CN112577053A

CN112577053A - 一种城镇生活垃圾资源化处理系统及方法

Info

Publication number: CN112577053A
Application number: CN202011320005.4A
Authority: CN
Inventors: 王绍兴; 高海啸; 刘少坤; 张本林; 包士雷; 张剑廷; 吴楠
Original assignee: Liaoning Dongda Mining And Metallurgy Engineering Technology Co ltd
Current assignee: Liaoning Dongda Mining And Metallurgy Engineering Technology Co ltd
Priority date: 2020-11-23
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2021-03-30

Abstract

本发明属于垃圾处理技术领域。具体涉及一种城镇生活垃圾资源化处理系统及方法。本发明的目的在于提供一种城镇生活垃圾资源化处理的系统及应用。该系统对城镇生活垃圾进行资源化处理的方法，同时可综合处理各类生活垃圾，实现城镇生活垃圾的综合处理和资源化处理。本发明中垃圾经过垃圾预处理系统、垃圾焙烧系统、可燃气净化系统、发电系统、烟气处理系统、焙烧渣熔炼系统的处理，通过不同反应阶段的设计，将城镇生活垃圾综合处理，并得到生铁等金属、建筑用水渣和部分电能。该方法可处理大多数生活垃圾，且在给入系统前不需对生活垃圾分类处理，同时本发明利用各反应阶段的反应温度不同，实现烟气、固体物料热量的充分利用，能最大限度的实现能源高效利用。

Description

一种城镇生活垃圾资源化处理系统及方法

技术领域

本发明属于垃圾处理技术领域。具体涉及一种城镇生活垃圾资源化处理系统及方法。

背景技术

随着经济社会的快速发展和城市化进程的加快，城市生活垃圾激增，且种类繁多，处理不方便也不彻底，一些城市面临“垃圾围城”的困境。我国城镇生活垃圾80％以上以填埋方式处理，填埋处理成本高，占地面积大，且对环境影响严重。现有的生活垃圾处理工艺对垃圾种类要求严苛，不能综合处理。现阶段国家施行的垃圾分类政策难以在短期内改变垃圾种类多的现状。因此，高填埋法处理垃圾的缺点是:城市土地贵，填埋成本高，且场址选择越来越困难，因为针对生活垃圾开发一种综合处理乃至资源化处理的方法将有效的解决城镇生活垃圾处理问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种城镇生活垃圾资源化处理的系统及应用该系统对城镇生活垃圾进行资源化处理的方法，同时可综合处理各类生活垃圾，实现城镇生活垃圾的综合处理和资源化处理。

本发明的具体方案如下：

一种城镇生活垃圾资源化处理系统，其特征在于，所述城镇生活垃圾资源化处理系统主要包括垃圾预处理系统、垃圾焙烧系统、可燃气净化系统、烟气处理系统、焙烧渣熔炼系统。还可以加入发电系统。

所述垃圾预处理系统包括垃圾堆场、破碎机、垃圾渗滤液收集装置，所述垃圾堆场所在空间为微负压环境，控制负压为300-800Pa。所述垃圾渗滤液收集装置能够收集、过滤垃圾堆场中的垃圾渗滤液；所述垃圾焙烧系统包括隔焰式回转窑、悬浮焙烧炉，隔焰式回转窑包括内层和外加热层，悬浮焙烧炉包含旋风分离器和灰斗，悬浮焙烧炉中产生的烟气经旋风分离器分离后进入隔焰式回转窑外加热层作为热源对隔焰式回转窑内层进行加热；所述烟气处理系统包括除尘器、脱硫脱硝系统和排风机，脱硫系统设置在除尘器出口后，脱硝系统设置在除尘器前或除尘器后，整个系统的系统负压(主要包括垃圾堆场空间、隔焰式回转窑外加热层、悬浮焙烧炉和除尘器、脱硫脱硝系统的负压)均由排风机提供；所述焙烧渣熔炼系统包括搅拌罐和电炉。

所述垃圾堆场连通悬浮焙烧炉进气口，悬浮焙烧炉炉膛内的负压能够将垃圾堆场内的恶臭气体吸入，悬浮焙烧炉底部设置固体掉料口。悬浮焙烧炉出气口连通旋风分离器，旋风分离器出料口连接灰斗，旋风分离器出气口连通隔焰式回转窑外加热层入口。

