CN105032884B - 水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统及方法,包括垃圾计量及储存系统、炉排炉、回转窑、分解炉、预热器、锅炉水蒸气综合利用系统、篦冷机、窑头收尘器、臭气处理系统及渗滤液处理系统。生活垃圾经过发酵把水分降低到20%左右时用抓斗放入炉排炉内焚烧,产生的烟气经过窑尾烟室进入分解炉,在分解炉内经过高温环境将气体中的有害物质分解处理,烟气中的废灰随分解炉的物料一起进入回转窑内煅烧成熟料;同时在窑尾烟室将窑内的烟气等量置换,此烟气经过锅炉后,排入窑尾收尘器收尘后经过烟囱排空。本发明不需建设垃圾分选设施,简化了流程,降低了投资,降低了垃圾处理运行费用。以适应中国现阶段没有对垃圾分选的现状。

Description

水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统及方法
技术领域
本发明涉及一种水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统及方法,特别是涉及一种利用炉排炉与干法水泥回转窑协同处理生活垃圾系统及利用背压汽轮机对能源高效转换的方法,属于生活垃圾处理技术领域。
背景技术
随着人们生活水平的提高,生活垃圾的排放也越来越多。目前,我国城市生活垃圾堆存量已达60亿吨.占用耕地5亿平方米,每年产生2亿吨城市生活垃圾,还要以9%的速度迅猛增长。这些数量庞大的生活垃圾已对城市及城市周围的生态环境构成日趋严重的威胁。
传统的垃圾处理方法有填埋法、堆肥法和焚烧法,我国城市垃圾处理起步较晚,目前主要以卫生填埋为主。虽然在一些城市建立了垃圾焚烧和发电厂,但由于存在处理量少,处理过程伴随着有害的气体(二噁英)、污水(垃圾渗滤液)、废渣(重金属含量高)等排放问题,垃圾焚烧法目前仍存在一定的争议。有关专家就曾呼吁,中国在城市垃圾的处理问题上要吸收日本80年代普及垃圾焚烧发电厂,目前又竭力解决二次污染的经验教训,认真研究并努力实现城市垃圾的“减量化、无害化、资源化”处理。
水泥生产的独特生产工艺(碱性气分、1000℃以上的高温)为处理城市生活垃圾提供了优良的条件,国外利用水泥窑协同处置生活垃圾已有近30年历史。利用水泥窑协同处理城市生活垃圾,一是可以利用水泥烧成系统消解垃圾储存和焚烧过程中的臭气及有毒物质;二是垃圾焚烧产生的灰渣可以作为水泥原料或者混合材,垃圾中的有毒物质能够分解成相应的无机物和重金属固化在水泥熟料中;三是水泥窑系统产生的部分高温废气可以作为垃圾焚烧的补充热源或者全部热源,使垃圾的焚烧过程更加充分,进一步降低甚至消除二噁英的排放。实现了垃圾处理的“无害化、资源化”。
现在已公开的专利中所涉及的技术方案中,多数将垃圾焚烧炉内产生的热烟气引入水泥窑分解炉进行二次焚烧分解,或将垃圾进行预处理分成可燃物和不可燃物后将可燃物送入窑内焚烧。垃圾焚烧产生的炉渣则多用作水泥原料或者水泥混合材进行资源化利用。然而,由于城市垃圾存在稳定性差、热值低、水分高的特点,垃圾焚烧产生的烟气量大、氧含量低,引入水泥窑分解炉后影响了回转窑系统的正常用风,影响了分解炉内燃料的燃烧,将会大幅度降低水泥窑的产量、质量和稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种简洁、环保、节能又将废渣资源化的高效益的水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统,包括垃圾计量及储存系统、炉排炉、回转窑、分解炉、预热器、锅炉水蒸气综合利用系统、篦冷机、窑头收尘器、臭气处理系统及渗滤液处理系统;
所述炉排炉与所述垃圾计量及储存系统相连通,所述回转窑的一端设有窑尾烟室,所述炉排炉的顶部分别与所述窑尾烟室及所述分解炉与相连通,所述分解炉的一侧与所述垃圾计量及储存系统相连通,所述分解炉的底部与所述窑尾烟室相连通,所述预热器与所述分解炉的顶部相连通;
所述锅炉水蒸气综合利用系统与所述窑尾烟室的一侧相连通;所述篦冷机一端与所述回转窑的另一端相连通,另一端与所述窑头收尘器的一端相连通,所述窑头收尘器的另一端与所述炉排炉的底部相连通;
