CN101349429A - 湿垃圾、生产余料或其它剩余物质的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及含有天然有机和/或合成有机成分的湿垃圾、生产余料及其它剩余物质的热处理方法。本发明提出一种机械的多级垃圾热处理方法，它与传统的常规燃料燃烧式发电设备联合使用。在这两种设备之间，以节约常规燃料为目的进行物质流和能量流的交换。在本发明中，以机械方式预粉碎平均颗粒尺寸在200毫米以上的粗碎散混合物，平均颗粒大小不到200毫米的预粉碎的细粒混和物在含水率高于50重量％的情况下被机械脱水，以机械方式预脱水的混和物在单独的干燥装置中借助水蒸汽被干燥到剩余含水率低于10重量％，被干燥的混合物在单独的装置中通过热解在250℃至650℃范围内被分离为固相(焦炭)和气相(热解气)，使热解气在多孔燃烧器中燃烧，所产生的热气以热风形式输入用于固体燃料的发电设备的燃烧室中。

Description

湿垃圾、生产余料或其它剩余物质的热处理方法

技术领域

本发明涉及含有天然有机物成分或合成有机物成分的湿垃圾、生产余料或其它剩余物质的热处理方法。

背景技术

含有机成分的垃圾的热处理方法在很久以前就成为现有技术。在传统的垃圾焚烧过程中，成块垃圾在带炉篦的燃烧室装置中按照超化学计量方式被焚烧。处理的目的在于尽可能有效减小垃圾体积，以便在燃烧余渣中留下尽可能少的可氧化有机物(TOC)。在留下少量可氧化有机物的情况下，一方面能在将燃烧余渣堆放于垃圾场时减少占地，同时另一方面消除了垃圾场释放气体的危险。

垃圾焚烧是一个比较复杂的过程，在这个过程中，多个工序如干燥、干馏、气化以及氧化是相互交叠的。由于焚烧过程是在空气过剩量高的情况下进行的，所以附带产生大量的、必须通过很费事的作业来净化的烟道气流。在存在有机物垃圾的情况下，燃烧过程一般以释放热能的方式进行。垃圾热力发电设备借助蒸汽涡轮机由热能产生电能。由于受平均每年只有7500工作小时的设备可用性的限制，垃圾热力发电设备绝无法完全等价代替传统的煤炭火力发电设备。因此，将垃圾热力发电设备并入供电网的缺点在于，总是要由并网中的其它发电设备预留出相应的、不得不临时动用的平衡储备。

此外，垃圾只被干燥、干馏以及气化的垃圾热处理方案是众所周知的。在WO 00/13811中描述了一种通过蒸发和干燥将固态垃圾或液态垃圾分离为固相和液相的方法。这个分离过程明显是能量集约的，因而从经济角度考虑是不可取的，这是因为垃圾所含能量未被用于抵补蒸发热或干燥热。

在同样已知的热解方法中提供了众多的能量利用可能性。在热解作业中，垃圾在排除空气的情况下被干馏。处理的结果就是出现了高热值的热解气以及适用作固体燃料的热解焦炭。在EP 02016462中举例说明了这种热解方法。热解气含有气态碳氢化合物，气态碳氢化合物的一部分在冷却时被冷凝液化。热解气中的可冷凝成分被称作热解油。假定热解油要被用作用于生产有机化工原料的原材料，热解油因其异质组成而迄今尚无法付诸实践。

作为用于实现热解的热解装置，主要采用带有热套的转筒。压煮器的使用并不常见。热解过程是吸热过程，就此而言需要输入热能。为了弥补热能，通常使热解气燃烧。由于含有氧成分，燃烧气体不能被直接用于加热待热解的垃圾混合物。因此，转筒原则上被间接加热。

