CN106180152B - 分解垃圾焚烧发电产生的二噁英和臭气及重金属的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了分解垃圾焚烧发电产生的二噁英和臭气及重金属的装置和方法，加料斗（1）安装在垃圾仓（2）上方，垃圾输送机（6）连接垃圾仓（2）和垃圾气化炉（8），垃圾气化炉（8）通过输气管（10）连接储气罐（19），在垃圾仓（2）和垃圾气化炉（8）之间连接酸臭气输气管（3），酸臭气输气管（3）内安装风机（4）；垃圾气化炉（8）和储气罐（19）之间依次安装由气管相互连通的一号除尘器（11）、焦油罐（12）、脱硫塔（13）、重金属分离器（14）、二号除尘器（15）和气水分离器（16）。本发明分解城市生活垃圾焚烧发电过程中产生的二噁英、臭气和重金属，避免二次污染，垃圾无害化处理，变废为宝。

Description

分解垃圾焚烧发电产生的二噁英和臭气及重金属的装置和 方法

技术领域

本发明涉及垃圾处理装置和方法，具体涉及一种分解垃圾焚烧发电产生的二噁英和臭气及重金属的装置和方法。

背景技术

随着城市建设的加快，城市规模越来越大，城市人口越来越多，人均生活垃圾也越来越多，已知国内外城市生活垃圾发电厂，目前皆采用直燃式锅炉焚烧垃圾，且需向炉内喷柴油助燃，增加了运营成本，无疑还将产生大量的二噁英、臭气等多种有毒气体（含重金属在内）排放在大气中随风飘逸。垃圾及炼油厂废气（火炬）焚烧过程中产生的二噁英大约占其总排放量的90％以上。二噁英有剧毒，其毒性相当于氰化钾的1000倍，据有关报道，只要1盎司（28.35克）的二噁英，就能将100万人置于死地。由于它在微量长期摄取的情况下可引起癌症等疾病，国际癌症研究中心已将它列为人类的一级致癌物。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种分解垃圾焚烧发电产生的二噁英和臭气及重金属的装置和方法，分解城市生活垃圾焚烧发电过程中产生的二噁英、臭气和重金属，彻底分解消除有毒气体，避免二次污染，真正实现垃圾无害化处理，变废为宝，造福子孙后代。

本发明的技术解决方案是：分解装置与垃圾焚烧装置连接，垃圾焚烧装置包括加料斗、垃圾仓、垃圾输送机、垃圾气化炉和储气罐，加料斗安装在垃圾仓的上方，垃圾仓设多个仓室，储仓底部设计为斜坡形槽沟，其上有过滤网，垃圾仓内设有分检机，垃圾气化炉设炉门、加料口和出灰口，垃圾气化炉底部安装炉栅，炉栅上部即炉膛，垃圾输送机一端连接垃圾仓，垃圾输送机另一端通过加料口连接垃圾气化炉，垃圾气化炉通过输气管连接储气罐；其特征是：所述的分解装置包括风机、一号除尘器、焦油罐、脱硫塔、重金属分离器、二号除尘器和气水分离器，在垃圾仓和垃圾气化炉之间连接酸臭气输气管，酸臭气输气管内安装风机；垃圾气化炉和储气罐之间依次安装由气管相互连通的一号除尘器、焦油罐、脱硫塔、重金属分离器、二号除尘器和气水分离器，重金属分离器采用物理和化学吸收法相结合方式，二号除尘器为湿式除尘器，气水分离器和储气罐之间的气管上安装吸风机和阀门；储气罐经气管连通燃气发电机组，其气管上安装阀门；燃气发电机组上连接余热锅炉，余热锅炉上设安全阀、排气口、供气供暖管和进水管。

其中，上述二噁英和臭气及重金属的分解装置的分解方法包括以下步骤：

（1）垃圾由加料斗加入垃圾仓，垃圾中酸性臭水从过滤网渗漏到底部槽沟内，由水泵抽出以2kg/cm²压力喷咀喷出，以雾状喷入垃圾气化炉的底部炉栅下和气化剂一起混合后进入炉膛助燃，同時增加燃气中氢的含量，二氧化碳与水蒸汽被还原为一氧化碳和氢气；