所述臭气处理系统与所述垃圾计量及储存系统相连通,所述渗滤液处理系统与所述垃圾计量及储存系统相连通。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步,所述垃圾计量及储存系统包括卸料平台、密闭负压垃圾池、桥式起重机、计量称及渗滤池;所述卸料平台与所述密闭负压垃圾池相连接,所述桥式起重机位于所述密闭负压垃圾池内,且与所述密闭负压垃圾池相连接,且靠近所述密闭负压垃圾池的顶部,所述桥式起重机上设有抓斗,所述计量称安装在所述密闭负压垃圾池内,所述计量称上设有料斗,所述料斗靠近所述炉排炉,所述渗滤池位于所述密闭负压垃圾池的底部,且与所述密闭负压垃圾池相连通,所述渗滤液处理系统与所述渗滤池相连通。
进一步,所述水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统还包括分解炉一次风机,所述分解炉通过所述分解炉一次风机与所述密闭负压垃圾池相连通。
进一步,所述锅炉水蒸气综合利用系统包括锅炉、窑尾收尘器、背压汽轮机、原余热发电汽轮机及ORC发电机,所述锅炉与所述窑尾烟室的一侧相连通,所述窑尾收尘器的入口与所述锅炉相连通,所述背压汽轮机与所述锅炉相连通,所述原余热发电汽轮机及所述ORC发电机分别与所述背压汽轮机相连接。
进一步,所述水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统还包括炉渣输送机,所述炉渣输送机与所述炉排炉相连通。
进一步,所述炉渣输送机上安装有除铁器。
进一步,所述水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统还包括臭气排风机,所述臭气排风机与所述臭气处理系统相连通。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下:一种水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用的方法,包括以下步骤:
1)垃圾车经过地磅计量后,经过密闭的卸料平台,将垃圾卸入密闭负压垃圾池里,垃圾在垃圾池里经过发酵后,得到已发酵的垃圾、臭气及渗滤液;
所述臭气进入分解炉一次风机,做为分解炉的一次风再进入分解炉里进行煅烧;停机时,所述臭气经臭气排风机进入臭气处理系统,经过无害化处理后排空;
所述渗滤液排入渗滤池内,经沉淀后进入渗滤液处理系统处理成中水,沉淀后产生的废渣用抓斗再次送回密闭负压垃圾池里;
2)已发酵的垃圾通过抓斗抓入料斗内,然后再从料斗进入炉排炉焚烧,得到炉渣及热废烟气,所述炉渣经水冷却并经除铁器除铁后作为原料进入水泥生料配料系统;
3)将所述热废烟气从窑尾烟室的两侧引入窑尾烟室,然后再进入分解炉做无害化处理,热废烟气中的废灰经过分解炉与预热器的物料一起进入回转窑内煅烧成熟料处理掉;同时从所述窑尾烟室抽出与进入窑尾烟室的热废烟气等量的窑内烟气进入锅炉,在锅炉内经换热后,得到废烟气及水蒸气,将所述废烟气排入窑尾收尘器收尘后排空;
4)所述水蒸气进入背压汽轮机用于直接拖动回转窑系统的设备,从背压汽轮机出口的水蒸汽进一步利用,一部分进入原余热发电汽轮机,用于补足缺少的蒸汽,另一部分进入ORC发电机(一种利用低压蒸汽发电的装置)发出380伏电压,用于电机拖动;
5)步骤1)中处理得到的中水,一部分进入炉排炉冷却所述炉渣,另一部分用于窑系统的工业用水。
进一步,步骤2)中得到的所述热废烟气的温度为900~950℃。
进一步,在步骤2)中,所述炉排炉内焚烧需要的热能一部分来自窑头除尘器除尘后的温度为100~150℃的废气。
进一步,在步骤3)中,做无害化处理的温度环境为900℃~1100℃。
本发明的有益效果如下:
1、垃圾处理量大:本发明利用5000吨/日水泥窑系统协同处理垃圾量每日可达500吨,是现有技术日处理量的2倍。
2、垃圾处理系统简单:垃圾不需要分选,可直接入炉焚烧。不需建设垃圾分选设施,简化了流程,降低了投资,降低了垃圾处理运行费用。以适应中国现阶段没有对垃圾分选的现状。
3、垃圾有害成分处理得彻底:焚烧产生的高温(900-950℃)烟气进入回转窑窑尾烟室、分解炉将烟气中的有害物质在高温(1100℃~900℃)环境将有害物质彻底分解处理(尤其是对二恶英的有效处理)。垃圾烟气里的飞灰融于物料中进窑煅烧成熟料。
4、垃圾处理不影响窑的产量、质量:采用气体置换技术,将垃圾燃烧产生的烟气进入窑尾烟室后,增加了60%的气体量,为避免对窑系统的影响,从窑尾烟室将从窑内进入的高温烟气引出60%,进行等量置换。保持了窑系统风量的平衡,避免了对窑系统的影响。
