CN103658157B - 固体废弃物均质改性气化清洁发电处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够同时对多种混合固体废弃物进行减量化、无害化、资源化处理并以清洁方式产生电能的方法。该方法包含分选、破碎、均质改性、气化清洁发电、碳回收等技术。固体废弃物经过分选和破碎等预处理过程后进入均质改性过程，改变性质的均匀物料进入高温气化过程，固态有机物高温下分解为清洁的燃气状态，燃气经燃烧室通氧1200℃燃烧，或经燃气机组燃烧发电，过热烟道气经过锅炉后使用蒸汽轮机二次发电，烟道气经脱硫和布袋过滤后排放，气化后的残渣经过碳回收单元回收有机碳。该方法优点在于：污染物被固化，二噁英产生条件被消除，尾气洁净；无需单独处理渗滤液；发电量大，效益高；产出废渣仅为惰性残渣，无污染析出。

Description

固体废弃物均质改性气化清洁发电处理方法

一、技术领域

本发明涉及一种固体废弃物均质改性气化清洁发电处理方法，特别涉及一种能够对多种混合固体废弃物的形态和性质进行改善，从而可对包括：城市生活垃圾、玉米秸秆、麦秸、棉花秸秆、园林垃圾、普通医院垃圾、污水处理过程中产生的污泥等，或其中任何几种或全部种类的固体废弃物混合物进行减量化、无害化处理，并以清洁方式产生电能的资源化处理的方法。

二、背景技术

城市或农村的一般固体废弃物通常包括城市生活垃圾(例如居民区垃圾、办公区垃圾、街道、园林垃圾等)、农业废弃物(例如玉米秸秆、麦秸、棉花秸秆等)、普通医院垃圾、污水处理过程中产生的污泥等种类。

当前，这些不同种类的固体废弃物需要分别进入不同的处理设施进行处理，至少四种大型处理设施占用了大量土地，浪费建设资金，损耗人力、物力。

从技术类型上区分，这些固体废弃物处理方法可分为热力法(焚烧、裂解、热解、熔融、蒸煮等)、生物法(好氧堆肥、厌氧消化、昆虫消化等)、卫生填埋三大类别。

各类别处理方法均有其缺点，热力法中的焚烧法因其投资大，对热值要求高，处理成本高，尾气治理难度大，释放二恶英等毒性物质等因素而逐渐受到质疑；热解和熔融方法因固体废弃物的含水量大而导致成本高、处理难度大；蒸煮技术处理成本高，并且不适合绝大多数固体废弃物的处理，仅能处理普通医院垃圾。

生物法则因其产品(生物肥料)因为固体废弃物含重金属过多而质量不达标，销售困难，而且臭气控制难度大，残渣量大，从而使其应用逐渐减少。

卫生填埋处理是重要的固体废弃物处理方式之一，当前全国乃至世界上都仍在大量应用。然而卫生填埋的方式也有它非常不利的因素：填埋场占地巨大，并且不可恢复地永久性占用土地；填埋物产生二次污染严重，臭气飘散，大量高浓度渗滤液处理难度大，填埋气外溢导致的爆炸危险始终存在，鸟类、鼠类啄食垃圾导致的疾病传播也不可彻底避免。

许多单一的新型技术得以研究并应用，分别针对各类固体废弃物进行无害化处理。其中热力法处理固体废弃物的新型技术中，一类为蒸汽热解处理技术，另外一类为高温裂解处理技术。

蒸汽热解处理技术通常仅仅针对生活垃圾，不能同时处理其它种类的固体废弃物。同时，蒸汽热解处理装置仅仅对生活垃圾进行简单序批式固定状态的加热，物料无法彻底被蒸汽渗透，其高分子有机物质发生有限的降解，其产物并不能作为最终产品得以利用。传统的蒸汽热解处理装置常常发生处理效果不佳的问题，局部某些物料不能直接接触高温高压或化学条件，不能达到均匀彻底的处理效果，进料的物化性质，例如含水率、恶臭、混杂缠绕状态等，未能得以彻底改观。这样，后续的深入处理或利用就无法实现。

