1.本发明属于有机固废无害化处理技术领域，具体涉及一种多室有机固废热解反应器。本发明还提供了一种使用该多室有机固废热解反应器的热解方法。


背景技术：

2.有机固体废弃物（有机固废）指的是在生产、生活或其他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的固体有机物，主要包括生活垃圾、污泥、废塑料、废橡胶、农林废弃物等等。随着我国社会经济的快速发展，在工业、农业、生活等各个领域产生的有机固体废弃物越来越多，不仅会造成一系列严重的环境污染问题，同还会导致大量的资源浪费。因此有机固废的处理已经开始成为关系到我国生态文明建设的关键问题。
3.目前，国内处理有机固废依然主要依靠填埋或焚烧处理，存在二次污染严重和资源浪费等问题，不符合国家制定的固废处理发展方向。而热解法处理有机固废，与传统方式相比具有处理周期短、转化率高、减容效果明显及高效固化重金属等优点，是当前有机固废资源化处置技术中极具应用推广前景的技术。目前针对煤、生物质等原料的热解技术已较为成熟，但对于一般的有机固废，例如生活垃圾、污泥等，由于含水量大、导热性差，会随天气、来源等变化而波动，需要热解装置具备较高的传热性能和换热效率，现有热解装置大多难以适应；同时有机固废的成分极为复杂且波动大，需要热解装置能够迅速调整工况；此外，有机固废在热解过程中受热软化会大块结焦，需要一定的破碎装置或者放置粘结的装置，避免大块粘结后影响换热效率。
4.在目前主流的热解反应器中，固定床反应器虽然具有处理量大，针对不同成分、尺寸的有机固废具有适应性强的优点，但其传热不均匀，难以灵活调控热解条件，同时无法克服原料的粘结问题；搅拌式反应器虽然能够通过搅拌混合物料，达到均匀热解，但是也具有间歇运行带来的能量利用率低等问题，并且仅靠高速搅拌避免原料粘结的效果不佳；而一般的连续式反应器，例如流化床反应器、螺旋反应器等，虽然传热效果好，反应条件调控灵活，但是对有机固废的成分及尺寸要求严格，原料适应性差。因此，开发可以克服以上缺点的新型有机固废热解处理装置及相应的处理工艺具有十分重要的现实意义。


技术实现要素：

5.本发明要解决的是现有热解反应装置存在系统效率低、传热不均匀、原料适应性差等缺点，特别是难以克服有机固废热解过程中的结块，无法真正实现有机固废的高效处置的技术问题，提供多室有机固废热解反应器与热解方法，可实现高效清洁的有机固废热解处理。
6.为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种多室有机固废热解反应器，包括进料口、烟气出口、烟道、密闭壳体、钳式搅拌器、反应室、连接通道、出料口、烟气入口、出气管和脱水装置，所述钳式搅拌器包括旋转轴、搅拌架、钳头、隔板、搅拌叶片和加强板。
7.整个热解反应器的所述反应室具有n级，分为第一级反应室、第二级反应室
……
第
n级反应室，每级反应室均为空心的回转体结构；各反应室按照级数依次相连，可按一定角度倾斜或水平布置，每级尺寸依次递减；相邻的两级反应室相互交叠，重叠部分开口形成所述连接通道；每级反应室内均布置有一套所述钳式搅拌器，每套所述钳式搅拌器均具有一对所述旋转轴，分别沿所在回转体反应室的轴线两端伸入反应室内，与多对所述搅拌架的一侧相连；多对搅拌架在所述旋转轴上布置成放射状，每对所述搅拌架的另一侧与至少一个所述钳头相连，处在反应室轴线两侧的所有所述搅拌架的中部均可利用至少一个圆环状的所述加强板进行加固；在每对所述搅拌架之间还连接有至少一个所述搅拌叶片，每个叶片上均布置至少一个叶片分支，所述搅拌叶片的尺寸可随所在反应室级数的增加而减小；所述钳头为沿所在反应室轴线径向朝外布置的齿状结构，分为较长的凸齿和较短的凹齿，所述钳头每个凸齿位置均布置有尖头状的所述隔板，相邻反应室配套的齿状钳头的凸齿和凹齿均能相互契合；所