5、从窑尾预热器置换出气体的高效、综合利用:从窑尾预热器置换出的高温烟气进入余热锅炉转换成高温、高压水蒸汽。高温、高压水蒸汽进入背压汽轮机用于直接拖动窑系统的大型设备。比经过发电再用电动机拖动设备比,提高了效率。
6、低压蒸汽的进一步利用:从背压汽轮机出来的低温低压蒸汽可进一步利用,一部分蒸汽进入原生产线的余热发电汽轮机内以补足原汽轮机缺少的蒸汽,充分利用原有装备,提高发电量。从背压机出来的多余部分蒸汽进入ORC发电机(一种利用低压蒸汽发电的装备)系统发出380伏的电,供窑系统设备使用。
7、窑系统低温废气的进一步利用:窑头除尘器除尘后的低温(100~150℃)废气作为补充热源进入垃圾焚烧炉,既充分利用了废气又提高了垃圾处理的热能。
8、垃圾渗滤液经处理后可综合利用:渗滤液经处理后,得到的中水一部分进入渣池冷却垃圾焚烧炉排出的热炉渣,热炉渣经过急冷后能够有效控制二噁英的生成;剩余部分中水用于窑系统的生产,减少了窑系统的工业用水量,节约了水资源。
附图说明
图1为本发明水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统的结构示意图;
图2为本发明水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用方法的流程图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1、卸料平台,2、密闭负压垃圾池,3、桥式起重机,4、抓斗,5、计量称,6、料斗,7、渗滤池,8、炉排炉,9、回转窑,10、窑尾烟室,11、分解炉,12、预热器,13、锅炉,14、背压汽轮机,15、篦冷机,16、窑头收尘器,17、臭气处理系统,18、渗滤液处理系统,19、分解炉一次风机,20、炉渣输送机,21、除铁器,22、臭气排风机,23、水泥生料配料系统,24、窑尾收尘器,25、原余热发电汽轮机,26、ORC发电机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
一种水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统,如图1所示,包括垃圾计量及储存系统、炉排炉8、回转窑9、分解炉11、预热器12、锅炉水蒸气综合利用系统、篦冷机15、窑头收尘器16、臭气处理系统17及渗滤液处理系统18;
所述炉排炉8与所述垃圾计量及储存系统相连通,所述回转窑9的一端设有窑尾烟室10,所述窑尾烟室10及所述分解炉11分别与所述炉排炉8的顶部相连通,所述分解炉11的一侧与所述垃圾计量及储存系统相连通,所述分解炉11的底部与所述窑尾烟室10相连通,所述预热器12与所述分解炉11的顶部相连通;
所述锅炉水蒸气综合利用系统与所述窑尾烟室10的一侧相连通;所述篦冷机15一端与所述回转窑9的另一端相连通,另一端与所述窑头收尘器16的一端相连通,所述窑头收尘器16的另一端与所述炉排炉8的底部相连通;
所述臭气处理系统17与所述垃圾计量及储存系统相连通,所述渗滤液处理系统18与所述垃圾计量及储存系统相连通。
所述垃圾计量及储存系统包括卸料平台1、密闭负压垃圾池2、桥式起重机3、计量称5及渗滤池7;所述卸料平台1与所述密闭负压垃圾池2相连接,所述桥式起重机3位于所述密闭负压垃圾池2内,且与所述密闭负压垃圾池2相连接,且靠近所述密闭负压垃圾池2的顶部,所述桥式起重机3上设有抓斗4,所述计量称5安装在所述密闭负压垃圾池2内,所述计量称5上设有料斗6,所述料斗6靠近所述炉排炉8,所述渗滤池7位于所述密闭负压垃圾池2的底部,且与所述密闭负压垃圾池2相连通,所述渗滤液处理系统18与所述渗滤池7相连通。
所述水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统还包括分解炉一次风机19,所述分解炉11通过所述分解炉一次风机19与所述密闭负压垃圾池2相连通。
所述锅炉水蒸气综合利用系统包括锅炉13、窑尾收尘器24、背压汽轮机14、原余热发电汽轮机25及ORC发电机26,所述锅炉13与所述窑尾烟室10的一侧相连通,所述窑尾收尘器24的入口与所述锅炉13相连通,所述背压汽轮机14与所述锅炉13相连通,所述原余热发电汽轮机25及所述ORC发电机26分别与所述背压汽轮机14相连接。
