CN111810958A - 利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备及方法 - Google Patents

Abstract

利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备，包括生物质燃料燃烧器、篦冷机、窑头罩、回转窑、窑尾室、多级碱粉除酸预热器、等离子火焰高温净化废气装置、窑尾喂料装置。利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的方法，包括以下步骤：（1）备料；（2）喂料混合生成垃圾衍生料；（3）垃圾衍生料的煅烧。本发明利用生活垃圾中的生物质等可燃物作为燃料，利用生活垃圾中无机质矿物作为硅质原料，以简单清洁化处理方式将生活垃圾改性处理为便于焚烧处理的垃圾衍燃料/生料，有效回收利用生活垃圾中的生物质燃料成分和无机质矿物；低碳、节能减排；无废渣、无有害废水、无有害废气排放，利于环境保护。

Description

利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备及方法

技术领域

本发明涉及一种处置生活垃圾的方法，具体涉及一种利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备及方法，更具体的涉及一种采用生物质燃料燃烧器+多级碱粉除酸预热器+等离子火焰高温净化废气装置+回转窑煅烧生活垃圾制备活性渣的设备及方法。

背景技术

众所周知，城市生活垃圾是人们生活工作中弃置的包括厨余物、瓜果蔬菜、废纸、纤维织物、包装物及小区街道园林环卫工作产生的以草木植物残枝败叶为主的废弃物，除各类包装物部分是塑料袋等塑料制品外，其余大部分是含有少量水泥石、粘土的生物质，客观上是一类伴随着人类文明发展而持续产生的以生物质为主的燃料，可称之为生物质燃料。

当前，城市生活垃圾的防渗卫生填埋或堆存履土处置方式，因生活垃圾中大量的 生物质发酵腐败持续地严重污染水土气，影响人们的生存环境而逐渐被地方百姓反对阻 挠。国内生活垃圾的处置已全面转向为两大类处置方式：

生活垃圾先入封闭微负式生活垃 圾发酵干化池、再以炉排炉焚烧为主的垃圾焚烧、余热发电的商业化处置模式，

先入封闭 微负式生活垃圾发酵干化池、再以气化炉等焚烧、废气入分解炉的水泥窑协同处置模式；其 中以生活垃圾焚烧发电厂占主导地位。

但是，现有的清洁化运行的垃圾焚烧发电厂其技术存在的主要问题如下：

（1）不可避免的浪费生活垃圾中大量的生物质能源。

生活垃圾须先入垃圾储坑中发酵干化后入炉排炉才能较为稳定地干燥和着火燃烧。即收集的生活垃圾必须先送入微负压封闭的垃圾储坑中堆存3~7天进行生物质腐败发酵升温干化（熟化），夏季气温高发酵3～5天、冬季气温下降时需发酵5～7天才能让生活垃圾中的生物质有机物腐败发酵液化流向储坑底部沥出，达到沥出腐败液污水、提高剩余物热值、保证后续焚烧炉能较稳定的着火燃烧的目的。

（2）垃圾焚烧后的灰渣难以处理。

垃圾焚烧发电厂排出的灰渣大多有难闻的异臭，其中夹杂着1～5%的未燃尽的块粒状塑料等有机杂物。尽管垃圾焚烧发电厂都介绍其灰渣的完全资源化利用，但在进行垃圾焚烧灰渣资源化利用的单位采取的技术方法是先对灰渣进行筛选分离，选出的塑料块返回垃圾焚烧炉内焚烧或弃置，去掉块状塑料杂质的灰渣加水泥等混合作砖或作水泥掺合料，其生产的水泥砖大多半年时间内异味重仅能用于路基或室外围护，利用率低。

（3）普通存在飞灰和沥滤浓缩液“一固一液”两大环保处理难题。

其环保处理难题之一的“一液”为沥滤液浓缩液，是垃圾储坑中堆存3~7天的生物质腐败发酵沥滤产生的含腐殖质类、苯环结构类高分子碳氢化合物和中等分子量的灰黄霉酸、氨基酸类含氮化合物及低分子量硫醇硫醚硫化物等的废水，采取预处理（除渣、混凝、调节沉淀分离）+生化法（UASB厌氧发酵或厌氧/好氧+MBR）+膜法（纳滤NF、反渗透RO）深度处理工艺后产生的沥滤液浓缩液。浓缩液中水溶性有机物含量高可生化性极差，并含有高浓度盐分极难处理，目前普遍的处理方式是将浓缩液用作飞灰增湿、炉渣淋湿降温、或和石灰混合用于烟气脱酸（即脱硫），有些甚至直接用高压泵将浓缩液压入地下土层中。客观地说，无论是将浓缩液用作飞灰增湿、炉渣降温，还是将浓缩液和石灰混合用于烟气脱酸，或是直接压入地下的处理方式都是不得已的污染物转移方式。