述钳式搅拌器的外轮廓紧贴所在反应室的内壁，在所述钳式搅拌器的所述钳头旋转通过连接通道位置时，相邻所述反应室的钳头之间的最小间距随级数的增加不断缩小；在所述反应室外部，每套所述钳式搅拌器的旋转轴均穿过所述密闭壳体与驱动装置相连，由驱动装置带动所有钳式搅拌器旋转，所述旋转轴与所述密闭壳体以及反应室结合的位置均由密封装置密封；所述烟道设置于所述密闭壳体与所述反应室之间的空间内，所述烟道内部布置有可调的布风板，所述反应室外侧布置有强化换热的肋片；所述进料口上端与进料装置相连，下端与第一级反应室上方的开口位置相连；所述出气管的入口连接在每级所述反应室的上部，其中前m级反应室的出气管经过所述脱水装置后与后m+1至n级反应室的出气管汇合，随后连接到燃烧装置或用于分离气液产物的冷凝装置上；所述出料口与固体收集装置相连；所述烟气入口与燃烧装置相连，所述烟气出口与净化装置相连。
8.优选地，所述钳头的凹齿或凸齿结构可采用梯形、三角形、矩形或弧形。
9.优选地，所述隔板的尖头状结构可采用三角形或与所在反应室内壁相切的扇形，其宽度不超过所述钳头的凸齿宽度。
10.本发明实施例还提供了使用上述多室有机固废热解反应器的有机固废热解方法，包括以下步骤：s1. 燃烧装置产生的高温烟气，经由烟气入口进入烟道，加热各级反应室；换热后的低温烟气通过烟气出口进入净化装置，进行净化处理后排空；调整烟道中的布风板，使各级反应室达到合适温度。
11.s2. 进料装置中的有机固废原料，经由进料口，按一定的进料速率穿过钳式搅拌器落入第一级反应室中部。
12.s3. 驱动装置带动钳式搅拌器按合适的转速旋转，均匀翻动反应室内的有机固废原料；有机固废原料在反应室中受热分解，产生热解气进入出气管；反应室近壁侧热解程度更高的剩余物经由钳式搅拌器推动进入连接通道，在连接通道位置受到相邻反应室钳式搅拌器的钳头共同的钳夹、剪切作用进行破碎，随后被送入下一级反应室内，而反应室中部热解程度较低的原料则移动到近壁侧进一步热解；依次重复上述过程通过每级反应室，直至进入最后一级反应室中；s4. 热解剩余物在最后一级反应室中热解完全后，剩余的残炭和废渣经由出料口，排出至固体收集装置；s5. 前m级反应室由出气管排出的热解气经过脱水装置脱水后，与后m+1至n级反
应室的热解气进行汇合，随后送入燃烧装置燃烧或经过冷凝制备液体产物。
13.本发明实施例技术方案中所述的多室有机固废热解反应器，其核心是带有可用于破碎的钳式搅拌器的多室热解反应器。固废原料进入第一级反应室内部后，受到钳式搅拌器的翻动发生受热分解；反应室近壁侧热解程度更高的剩余物经由钳式搅拌器推动进入连接通道，在连接通道位置受到相邻反应室钳式搅拌器的钳头共同的钳夹、剪切作用进行破碎，随后进入下一级反应室内，而反应室中部热解程度较低的原料则移动到近壁侧进一步热解；热解剩余物按照上述步骤依次进入下一级反应室，热解程度不断提高，直至最后一级反应室热解完全，整体实现连续的热解过程；最后的残炭和废渣排出至固体收集装置，而热解气则送入排气管适当的脱水后进行进一步的处理和利用。其有益效果包括：1. 原料种类的适用性广：可以适用于各种组分和尺寸的有机固废，无需对原料进行深度分选和破碎。
14.2. 多室连续，空间和热量利用率高，自动出料：多个反应室相连，反应室的尺寸按照级数的增加依次减小，适应于反应器中原料受热分解不断变小的过程，热量和空间利用率高。反应室近壁侧热解程度较高的原料在搅拌器的推动作用下自动地依次进入下一级反应室，热解程度不断提高，直至在最后一级反应室中热解完全，而反应室中部热解程度较低的原料则移动到近壁侧进一步热解，整体实现了连续式热解过程。相邻反应室之间只需利用钳式搅拌器即可自动出料，无需阀门或其他辅助装置，结构简单。
15.3. 受热均匀，易扩大处理量：反应室为回转体结构，容易通过增大轴向宽度来提高处理量，并可利用轴向旋转的钳式搅拌器不断拨动固废原料，强化换热，防止由于尺寸扩大所导致的受热不均而带来的热解不充分。
