CN1701865A - 城市生活垃圾无害化能源化处理新方法及新用途 - Google Patents

Abstract

一种城市生活垃圾无害化能源化处理新方法及新用途，将城市生活垃圾经分选后，进行破碎，破碎后加石灰，再加粘结剂、助燃剂，进行混料，最后成型固化干燥，其用途作为水泥生产的低热值燃料。本发明投资少，操作简单，处理城市生活垃圾无害化能源化，消除二次污染，是一种环保技术，并为建材生产提供了新能源新用途。

Description

城市生活垃圾无害化能源化处理新方法及新用途

技术领域：

本发明涉及一种环保技术的开发应用，具体涉及一种城市生活垃圾无害化能源化处理新技术及新用途。

背景技术：

我国城市生活垃圾的发生量以年平均9％的速度增长，部分城市生活垃圾年均增长率达15～20％，人均日产生活垃圾1.16kg。在城市周围历年堆存的生活垃圾量已达60亿吨以上，侵占了至少5亿平方米的地面，现在每年全国新增加的城市生活垃圾采用简易填埋或露天堆放在城市郊区、江河沿岸的达8000万吨以上。

生活垃圾直接堆放和简易埋场向大气释放出大量的有害气体，其中含有致癌、致畸物，在堆放过程中形成有机污染物、重金属和病原微生物三位一体的污染。城市生活垃圾是一个长期存在的污染源，未经处理或处理不善造成严重的大气污染、地下水污染、土壤污染、土地被垃圾占用、自然景观被破坏等问题日趋严重，生物链及环境的过重污染，危及人类的生存。但同时，城市生活垃圾含有大量可燃物，又是一种总量不断增长可无限期开发利用的贮能资源，现全国每年城市生活垃圾贮能总量相当于1800～2000万吨标煤。另一方面，基本建设需求量大面广的水泥生产正大量耗费掉有限的煤碳、粘土资源及含氟、硫和金属元素的矿化剂。

从国内外专利与文献检索及实际应用情况来看，目前开发使用的城市固体废弃物能源化利用技术有垃圾的热处理技术，如焚烧、热解、气化，包括垃圾衍生燃料RDF技术，和生物转换技术：主要是填埋气利用。我国城市生活垃圾的处理方式有卫生填埋、堆肥、焚烧三种，大致构成填埋79％、堆肥19％、焚烧2％，其中焚烧包括制造RDF燃料。现有技术从技术上、开发周期上及经济上均存在不少问题，如利用效率偏低、利用规模相对较小、二次污染严重、经济性差等。

卫生填埋及填埋气利用技术：填埋处理工艺简单、成本低，其致命弱点就是场地处理和防渗施工难以达到要求，渗滤液可能对地下水造成长期严重的难以完全预料的污染，并随腐败过程释放出大量NH₃、H₂S、HCl等有毒有害气体；填埋气热值偏低、净化过程也易产生二次污染。

堆肥技术：可利用腐植物肥效，但占地多、周期长、受环境温湿度影响大，放出大量有害气体，且堆肥质量差、重金属含量高、病源体微生物量大，污染农作物，进入人类的食物链，进而对人类造成危害。

焚烧及垃圾焚烧发电技术：城市生活垃圾焚烧处理投资大、效率低(发电率仅10％∽15％)、无害化处理率低，很难达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》。焚烧过程容易产生粉尘、有毒微量元素、高温氯腐蚀、有机剧毒有害物质-二恶英及NOx、SOx、HCl、HF等及重金属污染等二次污染。垃圾焚烧后排出的灰渣通常含有害金属如汞、铅等，若处理不善，也会造成环境的二次污染。

垃圾衍生燃料(RDF)技术：RDF技术第一步必须对生活垃圾进行严格的分选，以去掉绝大部分不燃物，并须经干燥、粉碎至细的粒径，其分选、干燥、粉碎能耗高，还必须添加10％～40％的优质煤或焦油等，以确保能稳定燃烧，其焚烧过程存在二恶英污染、高温氯腐蚀、重金属污染等，其投资及运行成本高；分选的废渣含腐败物二次污染仍须填埋，灰渣亦需妥善处理。我国城市生活垃圾热值较发达国家偏低、波动大、在1850～6413kJ/kg范围，水份亦高，RDF技术的应用通常须加30％左右的优质煤，制造过程能耗大、二次污染更严重。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：针对我国现在人口众多、资源相对匮乏、能源消耗巨大、城市化扩张迅速、城市生活垃圾大量增加、以及现有技术处理城市生活垃圾能耗大、效率低、二次污染严重的问题；而提供一种投资少、操作简单、能充分利用城市生活垃圾中可燃物能量及无机不燃物中的可用成份、消除二次污染、并为建材生产提供新能源、新用途的城市生活垃圾无害化能源化处理新方法及新用途。