（2）垃圾仓形成负压使臭气不外泄，垃圾仓内的臭气由风机抽出，以压力4-7kpa吹入垃圾气化炉的炉栅下，臭气被火焰中心850-1000℃的炉膛高温分解；

（3）垃圾的分类，城市生活中垃圾存在少量的砖、石、瓷片、玻璃片及金属物质，设在垃圾仓内的分检机在输送过程中将垃圾分类检出，包含砖、石、瓷片的非金属杂物被破碎后混合于灰渣中制成道板砖供市政用，金属则回收再生利用；

（4）分类后的垃圾由置于密封罩内的垃圾输送机送至垃圾气化炉的加料口，每小时投料折干基4-5吨；

（5）垃圾热解气化反应，垃圾在气化炉的炉膛内焚烧时火焰中心温度在850-1000℃，酸性臭水和臭气被第一次高温分解，热气流继续上升，其温度在750-850℃，与上部垃圾可燃部分接触进行热化学反应，反应生成的气体燃烧后由气化炉上部引出，炉体冷却水温由自动控制阀控制在90-95℃，冷却水套设有安全阀无水或压力超高自动报警，压力超限为0.1kg/cm²，平均每吨干基垃圾产燃气1450m³，热值1500kcal/m³，甲烷29.43%，氢12.8%，氧1.92%，一氧化碳2.78%，硫化氢0.3%；灰渣由炉栅底部排出制造板砖；燃气由炉体上部引出，气流量5800-7250m³，压力10-15kpa，温度400-500℃；输气管内装循环水冷却管，温度控制在320-380℃；

（6）垃圾气化炉产生的可燃气成分除了可供燃烧的甲烷、氢和一氧化碳，还有二噁英、硫化氢有害气体；燃气属于易燃易爆气体，采用火焰冷壁熄灭阻火、湿式水封阻火、细水雾伴送措施，确保输气管线安全运行；

（7）除尘燃气中颗粒状微尘含量较大，采用离心式除尘器，同时将燃气冷却，温度降至360-400℃，处理流量5800-7250Nm³/h，除尘率≥90%，除尘临界直径6-10.2um，工作温度320-380℃，工作压力≤4kpa，压力损失≤200pa，水封高度600 mmH₂O；

（8）燃气中的焦油雾滴及灰尘被极化，汇集到极管管壁，自流至焦油罐除焦，工艺条件：气量5800-7250 Nm³/h，气速1-1.5 m/s，进气口燃气温度80-120℃，电场断面6 m²，沉淀面积233.8 m²，净化前燃气中焦油含量86-180 mg/Nm³，净化后燃气中焦油含量8.5-21.5mg/Nm³，净化率95-99.5%；

（9）燃气进入脱硫塔底部与脱硫剂逆流接触，绝大部分H₂S被脱硫液吸收，燃气温度控制在35-45℃，压力10-15kpa，净化后燃气经捕滴器除去液滴，燃气中H₂S脱硫前0.14%mg/Nm³，脱硫后燃气中H₂S0.01-0.008%mg/Nm³，脱硫效率达99.5%；

（10）重金属存在于垃圾中，常见含铅、铁、铬，经焚烧后残剩的金属蒸发成气态微粒混杂在燃气中，燃气在离心风机吸引下进入重金属分离器的塔内与喷淋水雾接触，降湿和加温，使之电阻率降低，微粒铅、铁、铬尘增湿后在惯性碰撞及热效应综合作用下凝聚成较大的颗粒被去除；处理气量5800-7250Nm³/h，气体过滤速度为0.99-1.8m/s，除尘率达95%以上；

（11）燃气被风机压入二号除尘器，处理气量5800-8500Nm³/h捕集的颗粒含尘气体流速60-90m/s，直径0.05-0.1um 液体比0.3-1.5 L/m³，50%分离临界粒径0.1um，喷嘴数6个，耗水量0.12 L/s，水泵压力小，压力损失570 pa，除尘率99%；

