CN109985893A - 生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的缩容固化处理装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的缩容固化处理装置及工艺，所述装置包括发电电机组、生物质气化系统、熔融装置、烟气脱酸急冷装置；发电机组用于为生物质气化系统提供气化所需资源，生物质气化系统用于将产生的气化燃气作为熔融燃料送入飞灰熔融炉，由气化燃气在飞灰熔融炉内将垃圾焚烧飞灰进行飞灰再燃烧升温熔融，形成的熔融液沿飞灰熔融炉炉壁进入飞灰熔融炉下段的熔融渣室进行渣冷及金属分离。本发明能在一定程度上减轻生物质随意焚烧带来的环境污染，同时以所产生的气化燃气为燃料对垃圾焚烧炉产生的飞灰进行熔融固化，减少垃圾焚烧飞灰堆放带来的有毒物质对环境的污染，本发明可以解决困扰环保的生物质处理与危废处理两大难题。

Description

生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的缩容固化处理装置及工艺

技术领域

本发明涉及生物质能源化利用、煤气化、天然气技术以及垃圾焚烧飞灰的再处理等环保技术应用领域，具体是一种生物质气化再燃高温熔融处理垃圾焚烧飞灰的系统及方法。

背景技术

随着我国城市化和人民生活水平的不断提高，城市垃圾产生量与日俱增，其基本处理方式主要有填埋、焚烧和堆肥。垃圾焚烧发电处理技术的迅猛发展，焚烧飞灰产量巨大，焚烧飞灰处理技术成为环保领域研究的热点之一。由于垃圾焚烧飞灰中含有较高浓度的二噁英和重金属，是危险固体废弃物，将其直接填埋会对周边环境造成严重的二次污染，因此需要对垃圾焚烧飞灰进行无害化处理。

垃圾焚烧飞灰中各种重金属的含量大不相同，其中Zn，Pb，Cu，Cr和Cd等有害物质浓度较高，这与焚烧温度和各种重金属物质的蒸发点有关。蒸发点低于焚烧温度的重金属物质，受热后将全部蒸发而进人烟气。烟气中的重金属蒸汽，随烟气温度的降低，凝结成均匀的小颗粒并附着于烟尘上，最后被烟气除尘设备捕集下来，形成焚烧飞灰。飞灰中的水溶态重金属含量较少，可浸出的Pb和Zn主要以酸溶态形式存在。而Cd主要以酸溶态和离子交换态形式存在，这说明在酸性条件下，飞灰的重金属浸出毒性会大大增加。

由于垃圾焚烧飞灰中含有较高的氯离子，采用水泥固化法处理焚烧飞灰时必须进行前处理，很大程度上提高了对焚烧飞灰处置场所建设和运行的要求，造成成本增加，限制了该方法的应用。凝石稳定化法需要大量的火山灰活性的固体废弃物，包括粉煤灰、冶金渣、煤矸石、油页岩渣、预处理过的尾矿、黄河砂、城市建筑垃圾以及天然火山灰等硅铝质物料。湿式化学处理法提取飞灰中的重金属，存在需对可溶盐和排水进行处理的弊端，一般只用于重金属浓度较高、有必要进行回收的情况下，目前很少应用。熔融固化技术包括烧结法、熔融法、烧制陶粒等新技术研究与应用。国内外已研制出多种垃圾焚烧飞灰处理的高温熔融炉，主要在日本和欧洲有少量使用。由于此工艺需要消耗大量能源，且对Pb，Cd，Zn等易挥发重金属元素需进行严格后续的烟气处理，导致飞灰处理成本较高，目前只能在经济发达的国家应用。

发明内容

本发明提供一种生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的缩容固化处理装置及工艺，采用高温熔融技术进行垃圾焚烧飞灰的无害化处理，使用的升温资源是利用农业、林业、建筑业的废弃物为原料气化产生的燃气，它与现有的火电站或生物质发电站结合，充分利用电站的空地和富余资源，高温熔融炉产生的烟气最终送入发电锅炉后部的超低排烟气处理系统进行降温和包括除尘、脱酸、脱硝等各类超低排处理，进一步将有害成份控制在环保指标范围内，可实现投资最小化和运行稳定化。

