CN214619560U - 一种用于城市垃圾处理的多类别垃圾综合协同处理装置 - Google Patents

Abstract

一种用于城市垃圾处理的多类别垃圾综合协同处理装置，在二燃室的顶部设有主燃烧器和辅助燃烧器，主燃烧器为具有内锥旋流器和外锥旋流器的旋流燃烧器，内锥旋流器由上吸式导气管与热解气化炉的顶部相连，外锥旋流器与二次助燃风管道相连，辅助燃烧器为枪式燃烧器并插设在主燃烧器的中部，辅助燃烧器分别与外接燃料管道和二次助燃风管道相连；二燃室中还设有蓄热体，蓄热体由多块耐火砖经间隔码放堆叠形成，多块耐火砖之间的间隙形成多条曲折形的燃烧孔道，以使合成气经燃烧孔道充分燃烧；本实用新型不仅解决固废垃圾处理的问题，净化了环境，还可以资源化余热利用，可以供热、供暖或发电，而且无沼液等废水排放，实现能源循环利用。

Description

一种用于城市垃圾处理的多类别垃圾综合协同处理装置

技术领域

本实用新型涉及垃圾处理再利用设备领域，具体的说是一种用于城市垃圾处理的多类别垃圾综合协同处理装置。

背景技术

生活垃圾、市政污泥与餐厨垃圾处理是当前城镇市政基础设施建设的重要内容，实现生活垃圾、市政污泥及餐厨垃圾的“减量化、无害化、资源化”处置是各级政府建设“美丽城市”的重要抓手，更是变废为宝，节能减排的重要途径。然而分别建厂处置不仅投资高、占地面积大，而且能源消耗大、浪费严重。

生活垃圾处理方式中，一种用于垃圾热解气化燃烧的新技术受到环保人士关注，其投资小、设备简单、污染物生成低等优势，因而具有较大的发展空间。在CN201820326425.5公开的一种生活垃圾热解气化富氧二次燃烧低污染排放系统、CN201720755173.3公开的一种垃圾热解气化燃烧炉、CN202010382469.1公开的一种用于工业垃圾和污泥的热解气化系统等其他相关专利中，普遍采用热解气化炉和二次燃烧炉配合。垃圾经热解气化炉分解为甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳及挥发性有机物等组成的合成气，合成气通入二燃室中进一步燃烧分解，尾气统一经烟气净化装置处理达标后排放。由于垃圾热值低，水分含量高，且成分不稳定，因此热解气化过程产生的合成气也不稳定，造成二燃室温度波动范围大，甚至低于最低允许温度，低于850℃则严重影响二噁英的分解解毒。针对此问题一般需要大量补充燃料助燃，否则将产生大量的二噁英排放，这将明显增加垃圾处理成本，且起不到防治污染的目的。

餐厨垃圾、市政污泥普遍采用厌氧发酵技术产生可燃的沼气，目前是一种有效的处理途径。但在产生沼气的同时，大量的沼液、沼渣处理/利用也是棘手问题。CN202010702090.4公开的一种以垃圾焚烧发电厂为核心的静脉产业园系统、CN201610164888.1公开的一种餐厨废弃物与生活垃圾焚烧发电协同处理工艺以及CN201911116172.4公开的餐厨垃圾与生活垃圾协同处理方法中，将沼液进入废水处理站净化处置，或将沼液进行处理达到城市污水管网排入标准后排入到城市污水管网，而废水处理站中针对沼液的生化处理技术复杂、投资及运行费用较高。CN202011054286.3公开的一种混合生活垃圾分拣无害化处理系统中，沼液一部分做为菌液回流厌氧发罐再利用，另外一部分作为花木喷灌用水，使有机垃圾实现完全的资源回收再利用，且不会产生有害物质。但是沼液目前在农村资源化利用有一定的困难，受季节、运输、环境条件限制，尤其是运输环节的成本居高不下，不利于沼液的再利用。

