全資源超熱能城市垃圾焚燒法的製作方法
2023-07-01 02:46:56 5
專利名稱：全資源超熱能城市垃圾焚燒法的製作方法
技術領域：
本發明是一種將工業窯爐的餘熱供給城市垃圾焚燒爐，使熱值只有400kcal/kg，在通常情況下燒不著的低熱值城市垃圾能夠穩定燃燒的方法，能同時100％減量化、無害化、資源化處理城市垃圾和工業垃圾，所有的三廢和餘熱都被資源化綜合利用，生產蒸汽、電力和建材，不產生二次汙染，涉及垃圾焚燒、三廢利用和環保能源技術領域。
全資源是指本發明1、同時利用了城市垃圾和工業垃圾的資源；2、利用了焚燒爐煙氣餘熱、爐渣餘熱和建材的餘熱；3、利用了垃圾的廢水資源、爐渣資源和煙氣中的可燃份資源。超熱能是本發明的核心，低熱值城市垃圾穩定燃燒所需的熱能，部分來自城市垃圾自身，其餘的來自工業窯爐的餘熱。
背景技術：
現有的城市生活垃圾焚燒爐，大多是在以煤為燃料的鍋爐和工業窯爐的基礎上發展起來的，這些焚燒爐能夠燃燒高熱值的煤炭，但難以焚燒高水分、低熱值的城市生活垃圾。國內外在焚燒這種垃圾的時候，焚燒前要經過分選、自瀝、堆酵、攪拌等程序，焚燒時要添加高熱值的燃油混燒，焚燒後還要將爐渣和飛灰運到廠外進行環保處理。
我國城市垃圾的平均低位熱值只有約600kcal/kg，低於國家規定的1000kcal/kg入爐垃圾最低熱值標準。目前，全世界對低熱值垃圾還沒有很好的焚燒方法，而垃圾燃燒不充分導致外排的濃煙夾帶著大量劇毒和有害物質，嚴重地汙染了環境。
受垃圾現狀、技術能力和經濟條件三大因素的制約，我國大陸的垃圾焚燒量還不及臺灣省的一半。採用國內技術的焚燒廠，垃圾焚燒普遍不徹底，二次汙染嚴重；引進型的焚燒廠投資高，北京、上海、廣州正在建設或試運行各自的第一座城市垃圾焚燒廠，不計徵地和爐渣處理的費用，上述三家處理規模1000噸/日焚燒廠的投資都在7億元人民幣以上；除了建不起，更是用不起，設計的平均運行費為70元/噸垃圾，深圳市市政環衛綜合處理廠是國內首家引進型的焚燒廠，焚燒爐由日本三菱公司生產，焚燒運行費為153元/噸垃圾(以上資料來源於國家計委、建設部《城市生活垃圾焚燒處理工程項目建設標準條文說明》第九章)。
深圳市市政環衛綜合處理廠的袁宏偉和林文峰在《垃圾焚燒爐國產化之路小析》-文中指出「---與國外的垃圾相比，我國的城市生活垃圾具有低熱值、高水分、不易分選的特性，要處理好這樣的垃圾，沒有一套適合的焚燒工藝，光靠引進國外的設備，我們認為是不夠的。---例如在我廠的低熱值垃圾焚燒工藝中，要求對進廠原生垃圾在垃圾池內進行攪拌、分區堆酵、自瀝、排水等一系列操作，使得進爐垃圾熱值基本能夠保持在約1100～1400kcal/kg，從而確保了垃圾焚燒的穩定性，---垃圾燃燒產生的煙氣中含有HCl、NOx、重金屬、二噁英等有害成分，會對環境造成汙染。目前我廠的煙氣處理方法為靜電除塵器加乾式石灰法，即在煙氣中噴入Ca(OH)2粉末來去除HCl等成分，該方法的效率不高，為50％～60％，而且石灰耗量大、利用率低(15％左右)，會增加運行費用---」。
垃圾焚燒產生的二次環境汙染問題十分引人關注。我國的垃圾焚燒爐汙染物排放限值標準非常落後，例如焚燒爐煙氣中的劇毒物二噁英，德國、荷蘭、比利時、日本、我國臺灣省的控制標準為0.1ng/NM3，我國在2001年12月1日頒布的《焚燒爐大氣汙染物排放限值》中，二噁英的排放限值是1.0ng/NM3，在我國大陸環保達標的焚燒廠，在臺灣超標10倍。