一种生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的缩容固化处理装置，包括发电机组、生物质气化系统、熔融装置、烟气脱酸急冷装置；所述熔融装置包括飞灰熔融炉、危废熔渣固化装置、熔融炉烟气换热器，所述发电机组用于为生物质气化系统提供气化所需资源，所述生物质气化系统用于将产生的气化燃气作为熔融燃料送入飞灰熔融炉，由气化燃气在飞灰熔融炉内将垃圾焚烧飞灰进行飞灰再燃烧升温熔融，形成的熔融液沿飞灰熔融炉炉壁进入飞灰熔融炉下段的熔融渣室进行渣冷及金属分离；飞灰熔融炉的烟气输出端与融炉烟气换热器的输入端连接，融炉烟气换热器的烟气出口端通过烟气脱酸急冷装置与发电机组的排烟气处理装置连通，融炉烟气换热器的热空气出口端与生物质气化炉和飞灰熔融炉连通。

进一步的，还包括与飞灰熔融炉连接的垃圾焚烧灰灰库及给灰装置，用于给飞灰熔融炉提供垃圾焚烧飞灰，所述垃圾焚烧飞灰包括生活垃圾焚烧飞灰或企业垃圾焚烧飞灰。

进一步的，由气化燃气在飞灰熔融炉内将垃圾焚烧飞灰进行飞灰再燃烧升温至1300～1500℃熔融，垃圾焚烧飞灰在飞灰熔融炉及其熔融渣碎冷辅助设备进行渣冷及金属分离，将有害成份固化于碎渣内。

进一步的，通过发电机组的排烟处理装置完成对熔融炉烟气的最终达标处理，发电机组的排烟气处理装置与烟囱连接，飞灰熔融炉产生的烟气经过烟气换热器和脱酸急冷装置降至200℃左右后送入发电机组尾部的排烟气处理装置进行除尘及超低排烟气处理，后经发电机组的烟囱排空。

进一步的，脱酸急冷装置将飞灰熔融炉高温熔融产生的烟气急降温至200℃左右后送入发电机组尾部的排烟气处理装置，进行除尘及超低排烟气处理后经发电机组的烟囱排空。

进一步的，所述生物质气化系统包括生物质料场及上料系统、生物质气化装置，生物质料场及上料系统用于给生物质气化装置提供气化所需的生物质。

进一步的，所述发电机组为生物质气化系统提供的气化所需资源包括电能、厂用蒸汽、压缩空气、点火油、消防水、工业水、凝结水或给水。

一种生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的容固化处理工艺，包括如下步骤：采用生物质气化技术产生的气化燃气作为熔融燃料，气化燃气送入飞灰熔融炉内将垃圾焚烧飞灰进行再燃烧升温，对垃圾焚烧飞灰进行熔融固化处理，富余的气化燃气送入发电锅炉耦合发电，飞灰熔融炉产生的高温烟气进行空气预热，形成热空气作为飞灰熔融炉的配风，飞灰熔融炉高温熔融产生的烟气经脱酸急冷装置进行脱酸与急降温后送入发电锅炉后部的烟气处理系统进行降温和超低排各类有害成份的处理。

进一步的，由气化燃气在飞灰熔融炉内将垃圾焚烧飞灰进行飞灰再燃烧升温至1300～1500℃熔融，垃圾焚烧飞灰在飞灰熔融炉及其熔融渣碎冷辅助设备进行渣冷及金属分离，将有害成份固化于碎渣内。

进一步的，所述气化燃气由生物质气化炉以农林业、其它行业及相关的加工业产生的各类生物质废弃物为原料生产，经过烟气换热器产生的热空气分别送入生物质气化炉和飞灰熔融炉装置，分别作生物质气化炉的流化风及返料风、飞灰熔融炉的给灰配风及燃烧配风。

本发明依托现有的火电机组或生物质直燃发电机组进行生物质气化和危废飞灰的再燃熔融处理，即采用现有的火电厂或生物质发电站的富余电能、蒸汽、水、压缩空气，并采用循环技术返回电厂系统重复使用，对生物质废弃物和垃圾焚烧的飞灰同时进行处理，高温熔融产生的烟气经脱酸急冷装置后进入发电站烟气处理系统进行超低排各类有害成份的处理，本发明一方面使用生物质气化装置进行各类生物质的消化处理，能在一定程度上减轻生物质随意焚烧带来的环境污染，同时以所产生的燃气为燃料对垃圾焚烧炉产生的飞灰进行熔融固化，减少有毒物质对环境的污染，因此本发明可以解决困扰环保的生物质处理与危废处理两大难题。

