CN105864782A - 一种富氧条件下加热熔融处理垃圾装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富氧条件下加热熔融处理垃圾装置及方法，包括垃圾熔融炉，所述垃圾熔融炉与氧气供给系统连接，垃圾熔融炉底部与冷却装置连接；所述氧气供给系统包括依次连接的空气分离装置、送风机、空气预热器，所述垃圾熔融炉的上部设置第一吹风口，垃圾熔融炉的底部设置第二吹风口，第一吹风口和第二吹风口均与空气预热器连通；氧气供给系统将分离出的富氧气体提供给垃圾熔融炉，利用富氧气体作为氧化剂对垃圾进行熔融处理。利用富氧燃烧和熔融处理的优势，利用燃料的燃烧热，在高温下使垃圾飞灰熔融，冷却后成为稳定的玻璃态熔渣，并破坏二恶英等有机成分，将大部分重金属固化在玻璃态熔渣中。

Description

一种富氧条件下加热熔融处理垃圾装置及方法

技术领域

本发明涉及一种富氧条件下加热熔融处理垃圾装置及方法，是一种垃圾熔融处理彻底消除飞灰中的二恶英同时实现固废减容，熔渣用作土木、建筑材料，实现垃圾的减量化、资源化和无害化处理的工艺；同时向熔融炉中通入富氧空气以降低熔融温度同时增强熔渣的流动性，提高反应速度，并减少排烟热损失，降低污染物排放并实现二恶英的零排放。

背景技术

随着焚烧处理在城市垃圾、医疗废物等固体废物处理领域的推广应用，垃圾焚烧飞灰产生量日益增加。随着我国经济迅猛发展和人民生活水平的提高，城市垃圾造成了日益严重的生态环境污染。大量且快速增长的城市固体废物实际上已经成为了严重影响城市建设和工农业可持续发展，以及改进人民生活质量的重要社会问题，因此对我国城市固体废物的妥善解决迫在眉睫。

目前国内外普遍采用的垃圾处理方式是生物处理法、焚烧处理法和卫生填埋法。焚烧处理法由于具有占地少、场地选择易、处理时间短、减量化显著、无害化较彻底以及可回收垃圾焚烧余热等优点已经成为解决垃圾问题的重要方案，然而垃圾焚烧带来的二次污染和重金属污染问题成为了制约垃圾焚烧处理的关键因素，因此垃圾熔融处理技术应运而生。

由于垃圾熔融固化处理的操作温度在1500℃左右，如此高的温度消耗大量能量，使得熔融处理的运行成本高居不下，同时由于垃圾成分复杂，着火热较高，使得熔融过程进行得并不充分，效率不高且产生的尾气污染严重难以处理。因此，需要一种新的垃圾处理工艺对垃圾进行处理。

中国专利CN 031478662“一种回转窑垃圾气化、炭灰共融的多级焚烧方法及其系统”和中国专利CN 2015104710856“一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分级气化系统”采用了气化和熔融的方法处理垃圾废物，但与使用富氧气体相比，其利用常规空气作为助燃剂，为使炉膛达到熔融温度将会消耗大量的固炭或煤作为辅助燃料，增大了处理成本；中国专利CN 011070889“城市生活垃圾氧气顶吹直接熔融气化燃烧及其发电技术”采用富氧状态下的熔融和气化处理城市垃圾，但其采用氧气顶吹的方式使氧气仅仅停留在炉膛上部而无法进入熔融态反应物，很难保证气化熔融反应需要的氧气，降低了氧气利用率；中国专利CN 2015101243768“一种将炼铁高炉改造为煤、垃圾、生物质和炼铁熔融床气化炉的方法及系统”虽然对气化过程产生的众多污染物进行了处理，但是其气化过程产生的大量热量未被利用，热量损失严重，降低了能量利用率，大大增加了处理成本。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种富氧条件下加热熔融处理垃圾装置及方法，利用富氧燃烧的特性，使用富氧气体取代常规空气作为氧化剂实现垃圾的熔融处理，以实现降低反应着火点，提高反应温度，提升反应速率和效率并减少排烟热损失和烟气污染的目的。同时采用顶底复合吹工艺为熔融燃烧提供了足够氧化剂，确保了整个熔融过程的顺利进行。经分拣后的固体垃圾和辅助燃料如煤通过进料口进入熔融炉，垃圾在富氧气氛下熔融后经水冷得到金属和熔渣，熔融炉产生的热量进入余热锅炉进行发电。本发明使用熔融燃烧的方法处理垃圾，垃圾和辅助燃料直接混合燃烧，形成熔融态后冷凝固化。本发明利用富氧燃烧的特点降低反应物的着火热和着火温度并提升反应的温度水平。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种富氧条件下加热熔融处理垃圾装置，包括垃圾熔融炉，所述垃圾熔融炉与氧气供给系统连接，垃圾熔融炉底部与冷却装置连接；所述氧气供给系统包括依次连接的空气分离装置、送风机、空气预热器，所述垃圾熔融炉的上部设置第一吹风口，垃圾熔融炉的底部设置第二吹风口，第一吹风口和第二吹风口均与空气预热器连通；氧气供给系统将分离出的富氧气体提供给垃圾熔融炉，利用富氧气体作为氧化剂对垃圾进行熔融处理。

