CN102173614B - 一种垃圾焚烧生产水泥的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种垃圾焚烧生产水泥的方法和装置，装置包括原料制备系统、进料设备、预分解器、分解器、煅烧炉和冷却器，煅烧炉上部设有2～8个垃圾粉料喷嘴。水泥原料进行破碎、均化、配料、磨粉后制成球团。生活垃圾干燥、破碎后用气体输送至煅烧炉中燃烧，煅烧球团或隔烟加热的方式煅烧球团。垃圾燃烧后产生的炉渣直接进入煅烧的水泥原料中或经垃圾炉渣出口到熟料配料/磨粉过程作水泥熟料的混合材料。本发明利用垃圾焚烧产生的热量直接加热煅烧水泥原料，既有效处理了垃圾，又合理利用了垃圾焚烧放出的热能，变废为宝，有利于环保。垃圾炉渣掺入水泥材料中，解决了废渣填埋占地问题和对环境的污染问题。

Description

一种垃圾焚烧生产水泥的方法和装置

技术领域

本发明属于水泥生产技术领域，涉及一种利用垃圾焚烧产生的热量煅烧水泥原料，并且将垃圾炉渣作为水泥混合原料生产水泥的方法和装置。

背景技术

随着经济的高速发展，人民生活水平日益提高，城市固体废物产生量急剧增加。我国城市生活垃圾以每年8％～10％的增长率增加，2002年达1.5亿吨以上，2010年城市生活垃圾的年排放量高达2.1亿吨。急剧增加的城市垃圾的排放已成为制约经济发展的重要因素，对人类的生存环境也构成了威胁，如何经济有效地治理垃圾，防止污染，成为全社会迫切需要解决的热点问题。

对于城市生活垃圾的处理已由过去的简单清除、野外堆放和露天简易填埋等初级处理方式渐渐提高到堆肥发酵、卫生填理、焚烧发电和资源化等高级处理方式。可用垃圾填埋场地的减少、填埋成本的提高，使得垃圾焚烧和综合利用越来越受到重视。利用焚烧城市生活垃圾生产水泥技术成为人们关注的重点，垃圾焚烧产生的飞灰和炉渣做水泥混合组分，对水泥生产过程具有有益的作用，垃圾焚烧过程中所释放的能量，为水泥原料的预热、预分解和煅烧过程提供能量，降低了水泥生产的成本，提高了水泥产量，实现了垃圾处理和水泥生产综合发展。

申请号为200910258960.7的中国发明专利申请公开一种“在水泥干法窑生产中应用的垃圾处理系统及其处理方法”，该专利申请“在水泥干法窑生产中应用的垃圾处理系统，包括垃圾储料仓、垃圾破碎机、垃圾供给装置及干法水泥生产中的分解炉、回转式的水泥窑，垃圾处理系统设垃圾气化燃烧炉，垃圾供给装置与垃圾气化燃烧炉的垃圾进口连通，垃圾气化燃烧炉的排气口通过管道与所述分解炉连通，所述的分解炉的物料出口与所述的水泥窑进料口连通。”该专利申请将垃圾焚烧与回转窑生产水泥过程相结合，利用垃圾焚烧放出的热量煅烧石灰石原料，垃圾不燃物掺入水泥生料中或作为混合材料掺入水泥产品。垃圾焚烧产生的气体在窑内停留时间长，高温下焚烧彻底，完全避免了垃圾焚烧过程中气味的产生，特别是避免了二恶英的产生，减少对环境的污染。但是该技术垃圾焚烧和水泥原料煅烧分别采用单独的系统，并且没有充分利用煅烧后熟料冷却放出的热量。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种垃圾焚烧生产水泥的方法和装置，利用垃圾焚烧直接煅烧水泥原料，煅烧后物料冷却放出的热量用于加热预分解和分解过程的原料，将垃圾焚烧的炉渣直接作为水泥原料的组分或作为混合材料掺入到熟料中。

本发明提供的垃圾焚烧生产水泥的方法为，将水泥原料进行破碎、均化、配料、磨粉后制成球团，通过进料设备将球团依次送入预分解器、分解器进行预分解和分解过程，分解后的球团由原料入口进入煅烧炉中煅烧，完成煅烧后的物料经冷却器冷却后进入熟料配料/磨粉过程和水泥装运过程。生活垃圾干燥、破碎后通过气体输送方式经垃圾粉料喷嘴进入煅烧炉中燃烧，煅烧球团或隔烟加热的方式煅烧球团。垃圾燃烧后产生的炉渣直接进入煅烧的水泥原料中或经垃圾炉渣出口到熟料配料/磨粉过程作水泥熟料的混合材料。冷却器熟料冷却过程放出的热量用于加热分解器和预分解器中的球团。垃圾燃烧产生烟气经蓄热器为助燃空气预热后到排放系统排放。