隔焰式回转窑外加热层的负压将旋风分离器分离出的气体吸入。隔焰式回转窑外加热层出气口与烟气处理系统连通，隔焰式回转窑内层出料口连通悬浮焙烧炉，隔焰式回转窑内层出气口连通可燃气净化系统，所述可燃气净化系统主要控制不让二噁英类物质生成，同时脱除烟气中的酸性气体和粉尘，最终将隔焰式回转窑内有机质热解气体净化成以氢气、一氧化碳和甲烷为主的可燃气体。所述搅拌罐能够将进入的灰尘制成灰球，所述电炉的出气口连通悬浮焙烧炉进气口。

上述系统还可以包括发电系统，所述发电系统包括燃烧发电机组，燃料为可燃气净化系统净化热解气体后得到的净化后的可燃气体。发动系统可用于所述电炉的供电。

作为本发明的另一个方面，还提供一种应用上述城镇垃圾资源化处理系统对城镇垃圾进行资源化处理的方法，主要包括以下步骤：

S1：垃圾车进厂后，将垃圾卸至垃圾堆场，将垃圾堆场内的垃圾通过皮带传送等方式送入破碎机，破碎机将垃圾破碎后，送入隔焰式回转窑内层进行加热。垃圾堆场的垃圾渗滤液通过垃圾渗滤液收集装置收集并过滤，垃圾堆场所在空间为微负压环境，悬浮式焙烧炉的炉膛内通过排风机作用形成负压，从进气口吸入垃圾堆场产生的恶臭气体。焙烧渣熔炼系统的电炉熔炼产生的高温烟气和助燃空气也通过悬浮焙烧炉进气口进入悬浮焙烧炉。这些气体在悬浮焙烧炉内经焙烧作业后进入隔焰式回转窑外加热层，对隔焰式回转窑内层进行加热，之后经烟气处理系统处理后排放。

S2：步骤S1中破碎后的垃圾送入隔焰式回转窑内层，在隔焰式回转窑内层的高温环境内，垃圾中的有机质经过烘干、脱水、热解，产生热解气体，热解气体中除含有甲烷、H₂、CO等气体外，还混有一些有毒物质及有毒颗粒，热解气体经隔焰式回转窑内层出气口排出进入可燃气净化系统进行处理，在可燃气净化系统中，经过过滤、化学处理除去有毒颗粒和有毒气体，将热解气体净化为甲烷、H₂和CO为主的可燃气体，净化后的可燃气体的热值可达到3500Kcal/kg以上。

隔焰式回转窑内层垃圾热解后的固体颗粒中含有在隔焰式回转窑中未完全分解或不能分解的物质，这些固体颗粒经隔焰式回转窑内层出料口进入悬浮焙烧炉炉膛，固体颗粒、垃圾堆场产生的恶臭气体、焙烧渣熔炼系统电炉熔炼产生的高温烟气在悬浮焙烧炉内进行焙烧，焙烧产生的烟气A从悬浮焙烧炉出气口进入旋风分离器分离，旋风分离器分离出的灰分物质B从旋风分离器出料口进入灰斗，旋风分离器分离出的高温烟气C在隔焰式回转窑外加热层的负压作用下，通过外加热层入口进入隔焰式回转窑的外加热层，用于加热隔焰式回转窑内层的垃圾；在悬浮焙烧炉内，固体颗粒中的有机质进一步分解，焙烧后的固体物质D在重力作用下从掉料口落下。

S3：高温烟气C经隔焰式回转窑的外加热层加热内层的垃圾后，在系统负压作用下从外加热层出气口进入烟气处理系统，烟气处理系统负压控制范围8～15kPa。烟气C在除尘器除灰，除尘器可回收烟气中99％的灰尘，除尘器收集的除尘灰给到焙烧渣熔炼系统的搅拌罐。烟气C经过脱硫脱硝系统，能够将烟气中的二氧化硫、硝等污染物降到环境排放标准，其中二氧化硫排放标准小于35mg/Nm³,氮氧化物排放标准小于50mg/Nm³，达到超低排放要求。全系统仅保留烟气处理系统一处烟气排放口。

S4：将除尘器除尘后得到的除尘灰E和从悬浮焙烧炉焙烧后的烟气A分离出的灰分物质B送入焙烧渣熔炼系统的搅拌罐内，同时将步骤S1中经过垃圾渗滤液收集装置收集并过滤的垃圾渗滤液添加进搅拌罐，在搅拌罐内搅拌造球，制成的灰球(含水量5％～10％)和固体物质D置入焙烧渣熔炼系统的电炉进行熔炼，固体物质D中主要是生活垃圾中含有的不易分解的金属等固体无机物，熔炼后可以获得生铁等金属和熔炼渣，电炉熔炼产生的高温烟气如步骤S1中所述送入悬浮焙烧炉，电炉熔炼产生的熔炼渣可以作为建筑用水渣。

