CN108758649A - 一种生物质、垃圾资源化综合利用系统及其应用工艺 - Google Patents

一种生物质、垃圾资源化综合利用系统及其应用工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种生物质、垃圾资源化综合利用系统及其应用工艺，所述的生物质、垃圾资源化综合利用系统包括垃圾焚烧综合利用区和生物质综合利用区；本发明将处理垃圾产生的能源应用到建筑新材料（制砖）、发电、为生物质水解提供条件的等，在减少有害物质的产生、降低污染的前提下，实现了生活垃圾的能源回收；将垃圾渗滤液作为营养液应用于生物质水解残渣发酵，解决了垃圾渗滤液难处理的问题；利用生物质水解制得糠醛，且充分利用生物质水解后的水解渣进一步分离得到木质素、发酵得到有机肥等副产品。本发明将生物质与生活垃圾资源化，综合利用，且副产品可提高经济效益。

Description

一种生物质、垃圾资源化综合利用系统及其应用工艺
技术领域
本发明涉及一种生物质、垃圾资源化综合利用系统及其应用工艺。
背景技术
随着人们消费的增长，生活垃圾的排放量也随着剧增。生活垃圾处理的方式有焚烧、填埋等，垃圾焚烧会产生大量的烟气，烟气中的灰尘和二噁英严重污染大气，垃圾填埋处理，则垃圾产生的渗滤液会渗入周边土壤影响土地种植，甚至流入河流污染水源。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种生物质、垃圾资源化综合利用系统及其应用工艺，将生物质与生活垃圾资源化，综合利用，且副产品可提高经济效益。
本发明提出一种生物质、垃圾资源化综合利用系统，包括垃圾焚烧综合利用区和生物质综合利用区。
所述垃圾焚烧综合利用区包括垃圾焚烧区、炉渣利用区、飞灰利用区和蒸汽利用区。
所述垃圾焚烧区，包括垃圾焚烧炉、余热锅炉、烟气净化装置和渗滤液收集罐，所述垃圾焚烧炉用于焚烧垃圾产生炉渣和热烟气，所述余热锅炉利用垃圾焚烧炉产生的热烟气加热水得到蒸汽，所述烟气净化装置对余热锅炉利用剩余的废烟气进行净化处理排放同时收集得到飞灰，所述渗滤液收集罐与所述垃圾焚烧炉连接，用于收集垃圾焚烧炉内的垃圾产生的渗滤液。
所述炉渣利用区，用于对焚烧垃圾产生的炉渣进行制砖处理。
所述飞灰利用区，用于对焚烧垃圾产生的飞灰进行固化处理。
所述蒸汽利用区，用于对焚烧垃圾产生的蒸汽进行利用发电。
所述生物质综合利用区包括糠醛生产区、木质素生产区和有机肥生产区。
所述糠醛生产区，包括水解罐和精馏罐，所述水解罐用于水解生物质得到水解液和水解渣，水解过程通过蒸汽利用区发电后的余热蒸汽提供水解所需的温度条件，所述精馏罐用于对水解液进行精馏得到糠醛。
所述木质素生产区，用于分离所述水解渣得到木质素和残渣。
所述有机肥生产区包括发酵罐，利用垃圾焚烧区收集的渗滤液作为营养液对所述残渣进行发酵得到有机肥和二次渗滤液，所述二次渗滤液返回垃圾焚烧综合利用区循环利用。
进一步地，所述垃圾焚烧区还包括垃圾仓、高温旋风除尘器、炉渣仓、飞灰仓；所述垃圾焚烧炉为立式垃圾焚烧炉，该垃圾焚烧炉设有进料口、主炉室、二燃室和出烟口，所述垃圾仓用于存放所述垃圾焚烧炉焚烧用的垃圾；所述高温旋风除尘器设于垃圾焚烧炉和余热锅炉之间，与所述出烟口连接，用于对焚烧产生的热烟气进行收集除尘；所述炉渣仓用于收集垃圾焚烧炉焚烧后产生的炉渣；所述飞灰仓用于收纳烟气净化装置收集的飞灰，所述渗滤液收集罐通过离心泵与垃圾焚烧炉连接。
