CN109971914B - 一种利用高温转炉废气的垃圾焚烧系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及资源利用技术领域，尤其涉及一种利用高温转炉废气的垃圾焚烧系统及方法。该系统包括转炉烟罩和切换阀，转炉产生的转炉废气被设置在转炉顶部的转炉烟罩收集后经过带有烟气成分检测器的切换阀，烟气成分检测器对废气中的CO体积浓度进行实时监测：当转炉废气中CO体积浓度小于40％时，切换阀将废气导入到垃圾焚烧炉中进行垃圾焚烧。本发明的高温转炉废气的垃圾焚烧系统中的垃圾焚烧炉由钢铁企业的废弃高炉改造，处理量大，建设周期短，适应能力强，大大减少运行成本和投资成本，该系统还将垃圾焚烧产生的大量物理热进行回收利用，有助于资源能源大循环产业链的形成。

Description

一种利用高温转炉废气的垃圾焚烧系统及方法
技术领域
本发明涉及资源利用技术领域，尤其涉及一种利用高温转炉废气的垃圾焚烧系统及方法。
背景技术
垃圾焚烧即通过适当的热分解、燃烧、熔融等反应，使垃圾经过高温下氧化进行减容，成为残渣或者熔融固体物质的过程。对垃圾进行焚烧法处理后，减量化效果显著，节省用地，还可消灭各种病原体，将有毒有害物质转化为无害物，因袭垃圾焚烧法是城市垃圾处理的主要方法之一。
目前的垃圾焚烧炉所使用的助燃剂一般是废油、天然气或者是高炉煤气、转炉煤气，这类助燃剂通常价格昂贵，导致垃圾处理成本高，利润低，企业积极性不高，同时垃圾焚烧产生的热量基本不予以回收，远未达到废物资源化的目的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种利用高温转炉废气的垃圾焚烧系统及方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供了一种利用高温转炉废气的垃圾焚烧系统，该系统包括有烟气预处理装置、垃圾焚烧炉。
烟气预处理装置包括转炉烟罩和切换阀；
切换阀上带有烟气成分检测器，转炉产生的转炉废气被设置在转炉顶部的转炉烟罩收集后经过带有烟气成分检测器的切换阀，烟气成分检测器对废气中的CO体积浓度进行实时监测：
当烟气成分检测器检测到转炉废气中CO体积浓度小于40％时，所述切换阀将废气导入到垃圾焚烧炉中进行垃圾焚烧；
当切换阀带有的烟气成分检测器检测到废气中CO体积浓度不低于40％时，切换阀将废气直接导入余热回收系统中对高温烟气的余热和CO进行回收；
垃圾焚烧炉侧壁设置有加料口，城市垃圾固废经过破碎和分类筛检后通过所述加料口加入到垃圾焚烧炉内；
垃圾焚烧炉内还设置有多段过滤箱，垃圾焚烧炉侧壁面及底面上还分别设有第一出气口和废料槽。
根据本发明，所述垃圾焚烧炉还连接有余热回收装置，所述余热回收装置包括：对流换热器、蓄热器、余热锅炉、蒸汽冷凝发电机组；
所述垃圾焚烧炉产生的高温烟气通过所述余热回收装置的对流换热器、余热锅炉进行两次物理显热回收；
所述蒸汽冷凝发电机组与余热锅炉连接，利用余热锅炉的蒸气进行蒸气发电，发电产生的冷凝水回到所述对流换热器；
所述蓄热器与余热锅炉串联，可对余热锅炉内的热蒸汽进行暂存或补给。
根据本发明，在所述垃圾焚烧炉与余热回收装置之间，设置有旋风除尘器，旋风除尘器将所述垃圾焚烧炉产生的高温烟气中烟尘量降低后通入到对流换热器中。
根据本发明，旋风除尘器通过汽化降温烟道与垃圾焚烧炉连接，高温烟气由垃圾焚烧炉的第一出气口排出，经汽化降温烟道降温后进入旋风除尘器。
根据本发明，对流换热器连接有冷水塔，通过冷水塔向对流换热器提供冷水，以与高温烟气热交换吸收其的物理显热。
根据本发明，蒸汽冷凝发电机组发电后产生的冷却水返回至对流换热器中，以吸收高温烟气的物理显热，或者通入冷水塔对烟气进行湿法除尘处理。