附图说明

图1是本发明的系统原理示意图；

图2是本发明生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的缩容固化处理装置其中一个实施例的结构示意图。

图中：1—生物质料场及上料系统、2—生物质气化装置、3—气化燃气分配控制装置、4—垃圾焚烧灰灰库及给灰装置、5—飞灰熔融炉、6—危废熔渣固化装置、7—供风风机、8—熔融炉烟气换热器、9—烟气脱酸急冷装置、10—输变电系统、11—汽轮发电机、12—发电锅炉、13—排烟气处理装置、14—烟囱、15—发电机组、16—生物质气化系统、17—飞灰熔融装置。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1及图2，本发明一种生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的缩容固化处理装置其中一个实施例，包括发电机组15、生物质气化系统16、熔融装置17、垃圾焚烧灰灰库及给灰装置4、烟气脱酸急冷装置9。

所述发电机组15包括依次连接的汽轮发电机11、发电锅炉12、排烟气处理装置13、烟囱14，汽轮发电机11的输出端岩与输变电系统10连接。

所述熔融装置17包括飞灰熔融炉5、危废熔渣固化装置6、熔融炉烟气换热器8。所述飞灰熔融炉5用于接收垃圾焚烧灰灰库及给灰装置4送入的垃圾焚烧飞灰，其下端与危废熔渣固化装置6连接，飞灰熔融炉5烟气输出端与融炉烟气换热器8的输入端连接，融炉烟气换热器8的烟气出口端通过烟气脱酸急冷装置9与排烟气处理装置13连通，融炉烟气换热器8的热空气出口端与生物质气化炉2和飞灰熔融炉5连通。

排烟气处理装置13用于对烟气进行除尘、脱酸、脱硝等各类超低排处理。若火电机组的排烟气处理装置13中的脱硫装置有充足的富余量完全消化熔融烟气的气态酸性氧化物，烟气脱酸急冷装置9可以只设置急冷装置；如果发电机组烟气量远远大于熔融炉的排烟量，且设计能保证在2～3秒将600℃有限的熔融炉烟气快速与发电锅炉的烟气混合并降至250℃以下，可以考虑熔融炉出口不设置急冷装置，但输烟管道需要能承爱600℃左右的高温。

所述生物质气化系统16包括依次连接的生物质料场及上料系统1、生物质气化装置2、气化燃气分配控制装置3，气化燃气分配控制装置3用于将气化燃气首先分配给熔隔炉，多余的气化燃气送发电锅炉耦合发电，生物质料场及上料系统1用于给生物质气化装置2提供气化所需的生物质，所述生物质气化装置2所用的生物质包括农业及其加工业废弃物、林业及其加工业废弃物、其它行业产生的热值相对较高的垃圾(如建筑用废跳板、房屋拆旧的木材等)。生物质气化装置2产生的气化燃气一部分输入给飞灰熔融炉5，气化燃气用余部分直接送入发电机组15的发电发电锅炉12再燃发电。

所述生物质气化装置2由料棚及给料装置、气化及除尘与换热装置系统组成，其所需要的电能、厂用蒸汽、压缩空气、点火油、消防水等由发电机组15的富余量提供(电能由发电机组的厂用电系统提供，厂用蒸汽由汽轮发电机的抽汽或辅汽联箱提供，压缩空气和消防水由发电厂的供气或消防水母管就近提供，点火油由电厂轻油点火母管就近提供)，所需要的工业水、凝结水或给水由发电机组15提供并返回发电机组15的相应系统进行循环使用。

本发明生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的缩容固化处理装置的工作原理介绍如下：

收集的垃圾焚烧飞灰存入垃圾焚烧灰灰库及给灰装置4，然后送入飞灰熔融炉5，生物质气化装置2产生的气化燃气作为原料送入飞灰熔融炉5，由气化燃气在飞灰熔融炉5内将垃圾焚烧飞灰进行飞灰再燃烧升温至1300～1500℃熔融，在短时间内形成熔融液沿飞灰熔融炉5炉壁进入飞灰熔融炉5下段的熔融渣室，通过飞灰熔融炉5的熔融渣碎冷辅助设备进行渣冷及金属分离，将有害成份固化于碎渣内，飞灰熔融炉5至此完成危废飞灰的缩容固化，采用高温熔融技术可保证熔融过程中的垃圾焚烧飞灰的减容、金属分离和有害成份的降低。