进一步地，所述糠醛生产区还包括生物质仓、清洗池、烘干机、粉碎机、脱水机、和废水处理装置，所述生物质仓用于储放生物质，所述清洗池、烘干机、粉碎机依次用于对生物质仓内的生物质进行清洗、烘干、粉碎；所述脱水机与所述水解罐连接，用于分离水解罐中的水解产物，所述废水处理装置用于处理精馏罐精馏后产生的废水。
进一步地，所述烟气净化装置包括依次连接的低温旋风除尘器、布袋除尘器、烟气洗涤塔和烟气喷淋室，所述烟气喷淋室设有烟囱，所述烟气洗涤塔和烟气喷淋塔产生的废水进入废水处理装置。
进一步地，所述炉渣利用区为制砖厂，所述飞灰利用区为飞灰固化处理厂，所述蒸汽利用区包括汽轮发电机。
本发明还提出一种上述的生物质、垃圾资源化综合利用系统的应用工艺，包括以下步骤：
S1、垃圾焚烧综合利用区的应用工艺
S1.1、将垃圾置于垃圾焚烧炉中焚烧，焚烧产生的炉渣进入炉渣利用区进行作为建筑新材料制砖处理，垃圾产生的渗滤液进入渗滤液收集罐。
S1.2、焚烧产生的热烟气进入余热锅炉，从850℃在1秒中急冷至180℃利用热量蒸发余热锅炉内的水并产生大量的蒸汽，破坏二噁英在300-600℃温度下再合成的条件，产生的蒸汽进入蒸汽利用区用于可推动汽轮机带动汽轮发电机组发电。
S1.3、热烟气经余热锅炉利用后的废烟气进入烟气净化装置进行降温、除尘以及洗涤净化处理，处理达标后的废烟气排入大气，净化过程收集的飞灰进入飞灰利用区进行固化处理。
S2、生物质综合利用区的应用工艺
S2.1、将生物质置于水解罐加入催化剂、导入蒸汽利用区发电剩余的蒸汽进行催化水解，分离水解产物得到水解液和水解渣。
S2.2、所述水解液经精馏罐精馏制得糠醛。
S2.3、所述水解渣经木质素生产区分离得到木质素和残渣。
S2.4、所述残渣利用垃圾焚烧区收集的渗滤液作为营养液在发酵罐内进行发酵得到有机肥和二次渗滤液，所述二次渗滤液返回垃圾焚烧综合利用区循环利用。
进一步地，步骤S1.1中垃圾在900℃-1200℃高温条件下进行焚烧，焚烧产生的热烟气在高温下的停留时间为4-6s，出烟口的温度为850-1000℃。烟气在温度850℃以上的二燃室停留4秒左右（超过国家要求的2秒），对烟气含的有害成分进行高温焚烧还原避免再合成。
进一步地，所述垃圾焚烧炉和余热锅炉之间设有高温旋风除尘器，所述烟气净化装置包括依次连接的低温旋风除尘器、布袋除尘器、烟气洗涤塔和烟气喷淋室，所述烟气喷淋室设有烟囱，所述烟气洗涤塔和烟气喷淋塔产生的废水进入废水处理装置；步骤S1.2中热烟气经过高温旋风除尘器后再进去余热锅炉，二燃室出来的热烟气经过重力沉降及高温旋风除尘装置对烟气中大颗粒物进行收集，避免颗粒物排放超标及对锅炉设备冲刷磨损。
步骤S1.3经余热锅炉利用后的废烟气从余热锅炉出来经过多次低温旋风除尘器对焚烧飞灰进行收集，多次收集可减少布袋工作量，除尘后的废烟气再经布袋除尘器进行飞灰收集，可保证颗粒物含量达到国家排放要求。布袋收尘后烟气进入烟气洗涤塔，利用水溶液对废烟气进行酸碱中和、冷却、吸附的工序后再经引风机排至烟气喷淋室，烟气喷淋室对烟气再次冷却并冷凝气体中的水汽，少量的水蒸汽经烟囱排入大气，处理完的废烟气经烟囱排入大气，此废烟气已达到国家现行垃圾焚烧GB18485-2014（部分指标达到欧盟标准）排放标准。
