WO2019237695A1 - 水泥窑协同处置生活垃圾发电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种水泥窑协同处置生活垃圾发电系统及方法。该发电系统包括垃圾接收与贮存系统、焚烧系统、渗滤液处理系统、臭气处理系统、余热锅炉系统、汽轮发电系统以及烟气净化系统，其中，接收与贮存系统包括卸料大厅(1)、垃圾储存坑(3)和进料装置(6)，其中，垃圾储存坑(3)与卸料大厅(1)连通；垃圾储存坑(3)上方设有垃圾行车(5)及与垃圾行车(5)连接的抓斗(4)，垃圾行车(5)设置为通过抓斗(4)将垃圾储存坑(3)内的垃圾送至进料装置(6)，进料装置(6)与焚烧系统相连；焚烧系统包括蒸汽-空气预热器(8)和与蒸汽-空气预热器(8)连接的炉排炉(7)，余热锅炉系统包括余热锅炉(10)，余热锅炉(10)和炉排炉(7)连接；渗滤液处理系统包括垃圾渗滤液池(2)和与垃圾渗滤液池(2)连接的渗沥液处理站，垃圾渗滤液池(2)与垃圾储存坑(3)相连；臭气处理系统与垃圾储存坑(3)相连；汽轮发电系统与余热锅炉(10)相连，余热锅炉(10)设置为与篦冷机相连；烟气净化系统设置为与篦冷机相连。
Description
本公开要求在2018年06月14日提交中国专利局、申请号为201810613415.4的中国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本公开中。
本公开涉及城市生活垃圾处理领域，例如涉及一种水泥窑协同处置生活垃圾发电系统及方法。
随着人们生活水平的提高，生活垃圾的排放也越来越多。这些数量庞大的生活垃圾已对城市及城市周围的生态环境构成日趋严重的威胁。传统的垃圾处理方法有填埋法、堆肥法和焚烧法。
虽然一些城市建立了垃圾焚烧和发电厂，但垃圾焚烧法存在处理量少，处理过程伴随着有害的气体(二噁英)、污水(垃圾渗滤液)以及废渣(重金属含量高)等排放问题，垃圾焚烧法存在一定的争议。
发明内容
本公开提供一种水泥窑协同处置生活垃圾发电系统及方法，将水泥生产、垃圾处置以及垃圾发电三种工艺技术相结合，是一种对垃圾焚烧产生的废气、灰渣及垃圾渗滤液进行无害化处理及有效利用的垃圾处理技术。
本公开提供一种水泥窑协同处置生活垃圾发电系统，包括垃圾接收与贮存系统、焚烧系统、渗滤液处理系统、臭气处理系统、余热锅炉系统、汽轮发电系统以及烟气净化系统，垃圾接收与贮存系统包括卸料大厅、垃圾储存坑和进料装置，其中，垃圾储存坑与所述卸料大厅连通；垃圾储存坑上方设有垃圾行车及与垃圾行车连接的抓斗，垃圾行车设置为通过抓斗将垃圾储存坑内的垃圾送至进料装置，进料装置与焚烧系统相连；所述焚烧系统包括蒸汽-空气预热器和与蒸汽-空气预热器连接的炉排炉；余热锅炉系统包括余热锅炉，炉排炉和余热锅炉连接；所述渗滤液处理系统包括垃圾渗滤液池和与垃圾渗滤液池连接的渗沥液处理站，垃圾渗滤液池与垃圾储存坑相连；所述臭气处理系统与垃圾储存坑相连；所述汽轮发电系统与余热锅炉相连，余热锅炉设置为与篦冷机相连； 所述烟气净化系统设置为与篦冷机相连。
在一实施例中，所述炉排炉采用顺推式炉排或逆推式炉排。
在一实施例中，所述臭气处理系统包括洗涤塔以及活性炭吸附除臭装置。
在一实施例中，所述余热锅炉为卧式锅炉，余热锅炉的蒸汽参数选用蒸汽压力4.0兆帕，蒸汽温度400摄氏度。
在一实施例中，所述汽轮发电系统包括汽轮机以及主蒸汽旁路系统，汽轮机和主蒸汽旁路系统均与所述余热锅炉连接。
在一实施例中，所述蒸汽-空气预热器为两级预热蒸汽-空气预热器，蒸汽-空气预热器与余热锅炉以及汽轮发电系统相连，设置为将第一级蒸汽、第二级蒸汽和空气逆流换热，第一级蒸汽来自汽轮发电系统抽汽，第二级蒸汽来自余热锅炉的汽包，空气来自垃圾储存坑产生的恶臭气体。
