CN106493148A - 一种固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺，按照粉碎、干化、成型、气化熔融的步骤进行。气化产物主要是可燃性气体及热解碳，热解碳进行熔融处理，可燃气体的使用主要分为两部分：一是大部分输送至二燃室燃烧加热干化介质为干化阶段提供能量或供内燃机发电，二是部分送到熔融炉加入富氧空气或纯氧对热解碳进行熔融，产生的烟气送至二燃室。有机废弃物储存、粉碎、干化、成型阶段产生的尾气同样送到二燃室作为助燃空气进行高温燃烧处理。采用本工艺对城市生活垃圾、工业垃圾、各种养殖废弃物、污泥、秸秆等各种固体有机废弃物进行处置，减量化明显，具有节能减排、低碳环保、二次污染小、无害化程度高、运行成本低、环境效益显著等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机废物气化处理工艺，特别涉及一种固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺，属于有机废物处理工艺领域。
背景技术
随着经济的飞速发展，人类生产、生活所产生的废弃物越来越多，以生活垃圾为例，每年产生的量都以8％～10％的速度在增长，如果不能及时妥善处理，将对生态环境造成严重危害。
对固体废弃物的处理大体都经过填埋法、堆肥法、到焚烧法这样一个过程，在我国，目前仍以填埋和焚烧为主，但这两种方法均存在不同程度的安全隐患。填埋法不仅要占用大量的土地，而且废弃物中的有害物质有渗透到地下水资源中的风险，可能造成土壤或水体污染。而焚烧不仅会排放大量废气，同时也会产生少量的“世纪之毒”二恶英，常规的烟气处理设施无法有效去除二恶英从而造成空气污染。
固体废弃物既是一种污染物，又是一种资源，在干燥状态下，每千克含有1200～4000大卡左右的热量。从目前来看，我国对固体废弃物的处理和处置及资源化利用工艺技术依然没有形成统一的思路，安全、高效、经济地处理、处置固体废弃物将成为大众关注的热点问题，也是环保工作者的研究方向。
发明内容
本发明固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺公开了新的方案，采用气化熔融工艺以及利用废弃物本身含有的能量实现无害处理，解决了现有传统工艺资源利用率低、污染环境的问题。
本发明固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺包括以下步骤：⑴将待处理物料储存在密闭空间内，密闭空间内的气压保持负压；⑵将待处理物料进行分选破碎处理得到碎料，将碎料输入热干化机进行干燥，密闭空间内的污泥无需分选破碎，直接输入热干化机进行单独干燥；⑶将进入热干化机的碎料和污泥中的水分含量降至20％以下形成干燥碎料和干燥污泥，向干燥污泥中加入生物质和生石灰后充分搅拌混合得到污泥混合物，利用造粒机械将污泥混合物制成设定尺寸的颗粒状污泥混合物；⑷将干燥碎料和颗粒状污泥混合物输入热解气化炉反应得到可燃性气体和热解炭，将热解炭输入熔融炉进行高温熔融，将可燃性气体的一部分输送入二燃室燃烧加热余热锅炉，余热锅炉通过干化介质向干化机输入热量用于干化工艺，将可燃性气体的另一部分输送入熔融炉用于高温熔融工艺；⑸二燃室产生的高温烟气经余热锅炉后进入烟气处理系统，烟气经过处理形成达标废气后排放，熔融炉产生的熔渣进入水淬箱急冷得到小颗粒玻璃渣体排出存储备用。
进一步，为了使得步骤⑴中密闭空间内的气压保持微负压，以及提高资源利用率，本方案可以将步骤⑴中密闭空间内产生的废气抽送入气化熔融炉作为气化剂使用，使得密闭空间内的气压保持负压。
进一步，为了提高物料反应的效率，促进反应充分进行，本方案步骤⑵中的碎料的尺寸优选是20mm～200mm，步骤⑶中的颗粒状污泥混合物的长度优选是5cm，步骤⑶中的颗粒状污泥混合物的粒径优选是0.6cm～1.5cm。
进一步，为了合理利用步骤⑶中产生的水蒸气混合物，本方案在步骤⑶中，热干化机产生的气体通入热交换器后进入冷凝器冷却，冷却得到的冷凝水作为中水使用或排入污水管网。更进一步，为了提高产物的利用率，减少废气排放，本方案将上述经冷凝器冷却后得到的不凝气经热交换器输入热干化机参与干化过程，过量的不凝气通入二燃室燃烧。