进一步地，步骤S2.1中水解操作所需的水解温度为140-180℃，蒸汽压力为0.5-1.0MPa，水解时间为5-6h，固液体积比为（2-3）：1；所述催化剂为分子筛催化剂。优选的，所述分子筛催化剂为MCM-22、MCM-48和ZSM-5中的一种。
步骤S2.3的分离操作为将水解渣按固液体积比为（2-3）：1于70-80℃浓度为2.0mol/L的NaOH水溶液中处理2-3h后过滤，并用体积分数为70%的乙醇水溶液洗涤滤渣，得到的乙醇滤液，向其中加入盐酸并搅拌，调节PH至1.5-2.0，静置分层，过滤后即得木质素。
进一步地，步骤S2.1中所述生物质水解前需进行前处理，所述前处理包括清洗除尘、烘干和粉碎。
本发明的有益效果为：
本发明将生物质与垃圾资源化，综合利用，且得到的副产品可提高经济效益，具体的：
1、本发明在减少有害物质（二噁英、颗粒灰尘等）的产生、降低污染的前提下，实现了生活垃圾的能源回收，将处理垃圾产生的能源应用到建筑新材料（制砖）、发电、为生物质水解提供条件的等；且经处理的废烟气达到国家现行垃圾焚烧GB18485-2014（部分指标达到欧盟标准）排放标准。
2、本发明将垃圾渗滤液作为营养液应用于生物质水解残渣发酵，发酵后的渗滤液又返回垃圾焚烧炉与垃圾继续反应产生新的渗滤液，得到循环利用，解决了垃圾渗滤液难处理的问题。
3、本发明利用生物质水解制得糠醛，且充分利用生物质水解后的水解渣进一步分离得到木质素、发酵得到有机肥等副产品。
附图说明
图1为本发明的原理图。
图2为本发明的垃圾焚烧综合利用区的结构示意图。
图3为本发明的生物质综合利用区的结构示意图。
具体实施方式
如下结合附图，对本申请方案作进一步描述：
参见附图1-3，一种生物质、垃圾资源化综合利用系统，包括垃圾焚烧综合利用区和生物质综合利用区。
垃圾焚烧综合利用区包括垃圾焚烧区、炉渣利用区、飞灰利用区和蒸汽利用区。
所述垃圾焚烧区，包括垃圾焚烧炉1、高温旋风除尘器2、余热锅炉3、烟气净化装置4、垃圾仓5、炉渣仓6、飞灰仓7和渗滤液收集罐8。所述垃圾焚烧炉1用于焚烧垃圾产生炉渣和热烟气，所述垃圾焚烧炉1为立式垃圾焚烧炉，该垃圾焚烧炉1设有进料口101、主炉室102、二燃室103和出烟口104，所述垃圾仓5用于存放所述垃圾焚烧炉1焚烧用的垃圾。所述高温旋风除尘器2设于垃圾焚烧炉1和余热锅炉3之间，与所述出烟口14连接，用于对焚烧产生的热烟气进行收集除尘。所述余热锅炉3利用垃圾焚烧炉1产生的热烟气加热水得到蒸汽。所述烟气净化装置4对余热锅炉3利用剩余的废烟气进行净化处理排放同时收集得到飞灰。所述渗滤液收集罐8通过离心泵与所述垃圾焚烧炉1连接，用于收集垃圾焚烧炉1内的垃圾产生的渗滤液。所述炉渣仓6用于收集垃圾焚烧炉1焚烧后产生的炉渣。所述飞灰仓7用于收纳烟气净化装置4收集的飞灰。
进一步的，所述烟气净化装置4包括依次连接的低温旋风除尘器401、布袋除尘器402、烟气洗涤塔403和烟气喷淋室404。所述烟气洗涤塔403通过离心泵与清水池406连接。所述烟气喷淋室404设有烟囱405。
所述炉渣利用区为制砖厂9，用于对焚烧垃圾产生的炉渣进行制砖处理。