（12）燃气中残留的水分采用组合旋风式的气水分离器进行气水分离，对5-10um的尘粒和液滴去除效率达99.95%，过滤分离效果对≥0.3um 的固体颗粒去除率达99.9%，分离颗粒大于0.05um的液滴，分离后的压降小于0.04MPa，滤芯起始压降小于0.01MPa，设备总的起始压降小于0.05MPa，滤芯工作允许压降0.15MPa，滤芯结构强度大于0.5MPa；

（13）净化后的燃气由罗茨风机压入储气罐中储存，燃气在储气罐中进一步得以沉淀，同时也稳定气源气压力，冷却燃气温度，储气罐进气口和排出口皆有阀门控制，储气罐容量1000m³×2，罐中气压稳定15kpa，压力变化率≤1kpa/min，变化速率≤5%/min，杂质粒度≤5um，杂质含量≤30mg/Nm³，水分含量≤35mg/Nm³，温度≤40℃，含H₂S≤20mg/Nm³，焦油含量≤20mg/Nm³。

本发明具有以下优点：

1、分解二噁英和臭气，二噁英熔点为303-305度，在705度以下是相当稳定的，高于此温度即开始分解，垃圾中酸性臭水和臭气作气化剂在炉膛助燃(供氧），被高达850-1000℃的高温分解成无害水和二氧化碳，燃气在经过一系列的净化处理后，由管道输送至燃气活塞式发动机气缸燃烧，燃气含二噁英臭气吸入发动机气缸中燃烧时产生的温度高达1800-2000℃，也称爆炸行程，二噁英、臭气被再次分解，清洁排出，日处理垃圾量96-120吨干基。

2、吨垃圾产气干基1450m³，日处理垃圾96-120吨干基，供3000KW/h—5500KW/h发电机组。

3、采用自行设计的燃气发动机额定转速500转/分、3000KW/h的发电机组发电，运行稳定，安全，排放清洁无二次污染。

4、适合大、中 、小各类城市及乡镇，规模从500KW/h 垃圾发电站到数十万千瓦机组（多机组并联），单台机组从500至10000KW/h ，工程造价低，运行平稳安全可靠，操作简单，维修方便，在维修保养时交替开机，垃圾正常运行处理，无需停工，实现全自动远程监控，自动报警，无人值守，占用土地少，不消耗水源，只需循环水作冷却发动机及系统设备用，热效率高出目前蒸汽轮机发电机组二倍以上，用人少，可利用率高，余热锅炉可供暖供气作工业生产用，综合利用率高，变废为宝，天更蓝，水更清，造福人类。

5、彻底分解二噁英和臭气及重金属，无二次污染。

6、发动机产生的余热锅炉为工业产业提供蒸汽或供暖用。

7、燃气中分离出的化学物质进行深加工成为化学产品，变废为宝。

附图说明

图1为本发明的结构原理图。

具体实施方式

如图1所示，垃圾焚烧装置包括加料斗1、垃圾仓2、垃圾输送机6、垃圾气化炉8和储气罐19，加料斗1安装在垃圾仓2的上方，垃圾气化炉8设炉门5、加料口7和出灰口9，垃圾输送机6一端连接垃圾仓2，垃圾输送机6另一端通过加料口7连接垃圾气化炉8，垃圾气化炉8通过输气管10连接储气罐19；还安装二噁英和臭气及重金属的分解装置，分解装置包括风机4、一号除尘器11、焦油罐12、脱硫塔13、重金属分离器14、二号除尘器15和气水分离器16，在垃圾仓2和垃圾气化炉8之间连接酸臭气输气管3，酸臭气输气管3内安装风机4；垃圾气化炉8和储气罐19之间依次安装由气管相互连通的一号除尘器11、焦油罐12、脱硫塔13、重金属分离器14、二号除尘器15和气水分离器16，气水分离器16和储气罐19之间的气管上安装吸风机17和阀门18。

