CN109539269A - 一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统 - Google Patents

一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，首先垃圾原料前期处理系统将城市固体生活垃圾依次通过卸料大厅，垃圾池，灭菌室，筛选平台，切割系统，混合粉碎搅拌机，干燥室，造粒机制备成焚烧炉燃烧的原料；通过空气分离系统产生的高浓度的氧气与城市固体生活垃圾在焚烧炉内作燃烧反应，同时，焚烧炉尾部出口部分再循环烟气与空气分离系统产生的高浓度的氧气相混合后循环进入垃圾焚烧炉内参与燃烧，焚烧产生的余热通过余热锅炉制备高温蒸汽，进行蒸汽发电，产生的废气经过烟气净化处理系统进行净化处理，能有效抑制氮的氧化物的生成并有效回收二氧化碳温室气体。

Description

一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统
技术领域
本发明涉及一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，具体涉及一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统。
背景技术
随着经济的迅速发展，越来越多的城市固体生活垃圾及附带产生的各种其它环境问题一直困扰着人们，因此，人们一直在探索怎么才能无害化处理这些越来越多的城市固体生活垃圾。
垃圾焚烧发电技术可以快速实现城市固体生活垃圾处置的减容、减量化、资源化、能源化及无害化目标，但是由于城市固体生活垃圾组分的特殊性和复杂性，该技术同样存在一些问题：垃圾焚烧过程中会产生大量的如、HCl、SO2、NOX、二恶英和重金属等一些剧毒气体污染物，如果处置不当，很容易造成大气的二次污染，这些问题严重制约了垃圾焚烧发电技术的应用和发展，因此，如何处置垃圾焚烧过程中产生的气体污染物，实现垃圾的清洁焚烧，成为垃圾焚烧发电技术应用和推广的关键；同样，垃圾热解技术也存在很多缺点，通常的城市固体生活垃圾组分存在特殊性和复杂性，而垃圾热解技术要求垃圾物料组分相对比较稳定、含水量低、热值高等，这就需要预先对入炉垃圾进行分拣和破碎，大大增加了人工成本，但是这样也不能保证热解产物的质量，从而大大限制了垃圾热解技术的发展和应用。
发明内容
根据以上背景内容，本发明提出一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，其解决了城市垃圾不容易处理、细菌传播快，垃圾堆积渗水二次污染的问题，达到将城市固体生活垃圾进行焚烧转化为电能，燃烧后炉渣和产生的废气充分利用的目的。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，主要包括城市固体生活垃圾前处理系统，前处理系统包括卸料大厅，垃圾池，灭菌室，筛选平台，切割系统，混合粉碎搅拌机，干燥室，造粒机；卸料大厅，垃圾池，灭菌室，筛选平台，切割系统，混合粉碎搅拌机，干燥室，造粒机依次连接；首先垃圾原料前期处理系统将城市固体生活垃圾依次通过卸料大厅，垃圾池，灭菌室，筛选平台，切割系统，切割系统，混合粉碎搅拌机，干燥室，造粒机制备成焚烧炉燃烧的原料；
卸料大厅和垃圾池中的臭气通过负压抽气装置抽入到空气分离系统中；
城市固体生活垃圾燃烧发电系统还包括：垃圾焚烧系统，空气分离系统，余热锅炉系统，蒸汽发电系统，烟气再循环系统，烟气净化处理系统，烟气处理压缩系统；空气分离系统将原料空气自吸入塔吸入并产生的高浓度的氧气与城市固体生活垃圾在焚烧炉内作燃烧反应，同时，垃圾焚烧系统中焚烧炉尾部出口部分再循环烟气与空气分离系统产生的高浓度的氧气相混合后循环进入垃圾焚烧炉内参与燃烧，焚烧产生的余热通过余热锅炉系统制备高温蒸汽，所制备的高温蒸汽通过蒸汽发电系统进行蒸汽发电，焚烧系统和余热锅炉系统产生的废气经过烟气净化处理系统进行净化处理。