16.4. 分隔破碎原料，防止大块结渣：利用尖头状隔板对近壁侧热解程度较高的原料进行分隔，同时和齿状钳头一起在相邻反应室的连接通道处对原料进行钳压、剪切、破碎，防止大块的结渣，并且进一步提高原料的换热效率。同时，隔板还可作为加强筋起到强化搅拌器钳头的作用。
17.5. 热解反应条件调控方便，对有机固废组分变化的适应性强：可通过调节各级反应室钳式搅拌器的转速、燃烧器产生的烟气温度以及烟道中各级反应室外布风板的位置和角度，灵活改变热解反应器中每个反应室的工作状态，以适应受天气变化、来源不同等因素影响下有机固废原料组分的变化。
18.6. 高效的产物资源化利用：有机固废热解产生的热解气可用于燃烧，为反应器热解提供热量，实现自热式热解过程，或冷凝后获得液体产物，用作液体燃料或进一步制备化学品。而热解剩余的残渣可在进一步燃烧等处理后，用于生产建材等方式进行资源化利用。
19.7. 清洁排放：有机固废原料的热解过程为无氧过程，可以产生h2、co等还原性组分，并且温度较低、停留时间足够长，能从源头有效抑制二噁英等有害物质的生成，实现有机固废的无害化处理。
附图说明
20.图1为本发明实施例提供的多室有机固废热解反应器的示意图；图2为本发明实施例提供的一种钳式搅拌器的结构示意图；图3为本发明实施例提供的相邻反应室之间钳式搅拌器的运动示意图；
图4为本发明实施例提供的有机固废热解方法步骤流程图。
21.［主要元件符号说明］1
‑
进料口；2
‑
烟气出口；3
‑
烟道；4
‑
密闭壳体；5
‑
钳式搅拌器；6
‑
反应室；7
‑
连接通道；8
‑
出料口；9
‑
烟气入口；10
‑
出气管；11
‑
脱水装置；501
‑
旋转轴；502
‑
搅拌架；503
‑
钳头；504
‑
隔板；505
‑
搅拌叶片；506
‑
加强板。
具体实施方式
22.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
23.本发明针对现有的问题，提供多室有机固废热解反应器与热解方法，其具有原料适用性广、热解调控方便、空间和热量利用率高、自动出料、可分隔破碎原料、产物资源化利用高、排放清洁等特点，可实现多反应室连续的热解过程。
24.为了实现上述技术方案，如图1至图3所示为本发明的实施例提供的一种多室有机固废热解反应器，包括进料口1、烟气出口2、烟道3、密闭壳体4、钳式搅拌器5、反应室6、连接通道7、出料口8、烟气入口9、出气管10和脱水装置11，钳式搅拌器5包括旋转轴501、搅拌架502、钳头503、隔板504、搅拌叶片505和加强板506。
25.整个热解反应器的反应室6具有四级，分为第一级反应室、第二级反应室、第三级反应室和第四级反应室，每级反应室均为空心的卧式圆柱形筒体结构；反应室从第一级到第四级依次相连，整体倾斜10
°
布置；各级反应室筒体宽度为2500 mm，直径按级数的增加依次递减，分别为900 mm、700 mm、500 mm、300 mm；相邻的两级反应室相互交叠，重叠部分开口形成连接通道7；每级反应室内均布置有一套钳式搅拌器5，每套钳式搅拌器5均具有一对旋转轴501，分别沿所在反应室的筒体轴线两端伸入反应室内，与六对搅拌架502的一侧相连；这六对搅拌架502在旋转轴501上均匀布置成放射状，每对搅拌架502的另一侧与一个钳头503相连，处在反应室轴线两侧的所有搅拌架502中部各有一个圆环状的加强板506进行加固；在各反应室的每对搅拌架502之间均连接有一个宽40 mm的搅拌叶片505，同时沿搅拌叶片每隔200 mm还交错布置一个宽20 mm、长20 mm的叶片分支；钳头503为沿反应室轴线径向朝外的梯形齿状结构，分为长度100 mm的凸齿和长度50 mm的凹齿，上底宽20 