CN103471105B - 一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理系统及方法,该系统包括生活垃圾前处理系统、垃圾能量回收系统、垃圾渗滤液浓缩及烟气处理系统;所述生活垃圾前处理系统包括依次连接的生活垃圾料仓、生活垃圾破碎机、生活垃圾筛分机、生活垃圾挤压脱水机;所述垃圾能量回收系统包括流化床气化炉、旋风熔融炉、余热锅炉以及与之配套的供风及富氧系统;所述垃圾渗滤液浓缩及烟气处理系统包括渗滤液浓缩系统、烟气净化装置及废水处理装置。该系统通过前处理工艺提高了垃圾的热值,采用富氧气化炉及高温旋风熔融炉技术作为垃圾能量的回收系统,利用余热锅炉排出的中温烟气浓缩了垃圾渗滤液,并将浓缩后的渗滤液喷入了高温的旋风炉中进行了无害化处理。

Description

一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及垃圾及渗滤液的无害化处理及资源化利用领域,特别是涉及一种一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理系统及方法。
技术背景
[0002] 随着国家经济快速发展,以城市生活垃圾为首的有机固体废弃物产生量急剧增长,处理问题迫在眉睫。
[0003] 目前我国垃圾处理主要采用填埋法、堆肥法和焚烧法。填埋场极易产生富含甲烷的填埋气,引起爆炸,还会产生大量垃圾渗滤液,其中含有重金属、有毒有害的有机化学污染物及大量病毒病原菌。堆肥法由于垃圾分类不精细,造成肥料品质较低难以销售。焚烧法处理城市生活垃圾时,由于生活垃圾中含有大量含氯塑料及重金属物质,燃烧时极易造成剧毒性致癌物质“二噁英”污染。“二噁英”难以在线监测且累积效应严重,随着空气吸入及食物链进入人体且极难被排出,具有强烈的致癌、致畸作用,同时还具有生殖毒性、免疫毒性和内分泌毒性。
[0004] 由于垃圾成分的多样性、易变性、焚烧过程影响因素的复杂性等,现阶段垃圾焚烧技术不可避免的容易对环境造成的二噁英、重金属等二次污染,因此国外学者提出垃圾热解气化熔融技术,该技术可以有效地防止垃圾焚烧过程中的二恶英和重金属污染物生成。垃圾进入流化床气化炉之后,通过外部热源加热或者部分燃烧放热使其温度升高,其中的有机可燃物质分解为可燃气体和灰渣,之后可燃气体进入后续工艺燃烧放热,实现其能量的资源化利用,而灰渣通过高温熔融成液态,之后冷却形成玻璃态的固体熔渣,实现其无害化。
[0005] 虽然垃圾气化熔融技术在环保性上相比传统的垃圾焚烧拥有巨大的优势,但是垃圾气化熔融技术需要垃圾的热值较高才能保证足够的气化炉温度及合成气热值。一旦垃圾含水率较高或者渣土含量较高,则无法满足气化熔融技术所必须的垃圾热值要求,必须添加辅助燃料才能保证设备的运行。而我国目前对垃圾焚烧炉掺烧辅助燃料的比例有限制,一旦含水率或沙土含量过高,则无法将掺烧比例控制在国家允许的范围之内。
[0006]与此同时,垃圾在收集、储运的过程中会产生大量的渗滤液,渗滤液具有很高的毒性,并且难以通过生化法进行降解处理。目前通常采用膜分离进行浓缩,或者稀释后采用生化法进行处理。这两种方法的处理成本都比较高,所以如何能经济快速地处理垃圾渗滤液也是垃圾处理时所必须考虑的问题。
[0007] 此外,当前垃圾气化熔融技术存在燃烧效率低下的问题。导致这个问题主要是两个原因。第一个原因是垃圾焚烧时燃料的燃烬率不足。这是因为垃圾物料的成分复杂,而采用流化床气化技术之后,虽然可以保证较好的传热传质效果,但由于在炉膛中的物料停留时间无法控制,且由于炉膛内流化物料运动的随机性,排渣的燃烬率也难以保证,因此流化床气化炉并不能保证较好的碳转化率。
[0008] 除了燃料燃烬率带来的问题,排烟温度过高也是造成效率低下的主要因素之一。这是因为垃圾焚烧之后的烟气中含有大量的水蒸气和酸性气体,而为了保证锅炉尾部受热面不被腐蚀必须选用较高的排烟温度,这就造成了烟气中大量水蒸气的潜热未能得到有效利用。如何降低垃圾焚烧排烟温度,利用垃圾焚烧烟气中的潜热就是提高垃圾焚烧经济性的关键技术。
