CN102607035A - 一种城市生活垃圾处理和利用系统工艺 - Google Patents

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Abstract

一种城市生活垃圾处理和利用系统工艺,它是由堆放子系统A、粉碎与筛选子系统B、热解气化子系统C、燃烧子系统D、热电子系统E、余热回收与利用子系统F、烟道气处理与资源化子系统G、固渣回收与资源化子系统H等8个子系统所组成,该系统工艺不需要对垃圾进行分级处理,不像垃圾填埋工艺那样占用大量土地和向大气排放垃圾降解过程释放的各种有毒有害和温室气体,也不像目前垃圾焚烧工艺或现有热解气化那样向大气排放大量二噁英等有毒有害物质及烟尘。

Description

一种城市生活垃圾处理和利用系统工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种城市生活垃圾处理利用新工艺系统。
背景技术
[0002] 城市生活垃圾已经成为当今世界各大中型城市的一大公害,为了解决城市生活垃圾的妥善处理问题,市政府不得不动用大量人力财力和土地资源。尽管如此,随着中国和世界经济、社会的发展,城市居民消费能力不断上升,国际范围内尤其在新兴经济体国家各大城市的生活垃圾均呈现大幅增长的趋势。因此,如何科学处理城市生活垃圾已成为不容回避的共性问题。
[0003] 以中国首都北京为例,因经济快速发展和城市人口的急剧膨胀,北京市生活垃圾每年以8%以上的速度增长,每天产生的生活垃圾量达I. 8万吨以上。现有的13个垃圾处理填埋场将在2015年全部填满。预计到2015年后,年产生垃圾总量将近1000万吨。由于北京目前绝大多数生活垃圾主要采用填埋方式(占总量的94. I % ),这必然消耗大量的土地资源和财政资金。北京市也尝试发展大规模的垃圾焚烧设施,但由于工艺技术落后而进展缓慢。其主要原因是在垃圾焚烧过程中会产生大量的二噁英、酸性气体和烟尘等有毒有害物质,污染大气环境,因此难以得到市民的支持。
[0004] 据中国建设部的官方调查表明,全国600多座城市的垃圾已侵占土地5亿平方米, 而且这种趋势正在加剧,这种状况必须得到改变。因此,发展更为先进的城市生活垃圾处理技术极有必要。
[0005] 从化学角度看,城市生活垃圾以有机物质为主,本身是一种资源。研究表明,每公斤中国城市生活垃圾的热值远远高于4200千焦耳,大多数垃圾的热值达到6500千焦耳以上,即意味着它完全可以用来发电。
[0006] 但遗憾的是,目前已有的垃圾焚烧发电技术所排放的烟气中,二噁英、酸性气体和烟尘等有毒有害物质的浓度远远超标,严重污染了周边大气环境和威胁到当地居民的健康,故难以得到大规模推广。为此,急需要研发新的垃圾处理利用技术,以取代传统的垃圾填埋技术和垃圾焚烧技术。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供一种更为先进的城市生活垃圾处理利用新工艺系统,该系统集生活垃圾高温热解气化-延时富氧燃烧-发电-低品位热利用-烟气资源化处理和利用-残渣资源化处理和利用于一身的新技术,实现城市生活垃圾处理全过程的能源化、资源化、无害化和生态化。
[0008] 为实现上述目标,本发明的技术方案如下:
一种城市生活垃圾处理和利用系统工艺,其流程如附图I所示,它是由堆放子系统A、 粉碎与筛选子系统B、热解气化子系统C、燃烧子系统D、热电子系统E、余热回收与利用子系统F、烟道气处理与资源化子系统G、固渣回收与资源化子系统H等8个子系统所组成,它们的工作原理、具体操作和技术功能如下:
(1)通过垃圾集中收运将城市生活垃圾堆放于垃圾堆放系统A中,堆放子系统A是一个依据该套处理装置每天的处理量专门设计的封闭型仓储设施,主要由垃圾储存库J和垃圾渗滤液容器I组成,其地面部分的垃圾渗滤液将通过带倾角的地面和沟渠设计集中由渗滤液管道15流入专设的渗滤液容器I中,渗滤液通过输送泵Pl经管道17输送至燃烧子系统 D经喷嘴雾化后完全燃烧,其垃圾散发出的臭气也将通过堆放子系统A顶部的排气管道13 和14送至燃烧子系统D完全燃烧,而垃圾本身则通过自动提升输送装置I送至粉碎与筛选子系统B进行粉碎和筛选,筛下的垃圾将被输送带2运送至热解气化子系统C顶部的进料箱内,再由进料箱机构的自动进料机构实施自动进料操作,