在一实施例中，所述余热锅炉采用依次连接的三个垂直通道以及一个水平通道的结构布置方式，三个垂直通道均为空腔冷却通道，并在水平通道内布置有依次连接的蒸发器、过热器和省煤器。
本公开提供一种水泥窑协同处置生活垃圾发电系统的发电方法，包括：将垃圾储存坑中的垃圾通过抓斗送至进料装置；通过炉排炉对进料装置(6)中的垃圾进行干燥、气化和焚烧，并将垃圾在炉排炉内焚烧产生的高温烟气经过余热锅炉产生过热蒸汽驱动汽轮发电系统发电；将余热锅炉出口烟气送入篦冷机以使烟气与水泥熟料换热后作为三次风送入分解炉，利用分解炉内的高温碱性条件，吸收和处理垃圾焚烧产生的有害气体，使有毒有机物彻底分解，且还可使所述烟气替代分解炉的部分燃料；其中，炉排炉的燃烧空气来源于垃圾储存坑产生的恶臭气体，含有恶臭气体的空气经过蒸汽-空气预热器预热后作为一次风送入炉排炉；将垃圾在炉排炉内燃烧后的炉渣经出渣机输送到水泥原料系统参与配料以及粉磨成生料粉，再经过回转窑系统煅烧成水泥熟料，以使重金属有害元素被固溶在熟料里；将从垃圾储存坑收集到的垃圾渗滤液送入垃圾渗滤液池，经渗沥液处理站处理后合格的产水进入电站的循环水池，作为循环水系统的补水，浓水喷入垃圾炉排炉或者水泥窑窑尾预热器进行高温焚烧，以达到无害化处理的目的；当水泥窑正常运行时，含有臭气的空气从垃圾存储坑上部的吸风口吸出，将吸出的空气作为冷却助燃空气并通过蒸汽-空气预热器对将吸出的空气进行加热，另外为了保证垃圾存储坑的臭气不外溢，引一路空气至篦 冷机，利用篦冷机高温熟料热解；当在水泥窑停窑检修时，恶臭气体通过垃圾存储坑的上部的风管和风口排出，送入臭气处理系统处理，达到国家恶臭排放标准后由排风机排放到大气中。
在一实施例中，在炉排炉内的垃圾热值低于1000千卡/千克(kcal/kg)或水分过大的情况下，采用补烧柴油的方式保证炉排炉内能稳定着火和燃烧。
本公开提供的技术方法生活垃圾的炉排炉协同处置与水泥窑系统高温分解能力相结合，使得垃圾分解或裂解更为彻底，利用焚烧高温烟气热量，产生过热蒸汽驱动汽轮机发电机，增加的电量满足水泥生产线用，大大减少了有害气体、污水以及废渣的排放。
图1是一实施例提供的水泥窑协同处置生活垃圾发电系统的处理流程图。
图2是一实施例提供的水泥窑协同处置生活垃圾发电系统的结构示意图。
图中标记说明：1-卸料大厅；2-垃圾渗滤液池；3-垃圾储存坑；4-抓斗；5-行车；6-进料装置；7-炉排炉；8-蒸汽-空气预热器；9-出渣机；10-余热锅炉；11-洗涤塔+活性炭吸附除臭装置。
利用水泥窑协同处理城市生活垃圾，一方面可以利用水泥烧成系统消解垃圾处理过程中的臭气及有毒物质；另一方面，垃圾焚烧产生的灰渣可作为水泥混合材使用，垃圾中的有毒物质能够分解成相应的无机物和重金属固化在水泥熟料中。同时，水泥窑系统产生的部分高温废气可以作为垃圾焚烧的补充热源或者全部热源，使垃圾的焚烧过程更加充分，进而降低二噁英的排放。
以下结合附图和实施例对本公开提供的方案进行说明。
图1是一实施例提供的水泥窑协同处置生活垃圾发电系统的处理流程图；图2是一实施例提供的水泥窑协同处置生活垃圾发电系统的结构示意图。
本实施例提供一种水泥窑协同处置生活垃圾的发电系统，包括垃圾接收与贮存系统、焚烧系统、渗滤液处理系统、臭气处理系统、余热锅炉系统、汽轮发电系统以及烟气净化系统。本实施例将水泥生产、垃圾处置以及垃圾发电三种工艺技术相结合，形成一种垃圾处理技术，该技术除了具有传统垃圾焚烧法 的优点外，还很好地解决了二噁英及垃圾灰渣处理的难题。