[0009] 因此,将气化熔融技术用于我国垃圾,必须解决如下问题:
[0010] 1、如何低成本地提高我国原生垃圾的热值;
[0011] 2、如何处理生活垃圾产生的大量渗滤液;
[0012] 3、如何保证气化炉内垃圾的碳转化率;
[0013] 4、如何降低系统的排烟温度,充分利用烟气中的潜热。
发明内容
[0014] 为了克服上述现有技术的不足,本发明提供了一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理系统及方法。该系统通过前处理工艺提高了垃圾的热值,采用富氧气化炉及高温旋风熔融炉技术作为垃圾能量的回收系统,利用余热锅炉排出的中温烟气浓缩了垃圾渗滤液,并将浓缩后的渗滤液喷入了高温的旋风炉中进行了无害化处理。最终实现了垃圾及渗滤液的彻底无害化处理及高效资源化利用。
[0015] 为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
[0016] —种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理系统,包括生活垃圾前处理系统、垃圾能量回收系统、垃圾渗滤液浓缩及烟气处理系统;所述生活垃圾前处理系统,包括依次连接的生活垃圾料仓、生活垃圾破碎机、生活垃圾筛分机、生活垃圾挤压脱水机;所述垃圾能量回收系统,包括流化床气化炉、旋风熔融炉、余热锅炉以及与之配套的供风及富氧系统;生活垃圾挤压脱水机的垃圾出口连接流化床气化炉的垃圾入口,流化床气化炉的合成气出口连接旋风熔融炉的合成气入口,旋风熔融炉的高温烟气出口连接余热锅炉的的高温烟气入口 ;供风及富氧系统连接流化床气化炉和旋风熔融炉;所述垃圾渗滤液浓缩及烟气处理系统,包括渗滤液浓缩系统、烟气净化装置及废水处理装置;垃圾挤压脱水机的渗滤液出口连接渗滤液浓缩系统的渗滤液进口 ;渗滤液浓缩系统的浓缩渗滤液出口连接旋风熔融炉的喷嘴;渗滤液浓缩系统的中温烟气进口连接余热锅炉的中温烟气出口,渗滤液浓缩系统的冷凝废液出口连接所述废水处理装置,渗滤液浓缩系统的低温烟气出口连接所述烟气净化装置。
[0017] 本发明进一步的改进在于:生活垃圾料仓中的原生垃圾通过垃圾破碎机破碎后,进入垃圾筛分机,通过筛分去除粒径小于2_的灰土类废物之后,进入垃圾挤压脱水机,通过挤压脱水降低垃圾含水率;经垃圾挤压脱水机处理后的垃圾进入流化床气化炉内与空气及富氧发生气化反应,产生可燃气体进入旋风熔融炉进行高温燃烧,使其中的飞灰熔融为液态熔渣,而燃烧产生的高温烟气进入余热锅炉进行余热回收;经过余热锅炉换热之后的中温烟气进入渗滤液浓缩系统,为渗滤液浓缩提供热源;而从渗滤液浓缩系统排出的浓缩渗滤液喷入旋风炉进行高温焚烧,从渗滤液浓缩系统排出的冷凝废液进入废水处理系装置进行处理,经过渗滤液浓缩系统换热后的低温烟气经过烟气净化装置后排入大气。
[0018] 本发明进一步的改进在于:流化床气化炉采用密相区和稀相区两段式布置,在密相区和稀相区之间有一个喉部区域;在气化炉密相区底部布置有多风室布风装置,该装置由两个或多个相互封闭的环形空间组成,其上布置有圆锥形的倾斜布风板;多风室布风装置的中心通入由供风及富氧系统提供的空气,边缘通入由供风及富氧系统提供的富氧;经垃圾挤压脱水机处理后的垃圾从稀相区侧部进入气化炉炉膛后先在炉膛中央区域进行热解气化反应;床层中央底部的物料燃烧时逐渐向床层边缘运动,当进入到多风室布风装置边缘的富氧布风区以后,热解残渣中的焦炭将与富氧发生反应,燃烧速度加快,放出的热量增加,降低排渣中的含碳量。
[0019] 布风板上安装有多个定向风帽,所述定向风帽由一个一端封闭的圆管加工而成,在靠近封闭端的管壁侧面有两个出风孔,在同一水平面内,两个出风孔相互呈40〜120°夹角布置;定向风帽在布风板上呈中心对称分布,其出风孔沿布风板圆周方向呈顺时针或逆时针布置,其两个出风孔中心线的角平分线与沿布风板圆周切线外侧方向有10〜40°的夹角,使流化床气化炉底层床料能够沿螺旋线由中心向外侧运动。