所述垃圾熔融炉顶部设置垃圾入口和辅助燃料入口；分别向垃圾熔融炉内加入垃圾和辅助燃料，利用燃料的燃烧热，在高温下使垃圾飞灰熔融，冷却后成为稳定的玻璃态熔渣，并破坏二恶英等有机成分，将大部分重金属固化在玻璃态熔渣中。

所述冷却装置包括水冷池，所述水冷池处设有对金属和垃圾熔渣进行分选的分选机，通过水冷池对垃圾熔融炉渣口排出的金属和垃圾熔渣进行急速冷却，再经由分选机将金属和无机残渣分离开，分离开的金属回收利用，无机残渣则作为土木或建筑材料，充分合理利用资源。

优选的，所述垃圾熔融炉上部与余热锅炉连通，所述余热锅炉与烟气处理装置连接，烟气处理装置与烟囱连接；将垃圾熔融炉与余热锅炉连接起来，使垃圾熔融炉顶部的可燃气体进入余热锅炉回收利用。

所述余热锅炉与发电装置连接；通过余热锅炉将可燃气体的热量进行余热发电，充分利用资源，节能环保。

优选的，所述空气预热器置于余热锅炉尾部内侧，以利用余热锅炉尾部烟气中的热量，减少排烟热损失，同时热的富氧空气进入炉膛后改善着火条件和燃烧过程，也降低了燃烧不完全损失，提高锅炉热效率。

一种富氧条件下加热熔融处理垃圾方法，包括以下步骤：

(1)经分拣后的固体垃圾和辅助燃料分别送入垃圾熔融炉；

(2)空气分离装置将分离出的氧气经空气预热器预热后送入垃圾熔融炉；

(3)固体垃圾和辅助燃料在垃圾熔融炉中直接混合，并在富氧气氛下直接熔融燃烧；

(4)垃圾熔渣和金属混合物由垃圾熔融炉内排出进入冷却装置进行冷却。

所述(1)中，送入垃圾熔融炉的辅助燃料与固体垃圾中辅助燃料的重量配比为30％～40％(重量配比＝辅助燃料质量/辅助燃料与固体垃圾总质量)，如果辅助燃料加入量过多，则处理成本会增大，另一方面如果降低辅助燃料投入量，炉温随之降低，无法达到熔融温度。

所述(2)中，空气预热器将氧气预热后由第一吹风口和第二吹风口分别向垃圾熔融炉内送入氧气，由第二吹风口送入氧气为熔融燃烧提供了氧化剂，确保了整个熔融过程的顺利进行；由第二吹风口送入氧气使熔融过程产生的可燃气体燃烧完全。

所述(4)中，垃圾熔渣和金属混合物进入冷却装置后被冷水急速冷却，然后由分选机将金属和垃圾熔渣分离开来，对分离开的金属回收利用，将分离开的垃圾熔渣作为土木或建筑材料。

优选的，所述垃圾熔融炉产生的可燃气体进入垃圾熔融炉的二次燃烧室内，可燃气体二次燃烧完全后烟气进入余热锅炉，利用垃圾熔融和可燃气体二次燃烧产生的余热进行发电或供热，过程中产生的烟气由烟气处理装置进行处理后由烟囱排出。

本发明的工作原理为：

经分拣后的固体垃圾和辅助燃料通过进料口进入熔融炉，空气分离装置为垃圾熔融炉提供富氧气体，垃圾在富氧气氛下熔融后经水冷得到金属和垃圾熔渣，富氧气氛使得固体垃圾着火温度降低，需要的着火热少，确保了熔融过程的进行和效率的提高，还可以减少辅助燃料的使用量，并同时提高了熔融反应的温度水平，使二恶英等关键污染成分彻底分解；