高温裂解处理技术已经在生活垃圾和医院垃圾处理中得以应用。但由于原始固体废弃物物料经常具有高含水率、高缠绕、特性变化大等特性，直接进料，裂解过程经常无法完全彻底进行，因此裂解温度无法上升到650-700℃以上，有机碳无法彻底分解，因此热量回收率低，处理效果差。加入大量外加燃料(例如柴油)后，虽然裂解过程温度得以保障，但耗损大量燃料，得不偿失。

此外，这两种技术均无法同时处理多种固体废弃物。

三、发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一个能够同时对多种混合固体废弃物进行减量化、无害化、资源化处理并以清洁方式产生电能的有效的方法。

本发明涉及一种固体废弃物均质改性气化清洁发电处理方法，它包括如下步骤：

1)物料储存和上料：固体废弃物物料送入料坑，物料通过抓斗送至板式给料机，被均匀地输送到人工分选平台；

2)人工粗分拣：物料经人工分选平台由人工挑出超大物料、大块砖石和玻璃瓶；

3)破袋和筛分：物料进入内部设有破袋刀具的筛分滚筒按照孔径进行筛分，筛上物经过弹跳筛分机筛出大块砖石，后经二级人工分选分拣出未破开的袋装固体废弃物，同时挑出剩余的玻璃瓶和大块砖石，以及超大物料；未破开的袋装固体废弃物经过人工选出，送至破碎机，保证99.9％以上物料得以破袋，并输送回至筛分滚筒重新筛分；筛下物直接输送进入均质改性装置；

4)均质改性：在加入添加剂，并通入高压蒸汽后，对筛下物进行均质改性处理，处理后的物料与筛上物合并，通过上料装置送入高温气化回转式反应器；冷凝水通过冷凝水处理系统处理后回用；

5)高温气化分解：物料在高温气化回转式反应器中在无氧密闭状态下经过外部夹层的高温烟道气加热，至物料发生裂解，裂解温度控制在415-720℃之间，压力控制在0.1-0.5MPa；发生裂解所需催化剂在均质改性装置中加入，裂解过程中回转式反应器保持转动，裂解产物为气相产物和残渣；

6)粉尘分离：气相产物，即分解燃气经过旋风分离器初步去除粉尘后，进入燃烧室或燃气发电机组；

7)灰渣经过水封排渣装置，与旋风分离器得到的粉尘合并，经磁力除铁送至碳回收单元；

8)燃烧室燃烧：从料坑收集的空气由风机输送至燃烧室，燃气同时输送至燃烧室，混合后燃烧，保持燃烧室内部温度1200-1280℃；燃烧后的烟道气送至锅炉进行热交换；部分燃烧后的烟道气送至碳回收单元和高温气化回转式反应器的外层夹套，之后返回，进入锅炉；

9)燃气发电：粉尘分离后的部分燃气与碳回收单元中产生的分解燃气合并，经过燃气预处理后，送入燃气发电机组，燃烧发电；

10)热交换和汽轮机组发电：燃烧室排出的烟道气与燃气发电机组中燃烧后的尾气共同进入锅炉，由列管换热器进行热交换，并产生高温高压蒸汽；高温高压蒸汽经过汽轮发电机组发电，之后输送至均质改性装置内部；

11)碳回收：高温气化回转式反应器的灰渣与料坑中收集的渗滤液合并，送入碳回收单元，在高温烟道气的加热下，在无氧状态下产生分解燃气，其原理与高温气化回转式反应器相同；高温气化回转式反应器的灰渣中所残留的有机碳经过碳回收单元气化转化为分解燃气；其产物为惰性物质，作为路基原料回收利用；

12)烟道气治理和排放：经过锅炉后的烟道气与喷入的活性炭粉末共同通入布袋过滤器，过滤粉尘经过打包输送至粉尘处理厂或水泥制造厂回用；经过布袋过滤器后的烟道气经过风机抽至排烟管排放至大气。

所述固体废弃物为同时含有选自城市生活垃圾、玉米秸秆、麦秸、棉花秸秆、园林垃圾、普通医院垃圾和污水处理过程中产生的污泥的固体废弃物，或其中任何一种或多种固体废弃物的混合物。