卸料大厅通过沟渠连接一个微型废水处理装置，卸料大厅冲洗用的污水通过这个微型废水处理装置处理后存储于相应的水箱，水箱有通向卸料大厅的管道，水箱内的水可循环回用。
垃圾池通过另一个沟渠通向污水处理系统，该污水处理系统将垃圾池的渗滤液处理为符合排放标准的水后排向城市污水管网，垃圾池的上方设有垃圾吊车，吊车架上设置一套称量装置，它具有自动去皮、计量、预报警、超载保护的功能，并能在吊车控制室显示统计记录投料的各种参数，垃圾吊车将垃圾搬运至灭菌室进行灭菌处理。
作为本发明的进一步限定，筛选平台通过传送带接收灭菌室传送来垃圾，筛选平台的三个输出口分别连接切割系统的大件切割机、硬件破碎机、以及带状切割机，将垃圾中的大体积物体，如较大的垃圾物体，如轮胎，废桌椅等送到大件切割机进行切割成小块；将较硬物体送到硬件破碎机进行打击捣烂，形成碎块或柔软可加工的材料，将面积较大的，长度较大的垃圾送到带状切割机进行切割分解，形成尺寸较小的条状或块状。
通过切割系统切割处理后的垃圾输送管道输送至混合粉碎搅拌室进行粉碎搅拌处理，粉碎搅拌室与干燥室和造粒室依次通过传送带连接，垃圾经过搅拌粉碎，干燥和造粒后制备成焚烧炉燃烧的原料通过输送带送入落料槽。
作为本发明的进一步限定，垃圾原料通过输送带送入落料槽后，根据燃烧控制的指令，使用液压式给料机按设定的速度将垃圾推入炉内，焚烧炉内有固定炉排片与活动炉排片组成的逆推炉排，这两种炉排片按一定的斜度依次排列，这样通过炉排反向运动，可将垃圾不断搅动并将其推向前进，垃圾在焚烧炉实现完全燃烧，炉渣通过熔渣滚筒送至出渣机，垃圾燃烧产生的炉渣和废气净化后产生的飞灰通过收集装置集中起来作为灰渣制砖的原料。
作为本发明的进一步限定，焚烧炉尾部出口部分再循环烟气与空气分离系统产生的高浓度的氧气相混合后循环进入垃圾焚烧炉内参与燃烧；空气分离系统包括空气压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统、热交换系统、精馏系统、制氩系统。
作为本发明的进一步限定，焚烧炉尾部出口烟气处理具体为：焚烧炉尾部出来的烟气从空气预热器出来后首先进入脱酸系统进行脱酸反应，脱酸处理后的烟气进入除尘系统进行除尘，烟气在进入除尘系统之前，活性炭通过混合器喷入管道中，随后烟气进入布袋式除尘器中进行除尘，完成之后烟气一部分通过循环管道与空气分离系统产生的高浓度的氧气相混合后循环进入垃圾焚烧炉内参与燃烧，另一部分通过烟气处理压缩系统进行处理。
作为本发明的进一步限定，垃圾焚烧产生的高温烟气在余热锅炉内与循环水进行换热，随后余热锅炉生成的过热蒸汽进入蒸汽涡轮机进行发电，余热锅炉产生的废气依次通过管道进入烟气净化装置、袋式除尘装置、烟气换热装置和烟气处理压缩系统。
作为本发明的进一步限定，垃圾焚烧产生的烟气通过经过净化系统处理后，再由烟气处理压缩系统通过对烟气的压缩、冷凝、纯化等一系列物理分离的方法获得能够满足运输和输送要求的液态CO2。
有益效果
1、本发明的城市固体生活垃圾燃烧系统与常规城市固体生活垃圾燃烧系统最大的区别在于增加了空气分离系统，使得燃烧所需要的氧化剂的组分发生了改变，燃烧技术用O2和CO2组分替换了常规燃烧的空气组分，使两种燃烧过程产生了很大的差异，空气分离系统分离产生的高浓度的氧气和焚烧炉尾部出口部分再循环烟气相混合后循环进入垃圾焚烧炉内参与燃烧，排出烟气的主要成分是H2O和CO2，烟气经过干燥处理后CO2的浓度可达到95%以上，非常有利于CO2的捕捉和回收，有效降低了CO2的捕捉回收成本，其通过O2和CO2作为氧化剂参与燃烧，有效抑制了NOX的生成，除此之外，N2的含量也明显降低，主要原因在于空分装置将绝大部分的分离了出去，从而减少了氮源，减少了N2的生成。
2、本发明的城市固体生活垃圾燃烧系统与常规空气燃烧处理系统相比，具有很多优点，由于本系统中釆用O2和CO2组分的氧化剂参与燃烧，使得燃烧效率更高、燃烧更加充分、排出烟气量小、有效抑制NOx的生成、有效回收CO2温室气体、锅炉效率更高。
