CN1566751A - 一种回转窑垃圾气化、炭灰共融的多级焚烧方法及其系统 - Google Patents

一种回转窑垃圾气化、炭灰共融的多级焚烧方法及其系统 Download PDF

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一种回转窑垃圾气化、炭灰共融的多级焚烧方法及其系统，涉及环保技术领域。本发明方法是将垃圾废物经破碎、压实后送入到回转窑气化炉内；和高温烟气逆流接触加热后，进行部分释热气化；生成低热值废物燃气进入高温熔融式燃烧炉，回转窑气化炉内固体残留物排除后经分选装置将金属单体分离，其余的炭分磨碎后由气力输送至高温熔融式燃烧炉中，和燃气一起进行熔融燃烧；熔渣经水淬后排出；排出的烟气，经余热锅炉进行热量回收，再急冷后经干法净化排向大气。本发明不仅可从根本上消除二恶英和重金属生成反应起触媒作用的飞灰源，而且能够在基本不增加能耗条件下提高系统燃烧的碳转化率，同时也对金属资源进行单体回收。

Description

一种回转窑垃圾气化、炭灰共融的多级焚烧方法及其系统
技术领域
本发明涉及环保技术领域，特别是针对医疗垃圾、卤素废物、废水污泥、污染土壤及其它危险废物利用回转窑气化熔融式多级焚烧技术。
背景技术
医疗垃圾、卤素废物等各种有毒危险废物在环境中任意存放或处理不当，都会对水体、大气和土壤造成严重污染，从而对人类健康和环境造成直接的威胁。而随着经济日益发展，危险废物产量也急剧增多，以北京市为例，1996年仅医疗废物产量就为2738吨，而20种危险废物总量1998年统计值则高达18.3万吨。因此，包括焚烧技术的各种危险废物处置技术日益引起重视。
以回转窑炉为基础的焚烧技术具有对毒性污染物质的高强度破坏性和对垃圾物料尺寸形态的良好适应性等优点，在国外危险废物焚烧处理中约占有75％份额，同时也成为我国环境政策优先支持的技术之一。然而，传统焚烧技术，包括回转窑、流化床和炉排炉都面临着十分严峻的二恶英和重金属污染的治理问题。1995年美国环保署测量表明城市垃圾焚烧炉的烟气中二恶英年排放量为492～2460g I-TEQ；焚烧底灰中二恶英的浓度约为106～466ng I-TEQ/kg；而飞灰更因富集了高达13000ng I-TEQ/kg而被视为极度危险废物。
中国专利97202456.5号专利技术“回转窑式垃圾焚烧炉”，以及中国专利00111640.1号专利技术“利用水泥回转窑处理危险废物的方法”都属于此类传统回转式焚烧技术，该类技术由于在操作中局部燃烧不充分会造成底灰中碳含量过高，而且也不能有效地消除对二恶英生成起触媒作用的飞灰源。而中国专利01256698.5号专利技术“废弃物回转窑焚烧炉”，虽能部分改进燃烧碳转化率，但是也没有任何涉及到对和二恶英生成相关的飞灰源的控制。此外，这些专利技术的另一个不利之处还在于回转窑内较高温度环境(约900℃)不仅不利于金属资源如Fe、Cu和Al的回收，而且也易造成有害重金属的挥发。
发明内容
针对上述现有技术状况和存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于医疗垃圾、卤素废物等有毒危险废物的焚烧方法及其系统，它不仅可从根本上消除二恶英和重金属生成反应起触媒作用的飞灰源，而且能够在基本不增加能耗条件下提高系统燃烧的碳转化率，同时也对金属资源进行单体回收。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种回转窑垃圾气化、炭灰共融的多级焚烧方法，其步骤为：1)医疗垃圾或其它危险废物经破碎、压实后由活塞给料机送入到回转窑气化炉内；2)回转窑气化炉内的废物和高温烟气逆流接触加热后，进行部分释热气化；3)气化生成低热值废物燃气进入高温熔融式燃烧炉，回转窑气化炉内固体残留物排除后经分选装置将金属单体分离，其余的炭分磨碎至1mm左右，由气力输送至高温熔融式燃烧炉中，和燃气一起在热空气助燃下进行熔融燃烧；4)高温熔融式燃烧炉的熔渣经水淬后排出；5)从高温熔融式燃烧炉中排出的烟气，经余热锅炉进行热量回收，再急冷至250℃以下，经干法净化后排向大气。