所述飞灰利用区为飞灰固化处理厂10，用于对焚烧垃圾产生的飞灰进行固化处理。
所述蒸汽利用区包括汽轮发电机11，用于对焚烧垃圾产生的蒸汽进行利用发电。
生物质综合利用区包括糠醛生产区、木质素生产区和有机肥生产区。
所述糠醛生产区，生物质仓12、清洗池13、烘干机14、粉碎机15、脱水机16、水解罐17、精馏罐18和废水处理装置19。所述生物质仓12用于储放生物质，比如秸秆，所述清洗池13、烘干机14、粉碎机15依次用于对生物质仓12内的生物质进行清洗、烘干、粉碎。所述水解罐17用于水解生物质得到水解液和水解渣，水解过程通过蒸汽利用区发电后的余热蒸汽提供水解所需的温度条件。所述脱水机16与所述水解罐17的底部连接，用于分离水解罐17中的水解产物。所述精馏罐18用于对水解液进行精馏得到糠醛。所述废水处理装置19用于处理精馏罐18精馏后产生的废水，以及所述烟气洗涤塔403和烟气喷淋塔404产生的废水。
所述木质素生产区，用于分离所述水解渣得到木质素和残渣。
所述有机肥生产区包括发酵罐20，利用垃圾焚烧区收集的渗滤液作为营养液对所述残渣进行发酵得到有机肥和二次渗滤液，所述二次渗滤液返回垃圾焚烧综合利用区循环利用。
参见附图1，一种上述的生物质、垃圾资源化综合利用系统的应用工艺，包括以下步骤：
S1、垃圾焚烧综合利用区的应用工艺
S1.1、垃圾从垃圾仓5由行车抓斗向垃圾焚烧炉1进料口101输送垃圾，垃圾从多点（根据炉型可达6-12点）定量进料进入主炉室102内，在900℃-1200℃高温条件下进行焚烧，焚烧产生的热烟气在高温下的停留时间为4-6s，出烟口的温度为850-1000℃。焚烧产生的炉渣进入炉渣利用区与水泥混合进行制砖处理，得到新型建筑材料，垃圾产生的渗滤液进入渗滤液收集罐8。
S1.2、焚烧产生的热烟气经重力沉降和高温旋风除尘器2净化后进入余热锅炉3，从850℃在1秒中急冷至180℃利用热量蒸发余热锅炉3内的水并产生大量的蒸汽，产生的蒸汽进入蒸汽利用区用于发电，产生的电能并网外售，发电后的余热蒸汽进入生物质综合利用区进一步利用。
S1.3、热烟气经余热锅炉3利用后的废烟气进入烟气净化装置4，进行降温、除尘以及洗涤净化处理，具体的，废烟气从余热锅炉3出来经过三次低温旋风除尘器401对焚烧飞灰进行收集，除尘后的废烟气再经布袋除尘器402进行飞灰收集，布袋收尘后烟气进入烟气洗涤塔403，利用水溶液对废烟气进行酸碱中和、冷却、吸附的工序后再经引风机排至烟气喷淋室404，烟气喷淋室404对烟气再次冷却并冷凝气体中的水汽，处理完的废烟气经烟囱405排入大气。该净化过程收集的飞灰进入飞灰利用区进行固化处理。
S2、生物质综合利用区的应用工艺
S2.1、将生物质进行前处理，所述前处理包括清洗除尘、烘干和粉碎，将粉碎后的生物质置于水解罐17加入分子筛催化剂、导入蒸汽利用区发电剩余的蒸汽，使水解温度为140-180℃，蒸汽压力为0.5-1.0MPa，进行催化水解，水解时间为5-6h，固液体积比为（2-3）：1，分离水解产物得到水解液和水解渣。优选的，所述分子筛催化剂为MCM-22、MCM-48和ZSM-5中的一种。
S2.2、所述水解液经精馏罐18精馏制得糠醛。