垃圾接收与贮存系统包括卸料大厅1、与卸料大厅1连通的垃圾储存坑3和进料装置6；垃圾储存坑3上方设有垃圾行车5及与垃圾行车5连接的抓斗4，抓斗4设置为从垃圾储存坑3中获取垃圾并将垃圾送至进料装置6，进料装置6与焚烧系统相连；焚烧系统包括蒸汽-空气预热器8和炉排炉7，余热锅炉系统包括余热锅炉10，蒸汽-空气预热器8和炉排炉7连接，炉排炉7和余热锅炉10连接；渗滤液处理系统包括垃圾渗滤液池2和与垃圾渗滤液池2相连的渗沥液处理站，垃圾渗滤液池2与垃圾储存坑3相连；臭气处理系统与垃圾储存坑3相连；余热锅炉10与炉排炉7相连，汽轮发电系统与余热锅炉10相连，余热锅炉10设置为与篦冷机相连；烟气净化系统设置为与篦冷机相连。垃圾在炉排炉7内燃烧后的炉渣经出渣机9输送到水泥原料系统参与配料、粉磨成生料粉，再经过回转窑系统煅烧成水泥熟料，重金属有害元素被固溶在熟料里。垃圾渗滤液经过收集后进入垃圾渗滤液池2，经垃圾渗滤液处理设备处理后合格的产水进入电站的循环水池，作为循环水系统的补水，浓水喷入垃圾炉排炉7或者水泥窑窑尾预热器，经过高温焚烧，达到无害化处理的目的。
本实施例的余热锅炉10为卧式结构，与立式锅炉相比，卧式锅炉更容易维修，腐蚀及磨损较少，使用寿命较长。考虑到系统的可利用率以及可靠性，锅炉的蒸汽参数选用中温中压工况(4.0兆帕(MPa)，400摄氏度(℃))，而中温次高压工况(6.5MPa，450℃)系统成本及运营维修费都较高。
本实施例的汽轮发电系统设置主蒸汽旁路系统。主蒸汽旁路系统包括依次连接的阀门附件、旁路蒸汽管道、旁路减温减压器以及旁路凝汽器(主凝汽器兼用作旁路凝汽器使用)等。余热锅炉10与主蒸汽旁路系统连接以保证汽轮机因故停机或降负荷运行时，汽水系统仍能满足焚烧炉及余热锅炉10正常运行的要求。当余热锅炉10启动或停炉过程中，蒸汽的温度、过热度都比较低不允许进去汽轮机，蒸汽通过旁路蒸汽管道进入旁路减温减压器，经减温减压后排入旁路凝汽器凝结成水，最后由凝结水泵打入除氧器循环利用；当汽轮机故障停机时，为维持焚烧炉的连续运行，主蒸汽可通过旁路蒸汽管道进入旁路减温减压器，最后排入凝汽器回收利用。
在一实施例中，蒸汽-空气预热器8为两级预热蒸汽-空气预热器，蒸汽-空气预热器8与余热锅炉以及汽轮发电系统连接，设置为将第一级蒸汽以及第二 级蒸汽和空气进行逆流换热，第一级蒸汽来自汽轮发电系统抽汽，第二级蒸汽来自余热锅炉10的汽包。
在一实施例中，所述余热锅炉采用依次连接的三个垂直通道以及一个水平通道的结构布置方式，三个垂直通道均为空腔冷却通道，并在水平通道内布置有依次连接的蒸发器、过热器和省煤器。
本实施例提供一种水泥窑协同处置生活垃圾的方法，包括如下步骤：垃圾运输车将垃圾卸到垃圾储存坑3内，装运垃圾时注意将特大块垃圾拣出(城市生活垃圾一般特大块很少，基本不需分拣和破碎)。垃圾储存采用分区堆放，垃圾储存坑3上方设有两台垃圾行车5，互为备用，一台垃圾行车5设置为对垃圾进行翻堆，另一台垃圾行车5设置为将垃圾抓送到进料装置6上部料斗，进料装置6再将垃圾输送到炉排炉7里燃烧，高于880℃的烟气经过余热锅炉10产生过热蒸汽驱动汽轮机发电机发电，余热锅炉10出口约200℃的烟气送入篦冷机一段，被1400℃的水泥熟料加热至950℃以上，作为三次风送入分解炉。炉排炉7的燃烧空气来源于垃圾储3坑产生的恶臭气体，经过蒸汽-空气预热器8把气体从20℃加热到220℃作为一次风，其中，蒸汽-空气预热器8将第一级蒸汽、第二级蒸汽和空气进行逆流换热，第一级蒸汽来自汽轮发电系统抽汽，第二级蒸汽来自余热锅炉10的汽包，空气来自垃圾储存坑3产生的恶臭气体；，垃圾在炉排炉7里干燥、燃烧、燃尽。垃圾协同处置产生的炉渣输送到水泥原料系统参与配料、粉磨成生料粉，再经过回转窑系统煅烧成水泥熟料，重金属有害元素被固溶在熟料里。