为了加速垃圾在储存期间的降解,在垃圾储存库J的地面可以设置热水加热盘管,以便为垃圾加热,加速其分解,从而可降低热解气化炉的处理负荷,而加热的热水来自于余热回收与利用子系统F输出的热水,
垃圾储存库J的操作温度为常温,压力为絶压O. 08-0. 0999MPa之间,
(2)粉碎与筛选子系统B主要由粉碎机和筛分机组成,用于对堆放子系统A运送来的垃圾进行粉碎和筛分处理,并使其达到一定的尺寸,以便垃圾进入气化子系统C后更容易被快速升温至预定高温,从而热解气化,同时由于该子系统设有筛分设备,所以难以被粉碎的垃圾如金属块、金属丝,塑料薄膜等将在此得以分离和另行处理,而不进入热解气化子系统 C内,粉碎后的垃圾尺寸一般为以3_15mm为佳,符合此尺寸的垃圾将被输送带2 运送至热解气化子系统C顶部的进料箱内,
(3)热解气化子系统C主要由热解气化炉、进料箱及其自动进料机构、压力与进气控制单元、温控仪器和气相组成检测仪器等组成,
热解气化炉一般为直立型,可以设计成炉体固定、上顶盖旋转,或上顶盖固定而炉体旋转型,这样可通过温控仪器对热解气化炉内不同点温度的连续检测,得知其内不同时刻点垃圾气化的程度和垃圾层上表面的温度分布变化情况,然后通过温控仪器将信号发送至垃圾进料箱自动进料机构,实施自动进料作业,其具体结构可以参照中国专利 CN201120135026. 9 或中国专利 ZL200720106695. 7。
[0009] 为了保证热解气化炉在基本恒定的高温下工作,热解气化炉体内安装有陶瓷基耐高温蓄热材料,如多孔陶瓷,氧化镁陶瓷等。
[0010] 压力与进气控制单元通过不间断检测热解气化炉C内的压力值,同时及时调整通过热解气化炉底部向炉内供给的空气流量,从而既保持炉内的操作温度,又能维持炉内热解气化操作在乏氧条件下进行,以抑制二噁英等有毒有害物质的生成,
同时,通过气相组成检测仪器,可以得知热解气化炉C上部的可燃气体组成变化,尤其是其中有害物质含量的变化,并据此调节操作温度、操作压力、垃圾水含量和氧含量等参数,以破坏热解气化过程中二噁英等高毒性物质的化学生成条件,实现对热解气化过程不同垃圾原料的气化产物的有效调控,使该过程所产生的二噁英等高毒性物质控制在尽可能低的水平,
热解气化炉C内的操作温度一般为750-1000°C,优选的为780- 1050 °C。操作压力在
O. 06 - O. 0999 MPa 之间,优选压力为 O. 08 -O. 0995 MPa,
(4)垃圾在热解气化炉C中气化后,得到的可燃气体将通过热解气化炉C顶部的管道3被负压源源不断引至燃烧子系统D的底部,进行高温燃烧,燃烧子系统D是由一级燃烧炉、 二级燃烧炉和三级燃烧炉以及富氧供给系统组成的一个延时高温燃烧体系,三个炉体之间为串联关系。
[0011] 每一台燃烧炉是由一个圆筒形容器和气相进出通道组成的气体燃烧设备,其内下部设有气体分布板。气体分布板下方设有可燃气入口管道和空气(富氧空气)入口管道,上部设有高温气体出口管道。
[0012] 一级燃烧炉为可燃气体的预燃烧,气体在炉内平均停留时间控制在3-6s,燃烧温度为900°C -IOOO0C ;二级燃烧炉为可燃气体的深度燃烧,或称高温主燃烧,气体在炉内平均停留时间控制在4-6s,燃烧温度为950°C -1200°C ;三级燃烧炉为可燃气体尾气的保温延时燃烧,或称完全燃烧,气体在炉内平均停留时间控制在5-8s,燃烧温度为1000°C -1200°C,通过上述三级燃烧,确保可燃气体100%得以充分燃烧,
三个燃烧炉均为富氧燃烧操作,富氧通过一套膜分离装置提供,实施富氧燃烧可以大幅减少提供给燃烧炉内的空气总量,这样有三方面好处:一是有利于升高燃烧炉的燃烧温度,从而提高下游发电蒸汽的品位,使发电量增加;二是有利于减少烟气总量,为下游烟气进一步处理降低了负荷;三是由于燃烧温度的大幅提高,可彻底分解摧毁有毒有机物,尤其是热解气化过程产生的二噁英等高毒性物质,
在富氧燃烧过程中,富氧空气的总供给量仅相当于传统自然空气燃烧总供应量的 50-70%ο
[0013]由于采用三级延时高温燃烧,使可燃气体中高毒性有机物在高温燃烧炉中的停留时间长到足以使它们被彻底热分解摧毁,而转化为CO2和H2O等常规气体,从而从工艺和装备本身确保了最终烟道气中二噁英等有毒有害物质的超低水平,据监测,本工艺装置排放烟气中的二噁英的含量< O. 001TEQ ng/m3,远远低于德国或欧盟的限排标准O. ITEQ ng/m3。