实用新型内容

本实用新型旨在提供用于城市垃圾处理的多类别垃圾综合协同处理装置，不仅解决垃圾处理的问题，净化了环境，还可以资源化余热利用，可以供热、供暖或发电，而且无沼液等废水排放，实现能源循环利用。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的具体方案为：

一种用于城市垃圾处理的多类别垃圾综合协同处理装置，包括焚烧设备和发酵设备，焚烧设备包括热解气化炉、二燃室以及烟气净化系统，烟气净化系统具有急冷塔、半干法脱酸塔、布袋除尘器以及烟囱，发酵设备包括垃圾预处理池、厌氧发酵罐、沼气包以及沼液处理池，

在二燃室和烟气净化系统之间设有烟气余热利用系统，烟气余热利用系统具有利用烟气热量产生蒸汽的余热锅炉和利于烟气热量加热助燃空气的空气换热器，空气换热器的助燃空气进口连接有进风鼓风机，助燃空气出口连接在三通的一端，三通的剩余两端分别连接有一次助燃风管和二次助燃风管，一次助燃风管连接在热解气化炉底部的旋转炉排上，二次助燃风管连接在二燃室上；

在二燃室的顶部设有主燃烧器和辅助燃烧器，主燃烧器为具有内锥旋流器和外锥旋流器的旋流燃烧器，内锥旋流器由上吸式导气管与热解气化炉的顶部相连，外锥旋流器与二次助燃风管道相连，辅助燃烧器为枪式燃烧器并插设在主燃烧器的中部，辅助燃烧器分别与外接燃料管道和二次助燃风管道相连；

厌氧发酵罐通过阀门和余热锅炉的蒸汽管道相连以通过余热锅炉产生的蒸汽调节厌氧发酵罐中的发酵温度，沼气包与所述外接燃料管道相连以供辅助燃烧器喷射沼气燃烧，沼液处理池用于沉淀过滤沼液并将液态沼液通入急冷塔内，急冷塔内设有喷枪，喷枪用于将液态沼液以雾化形式喷入急冷塔中。

优选的，在急冷塔的底部设有用于收集沉降颗粒的灰斗，在灰斗和热解气化炉的进料口之间还设有输送沉降颗粒的气力输送机构。

优选的，喷枪冗余布置，并具有自动投切功能。

由于采用了以上技术方案，本实用新型的有益效果为：

本实用新型具有焚烧设备和发酵设备，发酵设备通过厌氧发酵罐对市政污泥和餐厨垃圾进行发酵，产生的沼气引入沼气包储存，并作为燃烧设备二燃室中的可调整输入能源以调整二燃室温度，通过沼气的燃烧保证二燃室内不低于 850度，确保二噁英充分分解。厌氧发酵罐中少量不宜发酵的残渣经输送装置与生活垃圾混合，随生活垃圾进入热解气化炉中充分热解焚烧，进一步产生合成气。厌氧发酵罐中发酵需要的热源取自焚烧设备中二燃室烟气余热利用系统中的余热锅炉，做到循环利用。烟气余热利用系统中还包括用于加热助燃空气的空气换热器，将经由空气换热器加温后的助燃空气分别通入热解气化炉和二燃室辅助燃烧，优化了现有垃圾焚烧设备中依靠新增的热源的助燃空气供应方式，减少了垃圾焚烧设备所必须的功能单元(新增的热源)，进一步利于垃圾焚烧设备的小型化。厌氧发酵罐中的沼液经简单沉淀、过滤处理进行资源化利用，作为急冷塔降温利用。

