CN102389887A - 一种城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法，包括以下步骤：利用高温蒸汽对生活垃圾进行高温灭菌，在完成高温灭菌后输送到干燥炉中进行干燥，干燥后的生活垃圾首先进行风选、破碎，在高温裂解炉中把已分选好的符合RDF3标准的可燃物质进行高温裂解，从高温裂解燃气炉中抽出来的燃气，通过等离子仓，利用超高温的电弧等离子体炬进行大分子和小分子裂解，从等离子仓输送过来的燃气，导引至燃气发电机组发电。本发明采用了超高温等离子仓处理垃圾，无需将垃圾运至指定的大型垃圾填埋场，解决了因填满垃圾侵占大量土地，严重污染周边空气、土壤和水体的问题，也解决了因焚烧垃圾产生二噁英的问题。

Description

一种城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法
技术领域
本发明涉及一种城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法，属于垃圾处理技术领域。
背景技术
我国生活垃圾的产生量每年以8％的速度递增，大量的生活垃圾围绕着城市周边，污染了大量的地下水，目前解决的方式有垃圾填埋和垃圾焚烧。已经堆放或填埋的垃圾，由于其处于自然降解的过程中，垃圾中有机质在生物化学作用下不断分解，有机质降解可分为四个阶段：1、有氧分解阶段；2、厌氧酸化阶段；3、厌氧加速产甲烷阶段；4、厌氧减速产甲烷阶段。在垃圾的降解过程中，固体组分减少，填埋场沉降增加，同时降解产生大量填埋气，导致垃圾中气压增加，需要对其进行导排。堆放或填满垃圾，在降解过程中还会产生、释放大量的氨和硫化物等恶臭有害气体，以及BODs和COD浓度极高的渗滤液排放，侵占大量土地的同时，严重污染周边空气、土壤和水体。焚烧虽然能回收能量，但焚烧过程中产生的二噁英对环境、对人类造成的危害极大，各城市垃圾焚烧场的选址都成了一个棘手的问题。
发明内容
本发明的目的是为解决现有填满垃圾侵占大量土地，严重污染周边空气、土壤和水体；焚烧虽然能回收能量，但焚烧过程中产生的二噁英对环境、对人类造成的危害极大的问题，进而提供一种城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法，包括以下步骤：
一、高温灭菌：利用高温蒸汽对生活垃圾进行高温灭菌，高温蒸汽的温度为350～400℃，在完成高温灭菌后输送到干燥炉中进行干燥，干燥后的垃圾含水率不超过20％的状态下传送到预选破碎装置进行破碎分选；二、预选破碎：干燥后的生活垃圾首先进行风选，风选后，进行破碎，达至RDF3的标准后进入高温裂解炉进行高温裂解；三、高温裂解：在高温裂解炉中把已分选好的符合RDF3标准的可燃物质进行高温裂解，裂解温度为1200～1250℃，完成在不完全燃烧的情况下用下火式负压抽离出的气体至等离子仓，进行下一步的等离子体炬超高温裂解燃气；四、等离子体炬超高温裂解：从高温裂解燃气炉中抽出来的燃气，通过等离子仓，利用超高温的电弧等离子体炬进行大分子和小分子裂解，超高温裂解温度为6000～8000℃，把原子和电子做成游离的离子状态，然后在冷却过程中合成可燃气体和氮气；五、燃气发电：从等离子仓输送过来的燃气，经过热热交换器，把高达1600℃的燃气在热交换中置换出的热空气回收到第一步的高温灭菌中循环使用，燃气则在冷却过程中除掉粉尘和水汽，利用水汽分离后的燃气，导引至燃气发电机组发电。
本发明的有益效果：本发明采用了超高温等离子仓处理垃圾，实现了无需分拣，大大降低了处理成本。同时，由于等离子体炬的作用，无需将垃圾运至指定的大型垃圾填埋场，解决了因填满垃圾侵占大量土地，严重污染周边空气、土壤和水体的问题，也解决了因焚烧垃圾产生二噁英的问题。可一区一站、就地气化供热发电，利用2300KW的发电机，除了内部损耗外，可以发出2000KW一组的发电x 8组的电源供并网发电使用。减少了大量的运输成本，更可因地制宜选择厂址，创造就业岗位，彻底解决垃圾围城的问题。
具体实施方式