根据本发明，烟气经过旋风除尘器除尘处理后，烟尘量从30-100g/Nm3降至5-10g/Nm3。
根据本发明，城市垃圾固废被破碎和分类筛检成25-100mm粒级后加入到垃圾焚烧炉内。
本发明还提供了一种利用高温转炉废气的垃圾焚烧方法，该方法包括：
收集转炉排出的转炉废气，对废气中CO浓度进行实时检测，根据CO浓度检测结果是否超过40％作为判断标准：
当检测到废气中CO体积浓度不低于40％时，直接将废气导入余热及煤气回收系统中，对高温烟气的余热和CO进行回收，并储存到煤气柜；
当检测到转炉废气中CO体积浓度小于40％时，切换阀将废气导入到垃圾焚烧炉中进行垃圾焚烧，并对垃圾焚烧后产生的高温烟气进行除尘及余热回收。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
(1)本发明垃圾焚烧过程中的垃圾焚烧温度不低于850℃，高温区则达到1000℃以上，烟气在炉膛内充分搅动混合，垃圾焚烧产生的二噁英被分解消失。
(2)本发明的利用高温转炉废气的垃圾焚烧系统中的垃圾焚烧炉由钢铁企业的废弃中小高炉改造，改造成本低，符合国家政策。
(3)整个垃圾焚烧系统易操作，处理量大，生产指标好，整个系统建设周期短，对垃圾处理的适应能力强，成本低、利润高，大大减少运行成本和投资成本。且垃圾焚烧炉的日处理规模越大，资产回收期越短。
(4)本发明中的利用高温转炉废气的垃圾焚烧方法充分利用了钢铁企业的废气资源对城市垃圾进行焚烧和资源化处理，使垃圾焚烧融入到钢铁生产的流程中来，极大的提高了副产价值，极大地减少了引燃和处理时间，燃耗稳定，垃圾处理效率显著提高，且降低了处理成本。
(5)本发明中的利用高温转炉废气的垃圾焚烧方法还将垃圾焚烧产生的大量物理热进行回收利用，有助于资源能源大循环产业链的形成。
附图说明
图1为本发明的利用高温转炉废气的垃圾焚烧方法流程图；
图2为本发明的利用高温转炉废气的垃圾焚烧系统示意图。
【附图标记说明】
1：转炉；2：转炉烟罩；3：烟气成分检测；4：垃圾焚烧炉；5：汽化降温烟道；6：旋风除尘器；7：对流换热器；8：蓄热器；9：余热锅炉；10：蒸汽冷凝发电机组；L：切换阀。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
图1、2分别为本发明提供的利用高温转炉废气的垃圾焚烧系统的工艺流程图及该系统的组成、连接关系示意图。
本方法中的利用高温转炉废气的垃圾焚烧系统包括有转炉1、转炉烟罩2、带有烟气成分检测器3的切换阀L、垃圾焚烧炉4、汽化降温烟道5、旋风除尘器6、对流换热器7、蓄热器8、余热锅炉9和蒸汽冷凝发电机组10，
垃圾焚烧炉4由废弃高炉改造而成，其中将废弃高炉下半部的炉腹和炉缸部分改造成垃圾焚烧炉4，垃圾焚烧炉4侧壁设置有加料口，包括塑料等生活垃圾的城市垃圾固废在经过破碎和分类筛检成25-100mm粒级后便通过加料口被加入到垃圾焚烧炉4内。
转炉1顶部设有转炉烟罩2，将转炉1摇至水平后再将转炉烟罩2降下，转炉烟罩2罩在转炉1上方，可对转炉1产生的转炉废气进行收集。
收集的废气经过切换阀L，切换阀L上带有烟气成分检测器3，该烟气成分检测器3对经过切换阀L的废气进行CO浓度的实时监测，根据CO浓度检测结果是否超过40％作为判断标准；
当切换阀L带有的烟气成分检测器3检测到废气中CO体积浓度不低于40％时，切换阀L直接将废气导入余热回收系统中，对高温烟气的余热和CO进行回收。
当烟气成分检测器3检测到转炉废气中CO体积浓度小于40％时，切换阀L将废气导入到垃圾焚烧炉4中进行垃圾焚烧。
