CN103042024A

CN103042024A - 一种兼顾脱硝的干法旋窑能源化处理城镇生活垃圾的方法

Info

Publication number: CN103042024A
Application number: CN2013100067011A
Authority: CN
Inventors: 尹小林
Original assignee: 尹小林
Current assignee: Changsha Zichen Technology Development Co Ltd
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2033-01-09
Also published as: CN103042024B

Abstract

一种兼顾脱硝的干法旋窑能源化处理城镇生活垃圾的方法，包括以下步骤：首先将城镇生活垃圾经过预处理，分成以有机物为主的可燃物组分物料和以无机物为主的残渣组分物料，所述可燃物组分物料为散料形态，物料边长≤200mm、含水率≤30%；然后将可燃物组分物料作为干法旋窑分解炉燃煤替代性燃料和脱硝的碳氢化合物原料，通过喂料装置喂入分解炉内的下部至中上部区域空间处理、脱硝；所述残渣组分物料经化学分析作为生料立磨系统配料粉磨用替代性原料。使用本发明处理城镇生活垃圾，操作简单，煤耗低，窑况稳定性好，不影响干法旋窑生产窑和炉内煤粉燃烧，处理成本低，对环境污染少。

Description

一种兼顾脱硝的干法旋窑能源化处理城镇生活垃圾的方法

技术领域

本发明涉及一种处理城镇生活垃圾的方法，尤其是涉及一种兼顾脱硝的干法旋窑能源化处理城镇生活垃圾的方法。

背景技术

随着城镇化的发展，我国城镇生活垃圾的发生量以9%以上的速度增长，人均日产生活垃圾约为1.10kg。

城镇生活垃圾成分可简单地分为无机物和有机物两大组分，无机物的化学成分主要是二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁等，这些无机物不可燃，但仍可以有效利用；有机物成分主要是动植物残渣和塑料等，基本化学成分为碳氢化合物及含氮有机物，为可利用的可燃物。

生活垃圾直接堆放或简易填埋不仅向大气释放出了大量的有害气体，还含有致癌物和致畸物，在堆放过程中形成有机污染物、重金属和病原微生物三位一体的污染。

城镇生活垃圾是一个长期存在的污染源，未经处理或处理不善会造成严重的大气污染、地下水污染、土壤污染、土地被垃圾占用和自然景观被破坏等问题，并日趋严重地影响生物链及环境，危及人类和其它物种的生存。同时，城镇生活垃圾又是一种总量不断增长，可无限期开发利用的贮能资源。目前，全国每年城市生活垃圾贮能总量相当于2000万吨以上优质燃煤，而基本建设需求的水泥生产正在大量耗掉有限的煤炭、粘土资源。

目前，国内外开发利用城镇生活垃圾的技术有露天堆放与倾泄、卫生填埋与造气、堆肥、焚烧及焚烧发电、垃圾衍生燃料及利用水泥厂处理。

填埋处理工艺简单、成本低，其致命弱点就是场地处理和防渗施工要求高，产生的渗滤液容易对地下水造成长期严重的难以预料的污染，并随腐败过程释放出大量的NH₃、H₂S和HCl等有毒有害气体；填埋气热值偏低、净化过程也易产生二次污染。

堆肥处理，可利用腐殖物的肥效，但占地多，周期长，受环境温湿度影响大，放出大量有害气体，且堆肥质量差，重金属含量高，病源体微生物量大，污染农作物，进而进入人类的食物链，对人类健康造成危害。

垃圾焚烧处理投资大、效率低；垃圾焚烧发电，通常需要在垃圾中加燃煤，发电率仅10%～15%，无害化处理率低，很难达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》；且焚烧过程容易产生粉尘、有毒微量元素、高温氯腐蚀、有机剧毒有害物质（二恶英及NO_X、SO_X、HCl、HF等）及重金属污染等二次污染；而垃圾焚烧后排出的灰渣通常含有害金属（如汞、铅等），若处理不善，也会造成环境二次污染。