本具体实施方式提供了一种城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法，包括以下步骤：
一、高温灭菌：利用高温蒸汽对生活垃圾进行高温灭菌，高温蒸汽的温度为350～400℃，在完成高温灭菌后输送到干燥炉中进行干燥，干燥后的垃圾含水率不超过20％的状态下传送到预选破碎装置进行破碎分选；二、预选破碎：干燥后的生活垃圾首先进行风选，风选后，进行破碎，达至RDF3的标准后进入高温裂解炉进行高温裂解；三、高温裂解：在高温裂解炉中把已分选好的符合RDF3标准的可燃物质进行高温裂解，裂解温度为1200～1250℃，完成在不完全燃烧的情况下用下火式负压抽离出的气体至等离子仓，进行下一步的等离子体炬超高温裂解燃气；四、等离子体炬超高温裂解：从高温裂解燃气炉中抽出来的燃气，通过等离子仓，利用超高温的电弧等离子体炬进行大分子和小分子裂解，超高温裂解温度为6000～8000℃，把原子和电子做成游离的离子状态，然后在冷却过程中合成可燃气体和氮气；五、燃气发电：从等离子仓输送过来的燃气，经过热热交换器，把高达1600℃的燃气在热交换中置换出的热空气回收到第一步的高温灭菌中循环使用，燃气则在冷却过程中除掉粉尘和水汽，利用水汽分离后的燃气，导引至燃气发电机组发电。
所述高温蒸汽的温度为380℃。
所述风选过程中把重量大的物料，包括电池，砖头，石块，玻璃，金属等分离出来，把轻的物料，特别是塑料和纸类物，即可燃物质分选出来进行破碎。
所述轻的物料破碎到92～97％是4.5～5.5cm粒度RDF。
所述裂解温度为1230℃。
所述从等离子仓输送过来的燃气，其中含氢28～32％，氮35～39％，一氧化碳23～27％，二氧化碳6～10％。
所述从等离子仓输送过来的燃气，其中含氢30％，氮37％，一氧化碳25％，二氧化碳8％。
本发明采用等离子体炬处理垃圾，减容比最高，无害化最彻底，资源化程度最高，等离子体炬气化技术具有如下突出优点：
A.可处理各种生活垃圾；
B.气化反应温度极高；
C.大量回收硫和各种金属，能量回收率高；
D.垃圾所生成的二噁英等有害物质被彻底分解；
E.残余熔渣质量仅为处理前1/120；
F.系统安全性强；
G.显著的低排放；
H.真正实现垃圾资源化。
人类对能源的需求日益增长，但作为现时主要能源的化石燃料却正在时刻减少，将城市垃圾作为替代能源利用，将为实现可持续发展和节能减排作出重大贡献，同时减少温室效应和环境污染。
本发明每小时可处理垃圾(含水率16％)10.8吨/台份，相当于日处理垃圾259.2吨、年处理垃圾94608吨。垃圾经等离子气化后剩余溶渣质量仅为处理前的1/120。垃圾经初级气化后，利用等离子体炬对产生的粗制气体进行细化，而初级气化产生的50％熔渣进入二级细化室，利用等离子体炬对其进行超高温裂解气化，同时将初级气化混合气体进行二次等离子体炬处理，完全去除二噁英，焦油等有害物质，最终产出的混合气体主要成分为CO 25％，H230％，CO28％，N237％，混合气体温度约为1600℃。等离子体炬中心温度达6000℃～10000℃，等离子体炬总功率为1500KW，可实现发电量15兆瓦，同时利用混合气体的高温余热和发电机组排放的550℃尾气余热进行热交换，换取蒸汽利用汽轮机组发电2兆瓦，共计发电总量17兆瓦。剩余的热能还可转换为居民和工厂用能。
等离子体炬气化后的混合气体无色无味，含有一氧化碳，氢，二氧化碳及氮气，其中氢气的含量超过了30％。
等离子技术被应用于垃圾气化中，将彻底改变垃圾处理的现状。离子态是物质在自然界中除固态，液态，气态之外，物质存在的第四种状态，在温度达到6000℃-8000℃时，分子中原子与电子脱离，成为离子状态。此时，如二噁英、呋喃、焦油等有害物质的原有分子被打破，在温度降到1000℃左右时，物质重新组合成为以氢气和一氧化碳为主的混合气体。由于等离子体炬的作用，有害物质被彻底清除。等离子体炬由高强电流产生，将电能转化为热能。在垃圾气化流程中，废纸、塑料制品、破布、旧轮胎、农作物废弃物、城市有机垃圾，经粉碎后送入反应室进行气化，产生的粗制气体被导入二级细化反应室，经等离子体炬进一步处理，彻底分解有害物质，并生成更多一氧化碳和氢气，之后利用热交换器回收混合气体余热，并对热能进行应用，再经进一步循环水冷系统降温，采用氢氧化钠去除硫化氢和氯化氢确保产出气体清洁，完全达到国际和国家标准，进而为发电提供了有利保障。