[0014] 为了保证三级燃烧过程在设定的高温下进行,燃烧炉体内安装有耐高温蓄热材料。
[0015] 在燃烧炉D工作时,通过分别连接于堆放子系统A顶部的排气管道13,14和连接于堆放子系统A的渗滤液容器I与燃烧炉D之间的管道15,16,17,可连续不断将垃圾释放气和垃圾渗滤液输送至燃烧炉D内一并燃烧,以实现垃圾废气废液的无害化和热能化,
在垃圾释放气与空气的混合气进入燃烧炉之前,先通过余热回收与利用子系统的一台换热器Fl与从蒸汽锅炉输出的温度降至180- 250°C的烟道气进行换热,将混合气温度提高至80-90°C后再进入燃烧炉D,以利用烟道气的热能和保持燃烧炉的温度,
燃烧炉的操作压力一般为O. 08 - O. 0999 MPa之间,优选压力为O. 09 -O. 099MPa。
[0016] (5)燃烧炉D顶部排出的高温气相,经管道5进入热能发电系统E的蒸汽锅炉,加热锅炉水产生高压蒸汽,从而驱动发电机组发电,并向当地电网提供电力,
(6)经Fl换热降温后的烟道气,温度一般为105-150°C,将被引至余热回收与利用子系统F中的热水锅炉F2中,加热其中的水至65-90°C后输出,此时的烟道气温度将降至 70-90°C之间。
[0017] 余热回收与利用子系统F主要由一台换热器Fl和一台热水锅炉F2及若干热水终端用户组成,热水终端用户一般为温水泳池,温水养殖,热法海水淡化装置、宾馆热水供应等,热水锅炉F2通过烟道气不断加热,连续不断产生热水,供终端用户使用,(7)温度为70-90°C的烟道气通过烟气压缩机P2和管道9被输送至烟道气处理与资源化子系统G。该子系统主要由洗涤单元、脱硝单元、脱碳单元和酸性物质资源化单元等所组成,
在洗涤单元中,烟道气将通过水洗操作,脱除其中的绝大部分烟尘、SOjP HCl等水溶性酸性成分。而洗涤液将被收集至废液池通过碱液(如石灰液)中和处理,使其呈现中性或弱碱性,并同时得到无机沉淀物,如硫酸钙、氯化钙、碳酸钙等,这些物质将作为道路铺设材料和制砖材料等建材之用,而弱碱性水则可作为洗涤用水循环使用。
[0018] 在脱硝单元中,通过一台烟气压缩机将洗涤后的烟气压缩至给定压力,输送至脱硝塔,在脱硝塔中NO2 (充分燃烧后的烟气不含有NO)将与适量的水进行选择性反应生成稀硝酸,稀硝酸经适当浓缩后则可作为化学品销售(参见:专利申请201210058184. 8 “一种高效低成本烟道气的净化工艺。)
脱硝之后的烟气再进入脱碳单元中脱去占总量90%左右的CO2,脱碳工艺将采取下列几种工艺之一:无机碱水溶液(如氢氧化钙水溶液,或氢氧化钙+氢氧化钠水溶液)喷淋和有机胺法(MDEA)、热钾碱法(K2CO3),在条件允许时,优选的为热钾碱法(K2CO3),捕集后再生得到的CO2将通过管道输送至本装置周边的现代农业设施,用于种植业,
经烟道气处理与资源化子系统G处理过的烟道气,已完全实现了无毒无害化,将可直接放空,各类有毒有害物质的含量分别可控制在SOx ( 5mg/m3,N0x ( 50mg/m3,HCl ( 5 mg/ m3 , CO2 < 1% , 二Il惡英(DOX) ^ O. 001TEQ ng/m3,固体颗粒物< 3 mg/m3。
[0019] (8)热解汽化炉C中垃圾被热解气化后,剩下的固渣将从热解汽化炉底部排出,进入固渣回收与资源化子系统H,固渣回收与资源化子系统H是由一个充有一定水的固渣收集槽和若干深度资源化加工终端所组成,固渣中含有60%以上的SiO2和其它多种金属与非金属成分,固渣排入固渣收集槽H经水冷后,送至深度资源化加工终端分别处理,以回收其中的各种有用金属成分,之后可作为高等级玻璃原料用作玻璃制作,玻璃加工后的残渣可作为制砖、水泥等建材的添加剂。
[0020] 冷却固渣的水成为一种碱性水,它可被送至烟道气处理系统作为洗涤水循环使用。
[0021] 通过上述8个子系统组成的城市生活垃圾处理和利用系统工艺,即可以实现生活垃圾的能源化、资源化、无害化和生态化处理。
[0022] 该系统工艺不需要对垃圾进行分级处理,不像垃圾填埋工艺那样占用大量土地和向大气排放垃圾降解过程释放的各种有毒有害和温室气体,也不像目前垃圾焚烧工艺或现有热解气化那样向大气排放大量二噁英等有毒有害物质及烟尘。
[0023] 与其它垃圾热解气化工艺相比,该系统工艺的废气、废液、废渣、余热均得到科学处理和资源化、能源化、生态化利用,做到烟气排放完全无害化,因此,该系统工艺不仅适合在任何城市的任何地方建设和运行,而且能产生可观的经济效益。