本发明的高温熔融式燃烧炉的燃烧室采用下行式气流床结构，室温＞1300℃，在抑制二恶英前驱物的同时，实现飞灰熔融，控制尾部烟道二恶英的重新合成。
对于本发明的气化熔融运行模式，回转窑气化炉空气系数为0.3～0.7，整个系统空气系数为1.2～1.3；对于燃烧熔融运行模式，回转窑炉空气系数为1.0～1.2，整个系统空气系数大于2.0。
本发明的回转窑气化炉内废物停留时间为1～2h，不同废物成分停留时间有所不同，停留时间变化可由转速调节，可调范围是0.1～5rpm；回转窑气化炉的窑体倾角为1/100～2/100，其窑体长径比(L/D)约为5～8。
本发明的干法净化是指采用干法反应塔即消石灰中和反应塔、袋式除尘器和活性炭喷射装置的组合工艺。
实现上述发明方法的系统，它包括由窑体、料斗、液压阀门、活塞给料机、垃圾进口、窑头摩擦密封、尾端摩擦密封、出灰口、刮板、分选器、粉碎器、燃油喷嘴、传动齿轮、托轮、一次风机、一次风口、窑体外壳、气体出口组成的回转窑气化炉，由燃烧室、燃气进口、燃油烧嘴、气力输送泵、切向二次风口、二次风机、淬渣水池、熔渣刮板、余热锅炉、受热面组成的高温熔融燃烧炉和由淬冷室、水喷管、烟气净化塔、消石灰贮槽、消石灰喷射装置、活性炭贮槽、活性炭喷射装置、布袋除尘器、烟囱和引风机组成的烟气净化设备，其结构特点是，所述回转窑气化炉的气体出口设置在窑体的轴向上方与所述高温熔融燃烧炉的燃气进口相接，回转窑气化炉出灰口的底部设置所述刮板，刮板下部两端分别设置所述的分选器和粉碎器，粉碎器的料出口与所述的气力输送泵的入口相接，气力输送泵的出口接入高温熔融燃烧炉中的燃烧室中；所述高温熔融燃烧炉余热锅炉的烟道出口与烟气净化设备的淬冷室的入口相接。
本发明系统的回转窑气化炉内采用可以部分抵消废物灰分和水分大、热值偏低的内热式逆流布置结构。
本发明系统的回转窑气化炉窑体的窑头摩擦密封和尾端摩擦密封的结构采用端面摩擦式机械密封结构。
本发明系统的高温熔融燃烧炉采用下行式气流床结构，其炉内壁敷设耐高温高铝质耐火层。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1.采用低温回转窑气化炉和高温熔融式燃烧炉相结合的分级燃烧技术，降低了烟气量，空气过量系数仅为1.2～1.3，NOx/SOx排放也随之较低，从而减少烟气处理费用；此外在不增加能耗情况下，提高了燃烧系统的碳转化率；
2.回转窑气化炉采用摩擦式机械密封，改进了密封效果；
3.垃圾在回转窑气化炉内低温还原性气氛下气化，金属成分如Fe、Cu尚未氧化，可以单体形式进行资源回收，而且不会随飞灰进入烟道增加粉尘排放。
4.下行气流床布置的高温熔融燃烧室可以在高温焚烧过程中同时实现飞灰熔融；
5.热解气化后炭分磨碎后和飞灰在1300℃高温燃烧，形成玻璃化致密性物质，消灭了二恶英生成前驱物及对二恶英De-novo合成反应起触媒作用的飞灰源，并采用烟气淬冷来防止二恶英重新合成；
6.本发明方法对我国相对较低热值的危险废物具有较好的适应性和可操作性，而且能耗与传统危险废物高温焚烧工艺相比没有增加。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是实现本发明方法的系统结构示意图；
图2是本发明系统的回转窑气化炉本体的结构放大图；
图3-1是本发明系统的回转窑气化炉窑体一种密封形式的局部放大图；
图3-2是本发明系统的回转窑气化炉窑体另一种密封形式的局部放大图；
图4是本发明系统的高温熔融式燃烧炉的局部放大图。
具体实施方式
