CN100424415C - 城市生活垃圾气化熔融焚烧处理方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种城市生活垃圾气化熔融焚烧处理方法及其装置，其特征在于回收垃圾气化熔融焚烧的烟气余热获取的高温空气，再引入气化炉、熔融焚烧炉，作为垃圾气化所需的空气和熔融焚烧垃圾所需的助燃空气；保证垃圾稳定气化、完全燃烧，彻底解决二恶英、重金属等物的二次污染。所述处理系统，由储藏仓、气化炉、除尘器、焚烧炉和高效蓄热室等组成。本发明符合城市生活垃圾的热值低、水分高、分选不严格、品位低的特点，特别是一些中小城市，垃圾的热值和产量更低又达不到建设焚烧垃圾发电站的要求，避免储运产生的二次污染；整个系统规模灵活，对垃圾分选、热值等要求不严格，可以在少加辅助燃料或不加辅助燃料条件下稳定运行，成本低，且能实现零污染排放。

Description

城市生活垃圾气化熔融焚烧处理方法及其系统

技术领域

本发明涉及城市垃圾的处理技术，具体涉及一种高温空气气化熔融焚烧处理城市生活垃圾方法和应用本方法设计的气化熔融焚烧处理城市垃圾的装置。

背景技术

城市生活垃圾处理已成为世界各国面临的共同课题。未经处理或处理不当的城市生活垃圾不但会侵占土地、污染地下水、破坏自然景观，甚至危及人们生命财产的安全。我国年垃圾平均增长速度达10％以上，国内的400多个城市中至少2/3的城市陷入垃圾的重重包围中；同时，垃圾中含有大量的生物病原体成为各种疾病的传染源。据对长江三峡库区堆存的垃圾污染调查，沿江堆存的垃圾被带入水域已构成潜在性危害，特别是大量白色垃圾漂浮在水面，流经葛州大坝时对发电机组构成严重危害。如何有效地对城市生活垃圾进行处理已成为人们广泛关注的问题。

城市生活垃圾气化熔融焚烧技术，分为一步法气化熔融焚烧技术和两步法气化熔融焚烧技术。两步法气化熔融焚烧技术是先将垃圾在还原性气氛和温度为500℃～600℃的条件下进行气化，形成易燃的可燃气体和易于铁、铝等金属回收的残留物，再进行可燃气体焚烧和能扼制二恶英形成的高温熔融处理。典型工艺为瑞士热选公司研制成功、后由日本川崎制铁公司引进并消化改造的热选式垃圾气化熔融制气技术。一步法气化熔融焚烧技术是将城市生活垃圾的干燥、气化、燃烧和熔融等过程置于一个设备中进行，因此整个工艺过程设备简单，工程投资和运行费用大大降低，操作亦容易得多。典型工艺为日本NKK公司研制的NKK式生活垃圾直接气化熔融焚烧技术，其主体设备直接气化熔融炉源于炼铁高炉，其最大的特点是需要消耗焦炭。国内的科学技术人员已做了针对我国城市生活垃圾特点的研究工作，东南大学开发了一种城市生活垃圾干燥气化熔融处理方法(专利CN00112320.3)；昆明理工大学开发了一种城市生活垃圾直接气化熔融焚烧系统(专利CN00259909.0)。目前，国内外各种气化熔融技术的共同点是以“焚烧炉后布置余热锅炉回收烟气余热-余热锅炉后布置中温、中压或低温、低压蒸汽轮机”发电的模式，垃圾的热值要求达到8300～9600kJ/kg以上。而我国城市生活垃圾的特点是无机物含量高于有机物含量，不可燃成分高于可燃成分，热值低、水分高、还含有一定成分的硫、氯物质等，是一种很低品位的能源，且分选率低，成分波动很大。显然，照搬国外的技术、设备是不能很好地解决我国垃圾焚烧的问题。若采用发电模式，则运行时需投入大量的焦碳、煤或燃料油等比垃圾品位高得多的优质能源才能保证系统的正常运行，必然导致系统投资大、运行成本高、效率低等问题。特别是一些中小城市，垃圾的热值和产量更低，均达不到建设焚烧垃圾发电站的要求。垃圾的转运和堆放又会增加费用和产生恶臭、渗虑等二次污染。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种对垃圾分选、热值等要求不严格，能实现无害化、资源化、零污染排放的城市生活垃圾气化熔融焚烧处理方法；

