[發明專利]一種密閉環境系統中的固體廢物高溫氧化裝置及方法

在審

• 申請號: 201810613687.4
• 申請日: 2018-06-14
• 公開（公告）號: CN108980841A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 艾為黨;余青霓;張良長;董文平;武重陽;李攀;李婷
• 申請（專利權）人: 中國航天員科研訓練中心;深圳市太空科技南方研究院
• 主分類號: F23G5/033
• 分類號: F23G5/033;F23G5/44;F23G7/07;F23J15/02
• 代理公司: 北京中南長風知識產權代理事務所(普通合伙) 11674
• 代理人: 鄭海

本發明涉及一種密閉環境系統中的固體廢物高溫氧化裝置及處理方法，該裝置包括系統參數采集控制裝置、焚燒裝置、尾氣除塵除水裝置、尾氣催化凈化裝置及尾氣成分檢測裝置，焚燒裝置包括焚燒爐，焚燒爐通過氣體流量控制器與空壓機連接，通過進料管與給料機連接，尾氣除塵除水裝置與焚燒爐尾氣出口相連，尾氣催化凈化裝置包括催化反應床及精細過濾器。物料進入焚燒裝置完成燃燒后，依次進入尾氣除塵除水裝置、尾氣催化氧化裝置，最終直接排放到密閉空間內。本發明能夠對密閉環境系統中的植物秸稈、植物根系等生物質固體廢物的進行減量化、資源化回收處理，實現了密閉環境系統中物質的循環利用，尤其是實現了碳元素的回收利用。

技術領域

本發明屬于生物質固體廢物回收處理技術領域，尤其涉及一種密閉環境系統中的固體廢物高溫氧化裝置及方法。

背景技術

在未來長期載人航天飛行任務中，利用植物生產航天員需要的氧氣、食物，并清除二氧化碳等物質，實現系統內物質的自給自足。植物生產過程中產生的植物秸稈、枯枝敗葉以及根系等生物質固體廢物需要進行資源化回收處理，進而實現系統內物質的良性循環，減少外部物質的供應。如何在密閉環境系統中進行生物質固體廢物資源化處理是必須解決的技術難題。

目前，資源化回收處理的方法主要包括微生物降解處理、高溫氧化處理、高溫裂解處理等，使之轉變成系統可以利用的物質，從而實現密閉系統內物質良性循環，進而減少長期載人航天任務尤其是星球基地任務中的后勤保障物質需求。其中高溫氧化處理能測定將固體廢物中的有機碳等轉變成無機碳，是一種最徹底的固體廢物資源化處理方式。該技術不僅回收了廢物中的水分，同時回收了碳元素，生成的二氧化碳作為植物光合作用的碳源，產生的飛灰收集溶化后可用于植物培養。針對長期載人航天任務特點，美國于20世紀90年代末美國埃姆斯研究中心研制了該類型的裝置。與其他技術相比，高溫氧化處理技術處理速率快，物質回用率高，經進一步開發可作為受控生態條件下固體廢物資源化的有效途徑。但是該技術也存在一些問題：

1)系統過程復雜，高溫氧化室及管路中易附著焦油及結渣，造成管路流阻增大，影響設備的長期穩定性；

2)尾氣中粉塵及有害氣體去除壓力大，尾氣處理過程將帶來額外的物質損耗和乘員維護時間消耗。

因此，為實現密閉系統中植物等生物質固體廢物的高溫氧化資源化回收處理，需要一種基于閉環空氣流動的烘干裝置及方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種密閉環境系統中的固體廢物高溫氧化裝置及方法，對密閉環境系統中的植物秸稈、植物根系等生物質固體廢物的進行減量化、資源化回收處理，實現密閉環境系統中物質的循環利用，尤其是實現碳元素的回收利用，為建立運行穩定、高物質閉合度的長期載人生命保障系統奠定基礎。

本發明提供了一種密閉環境系統中的固體廢物高溫氧化裝置，包括系統參數采集控制裝置、焚燒裝置、尾氣除塵除水裝置、尾氣催化凈化裝置及尾氣成分檢測裝置，系統參數采集控制裝置與焚燒裝置、尾氣除塵除水裝置、尾氣催化凈化裝置及尾氣成分檢測裝置連接；

焚燒裝置包括焚燒爐，焚燒爐通過氣體流量控制器與空壓機連接，通過進料管與給料機連接，用于通過空壓機及氣體流量控制器定量供入助燃氣體，并通過給料機供入粉碎后的粉末態物料，焚燒爐尾氣出口設有灰斗；

尾氣除塵除水裝置與焚燒爐尾氣出口連接，尾氣除塵除水裝置包括依次連接的第一冷凝器、第一冷凝水箱、電動閥、干燥器、初級過濾器，焚燒爐尾氣出口設有灰斗，第一冷凝器與所述灰斗上部連接，初級過濾器與灰斗底部連接；

尾氣催化凈化裝置包括依次連接的CO催化反應床、第二冷凝器、第二冷凝水箱、NOx催化反應床、精細過濾器，CO催化反應床的進口端與灰斗頂部連接，精細過濾器與尾氣成分檢測裝置連接，經過尾氣除塵除水裝置除水、干燥、除塵后的燃燒尾氣進入尾氣催化凈化裝置進行催化反應去除尾氣中的有害氣體，并通過尾氣成分檢測裝置實時監測尾氣有害氣體濃度。