机物质干燥热解炭化制粉，保证装备连续高效稳定的运行。
81.以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。