本发明的另一个目的是提供实现上述方法的气化熔融焚烧垃圾系统。

本发明的目的是这样实现的：城市生活垃圾气化熔融焚烧处理方法，其特征在于回收垃圾的热量获取高温空气；垃圾经气化熔融焚烧后产生的高温烟气余热经高效蓄热室蓄存并加热空气再引入气化炉、熔融焚烧炉，作为垃圾气化所需的空气和熔融焚烧垃圾所需的助燃空气；在不加或少加辅助燃料条件下保证垃圾稳定气化、完全燃烧，彻底解决二恶英、重金属、酸性气体的二次污染。

具体步骤如下：

1)将垃圾初选、破碎后存于储藏仓内，通过全封闭的皮带输送至高温空气气化炉；

2)由高效蓄热室加热至1000℃～1050℃的高温空气，经输送/喷管引入气化炉，作为垃圾气化所需的空气对垃圾进行气化处理；同时，经输送管送入熔融焚烧炉作为熔融焚烧垃圾所需的助燃空气；

3)气化炉内垃圾中的不可燃成分转变为液态炉渣，而含有较高热值的合成燃气从气化炉上部排出进入除尘器；

4)经除尘器的烟尘沉降至灰渣斗中，加入适当的吸收剂吸收固化其中的有害物质，并用压缩空气定期将其送入气化炉内再熔融；

5)经除尘器净化后的合成燃气送入熔融焚烧炉，在1000℃～1050℃的高温空气助燃条件下充分燃烧，熔融焚烧炉内温度达1300℃～1350℃，彻底瓦解二恶英存在的条件；同时，飞灰熔融连同高温气化炉排除的熔渣进行固化处理，实现无害化和资源化综合利用。

其中，气化炉内垃圾的气化处理空气消耗系数控制在0.3～0.5以内，使固体垃圾中的可燃成分在1300℃～1350℃的高温环境下发生不完全燃烧反应。所述焚烧炉的高温烟气通过排烟机抽引进入高效蓄热室与蓄热小球进行热交换，使1300℃～1350℃的高温烟气迅速降低到200℃～150℃；空气由鼓风机送入高效蓄热室与蓄热小球进行热交换，使空气加热到1000℃～1050℃；其间高效蓄热室可180°往返转动，以便保证在热交换过程中蓄热小球的蓄热/释热交替。

实现上述方法的装置为：城市生活垃圾气化熔融焚烧处理系统，包括储藏仓、气化炉、旋风除尘器和焚烧炉，其特征在于储藏仓与气化炉之间通过全封闭的皮带输送机构连接；气化炉上部合成燃气出口与旋风除尘器相通，旋风除尘器出口与焚烧炉相通，在除尘器出口与焚烧炉的连接处设有一个切向进风的旋流器；旋风除尘器底部设有与气化炉相通的灰渣斗；焚烧炉高温烟气出口与高效蓄热室烟气侧相连，高效蓄热室的烟气侧与排烟机相通，高效蓄热室的空气侧入口与鼓风机相通，被加热后的高温空气出口经输送/喷管与气化炉和焚烧炉连通。

所述高效蓄热室由夹层壳体和蓄热小球组成，底部和上部均分别设有烟气和空气的输送管道；高效蓄热室中部主体与其上下部采用活动连接，中部主体的内侧用沙封密封，中部主体的外侧为滚珠轴承以达到高效蓄热室可180°往返转动；所述小球由具有高效蓄热和释热能力、热震性良好的耐火材料制成。

本发明关键技术问题是：回收垃圾气化熔融焚烧的烟气余热获取的高温空气，再引入气化炉、熔融焚烧炉，作为垃圾气化所需的空气和熔融焚烧垃圾所需的助燃空气。利用高效节能和降低污染物排放的高温空气技术，不加或少加辅助燃料条件下保证垃圾稳定气化、完全燃烧，彻底解决二恶英、重金属、酸性气体等二次污染。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

(1)本发明提出的基于高温空气气化熔融焚烧处理城市生活垃圾的方法，即将垃圾气化熔融燃烧产生的高温烟气引入高效蓄热室加热空气，加热后的空气再引入气化炉、熔融焚烧炉处理垃圾的方案，是以焚烧处理垃圾为主要目的的思路处理我国城市生活垃圾，与国内目前开发的焚烧垃圾回收余热发电的模式处理城市生活垃圾思路截然不同。符合我国城市生活垃圾的热值低、水分高、分选不严格、品位低的特点，特别是一些中小城市，垃圾的热值和产量更低均达不到建设焚烧垃圾发电站的要求，避免储运产生的二次污染；是一种工业生产、地区性规模灵活、高效零排污的垃圾处理方案。