附图说明
[0024] 图I为本发明的一种城市生活垃圾处理和利用系统工艺示意图,其中:A为堆放子系统;B为粉碎与筛选子系统;C为热解气化子系统;D为燃烧子系统;E为热电子系统;F为余热回收与利用子系统(Fl为换热器;F2为热水锅炉);G为烟道气处理与资源化子系统;H
8固渣回收与资源化子系统;1为渗滤液容器J为垃圾储存库;P1为泵;P2为压缩机;1为输送装置;2为输送带;3-19为管道。
具体实施方式
[0025] 下面通过实施例对本发明进行具体描述,但不能理解为对本发明专利保护范围的限制。
[0026] 实施例I :
堆放于垃圾堆放子系统A生活垃圾60t,其温度为常温,压力为O. 095MPa。其中垃圾渗滤液收集容器I的溶积为3M3。渗滤液通过输送泵Pl输送至燃烧子系统D经喷嘴雾化后完全燃烧。而堆放子系统A顶部的排气管道13散发出的垃圾释放气则通过负压管道经计量后与余热回收与利用子系统F的一台换热器Fl换热后送至燃烧子系统D完全燃烧。固体垃圾则以3t/h的流量通过自动提升输送装置I送至粉碎与筛选子系统B进行粉碎和筛选,在筛分设备中除去少量难以被粉碎的垃圾如金属块、金属丝,塑料薄膜,被粉碎的垃圾尺寸保持在2mm-15mm之间,粉碎后的垃圾通过筛下的输送带2运送至热解气化子系统C顶部的进料箱内,再由进料箱机构的自动进料机构实施自动进料操作。热解气化子系统C的热解气化炉的直径为2800mm,总高度为5080mm,其具体结构可参见专利CN201120135026. 9,热解气化炉的操作温度和压力分别为820°C和O. 094MPa。在热解气化炉的顶部,得到的可燃气通过炉体上部的管道3被负压源源不断引至进行高温燃烧。燃烧子系统D由三个燃烧炉组成, 第一燃烧炉的直径为2600mm,总高度为8000 mm。第二燃烧炉的直径为2800mm,总高度为 8000mm,第三燃烧炉的直径为3000mm,总高度为8000mm,三个燃烧炉的温度分别为955°C, 1080°C和1030°C,气体在三个燃烧炉中的平均停留时间分别为4. 6s、5. 8s和6. 2s。燃烧过程由一台膜分离装置提供富氧空气(富阳市耀顺空分设备有限公司生产,型号为YM0-50 型),富氧空气含氧量为40%左右。
[0027] 热解后的固渣从热解汽化炉底部排出,进入固渣回收与资源化子系统H,经水冷却后,收集并进一步做资源化处理。燃烧炉D顶部排出的1230°C高温气相,进入热能发电系统 E的蒸汽锅炉,加热锅炉中的水产生高压蒸汽,驱动发电机组发电,发出约720kWh电力。
[0028] 经发电降温后的烟道气,温度为210°C左右,将被引至换热器Fl中对垃圾释放气和空气的混合气进行加热,使其升温至85°C左右。换热后的烟道气温度将降至128°C左右, 再进入余热回收与利用子系统F中的热水锅炉F2中,将水加热至80°C,可得约48t/h左右 80°C的热水。热水可应用于温水泳池和宾馆热水供应。经再次换热后的烟道气温度降至 108°C并通过管道6被输送至烟道气处理与资源化子系统G。烟道气处理与资源化子系统G 包含有综合洗涤塔和脱硝塔,经综合洗涤塔洗涤,烟气中的硫氧化物和烟尘被清除,经脱硝塔吸收,烟气中的氮氧化物被清除,在烟道气处理与资源化子系统G中,烟气中的酸性气体硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳、氯化物等进行资源化处理,分别得到硫酸钙氯化钙碳酸钙固体混合物可用作道铺设底料,而脱硝塔得到的低浓度的硝酸,经浓缩后浓度为50%的硝酸作为产品销售,获得的CO2将用作现代农业种植。
[0029] 经对处理后待放空的烟道气检测,各类有毒有害物质的含量分别可控制在 SOx ≤2. 3 mg/m3,NOx ≤42 mg/m3,HCl ≤2. I mg/m3,C02 ≤O. 9%,二噁英(DOX) ≤O. 0008TEQ ng/m3,固体颗粒物≤2. I mg/m3。[0030] 实施例2 :