我國現行的垃圾焚燒爐大氣汙染物排放限值標準與日本70年代的標準相當，而日本現在正在對按舊標準建設的垃圾焚燒廠進行拆除或改建。我國是多個國際環境條約的締約國，環保標準勢必與國際接軌，屆時建廠投資和運行費將大幅提高。例如，臺灣的垃圾熱值與歐美相當，約為2000kcal/kg，1999年投產的臺北北投焚化廠招標引進日本日立公司設備，處理規模1800噸/日，設計垃圾熱值2100kcal/kg，二噁英實際排放值0.06ng/NM3，項目實際投資2.45億美元，運行費21.9美元/噸垃圾，折算噸垃圾投資和運行費是北京等地的一倍(資料來源《臺灣城市生活垃圾焚燒處理現狀》作者鄭明輝，中國科學院生態環境研究中心，北京100085)。
臺灣省2000多萬人口擁有20多座現代化的垃圾焚燒廠，焚燒率70％，有些發達國家的垃圾焚燒處理率高達90％。我國的環境形勢嚴峻，《國家環境保護「十五」計劃》指出「城市生活垃圾和固體廢物汙染日益突出。2000年，工業固體廢物排放量3186萬噸，其中近200萬噸危險廢物直接向環境排放，對環境和人民健康造成極大威脅。城市垃圾年產量以每年8％的速度遞增，1999年已達1.4億噸，僅少數經過無害化處理，垃圾圍城現象比較普遍，二次汙染嚴重。塑料包裝物和農膜所導致的″白色汙染″問題十分突出。」，該計劃的目標為「新增垃圾無害化處理能力15萬噸/日」。
國內的垃圾熱值低、水分高、變化大、分選難、產量世界第一，這個現實在短時間內難以改變；發達國家具有垃圾品質高經濟實力雄厚的有利條件，但並無焚燒低熱值垃圾的技術優勢，與我們在同一條起跑線上。在垃圾現狀、經濟和技術三大制約因素的重重包圍中，開發出具有我國自主智慧財產權的低熱值垃圾焚燒技術已成當務之急。
發明內容
本發明的目的是提供一種將工業垃圾的餘熱供給城市垃圾焚燒爐，以提高低熱值城市垃圾的燃燒效率，工業垃圾和城市垃圾同時100％減容，零汙染生產蒸汽、電力和建材，並在短期內收回項目投資的方法。
本發明的目的是這樣實現的工業窯爐燒結工業垃圾產生的熱能供給城市垃圾焚燒爐，使通常燒不著的低熱值城市垃圾充分燃燒；焚燒爐焚燒低熱值垃圾所需的熱能，部分來自城市垃圾自身，其餘的來自工業窯爐的餘熱。焚燒爐與工業窯爐既可連成一體，也可以分開布置；工業窯爐的種類不限，冶金、建材(及矽酸鹽)、化工、輕工、電力工業中能提供餘熱的窯爐都能使用，焚燒爐外供熱量則取決於垃圾的熱值；城市垃圾焚燒爐有垃圾就工作，無垃圾就停，不受焚燒量的限制。
我國有些城市的垃圾熱值只有400kcal/kg，對於這樣的城市垃圾，由於自身的熱能不足以燃燒，必須採取如下措施才能使垃圾穩定燃燒並符合經濟和環保的原則要求1、引入經濟的、數倍於垃圾自身熱值的外部熱能；2、選擇適當的焚燒爐和焚燒工藝；3、對入爐前的原生垃圾進行降水提(熱)值等處理。以沸騰焚燒爐和一次碼燒熱循環隧道窯組合為核心的全資源超熱能城市垃圾焚燒法，統籌兼顧並優化組合了上述各項措施，使400kcal/kg的低熱值垃圾不僅燒得著、燒得透，而且燒得起。