其环保处理难题之二的“一固”即垃圾焚烧飞灰，是其烟气净化系统中收集下来的残余物。焚烧飞灰中重金属Zn、Pb、Cu、Cr、Cd、Hg等有害物质浓度较高，尤其是现有的焚烧技术使得发酵干化的含湿垃圾在炉内焚烧不是太好，炉内因不完全燃烧导致的强还原气氛使得一部分重金属被还原蒸发出来进入烟气，烟气中的重金属物质随烟气温度的降低凝结成细小颗粒并凝结于烟气中的多孔灰尘上,最后一起被烟气除尘设备捕集下来形成焚烧飞灰。其中凝结富集有Pb、Zn、Cd、Hg、Cr等重金属和大量的二噁暎类物质，为一种具有重金属危害特性和环境持久有机毒性危害特性的双料危险废物。

生活垃圾处理问题不仅影响市容市貌，同时会对我们的生态环境造成污染，威胁城镇居民健康，已成为城市发展、新农村建设、循环经济发展过程中十分棘手的难题，而且随着人民生活水平不断提高，生活垃圾的堆积量激增，迫切需要开发全新的实用的无害化处理和综合利用技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能高效处理生活垃圾中的重金属和有毒挥发性有机物，并作为生物质燃料利用的，无废渣及有害废水废气排放的利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备。

本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种操作简单，节能环保的利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备，包括生物质燃料燃烧器、篦冷机、窑头罩、回转窑、窑尾室、多级碱粉除酸预热器、等离子火焰高温净化废气装置、窑尾喂料装置；所述回转窑的头尾两端分别设置窑头罩和窑尾室与回转窑内相连通，生物质燃料燃烧器设置于回转窑的窑头罩近中心位置，篦冷机设置于窑头罩下与回转窑的窑头卸料口相连通，多级碱粉除酸预热器的末级旋风预热器以锥部卸料溜管与回转窑的窑尾室相连通，等离子火焰高温净化废气装置的进风口与回转窑的窑尾室的废气出口管道相连通，等离子火焰高温净化废气装置的出风口与末级旋风预热器的进风口以管道相连通，多级碱粉除酸预热器的第二级旋风预热器的锥部卸料管道与连接等离子火焰高温净化废气装置的出风口和末级旋风预热器的进风口的连接管道相连通，末级旋风预热器的出风口与第二级旋风预热器的进风口及第一级旋风预热器锥部的卸料管道以管道相连通，第二级旋风预热器的出风口与第一级旋风预热器的进风口、碱粉喂料口以管道相连通，窑尾喂料装置的卸料口与末级旋风预热器锥部的卸头溜管相连通、或与窑尾室相连通。

进一步，所述多级碱粉除酸预热器是指采用石灰/电石渣/石灰石粉等与热废气流交流换热并中和废气中的酸性污染物的或2级碱粉除酸旋风预热器、或3 级碱粉除酸旋风预热器、或4 级碱粉除酸旋风预热器装置。

进一步，还设有用于生物质燃料预处理、贮存、输送和计量喂料供给装置。

进一步，还设有用于生活垃圾的粉碎、或搅拌或辗混或均化预处理、贮仓、输送和计量供给料装置、微负压催化氧化净化或等离子火焰催化净化装置。

进一步，还设有用于碱性粉料粉碎或粉磨预处理、贮存/均化、输送和计量喂料装置，及废气净化除尘装置、高压风机。

进一步，还设有篦冷机热风余热/窑尾废气余热利用装置，或余热发电装置。

本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的方法，包括如下步骤；

（1）备料：生活垃圾粉碎预处理过程中喷加消毒除臭剂和/或强氧化改性剂，得尺寸为≤300mm的改性垃圾燃料；选用石灰、石灰渣、电石渣、大理石渣、白垩土/粉、石灰石/渣、铝土渣、煤渣、粉煤灰等中的至少一种制成80um筛余≤50%的粉料，得碱性粉料；

（2）喂料混合生成垃圾衍生料：将步骤（1）所得碱性粉料从多级碱粉除酸预热器的碱粉进料口连续喂入，将步骤（1）所得改性垃圾燃料从窑尾喂料装置连续喂入，所述改性垃圾燃料与碱粉料的喂入质量比为1:0.08～0.72；喂入多级碱粉除酸预热器的碱性粉料，依次通过第一、第二级旋风预热器、及等离子火焰高温净化废气装置的出风口连接管道、末级旋风预热器，与从等离子火焰高温净化废气装置出口出来的热废气流逐级交流换热升温、并中和反应去除废气中的酸性气体污染物；经末级旋风预热器收集的预热碱性粉料，从末级旋风预热器的锥部溜管卸入窑尾室进入回转窑内；窑尾喂料装置连续喂入末级旋风预热器锥部卸头溜管中的冷态改性垃圾燃料与热态碱性粉料一起混合冲入窑尾室进入回转窑内，得入窑垃圾衍生料；或窑尾喂料装置连续喂入窑尾烟室的冷态改性垃圾燃料与同时进入窑尾室的热态碱性粉料混合进入回转窑内，得入窑垃圾衍生料；