上述方法中，步骤S2中得到的净化后的可燃气体可以送入悬浮焙烧炉的燃烧器中作为燃料。如果上述城镇生活垃圾资源化处理系统中还包含发电系统的话，部分可燃气体还可以送入发电系统中作为燃烧发电机组的燃料。发电系统产生的烟气可以送入烟气处理的脱硫脱硝系统进行处理，发电系统获得的电能可以并入上述城镇生活垃圾资源化处理系统的电网，主要用于焙烧渣熔炼系统的电炉熔炼过程。

优选的，上述方法中，步骤S1中，破碎机将垃圾破碎至2mm以下。

优选的，隔焰式回转窑使用时外加热层控制温度600～800℃，外加热层负压7～12kPa，隔焰式回转窑内层负压800～2000pa；所述悬浮焙烧炉使用时控制温度900～1100℃，负压5～10kPa。熔炼时的电炉温度控制在1100～1300℃。

本发明的有益效果：本发明经过垃圾预处理系统、垃圾焙烧系统、可燃气净化系统、发电系统、烟气处理系统、焙烧渣熔炼系统，通过不同反应阶段的设计，将城镇生活垃圾综合处理，并得到生铁等金属、建筑用水渣和部分电能。该方法可处理大多数生活垃圾，且在给入系统前不需对生活垃圾分类处理，同时本发明利用各反应阶段的反应温度不同，实现烟气、固体物料热量的充分利用，能最大限度的实现能源高效利用。

附图说明

图1为本发明实施例1中的城镇生活垃圾资源化处理系统和处理流程图。

具体实施方式

结合具体的实施例对本发明的实施方式进行描述，以便更好的阐述本发明。

实施例1

本实施例为一种城镇生活垃圾资源化处理方法，该方法应用的城镇生活垃圾资源化处理系统主要包含垃圾预处理系统、垃圾焙烧系统、可燃气净化系统、发电系统、烟气处理系统、焙烧渣熔炼系统等，如图1所示。具体方法如下：

(1)垃圾预处理系统：垃圾车进厂后，将垃圾卸至堆场，堆场内的垃圾经皮带给到破碎机，将垃圾破碎制2mm以下后给入垃圾焙烧系统；堆场的垃圾渗滤液通过收集装置收集过滤后，储存在垃圾渗滤液储罐中，送至焙烧熔炼系统；堆场所在车间为微负压环境，产生的恶臭气体由垃圾焙烧系统的悬浮焙烧炉的负压吸进焙烧炉，经焙烧作业、烟气处理作业后达标排放。

(2)垃圾焙烧系统：本发明中垃圾焙烧系统的处理步骤主要包括：生活垃圾首先给入隔焰式回转窑的内层，在隔焰式回转窑的高温环境内垃圾中的有机质经过烘干、脱水、热解，生产包含可燃性气体甲烷、H₂和CO的热解气体，热解气体给到可燃气净化系统净处理；悬浮焙烧炉膛内由排风机抽力作用形成负压，垃圾预处理系统垃圾堆场车间的恶臭气体、焙烧渣熔炼系统电炉产生的高温烟气与助燃空气一起从悬浮焙烧炉进气口给入，隔焰式回转窑热解后的固体颗粒给到悬浮焙烧炉，在悬浮焙烧炉内有机质进一步分解，固体物质D在重力作用下从掉料口落下，后续给入焙烧渣熔炼系统中的电炉进行熔炼；悬浮焙烧炉包括旋风分离器和灰斗，悬浮焙烧炉内产生的烟气A中的灰分物质B经旋风分离后收集进入灰斗，灰斗内的灰分物质B与除尘器收集的除尘灰E一起给到焙烧渣熔炼系统的灰分搅拌罐，分离后的高温烟气C进入隔焰式回转窑的加热层加热内层的生活垃圾，经过回转窑的烟气C再依次经过除尘器、脱硫脱硝系统处理后得到符合国家标准的烟气并排放；悬浮焙烧炉燃烧器用的可燃气体来自可燃气净化系统净化后的可燃气体。隔焰式回转窑外加热层控制温度600～800℃、外加热层负压7～12kPa；悬浮焙烧炉控制温度900～1100℃，系统负压5～10kPa。