等离子体温度高，能提供含高附加值介质，是常规气化得不到的高级材料，并能显著缩短工艺流程，减少耗能，降低成本，为此等离子技术发展空间大，利用等离子体炬。产生高温高射流，增加热量，气化效果会更好，速度会更快，其中活性粒子和辐射促成化学反应，以获取新的物质。
采用等离子体炬气化装置处理垃圾，可立竿见影。垃圾中含有大量有毒成分和各种物质混杂在一起。等离子体炬会对固态、液态、气态这三种合成气进行高温气化，在很短的时间内，反应室中心温度会达到6000摄氏度，就会产生物质自由运动，并相互碰撞，正离子和电子组成混合物，这时等离子体在电离过程中正离子和电子会成对出现，为此等离子体中，正离子的总数大体相等，为此等离子技术会减少潜在危害物。
实现了将垃圾转化为高能可燃性混合气体，可直接用于燃气发电机组发电。采用混合气内燃发电机组发电，将2300KW的发电机组并联，总共6台机组达到总发电量15兆瓦。发电机组入口处混合气体温度已降至20℃，发电机组尾气排放处还可添加催化还原器以确保排放完全达标。

Claims (7)

1.一种城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法，其特征在于，
包括以下步骤：
一、高温灭菌：利用高温蒸汽对生活垃圾进行高温灭菌，高温蒸汽的温度为350～400℃，在完成高温灭菌后输送到干燥炉中进行干燥，干燥后的垃圾含水率不超过20％的状态下传送到预选破碎装置进行破碎分选；二、预选破碎：干燥后的生活垃圾首先进行风选，风选后，进行破碎，达至RDF3的标准后进入高温裂解炉进行高温裂解；三、高温裂解：在高温裂解炉中把已分选好的符合RDF3标准的可燃物质进行高温裂解，裂解温度为1200～1250℃，完成在不完全燃烧的情况下用下火式负压抽离出的气体至等离子仓，进行下一步的等离子体炬超高温裂解燃气；四、等离子体炬超高温裂解：从高温裂解燃气炉中抽出来的燃气，通过等离子仓，利用超高温的电弧等离子体炬进行大分子和小分子裂解，超高温裂解温度为6000～8000℃，把原子和电子做成游离的离子状态，然后在冷却过程中合成可燃气体和氮气；五、燃气发电：从等离子仓输送过来的燃气，经过热热交换器，把高达1600℃的燃气在热交换中置换出的热空气回收到第一步的高温灭菌中循环使用，燃气则在冷却过程中除掉粉尘和水汽，利用水汽分离后的燃气，导引至燃气发电机组发电。
2.根据权利要求1所述的城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法，其特征在于，所述高温蒸汽的温度为380℃。
3.根据权利要求1所述的城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法，其特征在于，所述风选过程中把重量大的物料，包括电池，砖头，石块，玻璃，金属分离出来，把轻的物料分选出来进行破碎。
4.根据权利要求3所述的城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法，其特征在于，所述轻的物料破碎到92～97％是4.5～5.5cm粒度RDF。
5.根据权利要求1所述的城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法，其特征在于，所述裂解温度为1230℃。
6.根据权利要求1所述的城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法，其特征在于，所述从等离子仓输送过来的燃气，其中含氢28～32％，氮35～39％，一氧化碳23～27％，二氧化碳6～10％。
7.根据权利要求1所述的城市生活垃圾高温处理、超高温等离子气化方法，其特征在于，所述从等离子仓输送过来的燃气，其中含氢30％，氮37％，一氧化碳25％，二氧化碳8％。
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