CN1115517C - 城市生活垃圾干燥气化熔融处理方法 - Google Patents

Abstract

城市生活垃圾干燥气化熔融处理方法是一种能适应不同发热值垃圾并进行无害化处理的方法是：将预处理后的垃圾送入干燥器内干燥，然后送入低温气化炉低温气化，并在炉内添加石灰，经旋风分离器，将分离下的飞灰送回低温气化炉，将气化后的可燃气体送入高温熔融焚烧炉进行高温分级供氧燃烧，产生的高温烟气经余热锅炉产生高温过热蒸汽，燃烧后的垃圾块渣排出，被余热锅炉分离下的飞灰重新送入高温熔融焚烧炉处理，尾气经处理后排空。

Description

城市生活垃圾干燥气化熔融处理方法

一、技术领域

本发明是一种城市生活垃圾处理的方法，尤其是一种干燥气化熔融处理的方法。

二、背景技术

目前我国城市生活垃圾产量已达到1.5亿吨，并以每年6％-7％的速度增长。传统处置垃圾的方法主要采用露天堆肥和卫生填埋，不仅侵占了大量土地，而且危害居民身体健康，严重制约了城市可持续发展。焚烧法处理城市生活垃圾可有效实现垃圾减容化、无害化和资源化，日益成为世界各国特别是发达国家处理城市生活垃圾的一种主要方法。

我国目前已投产或在建的垃圾焚烧炉基上以炉排层燃方式为主，少量采用回转窑和流化床方式。无论是炉排层燃方式还是回转窑和流化床方式均属于单一焚烧处理方法，从目前国内外运行情况来看，单一焚烧处理方法存在以下问题：

1、单一焚烧模式易产生二次污染问题。二次污染包括由于焚烧炉中温度较低或停留时间太短造成垃圾中有机物如PCB_s，PCDD/F_s等不能有效分解而形成Dioxins(二恶英)，以及在下游设备的低温区域(250-450℃)存在大量飞灰和金属盐类化合物(如CuCl₂)等催化剂，在它们的共同作用下Cl和未燃烬的碳反应生成Dioxins；焚烧过程中，特别是炉排层燃方式生成大量的酸性污染气体如HCl，HF，SO₂，NO_x等；飞灰和底渣中富集的重金属释放进入空气和水中，造成污染等。

2、垃圾在单一焚烧过程中产生大量的腐蚀性极强的HCl，Cl₂，SO₂等酸性气体，易造成锅炉受热面高温腐蚀，导致现有垃圾发电厂蒸汽参数和发电效率低，从而影响了能量利用效率。

3、在垃圾单一燃烧方式中，由于灰渣中重金属的渗析问题，导致排出的灰渣不能有效利用。

4、为防止二次污染，常规垃圾电站采用了规模庞大的尾气处理设备，导致了投资和运行费用大幅度增加，影响了垃圾电站的经济效益。

5、现有一般的垃圾处理设备是针对其垃圾发热量高，垃圾实际了有效分类，不适合垃圾水份高、热值低和未能有效分类之国情。

日本在固体废物气化熔融处理方面研究起步较早，按气化炉炉型不同，可分为移动床气化炉方式，回转窑气化炉方式和鼓泡流化床方式。

其中的鼓泡流化床工艺过程如下：

经预处理的垃圾用加料器送入鼓泡流化床气化炉中，在600℃使用空气气化，从气化炉底将不燃物和砂子的混合物排出，采用分离装置将它们分离，将砂子重新送入炉内。在流化床自由空间送入二次空气进行二次燃烧。生成的可燃气进入旋风熔融炉在1300℃的高温下燃烧，熔渣经水冷后排出。

该技术主要存在的问题：

1、该技术在气化熔融处理过程中没有使用辅助燃料，对垃圾发热量要求较高，一般低位发热量要在2000kcal/kg以上，主要针对日本国内的垃圾发热量高、垃圾已经有效分类的特点，但我国垃圾低位发热量基本上在1000kcal/kg左右，水份高，随季节波动性大，且垃圾未能有效分类，因此该技术不符合发热量低的垃圾。

2、鼓泡流化床对待处理垃圾的颗粒粒径要求很高，粒径范围应在0-8mm之间，否则易造成床层流化不稳定，导致结焦等问题。

3、气化炉内没有加入脱氯脱硫剂，显然是针对已有效分类的垃圾，而国内垃圾没有分类垃圾中含有大量Cl，F，S等有害元素，因此在垃圾处理过程中产生的HCl，Cl₂，SO₂等酸性气体将使余热锅炉的受热面产生较严重的腐蚀问题，从而影响发电效率和设备运行的可靠性。

