一种采用燃料电池驱动的移动式垃圾处理车及其处理方法与流程

本发明涉及垃圾处理技术领域。

背景技术：

目前，我国生活垃圾处理问题日益受到人们的重视，特别是在农村地区，垃圾无害化处理设备及技术的短缺已严重的影响了当地的经济发展。据统计，我国乡镇超过3万个，行政村超过50万个，每年农村生活垃圾产生量超过亿吨。部分农村地区生活垃圾治理严重滞后，随意倾倒、无序堆放、露天焚烧、“垃圾山”、“垃圾河”等现象非常普遍，饮水安全、土壤污染等问题集中爆发。

如何科学有效地处理农村生活垃圾是我国广大农村环保领域亟待解决的问题。自“十一五”开始，随着新农村建设工作的开展，多地政府均制定了针对农村垃圾规范化处理的管理规定，要求采用“村收集―乡(镇)转运―县(市)处理”的模式。由于运输及其他费用等问题，这种“统收-统运-统治”的模式仅在沿海少数经济发达县市成功推广应用，在大部分经济水平欠发达的农村地区难以适用。而建设农村垃圾小型净化设施，就地快速处理农村垃圾是可行的技术路线之一，但目前由于政策、技术、资金、运行管理人才及村民的邻避效应等原因，还无法大规模推广。

不仅仅是农村，城镇生活垃圾处理的问题也日益严峻，全国大多城市面临垃圾围城的困境。“统一收集、集中处理”是目前各地普遍采用的垃圾处理模式，但由于城市大范围内收集点分散、垃圾体积较大，传统方法费时费力，处理成本高，且在收集运输过程中存在遗落安全问题和二次污染的隐患。

随着农村和城市垃圾日益增加，找到合适的垃圾处理设备、以及清洁、高效、低成本的垃圾处理方法成为环保工作的重中之重。目前已有的移动式垃圾处理设备多采用柴油卡车作为运载平台，但柴油燃烧也会产生一定量的污染物排放，导致空气污染。因此，有必要采用低/无污染的运作在技术，实现移动式垃圾减量净化。

图1所示为一种移动式垃圾处理车(专利申请号：cn201720820310.7)，具体包括收集斗1、破碎机2、储油罐3、斗式提升机4、第一电机5、焚烧炉6、第二电机7、压缩机8、电池9、电缆10、废液收集池11、燃气发电机12、碱液储存池13、燃气净化塔14、输气管道15、冷凝塔16、旋风除尘器17、过渡舱18、干馏炉19等部件。

图2公开了一种移动式生活垃圾焚烧炉(专利申请号：cn201610130490.6)，由钢梁1，焚烧室2，旋风收尘室3，油气混合室4，尾气处理系统5，烘干仓6，供风系统7，排渣室8，造汽管9，臭汽入口10，排汽管11，搅拌器12，档板13，热气管14，臭汽回流口15，升降斗16，热气入口17，废水出口18，水箱19，行驶系统20，动力系统21，牵引头22，抽风机23，一级布袋收尘室24，二级布袋收尘室25，空气散热室26组成。

从结构及原理角度分析，上述专利所提供方案的缺点在于：(1)上述装置采用燃油作为发动机燃料，无法降低垃圾处理车在行驶时的废气排放，导致环境二次污染；(2)述装置采用的技术无法快速提高干燥室内温度与净化效率。

技术实现要素：

为了解决现有移动式垃圾处理车存在的上述问题，本发明提供了一种采用燃料电池驱动的移动式垃圾处理车。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种采用燃料电池驱动的移动式垃圾处理车，包括粉碎机14、三段式垃圾焚烧炉10、烟气急冷系统6和烟气处理系统17，粉碎机14、三段式垃圾焚烧炉10、烟气急冷系统6和烟气处理系统17安装于驾驶舱1后侧的放置板16上，三段式垃圾焚烧炉10内由上至下为干燥室11、热解仓12和燃烧仓15，粉碎机10输出端连接三段式垃圾焚烧炉10的干燥仓11入口，三段式垃圾焚烧炉10的出口连接烟气急冷系统6的入口，烟气急冷系统6内设有热交换器9和冷却液循环系统8；烟气急冷系统6出口连接烟气处理系统17；燃气储存罐2通过燃气输送管连接燃料电池20，燃料电池20通过燃气输送管连接三段式垃圾焚烧炉10。

所述烟气处理系统17包括除酸装置18、除尘器5、烟囱3和风机19，除酸装置51入口连接烟气急冷系统6出口，除酸装置18出口连接除尘器5，除尘器5连接烟囱3，除尘器5与烟囱3之间的管道安装风机19。

