CN101642767A - 垃圾无害化处理和发电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种垃圾无害化处理和发电系统及方法，垃圾在垃圾集坑滤水后，经抓斗式提升机、强力破碎装置、隧道式烘干装置、密封式喂料装置，送入焚烧炉，固体有机垃圾和隧道式烘干装置产生有害蒸汽，在三段式直立流化焚烧炉经1300℃的高温处理后排放，二噁英大大减少，并可使固形的有机垃圾减量至95％。

Description

垃圾无害化处理和发电系统及方法
技术领域
本发明涉及垃圾处理系统，具体地说，涉及一种有机垃圾无害化发电处理系统及发电方法。
背景技术
目前我国20万人口的城市大约680余座，每年产垃圾近6亿吨，而且随着国家工业化的发展，产生的垃圾数量仍会增加，每年因垃圾填埋的消耗土地达70余万亩。城市垃圾的产生已危害到了人类的生存，在我国，人均可耕地面积相对较少，垃圾的处理在大中型城市中，只有公益化焚烧处理并用以发电的形式回收热能才是唯一合理的技术途径。
世界各国对城市有机垃圾焚烧处理的研究，均属于低温焚烧，用天然气，燃油引燃，为保持炉温稳定在垃圾中掺入定量的煤一同焚烧由于有机垃圾含水量较大，预热及着火这一阶段需耗大量的热能，才能使焚烧炉的稳定运行，而垃圾本身的热值由于热值低且稳定性差，不得不依靠天然气或燃油、人工煤气做辅助热源，导致了运行费用昂贵，形成了城市垃圾处理成本过高的普遍现象。
由于垃圾中水分含量高，辅助热源费用高，运行中炉温低，排出的烟气中二噁英等有害气体及POM气体超量排放，加重了环境的污染。二噁英的产生温度在350℃～800℃之间，低于350℃高于800℃二噁英等有害气体将会得到有效抑制，大大减少。
美国联邦法律规定：  “垃圾焚烧过程中的烟气必须在1000℃以上的高温中停留1秒以上才能排放处理”。该法律规定是针对二噁英(DXN)等多环物(POM)有害气体排放处理的强制性规定。而我国虽目前尚未有这一规定，但对二噁英的危害却是世界所认知的。
目前垃圾焚烧发电处理机械炉排炉，较为成熟通用，但是炉温低、投资大，不能有效杜绝二噁英的产生。
流化床焚烧炉，垃圾需预处理5mm以下，炉温低，垃圾处理不能大型化，日本等国家已在20年前停止采用。仍存在着炉温低，二噁英、多环物污染环境的问题。
发明内容
本发明提供了一种有机垃圾无害化发电处理系统，可把城市有机垃圾在不予分拣的前提情况下进行无害化发电处理，大大减少污染环境的问题。处理过程利用高温焚烧的方式处理垃圾的固形物和废气，高温产生显热以高温蒸汽的形式回收热能用于发电，本发明的垃圾处理系统可以处理包括医疗垃圾、有毒垃圾、有机污泥在内的城市有机垃圾。
为了达到解决上述技术问题的目的，本发明的技术方案是，一种垃圾无害化处理和发电系统，包括垃圾处理装置、粉煤气化装置、焚烧装置、发电装置，以及除尘装置，其特征在于：
所述垃圾处理装置包括提升机、垃圾破碎机、烘干机和垃圾喂料机；
所述粉煤气化包括粉煤气化炉和燃气分配箱，所述粉煤气化炉的煤气出口与所述燃气分配箱的进口连通；
所述焚烧装置为焚烧炉；
所述发电装置包括至少一个锅炉，蒸汽集汽包和蒸汽发电机，所述锅炉产生的蒸汽与所述蒸汽集汽包连通，所述蒸汽集汽包与所述蒸汽发电机的蒸汽系统连通；
所述除尘装置包括至少一个除尘器和烟筒，所述除尘器的出口与所述烟筒连通；