根据所投入的垃圾物质的不同，在热解处理中在焦炭馏分中含有或多或少的无机物。可用作原料的物质如金属就属于此。因此，热解方法被用于分离出金属化合物。根据DE 4209549所述的方法，分离出金属后留下的焦炭物质被送入气化器，气化器优选呈流动气化器的形式。气化单元在还原状态下运行。在这种情况下，产生以一氧化碳和氢气作为高热值成分的合成气体。EP 0545241和EP0563777公开了结合热解和气化的相似方法。该结合方法的缺点在于，这两个彼此逻辑关联的作业在工艺流程方面是复杂的，而且难于控制。此外，人们要求继续处理合成气体，这导致更加复杂和额外支出。

发明内容

所有上述方法的共同点在于，它们从本身来看不是令人满意的总体方案，而这样的总体方案一方面应能在合理的工艺成本的情况下保证含有机成分的湿垃圾被有序无害地处理，此时能最佳利用所含能量并挑走可用的所含无机物，另一方面应能被有利地并入供电系统中。

针对上述现有技术的问题背景，本发明的目的是提供一种用于含有机成分的垃圾的、灵活的且经济上可承受的热处理方法，该热处理方法不仅能实现可用材料成分的分离，而且能在最佳性判据下实现能量利用，并且该方法能被毫无问题地合并到与传统发电设备联合的供电联合中。

为了实现上述目的，本发明提供一种含有天然有机和/或合成有机成分的湿垃圾、生产余料以及其它剩余物质的热处理方法，其特征是，

a)以机械方式将平均颗粒尺寸在200毫米以上的粗碎散混合物预粉碎，

b)已预粉碎的以及平均颗粒大小不到200毫米的细粒混和物在含水率为50重量％以上的情况下以机械方式被脱水，

c)或许以机械方式经过预先脱水的混和物在单独的干燥装置中借助水蒸汽被干燥到剩余含水率为10重量％以下，

d)干燥过的混合物在一个单独的装置中通过在250℃至650℃温度范围内的热解被分离为固相(焦炭)和气相(热解气)，

e)使热解气在多孔燃烧器中燃烧，所产生的热气作为燃烧空气被输入用于固体燃料的发电设备的燃烧室中，

f)焦炭通过小于或等于20毫米的筛孔被分选，

g)焦炭的细粒组分与发电设备的常规燃料混合，然后作为混合物被用在发电设备中，该混合物中的焦炭含量为至少5重量％且最高20重量％，

h)焦炭的粗粒组分被冷却、磨碎并且在一个多级作业中被分离出含铁金属和有色金属，

i)由发电设备产生的部分热能以蒸汽或空气的形式被送入干燥装置和/或热解装置中。

在上述方法中，部分热解气被用于产生干燥过程用的热蒸汽。此外，部分热解气被用于产生热解过程用的热蒸汽或者热空气。根据本发明，在多孔燃烧器中燃烧之前，热解气中的可冷凝成分被分离出来。在多孔燃烧器中燃烧之前，可以先从热解气中分离出颗粒状固体物质。对此使用漩涡除尘器，用于从热解气中分离出颗粒状固体物质。在本发明中，热解气以及所制备的焦炭的能量利用在煤炭火电设备中完成。根据本发明，从多孔燃烧器中出来的气体在进入发电设备的燃烧室之前借助化学吸附被除去了酸性成分。此外，从该多孔燃烧器中出来的气体在进入发电设备的燃烧室之前与较冷的含氧空气混合。在这里，从该多孔燃烧器中出来的气体通过不同的加料地点被输入发电设备的燃烧室中。多孔燃烧器可以由至少两个不同的固体散料堆积层组成。本发明规定，热解气在进入多孔燃烧器之前先在一个单独的混合装置中与含氧的燃烧空气混合。在进入多孔燃烧器之前，液态和/或气态的碳氢化合物优选被输入热解气中。为了启动多孔燃烧器以及热解装置，各使用一个辅助烧嘴。根据本发明的一个实施例，热解气可以绕过多孔燃烧器，被直接输入发电设备的燃烧室中。在被输入发电设备的燃烧室之前，由焦炭和常规燃料组成的混合物被压实。细粒煤炭可以作为添加剂被投入热解作业中。