[0020] 本发明进一步的改进在于:流化床气化炉气化产生的合成气进入旋风熔融炉中进行高温燃烧;旋风熔融炉采用三段式结构,包括依次连接的垂直段、倾斜排渣段和燃烬段;垂直段的炉膛为垂直结构,合成气通过垂直段顶端侧面的合成气入口沿切向进入垂直段,助燃的空气及富氧分2级,通过切向设置在垂直段侧面的一级助燃风喷嘴和二级助燃风喷嘴进入垂直段参与燃烧;在垂直段的顶部中心布置有点火及喷淋渗滤液的喷嘴,在点火时作为起燃喷嘴,在正常燃烧时作为浓缩渗滤液的燃烧喷嘴;第二段为倾斜排渣段,其炉膛为横向倾斜布置,在炉膛的中段下部布置有液体排渣口,在液体排渣口后布置有燃烬风喷嘴,在运行时喷入空气或富氧;第三段为燃烬段,燃烬段的炉膛为垂直布置,以让燃气充分燃烬,并让飞灰有足够的停留时间被捕集。
[0021] 本发明进一步的改进在于:旋风熔融炉采用三段式结构内壁均铺设有保温耐磨炉衬;垂直段和倾斜排渣段内处于还原性气氛,燃烬段内处于氧化性气氛。
[0022] 本发明进一步的改进在于:渗滤液浓缩系统由多级蒸发换热器构成,烟气与渗滤液呈逆流布置。
[0023] 本发明进一步的改进在于:渗滤液浓缩系统由三蒸发换热器构成,分别为第一级蒸发换热器、第二级蒸发换热器和第三级蒸发换热器;从余热锅炉排出的中温烟气进入第一级蒸发换热器,通过从第二级蒸发器送出的渗滤液浓缩液换热,将其进一步浓缩排出至旋风熔融炉;第一级蒸发换热器中渗滤液产生的蒸汽与烟气混合,进入第二级蒸发换热器,通过与从第三级蒸发换热器流出的渗滤液换热之后再与产生的蒸汽混合进入第三级蒸发换热器,在其中与从挤压脱水机收集的垃圾渗滤液换热之后进入烟气净化装置;从每一级蒸发换热器中排出的冷凝废液通入废水处理装置中进行处理;从第三级蒸发换热器排除的低温烟气进入烟气净化装置进行净化。
[0024] —种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理方法,包括以下步骤:
[0025] ( 1)垃圾预处理阶段:原生垃圾储存在生活垃圾料仓中,之后送入生活垃圾破碎机进行破碎,破碎至粒径5 - 10cm之下后,进入垃圾筛分机筛去沙土,筛分之后垃圾中的灰土含量降至10%以下,筛分之后的垃圾进入垃圾挤压脱水机,通过螺旋挤压,将垃圾的含水率降至30%以下;
[0026] (2)垃圾能量回收阶段:经过预处理的垃圾物料进入流化床气化炉中,与从供风及富氧系统中供出的流化风相遇,在500 - 700°C的温度下发生热解气化反应;在流化床气化炉的床层上部主要进行热解气化反应,物料与高温载气相遇发生分解;在床层的下部主要进行燃烧反应,热解后的半焦与新鲜空气及富氧相遇,发生燃烧放出热量,维持系统热平衡;在非均匀布风的多风室布风装置的作用下,底层的物料向出渣口方向运动,并在外侧遇到富氧,实现充分燃烬,燃烬后的物料一部分通过出渣口排出,另一部分被吹至床层上部,与刚刚入炉的物料混合;垃圾通过流化床气化后产生的合成气进入旋风熔融炉中燃烧,在两级供风的垂直段中燃烧并放出热,达到1300 - 1500°C的高温,将合成气中的飞灰完全熔融成液态,同时将从顶端喷口喷出的浓缩渗滤液燃烧分解,将其中的有机物彻底分解,并将其中的重金属熔入液态熔渣中,从而实现渗滤液的处理;液态熔渣和未燃烬的高温气体进入倾斜排渣段,在其中与燃烬风喷口喷出的燃烬风相遇燃烬,而液态熔渣则从倾斜排渣段底部的液态排渣口排出;燃烬的高温烟气进入余热锅炉进行余热回收;
[0027] (3)垃圾渗滤液浓缩及烟气处理阶段:从余热锅炉排出的中温烟气进入第一级蒸发换热器,通过从第二级蒸发器送出的渗滤液浓缩液换热,将其进一步浓缩排出至旋风熔融炉的喷嘴;第一级蒸发换热器中渗滤液产生的蒸汽与烟气混合,进入第二级蒸发换热器,通过与从第三级蒸发换热器流出的渗滤液换热之后再与产生的蒸汽混合进入第三级蒸发换热器,在其中与从挤压脱水机收集的垃圾渗滤液换热之后进入烟气净化装置;从每一级蒸发换热器中排出的冷凝废液通入废水处理装置中进行处理;从第三级蒸发换热器排除的低温烟气进入烟气净化装置进行净化。
[0028] 与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
