CN101294708A - 城市生活垃圾流化床气化燃烧处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是城市生活垃圾流化床气化燃烧处理方法。流化床垃圾焚烧炉(4)的炉膛由低温气化区和高温燃烧区两部分组成，向焚烧炉(4)内加入石灰石、高岭土等添加剂(f)，可实现炉内脱除氯、硫、氮等酸性气体，控制炉内二恶英生成。利用水冷螺旋冷渣器(5)和振动筛(6)可有效减少炉渣热损失和回收床料。整个系统无需添加辅助燃料，具有安全可靠、无臭气排放、投资和运行费用低、二次污染物排放少、发电效率高等特点。

Description

城市生活垃圾流化床气化燃烧处理方法
技术领域
本发明涉及一种城市生活垃圾流化床气化燃烧处理方法，属于城市生活垃圾焚烧处理技术领域。
背景技术
据统计，我国城市生活垃圾产量每年以8-10％的速度增长，垃圾处理问题日益显著。城市生活垃圾的处理处置技术主要有三种：垃圾卫生填埋、垃圾堆肥和垃圾焚烧。垃圾卫生填埋技术最为成熟，但可供填埋的土地资源紧缺，后期维护费用高；垃圾堆肥技术较为成熟，但产品中重金属含量高，潜在危害大，销路不畅；垃圾焚烧技术有着卓越的减容效果，可彻底消灭有害病菌，并可利用余热发电或供热，最为切合垃圾处理的无害化、减量化和资源化原则，是新技术研发与产业化的热点。
垃圾焚烧应用较多的有机械炉排焚烧炉、回转窑式焚烧炉和流化床焚烧炉。目前，以机械炉排焚烧炉为代表的垃圾焚烧技术已比较成熟，并在应用中取得了良好的效益。炉排焚烧炉注重炉排的设计，拥有并列摇动式、逆动式、台阶往复式等多种炉排形式，但垃圾燃烧依然属于层燃方式，燃烬时间长，布风不均，过量空气系数大，污染物的控制与脱除成本较高，而且活动炉排设计复杂，制造成本高。回转窑焚烧炉通常包括垃圾接纳储存、进料、炉体、废热回收和二次污染控制等部分。窑身为一维倾斜布置、低速回转的圆筒，垃圾从高端送入，在筒内翻转燃烧，直至燃烬从下端排出；回转窑燃料适应性广，可焚烧不同性能的废弃物，并能长时间连续运行；但是回转窑对含水量高、热值低的垃圾焚烧时存在一定的问题，并且回转窑的处理量不是很大，设备的密封性要求高，设备昂贵，成本高，经济性能并不被看好。
由于流化床具有燃烧效率高、温度场均匀、结构紧凑、处理量大等优点，适合处理水分含量高，热值低的垃圾，在我国垃圾焚烧领域受到了广泛的重视。在流化床焚烧炉内，垃圾从流化床的上部或者侧部与流化载体呈一定的比例一起送入炉膛，发生激烈的翻腾和不断的循环流动。垃圾在流化床内处于流化燃烧，垃圾与空气充分接触，燃烧较完全。
目前，流化床焚烧技术主要采用的技术有两类：①垃圾在流化床内，在充足的氧气气氛下直接燃烧。②垃圾先在流化床气化炉还原气氛下低温气化，产生可燃气和铁、铝等金属残留物，然后将可燃组分在旋风熔融炉内高温熔融。流化床单炉直接燃烧工艺必须有较高的炉膛温度，会将垃圾中的重金属氧化，无法实现炉内深度脱氯，不利于重金属回收利用，而且会产生二恶英类有机污染物，污染环境。气化熔融工艺相对比较复杂，国外的技术对垃圾成分和热值要求很高，难以在我国推广应用；国内的技术尚未成熟。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种城市生活垃圾流化床气化燃烧处理方法，将一个流化床焚烧炉炉膛分为低温气化区和高温燃烧区两个区域，实现垃圾的分级转化，抑制二次污染物的生成，达到垃圾减量化、无害化、资源化的处理目的。
技术方案：本发明的城市生活垃圾流化床气化燃烧处理方法为：
流化床焚烧炉的炉膛由低温气化区和高温燃烧区组成；从空预器过来的热空气分成两部分：一部分经过风室从布风板进入焚烧炉气化区；另一部分作为燃烧区的燃烧空气；添加剂料仓中的添加剂通过回料器加入流化床焚烧炉气化区；流化床焚烧炉顶部出来的高温烟气进入旋风分离器，分离下来的颗粒由回料器重新进入流化床焚烧炉；焚烧炉底部排出的热炉渣经过水冷螺旋冷渣器后，进入振动筛分选出细颗粒和粗颗粒，细颗粒由喷射器重新送回流化床焚烧炉，粗颗粒进入密封水槽；垃圾干燥器和流化床焚烧炉之间采用有机热载体作为热交换介质；蒸发受热面布置于炉膛燃烧区，旋风分离器出来的高温烟气依次通过过热器、有机热载体加热器、省煤器、空预器、除尘器、引风机后，最终由烟囱排出；过热器产生的过热蒸汽用于汽轮发电机发电。