制成垃圾衍生燃料（RDF），首先必须对生活垃圾进行严格的分选，以去掉绝大部分不燃物，并需经干燥、粉碎成细粉，其分选、干燥、粉碎过程的能耗高；其次，还必须添加10%～40%的优质煤或焦油等，才能确保能稳定燃烧，同时焚烧过程中还存在二恶英污染、高温氯腐蚀和重金属污染等，其投资及运行成本高；再次，分选的废渣含腐败物的二次污染，仍须填埋，灰渣亦需妥善处理。我国城市生活垃圾热值较发达国家偏低，波动大，RDF技术的应用通常须加30%左右的优质煤，制造过程能耗大、二次污染更严重。

利用水泥厂处理：国内外技术大致可分为两大类，一类是将经预处理的生活垃圾混合物利用盘式炉或烘干筒加盘式炉焚烧，产生的废气通入现有干法旋窑分解炉或预热器，燃烧后的废渣另行处理；另一类是将经预处理的垃圾混合物采用专门设计的垃圾焚烧炉焚烧，废气自设处理系统，燃烧后的废渣用于水泥配料。而我国现有的利用水泥窑处理生活垃圾的技术在对预处理的生活垃圾（即经分选、破碎等预处理）进行燃烧炉处理时需加燃煤，即无论是采用盘式炉还是专门设计的垃圾焚烧炉必须在生活垃圾中加部分燃煤才能保证垃圾正常燃烧。

当前，国内外利用水泥窑处理生活垃圾的技术还存在以下缺点：一是投资过大，一套日处理仅约300吨的系统实际投资达1亿元以上；二是运营费用偏高。

中国专利200510031773.7公开了一种城市生活垃圾无害化能源化处理新方法及新用途；中国专利200610031296.9公开了一种利用水泥窑处理城市生活垃圾的新方法，两者虽均能应用于旋窑或立窑，但大规模应用于新型干法旋窑时，均面对如下状况：

其一，影响窑况的稳定性及产品质量，干法旋窑产能量高，且整个系统加入的都是粉料，无论在旋窑的哪个部位加入成型的块料都很麻烦，投加量略为大一点，极易影响窑况的稳定性及产品质量；

其二，成型料干燥难，处理量较大时，成型料的自然干燥变得很困难。

其三，处理成本高，添加的石灰、助烧剂、粘结剂等大幅地增加了处理成本，使水泥企业的经济性受影响。

以上状况制约了该技术在新型干法旋窑上的应用。

同时，干法旋窑脱硝已成为我国当前政策推行的环保大事，其基本方法是将还原剂氨水或尿素，或氨水和尿素的混合水溶液喷入分解炉内还原NO_X，脱硝的实质是用氨水中的氢或尿素中的氢夺取NO_X中的氧。因燃煤成本原因，我国干法旋窑所用煤质普遍较差，分解炉容积普遍加大，分解炉煤粉燃烧存在燃尽率偏低和分解炉内中上部中心温度偏高等缺点，脱硝需消耗比理论值更多的氨水或尿素，这进一步提高了水泥的生产成本，与农业争肥，加大了生产氨水、尿素的资源压力和环保压力。

对于以还原剂去除NO_X的研究证实：氢、碳氢化合物有比氨水、尿素更强的去除NO_X的能力，在700℃以上氢和碳氢化合物有优良的脱除NO_X的能力。但目前，还未找到一种合适、廉价的氢或碳氢化合物，或可产生氢和碳氢化合物的物质，在合适的位置以合适的方法加入干法旋窑系统中以达到脱硝的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种不影响干法旋窑生产窑内和炉内煤粉燃烧，煤耗低，窑况稳定性好，熟料生产质量高，处理成本低，对环境污染少的兼顾脱硝的干法旋窑处理城镇生活垃圾的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种兼顾脱硝的干法旋窑能源化处理城镇生活垃圾的方法，包括以下步骤：首先将城镇生活垃圾经过预处理，分成以有机物为主的可燃物组分物料和以无机物为主的残渣组分物料，所述可燃物组分物料为散料形态，物料边长≤200mm（优选≤100mm）、含水率≤30%（优选≤20%）；然后将可燃物组分物料作为干法旋窑分解炉燃煤替代性燃料和脱硝的碳氢化合物原料，通过喂料装置喂入分解炉内的下部至中上部区域空间处理、脱硝；所述残渣组分物料经化学分析作为生料立磨系统配料粉磨用替代性原料。