筛分滚筒的筛分孔径优选直径为500-600mm。

其中均质改性处理之前需要将物料进行破袋，以保证大部分物料能够直接接触高温蒸汽和添加剂；同时，均质改性处理之前需要经过人工粗分选、人工分选和弹跳筛分，将大块的无机物例如砖、石、瓦块、玻璃瓶等分离出来；其中的弹跳筛分指：使用带有倾角的皮带输送机，其输送表面具备弹性，超重物质在其表面无法停留，从而达到分离效果的方法。

其中均质改性处理所需的高温高压蒸汽是从工艺下游的锅炉传送至均质改性装置的内部。

高温气化分解所需的热量，即导入高温气化回转式反应器夹层中的热量，是由来自燃烧室的高温烟道气提供；该高温烟道气经过高温气化回转式反应器夹层后，返回燃烧室烟道气出口，与燃烧室直接排放的烟道气合并，与燃气发电机组的燃烧尾气合并，共同进入锅炉进行热交换。

碳回收单元中所需的热量，即导入碳回收单元夹层中的热量，是由来自燃烧室的高温烟道气提供；该高温烟道气经过碳回收单元夹层后，输送至高温气化回转式反应器夹层。

与现有技术相比，本发明所述装置可同时处理城市生活垃圾、玉米秸秆、麦秸、棉花秸秆、园林垃圾、普通医院垃圾、污水处理过程中产生的污泥等固体废弃物，对固体废弃物无害化处理彻底，固体废弃物理、化学性质改变明显，处理效果好。

本发明属于热力法处理固体废弃物，但明显区别于传统的焚烧技术：

一、传统焚烧炉“干燥、燃烧、燃尽”过程在同一设备中进行，本发明改为采用不同的设备单元分段完成，将传统“先简单焚烧再治理污染”的焚烧工艺改变为“前端分段控制污染产生，后端燃烧清洁燃气”的清洁发电工艺，烟气中的飞灰和氮氧化物等污染物质大大减少，降低了烟气的治理难度。

气化阶段：气化过程处于还原性气氛，切断了氧源，Cu⁺等过渡金属阳离子未被氧化，因缺少氧源和催化剂使二噁英的从头合成反应在源头上得到了控制，二噁英前驱物的生成量也相对减少。

燃气发电阶段：燃气发电阶段的燃烧温度高达1200℃，能彻底将垃圾本身所含有的二噁英和来自气化单元内的少量前驱物彻底分解。

烟气治理阶段：在传统的垃圾焚烧系统中，烟气中的飞灰在焚烧炉后燃区低温段从头合成的二噁英是焚烧炉二噁英排放的重要组成部分。在本工艺中，垃圾的气化燃气在1200℃高温下稳定燃烧，所以烟气中的飞灰以及未燃尽的碳近乎完全消失，同时因气化阶段Cu等金属未被氧化，烟气中催化剂较少，因此本工艺能有效控制烟气治理阶段的二噁英从头合成反应的发生。

二、有效降低烟气的数量：对于传统焚烧工艺，为了防止不完全燃烧，燃烧室内的空气系数较大。而对于清洁发电工艺，在燃烧室内只进行燃气的扩散燃烧，反应条件比较容易控制，空气系数较小，因此大大降低了排烟量。

三、效提高了垃圾能源化的水平：本工艺既可以使用燃气轮机也可以使用蒸汽轮机进行发电，有效提高垃圾的能源转化效率。工艺中设置了特有的碳回收装置中，将垃圾热解后残渣中的剩余碳继续转化为燃气，用于产热和发电，提高了垃圾的能源化水平。

四、垃圾减容效果明显，残渣热灼减率低碳回收单元有效减少了残渣的体积，降低残渣的热灼减率。

本发明同时也明显区别于蒸汽热解处理技术和高温裂解处理技术。本发明首先采用预处理以保证物料状态适合均质改性处理，之后采用均质改性处理以保证物料的状态适合后续的高温裂解气化过程。这样的设计最终保证了处理全过程中物料的彻底处理。