其中，储气罐19经气管连通燃气发电机组21，其气管上安装阀门20。

其中，燃气发电机组21上连接余热锅炉23，余热锅炉23上设安全阀26、排气口22、供气供暖管24和进水管25。

工作时，垃圾由加料斗1加入垃圾仓2，由密封罩内的输送机7送至加料口7加入垃圾气化炉8，风机4向炉膛送风，使垃圾仓2内形成负压，同时垃圾仓2内酸性臭水也由水泵抽出以雾状喷向炉珊底部经炉膛被燃烧，垃圾火焰中心850-1000℃的高温蒸发酸性臭水及臭气，形成的水蒸气随热气流一同上升，其温度在750-950℃，与上部的垃圾可燃部分接触通过热化学反应，反应生成的气体燃料气由输气管10引出，气化反应后生成的残渣由下部灰盘排出；气化炉的冷却水温控制在90-95℃，垃圾由气化炉顶部加入，保持气化炉产气的连续性，平均吨垃圾干基产燃气1450 m³，热值1500 kcal /m³，燃气中主要成分为氢12.8％、碳1.73％、乙烯11.65％、一氧化碳2.78％、甲烷29.43％、二氧化碳4.46％、硫化氢0.3％、氮气18.39%、氧气1.92%、乙烷13.12％、碳四1.17%，还有二噁英、有毒气体及重金属，燃气从气化炉上部出口经气管连接至一号除尘器11，燃气出口温度在400-500℃，在输气管道内安装细水雾伴送措施防爆，将燃气温度控制320-360℃，含尘气体由进气管以切线方向进一号除尘器，在管壁与中心管的圆环内形成一个向下旋转运动的外层气流，当外旋气流到达器底以后折尔向上形成一个向上旋转运动的内层气流，外旋气流中的颗粒在离心力的作用下被甩向器壁与器壁相撞后，沿器壁落至锥形底的排灰口排入灰斗，内旋气流中的残存尘粒由于离心力的作用，被排入外旋气流中，也起到除尘作用；处理气流量5800-7250Nm³/h以下，按每h处理4-5T干基垃圾，除尘效率≥90％，除尘临界直径6-10um，工作温度320-380℃，工作压力≤4KPa，压力损失≤200Pa，水封高度600mmH₂O，除尘后的燃气在安装冷却水管的输送过程中再次冷却；将温度降至80-120℃后的燃气压入12焦油罐中，燃气中的焦油雾滴及灰尘被极化汇集到极管管壁，自流至焦油灌，气量5800-7250Nm³/h,气速1-1.5 m/s，进口燃气温度80-120℃，电场断面6m²，沉淀面积233.8m²，燃气中焦油含量、净化前86-180mg/Nm³，净化后8.5-21.5mg/Nm³，净化率95-99.5％ ，焦油处理后的燃气由输气管道压入脱硫塔13，燃气温度控制在35-45℃，压力10-16KPa，燃气冷却至35-45℃，燃气经脱硫塔底部进入与脱硫液逆流接触，绝大部分H₂S被脱硫液吸收，净化后燃气经捕滴器除去液滴，经输气管道送往重金属分离塔14，燃气中H₂S一般在0.14%，即便燃气中H₂S达到2%也能脱除脱硫塔效率达95％以上；重金属分离器14以物理和化学吸收法相结合的方式以便更好的达到较高的净化率，燃气在离心风机17吸引下进入塔内与喷淋水雾接触，降温和加湿，使之电阻率降低，微粒铅尘增湿后再惯性碰撞及热效应综合作用下，凝聚成较大的颗粒使之被除去，当处理气量为5800-7250Nm³/h时，气体过滤速度为0.99-1.80m/s，除尘效率达95％以上；经由重金属分离塔14出口的燃气，为使进发动机燃气在燃烧后获得最佳排放效果，燃气被风机压进入文丘里二号除尘器15，捕集的颗粒直径0.1um ，喷嘴数6个，耗水0.12 L/s， 含尘气体流速16-18 m/s液体比0.3-1.5L/m³，50％分离临界粒径0.1，水泵压力小，压力损失570pa ，除尘效率99％；经除尘后的燃气由于输气管道中存有大量的水分，设置的组合旋风式气水分离器16进行气水分离，旋风分离效果对5-10um的尘粒和液滴去除效率达99.95％，过滤分离效果对≥0.3um的固体颗粒为除效率达99.9%，分离颗粒径大于0.05um的液滴，旋风分离后的压降小于0.04MPa,滤芯起始压降小于0.01MPa，设备总的起始压降小于0.05MPa，滤芯工作允许压降0.15MPa，滤芯结构强度大于0.5MPa；经气水分离处理后的燃气由管道罗茨风机压入1000m³储气罐19，罐中气压保持15kpa，压力变化率≤1KPa/min，变化速率≤5%/min，杂质粒度≤5um，杂质含量≤30mg/Nm³，水分含量≤40mg/Nm³，不含游离水燃气进发动机前温度≤40℃，含H₂S≤20mg/Nm³，焦油含量≤20mg/Nm³；燃气在罐中沉淀残剩渣质后经管道连接输至燃气发电机组21发电，燃气被吸入活塞式发动机燃烧室，温度最高达1800-2000度，二噁英和臭气被二次分解，经此过程垃圾在焚烧气化发电过程中可燃气体得到净化，清洁排放。