（3）垃圾衍生料的煅烧：步骤（2）所得入窑垃圾衍生料作为生物质燃料和原料，于回转窑内高温碱性环境中以翻滚方式碱化干燥、碱化焚烧，于1100 ℃～1750 ℃氧化性气氛清洁燃烧燃尽；以窑头生物质燃料燃烧器喷射的生物质燃料燃烧热能升温和补充回转窑内热能；垃圾衍生料中的无机质矿物灰渣于1100 ℃～1750 ℃氧化性气氛中热分解、高温化合部分熔融凝聚，煅烧成活性硅酸盐类块粒状物料，然后，煅烧成的高温硅酸盐矿物渣从窑头卸入篦冷机内冷却，得活性渣。

进一步，步骤（1）中，所述消毒除臭剂和/或强氧化改性剂为二氧化氯、高铁酸盐、氟磺酸、过碳酸盐、锂盐中的至少一种，或市售的强消毒除臭剂和/或强氧化改性剂产品，用量为生活垃圾质量的0.02～5%。

进一步，步骤（1）中，所述生活垃圾为含湿生活垃圾时，预处理过程中产生的污水经加入强氧化助燃剂反应改性处理，作为生物质燃料助燃剂应用于促进生物质燃料的燃烧，或直接从窑头喷入回转窑内燃烧；所述强氧化助燃剂为高铁酸盐、高锰酸盐、过碳酸盐、硝酸盐等中的至少二种，或市售的强消毒除臭剂和/或强氧化改性剂产品；所述强氧化助燃剂的用量为生活垃圾预处理过程中产生的污水质量的2～50%。

进一步，步骤（1）中，所述生活垃圾粉碎预处理过程中加入市政污泥或其他含碳类有机质废弃物或其他固体废弃物中的一种至多种作为辅料，添加量为生活垃圾质量的1～90%，优选10～70%，更优选15～55%。

进一步，步骤（3）中，篦冷机冷却的中低温余热、废气余热、窑胴体辐射等余热可用于余热发电，优选中低温余热回收用于CO₂超临界发电。

进一步，步骤（3）中，可采用燃气、燃油、燃煤替代生物质燃料，作为能源补充。

本发明的有益效果：（1）利用生活垃圾中的生物质等可燃物作为燃料，利用生活垃圾中无机质矿物作为硅质原料，以简单清洁化处理方式将生活垃圾改性处理为便于焚烧处理的垃圾衍燃料/生料，有效回收利用生活垃圾中的生物质燃料成分和无机质矿物；（2）直接利用生活垃圾中的生物质等可燃物的燃烧热能，以窑头生物质燃料燃烧器喷射的生物质燃料燃烧热能升温和补充回转窑内热能，具有显著的低碳、节能减排效果，有显著的资源节约和绿色环保效果；（3）便于协同处理其他固体废弃物，且无废渣、无有害废水、无有害废气排放，利于环境保护。

附图说明

图1为实施例1带三级碱粉除酸预热器利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备结构图；

图2 为实施例2带四级碱粉除酸预热器利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备结构图；

图3为实施例3带两级碱粉除酸预热器利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备结构图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

以下所述本发明实施例使用的化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。

实施例1

本实施例中生活垃圾来自某市垃圾中转站收集的新鲜生活垃圾，主要成分构成为瓜皮果蔬餐厨垃圾和园林修整花草枝叶废弃物及纸制/塑料包装物等。检测：含水率波动在2.1～18.4%，灰渣率波动在7.3～16.1%，低位热值波动在（1287～2974）x4.18KJ/Kg。

参见图1，本实施例利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备包括：生物质燃料燃烧器1、篦冷机2、窑头罩3、回转窑4、窑尾室5、三级碱粉除酸预热器6、两级等离子火焰高温净化废气装置7、窑尾喂料装置8，所述回转窑4的头尾两端分别设置窑头罩3和窑尾室5与回转窑4内相连通，生物质燃料燃烧器1设置于回转窑4的窑头罩3近中心位置，篦冷机2设置于窑头罩3下与回转窑4的窑头卸料口相连通，三级碱粉除酸预热器6的末级旋风预热器610的锥部卸料溜管与回转窑4的窑尾室5相连通，两级等离子火焰高温净化废气装置7的进风口与回转窑4的窑尾室5的废气出口501相连通，两级等离子火焰高温净化废气装置7的出风口与末级旋风预热器610的进风口以连接管道701相连通，三级碱粉除酸预热器6的第二级预热器630的锥部卸料管道与连接两级等离子火焰高温净化废气装置7的出风口和末级旋风预热器610的进风口的连接管道701相连通，末级旋风预热器610的出风口与第二级旋风预热器630的进风口及第一级旋风预热器640锥部的卸料管道以管道相连通，第二级旋风预热器630的出风口与第一级旋风预热器640的进风口、碱粉喂料口606以管道相连通，窑尾喂料装置8的卸料口与窑尾室5相连通。