进一步，所述可燃物组分物料的干基低位热值≥8300KJ/kg。

进一步，所述喂料装置可为连有垃圾料仓的螺旋喂料机，所述螺旋喂料机优选锁风螺旋喂料机，设于干法旋窑分解炉下部至中上部区域。

进一步，所述喂料装置也可为入炉料管和风机，通过风机抽取来自篦冷机的热风向垃圾入炉管送入热风，将可燃组分物料从锁风料仓下，经设于分解炉下部至中上部位的入炉料管送入分解炉内；入炉料管亦可设于三次风管入炉端部位置，此时，风机可选用普通离心风机。

进一步，所述喂料装置也可为其他机械喂料装置，如选用推板式喂料槽和风机，或柱塞式喂料管和风机，以及其它可连续稳定地将垃圾喂入分解炉内的喂料装置。

进一步，所述预处理是指对城镇生活垃圾进行粗破、细破、分选和压滤或压缩脱水处理；当生活垃圾水分含量偏高时，需要脱水，脱除下来的垃圾污水在干法旋窑厂可用作立磨物料的水分含量调节之用。

工作原理：将散料形态的可燃物组分物料作为干法旋窑分解炉燃煤替代性燃料和脱硝的碳氢化合物原料，通过喂料装置喂入分解炉内的下部至中上部空间区域处理、脱硝；利用分解炉内部相对稳定的高温场优势燃尽以有机物为主的可燃物组分物料，以利用有机物能源，并同步达到碳氢化合物脱硝的目的；生活垃圾中的动植物残渣和塑料在1200℃～900℃高温强碱性环境下的分解炉内，停留5～8秒而燃尽，热量供给碳酸钙的分解，塑料燃烧产生的HCl、HF、SOx及重金属细微颗粒被分解的高活性强碱性氧化钙粉、粘土粉料所吸收、截留，经五级旋风预热器收集卸入回转窑内，最终固化在水泥熟料中。

本发明的有益效果：（1）利用已成熟的分选、破碎及压滤或压缩脱水技术将城镇生活垃圾预处理，简单地分开为现有的干法旋窑厂装备能利用的两大部分，即以有机物为主的可燃物组分物料和无机物为主的残渣组分物料；（2）利用干法旋窑分解炉的特点，以燃尽利用垃圾热能，降低煤耗，也充分利用干法旋窑厂生料立磨可处理无机物为主的残渣组分物料和立磨可利用可能产生的垃圾污水的特点；（3）利用碳氢化合物脱硝的优势，用以碳氢化合物为主的有机物可燃物组分物料生活垃圾取代加水溶解的尿素或氨水，送入分解炉内脱硝；（4）在干法旋窑生产线正常运行时，充分利用分解炉、预热器、收尘系统和回转窑整个干法旋窑生产线系统设备的优势，能完全消除焚烧处理过程中的二次污染，且不影响水泥系统产能；（5）工艺简单、投资少、运行成本低，除利用已成熟的垃圾分选、破碎、压缩脱水等预处理设备外，只需添加简单的喂料装置，无需烘干，更不需加垃圾焚烧炉。

使用本发明，简单易操作，煤耗低，窑况稳定性好，不影响干法旋窑生产窑内和炉内煤粉燃烧，处理成本低，对环境污染少。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例包括以下步骤：首先将1500余吨堆场城镇生活垃圾经粗破、细破、风力分选预处理，获得以无机物为主的残渣组分物料垃圾763吨，平均含水率19.6%，获得以有机物为主的可燃物组分物料垃圾714吨，可燃物组分物料为散料形态的可燃物组分物料，物料边长1mm～97mm、平均含水率10.6%、干基低位热值平均15063KJ/kg；然后将残渣组分物料和可燃物组分物料分别运至Ф3.5×50m干法旋窑厂，无机物残渣组分物料经化学分析后作为粘土替代原料用于立磨配料，对立磨产量及细度无不良影响，出磨生料率值成分稳定；有机物为主的可燃物组分物料作为分解炉煤的替代性燃料和脱硝尿素替代原料，通过设于干法旋窑分解炉原上分料管孔处的锁风螺旋喂料机，按每小时约12吨连续从垃圾料仓喂入分解炉内处理、脱硝，停止在分解内喷入尿素水溶液，在线检测NOx含量从原180～210mg降至110～130mg，尾煤用量从原8.3吨降至2.1吨，高温风机拉风增加约1%，窑系统产量、质量及窑况正常，尾排无异味，收尘系统在线检测正常。