流化床焚烧炉的炉膛分为低温气化区和高温燃烧区两段，气化区温度为600-700℃；燃烧区温度为850-950℃。
水冷螺旋冷渣器出口炉渣温度为200℃以下，水冷螺旋冷渣器产生的热水作为除氧器补充水。
流化床焚烧炉的床料为河沙、石英沙、燃煤底渣中的一种，添加剂为石灰石、或高岭土，有机热载体为导热油、联苯的混合物。
流化床焚烧炉的布风板为倾斜布风板，倾斜角度为5-20°。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点有：
(1)二恶英近零排放——采用气化和燃烧分级转化技术，向焚烧炉内加入石灰石，在低温气化区域内实现深度脱氯，在高温燃烧区内延长烟气停留时间(2s以上)，有效抑制二恶英的生成和排放。
(2)垃圾焚烧炉运行安全稳定——向焚烧炉内加入石灰石、高岭土等添加剂，可实现炉内脱除酸性气体，另外采用分级供风，有效地抑制NOX生成，从而本发明能有效的解决焚烧炉受热面的高低温酸性腐蚀问题，大大提高焚烧炉安全性能。
(3)供电效率高——由于焚烧炉内能深度脱除氯、硫、氮等酸性气体，本发明的焚烧炉可产生高温或中温的过热蒸汽，从而提高了焚烧炉发电效率，发电效率可达25％以上。
(4)有效回收金属和无机非金属资源——在低温气化区内绝大多数重金属不会被氧化和挥发，对炉渣进行分选，可对炉渣中的床料、重金属等进行资源化回收。
(5)投资和运行成本低——在单炉内实现垃圾分级转化，锅炉制造成本低；通过在焚烧炉内抑制污染物排放，从而减轻了尾部废气处理装置的负担，降低了运行成本。焚烧炉内无需添加辅助燃料(如煤、柴油等)即可实现垃圾稳定燃烧。
(6)垃圾适应性广——焚烧炉产生的部分热量用来干燥垃圾，提高了入炉垃圾热值。本发明对我国高水分、低热值的垃圾特别适用。
附图说明
图1是城市生活垃圾流化床气化燃烧处理方法示意图，其中有：破碎机1、干燥器2、皮带轮输送机3、流化床焚烧炉4、螺旋加料器4-1、旋风分离器4-2、回料器4-3、添加剂料仓4-4、倾斜布风板4-5、风室4-6、蒸发受热面4-7、水冷螺旋冷渣器5、振动筛6、密封水槽7、喷射器8、有机热载体加热器9、螺旋排灰机10、过热器11、省煤器12、空预器13、除尘器14、引风机15、烟囱16、送风机17、汽轮发电机18、循环泵19、增压风机20。其中还包括城市生活垃圾a、冷空气b、热空气c、过热蒸汽d、炉渣e、添加剂f、高温烟气g、飞灰h、有机热载体i。
具体实施方案
本发明的垃圾气化燃烧方法为：
(1)流化床焚烧炉分为气化区和燃烧区，炉膛下部的密相区为气化区，炉膛上部的稀相区为燃烧区。垃圾通过加料口加入流化床密相区内。流化床内存有大量的惰性床料，能够迅速加热新进炉的垃圾使其达到气化反应温度，其蓄热功能还可减小由于加料不均匀、垃圾种类和水分变化引起的炉内温度波动。
(2)垃圾在低温气化区(600-700℃)进行气化，在气化区的还原性气氛和低温下，金属的氧化和挥发得到了有效的抑制；通过加入石灰石等添加剂，能够高效脱除硫、氯、氟等污染物，特别是深度脱氯之后，可以防止过热器金属材料的高温腐蚀，因此可以采用常规材料制造锅炉的过热器等高温受热面，大大节省投资费用，并实现高效发电。
(3)低温气化区产生的可燃成分(含可燃气和残炭)进入高温氧化区(850-950℃)，完全燃烧，烟气在高温区停留2s以上，促使二恶英及其前驱物完全裂解，二恶英排放控制在0.1TEQ-ng/Nm3以下。
(4)蒸发受热面布置于炉膛燃烧区，尾部烟道分别布置过热器、有机热载体加热器、省煤器、空预器。空预器出来的烟气经过除尘器、引风机后，从烟囱排空。锅炉产生的高温或中温过热蒸汽进入汽轮发电机并网发电。
(5)空气在空预器中预热到300-400℃后分成两部分：一部分通入风室，通过布风板进入还原区，为气化区提供有限的氧气；一部分作为氧化区的燃烧风，为气化区产生的可燃成分的燃烧提供充足的氧气。
(6)为了方便大块炉渣从焚烧炉底部排出，焚烧炉布风板设计为倾斜结构，倾斜角度为5-20°。
(7)为了充分利用热炉渣显热并防止焚烧炉底部漏风或可燃气泄漏，冷渣器采用水冷螺旋冷渣器，冷渣器与焚烧炉热力系统相连，冷渣器产生的热水作为除氧器补充水，从而减少焚烧炉炉渣热损失。