4、气化反应器系统中无细颗粒分离回送设备，大量未完全反应的细颗粒进入熔融反应炉，使熔融处理负荷增加，一旦垃圾发热值波动将直接影响颗粒熔融效果。

三、技术内容

1、技术问题

本发明的目的就是提供一种能进行无害化处理且能适应不同发热值的城市生活垃圾干燥气化熔融处理方法。

2、技术方案

本发明的城市生活垃圾干燥气化熔融处理方法为：

(1)将简单预处理后的垃圾送入干燥器内进行干燥处理；

(2)将干燥后的垃圾送入低温气化炉低温气化，并在炉内添加石灰吸附剂定向脱除氯、氟、硫污染物；

(3)经旋风分离器的分离，将分离下的飞灰送回低温气化炉，将气化后的可燃气体送入高温熔融焚烧炉进行高温分级供氧燃烧，燃烧产生的高温烟气经余热锅炉产生高温过热蒸汽，燃烧后的垃圾块渣排出；

(4)被余热锅炉分离下的飞灰重新送入高温熔融焚烧炉处理，尾气经脱酸，除尘处理后排空。

进行干燥处理的干燥器(3)采用全封闭惰性介质振动流化床干燥器。用于气化的低温气化炉采用循环流化床低温气化炉，低温气化炉温度控制在500℃-650℃。高温熔融焚烧炉(5)采用高温立式熔融焚烧旋风炉，燃烧温度在1200℃-1400℃。采用喷射鼓泡脱酸性气体除尘一体化尾气处理装置进行尾气脱酸、除尘处理。

3、技术效果

本发明的优点在于：与现有技术相比，本城市生活垃圾干燥气化熔融处理方法具有以下优点：

1、垃圾适应性广，由于采用了全封闭惰性介质振动流化床干燥器和循环流化床低温气化炉等设备，对垃圾随季节波动和垃圾预处理要求不高，尤其对高水份、低热值特别适合，符合垃圾水份高、随季节波动性大、且垃圾未能有效分类的国情；

2、气化熔融处理工艺可将二恶英和重金属等二次污染最大限度降低，可满足日益严格的环保排放要求；

3、气化炉添加石灰等吸附剂定向脱除氯、氟、硫等污染物；

4、氯的深度脱除有利于减少受热面高温腐蚀，提高蒸汽参数和发电效率；

5、物料循环可提高脱氯脱硫脱氟和气化效率并可减轻熔融处理飞灰量；

6、低温热解可以使某些重金属(如镉、铅等)留在残渣中，同时对回收金属特别是低熔点金属(如铝)有利，同时缺氧条件也可有效抑制二恶英生成。

7、设备紧凑，易于大型化。

四、附图说明

图1是本发明的垃圾处理示意图。其中有破碎机1、全封闭皮带输送机2、干燥器3、低温气化炉4、垃圾储存仓4-1、旋风分离器4-2、回料器4-3、吸收剂料仓4-4、布风板4-5、排渣机4-6、床料分离器4-7、熔融焚烧炉5、余热锅炉6、螺旋排灰机6-1、蒸汽加热器7、空气预热器8、尾气处理器9、引风机10、烟囱11、鼓风机12、发电机组13、水处理系统14、冷凝器15、增压风机16。其中还包括垃圾a、中温水蒸汽b、低温水蒸汽c、不凝结气体d、底料e、热空气g、大块渣f1、粗颗粒飞灰f2、细颗粒飞灰f3、吸收剂h、含灰可燃气体i、高温烟气j、熔渣k。

五、具体实施方案

本发明的实施方案如下：

破碎机1采用垃圾粉碎机，皮带输送机2采用全封闭皮带输送机，干燥器3采用全封闭惰性介质振动流化床干燥器，低温气化炉4采用循环流化床低温气化炉，熔融焚烧炉5采用高温立式熔融焚烧旋风炉，尾气处理器9采用喷射鼓泡脱酸性气体除尘一体化尾气处理系统。本发明的整个垃圾处理方法如下：

城市生活垃圾a在全封闭的垃圾仓库1经破碎机破碎、磁选，由斗式抓车送至全封闭皮带输送机2上，由全封闭皮带输送机2送入全封闭惰性介质振动流化床干燥器3，振动流化床干燥器中所使用的干燥介质为水蒸汽。水中温蒸汽6温度为350℃±50℃，床料温度控制在150℃±30℃左右，低温水蒸汽c经增压风机16增压后进入加热器7加热，再返回干燥器，形成闭路循环。垃圾干燥产生的多余水蒸汽和少量气化气体被冷凝器冷凝，经水处理系统14处理后排放，不凝结气体d引入循环流化床低温气化炉4焚烧。