垃圾焚烧炉4内设置有多段过滤箱，在靠近过滤箱一侧的侧壁面及底面上还分别设有第一出气口和废料槽，垃圾焚烧炉4中的垃圾经过焚烧处理后，烟气中的烟尘颗粒及不燃物废渣等漏至废料槽中，残余烟气则经过过滤箱多段过滤后排出垃圾焚烧炉4，进入到汽化降温烟道5内。
垃圾焚烧炉4产生的烟气经过汽化降温烟道5降温后，温度被降低至700-800℃，随后再进入到旋风除尘器6中进行除尘，经过除尘后的转炉废气的烟尘量由30～100g/Nm3降低至5～10g/Nm3。
除尘后的高温烟气被烟道引入到对流换热器7中，并对对流换热器7中的冷水循环放热，回收高温烟气的一部分热能，对流换热器7中得到的过热水蒸气被储存到蓄热器8中，余热锅炉9与蓄热器8串联连接，蓄热器8可稳定余热锅炉9的流量和压力，预热后的水进入到余热锅炉9中，从对流换热器9出来的高温烟气通过余热锅炉11再次回收了部分热能，余热锅炉9与蒸汽冷凝发电机组10连接，余热锅炉9产生的热蒸汽通入蒸汽冷凝发电机10进行蒸汽发电。
下面结合具体的实施方式对本发明的内容进一步说明和补充。
实施例1
将转炉烟罩降下，对转炉产生的1400℃的高温烟气进行回收，高温烟气经过烟气成分检测器检测，当烟气中一氧化碳含量小于40％时，烟气通过烟道管通过垃圾焚烧炉底部入气口进入到垃圾焚烧炉中，将500kg经过破碎和分类筛检成35mm粒级的城市固废垃圾从垃圾焚烧炉的侧边加料门中加入，经过30min焚烧后处理后，烟气中的烟尘和不燃物废渣漏至焚烧炉的底部废料槽中，焚烧后的烟气经过多段过滤箱从垃圾焚烧炉侧边的第一出气口排至汽化降温烟道中，将高温烟气降至600℃后通入旋风除尘器侧面偏下部的第二入气口，对烟气进行进一步的除尘处理，经除尘后的烟尘量从30g/Nm3降至5g/Nm3，然后净化后的烟气从旋风除尘器的正上方第二出气口导入至对流换热器中，进行对冷水循环加热，被加热到200℃后的水蒸气被储存在与对流换热器相连的蓄热器中，蒸汽从蓄热器中通入与之相连的余热锅炉中，蓄热器可稳定余热锅炉的流量和压力，保证后续发电的持续顺行，余热锅炉再与蒸汽冷凝发电机组协同发电，平均每吨垃圾的焚化发电量达360kwh。
实施例2
将转炉烟罩降下，对转炉产生的1500℃的高温烟气进行回收，高温烟气经过烟气成分检测器检测，当烟气中一氧化碳含量小于40％时，烟气通过烟道管通过垃圾焚烧炉底部入气口进入到垃圾焚烧炉中，将500kg经过破碎和分类筛检成55mm粒级的城市固废垃圾从垃圾焚烧炉的侧边加料门中加入，经过30min焚烧后处理后，烟气中的烟尘和不燃物废渣漏至焚烧炉的底部废料槽中，焚烧后的烟气经过多段过滤箱从垃圾焚烧炉侧边的第一出气口排至汽化降温烟道中，将高温烟气降至600℃后通入旋风除尘器侧面偏下部的第二入气口，对烟气进行进一步的除尘处理，经除尘后的烟尘量从50g/Nm3降至7g/Nm3，然后净化后的烟气从旋风除尘器的正上方第二出气口导入至对流换热器中，进行对冷水循环加热，被加热到200℃后的水蒸气被储存在与对流换热器相连的蓄热器中，蒸汽从蓄热器中通入与之相连的余热锅炉中，蓄热器可稳定余热锅炉的流量和压力，保证后续发电的持续顺行，余热锅炉再与蒸汽冷凝发电机组协同发电，平均每吨垃圾的焚化发电量达365kwh。
实施例3