在本发明的方法中，热解焦炭的细粒组分在与发电设备的常规燃料的混合之前被暂时存放起来。而且，热解焦炭的粗粒组分在水力除渣装置中被冷却。在这里，热解焦炭的粗粒组分可以在旋转冲击磨碎机中被磨碎。热解焦炭的粗粒组分中的含铁成分在进入磨碎机之前被手工挑拣出来和/或借助分离器被分拣出来。在所配置的磨碎机中完成金属的球化。磨碎的热解焦炭在使用空气分离炉的情况下被继续加工。磨碎的并除去了含铁金属和或许其它的无机成分的热解焦炭粗粒组分也与常规物质混合并被输入发电设备的燃烧室中。本发明规定，热解在转筒式炉中进行。另外，来自发电设备的烟道气净化残余物被投入到热解作业中。除去了金属的焦炭干馏物被磨碎，然后以烟道尘的形式被输入发电设备的燃烧室中。在本发明中，热解可以在500℃到550℃的温度范围内进行。而且，热解优选在低压下进行。所排出的焦炭的部分物料可以被重新输入热解处理作业中。

具体实施方式

本发明从以下实情出发，即，由于设备的可用性有限，所以用于垃圾发电的热力设备不可能是利用常规燃料来运转的常见的发电设备的等价替代品。因此，本发明的一个主要特征是，垃圾热处理设备与以煤、木材或其它常规燃料为基础燃烧的火电设备联合，其中在在两个设备之间，以适当的方式进行物质流和能量流的交换。仅通过这样的联合，就能保证垃圾热处理设备被顺利整合到供电联合中的指标，其原因在于，在垃圾处理设备轮换停工或意外停工时，能量需求总是能通过传统的火电设备得到保障。

本发明方法的另一个标志性特征是，含有机成分的垃圾在不同装置中经过多级热处理。要处理的垃圾不仅可能是块状的，而且可能含有较多的水。与垃圾特性相关地，按照本发明，在热处理之前进行不同的预处理步骤。为了达到均匀化以及标准化的目的，以机械方式粉碎平均颗粒尺寸在200毫米以上的垃圾混合物。为了在随后的垃圾热分解过程中能出现成分确定的工作气体，如果垃圾的含水率高于10％，就干燥垃圾。垃圾混合物的干燥还带来以下优点，即，在接下来的处理中可以使用尺寸小得多的装置。垃圾如含水量为50重量％的油漆沉渣将在热干燥前以机械方式借助滗析器、水力旋流器、过滤层状压力机或者其它传统的固液分离装置被脱水。根据本发明，真正的热干燥是借助水蒸汽实现的。利用水蒸汽的干燥器与常见的空气对流干燥相比具有许多优点。与空气相比，水蒸汽具有高许多的比热容，因而能实现干燥时间的缩短。此外，不会附带产生必须在现有的易挥发的有机碳氢化合物(VOC)中被进一步处理的废气。在空气干燥时，温度必须被限制在150℃，其原因是，在较高的温度下会出现垃圾混合物不可控自燃的危险。与此相反，利用水蒸汽的干燥器允许温度升高至250℃左右，由此能明显改善干燥作业的效率。带式干燥器以及单通道式或多通道式转筒干燥器适用作用于实施干燥的装置。

根据本发明，或许经过预处理的垃圾混合物或者能直接处理的、以颗粒尺寸和残余水分足够小为特征的垃圾混合物将接受热解处理。为此，垃圾被送入热解装置中并在隔绝空气的情况下在300℃到650℃的温度范围内且优选为550℃被加热。优选采用外加热式转筒作为热解装置。转筒适当地在负压较小的情况下运转，因而工作气体不会逸漏到大气中。在上述温度的影响下，发生垃圾混合物的分解，分解以释放出高热值的热解气为特征。热解气在高于蒸气状碳氢化合物成分的凝结温度下通过绝热导管被抽排走并被输入到多孔燃烧器中。在进入多孔燃烧器之前，将可能存在于热解气中的固体颗粒物分离出来是适当的。热气漩涡除尘器适用作分离器。