(3)可燃气净化系统：该系统包括半干急冷塔、干式脱酸反应器、活性炭/消石灰喷射装置、袋式除尘器、洗涤塔等组成。隔焰式回转窑内产生的热解气体，通过急冷塔骤降200℃以下，可有效避免二噁英类物质的生成，同时除去部分灰尘；通过急冷塔后的烟气再由干式脱酸塔进行脱酸，脱除热解气中的酸性气体；后经过除尘器、洗涤塔等装置可得到洁净的可燃气。最终生产的可燃气热值可达到3500Kcal/Nm³以上；生成可燃气一部分给到悬浮焙烧炉做燃料，一部分给到发电系统发电。

(4)发电系统：可燃气净化系统生成的净化后的可燃气体用于悬浮焙烧炉燃烧和小型燃烧发电机组燃烧发电，发电系统产生烟气给入烟气处理系统的脱硫脱硝系统。得到的电能并入所述城镇生活垃圾资源化处理系统的电网，主要用于焙烧渣熔炼系统中的电炉使用。

(5)烟气处理系统：烟气处理的方法为悬浮焙烧炉的烟气通过隔焰式回转窑的加热层，然后在系统负压作用下进入烟气处理系统。首先进入电除尘器除灰，除尘器可回收烟气中99％的灰尘，除尘器收集的除尘灰给到焙烧渣熔炼系统内的搅拌罐。除尘后的烟气经过脱硫脱硝系统，将烟气中的二氧化硫、硝等污染物降到环境排放标准，其中二氧化硫排放标准小于35mg/Nm³,氮氧化物排放标准小于50mg/Nm³，达到超低排放要求。全系统仅保留烟气处理系统一处烟气排放口。

(6)焙烧渣熔炼系统：生活垃圾中含有的不易分解的金属等固体物质从悬浮焙烧炉掉料口落下，掉落的固体物质给入电炉中熔炼；悬浮焙烧炉的烟气经旋风分离器分离、灰斗收集的灰分物质和除尘器的除尘灰一起在搅拌罐内搅拌造球，同时将收集的垃圾渗滤液添加进搅拌罐，制成含水5％～10％的灰球，灰球给入电炉与悬浮焙烧炉掉落的固体物质一起熔炼，电炉温度控制在1100～1300℃，电炉内产生的高温烟气给入悬浮焙烧炉；熔炼电炉内将投入的物质熔炼成生铁等金属和熔炼渣，金属可进行回收，熔炼渣作为建筑用水渣外销。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims

1.一种城镇生活垃圾资源化处理系统，其特征在于，所述城镇生活垃圾资源化处理系统包括垃圾预处理系统、垃圾焙烧系统、可燃气净化系统、烟气处理系统、焙烧渣熔炼系统；

所述垃圾预处理系统包括垃圾堆场、破碎机、垃圾渗滤液收集装置，所述垃圾堆场所在空间为微负压环境，控制负压范围300～800Pa，所述垃圾渗滤液收集装置能够收集、过滤垃圾堆场中的垃圾渗滤液；

所述垃圾焙烧系统包括隔焰式回转窑、悬浮焙烧炉，所述悬浮焙烧炉包括旋风分离器和灰斗；

所述烟气处理系统包括除尘器、脱硫脱硝系统和排风机，脱硫系统设置在除尘器出口后，脱硝系统设置在除尘器前或除尘器后；

所述焙烧渣熔炼系统包括搅拌罐和电炉；

所述垃圾堆场连通悬浮焙烧炉进气口，悬浮焙烧炉炉膛内为负压，能够将垃圾堆场内的恶臭气体吸入，悬浮焙烧炉底部设置固体掉料口，悬浮焙烧炉出气口连通旋风分离器，旋风分离器出料口连接灰斗，旋风分离器出气口连通隔焰式回转窑外加热层入口；

系统负压均由烟气处理系统的排风机提供，烟气处理系统与隔焰式回转窑外加热层连通，隔焰式回转窑内层出料口连通悬浮焙烧炉，隔焰式回转窑内层出气口连通可燃气净化系统，所述可燃气净化系统能够将隔焰式回转窑中的有机质热解气体净化成主要包括甲烷、CO、H₂的净化后的可燃气体；

所述搅拌罐能够将进入的灰尘制成灰球，所述电炉的出气口连通悬浮焙烧炉进气口。

2.根据权利要求1所述的一种城镇生活垃圾资源化处理系统，其特征在于，所述城镇生活垃圾资源化处理系统还包括发电系统，所述发电系统包括燃烧发电机组，燃烧发电机组的燃料为所述可燃气净化系统净化后的可燃气体。