煅烧炉的煅烧温度为：1350～1900℃，分解器预分解温度为：200～600℃，分解器分解温度为：500～1200℃。

原料为石灰石、砂岩、粘土、石膏、高炉矿渣和垃圾炉渣。以质量百分比计，原料配比为：石灰石40～80％、砂岩0～25、粘土0～25％、石膏0～25％、高炉矿渣0～25％、垃圾炉渣0～40％。所述球团为原料球团或包衣原料球团。原料球团为石灰石、砂岩、粘土、石膏和高炉矿渣磨粉后按工艺要求配料，滚制或压制成球团。所述包衣原料球团为原料球团外部包衣(31)，包衣为石灰石粉末包衣，包衣的厚度为1～8mm，原料球团或包衣原料球团的直径为5～100mm。

为实现上述目的，本发明提供一种垃圾焚烧生产水泥的装置，所述装置为煅烧段、预分解段、分解段和冷却段分开的形式，包括原料制备系统、进料设备、预分解器、分解器、煅烧炉和冷却器，预分解器、分解器和冷却器的出入口设有料锁，煅烧炉出口设有料锁。进料设备与预分解器的进料口连接，预分解器出料口通过物料输送设备连接到分解器的进料口，分解器的出料口通过物料输送设备连接到煅烧炉的原料入口，煅烧炉的出料口通过物料输送设备依次和冷却器连接，冷却器出口依次与熟料配料/磨粉设备和水泥装运过程设备连接。鼓风机出口通过气体管路依次和冷却器、分解器、预分解器连接，各容器间从上部出气口连接到下部进气口，预分解器气体出口经干燥器连接到排放系统。煅烧炉上部设有2～8个垃圾粉料喷嘴，垃圾粉料喷嘴均匀分布在煅烧炉的炉壁上。垃圾入口通过干燥器、粉碎机、粉料输送器和三通阀连接到垃圾粉料喷嘴。所述装置设有两台蓄热器，蓄热器位于煅烧炉的两侧。蓄热器设有两路，一路入口与煅烧炉烟气出口连接，出口通过三通阀、干燥器连接到排放系统，另一路入口通过三通阀连接到鼓风机，出口连接到垃圾粉料喷嘴。

本发明另一方案为，煅烧炉炉膛内设有加热室，加热室的外部为燃烧室，燃烧室的下部设有垃圾炉渣出口，垃圾炉渣出口通过炉渣冷却器连接到熟料配料/磨粉设备，冷却后炉渣用作熟料的混合材料。原料入口连接到加热室，垃圾粉料喷嘴位于燃烧室。

垃圾粉料喷嘴为环形套筒式结构，中心为垃圾粉料通路，周围为空气通路。垃圾粉料喷嘴在煅烧炉的安装方式为，喷出的粉料以炉壁切线形式进入炉膛。煅烧炉外部设有空气分布管，空气分布管的空气接管连接到蓄热器的空气管路，垃圾粉料喷嘴的空气通路与空气分布管连接。垃圾粉料喷嘴设有自动点火设备。

物料输送设备为螺旋输送机、斗式提升机、管链输送机或真空输送机。预分解器、分解器和煅烧炉装有耐火炉衬。水泥装运设备包括袋装水泥包装机、散装水泥装车机和散装水泥运输车。散装水泥运输车为垃圾粉碎/混凝土搅拌车结构。垃圾粉碎/混凝土搅拌车由车身、料仓组成，料仓内设有搅拌/切碎器，料仓的后部设有卸料口。

垃圾粉碎/混凝土搅拌车具有垃圾粉碎功能和混凝土搅拌功能，在水泥厂、垃圾点和施工工地穿梭运行。装垃圾时垃圾粉碎/混凝土搅拌车对垃圾进行切碎，水泥厂排料后对车进行清洗，装入混凝土搅拌站生产出的混凝土，此时车仓内的切碎装置又可变为混凝土搅拌装置。利用垃圾焚烧生产水泥的工厂可以布置在城市的周边，通过垃圾粉碎/混凝土搅拌车在城市居民居住的区域定期收集垃圾，运送至工厂生产水泥，生产出来的水泥与沙石和水按配比装车后，直接进行搅拌运送至建筑工地使用，由于生活区域与施工工地距离较近，优化了水泥和垃圾的输送，节省能源，有利于环境保护。

