CN101201167B - 垃圾气化及飞灰高温熔融处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

垃圾气化及飞灰高温熔融处理装置及方法，它涉及垃圾气化及飞灰高温熔融一体化处理技术。本发明为解决垃圾焚烧炉布袋捕集灰中重金属、二噁英严重超标的问题。装置：流化床气化炉与旋风炉相通，旋风炉与燃尽室相通，燃尽室与烟道相通。方法：垃圾在流化床气化炉中气化产生的烟气进入旋风炉中在煤粉助燃下燃烧，飞灰中的重金属氧化物被还原为金属得以回收，飞灰中的二噁英被分解，排出的烟气进入燃尽室、过热器、省煤器和空气预热器后进入尾气处理设备。本发明使垃圾在流化床气化炉内气化燃烧后，产生的烟气及飞灰进入旋风炉内进行高温熔融处理，使得尾气捕集灰和尾气中的二噁英浓度分别低于50ng-TEQ/kg、0.1ng-TEQ/m3。

Description

垃圾气化及飞灰高温熔融处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种垃圾气化及飞灰高温熔融一体化处理装置及方法。
背景技术
近年来，随着我国城市生活垃圾污染状况日趋严重，垃圾的无害化处理备受人们关注。目前，国内垃圾焚烧厂普遍采用喷活性炭吸附烟气中重金属和二噁英，配合布袋除尘器，将尾气中的烟尘、重金属和二噁英收集在布袋除尘器捕集的灰里，虽然布袋除尘器出口的烟气达到或低于目前国家环保排放标准，但是布袋除尘器捕集灰(简称飞灰)中的重金属、二噁英严重超标。国内生产的垃圾焚烧炉其布袋捕集灰中二噁英含量达到数千ng-TEQ/kg。飞灰含有大量有害重金属和剧毒有机物二噁英，生活垃圾焚烧污染控制标准(GB18485-2001)明确指出垃圾焚烧飞灰属危险废物，不能随意填埋堆放，但目前国内垃圾焚烧厂几乎全部采用填埋处理。发达国家主要采用水泥固化后安全填埋或高温熔融处理后再生利用两种思路处理垃圾焚烧飞灰。水泥固化后仍需大量填埋场地，不符合我国大中城市填埋场地非常紧张的实际情况。因此如何实现垃圾焚烧二恶英零排放以及减少重金属排放具有重要的现实意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有垃圾焚烧炉布袋捕集灰中重金属、二噁英严重超标的问题，提供一种垃圾气化及飞灰高温熔融处理装置及方法。
本发明的垃圾气化及飞灰高温熔融处理装置包括流化床气化炉1、给料器2、布风板3、滚筒冷渣器4、燃烧器5、旋风炉6、熔渣池8、水冷壁11、燃尽室12、喷口13、汽包14、过热器15、省煤器16、空气预热器17、烟道18和旋转二次风口20，汽包14设置在燃尽室12的顶部，流化床气化炉1的侧壁上设有给料器2，流化床气化炉1的内腔下部设有布风板3，布风板3的下部设有滚筒冷渣器4，流化床气化炉1的上部与旋风炉6相通，旋风炉6的顶部设有燃烧器5，旋风炉6的下部与熔渣池8相通，熔渣池8的底部开有金属出口9，熔渣池8的侧壁设有熔渣排出口10，旋风炉6的出口与燃尽室12的进口相通，燃尽室12的进口处设有水冷壁11，燃尽室12内下部设有旋转二次风口20，燃尽室12内上部设有喷口13，燃尽室12上部与烟道18相通，烟道18内从上至下依次设有过热器15、省煤器16和空气预热器17。
本发明的垃圾气化及飞灰高温熔融处理方法是这样完成的：将垃圾通过给料器2送入流化床气化炉1中气化燃烧后，流化床气化炉1底部充满平均粒径0.6mm的细砂，通过布风板3特殊的布风方式，将垃圾中的大块不燃物分离出来而落入滚筒冷渣器4中，滚筒冷渣器4分离出的细砂回送流化床气化炉1内，大块不燃物排出滚筒冷渣器4后，通过输送带运出，流化床气化炉1中的燃烧温度为650-750℃，垃圾气化后形成的可燃气体进入旋风炉6，在燃烧器5燃烧煤粉的助燃下，旋风炉6内炉温加热到1400～1650℃，使从流化床气化炉1带入的飞灰在高温下迅速熔化并流入旋风炉6下部的熔渣池8中，旋风炉6内的空气过剩系数控制在0.8～0.95，飞灰中的重金属成分在还原性气氛下被还原为液态金属从熔渣池8的底部的金属出口9排出，液态熔渣从熔渣排出口10排出，流化床气化炉1产生的二噁英在旋风炉6内被彻底分解，旋风炉6排出的烟气进入燃尽室12内，在温度为1000℃的燃尽室12上部区间内通过喷口13喷入氨水或尿素水溶液进行高温选择性非催化脱氮，烟气通过燃尽室12后进入尾部烟道18，通过过热器15、省煤器16和空气预热器17吸热后进入尾部烟气净化处理设备。