垃圾堆放系统A中储存生活垃圾120t,其温度为常温,压力为O. 098MPa。其中垃圾渗滤液收集容器I的溶积为6M3。渗滤液通过输送泵Pl输送至燃烧子系统D经喷嘴雾化后完全燃烧。而堆放子系统A顶部的排气管道13散发出的垃圾释放气则通过负压管道经计量后与余热回收与利用子系统F的一台换热器Fl换热后送至燃烧子系统D完全燃烧。固体垃圾则以4t/h的流量通过自动提升输送装置I送至粉碎与筛选子系统B进行粉碎和筛选, 在筛分设备中除去少量难以被粉碎的垃圾如金属块、金属丝,塑料薄膜,被粉碎的垃圾尺寸保持在2_-15_之间,通过筛下的输送带2运送至热解气化子系统C顶部的进料箱内,再由进料箱机构的自动进料机构实施自动进料操作。(热解气化子系统C的热解气化炉的直径为2800mm,总高度为5080mm,其具体结构可参见专利CN201120135026. 9,热解气化炉的操作温度和压力分别为825°C和O. 097MPa。在热解气化炉的顶部,得到的可燃气通过炉体上部的管道3被负压源源不断引至燃烧子系统D进行高温燃烧。燃烧子系统D由三个燃烧炉组成,第一燃烧炉的直径为2600mm,总高度为8000mm。第二燃烧炉的直径为2800mm,总高度为8000mm,第三燃烧炉的直径为3000mm,总高度为8000mm,三个燃烧炉的温度分别为 1035°C,1150°C和1110°C,气体在三个燃烧炉中的平均停留时间分别为4. 4s、5. 6s和6. Is。 燃烧过程由一台膜分离装置(富阳市耀顺空分设备有限公司生产,型号为YM0-50型)提供富氧空气,富氧空气含氧量为40%左右。
[0031] 热解后的固渣从热解汽化炉底部排出,进入固渣回收与资源化子系统H,经水冷却后,收集待进一步做资源化处理。燃烧炉D顶部排出的1210°C高温气相,进入热能发电系统 E的蒸汽锅炉,加热锅炉中的水产生高压蒸汽,驱动发电机组发电,发出约960kWh电力。
[0032] 经发电降温后的烟道气,温度为210°C左右,将被引至换热器Fl中对垃圾释放气和空气的混合气进行加热,使其升温至85°C左右。换热后的烟道气温度将降至125°C左右, 再进入余热回收与利用子系统F中的热水锅炉F2中,将水加热至78°C,可得热水64t/h左右。热水可应用于温水泳池和宾馆热水供应。经再次换热后的烟道气温度降至105°C并通过管道6被输送至烟道气处理与资源化子系统G。烟道气处理与资源化子系统G包含有综合洗涤塔和脱硝塔,经综合洗涤塔洗涤,烟气中的硫氧化物和烟尘被清除,经脱硝塔吸收, 烟气中的氮氧化物被清除,在烟道气处理与资源化子系统G中,烟气中的酸性气体硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳、氯化物等进行资源化处理,分别得到硫酸钙氯化钙碳酸钙固体混合物可用作道铺设底料,而脱硝塔得到的低浓度的硝酸,经浓缩后得到浓度约48%的硝酸则作为产品销售,获得的CO2将用作现代农业种植。
[0033] 经对处理后待放空的烟道气检测,各类有毒有害物质的含量分别可控制在 SOx 彡 2. 3 mg/m3,NOx 彡 46 mg/m3,HCl 彡 I. 8 mg/m3,C02 ^ O. 8%,二噁英(DOX) (O. 0009TEQ ng/m3,固体颗粒物彡 I. 9 mg/m3。
[0034]
实施例3 :
垃圾堆放系统A中储存生活垃圾240t,其温度为常温,压力为O. 097MPa。其中垃圾渗滤液收集容器I的溶剂为5M3。渗滤液通过输送泵Pl输送至燃烧子系统D经喷嘴雾化后完全燃烧。而堆放子系统A顶部的排气管道13散发出的垃圾释放气则通过负压管道经计量后与余热回收与利用子系统F的一台换热器Fl换热后送至燃烧子系统D完全燃烧。固体垃圾则以5t/h的流量通过自动提升输送装置I送至粉碎与筛选子系统B进行粉碎和筛选, 在筛分设备中除去少量难以被粉碎的垃圾如金属块、金属丝,塑料薄膜,被粉碎的垃圾尺寸保持在2mm-15mm之间,通过筛下的输送带2运送至热解气化子系统C顶部的进料箱内,再由进料箱部分的自动进料机构实施自动进料操作。热解气化子系统C的热解气化炉的直径为3600mm,总高度为6000mm.其具体结构可参见专利CN201120135026. 9,热解气化炉的操作温度和压力分别为865°C和O. 096MPa。在热解气化炉的顶部,得到的可燃气通过炉体上部的管道3被负压源源不断引至燃烧子系统D进行高温燃烧。燃烧子系统D有三个燃烧炉组成,第一燃烧炉的直径为2600mm,总高度为8000mm。第二燃烧炉的直径为2800mm,总高度为8000mm,第三燃烧炉的直径为3000mm,总高度为8000mm,三个燃烧炉的温度分别为 915°C,1105°C和1073°C,气体在三个燃烧炉中的平均停留时间分别为4. 2s、5. 4s和6. Os。 燃烧过程由一台膜分离装置(富阳市耀顺空分设备有限公司生产,型号为YM0-50型)提供富氧空气,富氧空气含氧量为40%左右。