与现有技术相比，本发明的优点是：①本发明利用垃圾焚烧产生的热量直接加热煅烧水泥原料，使垃圾处理和水泥生产优化组合，既有效处理了垃圾，又合理利用了垃圾焚烧放出的热能，变废为宝，减少环境污染。②高温燃烧对垃圾中二恶英等有害物质进行彻底分解破坏，其分解率高达99.8％。③垃圾焚烧炉渣用作水泥生料或熟料的混合成分掺入水泥材料中，解决了焚烧废渣填埋等处理方法带来的占地问题和对周围环境的污染问题，又可增加水泥产量，降低水泥生产成本。④煅烧物料冷却过程放出的热量用作水泥原料分解和预分解的热源，煅烧后的烟气用于垃圾干燥的热风源，优化了生产操作，提高了热的利用率。⑤可建立小型焚烧水泥生产厂，适合小区使用，垃圾分散排放。⑥使用套筒式垃圾粉料喷嘴，垃圾粉料以切线喷入燃烧室的进入方式，煅烧炉燃烧效果好，垃圾燃烧充分。⑦垃圾焚烧、生产水泥和配套的混凝土搅拌可以在普通的生产车间中进行，增加了城市的美感。

附图说明

图1为本发明垃圾焚烧生产水泥装置的流程示意图；

图2为本发明另一方案的流程示意图；

图3为图1的A-A图；

图4为原料球团示意图；

图5为包衣原料球团示意图；

图6为垃圾粉碎/水泥搅拌运输车。

其中：

1-料斗、2-料钟、3-料锁、4-预分解器、5-原料、6-斗式提升机、7-分解器、8-原料入口、9-垃圾粉料喷嘴、10-煅烧炉、11-三通阀、12-粉料输送器、13-粉碎机、14-干燥器、15-垃圾入口、(16、17)-冷却器、18-垃圾粉碎/水泥搅拌运输车、19-炉渣冷却器、(20、24)-鼓风机、21-熟料配料/磨粉设备、22-水泥装运设备、23-蓄热器、25-垃圾炉渣出口、26-加热室、27-燃烧室、28-原料球团、29-包衣原料球团、31-包衣、32-料仓、33-搅拌/切碎器、34-卸料口、35-空气接管、36-空气分布器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

本发明垃圾焚烧生产水泥的装置如图1所示，包括原料制备系统、进料设备、预分解器4、分解器7、煅烧炉10和冷却器(16、17)，预分解器、分解器和冷却器的出入口设有料锁2，煅烧炉出口设有料锁。预分解器、分解器和煅烧炉装有耐火炉衬。原料制备设备包括：(石灰石、砂岩和其它配料)破碎机、配料器、磨粉机、滚球机和烘干机。进料设备包括输送机、料斗1和料钟2。料斗与料钟连接，料钟与预分解器的进料口连接，预分解器出料口通过斗式提升机6连接到分解器的进料口，分解器的出料口通过斗式提升机连接到煅烧炉的原料入口8，煅烧炉的出料口通过斗式提升机依次和冷却器16、17连接，冷却器17出口依次与熟料配料/磨粉设备21和水泥装运设备22连接。熟料配料/磨粉设备21包括配料器、辊压机和磨粉机。水泥装运设备包括袋装水泥包装机、散装水泥装车机和散装水泥运输车。鼓风机20出口通过气体管路依次和冷却器(16、17)、分解器、预分解器连接，各容器间从上部出气口连接到下部进气口，预分解器气体出口通过干燥器14连接到排放系统。煅烧炉上部设有3个垃圾粉料喷嘴9，均匀分布在煅烧炉壁上。垃圾粉料喷嘴在煅烧炉的安装方式为，喷出的粉料以炉壁切线形式进入炉膛。垃圾入口15通过干燥器14、粉碎机13、粉料输送器12和三通阀11连接到垃圾粉料喷嘴。装置设有两台蓄热器23，蓄热器位于煅烧炉的两侧。蓄热器设有两路，一路入口与煅烧炉的烟气出口连接，出口通过三通阀、干燥器14连接到排放系统，另一路入口通过三通阀连接到鼓风机24，出口连接到垃圾粉料喷嘴。排放系统包括除尘器、引风机和烟囱，除尘器为旋风除尘器。如图3所示，煅烧炉外部设有空气分布管36，空气分布管的空气接管35连接到蓄热器的空气管路。垃圾粉料喷嘴为环形套筒式结构，中心为垃圾粉料通路，周围为空气通路，垃圾粉料输送管路连接到中间的垃圾粉料通路，助燃空气管路通过空气分布管连接到周围的空气通路。预分解器、分解器、煅烧炉和冷却器内的物料高度，蓄热器的大小及它们之间的相对装置根据工艺要求确定，本发明不作具体限制。

