本實用新型涉及林業廢棄物資源化利用領域，尤其涉及一種園林垃圾資源化利用的系統。
背景技術：
園林綠化垃圾主要指樹木修剪、草坪修剪以及植物新陳代謝自然產生的枯枝落葉、殘花以及雜草等廢棄物，主要成分為木質素、半纖維素及纖維素。隨著城市綠化覆蓋率的不斷上升，園林垃圾的產生量也與日俱增。園林垃圾因含有豐富的有機質而具有較高的回收利用價值，但目前對于園林垃圾多為填埋處理，對其資源化利用非常有限。
生物質熱解炭化技術是發展生物質資源化利用，減少資源浪費，替代化石燃料的重要措施。生物質熱解是在一定溫度和隔絕氧氣兩個基本條件下進行的一種熱處理工藝，在不使用氧和水蒸氣等介質情況下能夠獲得品質較高的能源產品。
傳統的生物質制炭技術比較落后，多為窯爐制炭工藝。炭化時間長，生產過程中熱能無法有效利用，系統能量利用效率低并伴有大量污染物排放等問題。公開號為cn106433712a的中國發明專利申請公開說明書中提出一種回轉式生物質連續熱解炭氣聯產工藝。該工藝主要由連續熱解炭化、燃氣燃油提純以及高溫煙氣回用3個工序組成，實現生物炭的連續生產和副產物的充分利用。但其燃氣燃油提純工藝復雜且成本高，包括折流板過濾、兩級冷凝分離和電捕焦油器等設備。在冷凝過程中，在一級冷凝過程中焦油析出并附著于換熱器表面，致使換熱器阻塞而導致凈化效率下降。在二級冷凝過程中會產生木醋液與焦油的混合物，若無法將焦油分離，會產生二次污染問題。
原料的熱值、碳含量、灰分含量、機械強度等因素對于熱解工藝參數和產物性質有重要影響。原料熱值高可實現系統的自持熱解，甚至可向系統外輸出能量。原料的碳含量和灰分含量直接決定了產物品質的優劣，在熱解過程中原料的灰分基本不會以氣態析出，會大部分存留于產物中，因此碳含量高、灰分含量低的原料易得到品質較高的生物炭產品。而機械強度影響了系統的輸送性能和成型特性，機械強度大的原料更有利于系統運行。園林垃圾的成分較為復雜，采用熱解工藝處理園林垃圾時，碳含量較高、灰分較低的樹枝、樹干等木質類原料較為適用，但對于樹葉、雜草等碳含量低、灰分高、機械強度低的草本類原料效果較差。這對園林垃圾的整體處理帶來一定難度，是目前采用熱解炭化工藝處理園林垃圾迫切需要解決的問題。
技術實現要素：
基于現有技術所存在的問題，本實用新型的目的是提供一種園林垃圾資源化利用的系統，能將園林垃圾制成生物炭產品，在有效處理園林垃圾的同時，實現了資源化利用。
本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：
本實用新型實施方式提供一種園林垃圾資源化利用的系統，包括：
園林垃圾預處理設備、木本料熱解炭化設備、草本料粗燃氣混燃設備和煙氣熱能利用設備；其中，
所述園林垃圾預處理設備設有園林垃圾入口、預處理木本料出口和預處理草本料出口，所述預處理木本料出口與所述木本料熱解炭化設備連接，所述草本碎料出口與所述草本料粗燃氣混燃設備連接；
所述草本料粗燃氣混燃設備設有灰渣出口和高溫煙氣回用管，該高溫煙氣回用管與所述木本料熱解炭化設備連接；
所述木本料熱解炭化設備設有生物炭出口和中溫煙氣回用管，該中溫煙氣回用管回連至所述園林垃圾預處理設備；
所述園林垃圾預處理設備設有余熱出口，所述余熱出口與所述煙氣熱能利用設備連接。
由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，本實用新型實施例提供的園林垃圾資源化利用的系統，其有益效果為：
通過有機連接的園林垃圾預處理設備、木本料熱解炭化設備、草本料粗燃氣混燃設備和煙氣熱能利用設備，形成一種各設備能協同處理進行園林垃圾熱解制備生物炭的系統。該系統有效處理園林垃圾的同時，并向用戶提供熱能，實現了對園林垃圾的資源化利用。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