(2)获取高温空气的高效蓄热室具有进一步净化排放烟气的自清洁功效：高效蓄热室内蓄热小球对烟气有进一步“清洗”的作用，即使熔融焚烧炉排出的烟气还含有部分飞灰等有害物质，当其通过高效蓄热球床层时存积在床层内，当换向后即空气逆向通过该蓄热室时被加热的同时“清洗”蓄热球床层，形成将飞灰等有害物质带入气化熔融焚烧炉再熔融的闭循环处理系统。蓄热室内“烟气空气”交替逆向流动可达到自清洁的功效。整个系统规模灵活，对垃圾分选、热值等要求不严格，可以在少加辅助燃料或不加辅助燃料条件下稳定运行，成本低，能达到处理利用城市生活垃圾的目的，且能实现零污染排放。是一种高效、节能，环境友好型垃圾处理方案，符合可持续发展战略的要求。

附图说明

图1是本发明城市生活垃圾气化熔融焚烧处理系统的结构示意图；

图2为图1高效蓄热室的AA剖视图；

图3为图1高效蓄热室旋转连接示意图(B处放大)。

具体实施方案

如图1所示，气化熔融焚烧处理城市生活垃圾的方法，将经初选破碎的垃圾存于储藏仓1内，通过全封闭的皮带输送至高温空气气化炉2，由高效蓄热室8加热至1000℃～1050℃的高温空气，经输送/喷管3喷入气化炉2对垃圾进行气化处理。空气消耗系数控制在0.3～0.5以内，使固体垃圾中的可燃成分在1300℃～1350℃以上的高温环境下发生不完全燃烧反应。其不可燃成分转变为液态炉渣，而含有较高热值的合成燃气从气化炉2上部排出进入旋风除尘器4。经旋风除尘器4的烟尘沉降至灰渣斗5中，同时加入适当的吸收剂吸(活性石灰或石灰浆液)收固化其中的有害物质，并用压缩空气定期将其送入气化炉2内再熔融。经除尘器4净化后的合成燃气送入熔融焚烧炉6，在1000℃～1050℃的高温空气助燃下充分燃烧，熔融焚烧炉6内温度达1300℃～1350℃，彻底瓦解二恶英存在的条件，同时飞灰熔融连同高温气化炉排除的熔渣进行固化处理后实现无害化和资源化综合利用。

同时参见图2，焚烧炉6的高温烟气通过排烟机10抽引进入高效蓄热室8与蓄热小球15进行热交换，使1300℃～1350℃的高温烟气迅速降低到200℃～150℃，避开了二恶英再合成的温度250℃～450℃。空气由鼓风机9送入高效蓄热室8与蓄热小球15进行热交换，使空气加热到1000℃～1050℃，高效蓄热室8可以180°往返转动，以便保证换向实现蓄热小球15的蓄热/释热交替。加热后的空气再引入气化炉2、熔融焚烧炉6，作为垃圾气化所需的空气和熔融焚烧垃圾所需的助燃空气，维持本系统正常运行后剩余的部分余热可引入热水锅炉11。

城市生活垃圾气化熔融焚烧处理系统，如图1所示。包括储藏仓1、气化炉2、除尘器4、焚烧炉6、高效蓄热室8、灰渣斗5和辅助燃烧器7，以及鼓风机9和排烟机10；储藏仓1与气化炉2之间通过全封闭的皮带输送机构连接；气化炉2上部合成燃气出口与旋风除尘器4相通，旋风除尘器4出口与焚烧炉6相通，在除尘器4出口与焚烧炉6的连接处设有一个切向进风的旋流器；旋风除尘器4底部设有与气化炉相通的灰渣斗5；焚烧炉6的高温烟气出口与高效蓄热室8烟气侧相连，高效蓄热室8的烟气侧与排烟机10相通，高效蓄热室8的空气侧入口与鼓风机9相通，被加热后的高温空气出口经输送/喷管3与气化炉2和焚烧炉6连通。