3.根据权利要求2所述的一种城镇生活垃圾资源化处理系统，其特征在于，所述发电系统为所述电炉供电。

4.使用权利要求1所述的城镇生活垃圾资源化处理系统对城镇生活垃圾进行资源化处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将垃圾卸至垃圾堆场，将垃圾堆场内的垃圾送入破碎机，破碎机将垃圾破碎后，送入隔焰式回转窑内层，垃圾堆场的垃圾渗滤液通过垃圾渗滤液收集装置收集并过滤，垃圾堆场所在空间为300-800Pa的微负压环境，悬浮式焙烧炉的炉膛内形成负压，垃圾堆场产生的恶臭气体、焙烧渣熔炼系统的电炉熔炼产生的高温烟气和助燃空气共同通过悬浮焙烧炉进气口进入悬浮焙烧炉；

S2：破碎后的垃圾送入隔焰式回转窑内层，在隔焰式回转窑内层的垃圾中的有机质经过烘干、脱水、热解，产生热解气体，热解气体经隔焰式回转窑内层出气口排出进入可燃气净化系统净化得到净化后的可燃气体；隔焰式回转窑内层的垃圾热解后的固体颗粒经隔焰式回转窑内层出料口进入悬浮焙烧炉炉膛，固体颗粒、垃圾堆场产生的恶臭气体、焙烧渣熔炼系统的电炉熔炼产生的高温烟气在悬浮焙烧炉内焙烧，产生的烟气A从悬浮焙烧炉的旋风分离器分离，旋风分离器分离出的灰分物质B从旋风分离器出料口进入灰斗，旋风分离器分离出的烟气C在系统负压作用下进入隔焰式回转窑的外加热层，用于加热隔焰式回转窑内层的垃圾；悬浮焙烧炉内焙烧后的固体物质D在重力作用下从掉料口落下；

S3：烟气C经隔焰式回转窑的外加热层加热内层的垃圾后，在系统负压作用下从外加热层出气口进入烟气处理系统，经除尘器除尘、脱硫脱硝系统处理后达标排放；

S4：将除尘器除尘后得到的除尘灰E和灰分物质B送入焙烧渣熔炼系统的搅拌罐内，同时将步骤S1中经过垃圾渗滤液收集装置收集并过滤的垃圾渗滤液添加进搅拌罐，在搅拌罐内搅拌造球，制成的灰球和固体物质D置入焙烧渣熔炼系统的电炉进行熔炼获得金属，电炉熔炼产生的高温烟气如步骤S1中所述送入悬浮焙烧炉，电炉产生的熔炼渣作为建筑用水渣。

5.根据权利要求4所述的对城镇生活垃圾进行资源化处理的方法，其特征在于，将所述步骤S2中得到的净化后的可燃气体送入悬浮焙烧炉的燃烧器，作为燃料使用。

6.根据权利要求4或5所述的对城镇生活垃圾进行资源化处理的方法，其特征在于，所述城镇生活垃圾资源化处理系统还包括权利要求2中所述的发电系统，发电系统的燃烧发电机组的燃料为所述步骤S2中得到的净化后的可燃气体，发电系统产生的烟气送入烟气处理系统中的脱硫脱硝系统处理，所得的电能用于给焙烧渣熔炼系统的电炉供电。

7.根据权利要求4或5所述的对城镇生活垃圾进行资源化处理的方法，其特征在于，所述步骤S1中，破碎机将垃圾破碎至2mm以下。

8.根据权利要求4或5所述的对城镇生活垃圾进行资源化处理的方法，其特征在于，所述隔焰式回转窑使用时外加热层控制温度600～800℃，外加热层负压7～12kPa，隔焰式回转窑内层负压控制范围800-2000Pa；所述悬浮焙烧炉使用时控制温度900～1100℃，负压5～10kPa。

9.根据权利要求4或5所述的对城镇生活垃圾进行资源化处理的方法，其特征在于，所述步骤S3中经脱硫脱硝系统处理后排放的气体中二氧化硫含量小于35mg/Nm³，氮氧化物含量小于50mg/Nm³。

10.根据权利要求4或5所述的对城镇生活垃圾进行资源化处理的方法，其特征在于，所述步骤S4中制成的灰球含水量5％～10％，熔炼时电炉温度1100～1300℃。