熔融过程结束后，垃圾熔渣和金属混合物由垃圾熔融炉进入冷却装置进行冷却，并通过分选机将垃圾熔渣和金属分离开，分离得到的金属可以回收利用，而垃圾熔渣可以作为土木或建筑材料，保证资源的充分利用；

垃圾熔融炉中熔融过程产生的热量进入余热锅炉进行余热发电或供热，充分回收了有用资源和热量，具有显著的经济效益和环境效益。

本发明的有益效果为：

本发明是在富氧条件下加热熔融处理垃圾工艺，一方面实现了垃圾的减量化、资源化和无害化处理，并且降低了着火热，使得燃烧率提高，并增强熔渣的流动性，提高反应速度，减少排烟热损失，降低污染物排放。

本发明使垃圾的熔融过程处于富氧的气氛，在此条件下固体垃圾着火温度降低，需要的着火热少，一方面确保熔融过程的进行和效率的提高，另一方面减少了辅助燃料的使用，同时提高了反应的温度水平，使得二恶英等关键污染成分彻底分解。

本发明中为垃圾熔融炉充入氧气的方式采用的方式是顶底复合吹。复合吹一方面为熔融燃烧提供了足够氧化剂，确保了整个熔融过程的顺利进行，另一方面复合吹工艺可以强化熔池搅拌，促进固液界面反应，同时减少了反应过程的喷溅，使反应更平稳，改善了反应的可控性。另外氧气在进入熔融炉前须进入空气预热器中预热，一方面提高富氧空气带入炉膛的物理显热，减少热损失，另一方面提高富氧空气在炉中的渗透能力，加速燃烧和熔融反应。因此本发明可以在实现垃圾熔融固化减容的同时确保污染物的彻底分解，实现垃圾的减量化、资源化和无害化处理。

附图说明

图1为本发明富氧条件下加热熔融处理垃圾装置的结构示意图；

图中，1、垃圾熔融炉，2、余热锅炉，3、空气预热器，4、熔融炉底吹风口，5、熔融炉顶吹风口，6、送风机，7、空气分离装置，8、水冷池，9、发电装置，10、烟气处理装置，11、烟囱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种富氧条件下加热熔融处理垃圾装置，包括垃圾熔融炉1、余热锅炉2、空气预热器3、熔融炉底吹风口4、熔融炉顶吹风口5、送风机6、空气分离装置7、水冷池8、发电装置9、烟气处理装置10和烟囱11。垃圾熔融炉1顶部设置垃圾入口和辅助燃料入口，垃圾熔融炉1底部与水冷池8连接，水冷池8具有金属出口和垃圾熔渣出口，垃圾熔融炉1上部和下部都设置一个吹风口，分别为熔融炉顶吹风口5、熔融炉底吹风口4；空气由空气分离装置7分离出氧气，氧气由送风机6送入空气预热器3，空气预热器3将氧气分别由熔融炉顶吹风口5、熔融炉底吹风口4送入垃圾熔融炉1内；垃圾熔融炉1上部与余热锅炉2连接，余热锅炉2与发电装置9连接，设置余热锅炉以利用熔融过程产生的热量进行发电或供热，余热锅炉2中的烟气通过烟气处理装置10处理后，由烟囱11排放。

本发明的工作过程为：

垃圾熔融处理过程主要分为进料段、燃烧段、熔融段、熔渣排出段等阶段。经分拣后的固体垃圾和辅助燃料(如煤等)分别通过进料口进入垃圾熔融炉1，垃圾和辅助燃料在炉中直接混合在富氧气氛下直接熔融燃烧，需要的氧气经空气分离装置7制取并通过送风机6由空气预热器3预热后进入熔融炉底吹风口4，同时另一部分氧气由熔融炉顶吹风口5补充至垃圾熔融炉1的炉膛上部(氧气采用顶底复合吹的方式进入垃圾熔融炉1)，将熔融过程产生的可燃气体燃烧完全。熔融渣和金属从渣口中排出并进入水冷池8被水急速冷却，被冷却的熔融渣和金属经分选机分选出金属和无机残渣，金属回收利用无机残渣则作为土木或建筑材料。

垃圾熔融炉1顶部的可燃气体二次燃烧后进入余热锅炉进行余热发电或供热，并且在余热锅炉2尾部放置空气预热器3对进入熔融炉的氧气预热。整个过程产生的烟气须经过例如喷林塔式湿式净化系统的烟气处理装置10处理后经烟囱11排出。