本发明的优点是：一、垃圾气化所产生的燃气以及燃烧器5燃烧煤粉所释放出的热量使飞灰熔化，将含有二噁英和重金属的飞灰在旋风炉内进行彻底的熔融处理，使得飞灰中的二噁英的去除率能够达到99.9％以上，实现垃圾焚烧二恶英零排放。此外，飞灰中金属氧化物在还原性气氛下被还原为金属得以回收，熔渣可作为建筑材料，使熔渣达到安全可再生利用。二、本发明具有燃烧热强度高、捕渣率高以及余热利用等特点，远比焦炭熔融、燃油或电热熔融运行成本低。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图(布风板3为倒V型)，图2是本发明的整体结构示意图(布风板3为倒V型的一半)，图3是本发明的整体结构示意图(布风板3为V型)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由流化床气化炉1、给料器2、布风板3、滚筒冷渣器4、燃烧器5、旋风炉6、熔渣池8、水冷壁11、燃尽室12、喷口13、汽包14、过热器15、省煤器16、空气预热器17、烟道18和旋转二次风口20组成，汽包14设置在燃尽室12的顶部，流化床气化炉1的侧壁上设有给料器2，流化床气化炉1的内腔下部设有布风板3，布风板3的下部设有滚筒冷渣器4，滚筒冷渣器4具有将细砂和大块不燃物分离功能，流化床气化炉1的上部与旋风炉6相通，旋风炉6的顶部设有燃烧器5，旋风炉6的下部与熔渣池8相通，熔渣池8的底部开有金属出口9，熔渣池8的侧壁设有熔渣排出口10，旋风炉6的出口与燃尽室12的进口相通，燃尽室12的进口处设有水冷壁11，燃尽室12内下部设有旋转二次风口20，为烟气中的可燃物在燃尽室12内燃尽提供燃烧所需的空气，燃尽室12内上部设有尿素喷口13，燃尽室12上部与烟道18相通，烟道18内从上至下依次设有过热器15、省煤器16和空气预热器17。为了使烟气中的可燃物在排放之前完全燃烧，在旋风炉6之后布置了燃尽室12，为了进一步脱除氮氧化物(NOx)，在燃尽室12上部1000℃左右位置布置了喷口13，可以脱除50～80％以上的氮氧化物(NOx)。这样，从燃尽室排放的烟气完全能够达到环保要求。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式在流化床气化炉1出口增加有二次风喷口7，二次风喷口7设置在旋风炉6内侧壁上部。通过二次风喷口7向旋风炉6内喷风，为从流化床气化炉1来的可燃气体燃烧提供所需的空气，旋风炉6内温度为1400～1650℃。该实施方式下旋风炉6内为氧化性气氛，重金属氧化物不能被还原为金属，旋风炉6为单纯的飞灰熔融炉，不回收金属，这时，燃尽室12下部的旋转二次风口20停止送风。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式还增加有二噁英阻滞剂喷口19，二噁英阻滞剂喷口19设置在省煤器16中400-600℃区间位置，喷入二恶英阻滞剂(NH3、甲胺等)，能够阻滞二恶英的再次合成，在尾部进一步控制二噁英生成。这是因为在尾部200-500℃温区内，已分解的二噁英碎片(小分子)在二价铜离子(Cu2+)的催化作用下会再次合成，生成少量的二噁英，为了阻止这一反应顺利进行，喷入二噁英阻滞剂已达到进一步控制二噁英的目的。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的布风板3的形状为倒V型、V型或倒V型的一半。这种特殊形状的布风板3通过分室送风能够使砂子裹着垃圾在炉内循环流动，将垃圾中的大块不可燃成分自动分离出来，使得垃圾在流化床内可以顺利地流化燃烧。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的方法是这样完成的：将垃圾通过给料器2送入流化床气化炉1中气化燃烧后，流化床气化炉1底部充满平均粒径0.6mm的细砂，通过布风板3特殊的布风方式，将垃圾中的大块不燃物分离出来而落入滚筒冷渣器4中，滚筒冷渣器4分离后的细砂回送流化床气化炉1内，大块不燃物排出滚筒冷渣器4后，通过输送带运出，流化床气化炉1中的燃烧温度为650-750℃，垃圾气化后形成的可燃气体进入旋风炉6，在燃烧器5燃烧煤粉的助燃下，旋风炉6内炉温加热到1400～1650℃，使从流化床气化炉1带入的飞灰在高温下迅速熔化并流入旋风炉6下部的熔渣池8中，烟气及飞灰中99.9％以上的二噁英在高温下被分解，旋风炉6内的空气过剩系数控制在0.8～0.95，飞灰中的重金属成分在还原性气氛下被还原为液态金属从熔渣池8的底部的金属出口9排出，熔渣从熔渣排出口10排出，流化床气化炉1产生的二噁英在旋风炉6内被彻底分解，旋风炉6排出的烟气进入燃尽室12内，为了防止高温燃尽室12出口氮氧化物浓度超标，在温度为1000℃的燃尽室12上部区间内通过喷口13喷入氨水或尿素水溶液进行高温选择性非催化脱氮，脱除50-80％的氮氧化物，使之达到国家环境保护标准。烟气通过燃尽室12后进入尾部烟道18，通过过热器15、省煤器16和空气预热器17吸热后进入尾部烟气净化处理设备，尾气净化装置捕集灰中二噁英含量低于50ng-TEQ/kg，重金属浸出毒性低于国家环保标准，这种飞灰因无害可以直接填埋或利用。尾气中的二噁英浓度低于0.1ng-TEQ/m3，达标后的尾气排入大气中。