本发明采用的技术方案是：这种城市生活垃圾无害化能源化处理新方法是：将城市生活垃圾经分选后，进行破碎，破碎后加石灰，再加粘结剂、助燃剂，然后进行混料，最后成型固化，干燥。

这种城市生活垃圾无害化能源化处理后的新用途是：城市生活垃圾经上述新方法处理后，作为水泥生产的低热值燃料。

上述技术方案中的分选指在输送皮带上拆包、人工手选出大块的建筑垃圾等，必要时可采用风选、惯性分选、滚筒筛及振动筛分选等去掉块粒状无机物。我国城市生活垃圾实际上已普遍经过多道人工分拣、回收，其中有价值的金属、玻璃和塑料类等已被捡走，分拣的目的是尽可能减少破碎能耗，避免增加水泥烧成总能耗。

上述技术方案中的破碎指采用剪切式破碎机、滚刀式破碎机等将混合垃圾碎裂，以便于成型固化。

上述技术方案中的加石灰目的：一是调整无机灰渣中的石灰饱和系数，让灰渣中的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO能生成适当的硅酸盐矿物、铝酸盐矿物和铁铝酸盐矿物等，避免水泥熟料质量造成较大波动；二是阻止有机质腐败发臭；三是起粘结作用，提高固化强度。

上述技术方案中的加粘结剂指为改善成型条件、提高固化强度、便于干燥、搬运和使用的胶粘剂，如沥青(含浮化沥青)、焦油、废油、糊精、有机合成胶、天然胶物质等。

上述技术方案中的加助燃剂主要目的：一是加速生活垃圾的燃烧，促使燃烬；二是利用助燃剂中的高锰酸盐、硝酸盐等对垃圾防腐消毒，消除病原体微生物在搬运过程中对人及环境的污染。加入的助燃剂如以硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸铁、硝酸锰、硝酸镍、硝酸铈、高锰酸钾、高锰酸钠、重铬酸钠、重铬酸钾、三氧化二铁、二氧化锰、环烷酸钠、环烷酸钾、环烷酸镁、环烷酸铝、环烷酸钙、环烷酸镍、环烷酸铁、环烷酸锰、环烷酸铈、环烷酸镧等为主要组份的助燃剂。

上述技术方案中的混料指利用搅拌机或螺旋混料机对破碎后的生活垃圾、石灰、粘结剂、助燃剂混合。

上述技术方案中的成型固化指采用压制成型或螺旋挤压成型或辊式挤压成型，制成块状燃料。可采用经适当改进的压砖机、藕煤机等，粒径较少时可采用螺旋挤压成型机。

上述技术方案中的干燥指成型后的块状燃料经码垛、自然风干。

上述技术方案中的用途发明作为水泥生产低热值燃料指应用于旋窑和立窑生产水泥。应用于旋窑可采用机械抛入或卸入旋窑高温燃烧带，有机物燃烬放出的热量用于直接煅烧熟料，无机物反应成为合适的水泥熟料矿物，含氯、含氟塑料及产生的二恶英等剧毒物质在1500℃以上高温中烧烬，烟尘中的HCl、HF、SOx及重金属极细微粒被分解的高活性石灰石粉、粘土粉料幕吸附、截留成为水泥烧成的矿化剂组份而固定，NOx在燃烧带富燃气氛中被助燃剂中的催化剂催化还原成N₂和H₂O蒸汽；应用于立窑水泥生产，多孔的块状垃圾燃料卸入立窑中部，可有效的改善立窑内中部通风，防止中部因通风不良、温度过高产生料柱，提高立窑产量，灰渣及被CaO截留的氯、氟、硫及重金属元素成为矿化剂而固定。

本发明特点和显著效果：

1.对城市生活垃圾仅需做简单的分选，且粉碎要求不高；工艺简单，操作方便，实施容易；

2.生活垃圾得到了充分利用，其中的有机物作为燃料，无机物作为生产水泥的原料，可为水泥厂节约大量的优质煤和部分粘土、石灰石及矿化剂原料；是一种节能新技术；

3.可消除氟化物、氯化物、硫化物、二恶英及重金属污染，并利用了其中的热量和氟氯硫重金属元素的矿化作用，利于水泥熟料烧成；

4.可完全消除病原体微生物污染，加石灰消毒后，再加含强氧性助燃剂，可完全达到彻底灭菌要求，并能确保加工及干燥过程中可燃物不腐败浪费；是一种环保新技术；

5.加工处理能耗少，加工能耗较现有的焚烧技术(包括RDF技术)低得多，能源利用效率高，且投资少、工艺简单。

本发明的新方法新用途能为我国众多的城市带来显著的环保效果和节能效果，如对于一个100万人口的中等城市，其每天的生活垃圾废弃物可为水泥厂节省约200吨实物煤，并节省约500吨石灰石、粘土、矿化剂原料，且能有效地消除二次污染，可较实际地实现城市垃圾无害化、资源化目的。

