CN101050859B - 一种气化焚烧生活垃圾的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
一种气化焚烧生活垃圾的方法，其特征是：将生活垃圾进行分阶段地移动燃烧，包括缺氧分解，合成气充分燃烧和完全燃烧三个阶段：1)第一阶段缺氧分解，氧气不足，保持温度为400-600℃，分解产生可燃合成气；2)第二阶段可燃合成气充分燃烧，氧气充分，保持温度为1000-1080℃，使合成气体充分燃烧；3)第三阶段完全燃烧，将固体垃圾中的有机成分燃尽；保持温度为800-1000℃。本发明采用一台焚烧炉，完成现有的技术采用二台炉和输送设备完成的同样工作，能将焚烧城市生活垃圾彻底燃烧，去除二恶英，解决环境污染问题，其燃烧温度较低，不会产生融熔结块，占地面积较小、设备减少，投资、运行费用大为降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种垃圾焚化方法，特别是一种气化焚烧生活垃圾的方法及设备。
背景技术
现有的焚烧炉的炉排形式为钢筋条炉排、链条炉排、风帽式沸腾炉排、机械往复炉排和滚筒炉排几种形式，带有这些炉排的焚烧炉有一个缺点，即不能完全焚烧城市生活垃圾，例如有机废水压滤而成的渣或其它生活垃圾的渣，该渣经烘干焚烧后，其颗粒很细小，未燃烧的废水渣将漏落到炉渣中造成污染。另外，燃烧气体中的二恶英等有害物不易去除。现行的一种改进的燃烧方法，例如日本和德国采用的垃圾气化焚烧法，是通过卧式回转窑+立式回转窑2套设备实现的。在卧式回转窑进行缺氧焚烧，产生可燃性境污染的问题。但其不足之处是：①卧式回转窑产生的≤600℃的可燃性合成气体送入立式回转窑，输送设备的材料为耐高温合金，费用高；②第二段采用立式回转炉，接受来自卧式回转炉的≤600℃的可燃性合成气体和碳化的垃圾，进行明火焚烧，温度需高达1350℃，以去除二恶英；需要两台设备和输送≤600℃的可燃性气体和碳化垃圾的输送设备。③卧式回转窑垃圾缺氧焚烧气化后排出的炉渣含碳量≥10％，须进行厌氧或堆肥处理。
上述燃烧方法虽能解决燃烧污染问题，但采用2台燃烧设备，还需要输送≤600℃的可燃性气体和碳化垃圾的输送设备，占地面积较大、投资、运行费用较大。
另外，燃烧温度较高，达到1350℃，虽可使二恶英彻底分解掉，但超过1100℃时，垃圾容易融溶结块。
发明内容
本发明的目的是提供一种气化焚烧生活垃圾的方法及设备，它能解决上述的不足，能将城市生活垃圾彻底焚烧，去除二恶英，以解决环境污染的问题，其燃烧温度较低，垃圾不会融熔结块，占地面积较小、设备减少，投资、运行费用大为降低。
本发明是按以下的技术方案实现的。本发明包括一种气化焚烧生活垃圾的方法，其特征是：将生活垃圾进行分阶段地移动燃烧，包括缺氧分解，合成气充分燃烧和完全燃烧三个阶段：
1)第一阶段缺氧分解，在该阶段时，氧气不足，保持温度为400-600℃，使其分解产生可燃合成气；
2)第二阶段合成气充分燃烧，在该阶段时，氧气充分，保持温度为1000-1080℃，使可燃合成气体充分燃烧；
3)第三阶段完全燃烧，在该阶段时，将固体垃圾中的有机成分燃尽；保持温度为800-1000℃。
1)所述的第一阶段时，供给的空气量为30-40％；
2)所述的第二阶段时，供给的空气量为60-70％；
3)所述的第三阶段时，不再进入空气，利用前二阶段进入的空气量，将生活垃圾完全燃尽，。