进一步，同样为了提高工艺产物的利用率，避免废气的排放，本方案将步骤⑶中，污泥造粒成型过程产生的臭气经管道送入二燃室送风机与空气混合后作为助燃气参与可燃性气体的燃烧。
进一步，为了保证本工艺的排放符合环保的标准，进一步提高资源的利用率，本方案的步骤⑸中，烟气处理系统包括布袋除尘装置、静电除尘装置、水喷淋装置，二燃室产生的高温烟气经余热锅炉后依次进入布袋除尘装置、静电除尘装置、水喷淋装置形成达标废气后排放，将烟气处理系统除尘得到的灰尘输送入熔融炉。
进一步，同样为了环保以及提高资源利用率的目的，本方案的步骤⑸中，水淬箱内产生的气体经冷凝后与熔融炉产生的高温烟气一同输送入二燃室进行燃烧。
进一步，为了扩展燃气利用的方式，提高燃气利用率，实现资源的最大化利用，本方案在步骤⑷中，将可燃性气体中的一部分经净化后供内燃机发电使用，净化产生的固体物颗粒输送入熔融炉。
进一步，为了取得反应的最优化配置，实现最佳的反应效果，本方案在步骤⑷中，向熔融炉通入富氧空气或纯氧辅助燃烧，将二燃室内的燃烧温度控制在900℃～1100℃来减少热力型氮氧化物的生成量。
本发明固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺采用气化熔融工艺以及利用废弃物本身含有的能量实现无害处理，具有资源利用率高，绿色环保的特点。
附图说明
图1是本方案固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺的原理示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种有机固体废弃物气化熔融的循环处理工艺，主要利用了废弃物本身所含有的热量，减少外部能源的依靠，提供一种安全高效、节能减排、低碳环保、运行成本低、减量化、稳定化、无害化、资源化处置的工艺和系统。
本系统由储存系统、分选破碎系统、干化成型系统、气化熔融系统、燃气利用系统、烟气净化系统、控制系统组成。工艺实现过程如下。
⑴物料储存
所有物料均存放在一个密闭空间内，所产生的废气由风机抽送至气化熔融炉作为气化剂使用，空间呈微负压，确保废气不外排。
⑵分选破碎
物料经输送装置(抓斗、输送带、绞龙等)送至分选破碎系统，将其破碎至20mm～200mm，污泥则直接输送至干化成型系统。
⑶干化成型
含水率超过20％的物料经输送装置送至热干化机进行干燥，热干化机以导热油或高温饱和蒸汽为介质对物料进行间接干燥将水份降至20％以下。热干化机可选用浆叶式干燥机或圆盘式干燥机，优选圆盘干燥机。如果物料是污泥，则经干化后的污泥颗粒较细，需添加一定量的生物质(如：木屑、稻壳、秸秆等，具体数量由污泥的热值、含水量及生物质的热值来确定)和生石灰，经充分搅拌混合后，用造粒机械将混合物制成粒径0.6厘米～1.5厘米、长度5厘米左右的颗粒，颗粒冷却后，其含水率可降至15％左右。
⑷气化熔融
气化熔融系统由气化装置和熔融炉两部分组成，先将物料送入气化装置进行热解气化，产物为可燃性气体(H2、CO、CH4等)和热解炭，热解碳经输送装置送入熔融炉，可燃性气体分为两部分，一部分送入二燃室进行燃烧，加热干化介质(导热油或水蒸汽)或经净化后供内燃机发电使用，另一部分送至熔融炉，通入富氧空气(或纯氧)对热解炭进行高温熔融，熔渣进入水淬箱急冷得到小颗粒玻璃渣体，水淬箱内产生的气体经冷凝后(不凝气主要为CO、H2)与熔融炉产生的高温烟气一同进入二燃室进行燃烧，二燃室后部连接余热锅炉，内有导热油或水。
⑸燃气利用
燃气利用系统由二燃室、余热锅炉和内燃机发电机组(选用)组成。在废弃物处理处置各个环节中产生的尾气均在二燃室中进行燃烧，二燃室上装有可燃性气体燃烧机，所产生的高温烟气由余热锅炉进行充分利用，余热锅炉的规格及内部的介质由干化工序所用的介质类型及数量来确定。根据需要也可将燃气净化后供内燃机发电。
⑹烟气净化
烟气净化系统由布袋除尘、静电除尘和水喷淋三部分组成。在物料干化过程中产生的气体经气-气热交换器后进入冷凝器，水蒸汽冷却为水可作为中水使用或经热交换冷却后排入污水管网，其余气体经气-气热交换器回到干化机内部，参与废弃物干化过程。多余部分气体经管道送至二燃室进行燃烧(监控干化机内部压力的变化，来确定是否有气体过量)。污泥造粒成型过程产生的臭气经管道与二燃室送风机相连，与空气混合后，作为助燃气参与可燃性气体的燃烧。二燃室产生的高温烟气经余热锅炉后进入布袋除尘系统和静电除尘系统，然后进入水喷淋系统，处理达标后排放。净化系统的烟尘收集后再送入熔融炉进行熔化。