飞灰熔融炉5产生的烟气经过烟气换热器8和脱酸急冷装置9降至200℃左右(以防止危废品烟气在300～500℃温度区的二噁英的再产生)后送入发电机组15尾部的排烟气处理装置13，进行除尘及超低排烟气处理以符合国家标准，后经发电机组的烟囱14排空。

经过烟气换热器8产生的热空气分别送入生物质气化炉2和飞灰熔融炉5装置，分别作生物质气化炉2的流化风及返料风、飞灰熔融炉5的给灰配风及燃烧配风等，热空气作为熔融炉的配风，可完成炉内的燃烧所需要的氧量。

在飞灰熔融炉5因生活垃圾焚烧灰库及给灰装置4故障而停运时，生物质气化装置2仍能满负荷进行生物质气化，气化燃气送入发电锅炉12进行气煤耦合发电。

所述发电机组15为火电站或生物质直燃发电站，火电站配置为生物质直燃发电机组时可如《火电发电机组配置方案》所述，仅将发电机组由火电发电机组改为生物质直燃发电机组，其它配置方式与火电发电机组配置方案相同。

本发明还提供一种生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的缩容固化处理工艺，其特征在于：与现有的火电站或生物质直燃发电站结合，充分利用电站的空地和富余资源；采用生物质气化产生的气化燃气为熔融燃料，对生活垃圾焚烧的飞灰进行熔融固化处理，富余的气化燃气送入发电锅炉进行与煤粉或生物质耦合发电；采用高温熔融技术保证熔融过程中的垃圾焚烧飞灰的减容、金属分离和有害成份的降低；采用飞灰熔融炉5产生的高温烟气对空气进行预热，预热后的热空气作为飞灰熔融炉5的配风，完成飞灰熔融炉5内的燃烧所需要的氧量；高温熔融产生的烟气经烟气换热器8和脱酸急冷装置9进行脱酸与急降温至200℃送入发电锅炉后部的烟气处理系统进行降温和超低排各类有害成份的处理。

其中，由气化燃气在飞灰熔融炉内将垃圾焚烧飞灰进行飞灰再燃烧升温至1300～1500℃熔融，垃圾焚烧飞灰在飞灰熔融炉及其熔融渣碎冷辅助设备进行渣冷及金属分离，将有害成份固化于碎渣内。

所述气化燃气由生物质气化炉以农林业、其它行业及相关的加工业产生的各类生物质废弃物为原料生产，经过烟气换热器产生的热空气分别送入生物质气化炉和飞灰熔融炉装置，分别作生物质气化炉的流化风及返料风、飞灰熔融炉的给灰配风及燃烧配风。

本发明以现有的火电厂或生物质发电站为基础，以农林业、其它行业及相关的加工业产生的各类生物质废弃物为原料生产的气化燃气作为熔融燃料，对垃圾(生活垃圾或企业垃圾)焚烧产生的飞灰进行高温熔融固化再处理，富余的生物质气化燃气高温送入发电锅炉炉膛，进行与煤粉(或生物质)耦合发电；本发明采用现有的火电厂或生物质发电站的富余电能、蒸汽、水、压缩空气，并采用循环技术返回电厂系统重复使用，对生物质废弃物和垃圾焚烧的飞灰同时进行处理，高温熔融产生的烟气经脱酸急冷装置后进入发电站烟气处理系统进行超低排各类有害成份的处理，解决困扰环保的生物质处理与危废处理两大难题；另外，生物质气化装置相对独立，可以始终保持稳定的高负荷状态，并不受垃圾焚烧飞灰处理装置是否正常的影响；由于与发电站结合，投资最小化，运行稳定化，可以单独进行生物质气化耦合发电，也可以同时进行生物质及垃圾焚烧飞灰的处理。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的缩容固化处理装置，其特征在于：包括发电机组(15)、生物质气化系统(16)、熔融装置(17)、烟气脱酸急冷装置(9)；所述熔融装置(17)包括飞灰熔融炉(5)、危废熔渣固化装置(6)、熔融炉烟气换热器(8)；所述发电机组(15)用于为生物质气化系统(16)提供气化所需资源；所述生物质气化系统(16)用于将产生的气化燃气作为熔融燃料送入飞灰熔融炉(5)，由气化燃气在飞灰熔融炉(5)内将垃圾焚烧飞灰进行飞灰再燃烧升温熔融，形成的熔融液沿飞灰熔融炉(5)炉壁进入飞灰熔融炉(5)下段的熔融渣室进行渣冷及金属分离；飞灰熔融炉(5)的烟气输出端与融炉烟气换热器(8)的输入端连接，融炉烟气换热器(8)的烟气出口端通过烟气脱酸急冷装置(9)与发电机组(15)的排烟气处理装置(13)连通，融炉烟气换热器(8)的热空气出口端与生物质气化炉(2)和飞灰熔融炉(5)连通。