本实施例采用上述设备利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的方法，包括如下步骤：

（1）备料：收集的生活垃圾在粉碎预处理过程中喷加相当于生活垃圾质量2%的市售强氧化改性剂（主要成分为高铁酸钾和硝酸锂，含固量44.8%），消除异臭、灭毒防止生活垃圾中的生物质腐败液化、保留住生活垃圾中的生物质能源，并将生活垃圾中含有的少量重金属如汞、锌、铅、镉等氧化为重金富离子态，且强氧化改善生活垃圾中生物质的部分保水性微观结构使之易于脱水干化，将生活垃圾粉碎至尺寸为80mm的混合物料作为生物质燃料和硅铝质原料，制成改性垃圾燃料；选用石灰渣、石灰石渣、铝土渣按质量比1∶1∶0.17的比例混合粉磨制成80um筛余28%的碱性粉料；

（2）喂料混合生成垃圾衍生料：将步骤（1）所得碱性粉料从三级碱粉除酸预热器6的碱粉进料口606连续喂入，将步骤（1）所得改性垃圾燃料以窑尾喂料装置8连续喂入窑尾室5；其中改性垃圾燃料与碱粉料的喂入质量比为1∶0.19；喂入三级碱粉除酸预热器6的碱性粉料，依次通过第一旋风预热器640、第二级旋风预热器630、及两级等离子火焰高温净化废气装置7的出风口连接管道701、末级旋风预热器610，与热废气流交流换热升温、并中和反应去除废气中的酸性气体污染物；经末级旋风预热器610收集的预热碱性粉料，从末级旋风预热器610的锥部溜管卸入窑尾室5进入回转窑4内；窑尾喂料装置8连续喂入窑尾室5的冷态改性垃圾燃料与同时进入窑尾室5的热态碱性粉料混合进入回转窑4内，形成入回转窑4的垃圾衍生料；

（3）垃圾衍生料的煅烧：将步骤（2）所得垃圾衍生料作为生物质燃料和原料，于回转窑4内高温碱性环境中以翻滚方式碱化干燥、碱化焚烧，于1100 ℃～1500 ℃氧化性气氛清洁燃烧燃尽，直接利用生活垃圾中的生物质等可燃物的燃烧热能；以窑头生物质燃料燃烧器1喷射的生物质燃料燃烧热能升温和补充回转窑4内热能；垃圾衍生料中的无机质矿物灰渣于1100 ℃～1500 ℃氧化性气氛中热分解、高温化合部分熔融凝聚，煅烧成活性硅酸盐类块粒状物料；其中的重金属离子在碱性氧化气氛条件下为活性硅酸根团/铝酸根团/硅铝酸根团所捕集固融于矿物晶格中；其中的氟、氯、硫在强碱性氧化气氛中与高活性氧化钙反应生成氟化钙、氯化钙、硫酸钙同时与铝酸盐矿物进一步高温融合反应形成氟铝酸钙、氯铝酸钙（对钢筋无腐蚀）、硫铝酸钙矿物等早强矿物固熔于硅酸盐矿物渣中；煅烧成的高温硅酸盐矿物渣从窑头4卸入篦冷机2内快速冷却为活性渣。

活性渣参照《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）标准检测28天抗压强度为36.5MPa～47.6MPa。

篦冷机2冷却高温渣产生的高温热风直接负压（-10～-50Pa）拉入回转窑4内助燃并回收高温余热；

进入回转窑4内的垃圾衍生料在快速碱化升温、干化、燃烧、及残渣煅烧过程中产生的废气，流经窑尾室5出风口拉入两级等离子火焰高温净化废气装置7，以高温等离子火焰及高温等离子活化水蒸汽产生的准超临界态水分子等，一起氧化分解净化废气中残留的挥发性碳氢化合物；经设置的一级或多级等离子火焰净化的废气，从两级等离子火焰高温净化废气装置7的出风口连接管道701至三级碱粉除酸预热器6与碱性粉料交流换热，并以碱性粉料中和反应去除废气中的酸性气体污染物，脱除酸性的废气再经净化除尘装置处理后排空。

实施例2

本实施例中生活垃圾来自某县垃圾中转站收集的新鲜生活垃圾，主要成分构成为瓜皮果蔬餐厨垃圾和园林修整花草枝叶废弃物及纸制/塑料包装物等。检测：含水率波动在3.9～18.7%，灰渣率波动在7.8～16.7%，低位热值波动在（1097～2942）x4.18KJ/Kg。