将转炉烟罩降下，对转炉产生的1550℃的高温烟气进行回收，高温烟气经过烟气成分检测器检测，当烟气中一氧化碳含量小于40％时，烟气通过烟道管通过垃圾焚烧炉底部入气口进入到垃圾焚烧炉中，将500kg经过破碎和分类筛检成75mm粒级的城市固废垃圾从垃圾焚烧炉的侧边加料门中加入，经过30min焚烧后处理后，烟气中的烟尘和不燃物废渣漏至焚烧炉的底部废料槽中，焚烧后的烟气经过多段过滤箱从垃圾焚烧炉侧边的第一出气口排至汽化降温烟道中，将高温烟气降至600℃后通入旋风除尘器侧面偏下部的第二入气口，对烟气进行进一步的除尘处理，经除尘后的烟尘量从70g/Nm3降至8g/Nm3，然后净化后的烟气从旋风除尘器6的正上方第二出气口导入至对流换热器中，进行对冷水循环加热，被加热到200℃后的水蒸气被储存在与对流换热器相连的蓄热器中，蒸汽从蓄热器8中通入与之相连的余热锅炉中，蓄热器可稳定余热锅炉的流量和压力，保证后续发电的持续顺行，余热锅炉再与蒸汽冷凝发电机组协同发电，平均每吨垃圾的焚化发电量达375kwh。
实施例4
将转炉烟罩降下，对转炉产生的1600℃的高温烟气进行回收，高温烟气经过烟气成分检测器检测，当烟气中一氧化碳含量小于40％时，烟气通过烟道管通过垃圾焚烧炉底部入气口进入到垃圾焚烧炉中，将500kg经过破碎和分类筛检成85mm粒级的城市固废垃圾从垃圾焚烧炉的侧边加料门中加入，经过30min焚烧后处理后，烟气中的烟尘和不燃物废渣漏至焚烧炉的底部废料槽中，焚烧后的烟气经过多段过滤箱从垃圾焚烧炉侧边的第一出气口排至汽化降温烟道中，将高温烟气降至600℃后通入旋风除尘器侧面偏下部的第二入气口，对烟气进行进一步的除尘处理，经除尘后的烟尘量从85g/Nm3降至9g/Nm3，然后净化后的烟气从旋风除尘器的正上方第二出气口导入至对流换热器中，进行对冷水循环加热，被加热到200℃后的水蒸气被储存在与对流换热器相连的蓄热器中，蒸汽从蓄热器中通入与之相连的余热锅炉中，蓄热器可稳定余热锅炉的流量和压力，保证后续发电的持续顺行，余热锅炉再与蒸汽冷凝发电机组协同发电，平均每吨垃圾的焚化发电量达400kwh。
对比例1
将500kg经过破碎和分类筛检成30mm粒级的城市固废垃圾从垃圾焚烧炉4的侧边加料门中加入，喷加重油和天然气，经过60min焚烧后处理后，烟气中的烟尘和不燃物废渣漏至焚烧炉的底部废料槽中，焚烧后的烟气经过多段过滤箱从焚烧炉侧边的第一出气口排至汽化降温烟道中，将高温烟气降至900℃后通入旋风分离器侧面偏下部的第二入气口，对烟气进行进一步的除尘处理，经除尘后的烟尘量从30g/Nm3降至5g/Nm3，然后净化后的烟气从旋风分离器的正上方第二出气口导入至对流换热器中，进行对冷水循环加热，被加热200℃后的水蒸气被储存在与对流换热器相连的蓄热器中，蒸汽从蓄热器中通入与之相连的余热锅炉中，蓄热器可稳定余热锅炉的流量和压力，保证后续发电的持续顺行，余热锅炉再与蒸汽冷凝发电机组协同发电，平均每吨垃圾的焚化发电量达330kwh。
垃圾焚烧过程中的垃圾焚烧温度不低于850℃，高温区则达到1000℃以上，烟气在炉膛内充分搅动混合，垃圾焚烧产生的二噁英被分解消失。
本发明的高温转炉废气的垃圾焚烧系统中的垃圾焚烧炉由钢铁企业的废弃中小高炉改造，改造成本低，符合国家政策，且整个垃圾焚烧系统易操作，处理量大，生产指标好，且整个系统建设周期短，对垃圾处理的适应能力强，成本低、利润高，大大减少运行成本和投资成本，利用本发明中的垃圾焚烧系统焚烧市政垃圾运行成本为30～40元/t，相较于目前600t/d的焚烧炉运行成本在60～80元/t降低了至少50％，通过小高炉改造焚烧炉的投资成本比以往新建国产炉排炉降低60～70％，总体焚烧所带来的经济效益增加了20％，此外，垃圾焚烧炉的日处理规模越大，资产回收期越短。
本发明中的高温转炉废气的垃圾焚烧方法充分利用了钢铁企业的废气资源对城市垃圾进行焚烧和资源化处理，极大的提高了副产价值，极大地减少了引燃和处理时间，燃耗稳定，垃圾处理效率显著提高，且降低了处理成本。本发明中的利用高温转炉废气的垃圾焚烧方法还将垃圾焚烧产生的大量物理热进行回收利用，有助于资源能源大循环产业链的形成。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种利用高温转炉废气的垃圾焚烧系统，其特征在于：
