CN104048298A - 带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法及系统 - Google Patents

带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法及系统 Download PDF

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杨宏宜
方明
刘学炉
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Abstract

本发明公开了一种带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法及其系统，涉及节能环保领域。该方法是将生活垃圾送入密闭负压垃圾库储存发酵5～7天，抽取垃圾库内空气送入机械炉排垃圾焚烧炉作为一次风和二次风，垃圾在焚烧炉内经干燥、热解、燃烧和燃尽后热烟气进入余热锅炉换热，产生低压蒸汽送至水泥窑余热发电系统，烟气在余热锅炉内换热后送至分解炉，利用分解炉内高温碱性负压条件，吸收和处理垃圾产生的二噁英等有害气体，焚烧炉渣则作为水泥原料。本发明与水泥窑原有余热发电系统结合，既能有效控制垃圾焚烧过程中二噁英排放、固化重金属，又能提高水泥窑余热发电量，省去了余热发电和尾气净化投资，具有较好的环保特性和经济性。

Description

带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法及系统
技术领域
本发明涉及节能环保领域，具体涉及带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法及其系统。
背景技术
城市生活垃圾焚烧处理具有减量效果最明显、无害化最彻底、焚烧热量可以有效利用等优点，因此广为发达国家采用，在我国得到快速发展。其不足之处是投资大，运营费用高，500吨/日以下规模的垃圾发电不具经济性；由于老百姓环保意识提高，垃圾发电项目选址也非常难。
水泥窑协同处置生活垃圾技术作为投资省、占地小、环保佳、二噁英趋零排放的处理技术已经在水泥厂得到示范应用，但在垃圾处理中其所占比例极小，由于水泥窑协同处置生活垃圾技术属于新型固废处理技术，国内刚刚起步，国家政策还没有落实，经济效益相比垃圾发电较差，水泥企业积极性不高。
中国专利号200610076668.X采用“水泥回转窑和焚烧炉联合处理城市生活垃圾系统”，专利号201010567035.5利用水泥回转窑处理生活垃圾的设备工艺配置方法，都是利用间接燃烧技术，焚烧后产生的热烟气引入水泥窑预分解系统为水泥生料分解提供热量，该技术能够充分利用现有水泥厂的设施和场地，节约用地，投资省，同时也解决了焚烧二次污染问题，具备良好的环境效益，但是其经济效益并未得到体现，仅能够依靠高额垃圾补贴费用来维持企业生产运行。
水泥窑余热发电系统在设计时候考虑水泥窑生产线的波动，会有留有一定的余量，系统实际发电功率达不到设计值，如何提高窑系统余热发电量也是水泥企业一直探寻的问题。
发明内容
针对上述现有水泥窑协同处置技术存在的问题，结合现有水泥窑余热发电系统特点，本发明的目的是提供带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法及系统，该系统采用层燃炉焚烧方式与水泥窑协同实现无缝耦合，能有效控制垃圾焚烧过程中二噁英排放、固化重金属，又能提高水泥窑余热发电量，省去了余热发电和尾气净化投资，具有较好的环保特性和经济性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法，其特征在于，步骤如下：
1）将原生垃圾送入密闭负压垃圾库储存发酵5～7天，抽取垃圾库内空气作为机械炉排焚烧炉的一次风和二次风，维持垃圾库负压状态；
2）将发酵脱水后的垃圾送入机械炉排焚烧炉处理，经过干燥、热解、燃烧和燃尽四阶段，控制焚烧烟气温度850～950℃，高温烟气进入余热锅炉换热，产生低压过热蒸汽送至水泥窑余热发电系统汽轮发电机组发电，烟气在余热锅炉内换热后送至水泥窑分解炉，利用分解炉内高温碱性负压条件和SNCR脱硝装置，吸收和处理垃圾产生的有害气体；
3）将垃圾焚烧排出的残渣和余热锅炉排出的飞灰送至水泥窑生料库作为水泥原料；
4）垃圾库发酵产生的渗滤液进入机械蒸汽再压缩MVR装置，产生浓缩液送入垃圾库焚烧处理，冷凝液回收利用。
上述带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法中，其步骤1）中的一次风和二次风经空气预热器预热送入机械炉排焚烧炉作为助燃风。
上述带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法中，其步骤4）中，机械炉排焚烧炉所需的一次风和二次风经过空气预热器预热至200～220℃，空气预热器的热源来自垃圾焚烧烟气余热或者余热锅炉蒸汽
上述带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法中，其步骤2）中余热锅炉与水泥窑余热发电系统的窑尾余热锅炉共用省煤器，余热锅炉主蒸汽参数与窑尾余热锅炉主蒸汽参数一致。
上述带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法中，其步骤4）中机械蒸汽再压缩MVR装置所需蒸汽热源来自余热锅炉蒸汽。