Claims (2)

1.分解垃圾焚烧发电产生的二噁英和臭气及重金属的装置，分解装置与垃圾焚烧装置连接，垃圾焚烧装置包括加料斗（1）、垃圾仓（2）、垃圾输送机（6）、垃圾气化炉（8）和储气罐（19），加料斗（1）安装在垃圾仓（2）的上方，垃圾仓（2）设多个仓室，储仓底部设计为斜坡形槽沟，其上有过滤网，垃圾仓内设有分检机，垃圾气化炉（8）设炉门（5）、加料口（7）和出灰口（9），垃圾气化炉（8）底部安装炉栅，炉栅上部即炉膛，垃圾输送机（6）一端连接垃圾仓（2），垃圾输送机（6）另一端通过加料口（7）连接垃圾气化炉（8），垃圾气化炉（8）通过输气管（10）连接储气罐（19）；其特征是：所述的分解装置包括风机（4）、一号除尘器（11）、焦油罐（12）、脱硫塔（13）、重金属分离器（14）、二号除尘器（15）和气水分离器（16），在垃圾仓（2）和垃圾气化炉（8）之间连接酸臭气输气管（3），酸臭气输气管（3）内安装风机（4）；垃圾气化炉（8）和储气罐（19）之间依次安装由气管相互连通的一号除尘器（11）、焦油罐（12）、脱硫塔（13）、重金属分离器（14）、二号除尘器（15）和气水分离器（16），重金属分离器（14）采用物理和化学吸收法相结合方式，二号除尘器（15）为湿式除尘器，气水分离器（16）和储气罐（19）之间的气管上安装吸风机（17）和阀门（18）；储气罐（19）经气管连通燃气发电机组（21），其气管上安装阀门（20）；燃气发电机组（21）上连接余热锅炉（23），余热锅炉（23）上设安全阀（26）、排气口（22）、供气供暖管（24）和进水管（25）。

2.采用权利要求1所述的分解装置分解垃圾焚烧发电产生的二噁英和臭气及重金属的方法，其特征是分解方法包括以下步骤：

（1）垃圾由加料斗加入垃圾仓，垃圾中酸性臭水从过滤网渗漏到底部槽沟内，由水泵抽出以2kg/cm²压力喷咀喷出，以雾状喷入垃圾气化炉的底部炉栅下和气化剂一起混合后进入炉膛助燃，同时增加燃气中氢的含量，二氧化碳与水蒸汽被还原为一氧化碳和氢气；

（2）垃圾仓形成负压使臭气不外泄，垃圾仓内的臭气由风机抽出，以压力4-7kpa吹入垃圾气化炉的炉栅下，臭气被火焰中心850-1000℃的炉膛高温分解；

（3）垃圾的分类，城市生活中垃圾存在少量的砖、石、瓷片、玻璃片及金属物质，设在垃圾仓内的分检机在输送过程中将垃圾分类检出，包含砖、石、瓷片的非金属杂物被破碎后混合于灰渣中制成道板砖供市政用，金属则回收再生利用；