参见图2，本实施例利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备包括：生物质燃料燃烧器1、篦冷机2、窑头罩3、回转窑4、窑尾室5、四级碱粉除酸预热器6、四级等离子火焰高温净化废气装置7、窑尾喂料装置8、改性垃圾料仓9、锁风喂料设备10、净化除尘器11、高压风机12；所述回转窑4的头尾两端分别设置窑头罩3和窑尾室5与回转窑4内相连通，生物质燃料燃烧器1设置于回转窑4的窑头罩3近中心位置，篦冷机2设置于窑头罩3下与回转窑4的窑头卸料口相连通，四级碱粉除酸预热器6的末级旋风预热器610的锥部卸料溜管与回转窑4的窑尾室5相连通，四级等离子火焰高温净化废气装置7的进风口与回转窑4的窑尾室5的废气出口501相连通，四级等离子火焰高温净化废气装置7的出风口与末级旋风预热器610的进风口以连接管道701相连通，四级碱粉除酸预热器6的第三级预热器620的锥部卸料管道与四级等离子火焰高温净化废气装置7的出风口和末级旋风预热器610的进风口的连接管道701相连通，末级旋风预热器610的出风口与第三级旋风预热器620的进风口及第二级旋风预热器630锥部的卸料管道以管道相连通，第三级旋风预热器620的出风口与第二级旋风预热器630的进风口及第一级旋风预热器640锥部的卸料管道以管道相连通，第二级旋风预热器630的出风口与第一级旋风预热器640的进风口、碱粉喂料口606以管道相连通，第一级旋风预热器640的出风口与净化除尘器11的进风口以管道相连通，净化除尘器11的出风口与高压风机12的进风口以管道相连通，净化后的废气由高压风机12的出风口排出，改性垃圾料仓9的出口与窑尾喂料装置8的入口相连通，窑尾喂料装置8的出口与锁风喂料设备10的入口相连通，锁风喂料设备10的出口与窑尾室5的顶部下料口相连通。

本实施例采用上述设备利用生活垃圾碱化清洁焚烧制处理制备活性渣的方法，包括如下步骤：

（1）备料：收集的生活垃圾在粉碎预处理过程中添加相当于生活垃圾质量21%的市政污泥（含水率为60.1%），并喷加相当于生活垃圾和市政污泥总质量1.6%的市售强氧化改性剂（主要成分为氟磺酸和过碳酸锂，含固量51.2%），消除异臭、灭毒防止生活垃圾和市政污泥中的生物质腐败液化、保留住生活垃圾和市政污泥中的生物质能源，并将生活垃圾和市政污泥中含有的少量重金属如汞、锌、铅、镉等氧化为重金富离子态，且强氧化改善生活垃圾和市政污泥中生物质的部分保水性微观结构使之易于脱水干化，将生活垃圾和市政污泥混合物粉碎至尺寸为80mm的混合物料作为生物质燃料和硅铝质原料，制成改性垃圾混合燃料，改性垃圾混合燃料经预处理后输送至改性垃圾料仓9储存供送至窑尾喂料装置8。选用电石渣、石灰石、铝土渣按质量比0.8∶1.2∶0.15的比例混合粉磨制成80um筛余20%的碱性粉料；

（2）喂料混合生成垃圾混合衍生料：将步骤（1）所得碱性粉料从四级碱粉除酸预热器6的碱粉进料口606连续喂入，将步骤（1）所得改性垃圾混合燃料以窑尾喂料装置8通过窑尾室垃圾衍生料进口502连续喂入窑尾室5，改性垃圾混合燃料与碱粉料的喂入质量比为1∶0.32；喂入四级碱粉除酸预热器6的碱性粉料，依次通过第一级旋风预热器640、第二旋风预热器630、第三级旋风预热器620、及四级等离子火焰高温净化废气装置7的出风口连接管道701、末级旋风预热器610，与热废气流交流换热升温、并中和反应去除废气中的酸性气体污染物；经末级旋风预热器610收集的预热碱性粉料，从末级旋风预热器610的锥部溜管卸入窑尾室5进入回转窑4内；窑尾喂料装置8将冷态改性垃圾混合燃料通过窑尾室顶部垃圾衍生料进口502连续喂入窑尾室5，在窑尾室5内与热态碱性粉料一起充分混合后进入回转窑4内，形成入回转窑4的垃圾衍生料；

（3）垃圾衍生料的煅烧：将步骤（2）所得垃圾衍生料作为生物质燃料和原料，于回转窑4内高温碱性环境中以翻滚方式碱化干燥、碱化焚烧，于1300 ℃～1450 ℃氧化性气氛清洁燃烧燃尽，直接利用生活垃圾中的生物质等可燃物的燃烧热能；以窑头生物质燃料燃烧器1喷射的生物质燃料燃烧热能升温和补充回转窑4内热能；垃圾衍生料中的无机质矿物灰渣于1300 ℃～1450 ℃氧化性气氛中热分解、高温化合部分熔融凝聚，煅烧成活性硅酸盐类块粒状物料，其中的重金属离子在碱性氧化气氛条件下为活性硅酸根团/铝酸根团/硅铝酸根团所捕集固融于矿物晶格中；其中的氟、氯、硫在强碱性氧化气氛中与高活性氧化钙反应生成氟化钙、氯化钙、硫酸钙同时与铝酸盐矿物进一步高温融合反应形成氟铝酸钙、氯铝酸钙（对钢筋无腐蚀）、硫铝酸钙矿物等早强矿物固熔于硅酸盐矿物渣中；煅烧成的高温硅酸盐矿物渣从窑头（4）卸入篦冷机（2）内快速冷却为活性渣。