本发明的方法步骤与上述的技术方案部分内容相同，在此不再赘述。参看图1至图4，实现本发明方法的系统包括由窑体1、料斗2、液压阀门3、活塞给料机4、垃圾进口5、窑头摩擦密封6、尾端摩擦密封7、出灰口8、刮板9、分选器10、粉碎器11、燃油喷嘴12、传动齿轮13、托轮14、一次风机15、一次风口16、窑体外壳17、气体出口18组成的回转窑气化炉，由燃烧室19、燃气进口20、燃油烧嘴21、气力输送泵22、切向二次风口23、二次风机24、淬渣水池25、熔渣刮板26、余热锅炉27、受热面28组成的高温熔融燃烧炉和由淬冷室29、水喷管30、烟气净化塔31、消石灰贮槽32、消石灰喷射装置33、活性炭贮槽34、活性炭喷射装置35、布袋除尘器36、烟囱37和引风机38组成的烟气净化设备。其中回转窑气化炉的可燃气体出口18设置在窑体1的轴向上方与所述高温熔融燃烧炉的燃气进口20相接。回转窑气化炉出灰口8的底部设置所述刮板9，刮板9下部两端分别设置所述的分选器10和粉碎器11。粉碎器11的料出口与所述的气力输送泵22的入口相接，气力输送泵22的出口接入高温熔融燃烧炉中的燃烧室19中。所述高温熔融燃烧炉余热锅炉27的烟道出口与烟气净化设备的淬冷室29的入口相接。其中所述回转窑气化炉内采用可以部分抵消废物灰分和水分大、热值偏低的内热式逆流布置结构。所述回转窑气化炉窑体1的窑头摩擦密封6和尾端摩擦密封7的结构采用端面摩擦式机械密封结构。所述高温熔融燃烧炉采用下行式气流床结构，其炉内壁敷设耐高温高铝质耐火层。
上述的回转窑气化炉的窑体1摩擦式机械密封结构，可采用如图3-1所示的弹簧缓冲式摩擦密封结构，它是由转动端39、静止端40、静端的轴向定位41、弹簧管42、填料43组成。也可采用如图3-2的适用于较大规模装置的重锤平衡软连接式摩擦密封结构，它是由转动端39、静止端40、填料43、起静止支点作用的杠杆44、重锤45和起伸缩缓冲作用的软连接46组成。
本发明在具体运行过程中可采用两种实施方式。
实施例1(气化+熔融燃烧的操作模式)
该实施例实现的是在回转窑气化炉窑体1内气化(空气系数0.3～0.5，通常取0.4)，产生燃气、残炭和飞灰在下行式高温熔融燃烧炉的燃烧室19内进行熔融燃烧。
如图1所示，步骤如下：(1)初步破碎的垃圾(粒径＜20cm)经料斗2、液压阀门3、活塞给料机4，最后由垃圾进口5进入窑体1内；(2)启动时辅助燃油从窑体1尾端的燃油喷嘴12加入，一次空气由一次风机15经一次风口16喷入，启动后燃油可以根据炉内温度的高低减少甚至关闭；(3)垃圾在炉内和逆向高温烟气直接接触，先后经历了加热、热解和气化过程；(4)产生的可燃气体由窑体的气体出口18排出，由燃气进口20进入高温熔融燃烧炉内；(5)产生的炭和不可燃物由窑体1的出灰口8排出，经分选器10将金属单体和部分大颗粒物排出后，进入粉碎器11后磨碎至1mm左右，再经气力输送泵22进入高温熔融燃烧炉的燃烧室19；(6)燃气、飞灰和炭分在燃烧室19内进行燃烧，熔融后烟气进入余热锅炉27进行热量回收，而熔渣则进入淬渣水池25并由刮板26排出；(7)余热锅炉排出烟气首先进入烟气净化设备的淬冷室29，冷却至250℃以下，然后进入干法烟气净化塔31脱除酸性污染物后，再通过活性炭喷射装置35喷入适量活性炭对二恶英和重金属进行吸附后，进入布袋除尘器36、经引风机38排入烟囱37。
实施例2(初次燃烧+高温熔融式补燃的操作模式)
该实施例实现的是在回转窑气化炉窑体1内燃烧(空气系数取1.2)，产生烟气和飞灰，然后进入下行式高温熔融燃烧炉的燃烧室19内进行补燃、熔融。
该实施方式与前述实施方式的相同部分不再赘述，不同之处在于：实施例1中所述的步骤(5)。由于本实施例在燃烧过程产生残炭量很少，而且主要集中于细炭中，所以只是将1mm以下细炭收集即可，无需残炭的破碎工艺，收集后细炭可以直接送入高温熔融燃烧炉的燃烧室19中，和燃气、飞灰一道熔融燃烧，既提高碳转化率，又可作为助融燃料。
另一个不同之处是：实施例1中所述的步骤(6)。本实施例进入高温熔融燃烧炉的燃烧室19的气体不是燃气，而是烟气，须消耗更多燃油来进行熔融燃烧，因此工艺的经济性降低，但是工艺的操作性却变得简便、易行。