该系统包括有烟气预处理装置、垃圾焚烧炉(4)；
所述烟气预处理装置包括转炉烟罩(2)和切换阀(L)；
所述切换阀(L)上带有烟气成分检测器(3)，转炉(1)产生的转炉废气被设置在转炉(1)顶部的转炉烟罩(2)收集后经过带有烟气成分检测器(3)的切换阀(L)，烟气成分检测器(3)对废气中的CO体积浓度进行实时监测：
当烟气成分检测器(3)检测到转炉废气中CO体积浓度小于40％时，所述切换阀(L)将废气导入到垃圾焚烧炉(4)中进行垃圾焚烧；
当切换阀(L)带有的烟气成分检测器(3)检测到废气中CO体积浓度不低于40％时，所述切换阀(L)将废气直接导入余热回收系统中对高温烟气的余热和CO进行回收；
所述垃圾焚烧炉(4)侧壁设置有加料口，城市垃圾固废经过破碎和分类筛检后通过所述加料口加入到所述垃圾焚烧炉(4)内；
所述垃圾焚烧炉(4)内还设置有多段过滤箱，所述垃圾焚烧炉(4)侧壁面及底面上还分别设有第一出气口和废料槽；
所述垃圾焚烧炉(4)还连接有余热回收装置，所述余热回收装置包括：对流换热器(7)、蓄热器(8)、余热锅炉(9)、蒸汽冷凝发电机组(10)；
所述垃圾焚烧炉(4)产生的高温烟气通过所述余热回收装置的对流换热器(7)、余热锅炉(9)进行两次物理显热回收；
所述蒸汽冷凝发电机组(10)与余热锅炉(9)连接，利用余热锅炉(9)的蒸气进行蒸气发电，发电产生的冷凝水回到所述对流换热器(7)；
所述蓄热器(8)与余热锅炉(9)串联，可对余热锅炉(9)内的热蒸汽进行暂存或补给。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧系统，其特征在于：
在所述垃圾焚烧炉(4)与余热回收装置之间，设置有旋风除尘器(6)，所述旋风除尘器(6)将所述垃圾焚烧炉(4)产生的高温烟气中烟尘量降低后通入到对流换热器(7)中。
3.根据权利要求2所述的垃圾焚烧系统，其特征在于：
所述旋风除尘器(6)通过汽化降温烟道(5)与所述垃圾焚烧炉(4)连接，高温烟气由垃圾焚烧炉(4)的第一出气口排出，经汽化降温烟道(5)降温后进入旋风除尘器(6)。
4.根据权利要求1所述的垃圾焚烧系统，其特征在于：
所述对流换热器(7)连接有冷水塔，通过冷水塔向对流换热器(7)提供冷水，以与高温烟气热交换吸收其的物理显热。
5.根据权利要求1所述的垃圾焚烧系统，其特征在于：
所述蒸汽冷凝发电机组(10)发电后产生的冷却水返回至对流换热器(7)中，以吸收高温烟气的物理显热，或者通入冷水塔对烟气进行湿法除尘处理。
6.根据权利要求5所述的垃圾焚烧系统，其特征在于：
烟气经过旋风除尘器(6)除尘处理后，烟尘量从30-100g/Nm3降至5-10g/Nm3。
7.根据权利要求1所述的垃圾焚烧系统，其特征在于：
所述城市垃圾固废被破碎和分类筛检成25-100mm粒级后加入到垃圾焚烧炉(4)内。
8.一种包括权利要求1-7任一所述的利用高温转炉废气的垃圾焚烧系统的垃圾焚烧方法，其特征在于：
收集转炉排出的转炉废气，对废气中CO浓度进行实时检测，根据CO浓度检测结果是否超过40％作为判断标准：
当检测到废气中CO体积浓度不低于40％时，直接将废气导入余热及煤气回收系统中，对高温烟气的余热和CO进行回收，并储存到煤气柜；
当检测到转炉废气中CO体积浓度小于40％时，将废气导入到垃圾焚烧炉中进行垃圾焚烧，并对垃圾焚烧后产生的高温烟气进行除尘及余热回收。
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