所述垃圾处理装置中的烘干机的垃圾固体物出口与所述焚烧炉炉膛连通；所述燃气分配箱的出口与所述焚烧炉上的至少二个粉煤气化燃烧器连接；所述焚烧炉上的烟气出口与所述锅炉的炉膛连通；所述锅炉的烟气出口与所述除尘装置中的除尘器连通。
所述垃圾处理装置中的烘干机的垃圾固体物出口与所述焚烧炉之间设有防逆式密封垃圾喂料机，隧道式烘干装置上部的蒸汽出口与所述焚烧炉上的垃圾蒸汽入炉口连通，所述蒸汽出口与所述蒸汽入炉口之间设有蒸汽引风机。
所述粉煤气化装置还设有固定床气化炉、除尘防爆装置和磨煤机，所述固定床气化炉的出口与所述除尘防爆装置的进口通过管路连接，所述除尘防爆装置的出口通过管路与所述粉煤气化炉顶部的粉煤气化炉工艺烧嘴连接，所述磨煤机的出口与所述粉煤气化炉顶部连接。
所述焚烧炉为三段式直立流化焚烧炉，所述三段式直立流化焚烧炉具有水夹套、炉膛和固体废渣排除装置，所述炉膛上部和中部为圆形竖管，下部为渐缩管，所述渐缩管为倒锥体，所述三段式直立流化焚烧炉底部为所述固体废渣排除装置，所述水夹套顶部设有蒸汽出口，所述蒸汽出口通过管路与所述蒸汽集汽包连通。
所述渐缩管锥形角度α为10°～30°之间。
所述三段式直立流化焚烧炉共分布设有12个燃烧器，分为3组，每组4个。
所述除尘器为干式除尘器和静电除尘器，所述干式除尘器与所述静电除尘器串联连接，所述静电除尘器与所述烟筒之间设有引风机。
一种垃圾无害化处理和发电的方法，其特征在于，所述方法按下述步骤进行：
①、未经分拣的垃圾，由抓斗式提升机提升到强力破碎机进行破碎，破碎后垃圾进入到隧道式烘干装置中烘干，蒸发的垃圾蒸汽经垃圾蒸汽出口由垃圾蒸汽引风机的作用下进入三段式直立流化焚烧炉，进入三段式直立流化焚烧炉中的气体由煤气焚烧进行高温裂解，在隧道式烘干装置烘干后的固形垃圾，经防逆式密封喂料机送入三段式直立流化焚烧炉中焚烧；
②、三段式直立流化焚烧炉的煤气由粉煤气化炉提供，煤气经燃气分配箱进入粉煤气化燃烧器，垃圾燃烧裂解后的废渣经固体废渣排除装置排出；
③、焚烧炉中产生的高温烟气排向高温高压锅炉，焚烧炉中的水夹套产生蒸汽和高温高压锅炉产生的蒸汽进入蒸汽集汽包，供给蒸汽发电机的蒸汽系统进行发电；
④、高压高温锅炉中产生的烟气和粉尘排到干式除尘器和静电除尘器除尘，除尘后的气体由烟筒排到大气。
所述粉煤气化装置中的所述固定床气化炉的出口与所述除尘防爆装置的进口通过管路连接，所述除尘防爆装置的出口通过管路与所述粉煤气化炉顶部的粉煤气化炉工艺烧嘴连接，由固定床气化炉产生的煤气通过粉煤气化炉工艺烧嘴供给粉煤气化炉气化热源，经磨煤机磨后的煤粉，供给所述粉煤气化炉。
传统的垃圾无害化处理热利用过程中，因垃圾的含水量热值的高低，供量是否平衡，不能保证供热或发电的工艺需求。本发明的技术方案，城市有机垃圾无害化发电处理系统的显著特征在于城市垃圾不需要预分拣、不需要预处理，整个系统包括水分蒸发垃圾预燃，固渣处理完全自动化处理，中间过程无人为操作因素，热源以组合式粉煤气化燃烧系统提供，对垃圾的是否含水量大，供量是否均衡，均不影响发电工艺的运行。经实验表明，废气、废水、废渣能做到98％以上的无害化处理。并实现了处理费用低，发电经济效益明显，环保效果完全达标。