S2.3、所述水解渣经木质素生产区分离得到木质素和残渣。具体的，将水解渣按固液体积比为（2-3）：1于70-80℃浓度为2.0mol/L的NaOH水溶液中处理2-3h后过滤，并用体积分数为70%的乙醇水溶液洗涤滤渣，得到的乙醇滤液，向其中加入盐酸并搅拌，调节PH至1.5-2.0，静置分层，过滤后即得木质素。
S2.4、所述残渣利用垃圾焚烧区收集的渗滤液作为营养液在发酵罐20内进行发酵得到有机肥和二次渗滤液，所述二次渗滤液返回垃圾焚烧综合利用区循环利用。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种生物质、垃圾资源化综合利用系统，其特征在于，包括垃圾焚烧综合利用区和生物质综合利用区；
所述垃圾焚烧综合利用区包括垃圾焚烧区、炉渣利用区、飞灰利用区和蒸汽利用区；
所述垃圾焚烧区，包括垃圾焚烧炉、余热锅炉、烟气净化装置和渗滤液收集罐，所述垃圾焚烧炉用于焚烧垃圾产生炉渣和热烟气，所述余热锅炉利用垃圾焚烧炉产生的热烟气加热水得到蒸汽，所述烟气净化装置对余热锅炉利用剩余的废烟气进行净化处理排放同时收集得到飞灰，所述渗滤液收集罐与所述垃圾焚烧炉连接，用于收集垃圾焚烧炉内的垃圾产生的渗滤液；
所述炉渣利用区，用于对焚烧垃圾产生的炉渣进行制砖处理；
所述飞灰利用区，用于对焚烧垃圾产生的飞灰进行固化处理；
所述蒸汽利用区，用于对焚烧垃圾产生的蒸汽进行利用发电；
所述生物质综合利用区包括糠醛生产区、木质素生产区和有机肥生产区；
所述糠醛生产区，包括水解罐和精馏罐，所述水解罐用于水解生物质得到水解液和水解渣，水解过程通过蒸汽利用区发电后的余热蒸汽提供水解所需的温度条件，所述精馏罐用于对水解液进行精馏得到糠醛；
所述木质素生产区，用于分离所述水解渣得到木质素和残渣；
所述有机肥生产区包括发酵罐，利用垃圾焚烧区收集的渗滤液作为营养液对所述残渣进行发酵得到有机肥和二次渗滤液，所述二次渗滤液返回垃圾焚烧综合利用区循环利用。
2.根据权利要求1所述的生物质、垃圾资源化综合利用系统，其特征在于，所述垃圾焚烧区还包括垃圾仓、高温旋风除尘器、炉渣仓、飞灰仓；所述垃圾焚烧炉为立式垃圾焚烧炉，该垃圾焚烧炉设有进料口、主炉室、二燃室和出烟口，所述垃圾仓用于存放所述垃圾焚烧炉焚烧用的垃圾；所述高温旋风除尘器设于垃圾焚烧炉和余热锅炉之间，与所述出烟口连接，用于对焚烧产生的热烟气进行收集除尘；所述炉渣仓用于收集垃圾焚烧炉焚烧后产生的炉渣；所述飞灰仓用于收纳烟气净化装置收集的飞灰，所述渗滤液收集罐通过离心泵与垃圾焚烧炉连接。
3.根据权利要求2所述的生物质、垃圾资源化综合利用系统，其特征在于，所述糠醛生产区还包括生物质仓、清洗池、烘干机、粉碎机、脱水机、和废水处理装置，所述生物质仓用于储放生物质，所述清洗池、烘干机、粉碎机依次用于对生物质仓内的生物质进行清洗、烘干、粉碎；所述脱水机与所述水解罐连接，用于分离水解罐中的水解产物，所述废水处理装置用于处理精馏罐精馏后产生的废水。
4.根据权利要求3所述的生物质、垃圾资源化综合利用系统，其特征在于，所述烟气净化装置包括依次连接的低温旋风除尘器、布袋除尘器、烟气洗涤塔和烟气喷淋室，所述烟气喷淋室设有烟囱，所述烟气洗涤塔和烟气喷淋塔产生的废水进入废水处理装置。