活性渣参照《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）标准检测28天抗压强度为37.8MPa～54.9MPa。

篦冷机2冷却高温渣产生的高温热风直接负压（-30～-120Pa）拉入回转窑4内助燃并回收高温余热。

进入回转窑4内的垃圾衍生料在快速碱化升温、干化、燃烧、及残渣煅烧过程中产生的废气，流经窑尾室5出风口拉入四级等离子火焰高温净化废气装置7，以高温等离子火焰及高温等离子活化水蒸汽产生的准超临界态水分子等，一起氧化分解净化废气中残留的挥发性碳氢化合物；经设置的一级或多级等离子火焰净化的废气，从四级等离子火焰高温净化废气装置7的出风口连接管道701至四级碱粉除酸预热器6与碱性粉料交流换热，并以碱性粉料中和反应去除废气中的酸性气体污染物，脱除酸性的废气再经净化除尘器11净化处理后通过高压风机12排空。

实施例3

本实施例中生活垃圾来自某县镇垃圾中转站收集的新鲜生活垃圾，主要成分构成为瓜皮果蔬餐厨垃圾和园林修整花草枝叶废弃物及纸制/塑料包装物等。检测：含水率波动在7.6～23%，灰渣率波动在7.4～16.4%，低位热值波动在（1004～2752）x4.18KJ/Kg。

如图3所示，本实施例利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备包括：生物质燃料燃烧器1、篦冷机2、窑头罩3、回转窑4、窑尾室5、两级碱粉除酸预热器6、单级等离子火焰高温净化废气装置7、窑尾喂料装置8、改性垃圾料仓9、锁风喂料设备10、净化除尘器11、高压风机12、余热发电装置13，所述回转窑4的头尾两端分别设置窑头罩3和窑尾室5与回转窑4内相连通，生物质燃料燃烧器1设置于回转窑4的窑头罩3近中心位置，篦冷机2设置于窑头罩3下与回转窑4的窑头卸料口相连通，两级碱粉除酸预热器6的末级旋风预热器610的锥部卸料溜管与回转窑4的窑尾室5相连通，单级等离子火焰高温净化废气装置7的进风口与回转窑4的窑尾室5的废气出口501相连通，单级等离子火焰高温净化废气装置7的出风口与末级旋风预热器610的进风口以连接管道701相连通，两级碱粉除酸预热器6的第一级预热器640的锥部卸料管道与连接单级等离子火焰高温净化废气装置7的出风口和末级旋风预热器610的进风口的连接管道701相连通，末级旋风预热器610的出风口与第一级旋风预热器640的进风口、碱粉喂料口606以管道相连通，第一级旋风预热器640的出风口与余热发电装置13的进风口以管道相连通，余热发电装置13的出风口与净化除尘器11的进风口以管道相连通，净化除尘器11的出风口与高压风机12的进风口以管道相连通，净化后的废气由高压风机12的出风口排出，余热锅炉13a的蒸汽出口与汽轮机13b相连通，汽轮机13b与发电机13c相连通，改性垃圾料仓9的出口与窑尾喂料装置8的入口相连通，窑尾喂料装置8的出口与锁风喂料设备10的入口相连通，锁风喂料设备10的出口与末级旋风预热器610的锥部卸料溜管相连通。

本实施例采用上述设备利用生活垃圾碱化清洁焚烧制处理制备活性渣的方法，包括如下步骤：

（1）备料：收集的生活垃圾在粉碎预处理过程中喷加相当于生活垃圾质量1.8%的市售强氧化改性剂（主要成分为硝酸锂和二氧化氯，含固量38.3%），消除异臭、灭毒防止生活垃圾中的生物质腐败液化、保留住生活垃圾中的生物质能源，并将生活垃圾中含有的少量重金属如汞、锌、铅、镉等氧化为重金富离子态，且强氧化改善生活垃圾中生物质的部分保水性微观结构使之易于脱水干化，将生活垃圾粉碎至尺寸为50mm的混合物料作为生物质燃料和硅铝质原料，制成改性垃圾燃料；选用白垩土、石灰石、煤渣、粉煤灰按质量比0.5∶1.5∶0.1∶0.06的比例混合粉磨制成80um筛余15%的碱性粉料；