[0029] (I)由于我国原生垃圾成分复杂、含水率高,因此无法满足垃圾气化熔融工艺的基本需要。本发明通过将垃圾前处理技术与整个工艺系统相结合,有效的提升了进入气化熔融系统的垃圾热值,从而提供了气化熔融系统的适应性。
[0030] (2)由于我国垃圾含水率高,因此在垃圾储运处理过程中都伴随着渗滤液处理的问题。传统的膜分离、稀释后生化处理法,都存在处理成本高,处理周期长的问题。而本发明利用垃圾焚烧排烟中难以利用的烟气余热作为渗滤液浓缩的能量来源,通过多效蒸发,实现了渗滤液的浓缩。之后又将浓缩后的渗滤液喷入旋风熔融炉进行高温焚烧,彻底分解其中难降解有机物,并通过熔渣固化了其中的重金属,实现了其无害化处理。
[0031] (3)采用空气作为气化介质会有大量的氮气进入气化反应器,从而增大系统热损失,并且降低了合成气的热值,而本发明中采用富氧作为气化介质,比采用空气作为气化介质的气化炉更能达到较高的气化温度,并且可以提高燃料的碳转化率,产生的合成气也具有更高的热值,产生的便于后续利用。
[0032] (4)由于多风室布风装置给流化床内提供了不均匀的布风,从而使得床内的物料在宏观上存在一个内循环,刚刚进入炉内的物料在床层上部,处于高温还原性气氛下,从而使得物料中的挥发分充分的析出,使得物料中容易气化的部分先完成热解气化反应;经过热解气化后的物料半焦逐渐运动到床层下部,与从多风室布风装置中进入炉膛的空气及富氧发生不完全燃烧,产生二氧化碳及一氧化碳,并放出热量,加热上升的载气为上层入炉物料的热解气化反应提供能量。物料的内循环可以将物料在炉内不同温区、不同气氛中的运动过程与物料本身受热分解的特性相匹配,从而实现物料的高效气化。
附图说明
[0033] 图1为本发明系统的框图;
[0034] 图2为流化床气化炉示意图;
[0035] 图3为旋风熔融炉示意图;
[0036] 图4为渗滤液浓缩系统示意图;
[0037] 图5为多风室布风装置的示意图;其中图5 (a)为多风室布风装置的俯视图,图5(b)为图5 (a)所示多风室布风装置的主视图;
[0038] 图6为定向风帽的示意图;其中图6 (a)为定向风帽的主视图,图6 (b)为图6Ca)所示定向风帽的俯视图。
具体实施方式
[0039] 下面结合附图对本发明进一步说明。请参阅图1至图6 (b)所示,本发明一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理系统,包括生活垃圾前处理系统、垃圾能量回收系统、垃圾渗滤液浓缩及烟气处理系统。
[0040] 生活垃圾前处理系统,由生活垃圾料仓、生活垃圾破碎机、生活垃圾筛分机、生活垃圾挤压脱水机组成。原生垃圾从清运站收集后储存于生活垃圾料仓,通过垃圾破碎机破碎后,进入垃圾筛分机,通过筛分去除粒径小于2_的灰土类废物之后,进入垃圾挤压脱水机,通过挤压脱水降低垃圾含水率,将原生垃圾处理成具有一定粒径、热值较高、含水较低的垃圾燃料,从而克服我国垃圾成分复杂、含水率高、热值较低的缺点,保证在后续的气化炉中物料的粒径及热值,提高系统的稳定性。此外,还可以降低无谓的能量损失,使得垃圾可以在流化床气化炉及旋风熔融炉内达到足够高的温度,促进其能量转化,并保证环保效果O
[0041] 垃圾能量回收系统,包括:流化床气化炉、旋风熔融炉、余热锅炉以及与之配套的供风及富氧系统。经垃圾挤压脱水机处理后的垃圾进入流化床气化炉内与空气及富氧发生气化反应,产生可燃气体进入旋风熔融炉进行高温燃烧,使其中的飞灰熔融为液态熔渣,而燃烧产生的高温烟气进入余热锅炉进行余热回收。
[0042] 请参阅图2所示,流化床气化炉I采用密相区和稀相区两段式布置,在密相区和稀相区之间有一个喉部区域,在气化炉密相区底部布置有多风室布风装置3 ;本发明采用安装有定向风帽31的多风室布风装置3,并采用富氧和空气作为流化床载气和气化介质;该装置由两个或多个紧密连接且内部空间相互独立的风室组成,风室为环形互相嵌套;在每个风室的上部是布风板,布风板与风室的大小相匹配,为圆锥形。在布风板较高位置的风室出口的流化风速较低,流化载气为空气;而在布风板较低位置的风室出口的流化风速较高,流化载气为富氧。通过实现在气化炉床层底部氧气浓度的差异,从而实现底层床料燃烬区处于富氧环境下,提高燃料的燃烬率。