厌氧发酵罐中的沼液经沉淀、过滤处理并通过喷枪喷入急冷塔后，不仅可作为减温水控制急冷塔出口温度，在500-200度区间停留时间小于1秒，避开二噁英的二次合成，而且因沼液具有弱碱性，具有一定的脱酸作用，使急冷塔具备一定的脱酸功能，减轻了后续半干法脱酸塔的脱酸作业压力，减少脱酸用碱液的使用量，进一步降低垃圾处理成本。沼液在通过喷雾进入急冷塔后，因自身水分蒸发，沼液中的有机物微粒因碰撞而凝聚产生颗粒，该颗粒在急冷塔沉降，经收集后随生活垃圾一同送入热解气化炉中燃烧释放热量并产生合成气，进一步充分利用沼液。与现有技术中的将沼液经生化处理达标排放或进行植物灌溉的利用方式相比，本实用新型中的沼液在装置系统内部即充分利用，不需要进行生化处理并外排，减轻了污水处理压力；对沼液利用困难的地方，不需要经过长距离管道运输后浇灌土地，大幅减少了沼液利用的投入成本。

此外，本实用新型中的二燃室中具有蓄热体，蓄热体由多块耐火砖经间隔码放堆叠形成，多块耐火砖之间的间隙形成多条曲折形的燃烧孔道。蓄热体在通过辅助燃烧器加热升温后，热解气化炉中的合成气经主燃烧器混合二次助燃风喷射至蓄热体后即开始燃烧分解，蓄热体则持续吸热升温。因蓄热体自身具有较高的热传导和热辐射能力，故在热解气化炉中合成气产量波动，二燃室内仅有少量合成气燃烧时，仍能通过蓄热体的持续放热以维持二燃室内850℃以上的高温状态，进而避免因合成气产量少导致的二燃室内快速降温而使二噁英大量产生的技术问题。与此同时，本实用新型在合成气产量波动状态下通过蓄热体自身而非辅助燃烧器维持二燃室的高温状态，使得本实用新型对于辅助燃油的使用量与现有技术相比大大降低，减轻了垃圾焚烧的处理成本。

本实用新型中蓄热体的多燃烧孔道布置使合成气在通过烟气管道排出二燃室前，强制合成气在二燃室内沿燃烧孔道以曲折蜿蜒路径流动。与现有技术中直上直下式的二燃室相比，更能够充分利用二燃室内的空间，延长合成气在二燃室中的停留时间，从而延长其燃烧时间，使燃烧充分，更有利于二噁英彻底分解。

本实用新型中蓄热体的多燃烧孔道布置还使合成气在流经曲折蜿蜒的燃烧孔道过程中因碰撞耐火砖而产生剧烈的气体扰动，强化了合成气和二次助燃风的混合，进一步使燃烧充分。

本实用新型中蓄热体的多燃烧孔道还使合成气携带的粉尘在流动中碰撞耐火砖而产生沉降作用，使蓄热体具备一定的除尘能力，从而降低下游设备磨损及除尘负荷。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中二燃室内蓄热体部分的一种实施方式的横向剖视图；