本发明垃圾焚烧生产水泥的过程为，将水泥原料进行破碎、均化、配料、磨粉后滚制成如图4所示的原料球团28。原料包括石灰石、砂岩、粘土、石膏。以质量百分比计，原料配比为：石灰石70％、砂岩15、粘土10％、石膏5％，加少量的水滚制成球团，原料球团的直径为25±2mm。然后在烘干箱中烘干。通过输送机将原料球团28送至料斗1，原料球团经料钟2进入预分解器中进行预分解，预分解温度为400±20℃，预分解后的原料球团经预分解器出料口、斗式提升机和分解器的进料口进入分解器中进行分解，分解温度为600±20℃。分解后的原料球团经分解器出料口、斗式提升机和原料入口8进入煅烧炉中煅烧，煅烧温度为1500±20℃。完成煅烧后物料经煅烧炉出料口、斗式提升机和冷却器进料口到冷却器16中冷却，同样再到冷却器17中冷却。冷却后的物料温度低于100℃，进入熟料配料/磨粉过程和水泥装运过程。生活垃圾运送到垃圾入口15，通过螺旋输送机输送至干燥器14，用焚烧垃圾(即煅烧过程)的烟气作干燥用热风源进行干燥，干燥后烟气到排放系统排放。干燥后的垃圾用螺旋输送机输送至粉碎机13进行粉碎。粉碎后的垃圾粉料以风为动力气体输送到垃圾粉料喷嘴9，经垃圾粉料喷嘴进入煅烧炉10中燃烧。助燃空气由鼓风机24鼓风，经三通阀11到蓄热器预热后进入空气分布管36，经垃圾粉料喷嘴9的空气通路到煅烧炉中助燃燃烧，煅烧原料球团。通过控制鼓风机出口三通阀和蓄热器烟气出口三通阀的动作，两侧的蓄热器交替运行。用烟气预热助燃空气，充分利用热能，使能量利用最佳化。熟料配料/磨粉过程为常规生产过程，本发明不作具体要求。

水泥装运过程包括袋装水泥包装机、散装水泥装车机和散装水泥运输车。如图6所示，散装水泥运输车为垃圾粉碎/混凝土搅拌车18结构，垃圾粉碎/混凝土搅拌车由车身、料仓32组成，料仓内设有搅拌/切碎器33，料仓的后部设有卸料口34。本实施例为散装装运，水泥运输过程伴随混凝土搅拌过程和垃圾运输切碎过程。在运输垃圾路程中切碎垃圾，卸完垃圾后装上水泥、沙、石和水，路上进行搅拌。搅拌好后直接运送至施工工地，卸车后再装垃圾，运送过程中切碎，一车多用。

实施例2

本发明另一方案如图2所示，煅烧炉炉膛内设有加热室26，加热室的外部为燃烧室27，燃烧室的下部设有垃圾炉渣出口25，垃圾炉渣出口经炉渣冷却器19连接到熟料配料/磨粉设备21。原料入口8连接到加热室的上部，垃圾粉料喷嘴9位于燃烧室的上部。本实施例水泥原料为包衣原料球团29，如图5所示，即为实施例1中原料球团28外面包衣，包衣31为石灰石粉末。包衣原料球团29的直径为30mm，包衣厚度为3mm。垃圾在燃烧室燃烧隔烟加热加热室中的包衣原料球团，煅烧温度为1600±20℃。焚烧后的垃圾炉渣由垃圾炉渣出口25排出，经垃圾冷却器19冷却到100℃以下，到熟料配料/磨粉过程作水泥混合材料，掺入比例根据工艺要求确定，本实施例掺入垃圾炉渣的比例为：10±5％(质量)。本实施例的其它设备流程及工艺条件与实施例1相同。

Claims (9)