四、附图说明

图1为本发明固体废弃物均质改性气化清洁发电处理方法工艺流程图

五、具体实施方式

将本发明的方法整体应用于混合固体废弃物的处理厂。

1)物料储存和上料：固体废弃物物料送入料坑，物料通过抓斗送至板式给料机，被均匀地输送到人工分选平台；

2)人工粗分拣：物料经人工分选平台由人工挑出直径或长度大于等于500mm的超大物料、大块砖石和玻璃瓶；

3)破袋和筛分：物料进入内部设有破袋刀具的筛分滚筒按照孔径进行筛分，筛上物经过弹跳筛分机筛出大块砖石，后经二级人工分选分拣出未破开的袋装固体废弃物，同时挑出剩余的玻璃瓶和大块砖石，以及超大物料；未破开的袋装固体废弃物经过人工选出，送至破碎机，保证99.9％以上物料得以破袋，并输送回至筛分滚筒重新筛分；筛下物直接输送进入均质改性装置；

4)均质改性：在加入添加剂，并通入高压蒸汽后，对筛下物进行均质改性处理，处理后的物料与筛上物合并，通过上料装置送入高温气化回转式反应器；冷凝水通过冷凝水处理系统处理后回用；

5)高温气化分解：物料在高温气化回转式反应器中在无氧密闭状态下经过外部夹层的高温烟道气加热，至物料发生裂解，裂解温度控制在415-720℃之间，压力控制在0.1-0.5MPa；发生裂解所需催化剂在均质改性装置中加入，裂解过程中回转式反应器保持转动，裂解产物为气相产物和残渣；

6)粉尘分离：气相产物，即分解燃气经过旋风分离器初步去除粉尘后，进入燃烧室或燃气发电机组；

7)灰渣经过水封排渣装置，与旋风分离器得到的粉尘合并，经磁力除铁送至碳回收单元；

8)燃烧室燃烧：从料坑收集的空气由风机输送至燃烧室，燃气同时输送至燃烧室，混合后燃烧，保持燃烧室内部温度1200-1280℃；燃烧后的烟道气送至锅炉进行热交换；部分燃烧后的烟道气送至碳回收单元和高温气化回转式反应器的外层夹套，之后返回，进入锅炉；

9)燃气发电：粉尘分离后的部分燃气与碳回收单元中产生的分解燃气合并，经过燃气预处理后，送入燃气发电机组，燃烧发电；

10)热交换和汽轮机组发电：燃烧室排出的烟道气与燃气发电机组中燃烧后的尾气共同进入锅炉，由列管换热器进行热交换，并产生高温高压蒸汽；高温高压蒸汽经过汽轮发电机组发电，之后输送至均质改性装置内部；

11)碳回收：高温气化回转式反应器的灰渣与料坑中收集的渗滤液合并，送入碳回收单元，在高温烟道气的加热下，在无氧状态下产生分解燃气，其原理与高温气化回转式反应器相同；高温气化回转式反应器的灰渣中所残留的有机碳经过碳回收单元气化转化为分解燃气；其产物为惰性物质，作为路基原料回收利用；

12)烟道气治理和排放：经过锅炉后的烟道气与喷入的活性炭粉末共同通入布袋过滤器，过滤粉尘经过打包输送至粉尘处理厂或水泥制造厂回用；经过布袋过滤器后的烟道气经过风机抽至排烟管排放至大气。

在本实施例中，一个处理规模为1000吨/日的固体废弃物处理厂，须均质改性处理装置数目为4个，如果单班生产，则须提高至8个；须高温气化回转式反应器3个。

以上仅为本发明的一个实施例，任何基于本发明的等同变换均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种固体废弃物均质改性气化清洁发电处理方法，其特征在于包括如下步骤：

1)物料储存和上料：固体废弃物物料送入料坑，物料通过抓斗送至板式给料机，被均匀地输送到人工分选平台；

2)人工粗分拣：物料经人工分选平台由人工挑出超大物料、大块砖石和玻璃瓶；

3)破袋和筛分：物料进入内部设有破袋刀具的筛分滚筒按照孔径进行筛分，筛上物经过弹跳筛分机筛出大块砖石，后经二级人工分选分拣出未破开的袋装固体废弃物，同时挑出剩余的玻璃瓶和大块砖石，以及超大物料；未破开的袋装固体废弃物经过人工选出，送至破碎机，保证99.9％以上物料得以破袋，并输送回至筛分滚筒重新筛分；筛下物直接输送进入均质改性装置；