所述水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统还包括炉渣输送机20,所述炉渣输送机20与所述炉排炉8相连通。
所述炉渣输送机20上安装有除铁器21。
所述水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统还包括臭气排风机22,所述臭气排风机22与所述臭气处理系统17相连通。
一种水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用的方法,如图1、图2所示,包括以下步骤:
1)垃圾计量及储存
垃圾车经过地磅计量后,经过密闭的卸料平台1,将垃圾卸入密闭负压垃圾池2里,垃圾在密闭负压垃圾池2里经过7天左右时间的发酵降低水分后,得到已发酵的垃圾、臭气及渗滤液;
所述臭气进入分解炉一次风机19,做为分解炉的一次风再进入分解炉11里进行高温(900~950℃)煅烧(取代从大气中抽的一次风);停机时,所述臭气经臭气排风机22抽入臭气处理系统17,经过无害化处理后排空;
所述渗滤液排入渗滤池7内,经沉淀后进入渗滤液处理系统18处理成中水,沉淀后产生的废渣用抓斗4再次送回密闭负压垃圾池2里;
2)垃圾焚烧
已发酵的垃圾经抓斗4抓入料斗6内,然后再从料斗6进入炉排炉8焚烧,得到炉渣及热废烟气,所述炉渣经水冷却并经除铁器21除铁后作为原料进入水泥生料配料系统23;炉排炉8的用风取自窑头收尘器16收尘后的低温废气(130℃左右),以充分利用低温废气。
3)烟气置换无害化处理
将所述热废烟气(含有二恶英等有害物质)从窑尾烟室10的两侧引入窑尾烟室10,然后再进入分解炉11,利用分解炉11的高温碱性环境将二恶英等有害物质分解做无害化处理,热废烟气中的废灰经过分解炉11与预热器12的物料一起进入回转窑9内煅烧成熟料处理掉;由于垃圾焚烧产生的烟气量较大,为避免此烟气对窑系统风量的影响,从所述窑尾烟室10抽出与进入窑尾烟室10的热废烟气等量的窑内烟气进入锅炉13,在锅炉13内经换热后,得到废烟气及高温、高压水蒸气(蒸汽压力为4.0MPa,蒸汽温度为400~450℃),将所述废烟气排入窑尾收尘器24收尘后排空;
4)背压汽轮机拖动及发电
所述水蒸气进入背压汽轮机14用于直接拖动回转窑9的大型设备,从背压汽轮机14出口的低压水蒸汽(蒸汽温度为300~320℃;蒸汽压力为1.6Mpa)进一步利用,一部分进入水泥窑原余热发电汽轮机25,用于补足缺少的蒸汽,另一部分进入ORC发电机26(一种利用低压蒸汽发电的装置)发出380伏,用于电机拖动;
5)步骤1)中处理得到的中水,一部分进入炉排炉8冷却所述炉渣,另一部分用于窑系统的工业用水。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)垃圾车经过地磅计量后,经过密闭的卸料平台,将垃圾卸入密闭负压垃圾池里,垃圾在垃圾池里经过发酵后,得到已发酵的垃圾、臭气及渗滤液;
所述臭气进入分解炉一次风机,做为分解炉的一次风再进入分解炉里进行煅烧;停机时,所述臭气经臭气排风机进入臭气处理系统,经过无害化处理后排空;
所述渗滤液排入渗滤池内,经沉淀后进入渗滤液处理系统处理成中水,沉淀后产生的废渣用抓斗再次送回密闭负压垃圾池里;
2)已发酵的垃圾通过抓斗抓入料斗内,然后再从料斗进入炉排炉焚烧,得到炉渣及热废烟气,所述炉渣经水冷却并经除铁器除铁后作为原料进入水泥生料配料系统;
3)将所述热废烟气从窑尾烟室的两侧引入窑尾烟室,然后再进入分解炉做无害化处理,热废烟气中的废灰经过分解炉与预热器的物料一起进入回转窑内煅烧成熟料处理掉;同时从所述窑尾烟室抽出与进入窑尾烟室的垃圾焚烧热废烟气等量的窑内烟气进入锅炉,在锅炉内经换热后,得到废烟气及水蒸气,将所述废烟气排入窑尾收尘器收尘后排空;
4)所述水蒸气进入背压汽轮机用于直接拖动回转窑系统的设备,从背压汽轮机出口的水蒸汽进一步利用,一部分进入原余热发电汽轮机,用于补足缺少的蒸汽,另一部分进入ORC发电机发出380伏电压,用于电机拖动;
5)步骤1)中处理得到的中水,一部分进入炉排炉冷却所述炉渣,另一部分用于窑系统的工业用水。
2.根据权利要求1所述的水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用的方法,其特征在于,步骤2)中得到的所述热废烟气的温度为900~950℃。