图3为本实用新型中二燃室内蓄热体部分的另一种实施方式的纵向剖视图；

图中标记：A、焚烧设备，1、热解气化炉，101、旋转炉排，2、二燃室， 201、蓄热体，202、燃烧孔道，203、辅助燃烧器，204、主燃烧器，205、上吸式导气管，206、耐火砖，207、空心型腔，208、耐火垫块，3、烟气余热利用系统，301、余热锅炉，302、进风鼓风机，303、空气换热器，304、二次助燃风管， 305、三通，306、一次助燃风管，4、烟气净化系统，401、烟囱，402、布袋除尘器，403、活性炭粉加入装置，404、半干法脱酸塔，405、急冷塔，406、喷枪， B、发酵设备，5、垃圾预处理池，6、厌氧发酵罐，7、沼气包，8、沼液处理池。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的一种生活垃圾、市政污泥以及餐厨垃圾，包括焚烧设备A和发酵设备B。焚烧设备A与常规生活垃圾焚烧装置相同，均包括热解气化炉1、二燃室2以及烟气净化系统4，烟气净化系统4具有急冷塔405、半干法脱酸塔404、布袋除尘器402以及烟囱401。生活垃圾在热解气化炉1中燃烧产生合成气，合成气在二燃室2中充分燃烧放出热量、分解二噁英并产生烟气，烟气经余热利用后依次通过急冷塔405、半干法脱酸塔404以及布袋除尘器 402后达标通过烟囱401排放。在急冷塔405中通过喷入减温水使得烟气急速降温，避免二噁英在500-200℃环境中停留时间过长而二次合成。在半干法脱酸塔 404中，通过喷入一定浓度的碱液与烟气充分混合，脱除烟气中的酸性物质，如：二氧化硫、氯化氢、氟化氢等。发酵设备B也与常规垃圾发酵设备B相同，均包括垃圾预处理池5、厌氧发酵罐6、沼气包7以及药液处理池8。餐厨垃圾与市政污泥混合经粉碎后进入垃圾预处理池5中，通过热水解预处理，破坏胶体结构，破坏生物污泥细胞，释放胞内水份，提高脱水性能，利于有机物水解。然后进入厌氧发酵罐6中进行发酵，生成的沼气引入沼气包7中，沼液进入药液处理池8 中进行处理。

与现有常规技术不同的是：

首先，在本实用新型的焚烧设备A中，在二燃室2和烟气净化系统4之间设有烟气余热利用系统3，烟气余热利用系统3具有利于烟气热量加热助燃空气的空气换热器303和利用烟气热量产生蒸汽的余热锅炉301。使二燃室2排放的烟气依次经过余热锅炉301和空气换热器303充分利于热能后再进入急冷塔 405中进行后续处理。空气换热器303壳程的一端连接有进风鼓风机302，进风鼓风机302将常温助燃空气引入空气换热器303内，常温助燃空气在空气换热器 303内吸收高温烟气的热量升温后形成高温助燃空气并由壳程的另一端排出。壳程的另一端与三通305相连，三通305的剩余两端分别连接有一次助燃风管306 和二次助燃风管304，一次助燃风管306连接在热解气化炉1底部的旋转炉排101 上，二次助燃风管304连接在二燃室2上。

本实用新型的二燃室2顶部设有控制二燃室2内燃烧的主燃烧器204和辅助燃烧器203。主燃烧器204为具有内锥旋流器和外锥旋流器的常规形式的旋流燃烧器。旋流燃烧器的内锥旋流器由上吸式导气管205与热解气化炉1的顶部相连，外锥旋流器与二次助燃风管304相连。外锥旋流器中的二次助燃风经切向均布的导向叶片，呈旋转气流，具有较强的卷吸作用，能使二次助燃风与合成气强烈混合，有助于燃烧充分。辅助燃烧器203为枪式燃烧器并插设在主燃烧器 204的中部，辅助燃烧器203分别与外接燃料和二次助燃风管304道相连，起点火和稳燃作用。

二燃室2中位于主燃烧器204和辅助燃烧器203的下方还设有蓄热体201。蓄热体201由多块耐火砖206经间隔码放堆叠形成，耐火砖206为碳化硅材质，多块耐火砖206之间的间隙形成多条曲折形的燃烧孔道202，以使合成气经燃烧孔道202充分燃烧后再通过烟气管道进入烟气余热利用系统3。本实施例中的耐火砖206为实心结构，如图2所示的，耐火砖206的码放堆叠方式为：同层耐火砖206均朝向相同方向码放，相邻两层耐火砖206的摆放方向垂直分布。燃烧孔道202由相邻耐火砖206之间的码放间隙组成。

本实施例在垃圾焚烧处理过程中，由辅助燃烧器203实现初次启动点火并加热蓄热体201至设定温度后，方可通入合成气，实现连续、稳定燃烧。合成气进入二燃室2后，卷吸蓄热体201的辐射热和对流热被迅速被点燃，然后与二次助燃空气混合，旋转下行，通过多孔蓄热体201，实现多回程、多空间燃烧。当二燃室2温度超过设定值，降低一次助燃风管306的风量，减少合成气产生量；同时增加二次助燃风管304的风量，维持二燃室2的高温状态。在合成气产量极限波动，通过蓄热体201放热无法维持二燃室2内温度时，再次启动辅助燃烧器 203，保持二燃室2温度，保证合成气稳定、充分燃烧，确保二噁英解毒彻底。