而通过在布风装置上的定向风帽和布风板的倾斜结构,实现底层床料在床内沿着螺旋线向外运动,延长了底层床料的运动距离,并且可更好的控制其宏观运动,从而既保证了底层床料的停留时间,又可以将反应完全的床料及时排出炉膛。多风室布风装置3的中心通入由供风及富氧系统2提供的空气,边缘通入由供风及富氧系统2提供的富氧。经垃圾挤压脱水机4处理后的垃圾进入气化炉炉膛后先在炉膛中央区域进行热解气化反应,此时主要是挥发分析出的反应,并不需要太多氧气参与反应,因此在多风室布风装置的中央区域所用的载气为空气,空气中含有的氧气与床层中央底部的热解残渣发生燃烧反应,放出热量供床层中央上部的物料热解;由于多风室布风装置为倾斜布置,床层中央底部的物料会逐渐向床层边缘运动,当进入到多风室布风装置的边缘的富氧布风区以后,热解残渣中的焦炭将与富氧发生反应,由于在富氧条件下焦炭的燃烧速度更快,放出的热量更大,因此可以有效地降低排渣中的含碳量,提高系统总体的燃料转化率。
[0043] 请参阅图5 (a)至图6 (b)所示,多风室布风装置3由两个或多个紧密连接且内部空间相互独立的风室组成;本实施例包括两个风室:第一风室32和第二风室33。第一风室32 (圆形)和第二风室33 (环形)互相嵌套;第一风室32和第二风室33的上部是布风板,布风板与风室的大小相匹配,为圆锥形,在布风板最高位置的第一风室32出口的流化风速较低,供风为空气,而在布风板最低位置的第二风室33出口的流化风速较高,供风为富氧。
[0044] 布风板上安装有多个定向风帽31,定向风帽31由一个管端封闭的圆管加工而成,在靠近管端的管壁侧面有两个出风孔310,在同一水平面内,相互呈40〜120°夹角布置。定向风帽31在布风板上呈中心对称分布,其出风孔沿圆周方向呈顺时针或逆时针布置,其出风孔中心线的角平分线与沿布风板圆周切线外侧方向有10〜40°的夹角,从而使得流化床底层床料沿螺旋线由中心向外侧运动,从而既可延长了底层床料的停留时间,又有利于控制底层床料的运动方向。
[0045] 出渣口位于多风室布风装置3较低一侧(即多风室布风装置通入富氧的风室)与气化炉本体之间;这样可以保证底层物料在出渣之前与富氧直接接触,从而将其中残余的碳彻底分解,降低排出炉膛的底渣中的含碳量。
[0046] 垃圾通过流化床气化炉气化产生的合成气进入旋风炉中进行高温燃烧。旋风炉采用三段式结构,包括依次连接的垂直段10、倾斜排渣段20和燃烬段30。垂直段10的炉膛为垂直结构,合成气通过垂直段10顶端侧面的合成气入口 1.1沿切向进入垂直段10,助燃的空气及富氧分2级,通过切向设置在垂直段10侧面的一级助燃风喷嘴1.3和二级助燃风喷嘴1.4进入垂直段10 (第一段炉膛)参与燃烧,目的是让合成气中的飞灰旋转燃烧,并被炉壁上的液态渣膜所捕集,同时,在整个炉膛内处于还原性气氛,可以降低NOx的生成。在垂直段10的顶部中心布置有点火及喷淋渗滤液的多功能喷嘴1.2,在点火时可以作为起燃喷嘴,在正常燃烧时可以作为浓缩渗滤液的燃烧喷嘴;第二段为倾斜排渣段20,其炉膛为横向倾斜布置,在炉膛的中段下部布置有液体排渣口 2.1,在炉膛的液体排渣口 2.1后布置有燃烬风喷嘴2.2,在运行时喷入空气或富氧,保证合成气的充分燃烬。第三段为燃烬段30,为垂直布置,目的是让炉膛内的燃气充分燃烬,并让飞灰有足够的停留时间被捕集。三段旋风熔融炉内壁均铺设有保温耐磨炉衬。由于炉膛的第一段、第二段为还原性气氛,第三段为氧化性气氛,使得在还原性气氛和氧化性气氛下熔融性不同的重金属均得到了有效的固化,提高了系统总体的重金属固化率。
[0047] 垃圾渗滤液浓缩及烟气处理系统,包括:渗滤液浓缩系统、烟气净化装置及废水处理装置。垃圾挤压脱水机挤压出的垃圾渗滤液进入渗滤液浓缩系统,经过换热之后的中温烟气进入渗滤液浓缩系统,为渗滤液浓缩提供热源;而从渗滤液浓缩系统排出的浓缩渗滤液喷入旋风炉进行高温焚烧,从渗滤液浓缩系统排出的烟气冷凝液进入普通废水处理系装置进行处理,经过渗滤液浓缩系统换热后的低温烟气经过烟气净化装置后排入大气。