[0035] 热解后的固渣从热解汽化炉底部排出,进入固渣回收与资源化子系统H,经水冷却后,收集待进一步做资源化处理,首先提取其中的有用金属元素,然后再作为玻璃制作原料,而其残渣则用作制砖等。燃烧炉D顶部排出的1214°C高温气相,进入热能发电系统E的蒸汽锅炉,加热锅炉中的水产生高压蒸汽,驱动发电机组发电,发出约1200kWh电力。
[0036] 经发电降温后的烟道气,温度为205°C左右,将被引至换热器Fl中对垃圾释放气和空气的混合气进行加热,使其升温至82°C左右。换热后的烟道气温度将降至122°C左右, 再进入余热回收与利用子系统F中的热水锅炉F2中,将水加热至77°C,可得热水80t/h左右。热水可应用于温水泳池和宾馆热水供应。经再次换热后的烟道气温度降至103°C并通过管道6被输送至烟道气处理与资源化子系统G。烟道气处理与资源化子系统G包含有综合洗涤塔和脱硝塔,经综合洗涤塔洗涤,烟气中的硫氧化物和烟尘被清除,经脱硝塔吸收, 烟气中的氮氧化物被清除,在烟道气处理与资源化子系统G中,烟气中的酸性气体硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳、氯化物等进行资源化处理,分别得到硫酸钙氯化钙碳酸钙固体混合物可用作道铺设底料,而脱硝塔得到的低浓度的硝酸,经浓缩后得到浓度约46%的硝酸则作为产品销售,获得的CO2将用作现代农业种植。
[0037] 经对处理后待放空的烟道气检测,各类有毒有害物质的含量分别可控制在 SOx ( I. 89 mg/m3, NOx ( 43 mg/m3, HCl 彡 I. 9 mg/m3,C02 ( O. 96%,二噁英(DOX) (O. 00083TEQ ng/m3,固体颗粒物彡 I. I mg/m3。
[0038] 实施例4 :
垃圾堆放系统A中储存生活垃圾20t,其温度为常温,压力为O. 0985MPa。其中垃圾渗滤液收集容器I的溶积为1M3。渗滤液通过输送泵Pl输送至燃烧子系统D经喷嘴雾化后完全燃烧。而堆放子系统A顶部的排气管道13散发出的垃圾释放气则通过负压管道经计量后与余热回收与利用子系统F的一台换热器Fl换热后送至燃烧子系统D完全燃烧。固体垃圾则以2t/h的流量通过自动提升输送装置I送至粉碎与筛选子系统B进行粉碎和筛选, 在筛分设备中除去少量难以被粉碎的垃圾如金属块、金属丝,塑料薄膜,被粉碎的垃圾尺寸保持在2_-15_之间,通过筛下的输送带2运送至热解气化子系统C顶部的进料箱内,再由进料箱机构的自动进料机构实施自动进料操作。热解气化子系统C的热解气化炉的直径为2800mm,总高度为5080mm,其具体结构可参见专利CN201120135026. 9,热解气化炉的操
11作温度和压力分别为872°C和O. 0987MPa。在热解气化炉的顶部,得到的可燃气通过炉体上部的管道3被负压源源不断引至燃烧子系统D进行高温燃烧,燃烧子系统D由三个燃烧炉组成,第一燃烧炉的直径为2600mm,总高度为8000mm。第二燃烧炉的直径为2800mm,总高度为8000mm,第三燃烧炉的直径为3000mm,总高度为8000mm,三个燃烧炉的温度分别为 998°C,1017°C和lOOrC,气体在三个燃烧炉中的平均停留时间分别为5. ls、5. 9s和6.8s。 燃烧过程由一台膜分离装置(富阳市耀顺空分设备有限公司生产,型号为YM0-50型)提供富氧空气,富氧空气含氧量为40%左右。
[0039] 热解后的固渣从热解汽化炉底部排出,进入固渣回收与资源化子系统H,经水冷却后,收集待进一步做资源化处理,首先提取其中的有用金属元素,然后再作为玻璃制作原料,而其残渣则用作制砖等。燃烧炉D顶部排出的1236°C高温气相,进入热能发电系统E的蒸汽锅炉,加热锅炉中的水产生高压蒸汽,驱动发电机组发电,发出约500kWh电力。