在多孔燃烧器中，热解气的反应是在不断加入空气的情况下实现的。为了提高燃烧过程的效率，使这两股气流在预混室中彻底混合是有利的。或者，热解气流可以与含碳氢化合物的废气流或流态垃圾如残油混合，以便在多孔燃烧器中共同接受处理。

多孔燃烧器由至少两个具有不同孔隙率的可流通的固体物质层构成。由耐火耐蚀的陶瓷材料构成的散料堆积层或泡沫形成该固体物质层。与发生燃烧的随后的反应区相比，在气流方向上处于第一的第一层(预热区)具有小得多的微孔。由于预留了预热区，所以防止了火焰反窜。多孔燃烧器与传统燃烧器的自由火焰相比带来以下优点，即，有效利用了固体物质层的热传导和热辐射，因而燃烧室可以被设计得小许多。此外，短暂的启停时间以及相对气体组成波动和流动速度波动的稳定性是有利的。本发明的方法是这样设计的，从多孔燃烧器中出来的富氧热气直接作为能量载体被输入用常规燃料运转的传统发电设备的燃烧室中。必要时，热气在被输入发电设备之前借助化学吸附固定床过滤装置被净化，以便分离出酸性物质如HCl或HF。

根据本发明，残留在热解装置中的固态热解焦炭首先通过筛分被分成两部分。筛孔范围被定为8毫米到20毫米。细粒组分与发电设备的常规燃料混合并作为混合物被送入发电锅炉中。燃料混合物中的焦炭成分至少为5重量％，最高为20重量％。热解残余物的粗粒组分首先优选在水力除渣装置中被冷却，然后，在事先分离出粗块含铁金属之后在磨碎机中被磨碎。随后，物料经过其它的传统装置，以便分离出含铁金属和有色金属。在这种情况下，含铁成分能借助磁选机被分选出来，有色金属能借助涡旋分离器被分离出来。对本发明的垃圾热解预处理有利的情况是，由于缺少氧气和水，所以垃圾混合物所含的金属不会发生氧化反应。为了提高有色金属的分离效率，采用旋转冲击磨碎机或在磨碎过程中产生金属小球的其它适当的粉碎装置，用于分解热解焦炭。除所提到的金属分选机外，或许会采用分级装置如空气分离炉，用于进行大规模的热解焦炭的处理以及金属和无机成分如砂子、玻璃等的分离。除去了不可燃成分的制备残余物也适于在发电设备中一起燃烧。

输入加热热能对干燥装置和热解装置的运转是必需的。根据本发明，通过相邻的发电设备以蒸汽或热空气的形式来抵补所需的加热热能。只是对于启动过程来说，在干燥装置和热解装置中分别预留有燃油式辅助烧嘴或燃气式辅助烧嘴。

本发明的方法适用于含有机成分的大量湿垃圾混合物的能量利用。该方法在对由有机-无机金属混合物组成的垃圾的处理方面非常有优势。来自造纸工业的废弃物、残余电缆、废旧轮胎、用过的复合材料包装、来自报废汽车处理的粉碎残余物以及一切普通的废旧元件和在塑料/金属复合材料中的工件(如电器件或者电子器件的下脚料)都属于此类垃圾。

Claims (30)