当水泥窑正常运行时，含有臭气的空气从垃圾存储坑上部的吸风口吸出，将吸出的空气作为冷却助燃空气并通过蒸汽-空气预热器对将吸出的空气进行加热，另外为了保证垃圾存储坑的臭气不外溢，引一路空气至篦冷机，利用篦冷机高温熟料热解；当在水泥窑停窑检修时，恶臭气体通过垃圾存储坑的上部的风管和风口排出，送入臭气处理系统处理，达到国家恶臭排放标准后由排风机排放到大气中。
当垃圾热值低于1000千卡/每千克(kcal/kg)或水分过大时，采用补烧柴油的方式保证炉排炉7内能稳定着火、燃烧。车间在微负压下操作，为工作人员创造卫生健康地工作环境。停窑检修期间，恶臭气体被送往专用洗涤塔和活性炭吸附除臭装置11，净化达标后排放。
本公开提供的技术方案操作简便、运行稳定、投资小、对水泥线及环境影响小，具有以下特点：
(1)生活垃圾的炉排炉协同处置与水泥窑系统高温分解能力相结合，使得垃圾分解或裂解更为彻底，利用焚烧高温烟气热量，产生过热蒸汽驱动汽轮机发电机，增加的电量满足水泥生产线用。干法窑的预热器和分解炉、废气处理完全取代了常规垃圾焚烧发电的尾气净化处理部分，节省垃圾发电烟气净化处理运行费用。
(2)处理温度高。从炉排炉排出的废气进入水泥窑系统，在850℃以上的高温区停留时间长，二噁英等有机物分解更为彻底，焚毁去除率可达99.99％。
(3)本方案不需分选垃圾，协同处置状态稳定。使用炉排炉可稳定处理城市垃圾，适合不分选垃圾的协同处置；水泥烧成系统具有温度高以及运行稳定的特征。
(4)固相碱性的环境氛围决定了烧成系统内的碱性固相氛围，有效地抑制酸性物质的排放，使得二氧化硫(SO2)和氯(Cl)等化学成分合成盐类固定下来，大大减少了协同处置处理后产生“二噁英”量，又控制X氧化硫(SOx)，氯化氢(HCl)等酸性气体从烟囱排出。
(5)燃烧过程充分垃圾热解气体处于高温燃烧过程，酸性有毒气体被碱性生料吸收，二噁英等有毒物质被再次高温分解，使得有害气体大大降低。
(6)减容减量化彻底，所有成份都可以得到有效处置。
(7)固化重金属离子。利用水泥工业回转窑系统的煅烧工艺处理垃圾，可以将垃圾中的重金属离子固化在熟料矿物中，避免重金属离子再度渗透和扩散污染水质和土壤。
(8)减少全社会的废气排放量。由于垃圾协同处置会放出一定的热量，既可用于余热发电，也可代替部分矿物质燃料，这就减少了水泥工业对矿物质燃料(煤或重油等)的需要量，从而减少了二氧化碳(CO2)等废气排放量。
(9)生活垃圾中的有机物主要为碳、氢和氧等元素，在水泥窑系统的高温环境中可分解，生活垃圾中的无机物主要为水泥原料需要的硅铝铁钙，是水泥原料的主要组分，不会对水泥的产品质量构成影响。
Claims (9)
- 一种水泥窑协同处置生活垃圾发电系统，包括垃圾接收与贮存系统、焚烧系统、渗滤液处理系统、臭气处理系统、余热锅炉系统、汽轮发电系统以及烟气净化系统，其中，所述接收与贮存系统包括卸料大厅(1)、垃圾储存坑(3)和进料装置(6)，其中，所述垃圾储存坑(3)与所述卸料大厅(1)连通；垃圾储存坑(3)上方设有垃圾行车(5)及与所述垃圾行车(5)连接的抓斗(4)，所述垃圾行车(5)设置为通过所述抓斗(4)将所述垃圾储存坑(3)内的垃圾送至所述进料装置(6)，所述进料装置(6)与所述焚烧系统相连；所述焚烧系统包括蒸汽-空气预热器(8)和与所述蒸汽-空气预热器(8)连接的炉排炉(7)，所述余热锅炉系统包括余热锅炉(10)，所述余热锅炉(10)和所述炉排炉(7)连接；所述渗滤液处理系统包括垃圾渗滤液池(2)和与所述垃圾渗滤液池(2)连接的渗沥液处理站，所述垃圾渗滤液池(2)与所述垃圾储存坑(3)相连；所述臭气处理系统与所述垃圾储存坑(3)相连；所述汽轮发电系统与所述余热锅炉(10)相连，所述余热锅炉(10)设置为与篦冷机相连；所述烟气净化系统设置为与所述篦冷机相连。