⑺工艺控制
控制系统由各类仪器、仪表、线路、开关、电机、风机、传感器、电控柜等组成，可在不同的操作面板上对各个系统分别进行控制，也可在同一操作系统中进行联动控制，操作方便，自动化程度高。
上述方案中涉及的电器、电路、模块以及电子元器件除特别说明之外，根据其实现的具体功能可以选择本领域通用的设计和方案，也可以根据实际需要选择其他设计和方案。
本方案的固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺基于上述内容相比现有的传统废弃物处理工艺具有以下技术优势。
⑴减量化程度高。
由于采用了气化熔融工艺，最后残渣的量是常规气化工艺的五分之一左右，残余量是原物料(指有机部分)的1％～5％。
⑵二次污染小，无害化、稳定化效果明显。
本方案采用了热解气化工艺，在热解气化过程中，由于是微氧或无氧环境，整个过程呈还原性气氛，没有或极少有二恶英及其前驱物和其他有毒物质的生成，且所有气体均在二燃室进行了充分燃烧(900℃＜燃烧温度＜1100℃)，燃烧后的烟气又进行了降温除尘处理，完全可以达标排放。热解碳经高温熔融后，废弃物中的大部分重金属被固化在玻璃体中，并以稳定的形式存在，少部分重金属进入气相(可燃性气体和熔融炉烟气中)，经烟气净化系统处理后，与收集的烟尘一起再次送入熔融炉进行熔融固化，不排入大气中，且由于二燃室燃烧温度较低(900℃＜燃烧温度＜1100℃)，热力型氮氧化物生成量小。同时在废弃物中掺入少量的生石灰，起到了脱酸的作用，水喷淋系统添加适量的碱，使喷淋水呈碱性，最后的烟气完全能达标排放。本方案将固体有机废弃物处理过程的二次污染减少到了最低的程度。
⑶资源化效果好，充分利用了废弃物本身所含有的能量，能量转化和利用效率高。
固体有机废弃物经热解气化后所产生的可燃性气体进行了充分的利用，热解碳又进行了高温熔融，其热值也得到了彻底的利用。从理论上来说，废弃物的热值得到了完全的利用，所有的能量部分用于熔融，大部分用于干化和二次利用，完全可以做到自给自足。最后的熔融渣是不含任何有机物的玻璃体，可作为建材原料使用，如制免烧砖、马路基料、水泥原料等，实现了废弃物处理处置最优资源化的目的。
⑷环境效益显著。
利用本工艺处理处置固体有机废弃物，不仅节约了大量的埋填土地，杜绝了臭气、重金属等有毒有害物质污染环境的风险，同时，充分利用了有机废弃物本身所含有的热量和可再生能源—生物质能，为整个处理处置过程提供了充足的能量，减少了对矿物能源的依赖，减少了碳排放，真正做到了节能减排、低碳环保。
⑸运行成本低，经济效益好。
本方案充分利用了有机废弃物本身所含有的能量和可再生能源—生物质，不需使用其它矿物能源。烟气处理系统结构简单，技术成熟。由于无需增加脱硝和二恶英处理装置，减少了固定投入和运行成本。另外，裂解炭经熔融处理后，体积和重量大大减小，若进行利用(如制免烧砖)，则减少了后续的储存和运输成本，甚至可以产生效益。经以上工序的组合，从根本上大大节约了固体有机废弃物处理处置成本。
⑹适用范围广。
本工艺不仅适用于城市生活垃圾、工业垃圾、各种养殖废弃物、污泥、秸秆等各种固体有机废弃物的处置，在适当调整生物质掺和比例的情况下，也可对电镀污泥等各种危险废弃物进行处理处置，对重金属的固化效果优于焚烧法。
⑺可用于垃圾填埋场的修复。
当前垃圾填埋场的修复存在费用大、修复周期长的缺点，采用本工艺技术，将陈腐垃圾挖出分选干化后气化裂解，因是在还原性气氛下进行反应，重金属部分被还原，以单质形式存在，大部分被固化在裂解炭中，在检测合格的情况下裂解炭可直接回填，烟气处理和燃气净化过程中的固体排放物进行熔融处理，干化阶段不足的能量可用新鲜垃圾进行补充，以此达到降低成本、以废治废的目的。经此工艺处理，所有陈腐垃圾中的有机物均转化为可燃性气体和裂解炭，重金属得以固化，可彻底解决垃圾填埋场二次污染的隐患，同时，陈腐垃圾处理完后填埋场可立即投入使用，解决了传统修复工艺周期长的缺陷。
基于以上特点，本方案的固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺相比现有的传统废弃物处理工艺具有突出的实质性特点和显著的进步。