在所述的第一阶段中，从该燃烧阶段的头部供给空气量为10％，从该燃烧阶段的中部供给空气量为25％；在所述的第二阶段时，供给的空气量为65％。
在所述的第一和/或第二阶段时，喷射入生石灰粉。
所述的设备为一段式的回转炉，包括炉壳，在所述的炉壳中的炉膛内具有第1燃烧室，第2燃烧室和第3燃烧室；
其中，第1燃烧室、第2燃烧室内均砌筑有炉衬和蜂窝炉排；在所述的蜂窝炉排中具有中空通道，所述的中空通道的外侧与炉壳上的进气孔相通；所述的中空通道的里侧经出气孔与炉膛相通；
在所述的第1燃烧室和/或第2燃烧室中，装有喷入石灰粉用的喷嘴；
所述的炉壳的回转轴心对于水平方向成正弦值为3％到4％的倾角。
所述的第1燃烧室和第2燃烧室之间的中空通道是隔开的；所述的第1燃烧室和第2燃烧室的中空通道分别经各自的进气孔与第一进气机构、第二进气机构相通。
本发明采用气化燃烧法进行生活垃圾的焚烧；采用一台焚烧炉，将生活垃圾放在同一炉膛中分段、移动燃烧，按不同的燃烧阶段供给不同的风量并控制燃烧温度，以满足缺氧分解，合成气充分燃烧，并最后将其完全燃烧。首段缺氧分解是将垃圾干燥分解成可燃合成气(甲烷、一氧化碳、氢气等)，温度在400-600℃；第二段燃烧合成气，温度在1000-1080℃，使合成气充分燃烧尽；末段完全燃烧，将残余的有机物质全部燃尽，温度在800-900℃。其中，最高温度是在第二段充分燃烧合成气，为1080℃，较现有技术的温度1350℃降低很多，避免了因垃圾融熔结块而影响燃烧效果；通过喷入生石灰粉以中和该合成气中的HCl，以避免产生二恶英。
本发明采用带蜂窝炉排的一段式回转炉实现本燃烧方法。在该回转炉中，通过蜂窝炉排来控制各燃烧段的送风量，其中，回转炉的首段为第一燃烧室，在此进行缺氧分解，控制经蜂窝炉排送入炉膛的空气，正好使垃圾不足以产生明火而达到热解，产生可燃性气体(相当于日本、德国的卧式回转炉的功能)。回转炉的第二段为第二燃烧室，具有第二套轴向排列的蜂窝炉排，通过控制该蜂窝炉排送入的燃烧空气，能够使第二燃烧室产生明火，以便燃烧来自第一燃烧室的可燃性气体。回转炉的第三段为第三燃烧室，不安装蜂窝炉排，不再送入燃烧空气，而是利用第一、第二燃烧室尚未燃烧完的空气进行固体垃圾的完全燃烧，使垃圾充分燃尽，不会融熔结块；排出的垃圾炉渣的含碳(C)量<1％，炉渣不再需要作厌氧或堆肥处理。回转炉的回转轴的安装是头高尾低，使生活垃圾可分阶段地移动燃烧。
本方法中，第二燃烧室的温度控制1000-1080℃，避免了燃烧结块。由于这个温度不足以使二恶英彻底分解掉，所以采用将石灰粉喷入回转炉的炉膛内，以避免产生二恶英。将回转炉的结构做成轴向排列的蜂窝形的炉排，由于蜂窝炉排能够将炉膛内的垃圾随回转炉的回转而被带提起，自动连续滑落下来，形成微流化态焚烧，湍流度极好，所以，喷入炉膛内的石灰粉，在湍流度极好的情况下，能与炉膛内的HCl气体完全反应，生成CaCl2以炉渣形式排出，炉膛内HCl气体得到连续清除。没有HCl气体的环境，二恶英无法生成。因为二恶英是苯环分子中的H原子被HCl气体中的Cl原子取代后生成的，没有HCl气体，就没有Cl原子取代苯环分子中的H原子，就不会生成二恶英。综上所述，本发明采用一台焚烧炉，完成现有的技术采用二台炉和输送设备完成的同样工作。本发明气化焚烧生活垃圾方法，能将焚烧城市生活垃圾彻底燃烧，去除二恶英，解决环境污染问题，其燃烧温度较低，不会产生融熔结块，占地面积较小、设备减少，投资、运行费用大为降低。