1.一种含有天然有机和/或合成有机成分的湿垃圾、生产余料以及其它剩余物质的热处理方法，其特征是，

j)以机械方式将平均颗粒尺寸在200毫米以上的粗碎散混合物预粉碎，

k)已预粉碎的以及平均颗粒大小不到200毫米的细粒混和物在含水率为50重量％以上的情况下以机械方式被脱水，

l)或许以机械方式经过预先脱水的混和物在单独的干燥装置中借助水蒸汽被干燥到剩余含水率为10重量％以下，

m)干燥过的混合物在一个单独的装置中通过在250℃至650℃温度范围内的热解被分离为固相(焦炭)和气相(热解气)，

n)使热解气在多孔燃烧器中燃烧，所产生的热气作为燃烧空气被输入用于固体燃料的发电设备的燃烧室中，

o)焦炭通过小于或等于20毫米的筛孔被分选，

p)焦炭的细粒组分与发电设备的常规燃料混合，然后作为混合物被用在发电设备中，该混合物中的焦炭含量为至少5重量％且最高20重量％，

q)焦炭的粗粒组分被冷却、磨碎并且在一个多级作业中被分离出含铁金属和有色金属，

r)由发电设备产生的部分热能以蒸汽或空气的形式被送入干燥装置和/或热解装置中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，部分热解气被用于产生干燥过程用的热蒸汽。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，部分热解气被用于产生热解过程用的热蒸汽或者热空气。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，在多孔燃烧器中燃烧之前，热解气中的可冷凝成分被分离出来。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征是，在多孔燃烧器中燃烧之前，从热解气中分离出颗粒状固体物质。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征是，使用漩涡除尘器，用于从热解气中分离出颗粒状固体物质。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征是，热解气以及所制备的焦炭的能量利用在煤炭火电设备中完成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征是，从多孔燃烧器中出来的气体在进入发电设备的燃烧室之前借助化学吸附被除去了酸性成分。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征是，从该多孔燃烧器中出来的气体在进入发电设备的燃烧室之前与较冷的含氧空气混合。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征是，从该多孔燃烧器中出来的气体通过不同的加料地点被输入发电设备的燃烧室中。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征是，该多孔燃烧器由至少两个不同的固体散料堆积层组成。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征是，热解气在进入多孔燃烧器之前先在一个单独的混合装置中与含氧的燃烧空气混合。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征是，在进入多孔燃烧器之前，液态和/或气态的碳氢化合物被输入热解气中。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征是，为了启动多孔燃烧器以及热解装置，各使用一个辅助烧嘴。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征是，热解气绕过多孔燃烧器，被直接输入发电设备的燃烧室中。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征是，在被输入发电设备的燃烧室之前，由焦炭和常规燃料组成的混合物被压实。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其特征是，细粒煤炭作为添加剂被投入热解作业中。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其特征是，热解焦炭的细粒组分在与发电设备的常规燃料的混合之前被暂时存放起来。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其特征是，热解焦炭的粗粒组分在水力除渣装置中被冷却。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其特征是，热解焦炭的粗粒组分在旋转冲击磨碎机中被磨碎。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其特征是，热解焦炭的粗粒组分中的含铁成分在进入磨碎机之前被手工挑拣出来和/或借助分离器被分拣出来。

22.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其特征是，在所配置的磨碎机中完成金属的球化。

23.根据权利要求1至22中任一项所述的方法，其特征是，磨碎的热解焦炭在使用空气分离炉的情况下被继续加工。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的方法，其特征是，磨碎的并除去了含铁金属和或许其它的无机成分的热解焦炭粗粒组分也与常规物质混合并被输入发电设备的燃烧室中。

25.根据权利要求1至24中任一项所述的方法，其特征是，热解在转筒式炉中进行。

26.根据权利要求1至25中任一项所述的方法，其特征是，来自发电设备的烟道气净化残余物被投入到热解作业中。

27.根据权利要求1至26中任一项所述的方法，其特征是，除去了金属的焦炭千馏物被磨碎，然后以烟道尘的形式被输入发电设备的燃烧室中。

28.根据权利要求1至27中任一项所述的方法，其特征是，热解在500℃到550℃的温度范围内进行。

29.根据权利要求1至28中任一项所述的方法，其特征是，热解在低压下进行。

30.根据权利要求1至29中任一项所述的方法，其特征是，所排出的焦炭的部分物料被重新输入热解处理作业中。