焚烧炉6中部设置有隔墙，将焚烧炉6分隔为下部连通的两个腔室，以便延长合成燃气在其中的燃烧停留时间，使其燃烧更充分、更彻底。

辅助燃烧器7主要用于启动气化熔融焚烧垃圾处理系统和当熔融焚烧炉6温度过低时进行自动补热燃烧，系统正常运行时关闭。若垃圾热值较高或气化合成燃气热值较高，维持本系统正常运行后剩余的部分余热可引入热水锅炉11；若垃圾热值过低或气化合成燃气热值过低，熔融焚烧炉温度达不到工艺要求时，可通过温度自动检测控制系统启用辅助燃烧器7进行适当补热，保证系统正常运行，熔融焚烧炉6排出的烟气综合温度维持在1300℃～1350℃。图中，12、13和14是开关阀。

如图2、图3所示，所述高效蓄热室由衬有耐火材料的壳体16和蓄热小球15组成；底部和上部均分别设有烟气和空气的输送管道；高效蓄热室8中部主体与其上、下部采用活动连接，中部主体的内侧用沙封17密封，中部主体的外侧为滚珠轴承18以实现高效蓄热室180°往返转动，达到高效蓄热室内烟气侧和空气侧小球交替蓄热和释热的目的；当焚烧炉高温烟气通过高效蓄热室时，其烟气侧的蓄热小球快速将高温烟气的余热吸收并积蓄在体内到达饱和后，快速转动180°使高温蓄热小球置于空气侧，鼓风机鼓入的常温空气通过时，蓄热小球又迅速将热量释放出来将空气加热到1000℃～1050℃。所述小球采用具有高效蓄热和释热能力、热震性良好的耐火材料制成，如高铝质、莫来石质或堇青石质耐火材料。

气化垃圾的高温空气温度达1000℃～1050℃，可强化气化反应，提高气化速度和气化效率，可在较低空气消耗系数下进行，同时允许较大比例的水煤气反应，能很好适应生活垃圾的热值、成分等多变的特性。空气消耗系数控制在0.3～0.5以内，使固体垃圾中的可燃成分在1300℃～1350℃的高温环境下发生不完全燃烧反应，产生含有较高热值的合成燃气，其不可燃成分转变为液态炉渣。

气化炉排出的可燃气体在高温空气助燃条件下充分燃烧，熔融焚烧炉内温度达1300℃～1350℃，彻底瓦解二恶英存在的条件，同时飞灰熔融连同高温气化炉排除的熔渣进行固化处理后实现无害化和资源化综合利用。合成燃气中的H₂S、HCl、烟尘等有害成分通过净化去除，灰渣返回高温气化炉中熔融固化处理。随合成燃气进入焚烧炉的部分烟尘在高温空气助燃条件下焚烧、熔融固化处理。熔融渣经急冷固化处理形成极稳定的玻璃质炉渣，使毒重金属封存不致溶出，并且排除了从垃圾飞灰中释放二恶英的可能，经固化处理的炉渣可用作建材原料。另外，基于成分组成上灰渣与冶金炉料在有很多类同，当灰渣中的有价金属含量较高时，固化的飞灰、熔渣加入一定量添加剂(熔剂、粘结剂)造球，根据其组成成分，用作高炉或矿热炉的原料，使灰渣到得到充分利用。同时，在焚烧过程中采用高温空气与低氧燃烧技术结合，可以有效地抑制NOx的生成。

本发明高温空气气化的关键是有价格低廉的连续的高温空气源，因此高温空气的产生及其与垃圾气化、熔融焚烧环节的优化整合成为未来系统推广应用的关键技术问题。为此，在制定实施方案时，充分考虑垃圾处理无害化、减量化和资源化目标，将从气化炉排出的含灰合成燃气经除尘器处理后进入高温熔融焚烧炉燃烧，彻底瓦解二恶英存在的条件，飞灰熔融急冷固化形成极稳定的玻璃质炉渣，使毒重金属封存不致溶出。1300℃～1350℃的高温烟气引入高效蓄热室，经热交换高温烟气温度降到200℃～150℃，将冷空气加热到1000℃～1050℃，作为气化垃圾和合成燃气再熔融焚烧的高温空气源。

Claims (7)