圖1為本實用新型實施例提供的園林垃圾資源化利用的系統的示意圖；
圖2為本實用新型實施例提供的系統的草本料粗燃氣混燃設備的示意圖；
圖3為本實用新型實施例提供的系統進行園林垃圾資源化利用的工藝流程圖；
圖中：100-園林垃圾預處理設備；1-破碎裝置；2-干燥裝置；3-篩分裝置；200-木本料熱解炭化設備；4-熱解炭灰爐；5-冷卻裝置；6-磨粉裝置；7-成型裝置；300-草本料粗燃氣混燃設備；8-燃燒裝置；80-燃燒裝置的爐體；81-草木碎料入口；82-粗燃氣入口；83-煙氣出口；84-第一灰渣排出口；85-預熱空氣入口；86-布風板；9-除塵裝置；400-煙氣熱能利用設備；10-余熱鍋爐；11-煙氣凈化裝置。
具體實施方式
下面結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型的保護范圍。本實用新型實施例中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。
如圖1所示，本發明實施例提供一種園林垃圾資源化利用的系統，該系統能利用園林垃圾清潔生產生物炭，并向用戶提供熱能，包括：
園林垃圾預處理設備、木本料熱解炭化設備、草本料粗燃氣混燃設備和煙氣熱能利用設備；其中，
所述園林垃圾預處理設備設有園林垃圾入口、預處理木本料出口和預處理草本料出口，所述預處理木本料出口與所述木本料熱解炭化設備連接，所述草本碎料出口與所述草本料粗燃氣混燃設備連接；
所述草本料粗燃氣混燃設備設有灰渣出口和高溫煙氣回用管，該高溫煙氣回用管與所述木本料熱解炭化設備連接；
所述木本料熱解炭化設備設有生物炭出口和中溫煙氣回用管，該中溫煙氣回用管回連至所述園林垃圾預處理設備；
所述園林垃圾預處理設備設有余熱出口，所述余熱出口與所述煙氣熱能利用設備連接，所述草本碎料出口與所述草本料粗燃氣混燃設備連接。
上述系統中，園林垃圾預處理設備包括：
順次連接的破碎裝置、干燥裝置和篩分裝置；其中，
所述破碎裝置設置所述園林垃圾入口；
所述干燥裝置與所述木本料熱解炭化設備的中溫煙氣回用管連接，該干燥裝置設置所述余熱出口；
所述篩分裝置分別設置所述預處理木本料出口和所述預處理草本料出口。
上述系統中，木本料熱解炭化設備包括：
連續熱解炭化爐，該連續熱解炭化爐設置所述粗燃氣出口、中溫煙氣回用管和生物炭出口。
上述系統中，木本料熱解炭化設備還包括：
順次連接的冷卻裝置、磨粉裝置和成型裝置，其中，所述冷卻裝置與所述生物炭出口連接；
所述冷卻裝置的一次空氣出口與所述草本料粗燃氣混燃設備連接；
所述成型裝置設有最終成型生物炭出口。
上述系統中，草本料粗燃氣混燃設備包括：
順次連接的燃燒裝置和除塵裝置，其中，
所述燃燒裝置分別設置粗燃氣入口、草本碎料入口和第一灰渣排出口，所述粗燃氣入口與所述木本料熱解炭化設備的粗煙氣出口連接，所述草本碎料入口與所述園林垃圾預處理設備的草本碎料出口連接；
所述除塵裝置分別設置第二灰渣排出口和所述高溫煙氣回用管；
所述第一灰渣排出口與第二灰渣排出口均與所述灰渣出口連接。
上述燃燒裝置可采用協同焚燒爐，結構參見圖2，包括爐體，在爐體底部設置預熱空氣入口，在爐體內底部設有布風板，該布風板能使進入的預熱空氣更均勻；在爐體的中部兩側分別設置粗燃氣入口和草本碎料入口，在爐體的上部設置煙氣出口。這種結構的燃燒裝置能實現利用預熱空氣實現粗燃氣和草本碎料的混合焚燒。
上述系統中，煙氣熱能利用設備包括：順次連接的余熱鍋爐和煙氣凈化裝置，余熱鍋爐設有用戶供熱輸出接口。