3.根据权利要求1所述的水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用的方法,其特征在于,在步骤2)中,所述炉排炉内焚烧需要的热能一部分来自窑头除尘器除尘后的温度为100~150℃的废气。
4.根据权利要求1所述的水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用的方法,其特征在于,在步骤3)中,做无害化处理的温度环境为900℃~1100℃。
5.根据权利要求1所述的水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用的方法,其特征在于,所述方法通过一种水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统实现,所述一种水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统包括垃圾计量及储存系统、炉排炉、回转窑、分解炉、预热器、锅炉水蒸气综合利用系统、篦冷机、窑头收尘器、臭气处理系统及渗滤液处理系统;
所述炉排炉与所述垃圾计量及储存系统相连通,所述回转窑的一端设有窑尾烟室,所述窑尾烟室及所述分解炉分别与所述炉排炉的顶部相连通,所述分解炉的一侧与所述垃圾计量及储存系统相连通,所述分解炉的底部与所述窑尾烟室相连通,所述预热器与所述分解炉的顶部相连通;
所述锅炉水蒸气综合利用系统与所述窑尾烟室的一侧相连通;所述篦冷机一端与所述回转窑的另一端相连通,所述篦冷机另一端与所述窑头收尘器的一端相连通,所述窑头收尘器的另一端与所述炉排炉的底部相连通;
所述臭气处理系统与所述垃圾计量及储存系统相连通,所述渗滤液处理系统与所述垃圾计量及储存系统相连通。
6.根据权利要求5所述的所述的水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用的方法,其特征在于,所述垃圾计量及储存系统包括卸料平台、密闭负压垃圾池、桥式起重机、计量称及渗滤池;所述卸料平台与所述密闭负压垃圾池相连接,所述桥式起重机位于所述密闭负压垃圾池内,且与所述密闭负压垃圾池相连接,且靠近所述密闭负压垃圾池的顶部,所述桥式起重机上设有抓斗,所述计量称安装在所述密闭负压垃圾池内,所述计量称上设有料斗,所述料斗靠近所述炉排炉,所述渗滤池位于所述密闭负压垃圾池的底部,且与所述密闭负压垃圾池相连通,所述渗滤液处理系统与所述渗滤池相连通。
7.根据权利要求6所述的所述的水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用的方法,其特征在于,所述水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统还包括分解炉一次风机,所述分解炉通过所述分解炉一次风机与所述密闭负压垃圾池相连通。
8.根据权利要求5所述的所述的水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用的方法,其特征在于,所述锅炉水蒸气综合利用系统包括锅炉、窑尾收尘器、背压汽轮机、原余热发电汽轮机及ORC发电机,所述锅炉与所述窑尾烟室的一侧相连通,所述窑尾收尘器的入口与所述锅炉相连通,所述背压汽轮机与所述锅炉相连通,所述原余热发电汽轮机及所述ORC发电机分别与所述背压汽轮机相连接。
9.根据权利要求5至8任一项所述的所述的水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用的方法,其特征在于,所述水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统还包括炉渣输送机及臭气排风机,所述炉渣输送机与所述炉排炉相连通;所述臭气排风机与所述臭气处理系统相连通。
10.根据权利要求9所述的所述的水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用的方法,其特征在于,所述炉渣输送机上安装有除铁器。
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