所述粉碎机14输出端连接垃圾升降装置13，垃圾升降装置13输出端连接三段式垃圾焚烧炉10。

所述驾驶舱1后部安装集装箱7，粉碎机1、提升装置2、三段式垃圾焚烧炉3、烟气冷却系统4和烟气处理系统17安装于集装箱7内。

一种采用燃料电池驱动的移动式垃圾处理方法，包括以下步骤：

a、预热：燃料电池20的燃气经管路输送至三段式垃圾焚烧炉10的干燥室11和燃烧仓15，通过燃气燃烧提高环境温度；

b、干燥脱水：粉碎后的垃圾进入到干燥室11中干燥脱水；

c、绝氧热解：脱水后的垃圾由干燥室11进入热解仓12，由于燃烧仓15产生的高温烟气持续经过热解仓，导致进入热解仓中的垃圾在获得热量后温度不断提高，当温度达到500℃以上时，垃圾开始进入热裂解；此过程中，位于热解仓12的温度传感器不断测量热解仓内实际温度，若实际温度高于预设温度，则保持现有工况，若实际温度低于预设温度，则增大燃气输送量直至热解仓内实际温度高于500℃为止；当热解舱内的温度满足热解条件时，热解仓内发生绝氧热解；

d、垃圾燃烧处理：垃圾热解气化后，残留的可燃物在燃烧仓15内燃烧；

e、烟气冷却处理：三段式垃圾焚烧炉10内排出的高温烟气与热交换器9之间发生换热来进行降温，同时冷却液循环系统8与热交换器9之间发生换热；

f、烟气净化：经过冷却的烟气经烟囱53排放。

所述步骤a中，预热效果判定：干燥室11的温度传感器对仓室内的温度进行检测，并将温度数据传给车载控制系统，控制系统根据预设温度进行判断，若实测温度超过预设温度，则保持燃气输送量，若实测温度低于预设温度，则增加燃气输送量直至实测温度大于等于预设温度；

所述步骤b中干燥室11的温度为250℃。

所述步骤c中热解仓12的预设温度为500℃。

所述步骤f中，经过冷却的烟气在经过除酸装置18除酸、经过除尘器5除尘处理后经烟囱3的烟囱口4排放。

本发明的采用燃料电池驱动的移动式垃圾处理车及其处理方法，使用燃料电池作为动力汽车相比燃油汽车更清洁，减低汽车二次污染排放；将氢气引入干燥室及燃烧室，在垃圾处理前快速建立反应所需温度条件，能够缩短系统正常工作所需要的时间，提高了燃烧与净化效率。

附图说明

图1是现有移动式垃圾处理车结构图。

图1中：收集斗1、破碎机2、储油罐3、斗式提升机4、第一电机5、焚烧炉6、第二电机7、压缩机8、电池9、电缆10、废液收集池11、燃气发电机12、碱液储存池13、燃气净化塔14、输气管道15、冷凝塔16、旋风除尘器17、过渡舱18、干馏炉19、翻斗进料口20。图2是现有移动式生活垃圾焚烧炉结构图。

图2中：钢梁1，焚烧室2，旋风收尘室3，油气混合室4，尾气处理系统(5)，烘干仓(6)，供风系统7，排渣室8，造汽管9，臭汽入口10，排汽管11，搅拌器12，档板13，热气管14，臭汽回流口15，升降斗16，热气入口17，废水出口18，水箱19，行驶系统20，动力系统21，牵引头22，抽风机23，一级布袋收尘室24，二级布袋收尘室25，空气散热室26。

图3是本发明采用燃料电池驱动的移动式垃圾处理车结构原理图。

图3中：1-驾驶舱，2-燃气储存罐，3-烟囱，4-烟囱口，5-除尘器，6-烟气急冷系统，7-集装箱，8-冷却液循环系统，9-车体热交换器，10-三段式焚烧炉，11-干燥室，12-热解仓，13-垃圾升降器，14-粉碎机，15-燃烧仓，16-放置板，17-烟气处理系统，18-除酸装置，19-风机，20-燃料电池。