本发明的目的提供一种城市有机垃圾无害化发电处理系统，城市有机垃圾，在垃圾集坑滤水后，经抓斗式提升机、强力破碎装置、隧道式烘干装置、密封式喂料装置，送入焚烧炉，固体有机垃圾和隧道式烘干装置产生有害蒸汽，在三段式直立流化焚烧炉经1300℃的高温处理后排放，二噁英大大减少，可使固形的有机垃圾减量至95％，所有烟气经1300℃的高温裂解处理，处理有机垃圾的热源由组合式粉煤气化燃烧系统提供，产生的高温烟气经多级废热锅炉回收为高温蒸汽用于发电系统。固形的垃圾减量后可作为建筑填埋材料利用。冷却后的烟气经多级干式除尘装置，达环保标准后排向大气。
本发明具有以下优点和积极效果：
1、利用组合式粉煤气化燃烧系统为运行热源，既保证了发电工艺的运行需求，又保证了有机垃圾的无害化处理所需的高温炉温，易启动，较传统垃圾焚烧炉节约50％的运行费用
2、三段式直立流化焚烧炉焚烧工艺，解决了传统垃圾焚烧炉低温运行，不能高温高效运行的技术难题。
3、结构简单，易于维护，运行可靠，降低了造价。
4、可规模化嫁接现有发电厂，减少重复投资。
5、可大幅度调节发电运行负荷。
6、运用组合式粉煤气化燃烧装置“嫁接”城市有机垃圾无害化发电处理系统目前国际上尚无先例。
7、烟气排放易达到环保标准要求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
图1是本发明垃圾无害化处理和发电系统方案图；
1、垃圾集坑；2、抓斗式提升机；3、强力破碎机；4、隧道式烘干装置；
5、隧道式烘干装置蒸汽出口；6、垃圾蒸汽引风机；7、蒸汽入炉口；8、防逆式密封垃圾喂料机；9、三段式直立流化焚烧炉烟气出口；10、粉煤气化燃烧器；11、三段式直立流化焚烧炉；12、鼓风机；13、固体废渣排除装置；14、燃气分配箱；15、汽化炉煤汽出口；16、粉煤气化炉工艺烧嘴；17、粉煤汽化炉；18、磨煤机；19、固定床气化炉除尘防爆装置；20、固定床气化炉热煤气管道；21、固定床气化炉；22、固定床气化炉斜桥上煤机；23、高温高压锅炉；24、高温高压锅炉；25、锅炉排尘器；26、锅炉排尘器；27、锅炉高压蒸汽出口；28、焚烧炉蒸汽出口；29、高压蒸汽集汽包；30、蒸汽发电机的蒸汽系统；31、干式除尘器；32、静电除尘器；33、引风机；34、排烟烟筒。
图2是本发明的三段式直立流化焚烧炉结构图；
8、防逆式密封垃圾喂料机；10、粉煤气化燃烧器；11、三段式直立流化焚烧炉；11-1、水夹套；11-2、安全阀；11-3、渐缩管；α、渐缩管锥形角度；11-4、炉膛；13、固体废渣排除装置；28、焚烧炉蒸汽出口。
具体实施方式
参见图1和图2，本发明的系统包括垃圾处理装置、粉煤气化装置、焚烧装置、发电装置，以及除尘装置。
所述垃圾处理装置包括提升机2、垃圾破碎机3、烘干机4和垃圾喂料机8。所
述烘干机4为隧道式烘干装置。所述隧道式烘干装置4的垃圾固体物出口与所述焚烧炉11之间设有防逆式密封垃圾喂料机8，隧道式烘干装置4上部的蒸汽出口5与所述焚烧炉上的蒸汽入炉口7连通，所述蒸汽出口5与所述蒸汽入炉口7之间设有蒸汽引风机6。
所述粉煤气化装置包括粉煤气化炉17和燃气分配箱14，所述粉煤气化炉17的煤气出口15与所述燃气分配箱14的进口连通；所述粉煤气化装置还包括固定床气化炉21、除尘防爆装置19和磨煤机18，所述固定床气化炉21的出口与所述除尘防爆装置19的进口通过管路连接，所述除尘防爆装置19的出口通过管路与所述粉煤气化炉17顶部的粉煤气化炉工艺烧嘴16连接，所述磨煤机18的出口与所述粉煤气化炉17顶部连接。