本方案的固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺并不限于具体实施方式公开的内容，其包含的操作步骤在不违反技术规范和原理的前提下，为优化操作程序可以进行适当的顺序调换，本领域技术人员根据本方案结合公知常识作出的简单替换方案也属于本方案的范围。
Claims (10)
1.一种固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺，其特征是包括以下步骤：
⑴将待处理物料储存在密闭空间内，密闭空间内的气压保持负压；
⑵将待处理物料进行分选破碎处理得到碎料，将碎料输入热干化机进行干燥，密闭空间内的污泥无需分选破碎，直接输入热干化机进行单独干燥；
⑶将进入热干化机的碎料和污泥中的水分含量降至20％以下形成干燥碎料和干燥污泥，向干燥污泥中加入生物质和生石灰后充分搅拌混合得到污泥混合物，利用造粒机械将污泥混合物制成设定尺寸的颗粒状污泥混合物；
⑷将干燥碎料和颗粒状污泥混合物输入热解气化炉反应得到可燃性气体和热解炭，将热解炭输入熔融炉进行高温熔融，将可燃性气体的一部分输送入二燃室燃烧加热余热锅炉，余热锅炉通过干化介质向干化机输入热量用于干化工艺，将可燃性气体的另一部分输送入熔融炉用于高温熔融工艺；
⑸二燃室产生的高温烟气经余热锅炉后进入烟气处理系统，烟气经过处理形成达标废气后排放，熔融炉产生的熔渣进入水淬箱急冷得到小颗粒玻璃渣体排出存储备用。
2.根据权利要求1所述的固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺，其特征在于，将步骤⑴中密闭空间内产生的废气抽送入气化熔融炉作为气化剂使用，使得密闭空间内的气压保持负压。
3.根据权利要求1所述的固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺，其特征在于，步骤⑵中的碎料的尺寸是20mm～200mm，步骤⑶中的颗粒状污泥混合物的长度是5cm，步骤⑶中的颗粒状污泥混合物的粒径是0.6cm～1.5cm。
4.根据权利要求1所述的固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺，其特征在于，步骤⑶中，热干化机产生的气体通入热交换器后进入冷凝器冷却，冷却得到的冷凝水作为中水使用或排入污水管网。
5.根据权利要求4所述的固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺，其特征在于，经冷凝器冷却后得到的不凝气经热交换器输入热干化机参与干化过程，过量的不凝气通入二燃室燃烧。
6.根据权利要求1所述的固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺，其特征在于，步骤⑶中，污泥造粒成型过程产生的臭气经管道送入二燃室送风机与空气混合后作为助燃气参与可燃性气体的燃烧。
7.根据权利要求1所述的固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺，其特征在于，步骤⑸中，烟气处理系统包括布袋除尘装置、静电除尘装置、水喷淋装置，二燃室产生的高温烟气经余热锅炉后依次进入布袋除尘装置、静电除尘装置、水喷淋装置形成达标废气后排放，将烟气处理系统除尘得到的灰尘输送入熔融炉。
8.根据权利要求1所述的固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺，其特征在于，步骤⑸中，水淬箱内产生的气体经冷凝后与熔融炉产生的高温烟气一同输送入二燃室进行燃烧。
9.根据权利要求1所述的固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺，其特征在于，步骤⑷中，将可燃性气体中的一部分经净化后供内燃机发电使用，净化产生的固体物颗粒输送入熔融炉。
10.根据权利要求1所述的固体有机废弃物气化熔融循环处理工艺，其特征在于，步骤⑷中，向熔融炉通入富氧空气或纯氧辅助燃烧，将二燃室内的燃烧温度控制在900℃～1100℃来减少热力型氮氧化物的生成量。
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