[0048] 其中,渗滤液浓缩系统由三级蒸发换热器构成,烟气与渗滤液呈逆流布置。从余热锅炉排出的中温烟气进入第一级蒸发换热器40,通过从第二级蒸发器50送出的渗滤液浓缩液换热,将其进一步浓缩排出至旋风熔融炉。第一级蒸发换热器40中渗滤液产生的蒸汽与烟气混合,进入第二级蒸发换热器50,通过与从第三级蒸发换热器60流出的渗滤液换热之后再与产生的蒸汽混合进入第三级蒸发换热器60,在其中与从挤压脱水机收集的垃圾渗滤液换热之后进入烟气净化装置。此外,从每一级蒸发换热器中排出的冷凝废液,虽然其污染物含量远远低于垃圾渗滤液,但仍需要进一步处理,因此需要通入废水处理装置中进行处理。
[0049] 本发明一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理方法,包括以下步骤:
[0050] ( I)垃圾预处理阶段。原生垃圾转运站运来以后储存在生活垃圾料仓中,之后送入生活垃圾破碎机进行破碎,破碎至粒径5 -1Ocm之下后,进入垃圾筛分机筛去沙土,筛分之后垃圾中的灰土含量可降至10%以下,筛分之后的垃圾进入垃圾挤压脱水机,通过螺旋挤压,将垃圾的含水率降至30%以下,这样通过破碎、筛分、挤压脱水将原生垃圾处理成具有一定粒径、热值较高、含水较低的垃圾燃料,完成垃圾预处理过程。
[0051] (2)垃圾能量回收阶段。经过预处理的垃圾物料进入流化床气化炉中,与从供风及富氧系统中供出的流化风相遇,在500 - 700°C的温度下发生热解气化反应。在流化床气化炉的床层上部主要进行热解气化反应,物料与高温载气相遇发生分解;在床层的下部主要进行燃烧反应,热解后的半焦与新鲜空气及富氧相遇,发生燃烧放出热量,维持系统热平衡。在非均匀布风的多风室布风装置的作用下,底层的物料向出渣口方向运动,并在外侧遇到富氧,实现充分燃烬,燃烬后的物料一部分通过出渣口排出,另一部分被吹至床层上部,与刚刚入炉的物料混合。垃圾通过流化床气化后产生的合成气进入旋风熔融炉中燃烧,在两级供风的垂直段中燃烧并放出大量热,达到1300 - 1500°C的高温,将合成气中的飞灰完全熔融成液态,同时将从顶端多功能喷口喷出的浓缩渗滤液燃烧分解,将其中的难降解有机物彻底分解,并将其中的重金属熔入液态熔渣中,从而实现渗滤液的处理。液态熔渣和未燃烬的高温气体进入倾斜排渣段,在其中与燃烬风喷口喷出的燃烬风相遇燃烬,而液态熔渣则从倾斜排渣段底部的液态排渣口排出。燃烬的高温烟气进入余热锅炉进行余热回收。余热锅炉产生的高温蒸汽可以供热或发电。至此完成垃圾的余热回收阶段。
[0052] (3)垃圾渗滤液浓缩及烟气处理阶段。从余热锅炉排出的中温烟气温度约为220 - 150°C之间,其中的水蒸气含量较高。而系统通过垃圾挤压脱水机会产生垃圾渗滤液,如果将全部渗滤液喷入炉膛则会导致熔融炉温度过低,不能实现液态排渣。从余热锅炉排出的烟气进入第一级蒸发换热器,通过从第二级蒸发器送出的渗滤液浓缩液换热,将其进一步浓缩。渗滤液产生的蒸汽与烟气混合,进入第二级蒸发换热器,通过与从第三级蒸发换热器流出的渗滤液换热之后再与产生的蒸汽混合进入第三级蒸发换热器,在其中与从挤压脱水机收集的垃圾渗滤液换热之后进入烟气净化装置。此外,从每一级蒸发换热器中排出的冷凝废水,虽然其污染物含量远远低于垃圾渗滤液,但仍需要进一步处理,因此需要通入废水处理装置中进行处理。而经过蒸发换热器后的低温烟气,约60 _40°C,其潜热已经完全释放,只需要进行基本的除尘、净化处理之后即可排放入大气。由于本系统采用气化熔融技术,所以其中的二噁英及重金属污染物含量极低,将大大降低环保设施投资及运行费用。

Claims (8)