3、由于本发明的城市固体生活垃圾燃烧系统增加了空气分离系统，空分系统不仅可以生产高纯度的氧气，还可以生产氮气和氩气等产品，降低单位制氧能耗，最重要的是，根据相关研究结果证明，只要将常规电厂的锅炉进行适当的改造就可以采用燃烧技术，有效降低了燃烧技术的改造成本，应用前景非常广阔。
4、本发明前处理系统将垃圾处理为颗粒状，使得燃烧的垃圾组分更均匀，燃烧更充分。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定；在附图中：
图1为本发明所述城市固体生活垃圾燃烧发电系统的原理图。
图2为本发明所述城市固体生活垃圾燃烧发电系统中余热锅炉烟气处理系统原理图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例一
如图1所示，本发明一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，主要包括卸料大厅，垃圾池，灭菌室，筛选平台，切割系统，混合粉碎搅拌机，干燥室，造粒机，焚烧炉，空气分离系统，余热锅炉，蒸汽发电系统，烟气再循环系统，烟气净化处理系统，烟气处理压缩系统；首先垃圾原料前期处理系统将城市固体生活垃圾依次通过卸料大厅，垃圾池，灭菌室，筛选平台，切割系统，切割系统，混合粉碎搅拌机，干燥室，造粒机制备成焚烧炉燃烧的原料；卸料大厅和垃圾池中的臭气通过负压抽气装置抽入到空气分离系统中；垃圾原料通过输送带送入落料槽后，根据燃烧控制的指令，使用液压式给料机按设定的速度将垃圾推入炉内，焚烧炉内有固定炉排片与活动炉排片组成的逆推炉排，这两种炉排片按一定的斜度依次排列，这样通过炉排反向运动，可将垃圾不断搅动并将其推向前进，垃圾在焚烧炉实现完全燃烧，炉渣通过熔渣滚筒送至出渣机，垃圾燃烧产生的炉渣和废气净化后产生的飞灰通过收集装置集中起来作为灰渣制砖的原料。
本系统的空气分离系统包括空气压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统、热交换系统、精馏系统和制氩系统；空气分离系统产生的高浓度的氧气与城市固体生活垃圾在焚烧炉内作燃烧反应。
进一步的，空气分离系统将原料空气自吸入塔吸入，经过空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质，过滤之后的空气随后在离心式空压机中压缩，高压空气随后进入空气冷却塔中进行预冷，冷却水分段进入冷却塔中，高压空气从下而上穿过冷却塔，在冷却的同时，又得到清洗，出空气冷却塔后的高压空气温度降至19℃左右，随后进入分子筛吸附器中进行空气的纯化过程，空气中的二氧化碳、碳氢化合物及残留的水蒸气在分子筛吸附器中被吸附去除掉；空气经过纯化过程后，随后分成两路：一路是绝大多数空气直接进入下精馏塔中，而另一路先进入增压膨胀机中进行增压后在进入上精馏塔，绝大部分空气经过在主换热器中与返流气体（纯氧、纯氮）换热达到接近空气液化的温度后进入下塔中进行精馏，另一路增压空气与返流气体在主换热器内进行换热冷却后抽出进入膨胀机中膨胀制冷，膨胀后的空气经热虹吸蒸发器后进入上塔参加精馏，在下精馏塔中，空气被初步分离成氮气和富氧液空，顶部氮气在冷凝蒸发器中被冷凝为液体，同时主冷的低压侧液氧被汽化，部分液氮作为下塔回流液，另一部分液氮从下塔顶部引出进入过冷器中，抽出的液氮被氮气和污氮气过冷并节流后送入上塔顶部，富氧液空在过冷器中过冷并节流后送入上塔中参加精馏过程，液氧从上塔底部引出，并在主换热器中复热后出冷箱进入氧气压缩机中加压后送往焚烧炉参与焚烧，污氮气从上塔上部引出，并在过冷器及主换热器中复热后送出分馆塔外，部分作为分子筛吸附器的再生气体，氮气从上塔顶部引出，在过冷器及主换热器中复热后出冷箱，一部分作为产品氮气送出，由氮气压缩机加压后送往用户，其余氮气进入水冷却塔中作为冷源冷却外界水。