- 如权利要求1所述的一种水泥窑协同处置生活垃圾发电系统，其中，所述炉排炉(7)采用顺推式炉排或逆推式炉排。
- 如权利要求1或2或所述的一种水泥窑协同处置生活垃圾发电系统，其中，所述臭气处理系统包括洗涤塔以及活性炭吸附除臭装置。
- 如权利要求1-3任一项所述的一种水泥窑协同处置生活垃圾发电系统，其中，所述余热锅炉(10)为卧式锅炉，所述余热锅炉(10)的蒸汽参数选用蒸汽压力4.0兆帕，蒸汽温度400摄氏度。
- 如权利要求1-4任一项所述的一种水泥窑协同处置生活垃圾发电系统，其中，所述汽轮发电系统包括：汽轮机和主蒸汽旁路系统，所述汽轮机和所述主蒸汽旁路系统均与所述余热锅炉连接。
- 如权利要求1-5任一项所述的一种水泥窑协同处置生活垃圾发电系统，其中，所述蒸汽-空气预热器(8)为两级预热蒸汽-空气预热器，所述蒸汽-空气预热器(8)与所述余热锅炉(10)以及所述汽轮发电系统相连，设置为将第一级蒸汽、第二级蒸汽和空气进行逆流换热，其中，所述第一级蒸汽来自所述汽轮发电系统抽汽，所述第二级蒸汽来自所述余热锅炉(10)的汽包，所述空气来自垃圾储存坑(3)产生的恶臭气体。
- 如权利要求1-6任一项所述的一种水泥窑协同处置生活垃圾发电系统，其中，所述余热锅炉(10)采用依次连接的三个垂直通道以及一个水平通道的结构布置方式，所述三个垂直通道均为空腔冷却通道，并在所述水平通道内布置有依次连接的蒸发器、过热器和省煤器。
- 一种水泥窑协同处置生活垃圾发电系统的发电方法，包括：将垃圾储存坑(3)中的垃圾通过抓斗(4)送至进料装置(6)；通过炉排炉(7)对所述进料装置(6)中的垃圾进行干燥、气化和焚烧，并将在所述炉排炉(7)内焚烧垃圾产生的高温烟气经过余热锅炉(10)产生过热蒸汽驱动汽轮发电系统发电；将所述余热锅炉(10)的出口的烟气送入篦冷机以使所述烟气与水泥熟料换热后作为三次风送入分解炉，利用所述分解炉内的高温碱性条件，吸收和处理垃圾焚烧产生的有害气体，使有毒有机物彻底分解，且还可使所述烟气替代分解炉的部分燃料；其中，所述炉排炉(7)的燃烧空气来源于所述垃圾储存坑(3)产生的恶臭气体，含有所述恶臭气体的空气经过蒸汽-空气预热器(8)预热后作为一次风送入炉排炉(7)；将垃圾在炉排炉(7)内燃烧后的炉渣经出渣机(9)输送到水泥原料系统参与配料以及粉磨成生料粉，再经过回转窑系统煅烧成水泥熟料，以使重金属有害元素被固溶在熟料里；将从垃圾储存坑(3)收集到的垃圾渗滤液送入垃圾渗滤液池(2)，经渗沥液处理站处理后合格的产水进入电站的循环水池，作为循环水系统的补水，浓水喷入垃圾炉排炉(7)或者水泥窑窑尾预热器进行高温焚烧，以达到无害化处理的目的。当水泥窑正常运行时，含有臭气的空气从垃圾存储坑(3)上部的吸风口吸出，将吸出的空气作为冷却助燃空气并通过蒸汽-空气预热器(8)对吸出的空气进行加热，另外为了保证垃圾存储坑(3)的臭气不外溢，引一路空气至篦冷机，利用篦冷机高温熟料热解；当在水泥窑停窑检修时，恶臭气体通过垃圾存储坑(3)的上部的风管和风口排出，送入臭气处理系统处理，达到国家恶臭排放标准后由排风机排放到大气中。
- 如权利要求8所述的一种水泥窑协同处置生活垃圾的方法，还包括：在炉排炉(7)内的垃圾热值低于1000千卡/千克的情况下，采用补烧柴油的方式保证炉排炉(7)内能稳定着火和燃烧。
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