图4是本发明采用燃料电池驱动的移动式垃圾处理车处理方法流程图。

具体实施方式

本发明的采用燃料电池驱动的移动式垃圾处理车如图3所示，由垃圾收集系统、燃烧系统、烟气急冷系统6和烟气处理系统17组成，垃圾收集系统包括粉碎机14、垃圾升降装置13，燃烧系统包括三段式垃圾焚烧炉10、燃气储存罐2，其中三段式垃圾焚烧炉10包括干燥室11、热解仓12以及燃烧仓15；烟气急冷系统6包括热交换器9和冷却液循环系统8；烟气处理系统17包括除酸装置18、除尘器5、风机19、烟气监测系统。

在运行过程中，生活垃圾被收集后首先由粉碎机10进行粉碎，粉碎后的垃圾将由垃圾升降装置13提升到三段式垃圾焚烧炉10干燥室11入口，在粉碎垃圾送入前，燃气储存罐2先将氢气经管道送入干燥室11与燃烧仓15便于快速提高室内初始温度，提高效率。粉碎后的垃圾将在干燥室11的高温下脱水烘干，脱水后的垃圾在重力的作用下进入热解仓12，此时随着温度提高，热解仓12的大部分垃圾由于缺氧着火困难，但可以产生热分解，热解后会产生更加易燃的焦油、焦炭；垃圾热解后在重力的作用下继续向燃烧仓15跌落，这部分可燃残留物在燃烧仓15得到空气供给而燃烧，从而保证燃烧仓长期具有供能能力，在燃烧仓15初始运行时，燃烧仓15内的垃圾可能极不易燃，故燃气储存罐2可经氢气输送管引出部分氢气输送到三段式垃圾焚烧炉10，这样就可在燃烧的初始阶段迅速建立起垃圾焚烧、气化所需的初始温度；燃烧仓15内的可燃物燃烧完全后，将由人工定期排出炉外。三段式燃烧炉10出口与烟气急冷系统6入口相连，三段式燃烧炉10内产生的高温烟气会与热交换器9之间发生换热，同时冷却液循环系统8与热交换器9之间发生换热；烟气急冷系统6出口与烟气处理系统17入口相连，烟气进入烟气处理系统17后会首先经过除酸装置18的除酸处理，除酸装置18内含有碱性填料；经过除酸处理的烟气会进入布袋除尘器5中进行飞灰去除处理；最后烟气经烟气监测系统监测检测合格后直接排放到大气中；燃气储存罐2在车辆正常行驶时可向驾驶舱1的燃料电池20供给燃气来维持车辆的正常运行。

处理车方法如图4所示，具体工作步骤如下：

(1)氢气经管路输送至干燥室11及燃烧仓15并点燃，通过氢气燃烧迅速提高环境温度，燃烧产生的热量及携带大量热量的烟气，这些高温烟气向上运动，会对热解仓12及干燥室11进行预热处理；干燥室11的多点温度传感器会对仓室内的温度进行检测，并将温度数据传给车载控制系统，控制系统会根据预设温度进行判断，若实测温度超过预设温度，则保持燃气输送量，若实测温度低于预设温度，则增加燃气输送量直至实测温度大于等于预设温度；

(2)垃圾处理车将生活垃圾收集、粉碎；

(3)粉碎后的垃圾送入干燥室，并在干燥室中高温下脱水烘干，由于烘干仓内的温度很高，垃圾在烘干仓内会迅速被干燥脱水；

(4)脱水后的垃圾在重力的作用下进入热解仓，进行热解反应，脱水后的垃圾在重力作用下由烘干仓进入热解仓12，由于燃烧仓产生的高温烟气持续经过热解仓，导致进入热解仓中的垃圾在获得热量后温度不断提高，当温度达到500℃以上时，垃圾开始进入热裂解；此过程中，位于热解仓的温度传感器不断测量热解仓内实际温度，若实际温度高于预设温度500℃，则保持现有工况，若实际温度低于预设温度500℃，则增大燃气输送量直至热解仓内实际温度高于500℃为止。

(5)垃圾热解后的残余物进入焚烧仓，燃烧仓内的可燃物燃烧完全后，将由人工定期排出炉外；

(6)由焚烧炉产生的高温烟气通过管道进入烟气急冷系统，进行进一步处理，燃烧炉出口与烟气急冷系统入口相连，燃烧炉内产生的高温烟气会与热交换器之间发生换热，同时冷却液循环系统与热交换器之间发生换热；

(7)烟气急冷系统出口与烟气处理系统入口相连，烟气进入烟气处理系统后会先经过除酸装置的除酸处理，经过除酸处理的烟气会进入除尘器中进行飞灰去除处理，同时除尘器的下方放置有飞灰罐；

(8)经过冷却的烟气在经过除酸、除尘的处理后经烟气在线监测系统监测合格达标后方可排放。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。