mm，下底宽60 mm，保证相邻两级反应室配套钳头503的凸齿和凹齿之间能相互契合；钳头503每个凸齿位置均布置有20 mm宽和100 mm长的扇形隔板504；钳式搅拌器5的外轮廓紧贴所在反应室的内壁，在钳式搅拌器5的钳头503旋转通过连接通道7位置时，相邻反应室的钳头503之间的最小间距随级数的增加依次为10 mm、6 mm和3 mm；在反应室6外部，各钳式搅拌器5的旋转轴501均穿过密闭壳体4与电机相连，由电机带动所有钳式搅拌器5旋转，旋转轴501与密闭壳体4以及反应室6结合的位置由密封装置密封；烟道3设置于密闭壳体4与反应室6之间的空间内，烟道3内部布置有可调的布风板，反应室6外侧布置有强化换热的肋片。
26.进料口1上端与进料装置相连，下端与第一级反应室上方的开口位置相连；出气管10的入口连接在每级反应室6的上部，其中第一和第二级反应室的出气管10经过脱水装置11后与第三和第四级反应室的出气管10汇合，随后连接到燃烧装置燃烧用于反应器的供热或连接到用于分离气液产物的冷凝装置上；出料口8与固体收集装置相连；烟气入口9与燃烧装置相连，烟气出口2与净化装置相连。
27.为了更好地实现上述技术方案，本发明还提供了如图4所示的一种基于上述多室有机固废热解反应器的热解方法，步骤包括：s1. 燃烧装置产生的高温烟气，经由烟气入口进入烟道，加热各级反应室；换热后的低温烟气通过烟气出口进入净化装置，进行净化处理后排空；调整烟道中的布风板，使各级反应室达到合适温度。
28.s2. 进料装置中的有机固废原料，经由进料口，按一定的进料速率穿过钳式搅拌器落入第一级反应室中部。
29.s3. 驱动装置带动钳式搅拌器按合适的转速旋转，均匀翻动反应室内的有机固废原料；有机固废原料在反应室中受热分解，产生热解气进入出气管；反应室近壁侧热解程度更高的剩余物经由钳式搅拌器推动进入连接通道，在连接通道位置受到相邻反应室钳式搅拌器的钳头共同的钳夹、剪切作用进行破碎，随后被送入下一级反应室内，而反应室中部热解程度较低的原料则移动到近壁侧进一步热解；依次重复上述过程通过每级反应室，直至进入最后一级反应室中；s4. 热解剩余物在最后一级反应室中热解完全后，剩余的残炭和废渣经由出料口，排出至固体收集装置；s5. 第一和第二级反应室由出气管排出的热解气经过脱水装置脱水后，与第三和第四级反应室的热解气进行汇合，随后送入燃烧装置燃烧用于反应器供热或送入冷凝装置用于制备液体产物。
30.具体的操作步骤如下：在有机固废热解反应之前，首先关闭第一级反应室的入口，利用燃烧装置产生的高温烟气流经烟道预热反应室；调节布风板，待各反应室达到所需温度后打开第一级反应室的入口，启动进料装置和驱动电机，将有机固废原料按一定速率持续送入第一级反应室中，在钳式搅拌器的翻动下均匀受热升温，开始发生热解产生热解气；反应室近壁侧热解程度更高的剩余物经由钳式搅拌器推动进入连接通道，在连接通道位置受到相邻反应室钳式搅拌器的钳头共同的钳夹、剪切作用进行破碎，随后被送入下一级反应室内，而反应室中部热解程度较低的原料则移动到近壁侧进一步热解；热解剩余物依次通过第二级和第三级反应室，热解程度不断提高，直至在第四级反应室中完全热解；剩余的残炭和废渣经由出料口，排出至固体收集装置进行后续处理和利用；前两级产生的热解气经过脱水后与后两级的热解气混合后可送入燃烧装置燃烧用于反应器供热，实现自热式热解，或送入冷凝装置分离液体产物后，用作液体燃料或进一步制备化学品；烟道中换热后的低温烟气，经由净化装置处理后排空。
31.以下通过具体实施例详细说明使用多室有机固废热解反应器进行有机固废热解的工艺流程，各实施例中采用结构基本相同的装置。