附图说明
图1为本发明方法采用的焚化炉的示意图。
图2为图1中的A-A、B-B剖面放大图(件70、70A未示出)。
图3为图1中的C-C局部剖面放大图。
图4为图2中的D-D局部剖面放大图。
图中代号说明
10炉壳 11进气孔
12炉膛 12A第一燃烧室 12B第二燃烧室 12C第三燃烧室
13进料口 14排料 15排气口
20蜂窝炉排 21中空通道 22气孔 23封堵
30炉衬 31通气沟槽
40喷嘴
50滚轮座
60驱动机构 61电动机 62减速器 63、64齿轮
70第一进气机构 70A第二进气机构
具体实施方式
如图1为本发明方法采用的焚化炉的示意图。炉壳10被支撑在滚轮座50上，通过驱动机构60中的电动机61、减速器62、齿轮63、64驱动该炉壳10转动。进料口13、喷嘴40装在头部，排料口14、排气15装在尾部；从进料口13进料，经燃烧后从排料14排出。第一进气机构70、第二进气机构70A分别位于炉壳10上，分别向炉壳10上的各进气孔11进气。所述的焚化炉的回转轴心与水平面的倾角的正弦值为3％到4％。以头高尾低方式安装。
文中所述的“里侧”指该件的距离回转轴心较近的部位，“外侧”指该件的距离回转轴心较远的部位。
在所述的炉壳10中具有第一燃烧室12A、第二燃烧室12B和第三燃烧室12C，如图2、3，在第一燃烧室12A、第二燃烧室12B内均砌筑有炉衬30和蜂窝炉排20；所述的蜂窝炉排20为带有中空通道21的轴向设置的炉排，蜂窝炉排20的外侧与炉壳10的内表面接触，其里侧部位凸出于炉衬30，在里侧部位处具有若干气孔22，将所述的中空通道21与炉膛12连通；所述的中空通道21又与炉壳10上的进气孔11(及通气沟槽31)相通，外部的空气可经进气机构从进气孔11进气到中空通道21中，再经若干气孔22将空气均匀送到炉膛12的各个燃烧部位，以调节炉膛12中的各个燃烧部位的温度。在第一燃烧室12A的二端和第二燃烧室12B的右端均具有封堵23，由各自的第一进气机构70、第二进气机构70A单独向第一燃烧室12A和第二燃烧室12B供应空气。如图4，在第三燃烧室12C中，不设蜂窝炉排20，不设进气机构，只铺设炉衬30。
在所述的焚化炉的头部具有喷入石灰粉用的喷嘴40，向第一、第二燃烧室12A、12B内喷入石灰粉，用石灰粉来化合烟气中的HCl。
采用本发明方法进行燃烧。起炉时，喷柴油点火，开始从进料口13送入垃圾。燃烧的过程为：
1、在第一燃烧室12A中进行缺氧分解：控制送入的燃烧空气，从头部进料口13处进入燃烧空气总量的10％，用第一进气机构70从第一燃烧室12A的中部送入空气总量的25％，二者之和保持为35％。由于少于理论燃烧空气，不足以产生明火，垃圾被烘干气化分解，产生的大量碳氢化合物的可燃性气体(甲烷、一氧化碳、氢气等)，将焚烧温度控制在500℃左右；以流至第二燃烧室12B明火燃烧，燃烧热量的一部分回传至第一燃烧室12A。
2、在第二燃烧室进行合成气充分燃烧：第一燃烧室的垃圾随回转炉的回转而下行，垃圾到第二燃烧室12B后，沉在炉膛12的下半部。由于蜂窝炉排20的气孔22是沿该燃烧室(回转炉)一圈均衡分布的，沉在下半部的垃圾，堵住了下半部的气孔22(进风小孔)，炉膛下半部处于缺氧的气化工况，会使垃圾继续分解产生可燃性气体。一、二燃烧室气化率合计≥90％。