实现上述方法的系统包括垃圾给料系统、垃圾焚烧系统、炉渣处理系统、渗滤液处理系统、水泥生产系统以及相关辅助系统，垃圾给料系统包括密闭负压垃圾库、给料装置，所述垃圾库与风机连接；垃圾库通过行车抓斗与给料装置相连，给料装置与垃圾焚烧系统相连；所述垃圾焚烧系统包括机械炉排焚烧炉，机械炉排焚烧炉依次通过膜式水冷壁、过热器和水泥窑分解炉连接，水泥窑分解炉与选择性非催化还原SNCR脱硝装置相连；所述机械炉排焚烧炉还分别与风机和炉渣处理系统连接；所述渗滤液处理系统包括依次连接的废液储槽、过滤器、机械蒸汽再压缩MVR装置和浓缩液储槽，废液储槽连接到所述垃圾库。
所述炉渣处理系统包括依次相连的输送机、铁回收装置、铝回收装置、破碎机和水泥生料库相连，铁回收装置另一路通过金属回收室与铝回收装置相连。
所述垃圾库与风机之间还设有空气预热器。
所述机械蒸汽再压缩MVR装置还连接到冷凝液回收装置。机械蒸汽再压缩MVR装置所生产的冷凝液进入冷凝液回收装置回收利用。
与常规的水泥窑协同处置生活垃圾技术相比，本发明的优越性体现在：
（1）充分发挥现有水泥窑余热发电系统优势，最大限度提高发电量，实现企业生产效益最大化；
（2）采用机械炉排焚烧炉作为间接燃烧设备，垃圾无需分拣和预处理，工艺流程简单，系统稳定性、可靠性高；
（3）可单独设置空气预热系统，避免了取用三次风对水泥生产系统稳定运行的不利影响；
（4）利用负压蒸发浓缩处理技术处理渗滤液，实现水资源回收利用，同时也减少了进入水泥窑的水分；
（5）焚烧余热发电系统与原有水泥窑余热发电系统耦合，节约了焚烧余热发电系统投资和场地；
（6）与窑尾余热锅炉共用公共省煤器，回收更多的排烟余热，实现深度节能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。图中标记说明：1-垃圾运输车；2-垃圾库；3-行车抓斗；4-给料装置；5-机械炉排焚烧炉；6-膜式水冷壁；7-汽包；8-过热器；9-来自窑尾余热锅炉给水；10-过热蒸汽进原蒸汽母管；11-烟道；12-空气预热器；13-分解炉；14-预热器；15-三次风管道；16-水泥煅烧回转窑；17-水泥熟料冷却风机；18-风机；19-废液储槽；20-机械蒸汽再压缩MVR装置；21-冷凝液回收装置；22-浓缩液储槽；23-炉渣输送机；24-磁选机；25-铝选机；26-金属回收室；27-破碎机；28-生料库；29-过滤器；30-选择性非催化还原SNCR脱硝装置。
图2为本发明另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明具体说明。
本发明的方法步骤与上述的技术方案部分内容相同，不再阐述。如图1所示，带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾系统，城市生活垃圾由运输车1运送至垃圾库2，整个垃圾库采用密闭负压结构，垃圾储量按5～7天考虑，负压通过风机18产生，排出的臭风经过空气预热器12预热至200～220℃后引入机械炉排焚烧炉5内作为助燃风，同时维持垃圾库2内负压环境，防止垃圾发酵臭气干扰水泥正常生产。城市生活垃圾存放在垃圾库2发酵5～7天后，由行车抓斗3经给料装置4送至机械炉排焚烧炉5作为燃烧原料，机械炉排焚烧炉5内垃圾在自身重力和炉排推动作用下经过干燥、加热、燃烧和燃尽四个阶段，来自空气预热器12内的高温空气将机械炉排焚烧炉5内的烟气温度控制在850℃～950℃之间。
为了对垃圾热能进行部分余热回收，机械炉排焚烧炉5上方设置了余热锅炉，余热锅炉经膜式水冷壁6辐射换热后产生饱和蒸汽进入汽包7，汽包7汽水分离后，饱和蒸汽进入对流换热区经过热器8产生过热蒸汽并入原水泥窑余热发电主蒸汽母管推动汽轮机发电，过热器8出口烟气温度控制在650℃以上，避免与分解炉13烟气温差较大影响水泥正常生产。
余热锅炉出口处烟气携带有大量的烟尘和有害气体，包括重金属、二噁英、HCl、HF、SO3、NOx等，烟气进入水泥窑分解炉13后，在850℃以上的停留时间在4秒以上，二噁英等有机物分解彻底，去除率高达99.99%。由于生产水泥采用的原料成分的中间产物是CaO，且以悬浮态均匀分布在预热器14中，加上颗粒细、浓度高，吸附性强，可有效地抑制酸性物质的排放，使得重金属、HCl、HF、SO3等化学成分合成盐类固定下来，同时水泥窑分解炉13配有选择性非催化还原SNCR脱硝装置30，可有效控制NOx的排放。
机械炉排焚烧炉5燃烧剩余的炉渣利用磁选机24和铝选机25分别回收铁、铝资源，最后经破碎机27破碎后送入水泥生料库28作为水泥原料，实现资源的循环利用。
垃圾发酵过程中生成的渗滤液集中在废液储槽19内，再经过滤器29过滤后进入机械蒸汽再压缩MVR装置20，冷凝液进入冷凝液回收装置21作为中水回收利用，浓缩液去垃圾库2焚烧处置。
本发明与水泥窑原有余热发电系统结合，其工艺流程简洁，没有垃圾焚烧发电的诸多后处理装置，水泥生产系统与垃圾焚烧系统共用一套烟气净化处理装置，既能有效控制垃圾焚烧过程中二噁英排放、固化重金属，又能提高水泥窑余热发电量，实现水泥窑余热发电最大化，同时省去了余热发电和尾气净化投资，具有较好的环保特性和经济性，完全符合垃圾处理“减量化、无害化，资源化”三原则要求，可实现固体废弃物综合循环利用，减少二次污染。
本发明改进的结构示意图如图2所示，实施方式相同部分不再敷述，不同之处在于助燃空气不再采用空气预热器12加热，而是从三次风管15取用部分高温三次风与垃圾库臭气混合至200～220℃作为垃圾焚烧用空气。
本发明还可以有其他实施方式，凡作任何修改，采用同等替换或等效变换形成的工艺及系统方案，均应包含在本发明的权利保护范围之内。