[0040] 经发电降温后的烟道气,温度为198°C左右,将被引至换热器Fl中对垃圾释放气和空气的混合气进行加热,使其升温至79°C左右。换热后的烟道气温度将降至119°C左右, 再进入余热回收与利用子系统F中的热水锅炉F2中,将水加热至75 °C,可得热水31t/h左右。热水可应用于温水泳池和宾馆热水供应。经再次换热后的烟道气温度降至101°C并通过管道6被输送至烟道气处理与资源化子系统G。烟道气处理与资源化子系统G包含有综合洗涤塔和脱硝塔,经综合洗涤塔洗涤,烟气中的硫氧化物和烟尘被清除,经脱硝塔吸收, 烟气中的氮氧化物被清除,在烟道气处理与资源化子系统G中,烟气中的酸性气体硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳、氯化物等进行资源化处理,分别得到硫酸钙氯化钙碳酸钙固体混合物可用作道铺设底料,而脱硝塔得到的低浓度的硝酸,经浓缩后得到浓度约55%的硝酸则作为产品销售,获得的CO2将用作现代农业种植。
[0041] 经对处理后待放空的烟道气检测,各类有毒有害物质的含量分别可控制在 SOx ≤I. 96 mg/m3, NOx ≤38 mg/m3, HCl ≤ I. 2 mg/m3,C02 ≤ O. 96%,二噁英(DOX) ≤ O. 00087TEQ ng/m3,固体颗粒物 ≤ I. 4 mg/m3。

Claims (6)

1.一种城市生活垃圾处理和利用系统工艺,其特征是:它是由堆放子系统(A)、粉碎与筛选子系统(B)、热解气化子系统(C)、燃烧子系统(D)、热电子系统(E)、余热回收与利用子系统(F)、烟道气处理与资源化子系统(G)、固渣回收与资源化子系统(H) 8个子系统所组成,它们的具体操作和技术功能如下:(I)通过垃圾集中收运将城市生活垃圾堆放于垃圾堆放系统A中,堆放子系统(A)是一个依据该套处理装置每天的处理量设计的封闭型仓储设施,主要由垃圾储存库(J)和垃圾渗滤液容器(I)组成,其地面部分的垃圾渗滤液将通过带倾角的地面和沟渠设计集中由渗滤液管道(15)流入渗滤液容器(I)中,渗滤液通过输送泵(Pl)经管道(17)输送至燃烧子系统(D),经喷嘴雾化后完全燃烧,其垃圾散发出的臭气也将通过堆放子系统(A)顶部的排气管道(13和14)送至燃烧子系统(D)完全燃烧,而垃圾本身则通过自动提升输送装置(I)送至粉碎与筛选子系统(B)进行粉碎和筛选,筛下的垃圾将被输送带(2)运送至热解气化子系统(C)顶部的进料箱内,再由进料箱机构的自动进料机构实施自动进料操作,在垃圾储存库(J)的地面设置热水加热盘管,加热的热水来自于余热回收与利用子系统(F)输出的热水,堆放子系统(A)的操作温度为常温,压力为绝压O. 08- O. 0999 MPa之间,(2)粉碎与筛选子系统(B)主要由粉碎机和筛分机组成,用于对堆放子系统(A)运送来的垃圾进行粉碎和筛分处理,以便垃圾进入气化子系统(C)后更容易被快速升温至预定高温,从而热解气化,同时由于该子系统设有筛分设备,所以难以被粉碎的垃圾如金属块、金属丝,塑料薄膜等将在此得以分离和另行处理,而不进入热解气化子系统(C)内,粉碎后的垃圾尺寸为符合此尺寸的垃圾将被输送带(2)运送至热解气化子系统(C)顶部的进料箱内,(3)热解气化子系统(C)主要由热解气化炉、进料箱及其自动进料机构、压力与进气控制单元、温控仪器和气相组成检测仪器等组成,热解气化炉为直立型,设计成炉体固定、上顶盖旋转;或上顶盖固定而炉体旋转型,这样可通过温控仪器对热解气化炉内不同点温度的连续检测,得知其内不同时刻点垃圾气化的程度和垃圾层上表面的温度分布变化情况,然后通过温控仪器将信号发送至垃圾进料箱自动进料机构,实施自动进料作业,为了保证热解气化炉在基本恒定的高温下工作,压力与进气控制单元通过不间断检测热解气化炉(C)内的压力值,同时及时调整通过热解气化炉底部向炉内供给的空气流量,从而既保持炉内的操作温度,又能维持炉内热解气化操作在乏氧条件下进行,以抑制二噁英等有毒有害物质的生成,同时,通过气相组成检测仪器,得知热解气化炉(C)上部的可燃气体组成变化,尤其是其中有害物质含量的变化,并据此调节操作温度、操作压力、垃圾水含量和氧含量等参数,以破坏热解气化过程中二噁英等高毒性物质的化学生成条件,实现对热解气化过程不同垃圾原料的气化产物的有效调控,使该过程所产生的二噁英等高毒性物质控制在尽可能低的水平,热解气化炉(C)内的操作温度为750-1000°C,操作压力在O. 