4)均质改性：在加入添加剂，并通入高压蒸汽后，对筛下物进行均质改性处理，处理后的物料与筛上物合并，通过上料装置送入高温气化回转式反应器；冷凝水通过冷凝水处理系统处理后回用；

5)高温气化分解：物料在高温气化回转式反应器中在无氧密闭状态下经过外部夹层的高温烟道气加热，至物料发生裂解，裂解温度控制在415-720℃之间，压力控制在0.1-0.5MPa；发生裂解所需催化剂在均质改性装置中加入，裂解过程中回转式反应器保持转动，裂解产物为气相产物和残渣；

6)粉尘分离：气相产物，即分解燃气经过旋风分离器初步去除粉尘后，进入燃烧室或燃气发电机组；

7)灰渣经过水封排渣装置，与旋风分离器得到的粉尘合并，经磁力除铁送至碳回收单元；

8)燃烧室燃烧：从料坑收集的空气由风机输送至燃烧室，燃气同时输送至燃烧室，混合后燃烧，保持燃烧室内部温度1200-1280℃；燃烧后的烟道气送至锅炉进行热交换；部分燃烧后的烟道气送至碳回收单元和高温气化回转式反应器的外层夹套，之后返回，进入锅炉；

9)燃气发电：粉尘分离后的部分燃气与碳回收单元中产生的分解燃气合并，经过燃气预处理后，送入燃气发电机组，燃烧发电；

10)热交换和汽轮机组发电：燃烧室排出的烟道气与燃气发电机组中燃烧后的尾气共同进入锅炉，由列管换热器进行热交换，并产生高温高压蒸汽；高温高压蒸汽经过汽轮发电机组发电，之后输送至均质改性装置内部；

11)碳回收：高温气化回转式反应器的灰渣与料坑中收集的渗滤液合并，送入碳回收单元，在高温烟道气的加热下，在无氧状态下产生分解燃气，其原理与高温气化回转式反应器相同；高温气化回转式反应器的灰渣中所残留的有机碳经过碳回收单元气化转化为分解燃气；其产物为惰性物质，作为路基原料回收利用；

12)烟道气治理和排放：经过锅炉后的烟道气与喷入的活性炭粉末共同通入布袋过滤器，过滤粉尘经过打包输送至粉尘处理厂或水泥制造厂回用；经过布袋过滤器后的烟道气经过风机抽至排烟管排放至大气。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述固体废弃物为同时含有选自城市生活垃圾、玉米秸秆、麦秸、棉花秸秆、园林垃圾、普通医院垃圾和污水处理过程中产生的污泥的固体废弃物，或其中任何一种或多种固体废弃物的混合物。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：筛分滚筒的筛分孔径为直径500-600mm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：其中均质改性处理之前需要将物料进行破袋，以保证大部分物料能够直接接触高温蒸汽和添加剂；同时，均质改性处理之前需要经过人工粗分选、人工分选和弹跳筛分，将大块的无机物分离出来；其中的弹跳筛分指：使用带有倾角的皮带输送机，其输送表面具备弹性，超重物质在其表面无法停留，从而达到分离效果的方法。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：其中均质改性处理所需的高温高压蒸汽是从工艺下游的锅炉传送至均质改性装置的内部。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：高温气化分解所需的热量，即导入高温气化回转式反应器夹层中的热量，是由来自燃烧室的高温烟道气提供；该高温烟道气经过高温气化回转式反应器夹层后，返回燃烧室烟道气出口，与燃烧室直接排放的烟道气合并，与燃气发电机组的燃烧尾气合并，共同进入锅炉进行热交换。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：碳回收单元中所需的热量，即导入碳回收单元夹层中的热量，是由来自燃烧室的高温烟道气提供；该高温烟道气经过碳回收单元夹层后，输送至高温气化回转式反应器夹层。