如图3所示的，在本实用新型蓄热体201的其它实施方式中，所有耐火砖206的空心型腔207均沿竖直方向分布，相邻两层耐火砖206的空心型腔207 交错分布，并在相邻两层耐火砖206之间设有耐火垫块208，耐火垫块208采用与耐火砖206相同的材质。燃烧孔道202由耐火砖206自身的空心型腔207、同层耐火砖206之间的码放间隔以及相邻两侧耐火砖206之间由耐火垫块208隔绝出的间隙共同构成。通过空心耐火砖206的此种摆放堆叠形式，进一步提高了单位体积内的燃烧孔道202数量和曲折度，进一步延长了合成气的燃烧时间，达到更优的分解二噁英和降尘效果。

其次，在本实用新型的发酵设备B中，厌氧发酵罐6通过阀门和余热锅炉301的蒸汽管道相连以通过余热锅炉301产生的蒸汽调节厌氧发酵罐6中的发酵温度。沼气包7与所述外接燃料管道相连以供辅助燃烧器203喷射沼气燃烧。而药液处理池8用于沉淀过滤沼液并将液态沼液通入急冷塔405内，急冷塔405 内设有喷枪406，喷枪406用于将液态沼液以雾化形式喷入急冷塔405中。当喷枪406堵塞，可自动判别并进行投切，保证急冷塔控温稳定。为实现喷枪406 堵塞的自动判别并投切，本实施例中具有控制系统。控制系统具有用于监测喷枪 406流量和压力的检测元件以及与检测元件信号连接的电脑控制器。当喷枪406 堵塞后，检测元件所测得流量降低而压力升高，即由电脑控制器做出其堵塞判断，继而迅速控制投切，从而保证急冷塔405中温度稳定。

本实用新型的生活垃圾市政污泥以及餐厨垃圾协同处理方法包括以下两个协同步骤：

1)、将生活垃圾粉碎后送入热解气化炉1中，经热解、气化燃烧产生合成气和灰渣。灰渣作为固体废弃物利用或填埋，极少量飞灰经固化处理后填埋。合成气通入二燃室2中经850℃以上燃烧，将合成气燃烧产生的烟气通入烟气净化系统4，烟气经烟气净化系统4处理达标后排放。在二燃室2和烟气净化系统 4之间设置烟气余热利用系统3，通过烟气余热利用系统3中的空气换热器303 加热助燃空气并将升温后的助燃空气分别通入热解气化炉1和二燃室2中进行助燃；在二燃室2中设置蓄热体201，由蓄热体201吸收合成气燃烧产生的热量以维持二燃室2中高于850℃的高温状态；在二燃室2中设置辅助燃烧器203，辅助燃烧器203通过燃烧外接燃料辅助维持二燃室2中高于850℃的高温状态。

2)、餐厨垃圾与市政污泥按一定比例混合形成污泥垃圾，市政污泥与餐厨垃圾混合形成的污泥垃圾的含固率8-18％，有机物含量大于40％，提高污泥有机物含量，提高厌氧发酵产气率。处理技术路线概括为“预处理+厌氧发酵+沼气利用及沼渣、沼液处理”，具体的：

污泥垃圾经热水解处理后转入厌氧发酵罐6中进行发酵，发酵热源取用烟气余热利用系统3中的余热锅炉301，通过阀门调节蒸汽流量使厌氧发酵罐6 中的发酵温度维持在55-58℃。