1.一种垃圾焚烧生产水泥的方法，将水泥原料进行破碎、均化、配料、磨粉后制成球团，通过进料设备将球团依次送入预分解器(4)、分解器(7)进行预分解和分解过程，分解后的球团经原料进口(8)进入煅烧炉中煅烧，完成煅烧后物料经冷却器(16、17)冷却后进入熟料配料/磨粉过程和水泥装运过程，其特征是：生活垃圾干燥、破碎后通过气体输送的方式经垃圾粉料喷嘴(9)进入煅烧炉(10)中燃烧来煅烧球团；垃圾燃烧后产生的炉渣直接进入煅烧的水泥原料中或经垃圾炉渣出口到熟料配料/磨粉过程作水泥熟料的混合材料；冷却器中物料冷却过程放出的热量用于加热分解器和预分解器中的球团；垃圾燃烧产生烟气经蓄热器(23)为助燃空气预热后到排放系统排放。

2.根据权利要求1所述垃圾焚烧生产水泥的方法，其特征是：所述煅烧中的煅烧温度为：1350～1900℃，预分解器的预分解温度为：200～700℃，分解器的分解温度为：500～1200℃。

3.一种垃圾焚烧生产水泥的装置，所述装置为煅烧段、预分解段、分解段和冷却段分开的形式，包括：原料制备系统、进料设备、预分解器(4)、分解器(7)、煅烧炉(10)和冷却器，预分解器、分解器和冷却器的出入口设有料锁(2)，煅烧炉出口设有料锁，进料设备与预分解器进料口连接，预分解器出料口通过物料输送设备连接到分解器的进料口，分解器的出料口通过物料输送设备连接到煅烧炉的原料进口(8)，煅烧炉的出料口通过物料输送设备依次和冷却器(16、17)连接，冷却器(17)出口依次与熟料配料/磨粉设备(21)和水泥装运设备(22)连接；鼓风机(20)出口通过气体管路依次和冷却器、分解器、预分解器连接，各容器间从上部出气口连接到下部进气口，预分解器气体出口经干燥器(14)连接到排放系统，其特征是：煅烧炉上部设有2～8个垃圾粉料喷嘴(9)，所述垃圾粉料喷嘴均匀分布在煅烧炉的炉壁上；垃圾入口(15)通过干燥器、粉碎机(13)、粉料输送器(12)和三通阀(11)连接到垃圾粉料喷嘴；所述装置设有两台蓄热器(23)，蓄热器位于煅烧炉的两侧，蓄热器设有两路，一路入口与煅烧炉烟气出口连接，出口通过三通阀、干燥器连接到排放系统，另一路入口通过三通阀连接到鼓风机(24)，出口连接到垃圾粉料喷嘴。

4.根据权利要求3所述的垃圾焚烧生产水泥的装置，其特征是：所述煅烧炉的炉膛内设有加热室(26)，加热室的外部为燃烧室(27)，燃烧室的下部设有垃圾炉渣出口(25)，垃圾炉渣出口通过炉渣冷却器(19)连接到熟料配料/磨粉设备(21)，所述原料入口(8)连接到加热室，所述垃圾粉料喷嘴位于燃烧室。

5.根据权利要求3或4所述的垃圾焚烧生产水泥的装置，其特征是：所述垃圾粉料喷嘴(9)为环形套筒式结构，中心为垃圾粉料通路，周围为空气通路；所述垃圾粉料喷嘴在煅烧炉的安装方式为，喷出的粉料以炉壁切线形式进入炉膛。

6.根据权利要求5所述的垃圾焚烧生产水泥的装置，其特征是：煅烧炉外部设有空气分布管(36)，所述空气分布管的空气接管(35)连接到蓄热器的空气管路，垃圾粉料喷嘴(9)的空气通路与空气分布管连接；所述垃圾粉料喷嘴设有自动点火设备。

7.根据权利要求3或4所述的垃圾焚烧生产水泥的装置，其特征是：所述物料输送设备为螺旋输送机、斗式提升机、管链输送机或真空输送机；所述预分解器、分解器和煅烧炉装有耐火炉衬。

8.根据权利要求3或4所述的垃圾焚烧生产水泥的装置，其特征是：所述水泥装运设备包括袋装水泥包装机、散装水泥装车机和散装水泥运输车。

9.根据权利要求8所述的垃圾焚烧生产水泥的装置，其特征是：所述散装水泥运输车为垃圾粉碎/混凝土搅拌车(18)结构，所述垃圾粉碎/混凝土搅拌车由车身、料仓(32)组成，料仓内设有搅拌/切碎器(33)，料仓的后部设有卸料口(34)。

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