往垃圾熔融炉1内添加的辅助燃料煤的配比为30％～40％(即辅助燃料与固体垃圾的比例为3:7-4:6)，垃圾熔融炉1内的熔融温度约1500℃，对二恶英的分解率为100％。

本发明在富氧条件下熔融处理垃圾，可以有效地对垃圾进行熔融固化并加以利用，彻底分解了垃圾焚烧产生的二恶英等有害物，烟气净化效果非常好，有效地避免了二次污染，实现垃圾的减量化、资源化和无害化处理，意义重大。

本发明的方法利用富氧燃烧和熔融处理的优势，利用燃料的燃烧热，在高温下使垃圾飞灰熔融，冷却后成为稳定的玻璃态熔渣，并破坏二恶英等有机成分，将大部分重金属固化在玻璃态熔渣中。该工艺的特点是熔融焚烧后减容显著，熔渣中重金属不会溶出，而且熔渣可作为路基材料。另外该工艺供给富氧空气，一方面降低了着火热，使得燃烧率提高，利于熔融过程的进行，另一方面也使低发热量及粉碎面积较大的粉碎物的燃烧成为可能，同时在富氧气氛下熔融温度升高，二恶英的分解率随之提高，实现二恶英和重金属的零排放。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种富氧条件下加热熔融处理垃圾装置，其特征是，包括垃圾熔融炉，所述垃圾熔融炉与氧气供给系统连接，垃圾熔融炉底部与冷却装置连接；所述氧气供给系统包括依次连接的空气分离装置、送风机、空气预热器，所述垃圾熔融炉的上部设置第一吹风口，垃圾熔融炉的底部设置第二吹风口，第一吹风口和第二吹风口均与空气预热器连通；氧气供给系统将分离出的富氧气体提供给垃圾熔融炉，利用富氧气体作为氧化剂对垃圾进行熔融处理。

2.如权利要求1所述的加热熔融处理垃圾装置，其特征是，所述垃圾熔融炉顶部设置垃圾入口和辅助燃料入口。

3.如权利要求1所述的加热熔融处理垃圾装置，其特征是，所述冷却装置包括水冷池，所述水冷池处设有对金属和垃圾熔渣进行分选的分选机。

4.如权利要求1或2或3所述的加热熔融处理垃圾装置，其特征是，所述垃圾熔融炉上部与余热锅炉连通，所述余热锅炉与烟气处理装置连接，烟气处理装置与烟囱连接。

5.如权利要求4所述的加热熔融处理垃圾装置，其特征是，所述余热锅炉与发电装置连接；所述空气预热器置于余热锅炉尾部内侧。

6.利用权利要求1-5任一项所述的加热熔融处理垃圾装置的方法，其特征是，包括以下步骤：

(5)经分拣后的固体垃圾和辅助燃料分别送入垃圾熔融炉；

(6)空气分离装置将分离出的氧气经空气预热器预热后送入垃圾熔融炉；

(7)固体垃圾和辅助燃料在垃圾熔融炉中直接混合，并在富氧气氛下直接熔融燃烧；

(8)垃圾熔渣和金属混合物由垃圾熔融炉内排出进入冷却装置进行冷却。

7.如权利要求6所述的加热熔融处理垃圾装置的方法，其特征是，所述(1)中，送入垃圾熔融炉的辅助燃料与固体垃圾中辅助燃料的重量配比为30％～40％。

8.如权利要求6所述的加热熔融处理垃圾装置的方法，其特征是，所述(2)中，空气预热器将氧气预热后由第一吹风口和第二吹风口分别向垃圾熔融炉内送入氧气，由第二吹风口送入氧气为熔融燃烧提供了氧化剂；由第二吹风口送入氧气使熔融过程产生的可燃气体燃烧完全。

9.如权利要求6所述的加热熔融处理垃圾装置的方法，其特征是，所述(4)中，垃圾熔渣和金属混合物进入冷却装置后被冷水急速冷却，然后由分选机将金属和垃圾熔渣分离开来，对分离开的金属回收利用，将分离开的垃圾熔渣作为土木或建筑材料。

10.如权利要求6所述的加热熔融处理垃圾装置的方法，其特征是，所述垃圾熔融炉产生的可燃气体进入垃圾熔融炉的二次燃烧室内，可燃气体二次燃烧完全后烟气进入余热锅炉，利用垃圾熔融和可燃气体二次燃烧产生的余热进行发电或供热，过程中产生的烟气由烟气处理装置进行处理后由烟囱排出。