厌氧发酵罐6中产生的沼气引入沼气包7中供前述辅助燃烧器203使用，用作二燃室2中初次启动或稳燃热源的外接燃料。

厌氧发酵罐6中的沼液经沉淀、过滤后以喷雾的形式通入烟气净化系统 4中的急冷塔405中并作为减温水使用，通过减温水控制急冷塔405出口温度在 200-500℃且烟气停留时间小于1s，避开二噁英的二次合成温度区间。同时沼液具有弱碱性，具有一定的脱酸作用，故可通过沼液在急冷塔405中对烟气进行初步脱酸，减轻后续半干法脱酸塔404中的脱酸作业压力和碱液的使用量。在急冷塔405的底部收集沼液因水分蒸发使沼液中的有机物微粒碰撞形成的颗粒，将颗粒送入热解气化炉1中燃烧热解生成合成气。

沼液沉淀及过滤物的固态物与厌氧发酵罐6中的发酵残渣混入生活垃圾中后送入热解气化炉1中。生活垃圾与沼液沉淀及过滤物的固态物与厌氧发酵罐 6中的发酵残渣按照比例混合后送入热解气化炉1中，其中生活垃圾重量份数比为5，沼液沉淀及过滤物的固态物与厌氧发酵罐6中的发酵残渣的重量份数比为 1。

Claims (3)

1.一种用于城市垃圾处理的多类别垃圾综合协同处理装置，包括焚烧设备(A)和发酵设备(B)，焚烧设备(A)包括热解气化炉(1)、二燃室(2)以及烟气净化系统(4)，烟气净化系统(4)具有急冷塔(405)、半干法脱酸塔(404)、布袋除尘器(402)以及烟囱(401)，发酵设备(B)包括垃圾预处理池(5)、厌氧发酵罐(6)、沼气包(7)以及沼液处理池(8)，其特征在于：

在二燃室(2)和烟气净化系统(4)之间设有烟气余热利用系统(3)，烟气余热利用系统(3)具有利用烟气热量产生蒸汽的余热锅炉(301)和利于烟气热量加热助燃空气的空气换热器(303)，空气换热器(303)的助燃空气进口连接有进风鼓风机(302)，助燃空气出口连接在三通(305)的一端，三通(305)的剩余两端分别连接有一次助燃风管(306)和二次助燃风管(304)，一次助燃风管(306)连接在热解气化炉(1)底部的旋转炉排(101)上，二次助燃风管(304)连接在二燃室(2)上；

在二燃室(2)的顶部设有主燃烧器(204)和辅助燃烧器(203)，主燃烧器(204)为具有内锥旋流器和外锥旋流器的旋流燃烧器，内锥旋流器由上吸式导气管(205)与热解气化炉(1)的顶部相连，外锥旋流器与二次助燃风管(304)道相连，辅助燃烧器(203)为枪式燃烧器并插设在主燃烧器(204)的中部，辅助燃烧器(203)分别与外接燃料管道和二次助燃风管(304)道相连；

厌氧发酵罐(6)通过阀门和余热锅炉(301)的蒸汽管道相连以通过余热锅炉(301)产生的蒸汽调节厌氧发酵罐(6)中的发酵温度，沼气包(7)与所述外接燃料管道相连以供辅助燃烧器(203)喷射沼气燃烧，沼液处理池(8)用于沉淀过滤沼液并将液态沼液通入急冷塔(405)内，急冷塔(405)内设有喷枪(406)，喷枪(406)用于将液态沼液以雾化形式喷入急冷塔(405)中。

2.根据权利要求1所述的一种用于城市垃圾处理的多类别垃圾综合协同处理装置，其特征在于：在急冷塔(405)的底部设有用于收集沉降颗粒的灰斗，在灰斗和热解气化炉(1)的进料口之间还设有输送沉降颗粒的气力输送机构。

3.根据权利要求1所述的一种用于城市垃圾处理的多类别垃圾综合协同处理装置，其特征在于：喷枪(406)冗余布置，并具有自动投切功能。

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