06 - O. 0999 MPa之间,(4)垃圾在热解气化炉(C)中气化后,得到的可燃气体将通过热解气化炉顶部的管道(3)被负压源源不断引至燃烧子系统(D)的底部,进行高温燃烧,燃烧子系统(D)是由一级燃烧炉、二级燃烧炉和三级燃烧炉以及富氧供给系统组成的一个延时高温燃烧体系,三个炉体之间为串联关系,每一台燃烧炉是由一个圆筒形容器和气相进出通道组成的气体燃烧设备,其内下部设有气体分布板,气体分布板下方设有可燃气入口管道和空气或富氧空气入口管道,上部设有高温气体出口管道,一级燃烧炉为可燃气体的预燃烧,气体在炉内平均停留时间控制在3-6s,燃烧温度为900°C -IOOO0C ;二级燃烧炉为可燃气体的深度燃烧,或称高温主燃烧,气体在炉内平均停留时间控制在4-6s,燃烧温度为950°C -1200°C ;三级燃烧炉为可燃气体尾气的保温延时燃烧,气体在炉内平均停留时间控制在5-8s,燃烧温度为 IOOO0C - 1200°c,通过上述三级燃烧,确保可燃气体100%得以充分燃烧,三个燃烧炉均为富氧燃烧操作,富氧通过一套膜分离装置提供,在富氧燃烧过程中,富氧空气的总供给量仅相当于传统自然空气燃烧总供应量的50-70%,在燃烧炉(D)工作时,通过分别连接于堆放子系统(A)顶部的排气管道(13和14)和连接于堆放子系统(A)的渗滤液容器(I)与燃烧炉(D)之间的管道(15、16和17),可连续不断将垃圾释放气和垃圾渗滤液输送至燃烧炉(D) 内一并燃烧,以实现垃圾废气废液的无害化和热能化,在垃圾释放气与空气的混合气进入燃烧炉之前,先通过余热回收与利用子系统(F)的一台换热器(Fl)与从蒸汽锅炉输出的温度降至180- 250°C的烟道气进行换热,将混合气温度提高至80-90°C后再进入燃烧炉(D), 以利用烟道气的热能和保持燃烧炉的温度,燃烧炉的操作压力为O. 08 - O. 0999 MPa之间,(5)燃烧子系统(D)顶部排出的高温气体,经管道(5)进入热能发电系统(E)的蒸汽锅炉, 加热锅炉水产生高压蒸汽,从而驱动发电机组发电,并向当地电网提供电力,(6)经换热器 (Fl)换热降温后的烟道气,温度为105-150°C,将被引至余热回收与利用子系统F中的热水锅炉F2中,加热其中的水至65-90°C后输出,此时的烟道气温度将降至70-90°C之间,余热回收与利用子系统(F)主要由一台换热器(Fl)和一台热水锅炉(F2)及若干热水终端用户组成,热水锅炉(F2)通过烟道气不断加热,连续不断产生热水,供终端用户使用,(7)温度为70-90°C的烟道气通过烟气压缩机(P2)和管道(9)被输送至烟道气处理与资源化子系统(G),该子系统主要由洗涤单元、脱硝单元、脱碳单元和酸性物质资源化单元等所组成,在洗涤单元中,烟道气将通过水洗操作,脱除其中的绝大部分烟尘、SO3和HCl等水溶性酸性成分,而洗涤液将被收集至废液池通过碱液中和处理,使其呈现中性或弱碱性,并同时得到无机沉淀物,硫酸钙、氯化钙、碳酸钙,这些物质将作为道路铺设材料和制砖材料等建材之用,而弱碱性水则作为洗涤用水循环使用,在脱硝单元中,通过一台烟气压缩机(P2 )将洗涤后的烟气压缩至给定压力,输送至脱硝塔,在脱硝塔中NO2将与水进行选择性反应生成稀硝酸,稀硝酸经浓缩后则作为化学品销售,脱硝之后的烟气再进入脱碳单元中脱去占总量90% 的CO2,脱碳工艺将采取下列几种工艺之一:无机碱水溶液喷淋、有机胺法或热钾碱法,捕集后再生得到的CO2将通过管道输送至本装置周边的现代农业设施,用于种植业,(8)热解汽化炉(C)中垃圾被热解气化后,剩下的固渣将从热解汽化炉底部排出,进入固渣回收与资源化子系统H,固渣回收与资源化子系统H是由一个充有水的固渣收集槽和若干深度资源化加工终端所组成,固渣收集槽中冷却固渣的水成为碱性水,它被送至烟道气处理系统作为洗涤水循环使用。
2.根据权利要求I所述的城市生活垃圾处理和利用系统工艺,其特征是:所述的粉碎与筛选子系统(B)粉碎和筛选后的垃圾尺寸为3-15_。
3.根据权利要求I所述的城市生活垃圾处理和利用系统工艺,其特征是:所述的热解气化炉(C)内的操作温度为780- 1050 °C,操作压力为O. 08 -O. 0995 MPa。
4.根据权利要求I所述的城市生活垃圾处理和利用系统工艺,其特征是:所述的热解气化炉体内安装有陶瓷基耐高温蓄热材料。
5.根据权利要求I所述的城市生活垃圾处理和利用系统工艺,其特征是:为了保证三级燃烧过程在设定的高温下进行,所述的燃烧炉体内安装有耐高温蓄热材料,燃烧炉的操作压力为 O. 09 -O. 099MPa。
6.根据权利要求I所述的城市生活垃圾处理和利用系统工艺,其特征是:所述的脱碳工艺为热钾碱法脱二氧化碳工艺。
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