（2）喂料混合生成垃圾衍生料：将步骤（1）所得碱粉料从两级碱粉除酸预热器6的碱粉进料口606连续喂入，将步骤（1）所得改性垃圾燃料以窑尾喂料装置8连续喂入末级旋风预热器610的锥部卸料溜管；其中，改性垃圾燃料与碱粉料的喂入质量比为1∶0.15；喂入两级碱粉除酸预热器6的碱性粉料，依次通过第一级旋风预热器640、单级等离子火焰高温净化废气装置7的出风口连接管道701、末级旋风预热器610，与热废气流交流换热升温、并中和反应去除废气中的酸性气体污染物；经末级旋风预热器610收集的预热碱性粉料，从末级旋风预热器610的锥部溜管卸入窑尾室5进入回转窑4内；改性垃圾料仓9内的改性垃圾燃料经计量称重后通过窑尾喂料装置8连续喂入末级旋风预热器610锥部卸头溜管中的冷态改性垃圾燃料与热态碱性粉料一起混合冲入窑尾室5进入回转窑4内，形成入回转窑4的垃圾衍生料；

（3）垃圾衍生料的煅烧：垃圾衍生料作为生物质燃料和原料，于回转窑4内高温碱性环境中以翻滚方式碱化干燥、碱化焚烧，于1100 ℃～1550 ℃氧化性气氛清洁燃烧燃尽，直接利用生活垃圾中的生物质等可燃物的燃烧热能；以窑头生物质燃料燃烧器1喷射的生物质燃料燃烧热能升温和补充回转窑4内热能；垃圾衍生料中的无机质矿物灰渣于1400 ℃～1550 ℃氧化性气氛中热分解、高温化合部分熔融凝聚，煅烧成活性硅酸盐类块粒状物料，其中的重金属离子在碱性氧化气氛条件下为活性硅酸根团/铝酸根团/硅铝酸根团所捕集固融于矿物晶格中；其中的氟、氯、硫在强碱性氧化气氛中与高活性氧化钙反应生成氟化钙、氯化钙、硫酸钙同时与铝酸盐矿物进一步高温融合反应形成氟铝酸钙、氯铝酸钙（对钢筋无腐蚀）、硫铝酸钙矿物等早强矿物固熔于硅酸盐矿物渣中；煅烧成的高温硅酸盐矿物渣从窑头4卸入篦冷机2内快速冷却为活性渣。

活性渣参照《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）标准检测28天抗压强度为42.8MPa～54.3MPa。

篦冷机2冷却高温渣产生的高温热风直接负压（-15～-80Pa）拉入回转窑4内助燃并回收高温余热至余热发电装置13进行余热发电，余热发电装置13排出的低温废气流经净化除尘器11净化除尘后通过高压风机12排出，余热锅炉13a吸收高温余热后产生蒸汽驱动汽轮机13b做功，使叶片转动而带动发电机13c发电；

进入回转窑4内的垃圾衍生料在快速碱化升温、干化、燃烧、及残渣煅烧过程中产生的废气，流经窑尾室5出风口拉入单级等离子火焰高温净化废气装置7，以高温等离子火焰及高温等离子活化水蒸汽产生的准超临界态水分子等，一起氧化分解净化废气中残留的挥发性碳氢化合物；经设置的一级或多级等离子火焰净化的废气，从单级等离子火焰高温净化废气装置7的出风口连接管道701至两级碱粉除酸预热器6与碱性粉料交流换热，并以碱性粉料中和反应去除废气中的酸性气体污染物，脱除酸性的废气由第一级旋风预热器640排出至余热发电装置13进行余热回收供发电，余热发电装置13排出的低温废气流经净化除尘器11净化除尘后通过高压风机12排出。至净化除尘器11，废气经净化除尘后通过高压风机12排空。

Claims (10)

1.一种利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备，其特征在于，包括生物质燃料燃烧器、篦冷机、窑头罩、回转窑、窑尾室、多级碱粉除酸预热器、等离子火焰高温净化废气装置、窑尾喂料装置；所述回转窑的头尾两端分别设置窑头罩和窑尾室与回转窑内相连通，生物质燃料燃烧器设置于回转窑的窑头罩近中心位置，篦冷机设置于窑头罩下与回转窑的窑头卸料口相连通，多级碱粉除酸预热器的末级旋风预热器以锥部卸料溜管与回转窑的窑尾室相连通，等离子火焰高温净化废气装置的进风口与回转窑的窑尾室的废气出口管道相连通，等离子火焰高温净化废气装置的出风口与末级旋风预热器的进风口以管道相连通，多级碱粉除酸预热器的第二级旋风预热器的锥部卸料管道与连接等离子火焰高温净化废气装置的出风口和末级旋风预热器的进风口的连接管道相连通，末级旋风预热器的出风口与第二级旋风预热器的进风口及第一级旋风预热器锥部的卸料管道以管道相连通，第二级旋风预热器的出风口与第一级旋风预热器的进风口、碱粉喂料口以管道相连通，窑尾喂料装置的卸料口与末级旋风预热器锥部的卸头溜管相连通、或与窑尾室相连通。