所述焚烧炉11为三段式直立流化焚烧炉，所述三段式直立流化焚烧炉11具有水夹套11-1、炉膛11-4和固体废渣排除装置13，所述炉膛11-4上部和中部为圆形竖管，下部为渐缩管11-3，所述渐缩管11-3为倒锥体，焚烧炉11底部为所述固体废渣排除装置13，所述水夹套11-1顶部设有蒸汽出口28，所述蒸汽出口28通过管路与所述蒸汽集汽包29连通。所述渐缩管11-3锥形角度α为10°～30°之间，本实施例选择为18°。所述三段式直立流化焚烧炉11共分布设有12个燃烧器10，分为3组，每组4个相对设置。
所述发电装置包括二个锅炉23、24，蒸汽集汽包29和蒸汽发电机的蒸汽系统30，所述锅炉23、24产生的蒸汽通过蒸汽出口27与所述蒸汽集汽包29连通，所述蒸汽集汽包29与所述蒸汽发电机的蒸汽系统30连通。焚烧炉11的烟气出口9与锅炉23连通。锅炉23、24串联连接。
所述除尘器为干式除尘器31和静电除尘器32，所述干式除尘器31与所述静电除尘器32串联连接，所述静电除尘器32与所述烟筒34之间设有引风机33。所述锅炉23、24的烟气出口与所述除尘装置中的干式除尘器31连通。
采用上述系统进行垃圾无害化处理和发电的方法，所述方法按下述步骤进行：
①、未经分拣的垃圾，经垃圾集坑1滤水后，由抓斗式提升机2提升到强力破碎机3进行破碎，破碎后垃圾进入到隧道式烘干装置4中烘干，隧道式烘干装置4中内蒸发的垃圾蒸汽经垃圾蒸汽出口5由垃圾蒸汽引风机6的作用下进入三段式直立流化焚烧炉11，进入三段式直立流化焚烧炉11中的气体由煤气焚烧进行高温裂解，在隧道式烘干装置4烘干后的固形垃圾，经防逆式密封喂料机8送入三段式直立流化焚烧炉11中焚烧；
②、三段式直立流化焚烧炉11的煤气由粉煤气化炉17提供，煤气经燃气分配箱14进入12个燃烧器10，垃圾燃烧裂解后的废渣经固体废渣排除装置13排出；
③、焚烧炉中产生的高温烟气排向高温高压锅炉23、24，焚烧炉11中的水夹套11-1产生蒸汽和高温高压锅炉23、24产生的蒸汽进入蒸汽集汽包29，供给蒸汽发电机的蒸汽系统30进行发电；
④、高压高温锅炉23、24中产生的烟气和粉尘排到干式除尘器31和静电除尘器32除尘，除尘后的气体由引风机33排至烟筒34再排到大气。
固形物的垃圾在三段式直立流化焚烧炉减量至5％后经焚烧炉底部的排渣装置排除焚烧炉，排出的灰渣为无害化固形物可作用于筑路材料。随烟气运动的粉尘经锅炉底部的排尘器25、26排出，排出粉尘因经过1000℃以上的高温煅烧，可直接作为水泥中做熟料使用。

Claims (9)

1.一种垃圾无害化处理和发电系统，包括垃圾处理装置、粉煤气化装置、焚烧装置、发电装置，以及除尘装置，其特征在于：
所述垃圾处理装置包括提升机、垃圾破碎机、烘干机和垃圾喂料机；
所述粉煤气化装置包括粉煤气化炉和燃气分配箱，所述粉煤气化炉的煤气出口与所述燃气分配箱的进口连通；
所述焚烧装置为焚烧炉；
所述发电装置包括至少一个锅炉，蒸汽集汽包和蒸汽发电机，所述锅炉产生的蒸汽与所述蒸汽集汽包连通，所述蒸汽集汽包与所述蒸汽发电机的蒸汽系统连通；
所述除尘装置包括至少一个除尘器和烟筒，所述除尘器的出口与所述烟筒连通；