空气分离系统产生的高浓度的氧气与城市固体生活垃圾在焚烧炉内作燃烧反应，同时，焚烧炉尾部出口部分再循环烟气与空气分离系统产生的高浓度的氧气相混合后循环进入垃圾焚烧炉内参与燃烧，焚烧炉尾部出口部分再循环烟气具体为：焚烧炉尾部出来的烟气从空气预热器出来后首先进入脱酸系统进行脱酸反应，烟气在通过脱酸系统后，烟气中的SO2、SO3、KCl等酸性化合物含量会变得非常低，烟气在进入除尘系统之前，活性炭通过混合器喷入管道中，活性炭的主要作用是对重金属和二恶英进行吸附，随后烟气进入布袋式除尘器中进行除尘，完成之后烟气一部分通过循环管道与空气分离系统产生的高浓度的氧气相混合后循环进入垃圾焚烧炉内参与燃烧，另一部分通过烟气处理压缩系统进行处理。
实施例二
作为实施例一的进一步改进，设置焚烧产生的余热通过余热锅炉制备高温蒸汽，进行蒸汽发电，余热锅炉将产生的过热蒸汽送入蒸汽涡轮机内进行膨胀做功，依靠蒸汽的膨胀力推动涡轮叶轮旋转带动发电机发电的装置，通过涡轮做功后的蒸汽经过冷凝器冷凝后恢复为液体，采用回流泵泵送至蒸汽发生器，使锅炉水循环使用，冷凝后的水同时可用于发电机冷却；由于垃圾焚烧炉是以城市垃圾为燃料，垃圾成分和热值不稳定，造成锅炉出口蒸汽参数不稳定，要求蒸汽涡轮机跟随焚烧炉负荷的变化作变功率运行，蒸汽涡轮机釆用电—液控制系统，它能实现前压调节、转速调节，保证汽轮机运行的安全性、可靠性及运行灵活性，满足焚烧炉垃圾热值变化引起的负荷变化的需要。
产生的废气经过烟气净化处理系统进行净化处理，垃圾燃烧系统排放烟气中除了含有CO2以外，主要杂质是H2O和部分非凝性气体（Ar、N2、O2等），对CO2回收时，首先利用吸收剂对CO2进行选择性吸收捕集，将其它组分去除，从而使CO2的浓度提高，满足回收压缩的要求，烟气处理系统主要通过对烟气的压缩、冷凝、纯化等一系列物理分离的方法获得能够满足运输和输送要求的液态CO2。
本发明的城市固体生活垃圾燃烧发电系统，通过对城市垃圾进行切割、粉碎搅拌、干燥室、造粒机制备成焚烧炉燃烧的原料，并通过空气分离系统产生的高浓度的氧气与城市固体生活垃圾在焚烧炉内作燃烧反应，焚烧炉尾部出口部分再循环烟气与空气分离系统产生的高浓度的氧气相混合后循环进入垃圾焚烧炉内进行燃烧，焚烧产生的余热通过余热锅炉制备高温蒸汽，进行蒸汽发电，最后对产生的废气经过烟气净化处理系统进行净化处理；能够解决城市垃圾不容易处理、细菌传播快，垃圾堆积渗水二次污染的问题，并将城市固体生活垃圾进行焚烧转化为电能，还能够对燃烧后炉渣和产生的废气充分利用；此外，由于本系统中釆用O2和CO2组分的氧化剂参与燃烧，使得燃烧效率更高、燃烧更加充分、排出烟气量小、有效抑制NOx的生成、有效回收CO2温室气体，具备良好的应用前景。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，其特征在于：所述系统主要包括城市固体生活垃圾前处理系统，所述前处理系统包括：卸料大厅，垃圾池，灭菌室，筛选平台，切割系统，混合粉碎搅拌机，干燥室，造粒机；所述卸料大厅，垃圾池，灭菌室，筛选平台，切割系统，混合粉碎搅拌机，干燥室，造粒机依次连接；首先垃圾原料前期处理系统将城市固体生活垃圾依次通过卸料大厅，垃圾池，灭菌室，筛选平台，切割系统，切割系统，混合粉碎搅拌机，干燥室，造粒机制备成焚烧炉燃烧的原料；所述卸料大厅和垃圾池中的臭气通过负压抽气装置抽入到空气分离系统中；所述城市固体生活垃圾燃烧发电系统还包括：垃圾焚烧系统，空气分离系统，余热锅炉系统，蒸汽发电系统，烟气再循环系统，烟气净化处理系统，烟气处理压缩系统；所述空气分离系统将原料空气自吸入塔吸入并产生的高浓度的氧气与城市固体生活垃圾在焚烧炉内作燃烧反应，同时，垃圾焚烧系统中焚烧炉尾部出口部分再循环烟气与空气分离系统产生的高浓度的氧气相混合后循环进入垃圾焚烧炉内参与燃烧，焚烧产生的余热通过余热锅炉系统制备高温蒸汽，所制备的高温蒸汽通过蒸汽发电系统进行蒸汽发电，焚烧系统和余热锅炉系统产生的废气经过烟气净化处理系统进行净化处理。
2.根据权利要求1所述的一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，其特征在于：所述卸料大厅通过沟渠连接一个微型废水处理装置，卸料大厅冲洗用的污水通过这个微型废水处理装置处理后存储于相应的水箱，所述水箱有通向卸料大厅的管道，水箱内的水可循环回用。