2. 根据权利要求1所述利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备，其特征在于，所述多级碱粉除酸预热器是指采用石灰/电石渣/石灰石粉与热废气流交流换热并中和废气中的酸性污染物的或2级碱粉除酸旋风预热器、或3 级碱粉除酸旋风预热器、或4 级碱粉除酸旋风预热器装置。

3.根据权利要求1或2所述利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备，其特征在于，还设有用于生物质燃料预处理、贮存、输送和计量喂料供给装置。

4.根据权利要求1-3之一所述利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备，其特征在于，还设有用于生活垃圾的粉碎、或搅拌或辗混或均化预处理、贮仓、输送和计量供给料装置、微负压催化氧化净化或等离子火焰催化净化装置。

5.根据权利要求1-4之一所述利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备，其特征在于，还设有用于碱性粉料粉碎或粉磨预处理、贮存/均化、输送和计量喂料装置，及废气净化除尘装置、高压风机。

6.根据权利要求1-5之一所述利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的设备，其特征在于，还设有篦冷机热风余热/窑尾废气余热利用装置，或余热发电装置。

7.一种利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的方法，使用权利要求1-6之一所述设备进行回收利用，包括如下步骤；

（1）备料：生活垃圾粉碎预处理过程中喷加消毒除臭剂和/或强氧化改性剂，得尺寸为≤300mm的改性垃圾燃料；选用石灰、石灰渣、电石渣、大理石渣、白垩土/粉、石灰石/渣、铝土渣、煤渣、粉煤灰中的至少一种制成80um筛余≤50%的粉料，得碱性粉料；

（2）喂料混合生成垃圾衍生料：将步骤（1）所得碱性粉料从多级碱粉除酸预热器的碱粉进料口连续喂入，将步骤（1）所得改性垃圾燃料从窑尾喂料装置连续喂入，所述改性垃圾燃料与碱粉料的喂入质量比为1:0.08～0.72；喂入多级碱粉除酸预热器的碱性粉料，依次通过第一、第二级旋风预热器、及等离子火焰高温净化废气装置的出风口连接管道、末级旋风预热器，与从等离子火焰高温净化废气装置出口出来的热废气流逐级交流换热升温、并中和反应去除废气中的酸性气体污染物；经末级旋风预热器收集的预热碱性粉料，从末级旋风预热器的锥部溜管卸入窑尾室进入回转窑内；窑尾喂料装置连续喂入末级旋风预热器锥部卸头溜管中的冷态改性垃圾燃料与热态碱性粉料一起混合冲入窑尾室进入回转窑内，得入窑垃圾衍生料；或窑尾喂料装置连续喂入窑尾室的冷态改性垃圾燃料与同时进入窑尾室的热态碱性粉料混合进入回转窑内，得入窑垃圾衍生料；

（3）垃圾衍生料的煅烧：步骤（2）所得入窑垃圾衍生料作为生物质燃料和原料，于回转窑内高温碱性环境中以翻滚方式碱化干燥、碱化焚烧，于1100 ℃～1750 ℃氧化性气氛清洁燃烧燃尽；以窑头生物质燃料燃烧器喷射的生物质燃料燃烧热能升温和补充回转窑内热能；垃圾衍生料中的无机质矿物灰渣于1100 ℃～1750 ℃氧化性气氛中热分解、高温化合部分熔融凝聚，煅烧成活性硅酸盐类块粒状物料，然后，煅烧成的高温硅酸盐矿物渣从窑头卸入篦冷机内冷却，得活性渣。

8.根据权利要求7所述利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述消毒除臭剂和/或强氧化改性剂为二氧化氯、高铁酸盐、氟磺酸、过碳酸盐、锂盐中的至少一种，或市售的强消毒除臭剂和/或强氧化改性剂产品，用量为生活垃圾质量的0.02～5%。

9.根据权利要求7或8所述利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述生活垃圾为含湿生活垃圾时，预处理过程中产生的污水经加入强氧化助燃剂反应改性处理，作为生物质燃料助燃剂应用于促进生物质燃料的燃烧，或直接从窑头喷入回转窑内燃烧；所述强氧化助燃剂为高铁酸盐、高锰酸盐、过碳酸盐、硝酸盐中的至少两种，或市售的强消毒除臭剂和/或强氧化改性剂产品；所述强氧化助燃剂的用量为生活垃圾预处理过程中产生的污水质量的2～50%。

10.根据权利要求7-9之一所述利用生活垃圾碱化清洁焚烧处理制备活性渣的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述生活垃圾粉碎预处理过程中加入市政污泥或含碳类有机质废弃物或固体废弃物中的一种或两种以上的混合物作为辅料。

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