实施例2

本实施例包括以下步骤：首先取堆场城镇生活垃圾约3500余吨，经带筛分装置的破碎机粗破和细破的预处理后，获得以无机物为主的残渣组分物料垃圾1847吨，平均含水率21.3%，获得以有机物为主的可燃物组分物料垃圾1613吨，为散料形态，物料边长3～93mm、平均含水率18.4%、干基低位热值平均16014KJ/kg；然后将残渣组分物料和可燃物组分物料分别运至Ф4×60m干法旋窑厂，无机物为主的残渣组分物料经化学分析后作为粘土替代原料用于立磨配料，立磨产质量及工况正常，出磨生料成分正常；有机物为主的可燃物组分物料作为分解炉煤的替代燃料和脱硝尿素替代原料，通过设于干法旋窑分解炉原上分料管孔处的锁风螺旋喂料机，按每小时约17吨连续从垃圾料仓喂入分解炉内处理、脱硝，停止在分解炉内喷入尿素水溶液，在线检测NO_X含量从原170～200mg降至105～130mg，尾煤用量从原13.4吨降至3.7吨，高温风机拉风增大约2%。窑系统产质量及窑况正常，收尘系统在线检测均正常且无异味。

实施例3

本实施例包括以下步骤：首先将城镇生活垃圾约5000吨用带压缩脱水装置的垃圾车运到Ф4.3×64m干法旋窑厂，将垃圾车污水罐内的污水转至干法旋窑厂内污水罐内，用做立磨生产调整原料综合水分含量，然后将进场垃圾进行粗破、细破、振动筛分的预处理后，获得以有机物为主的可燃物组分物料3104吨，为散料形态，物料边长5～98mm、平均水分19.7%、干基低位热值平均14786KJ/kg，获得无机物为主的残渣组分物料1843吨，平均水分23.6%；无机物为主的残渣组分物料经化学分析后作为煤渣替代原料用于立磨生料配料用原料，立磨产质量及工况无影响；有机物为主的可燃物组分物料作为分解炉煤的替代燃料和脱硝尿素的替代原料，通过设于干法旋窑分解炉中部的入炉进料管，用35m³/min高温离心风机抽取来自篦冷机的三次风管热风向垃圾入炉管送300～400℃热风，按每小时约21吨连续从锁风料仓经入炉料管喂入分解炉内处理、脱硝，停止向分解炉内喷入脱硝尿素水溶液，在线检测NOx含量从原来180～200mg降至110～135mg，尾煤用量从原来14.5吨降至3.9吨，高温风机拉风增大约1.5%，窑系统产质量及窑况正常，所有收尘系统在线检测均正常且无异味。

实施例4

本实施例包括以下步骤：首先从堆场取城镇生活垃圾约5000吨运至Ф3×48m干法旋窑厂堆棚，将垃圾压缩脱水、粗破、滚筛、细破的预处理后，压缩脱水获得垃圾污水约298m³，用于立磨原料水分调整用，获得以有机物为主的可燃物组分物料2963吨，为散料形态，物料边长3～85mm，平均水分18.1%、干基低位热值平均14697KJ/kg，获得以无机物为主的残渣组分物料1639吨，平均水分21.3%；无机物残渣组分物料经化学分析后作为粘土替代原料，用于立磨生料配料用原料，立磨产质量及工况无影响；以有机物为主的可燃物组分物料作为分解炉煤的替代燃料和脱硝尿素的替代原料，通过设于干法旋窑分解炉中部的锁风螺旋喂料机，按每小时约10吨连续从垃圾料仓喂入分解炉内的处理、脱硝，停止向分解炉内喷入脱硝的尿素水溶液，在线检测NOx含量从原尿素脱硝的180～210mg降至130～170mg，尾煤用量从原来5.8吨降至1.7～1.9吨，高温风机拉风增大约1%，窑系统产质量及窑工况正常，所有收尘系统在线检测均正常且无异味。