(8)冷渣器排出的炉渣进入振动筛，分选出的细颗粒作为焚烧炉床料由喷射器重新送回焚烧炉，实现床料回收利用。大块炉渣进入水槽，由捞渣器捞出后，以供它用。
(9)为了减少入炉垃圾的热值对焚烧炉的影响，提高焚烧炉对垃圾的适应性，垃圾进入焚烧炉前先进行预干燥处理。目前垃圾干燥介质主要有热烟气、高温水蒸气、有机热载体(如导热油、联苯混合物等)等，考虑到有机热载体具有热容量大、体积流量小、运行压力小等特点，本发明采用有机热载体作为传热介质，有机热载体在焚烧炉尾部受热面受热后，进入垃圾干燥器内放出热量，之后由循环泵重新进入垃圾焚烧炉尾部受热面。
(10)垃圾堆放、破碎和干燥过程中产生的臭气由增压风机送入焚烧炉，整个系统无臭气排放。
具体方法为：
城市生活垃圾a经破碎机1和干燥器2后，由螺旋加料器4-1加入流化床焚烧炉4下部密相区，发生气化反应，气化温度为600-700℃。垃圾气化产生的可燃成分进入流化床稀相区，发生燃烧反应，燃烧温度为850-950℃。从空预器13过来的热空气c分成两部分：一部分作为气化区的气化剂，经过风室4-6从倾斜布风板4-5进入焚烧炉密相区；一部分作为氧化区的燃烧空气，从焚烧炉中部进入焚烧炉4。添加剂料仓4-4中的添加剂f通过回料器4-3加入焚烧炉4，用以在焚烧炉内脱除硫、氯、氟等污染物。流化床焚烧炉4顶部出来的高温烟气g进入旋风分离器4-2，分离下来的颗粒由回料器4-3重新进入焚烧炉4。
焚烧炉底部排出的热炉渣经过水冷螺旋冷渣器5后，由振动筛6分选出细颗粒和粗颗粒，细颗粒作为焚烧炉床料由喷射器8重新送回焚烧炉4；粗颗粒进入密封水槽7。垃圾堆放、破碎和干燥过程中产生臭气由增压风机20送入焚烧炉4。有机热载体i在有机热载体加热器9内加热后，进入干燥器2对垃圾进行干燥，之后由循环泵19重新进入有机热载体加热器9。
焚烧炉4出来的高温烟气g依次通过过热器11、有机热载体加热器9、省煤器12、空预器13、除尘器14、引风机15后，最终由烟囱16排出。过热器11产生的过热蒸汽d用于汽轮发电机18发电。

Claims (5)

1.一种城市生活垃圾流化床气化燃烧处理方法，其特征在于该方法为：
流化床焚烧炉(4)的炉膛由低温气化区和高温燃烧区组成；从空预器(13)过来的热空气(c)分成两部分：一部分经过风室(4-6)从布风板(4-5)进入焚烧炉气化区；另一部分作为燃烧区的燃烧空气；添加剂料仓(4-4)中的添加剂(f)通过回料器(4-3)加入流化床焚烧炉(4)；流化床焚烧炉(4)顶部出来的高温烟气(g)进入旋风分离器(4-2)，分离下来的颗粒由回料器(4-3)重新进入流化床焚烧炉(4)；焚烧炉底部排出的热炉渣经过水冷螺旋冷渣器(5)后，进入振动筛(6)分选出细颗粒和粗颗粒，细颗粒由喷射器(8)重新送回流化床焚烧炉(4)，粗颗粒进入密封水槽(7)；垃圾干燥器(2)和流化床焚烧炉(4)之间采用有机热载体(i)作为热交换介质；流化床焚烧炉(4)出来的高温烟气(g)依次通过过热器(11)、有机热载体加热器(9)、省煤器(12)、空预器(13)、除尘器(14)、引风机(15)后，最终由烟囱(16)排出；过热器(11)产生的过热蒸汽(d)用于汽轮发电机(18)发电。
2.根据权利要求1所述的城市生活垃圾流化床气化燃烧处理方法，其特征在于流化床焚烧炉(4)的炉膛分为低温气化区和高温燃烧区两段，气化区温度为600-700℃，燃烧区燃烧温度为850-950℃。
3.根据权利要求1所述的城市生活垃圾流化床气化燃烧处理方法，其特征在于水冷螺旋冷渣器(5)出口炉渣温度为200℃以下，水冷螺旋冷渣器(5)产生的热水作为除氧器补充水。
4.根据权利要求1所述的城市生活垃圾流化床气化燃烧处理方法，其特征在于流化床焚烧炉(4)的床料为河沙、石英沙、燃煤底渣中的一种，添加剂(f)为石灰石或高岭土，有机热载体(i)为导热油或联苯的混合物。
5.根据权利要求1所述的城市生活垃圾流化床气化燃烧处理方法，其特征在于流化床焚烧炉(4)的布风板为倾斜布风板(4-5)，倾斜角度为5-20°。
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