1. 城市生活垃圾气化熔融焚烧处理方法，其特征在于回收垃圾气化熔融焚烧的烟气余热获取的高温空气；垃圾经气化熔融焚烧后产生的高温烟气余热经高效蓄热室蓄存并加热空气再引入高温空气气化炉、熔融焚烧炉，作为垃圾气化所需的空气和熔融焚烧垃圾所需的助燃空气；在不加或少加辅助燃料条件下保证垃圾稳定气化、完全燃烧，彻底解决二恶英、重金属、酸性气体的二次污染。

2. 根据权利要求1所述的城市生活垃圾气化熔融焚烧处理方法，其特征在于具体步骤如下：

1)将垃圾初选、破碎后存于储藏仓(1)内，通过全封闭的皮带输送至高温空气气化炉(2)；

2)由高效蓄热室(8)加热至1000℃～1050℃的高温空气，经输送管(3)和喷管喷入高温空气气化炉(2)对垃圾进行气化处理，作为垃圾气化所需的空气；

3)高温空气气化炉(2)不可燃成分转变为液态炉渣，而含有较高热值的合成燃气从高温空气气化炉(2)上部排出进入旋风除尘器(4)；

4)经旋风除尘器(4)的有害物质加入适当的吸收剂吸收固化后沉降至灰渣斗(5)中，并用压缩空气定期将其送入高温空气气化炉(2)内再熔融；

5)净化后的合成燃气送入熔融焚烧炉(6)，在1000℃～1050℃的高温空气助燃条件下充分燃烧，熔融焚烧炉(6)内温度达1300℃～1350℃，彻底瓦解二恶英存在的条件；同时，飞灰熔融连同高温空气气化炉(2)排除的熔渣进行固化处理，实现无害化和资源化综合利用；

6)由高效蓄热室(8)加热至1000℃～1050℃的高温空气，同时经输送管送入熔融焚烧炉(6)作为熔融焚烧垃圾所需的助燃空气。

3. 根据权利要求2所述的城市生活垃圾气化熔融焚烧处理方法，其特征在于所述第2)步，高温空气气化炉(2)对垃圾的气化处理空气消耗系数控制在0.3～0.5以内，使固体垃圾中的可燃成分在1300℃～1350℃的高温环境下发生不完全燃烧反应。

4. 根据权利要求2所述的城市生活垃圾气化熔融焚烧处理方法，其特征在于所述焚烧炉(6)的高温烟气通过排烟机(10)抽引进入高效蓄热室(8)与蓄热小球(15)进行热交换，使1300℃～1350℃的高温烟气迅速降低到200℃～150℃；空气由鼓风机(9)送入高效蓄热室(8)与蓄热小球(15)进行热交换，使空气加热到1000℃～1050℃；高效蓄热室(8)可往返180°转动，以便保证换向实现蓄热小球(15)的蓄热/释热交替。

5. 城市生活垃圾气化熔融焚烧处理系统，包括储藏仓(1)、高温空气气化炉(2)、除尘器(4)和焚烧炉(6)，其特征在于储藏仓(1)与高温空气气化炉(2)之间通过全封闭的皮带输送机构连接；高温空气气化炉(2)上部合成燃气出口与除尘器(4)相通，除尘器(4)出口与焚烧炉(6)相通，在除尘器(4)出口与焚烧炉(6)的连接处设有一个切向进风的旋流燃烧器；除尘器(4)底部设有与高温空气气化炉(2)相通的灰渣斗(5)；焚烧炉(6)高温烟气出口与高效蓄热室(8)烟气侧相连，高效蓄热室(8)的烟气侧与排烟机(10)相通，高效蓄热室(8)的空气侧入口与鼓风机(9)相通，被加热后的高温空气出口经输送管(3)和喷管与高温空气气化炉(2)和焚烧炉(6)连通。

6. 根据权利要求5所述的城市生活垃圾气化熔融焚烧处理系统，其特征在于所述高效蓄热室(8)由衬有耐火材料的壳体(16)和蓄热小球(15)组成，底部和上部均分别设有烟气和空气的输送管道；高效蓄热室中部主体与其上下部采用活动连接，中部主体的内侧用沙封(17)密封，中部主体的外侧为滚珠轴承(18)以达到高效蓄热室可180°往返转动；所述小球由具有高效蓄热和释热能力、热震性良好的耐火材料制成。

7. 根据权利要求5所述的城市生活垃圾气化熔融焚烧处理系统，其特征在于所述高效蓄热室(8)内剩余的部分余热引入热水锅炉(11)。

Images