3.根据权利要求2所述的一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，其特征在于：所述垃圾池通过另一个沟渠通向污水处理系统，该污水处理系统将垃圾池的渗滤液处理为符合排放标准的水后排向城市污水管网；垃圾池的上方设有垃圾吊车，吊车架上设置一套称量装置，称量装置具有自动去皮、计量、预报警、超载保护功能，并能在吊车控制室显示统计记录投料的参数，垃圾吊车将垃圾搬运至灭菌室进行灭菌处理。
4.根据权利要求1所述的一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，其特征在于：所述筛选平台通过传送带接收灭菌室传送来的垃圾，筛选平台的三个输出口分别连接切割系统的大件切割机、硬件破碎机以及带状切割机，将垃圾中的大体积物体送到大件切割机进行切割成小块；将较硬物体送到硬件破碎机进行打击捣烂，形成碎块或柔软可加工的材料，将面积较大的、长度较大的垃圾送到带状切割机进行切割分解，形成尺寸较小的条状或块状。
5.根据权利要求4所述的一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，其特征在于：通过切割系统切割处理后的垃圾输送管道输送至混合粉碎搅拌室进行粉碎搅拌处理，粉碎搅拌室与干燥室和造粒室依次通过传送带连接，垃圾经过搅拌粉碎，干燥和造粒后制备成焚烧炉燃烧的原料通过输送带送入落料槽。
6.根据权利要求1所述的一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，其特征在于：垃圾原料通过输送带送入落料槽后，根据燃烧控制的指令，使用液压式给料机按设定的速度将垃圾推入炉内，焚烧炉内有固定炉排片与活动炉排片组成的逆推炉排，这两种炉排片按一定的斜度依次排列，这样通过炉排反向运动，可将垃圾不断搅动并将其推向前进，垃圾在焚烧炉实现完全燃烧，炉渣通过熔渣滚筒送至出渣机，垃圾燃烧产生的炉渣和废气净化后产生的飞灰通过收集装置集中起来作为灰渣制砖的原料。
7.根据权利要求6所述的一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，其特征在于：焚烧炉尾部出口部分再循环烟气与空气分离系统产生的高浓度的氧气相混合后循环进入垃圾焚烧炉内参与燃烧；所述空气分离系统包括空气压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统、热交换系统、精馏系统和制氩系统。
8.根据权利要求7所述的一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，其特征在于：焚烧炉尾部出口烟气处理具体为：焚烧炉尾部出来的烟气从空气预热器出来后首先进入脱酸系统进行脱酸反应，脱酸处理后的烟气进入除尘系统进行除尘，烟气在进入除尘系统之前，活性炭通过混合器喷入管道中，随后烟气进入布袋式除尘器中进行除尘，完成之后烟气一部分通过循环管道与空气分离系统产生的高浓度的氧气相混合后循环进入垃圾焚烧炉内参与燃烧，另一部分通过烟气处理压缩系统进行处理。
9.根据权利要求8所述的一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，其特征在于：垃圾焚烧产生的高温烟气在余热锅炉内与循环水进行换热，随后余热锅炉生成的过热蒸汽进入蒸汽涡轮机进行发电，余热锅炉产生的废气依次通过管道进入烟气净化装置、袋式除尘装置、烟气换热装置和烟气处理压缩系统。
10.根据权利要求9所述的一种城市固体生活垃圾燃烧发电系统，其特征在于：垃圾焚烧产生的烟气通过经过净化装置处理后，再由烟气处理压缩系统通过对烟气的压缩、冷凝、纯化分离的制备液态CO2。
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