Claims (10)

1.一种回转窑垃圾气化、炭灰共融的多级焚烧方法，其步骤为：1)医疗垃圾或其它危险废物经破碎、压实后由活塞给料机送入到回转窑气化炉内；2)回转窑气化炉内的废物和高温烟气逆流接触加热后，进行部分释热气化；3)气化生成低热值废物燃气进入高温熔融式燃烧炉，回转窑气化炉内固体残留物排除后经分选装置将金属单体分离，其余的炭分磨碎至1mm左右，由气力输送至高温熔融式燃烧炉中，和燃气一起在热空气助燃下进行熔融燃烧；4)高温熔融式燃烧炉的熔渣经水淬后排出；5)从高温熔融式燃烧炉中排出的烟气，经余热锅炉进行热量回收，再急冷至250℃以下，经干法净化后排向大气。
2.按照权利要求1所述的回转窑垃圾气化、炭灰共融的多级焚烧方法，其特征在于：所述高温熔融式燃烧炉的燃烧室采用下行式气流床结构，室温＞1300℃，在抑制二恶英前驱物的同时，实现飞灰熔融，控制尾部烟道二恶英的重新合成。
3.按照权利要求1所述的回转窑垃圾气化、炭灰共融多级焚烧方法，其特征在于：对于气化熔融运行模式，所述回转窑气化炉空气系数为0.3～0.7，整个系统空气系数为1.2～1.3；对于燃烧熔融运行模式，所述回转窑炉空气系数为1.0～1.2，整个系统空气系数大于2.0。
4.按照权利要求1所述的回转窑垃圾气化、炭灰共融的多级焚烧方法，其特征在于：所述回转窑气化炉内废物停留时间为1～2h，不同废物成分停留时间有所不同，停留时间变化可由转速调节，可调范围是0.1～5rpm；回转窑气化炉的窑体倾角为1/100～2/100，其窑体长径比(L/D)约为5～8。
5.按照权利要求1所述的回转窑垃圾气化、炭灰共融的多级焚烧方法，其特征在于：所述干法净化是指采用干法反应塔即消石灰中和反应塔、袋式除尘器和活性炭喷射装置的组合工艺。
6.实现如权利要求1所述的回转窑垃圾气化、炭灰共融的多级焚烧方法的系统，它包括由窑体(1)、料斗(2)、液压阀门(3)、活塞给料机(4)、垃圾进口(5)、窑头摩擦密封(6)、尾端摩擦密封(7)、出灰口(8)、刮板(9)、分选器(10)、粉碎器(11)、燃油喷嘴(12)、传动齿轮(13)、托轮(14)、一次风机(15)、一次风口(16)、窑体外壳(17)、气体出口(18)组成的回转窑气化炉，由燃烧室(19)、燃气进口(20)、燃油烧嘴(21)、气力输送泵(22)、切向二次风口(23)、二次风机(24)、淬渣水池(25)、熔渣刮板(26)、余热锅炉(27)、受热面(28)组成的高温熔融燃烧炉和由淬冷室(29)、水喷管(30)、烟气净化塔(31)、消石灰贮槽(32)、消石灰喷射装置(33)、活性炭贮槽(34)、活性炭喷射装置(35)、布袋除尘器(36)、烟囱(37)和引风机(38)组成的烟气净化设备，其特征在于：所述回转窑气化炉的气体出口(18)设置在窑体(1)的轴向上方与所述高温熔融燃烧炉的燃气进口(20)相接，回转窑气化炉出灰口(8)的底部设置所述刮板(9)，刮板(9)下部两端分别设置所述的分选器(10)和粉碎器(11)，粉碎器(11)的料出口与所述的气力输送泵(22)的入口相接，气力输送泵(22)的出口接入高温熔融燃烧炉中的燃烧室(19)中；所述高温熔融燃烧炉余热锅炉(27)的烟道出口与烟气净化设备的淬冷室(29)的入口相接。
7.按照权利要求6所述的系统，其特征在于：所述回转窑气化炉内采用可以部分抵消废物灰分和水分大、热值偏低的内热式逆流布置结构。
8.按照权利要求6所述的系统，其特征在于：所述回转窑气化炉窑体(1)的窑头摩擦密封(6)和尾端摩擦密封(7)的结构采用端面摩擦式机械密封结构。
9.按照权利要求6所述的系统，其特征在于：所述高温熔融燃烧炉采用下行式气流床结构，其炉内壁敷设耐高温高铝质耐火层。
10.按照权利要求8所述的系统，其特征在于：所述端面摩擦式机械密封结构为弹簧缓冲式摩擦密封或重锤平衡软连接式摩擦密封。
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