2.如权利要求1所述的生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的容固化处理装置，其特征在于：还包括与飞灰熔融炉(5)连接的垃圾焚烧灰灰库及给灰装置(4)，用于给飞灰熔融炉(5)提供垃圾焚烧飞灰，所述垃圾焚烧飞灰包括生活垃圾焚烧飞灰或企业垃圾焚烧飞灰。

3.如权利要求6所述的生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的容固化处理工艺，其特征在于：使用气化燃气为燃料在飞灰熔融炉(5)内将垃圾焚烧飞灰进行飞灰再燃烧升温至1300～1500℃熔融，垃圾焚烧飞灰在飞灰熔融炉(5)熔融并在其熔融渣碎冷辅助设备进行渣冷及金属分离，将有害成份固化于碎渣内。

4.如权利要求1所述的生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的容固化处理装置，其特征在于通过发电机组的排烟处理装置完成对熔融炉烟气的最终达标处理，发电机组的排烟气处理装置(13)与烟囱(14)连接，飞灰熔融炉(5)产生的烟气经过烟气换热器(8)和脱酸急冷装置(9)降至200℃左右后送入发电机组(15)尾部的排烟气处理装置(13)进行除尘及超低排烟气处理，后经发电机组的烟囱(14)排空。

5.如权利要求6所述的生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的容固化处理工艺，其特征在于：脱酸急冷装置(9)将飞灰熔融炉(5)高温熔融产生的烟气急降温至200℃左右后送入发电机组(15)尾部的排烟气处理装置(13)，进行除尘及超低排烟气处理后经发电机组的烟囱(14)排空。

6.如权利要求1所述的生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的容固化处理装置，其特征在于：为熔融炉提供气化燃气的生物质气化系统(16)包括生物质料场及上料系统(1)、生物质气化装置(2)，生物质料场及上料系统(1)用于给生物质气化装置(2)提供气化所需的生物质。

7.如权利要求1所述的生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的容固化处理装置，其特征在于：所述发电机组(15)为生物质气化系统(16)和熔融炉提供所需的必要资源包括电能、厂用蒸汽、压缩空气、点火油、消防水、工业水、凝结水或给水。

8.一种生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的容固化处理工艺，其特征在于包括如下步骤：采用生物质气化技术产生的气化燃气作为熔融燃料，气化燃气送入飞灰熔融炉(5)内将垃圾焚烧飞灰进行再燃烧升温，对垃圾焚烧飞灰进行熔融固化处理，富余的气化燃气送入发电锅炉耦合发电，飞灰熔融炉(5)产生的高温烟气进行空气预热，形成热空气作为飞灰熔融炉(5)的配风，飞灰熔融炉(5)高温熔融产生的烟气经脱酸急冷装置(9)进行脱酸与急降温后送入发电锅炉后部的烟气处理系统进行降温和超低排各类有害成份的处理。

9.如权利要求8所述的生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的容固化处理工艺，其特征在于：由气化燃气在飞灰熔融炉(5)内将垃圾焚烧飞灰进行飞灰再燃烧升温至1300～1500℃熔融，垃圾焚烧飞灰在飞灰熔融炉(5)及其熔融渣碎冷辅助设备进行渣冷及金属分离，将有害成份固化于碎渣内。

10.如权利要求8所述的生物质气化再燃垃圾燃烧飞灰的容固化处理工艺，其特征在于：经过烟气换热器(8)产生的热空气分别送入生物质气化炉(2)和飞灰熔融炉(5)装置，分别作生物质气化炉(2)的流化风及返料风、飞灰熔融炉5的给灰配风及燃烧配风。