本實用新型的系統，既有利于未凈化可燃氣的燃燒穩定，亦可實現園林垃圾的資源化綜合處理，用園林垃圾制出的生物炭主要有以下幾方面的用途：(1)生物炭作為一種土壤改良劑施加入土壤中，改善土壤的性質，提高土壤的肥力，提高農作物的產量；(2)用于冶煉鐵礦石，碳化硅、結晶硅、保溫材料的生產，蚊香廠、銅廠、橡膠廠等同樣需要大量的木炭。(3)作為燃料使用，例如烘烤食品、取暖、火鍋燃料等，具有巨大的市場需求。
利用本實用新型的系統，對園林垃圾資源化利用的過程，主要包括園林垃圾預處理、木本原料熱解炭化、草本原料與可燃氣混燃、煙氣熱能利用等四個關鍵工序組成；其中，原料(園林垃圾)通過破碎、干燥、篩分等預處理流程，使得木本類原料和草本類原料分離，且含水率降低到10％以下；木本類原料通過連續熱解炭化工藝，生產生物炭和粗熱解氣；粗燃氣與草本類原料在燃燒室混燃，既有利于粗燃氣的燃燒穩定，也可充分利用草本原料的熱能,且可作為系統的啟動熱源。燃燒產生的高溫煙氣首先進入熱解炭化爐為熱解過程供熱，然后中溫煙氣進入干燥工藝為干燥過程供熱，最后低溫煙氣進入余熱鍋爐向用戶提供熱能。具體步驟如下：
(1)園林垃圾預處理：
首先將原料進行機械切碎處理，使原料的顆粒粒徑控制在50mm以下，為后續的干燥、炭化、焚燒和輸送創造條件。破碎后的原料進入干燥設備進行脫水處理，使其含水率降低到10％以下，以增大炭化產生可燃氣熱值。干燥溫度需要控制在100～150℃，提高干燥效率的同時避免在干燥器內發生熱解。干燥后的原料進入篩選、分離系統，目的是將石塊、灰塵去除的同時，將樹枝等木本類原料與樹葉等草本類原料進行分離，為后續工藝分類處理提供條件。
(2)木本原料熱解炭化：
經過預處理后的木本原料通過輸送系統進入連續熱解炭化爐，連續熱解炭化爐采用外熱式回轉窯。草本原料在燃燒過程產生的煙氣為回轉窯熱解提供啟動熱能，運行以后熱解爐產生的粗熱解氣進入草本料粗燃氣混燃設備的協同焚燒爐；熱解炭化爐內溫度控制為350～600℃，炭化時間為20～60min以保證熱解充分。熱解的固態產物經過冷卻后可作為生物炭銷售，或經進一步處理加工成為燃料炭。
(3)草本類原料燃燒：
原料預處理過程產生的樹葉、雜草等草本類原料與木本料熱解炭化設備產生的粗燃氣進入燃燒裝置，并補入充足的空氣使其充分燃燒。燃燒產生的高溫煙氣約850℃，進入木本料熱解炭化設備。草本料粗燃氣混燃設備可以將熱解過程產生的復雜大分子化合物徹底裂解，再通過氧化反應生成小分子氣體，阻斷焦油的產生。同時將草本類原料的化學能充分轉換為熱能，為熱解和干燥過程提供充足的能量。
(4)熱能利用：
煙氣熱能利用系統為整個系統持續運行提供必需的熱能，富余的熱能通過余熱鍋爐向用戶供熱。草本料粗燃氣混燃設備產生的高溫煙氣先經過旋風分離器除塵，防止灰塵進入后續設備腐蝕換熱面。除塵后的高溫煙氣首先進入熱解炭化爐，通過向爐體傳熱為熱解過程供熱。炭化爐出口的中溫煙氣再進入干燥器，為干燥過程供熱。干燥器出口的煙氣仍含有部分熱能，再通過余熱鍋爐向用戶提供熱水。經過余熱鍋爐的低溫煙氣進入煙氣凈化系統，使其達標排放。各系統的溫度通過控制原料的進爐量控制。
本實用新型的系統很好的解決了目前的園林垃圾無法有效處理問題，尤其是現有的生物質熱解工藝無法統一處理樹枝等木本類原料和樹葉等草本類原料；也解決了熱解氣凈化工藝復雜，焦油處理難度大，運行成本高等問題。
本實用新型的系統至少具有以下有益效果：
(1)實現對園林垃圾高效處理：該系統基本可將園林垃圾全部消納，生產生物炭并作為能源站向外輸出熱能。其中生物炭具有較高的附加值，可用于冶金工業、滲碳劑、燃料等。