Claims (9)

1. 带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法，其特征在于，步骤如下：
1）将原生垃圾送入密闭负压垃圾库储存发酵5～7天，抽取垃圾库内空气作为机械炉排焚烧炉的一次风和二次风，维持垃圾库负压状态；
2）将发酵脱水后的垃圾送入机械炉排焚烧炉处理，经过干燥、热解、燃烧和燃尽四阶段，控制焚烧烟气温度850～950℃，高温烟气进入余热锅炉换热，产生低压过热蒸汽送至水泥窑余热发电系统汽轮发电机组发电，烟气在余热锅炉内换热后送至水泥窑分解炉，利用分解炉内高温碱性负压条件和SNCR脱硝装置，吸收和处理垃圾产生的有害气体；
3）将垃圾焚烧排出的残渣和余热锅炉排出的飞灰送至水泥窑生料库作为水泥原料；
4）垃圾库发酵产生的渗滤液进入机械蒸汽再压缩MVR装置，产生浓缩液送入垃圾库焚烧处理，冷凝液回收利用。
2.根据权利要求1所述的带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法，其特征在于：所述步骤1）中的一次风和二次风经空气预热器预热送入机械炉排焚烧炉作为助燃风。
3.根据权利要求2所述的带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法，其特征在于：所述步骤4）中，机械炉排焚烧炉所需的一次风和二次风经过空气预热器预热至200～220℃，空气预热器的热源来自垃圾焚烧烟气余热或者余热锅炉蒸汽。
4.根据权利要求1所述的带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法，其特征在于：所述步骤2）中，余热锅炉与水泥窑余热发电系统的窑尾余热锅炉共用省煤器，余热锅炉主蒸汽参数与窑尾余热锅炉主蒸汽参数一致。
5.根据权利要求1至4之一所述的带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法，其特征在于：所述步骤4）中，机械蒸汽再压缩MVR装置所需蒸汽热源来自余热锅炉蒸汽。
6.实现权利要求1所述的带有部分余热回收的水泥窑协同处置生活垃圾方法的系统，包括垃圾给料系统、垃圾焚烧系统、炉渣处理系统、渗滤液处理系统、水泥生产系统以及相关辅助系统，其特征在于，垃圾给料系统包括密闭负压垃圾库（2）、给料装置（4），所述垃圾库（2）与风机（18）连接；垃圾库（2）通过行车抓斗（3）与给料装置（4）相连，给料装置（4）与垃圾焚烧系统相连；所述垃圾焚烧系统包括机械炉排焚烧炉（5），机械炉排焚烧炉（5）依次通过膜式水冷壁（6）、过热器（8）和水泥窑分解炉（13）连接，水泥窑分解炉（13）与选择性非催化还原SNCR脱硝装置（30）相连；所述机械炉排焚烧炉（5）还分别与风机（18）和炉渣处理系统连接；所述渗滤液处理系统包括依次连接的废液储槽（19）、过滤器（29）、机械蒸汽再压缩MVR装置（20）和浓缩液储槽（22），废液储槽（19）连接到所述垃圾库（2）。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述炉渣处理系统包括依次相连的输送机（23）、铁回收装置（24）、铝回收装置（25）、破碎机（27）和水泥生料库（28）相连，铁回收装置（24）另一路通过金属回收室（26）与铝回收装置（25）相连。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述垃圾库（2）与风机（18）之间还设有空气预热器。
9.根据权利要求6、7或8所述的系统，其特征在于：所述机械蒸汽再压缩MVR装置（20）还连接到冷凝液回收装置（21）。
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