32.实施例1首先通过调节燃烧装置产生的热烟气温度以及烟道3中的布风板，使各级反应室的温度均维持在450℃；随后调节驱动电机，使各级反应室内的钳式搅拌器5的转速均维持在5 r/min；使用带式输送机作为进料装置，以1 t/h的进料速率将城市生活垃圾持续送入反应器中，在各级反应室中不断受热分解，直至第四级反应室中热解完全；产生的热解气经过一定的脱水后被送入燃烧装置燃烧，用于反应器自身的供热；最后剩余的废渣和残炭经
出料口8排出后，在固体收集装置中收集。整个装置实现了生活垃圾在无氧条件下的连续热解，有效遏制二噁英等有害物质的产生与排放，减重率达到85.3w%，实现了高效的无害化处理。
33.实施例2首先通过调节燃烧装置产生的热烟气温度以及烟道3中的布风板，使前三级反应室的温度均维持在340℃，而第四级反应室的温度维持在400℃；随后调节驱动电机，使各级反应室内的钳式搅拌器5的转速均维持在20 r/min；使用螺旋进料器作为进料装置，以0.4 t/h的进料速率将压实的稻壳持续送入反应器中，在各级反应室中不断受热分解，直至第四级反应室中热解完全；产生的热解气经过冷凝后，分离出气相和液相产物，而最后剩余的焦炭经出料口8排出后，在固体收集装置中收集。其中不可冷凝的气体经过一定的脱水后和焦炭一块被送入燃烧装置燃烧，用于反应器自身的供热；整个装置实现了稻壳在无氧条件下的连续热解，有效遏制二噁英等有害物质的产生与排放，获得的液相产物产率可达38.8w%，实现了稻壳高效的资源化利用。
34.实施例3首先通过调节燃烧装置产生的热烟气温度以及烟道3中的布风板，使前两级反应室的温度维持在400℃，而后两级反应室的温度维持在450℃；随后调节驱动电机，使各级反应室内的钳式搅拌器5的转速均维持在10 r/min；使用螺旋进料器为进料装置，以0.5 t/h的进料速率将废塑料持续送入反应器中，在各级反应室中不断受热分解，直至第四级反应室中热解完全；产生的热解气经过冷凝分离出液相产物后，将不可冷凝气体连通至另一个600℃的催化反应炉，用于生产氢气；液相产物被送入燃烧装置中燃烧，用于反应器自身的供热；最后剩余的残渣经出料口8排出后，在固体收集装置中收集。整个装置实现了废塑料在无氧条件下的连续热解，有效遏制二噁英等有害物质的产生与排放，减重率达到93.4w%，实现了高效的无害化处理。
35.实施例4首先通过调节燃烧装置产生的热烟气温度以及烟道3中的布风板，使各级反应室的温度均维持在450℃；随后调节驱动电机，使各级反应室内的钳式搅拌器5的转速均维持在5 r/min；使用带式输送机作为进料装置，以0.5 t/h的进料速率将废橡胶持续送入反应器中，在各级反应室中不断受热分解，直至第四级反应室中热解完全；产生的热解气经过一定的脱水后被送入燃烧装置燃烧，用于反应器自身的供热；最后剩余的废渣和残炭经出料口8排出后，在固体收集装置中收集。整个装置实现了废橡胶在无氧条件下的连续热解，有效遏制二噁英等有害物质的产生与排放，减重率达到80.4w%，实现了高效的无害化处理。
36.在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”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，不应理解为对本发明的限制；除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“连通”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.对于上述的本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识未作过多描
述；各实施例采用递进的方式描述，各实施例中所涉及到的技术特征在彼此之间不构成冲突的前提下可以相互组合，各实施例之间相同相似部分互相参见即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为落入本发明的保护范围。