干燥后的垃圾落入垃圾储存仓4-1，由星形加料器送入循环流化床低温气化炉4，在循环流化床低温气化炉中，采用热空气g和垃圾残存的部分水份作为气化介质，热空气经底部风室供入气化炉内，布风板4-5为倾斜式，风帽制作为导向风帽，该结构利用垃圾中不可燃的大渣块f1的排出，保障了床内流化质量。利用垃圾部分燃烧放出的热量，将气化炉温度控制在500-650℃，在此温度范围可以使某些重金属(如镉、铅等)留在残渣中，同时对回收金属，特别是低熔点金属(如铝)有利，缺氧条件可有效抑制二恶英生成。通过吸收剂料仓4-4向流化床回料器4-3加入吸收剂H脱氯、脱硫、脱氟。氟的深度脱除有利于减少受热面高温腐蚀、降低重金属的蒸发量并减少氯化有机物的生成。循环流化床低温气化炉4出来的可燃气进入旋风分离器4-2分离气体中挟带的大部分飞灰，分离下的飞灰由回料器4-3送回炉内，其中的粗颗粒飞灰f2排出，物料循环使脱氯脱硫脱氟和气化效率得以提高，并减轻了熔融炉飞灰处理量。气化炉4下方设置排渣管，水冷螺旋排渣机4-6和振动筛床料分离器4-7，渣经水冷螺旋排渣机4-6进入振动筛床分离器4-7，将大块渣f1和小块床底料e冷却并分离，大块渣f1排出而小块床底料e被空气g送入炉内，以维持床内物料平衡；气化炉排出的含灰可燃气体i进入高温立式熔融焚烧旋风炉5，二次燃烧空气g从高温立式熔融焚烧旋风炉5顶端和切向分级进入，以减少NO_x的排放，当量氧气比控制在0.9-1.05，实现低氧分级焚烧，高温立式熔融焚烧旋风炉5炉温控制在1200-1400℃，控制熔融焚烧炉内气流速度使气体和飞灰停留时间在1-1.5秒之间，以实现在高温焚烧过程中将二恶英彻底分解，同时将绝大部分飞灰熔融，熔渣K经急冷水槽急剧冷却，控制槽内水流速度，避免水蒸所分解而发生爆炸；高温烟气j经余热锅炉6产生蒸汽，蒸汽进入汽轮发电机组13产生电能，被余热锅炉6分离下的细颗粒飞灰f3经螺旋排灰机6-1重新送入熔融炉5处理；然后烟气经干燥蒸汽加热器7将150℃±30℃低温蒸汽C加热至350℃±50℃中温蒸汽b送至干燥器3中作为干燥器介质‘从干燥蒸汽加热器7出来的烟气进入空气预热器8将鼓风机12送来的空气g加热至250℃±30℃，预热后的空气G送至气化炉4、熔融炉5作为燃烧气，然后烟气进入喷射鼓泡脱酸性气体除尘一体化尾气处理系统9处理，达到高要求的排放标准后的烟气由引风机10送至烟囱11排空。气化炉4灰渣f1及熔融炉5熔渣k一并做资源化处理。

Claims (5)

1、一种城市生活垃圾干燥气化熔融处理方法，其特征在于该处理方法为：

(1)将预处理后的垃圾送入干燥器(3)内进行干燥处理；

(2)将干燥后的垃圾送入低温气化炉(4)低温气化，并在炉内添加石灰吸附剂定向脱除氯、氟、硫污染物；

(3)经旋风分离器(4-2)的分离，将分离下的飞灰送回低温气化炉(4)，将气化后的可燃气体送入高温熔融焚烧炉(5)进行高温分级供氧燃烧，燃烧产生的高温烟气经余热锅炉(6)产生高温过热蒸汽，燃烧后的垃圾块渣排出；

(4)被余热锅炉(6)分离下的飞灰重新送入高温熔融焚烧炉(5)处理，尾气经脱酸，除尘处理后排空。

2、根据权利要求1所述的城市生活垃圾干燥气化熔融处理方法，其特征在于进行干燥处理的干燥器(3)采用全封闭惰性介质振动流化床干燥器。

3、根据权利要求1或2所述的城市生活垃圾干燥气化熔融处理方法，其特征在于用于气化的低温气化炉(4)采用循环流化床低温气化炉，低温气化炉(4)温度控制在500℃-650℃。

4、根据权利要求1或2所述的城市生活垃圾干燥气化熔融处理方法，其特征在于高温熔融焚烧炉(5)采用高温立式熔融焚烧旋风炉，燃烧温度在1200℃-1400℃。

5、根据权利要求1或2所述的城市生活垃圾干燥气化熔融处理方法，其特征在于采用喷射鼓泡脱酸性气体除尘一体化尾气处理装置进行尾气脱酸、除尘处理。

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