1.一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理系统,其特征在于,包括生活垃圾前处理系统、垃圾能量回收系统、垃圾渗滤液浓缩及烟气处理系统; 所述生活垃圾前处理系统,包括依次连接的生活垃圾料仓、生活垃圾破碎机、生活垃圾筛分机、生活垃圾挤压脱水机; 所述垃圾能量回收系统,包括流化床气化炉、旋风熔融炉、余热锅炉以及与之配套的供风及富氧系统;生活垃圾挤压脱水机的垃圾出口连接流化床气化炉的垃圾入口,流化床气化炉的合成气出口连接旋风熔融炉的合成气入口,旋风熔融炉的高温烟气出口连接余热锅炉的高温烟气入口 ;供风及富氧系统连接流化床气化炉和旋风熔融炉; 所述垃圾渗滤液浓缩及烟气处理系统,包括渗滤液浓缩系统、烟气净化装置及废水处理装置;垃圾挤压脱水机的渗滤液出口连接渗滤液浓缩系统的渗滤液进口 ;渗滤液浓缩系统的浓缩渗滤液出口连接旋风熔融炉的喷嘴;渗滤液浓缩系统的中温烟气进口连接余热锅炉的中温烟气出口,渗滤液浓缩系统的冷凝废液出口连接所述废水处理装置,渗滤液浓缩系统的低温烟气出口连接所述烟气净化装置; 生活垃圾料仓中的原生垃圾通过垃圾破碎机破碎后,进入垃圾筛分机,通过筛分去除粒径小于2_的灰土类废物之后,进入垃圾挤压脱水机,通过挤压脱水降低垃圾含水率;经垃圾挤压脱水机处理后的垃圾进入流化床气化炉内与空气及富氧发生气化反应,产生可燃气体进入旋风熔融炉进行高温燃烧,使其中的飞灰熔融为液态熔渣,而燃烧产生的高温烟气进入余热锅炉进行余热回收;经过余热锅炉换热之后的中温烟气进入渗滤液浓缩系统,为渗滤液浓缩提供热源;而从渗滤液浓缩系统排出的浓缩渗滤液喷入旋风炉进行高温焚烧,从渗滤液浓缩系统排出的冷凝废液进入废水处理装置进行处理,经过渗滤液浓缩系统换热后的低温烟气经过烟气净化装置后排入大气。
2.根据权利要求1所述的一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理系统,其特征在于,流化床气化炉采用密相区和稀相区两段式布置,在密相区和稀相区之间有一个喉部区域;在气化炉密相区底部布置有多风室布风装置,该装置由两个或多个相互封闭的环形空间组成,其上布置有圆锥形的倾斜布风板;多风室布风装置的中心通入由供风及富氧系统提供的空气,边缘通入由供风及富氧系统提供的富氧;经垃圾挤压脱水机处理后的垃圾从稀相区侧部进入气化炉炉膛后先在炉膛中央区域进行热解气化反应;床层中央底部的物料燃烧时逐渐向床层边缘运动,当进入到多风室布风装置边缘的富氧布风区以后,热解残渣中的焦炭将与富氧发生反应,燃烧速度加快,放出的热量增加,降低排渣中的含碳量。
3.根据权利要求2所述的一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理系统,其特征在于,布风板上安装有多个定向风帽(31),所述定向风帽(31)由一个一端封闭的圆管加工而成,在靠近封闭端的管壁侧面有两个出风孔,在同一水平面内,两个出风孔相互呈40〜120°夹角布置;定向风帽(31)在布风板上呈中心对称分布,其出风孔沿布风板圆周方向呈顺时针或逆时针布置,其两个出风孔中心线的角平分线与布风板圆周切线外侧方向有10〜40 °的夹角,使流化床气化炉底层床料能够沿螺旋线由中心向外侧运动。
4.根据权利要求1所述的一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理系统,其特征在于,流化床气化炉气化产生的合成气进入旋风熔融炉中进行高温燃烧;旋风熔融炉采用三段式结构,包括依次连接的垂直段、倾斜排渣段和燃烬段;垂直段的炉膛为垂直结构,合成气通过垂直段顶端侧面的合成气入口沿切向进入垂直段,助燃的空气及富氧分2级,通过切向设置在垂直段侧面的一级助燃风喷嘴和二级助燃风喷嘴进入垂直段参与燃烧;在垂直段的顶部中心布置有点火及喷淋渗滤液的喷嘴,在点火时作为起燃喷嘴,在正常燃烧时作为浓缩渗滤液的燃烧喷嘴;第二段为倾斜排渣段,其炉膛为横向倾斜布置,在炉膛的中段下部布置有液体排渣口,在液体排渣口后布置有燃烬风喷嘴,在运行时喷入空气或富氧;第三段为燃烬段,燃烬段的炉膛为垂直布置,以让燃气充分燃烬,并让飞灰有足够的停留时间被捕集。
5.根据权利要求4所述的一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理系统,其特征在于,旋风熔融炉采用三段式结构内壁均铺设有保温耐磨炉衬;垂直段和倾斜排渣段内处于还原性气氛,燃烬段内处于氧化性气氛。
6.根据权利要求1所述的一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理系统,其特征在于,渗滤液浓缩系统由多级蒸发换热器构成,烟气与渗滤液呈逆流布置。