具体实施方式：

实施本发明至少要解决以下六个方面的技术问题：

1.在尽可能不增加额外能耗情况下充分利用城市生活垃圾中的可燃物能量和无机物成份SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO及硫、氟、汞、铅、铜、镉等元素；

2.着火温度和燃烬性，包括对二恶英、氟碳化合物的完全燃烧；

3.有效消除HCl、HF、SOx、NOx、二恶英、呋喃及重金属元素污染，并利用其中的氯、氟、硫和重金属元素作矿化剂；

4.中、低压成型固化及强度问题；

5.垃圾处理场滤液及分选出的建筑垃圾等的无害化处置；

6.投资要少、周期要短、操作要简单、使用要量大面广，且固化垃圾搬运过程中不能对人及环境造成污染。

因此，本发明不是对现有技术的简单应用，它具有突出的实质性特点。

本发明的具体实施工艺路线如下：

进入堆场的城市生活垃圾布撒1～5％的石灰进行粗消毒和防腐抑制有机物分解；铲车或人力车送入带滤网的卸料槽或料仓，卸入皮带输送机上，经人工拆包手拣分选掉大块建筑垃圾等；破碎料送入混料机(单管螺旋混料器或双管螺旋混料器或强制式搅拌机)，依预取样分析情况连续或间歇性加石灰调整石灰饱和系数至0.5～1.0，依预取样分析情况再加粘结剂、助燃剂混合；混合料直接送入或经皮带送入压机或螺旋挤压成型机或对滚式压机压制成型；成型块状固体料送至堆场码堆，自然风干；风干后的块状固体燃料送至水泥厂作为燃料直接焚烧。

分拣出的大块建筑垃圾经皮带或人工送至堆场，加石灰进一步消毒后处置。

堆场滤液及料仓、破碎、压制成型滤液集中进入消毒池，加石灰及强氧化剂灭菌处理，依重金属含量情况加化学试剂沉淀，再经板框式压滤机压滤后，清水排入下水道，滤渣送至混料机使用。

操作间维持微负压运行，强制抽风机后设置低温催化燃烧器，以处理掉车间中少量有机挥发物。

Claims (9)

1.一种城市生活垃圾无害化能源化处理新方法，其特征在于将城市生活垃圾经分选后，进行破碎，破碎后加石灰，再加粘结剂、助燃剂，然后进行混料，最后成型固化、干燥。

2.根据权利要求1所述的城市生活垃圾无害化能源化处理新用途，其特征在于处理后作为水泥生产的低热值燃料。

3.根据权利要求1所述的城市生活垃圾无害化能源化处理新方法，其特征在于所述的分选指在输送皮带上拆包、人工手选出大块的建筑垃圾，或采用风选、惯性分选、滚筒筛及振动筛分选去掉块状无机物。

4.根据权利要求1所述的城市生活垃圾无害化能源化处理新方法，其特征在于所述的破碎指采用剪切式破碎机、滚刀式破碎机将混合垃圾破碎。

5.根据权利要求1所述的城市生活垃圾无害化能源化处理新方法，其特征在于所述的粘结剂为沥青、焦油、废油、糊精、有机合成胶或天然胶物质。

6.根据权利要求1所述的城市生活垃圾无害化能源化处理新方法，其特征在于所述的混料指利用搅拌机或螺旋混料机对破碎后的生活垃圾、石灰、粘结剂、助燃剂混合。

7.根据权利要求1所述的城市生活垃圾无害化能源化处理新方法，其特征在于成型固化指采用压制成型或螺旋挤压成型或辊式挤压成型，制成块状燃料。

8.根据权利要求1所述的城市生活垃圾无害化能源化处理新方法，其特征在于所述的干燥指成型后的块状燃料经码垛，自然风干。

9.根据权利要求1所述的城市生活垃圾无害化能源化处理新方法，其特征在于所述的助燃剂为采用硝酸盐或高锰酸盐、重铬酸盐、三氧化二铁、二氧化锰、环烷酸盐为主要组分的助燃剂。