a)明火焚烧：从第二燃烧室的第二进气机构70A进入第二燃烧室12B的空气占燃烧空气总量的65％，从蜂窝炉排20上半部的气孔22喷入炉膛。足量的燃烧空气，遇着可燃性气体着火，温度≥1200℃，而送入炉膛的燃烧空气温度≤220℃，二者混合，从而使炉膛温度降低，保持1000～1080℃。
b)在进行燃烧时，用喷嘴40向炉膛12内喷射入生石灰粉，以中和所述的合成气中的HCl气体。
3、完全燃烧，随回转炉的转动，碳化的垃圾进到第三燃烧室12C。第三燃烧室不再送入空气，利用前面燃烧室残余的燃烧空气，使固体垃圾充分燃尽。该燃烧室温度为950℃，炉尾排烟温度≥850℃。炉渣含碳量<1％。
炉内垃圾焚烧时间约90分钟，烟气在炉内滞留时间>2-3秒。
炉渣从回转炉的炉尾处的出料口14排出；热烟气从排气口15送往发电厂。
Claims (6)
1.一种气化焚烧生活垃圾的方法，其特征是：将生活垃圾进行分阶段地移动燃烧，包括缺氧分解，合成气充分燃烧和完全燃烧三个阶段：
1)第一阶段缺氧分解，在该阶段时，氧气不足以产生明火，保持温度为400-600℃，使其分解产生可燃合成气；
2)第二阶段可燃合成气充分燃烧，在该阶段时，氧气充分，保持温度为1000-1080℃，使合成气体充分燃烧；
3)第三阶段完全燃烧，在该阶段时，将固体垃圾中的有机成分燃尽；保持温度为800-1000℃。
2.根据权利要求1所述的气化焚烧生活垃圾的方法，其特征是：
在所述的第一阶段时，供给的空气量为燃烧空气总量的30-40％；
在所述的第二阶段时，供给的空气量为燃烧空气总量的60-70％；
在所述的第三阶段时，不再进入空气，利用前二阶段进入的空气量，将生活垃圾完全燃尽。
3.根据权利要求1所述的气化焚烧生活垃圾的方法，其特征是：在所述的第一阶段中，从该燃烧阶段的头部供给空气量为燃烧空气总量的10％，从该燃烧阶段的中部供给空气量为燃烧空气总量的25％；在所述的第二阶段时，供给的空气量为燃烧空气总量的65％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的气化焚烧生活垃圾的方法，其特征是：
在所述的第一和/或第二阶段时，喷射入生石灰粉。
5.根据权利要求4所述的气化焚烧生活垃圾的方法所用的设备，其特征是：
所述的设备为一段式的回转炉，包括炉壳(10)，在所述的炉壳(10)中的炉膛(12)内具有第1燃烧室(12A)，第2燃烧室(12B)和第3燃烧室(12C)；
其中，第1燃烧室、第2燃烧室内均砌筑有炉衬(30)和蜂窝炉排(20)；在所述的蜂窝炉排(20)中具有中空通道(21)，所述的中空通道(21)的外侧与炉壳(10)上的进气孔(11)相通；所述的中空通道(21)的里侧经出气孔(22)与炉膛(12)相通；在所述的第1燃烧室(12A)和/或第2燃烧室(12B)中，装有喷入石灰粉用的喷嘴(40)；所述的炉壳(10)的回转轴心对于水平方向成正弦值为3％到4％的倾角。
6.根据权利要求5所述的气化焚烧生活垃圾的方法所用的设备，其特征是：
所述的第1燃烧室(12A)和第2燃烧室(12B)之间的中空通道(21)是隔开的；所述的第1燃烧室(12A)和第2燃烧室(12B)的中空通道(21)分别经各自的进气孔(11)与第一进气机构(70)、第二进气机构(70A)相通。
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