7.根据权利要求6所述的一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理系统,其特征在于,渗滤液浓缩系统由三蒸发换热器构成,分别为第一级蒸发换热器、第二级蒸发换热器和第三级蒸发换热器;从余热锅炉排出的中温烟气进入第一级蒸发换热器,通过从第二级蒸发器送出的渗滤液浓缩液换热,将其进一步浓缩排出至旋风熔融炉;第一级蒸发换热器中渗滤液产生的蒸汽与烟气混合,进入第二级蒸发换热器,通过与从第三级蒸发换热器流出的渗滤液换热之后再与产生的蒸汽混合进入第三级蒸发换热器,在其中与从挤压脱水机收集的垃圾渗滤液换热之后进入烟气净化装置;从每一级蒸发换热器中排出的冷凝废液通入废水处理装置中进行处理;从第三级蒸发换热器排除的低温烟气进入烟气净化装置进行净化。
8.一种生活垃圾气化熔融及其渗滤液处理方法,其特征在于,包括以下步骤: (1)垃圾预处理阶段:原生垃圾储存在生活垃圾料仓中,之后送入生活垃圾破碎机进行破碎,破碎至粒径5 -1Ocm之下后,进入垃圾筛分机筛去沙土,筛分之后垃圾中的灰土含量降至10%以下,筛分之后的垃圾进入垃圾挤压脱水机,通过螺旋挤压,将垃圾的含水率降至30%以下; (2)垃圾能量回收阶段:经过预处理的垃圾物料进入流化床气化炉中,与从供风及富氧系统中供出的流化风相遇,在500 - 700°C的温度下发生热解气化反应;在流化床气化炉的床层上部主要进行热解气化反应,物料与高温载气相遇发生分解;在床层的下部主要进行燃烧反应,热解后的半焦与新鲜空气及富氧相遇,发生燃烧放出热量,维持系统热平衡;在非均匀布风的多风室布风装置的作用下,底层的物料向出渣口方向运动,并在外侧遇到富氧,实现充分燃烬,燃烬后的物料一部分通过出渣口排出,另一部分被吹至床层上部,与刚刚入炉的物料混合;垃圾通过流化床气化后产生的合成气进入旋风熔融炉中燃烧,在两级供风的垂直段中燃烧并放出热,达到1300 - 1500°C的高温,将合成气中的飞灰完全熔融成液态,同时将从顶端喷口喷出的浓缩渗滤液燃烧分解,将其中的有机物彻底分解,并将其中的重金属熔入液态熔渣中,从而实现渗滤液的处理;液态熔渣和未燃烬的高温气体进入倾斜排渣段,在其中与燃烬风喷口喷出的燃烬风相遇燃烬,而液态熔渣则从倾斜排渣段底部的液态排渣口排出;燃烬的高温烟气进入余热锅炉进行余热回收; (3)垃圾渗滤液浓缩及烟气处理阶段:从余热锅炉排出的中温烟气进入第一级蒸发换热器,通过从第二级蒸发器送出的渗滤液浓缩液换热,将其进一步浓缩排出至旋风熔融炉的喷嘴;第一级蒸发换热器中渗滤液产生的蒸汽与烟气混合,进入第二级蒸发换热器,通过与从第三级蒸发换热器流出的渗滤液换热之后再与产生的蒸汽混合进入第三级蒸发换热器,在其中与从挤压脱水机收集的垃圾渗滤液换热之后进入烟气净化装置;从每一级蒸发换热器中排出的冷凝废液通入废水处理装置中进行处理;从第三级蒸发换热器排除的低温烟气进入烟气净化装置进行净化。
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Application publication date: 20131225

Assignee: Luoyang Yalian Environmental Technology Co., Ltd

Assignor: XI'AN JIAOTONG University

Contract record no.: X2020980006137

Denomination of invention: A system and method for domestic refuse gasification and melting and leachate treatment

Granted publication date: 20151028

License type: Common License

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