实施例5

本实施例包括以下步骤：首先用市政垃圾车将作为实验用总量约6000吨的城镇生活垃圾运至Ф3.3×48m干法旋窑厂堆棚，将垃圾进行粗破、细破、风力分选预处理后，获得有机可燃物组分物料垃圾4133吨，散料形态，物料边长1～87mm、平均含水率14.8%、干基低位热值平均15373KJ/kg，获得以无机物为主的残渣组分物料1847吨，平均水分18.9%；然后，以无机物为主的残渣组分物料经化学分析后作为粘土的替代原料，用于立磨配料用原料，立磨产质量无影响；以有机物为主的可燃物组分物料作为分解炉煤的替代燃料和脱硝尿素的替代原料，通过设于干法旋窑分解炉下部与三次风管入炉端部相连的下料管，按每小时约8吨连续从垃圾料仓下料，经下料管喂入分解炉内处理、脱硝，停止向分解炉内喷入脱硝尿素水溶液，在线检测NOx含量从原用尿素脱硝的180～230mg降至170～205mg，尾煤用量从原来的7.1吨左右降至3.1吨左右，高温风机拉风增大约2%，窑系统产质量及窑况正常，所有排放在线检测均正常且无异味。

Claims

1. 一种兼顾脱硝的干法旋窑能源化处理城镇生活垃圾的方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将城镇生活垃圾经过预处理，分成以有机物为主的可燃物组分物料和以无机物为主的残渣组分物料，所述可燃物组分物料为散料形态可燃物组分物料，物料边长≤200mm、含水率≤30%；然后将可燃物组分物料作为干法旋窑分解炉燃煤替代性燃料和脱硝的碳氢化合物原料，通过喂料装置喂入分解炉内的下部至中上部区域空间处理、脱硝；所述残渣组分物料经化学分析作为生料立磨系统配料粉磨用替代性原料。

2.根据权利要求1所述的兼顾脱硝的干法旋窑能源化处理城镇生活垃圾的方法，其特征在于，所述喂料装置为带有垃圾料仓的螺旋喂料机，设置于干法旋窑分解炉的下部至中上部区域。

3.根据权利要求1所述的兼顾脱硝的干法旋窑能源化处理城镇生活垃圾的方法，其特征在于，所述喂料装置为入炉料管和风机，通过风机抽取来自篦冷机的热风向垃圾入炉管送入热风，将可燃组分物料从锁风料仓下，经设于分解炉下部至中上部位的入炉料管送入分解炉内；入炉料管亦可设于三次风管入炉端部位置，此时，风机可选用普通离心风机。

4.根据权利要求3所述的兼顾脱硝的干法旋窑能源化处理城镇生活垃圾的方法，其特征在于，所述风机为高温风机。

5.根据权利要求1所述的兼顾脱硝的干法旋窑能源化处理城镇生活垃圾的方法，其特征在于，所述喂料装置为推板式喂料槽和风机，或者为柱塞式喂料管和风机。

6.根据权利要求1所述的兼顾脱硝的干法旋窑能源化处理城镇生活垃圾的方法，其特征在于，所述可燃物组分物料的边长≤100mm，含水率≤20%。

7.根据权利要求1所述的兼顾脱硝的干法旋窑能源化处理城镇生活垃圾的方法，其特征在于，所述可燃物组分物料的干基低位热值≥8300 KJ/kg。

8.根据权利要求1-7之一所述的兼顾脱硝的干法旋窑能源化处理城镇生活垃圾的方法，其特征在于，所述预处理是指对城镇生活垃圾进行粗破、细破、分选和压滤或压缩脱水处理；当生活垃圾水分偏高时，需要脱水，脱除下来的垃圾污水在干法旋窑厂可用作立磨物料的水分含量调节之用。