Claims (5)

1.一种垃圾气化及飞灰高温熔融处理装置，它包括流化床气化炉(1)、给料器(2)、布风板(3)、滚筒冷渣器(4)、燃烧器(5)、旋风炉(6)、熔渣池(8)、水冷壁(11)、燃尽室(12)、喷口(13)、汽包(14)、过热器(15)、省煤器(16)、空气预热器(17)、烟道(18)和旋转二次风口(20)，汽包(14)设置在燃尽室(12)的顶部，其特征在于流化床气化炉(1)的侧壁上设有给料器(2)，流化床气化炉(1)的内腔下部设有布风板(3)，布风板(3)的下部设有滚筒冷渣器(4)，流化床气化炉(1)的上部与旋风炉(6)相通，旋风炉(6)的顶部设有燃烧器(5)，旋风炉(6)的下部与熔渣池(8)相通，熔渣池(8)的底部开有金属出口(9)，熔渣池(8)的侧壁设有熔渣排出口(10)，旋风炉(6)的出口与燃尽室(12)的进口相通，燃尽室(12)的进口处设有水冷壁(11)，燃尽室(12)内下部设有旋转二次风口(20)，燃尽室(12)内上部设有喷口(13)，燃尽室(12)上部与烟道(18)相通，烟道(18)内从上至下依次设有过热器(15)、省煤器(16)和空气预热器(17)。
2.根据权利要求1所述垃圾气化及飞灰高温熔融处理装置，其特征在于它还包含有二次风喷口(7)，二次风喷口(7)设置在流化床气化炉(1)出口的旋风炉(6)内侧壁上部。
3.根据权利要求2所述垃圾气化及其飞灰高温熔融处理装置，其特征在于它还包含有二恶英阻滞剂喷口(19)，二恶英阻滞剂喷口(19)设置在省煤器(16)中400-600℃区间位置。
4.根据权利要求3所述垃圾气化及飞灰高温熔融处理装置，其特征在于布风板(3)的形状为倒V型、V型或倒V型的一半。
5.利用权利要求1所述的装置进行垃圾气化及飞灰高温熔融的方法，其特征在于该方法是这样完成的：将垃圾通过给料器(2)送入流化床气化炉(1)中气化燃烧后，流化床气化炉(1)底部充满平均粒径0.6mm的细砂，通过布风板(3)特殊的布风方式，将垃圾中的大块不燃物分离出来而落入滚筒冷渣器(4)中，滚筒冷渣器(4)分离出的细砂回送流化床气化炉(1)内，大块不燃物排出滚筒冷渣器(4)后，通过输送带运出，流化床气化炉(1)中的燃烧温度为650-750℃，垃圾气化后形成的可燃气体进入旋风炉(6)，在燃烧器(5)燃烧煤粉的助燃下，旋风炉(6)内炉温加热到1400～1650℃，使从流化床气化炉(1)带入的飞灰在高温下迅速熔化并流入旋风炉(6)下部的熔渣池(8)中，旋风炉(6)内的空气过剩系数控制在0.8～0.95，飞灰中的重金属成分在还原性气氛下被还原为液态金属从熔渣池(8)的底部的金属出口(9)排出，液态熔渣从熔渣排出口(10)排出，流化床气化炉(1)产生的二噁英在旋风炉(6)内被彻底分解，旋风炉(6)排出的烟气进入燃尽室(12)内，在温度为1000℃的燃尽室(12)上部区间内通过喷口(13)喷入氨水或尿素水溶液进行高温选择性非催化脱氮，烟气通过燃尽室(12)后进入尾部烟道(18)，通过过热器(15)、省煤器(16)和空气预热器(17)吸热后进入尾部烟气净化处理设备。
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