(2)該系統過程清潔無污染。熱解產生的粗燃氣和草本類原料協同燃燒，可以避免粗燃氣凈化過程焦油和木醋液難以處理、粗燃氣單獨燃燒不穩定等問題。
(3)該系統熱效率高，無需額外補充能源。原料在焚燒過程產生的熱能足夠支撐前端干燥和熱解的熱能消耗，滿足系統整體的熱能平衡。
下面將結合附圖對本實用新型實施例作進一步地詳細描述。
實施例一：
某100t/d園林垃圾處理實施例：木本原料占總處理量70％，草本原料占總處理量30％。
某市每年產生約3萬噸的園林垃圾，日處理量約為100噸，其中木本類原料約占70％，草本類原料約占30％。來源主要為城市綠化管護工作中修剪的樹枝、灌木枝、落葉、雜草等。其中用于熱解制炭的原料(木本原料)工業及元素分析見下表：
表一：原料的工業分析
表二：原料的元素分析
新鮮園林混合垃圾的含水率約為30％～50％,首先經過破碎裝置進行破碎，將其粒徑控制在50mm以下后進入干燥裝置，在干燥裝置內將含水率降低到10％以下后進入篩分裝置，經過篩分后得木本原料約0.81kg/s，草本原料0.35kg/s。
經過自然晾干的落葉送入焚燒爐產生的高溫煙氣作為系統的啟動熱源，將熱解炭化爐(采用外熱式回轉窯)加熱到450℃、干燥裝置加熱到150℃；加熱的同時，系統開始進料。木本類原料通過輸送設備進入熱解炭化爐，在450℃的溫度下熱解40分鐘而得到固態、液態和氣態產物。其中固態產物即為生物炭，產量約942kg/h；液態產物在熱解溫度下以氣態形式與氣態產物混合形成粗燃氣，粗燃氣約2000kg/h。粗燃氣和篩選裝置出來的草本原料在草本料粗燃氣混燃設備的燃燒室協同燃燒，產生約850℃的高溫煙氣；高溫煙氣先通過作為除塵裝置的旋風分離器除塵，然后依次通過熱解炭化爐、干燥裝置為系統運行提供熱能，最后通過余熱鍋爐將富余熱能向外供熱，供熱量約為6880kw。余熱鍋爐出口的煙氣溫度約為150℃，通過凈化除塵裝置的脫塵、脫硫、脫硝后達標排放。熱解炭化爐生產的生物炭經過冷卻裝置的冷卻、磨粉裝置的磨粉，成型裝置的成型后可作為燃料銷售使用。
系統的主要運行參數見下表：
表三：實施例一系統運行參數
實施例二：
某100t/d園林垃圾處理實施例：木本原料(工業分析及元素分析同實施例一)占總處理量30％，草本原料占總處理量70％。
園林垃圾中木質原料和草本類原料的比例與地域和季節有關，因此本實施例二以草本類為主要原料，與實施例一作為對照。實施例二的處理流程與實施例一相同，工藝參數見下表：
表四：實施例二系統運行參數
通過工藝數據可知，生物炭的品質沒有變化，但得炭量減少12.92t/h。同時，熱解炭化爐煙氣的熱能、向系統外輸出的熱能有大幅提高，提高幅度為65.8％。干燥能耗、熱解能耗均有下降。因此，當原料中草本類原料占比較大，本發明提出的處理系統向外輸出能量增大，但生物炭產品的產量下降。
實施例三：
某100t/d園林垃圾處理實施例：熱解溫度550℃，熱解時間50min。本實施例三與實施例一的區別在于，熱解溫度提高，熱解時間延長。工藝流程和其他條件不變。系統運行參數見下表：
通過對比可以發現，生物炭的含碳量較實施例一提高9.62％，原因在于較高的熱解溫度使揮發分析出更充分，從而使生物炭中碳含量相對提高。但同時較高的熱解溫度和熱解時間使得炭率下降3.2％，生物炭產量下降2.24t/h。同時，實施例三向系統外輸出的熱能有小幅度升高。由此可知，提高熱解溫度或者延長熱解時間有利于提高產品的碳含量以提升生物炭品質，但此時得炭率會降低，從而使綜合效益難以判斷。需要根據生物炭的具體用途，在滿足要求的基礎上提高得炭率，從而提高整體的經濟效益。
表五：實施例三系統運行參數
以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。