5.根据权利要求1所述的生物质、垃圾资源化综合利用系统，其特征在于，所述炉渣利用区为制砖厂，所述飞灰利用区为飞灰固化处理厂，所述蒸汽利用区包括汽轮发电机。
6.一种权利要求1所述的生物质、垃圾资源化综合利用系统的应用工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、垃圾焚烧综合利用区的应用工艺
S1.1、将垃圾置于垃圾焚烧炉中焚烧，焚烧产生的炉渣进入炉渣利用区进行制砖处理，垃圾产生的渗滤液进入渗滤液收集罐；
S1.2、焚烧产生的热烟气进入余热锅炉，从850℃在1秒中急冷至180℃利用热量蒸发余热锅炉内的水并产生大量的蒸汽，产生的蒸汽进入蒸汽利用区用于发电；
S1.3、热烟气经余热锅炉利用后的废烟气进入烟气净化装置进行降温、除尘以及洗涤净化处理，处理达标后的废烟气排入大气，净化过程收集的飞灰进入飞灰利用区进行固化处理；
S2、生物质综合利用区的应用工艺
S2.1、将生物质置于水解罐加入催化剂、导入蒸汽利用区发电剩余的蒸汽进行催化水解，分离水解产物得到水解液和水解渣；
S2.2、所述水解液经精馏罐精馏制得糠醛；
S2.3、所述水解渣经木质素生产区分离得到木质素和残渣；
S2.4、所述残渣利用垃圾焚烧区收集的渗滤液作为营养液在发酵罐内进行发酵得到有机肥和二次渗滤液，所述二次渗滤液返回垃圾焚烧综合利用区循环利用。
7.根据权利要求6所述的生物质、垃圾资源化综合利用系统的应用工艺，其特征在于，步骤S1.1中垃圾在900℃-1200℃高温条件下进行焚烧，焚烧产生的热烟气在高温下的停留时间为4-6s，出烟口的温度为850-1000℃。
8.根据权利要求6所述的生物质、垃圾资源化综合利用系统的应用工艺，其特征在于，所述垃圾焚烧炉和余热锅炉之间设有高温旋风除尘器，所述烟气净化装置包括依次连接的低温旋风除尘器、布袋除尘器、烟气洗涤塔和烟气喷淋室，所述烟气喷淋室设有烟囱，所述烟气洗涤塔和烟气喷淋塔产生的废水进入废水处理装置；步骤S1.2中热烟气经过高温旋风除尘器后再进去余热锅炉，步骤S1.3经余热锅炉利用后的废烟气从余热锅炉出来经过多次低温旋风除尘器对焚烧飞灰进行收集，除尘后的废烟气再经布袋除尘器对飞灰进行再次收集，布袋收尘后烟气进入烟气洗涤塔，利用水溶液对废烟气进行酸碱中和、冷却、吸附的工序后再经引风机排至烟气喷淋室，烟气喷淋室对烟气再次冷却并冷凝气体中的水汽，处理完的废烟气经烟囱排入大气。
9.根据权利要求6所述的生物质、垃圾资源化综合利用系统的应用工艺，其特征在于，步骤S2.1中水解操作所需的水解温度为140-180℃，蒸汽压力为0.5-1.0MPa，水解时间为5-6h，固液体积比为2-3：1；所述催化剂为分子筛催化剂；步骤S2.3的分离操作为将水解渣按固液体积比为2-3：1于70-80℃浓度为2.0mol/L的NaOH水溶液中处理2-3h后过滤，并用体积分数为70％的乙醇水溶液洗涤滤渣，得到的乙醇滤液，向其中加入盐酸并搅拌，调节PH至1.5-2.0，静置分层，过滤后即得木质素。
10.根据权利要求9所述的生物质、垃圾资源化综合利用系统的应用工艺，其特征在于，步骤S2.1中所述生物质水解前需进行前处理，所述前处理包括清洗除尘、烘干和粉碎。
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