所述垃圾处理装置中的烘干机的垃圾固体物出口与所述焚烧炉炉膛连通；所述燃气分配箱的出口与所述焚烧炉上的至少二个粉煤气化燃烧器连接；所述焚烧炉上的烟气出口与所述锅炉的炉膛连通；所述锅炉的烟气出口与所述除尘装置中的除尘器连通。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾无害化处理和发电系统，其特征在于：所述垃圾处理装置中的烘干机的垃圾固体物出口与所述焚烧炉之间设有防逆式密封垃圾喂料机，隧道式烘干装置上部的蒸汽出口与所述焚烧炉上的蒸汽入炉口连通，所述蒸汽出口与所述蒸汽入炉口之间设有蒸汽引风机。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾无害化处理和发电系统，其特征在于：所述粉煤气化装置还设有固定床气化炉、除尘防爆装置和磨煤机，所述固定床气化炉的出口与所述除尘防爆装置的进口通过管路连接，所述除尘防爆装置的出口通过管路与所述粉煤气化炉顶部的粉煤气化炉工艺烧嘴连接，所述磨煤机的出口与所述粉煤气化炉顶部连接。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾无害化处理和发电系统，其特征在于：所述焚烧炉为三段式直立流化焚烧炉，所述三段式直立流化焚烧炉具有水夹套、炉膛和固体废渣排除装置，所述炉膛上部和中部为圆形竖管，下部为渐缩管，所述渐缩管为倒锥体，所述三段式直立流化焚烧炉底部为所述固体废渣排除装置，所述水夹套顶部设有蒸汽出口，所述蒸汽出口通过管路与所述蒸汽集汽包连通。
5.根据权利要求4所述的一种垃圾无害化处理和发电系统，其特征在于：所述渐缩管锥形角度α为10°～30°之间。
6.根据权利要求5所述的一种垃圾无害化处理和发电系统，其特征在于：所述三段式直立流化焚烧炉共分布设有12个燃烧器，分为3组，每组4个。
7.根据权利要求1所述的一种垃圾无害化处理和发电系统，其特征在于：所述除尘器为干式除尘器和静电除尘器，所述干式除尘器与所述静电除尘器串联连接，所述静电除尘器与所述烟筒之间设有引风机。
8.一种垃圾无害化处理和发电的方法，其特征在于，所述方法按下述步骤进行：
①、未经分拣的垃圾，由抓斗式提升机提升到强力破碎机进行破碎，破碎后垃圾进入到隧道式烘干装置中烘干，蒸发的垃圾蒸汽经垃圾蒸汽出口由垃圾蒸汽引风机的作用下进入三段式直立流化焚烧炉，进入三段式直立流化焚烧炉中的气体由煤气焚烧进行高温裂解，在隧道式烘干装置烘干后的固形垃圾，经防逆式密封喂料机送入三段式直立流化焚烧炉中焚烧；
②、三段式直立流化焚烧炉的煤气由粉煤气化炉提供，煤气经燃气分配箱进入燃烧器，垃圾燃烧裂解后的废渣经固体废渣排除装置排出；
③、焚烧炉中产生的高温烟气排向高温高压锅炉，焚烧炉中的水夹套产生蒸汽和高温高压锅炉产生的蒸汽进入蒸汽集汽包，供给蒸汽发电机的蒸汽系统进行发电；
④、高压高温锅炉中产生的烟气和粉尘排到干式除尘器和静电除尘器除尘，除尘后的气体由烟筒排到大气。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述粉煤气化装置中的所述固定床气化炉的出口与所述除尘防爆装置的进口通过管路连接，所述除尘防爆装置的出口通过管路与所述粉煤气化炉顶部的粉煤气化炉工艺烧嘴连接，由固定床气化炉产生的煤气通过粉煤气化炉工艺烧嘴供给粉煤气化炉气化热源，经磨煤机磨后的煤粉，供给所述粉煤气化炉。
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