（4）分类后的垃圾由置于密封罩内的垃圾输送机送至垃圾气化炉的加料口，每小时投料折干基4-5吨；

（5）垃圾热解气化反应，垃圾在气化炉的炉膛内焚烧时火焰中心温度在850-1000℃，酸性臭水和臭气被第一次高温分解，热气流继续上升，其温度在750-850℃，与上部垃圾可燃部分接触进行热化学反应，反应生成的气体燃烧后由气化炉上部引出，炉体冷却水温由自动控制阀控制在90-95℃，冷却水套设有安全阀无水或压力超高自动报警，压力超限为0.1kg/cm²，平均每吨干基垃圾产燃气1450m³，热值1500kcal/m³，甲烷29.43%，氢12.8%，氧1.92%，一氧化碳2.78%，硫化氢0.3%；灰渣由炉栅底部排出制造板砖；燃气由炉体上部引出，气流量5800-7250m³，压力10-15kpa，温度400-500℃；输气管内装循环水冷却管，温度控制在320-380℃；

（6）垃圾气化炉产生的可燃气成分除了可供燃烧的甲烷、氢和一氧化碳，还有二噁英、硫化氢有害气体；燃气属于易燃易爆气体，采用火焰冷壁熄灭阻火、湿式水封阻火、细水雾伴送措施，确保输气管线安全运行；

（7）除尘燃气中颗粒状微尘含量较大，采用离心式除尘器，同时将燃气冷却，温度降至360-400℃，处理流量5800-7250Nm³/h，除尘率≥90%，除尘临界直径6-10.2um，工作温度320-380℃，工作压力≤4kpa，压力损失≤200pa，水封高度600mmH₂O；

（8）燃气中的焦油雾滴及灰尘被极化，汇集到极管管壁，自流至焦油罐除焦，工艺条件：气量5800-7250 Nm³/h，气速1-1.5 m/s，进气口燃气温度80-120℃，电场断面6 m²，沉淀面积233.8 m²，净化前燃气中焦油含量86-180 mg/Nm³，净化后燃气中焦油含量8.5-21.5 mg/Nm³，净化率95-99.5%；

（9）燃气进入脱硫塔底部与脱硫剂逆流接触，绝大部分H₂S被脱硫液吸收，燃气温度控制在35-45℃，压力10-15kpa，净化后燃气经捕滴器除去液滴，燃气中H₂S脱硫前0.14% mg/Nm³，脱硫后燃气中H₂S0.01-0.008%mg/Nm³，脱硫效率达99.5%；

（10）重金属存在于垃圾中，常见含铅、铁、铬，经焚烧后残剩的金属蒸发成气态微粒混杂在燃气中，燃气在离心风机吸引下进入重金属分离器的塔内与喷淋水雾接触，降湿和加温，使之电阻率降低，微粒铅、铁、铬尘增湿后在惯性碰撞及热效应综合作用下凝聚成较大的颗粒被去除；处理气量5800-7250Nm³/h，气体过滤速度为0.99-1.8m/s，除尘率达95% 以上；

（11）燃气被风机压入二号除尘器，处理气量5800-8500Nm³/h捕集的颗粒含尘气体流速60-90m/s，直径0.05-0.1um 液体比0.3-1.5 L/m³，50%分离临界粒径0.1um，喷嘴数6个，耗水量0.12 L/s，水泵压力小，压力损失570 pa，除尘率99%；

（12）燃气中残留的水分采用组合旋风式的气水分离器进行气水分离，对5-10um的尘粒和液滴去除效率达99.95%，过滤分离效果对≥0.3um 的固体颗粒去除率达99.9%，分离颗粒大于0.05um的液滴，分离后的压降小于0.04MPa，滤芯起始压降小于0.01MPa，设备总的起始压降小于0.05MPa，滤芯工作允许压降0.15MPa，滤芯结构强度大于0.5MPa；

（13）净化后的燃气由罗茨风机压入储气罐中储存，燃气在储气罐中进一步得以沉淀，同时也稳定气源气压力，冷却燃气温度，储气罐进气口和排出口皆有阀门控制，储气罐容量1000m³×2，罐中气压稳定15kpa，压力变化率≤1kpa/min，变化速率≤5%/min，杂质粒度≤5um，杂质含量≤30mg/Nm³，水分含量≤35mg/Nm³，温度≤40℃，含H₂S≤20mg/Nm³，焦油含量≤20mg/Nm³。