全資源超熱能城市垃圾焚燒法採用一次碼燒熱循環隧道窯和沸騰焚燒爐的垃圾焚燒組合。一次碼燒是指溼坯不經過烘乾或素燒，而是直接入窯一次燒成；熱循環是為了提高熱能的利用率，隧道窯設有多個氣體回流換熱循環。隧道窯給焚燒爐供熱，又吸收焚燒爐煙氣的餘熱，隧道窯和焚燒爐之間形成了熱循環關係。隧道窯燒結工業垃圾發出的熱能是一種經濟的能源，煤矸石、粉煤灰、頁巖等常見的工業垃圾中含有一定的熱值，成型後能夠在隧道窯內好像型煤一樣內燃燒結，產生的熱能供給焚燒爐；由於工業垃圾的化學組分非常接近於粘土，燒結成品就是建材。為了減少遠距輸送過程中的熱損耗，通常將焚燒爐建在隧道窯的窯頂。
本焚燒法採用的沸騰焚燒爐是為了焚燒低熱值城市垃圾而專門設計的。該爐在給料、進風、熱能來源、燃燒、排渣、煙氣處理和餘熱回收等方面，不同於以往的焚燒爐，焚燒爐是系統的核心，通過對焚燒爐的工作和相應關係的敘述，進行本發明的工藝說明如下原生城市垃圾進廠，先進行微生物製劑除臭，接著經由破碎、脫水、烘乾等工序組成的垃圾處理流水線到最後進入焚燒爐。烘乾機的出口接入焚燒爐的進料口，入爐垃圾乾燥、細粒、高溫，優於大塊原生潮溼垃圾直接入爐。
沸騰焚燒爐的助燃空氣在入爐前，已被隧道窯預熱到能直接點燃並焚燒垃圾的溫度，所以焚燒爐不需要點火裝置，也不需要其他輔助燃料，焚燒垃圾的大部分熱能來自工業垃圾的燒結餘熱，經濟性明顯優於加燃油的混燒方法。
在向上氣動託力的作用下，垃圾在爐膛內形成一個沸騰狀態的流動層。垃圾經過入爐前的脫水和烘乾，入爐垃圾的大部分表面水分和內部水分已經蒸發，垃圾處於熱解和氣化的臨界點，入爐後，細粒垃圾的表面固定碳燃燒和揮發份燃燒同時快速地進行，以此保證爐膛溫度維持在900℃左右。沸騰焚燒爐不同於傳統的循環流化床焚燒爐，因為循環流化床焚燒爐需要熱循環砂作載體且只能焚燒較高熱值的垃圾，如日本的內部循環流化床焚燒爐就要求垃圾的熱值超過3900kcal/kg。
本發明的沸騰焚燒爐能焚燒低熱值垃圾，不需要熱循環砂作載體，爐渣在氣動力和重力的作用下自動排出爐外，高溫爐渣含有餘熱，通過渣池內的片狀換熱器進行餘熱利用後，爐渣摻入工業垃圾燒結建材，垃圾100％減容，優於傳統的爐渣填埋法。
焚燒爐煙氣的一部分經過烘乾機後進入隧道窯，其餘的煙氣直接進入隧道窯的窯室，煙氣的餘熱被隧道窯吸收、各種汙染物被隧道窯淨化，隧道窯成為一臺能處理各種汙染物的多功能環保裝置。內燃是一個幾乎靜態、十分穩定的、非常潔淨的燃燒過程，由工業垃圾、焚燒爐渣和垃圾廢水組成的坯料，在1050℃的氧化氣氛中內燃燒結，具有燒結時間長、溫度高、氧化充分、燃燒完全等特點，焚燒爐煙氣在隧道窯1050℃的高溫燒結區停留6秒，超過國際公認的2秒標準，二噁英和其他有害物被徹底分解，輕質飛灰在隧道窯的預熱排潮區被窯內的坯料吸附乾淨；酸性氣體與鹼性的坯料發生中和反應而被脫除；本發明不需要其他的煙氣處理設施，卻能保證在垃圾焚燒中實現汙染物的「零排放」。
焚燒爐和隧道窯組合後比組合前更有優勢。隧道窯單獨燒結工業垃圾，通過坯料的超量配熱和隧道窯的換熱循環，能產生上千萬大卡/小時的餘熱，餘熱用於高溫快燒多出產品，與焚燒爐組合使用後，這些餘熱就可以供給焚燒爐。焚燒爐單獨工作產生的煙氣、爐渣和水會汙染環境，隧道窯解決了垃圾焚燒中產生的環保問題，並實現了三廢的綜合利用。
我國有大量的煤矸石、粉煤灰、頁巖等工業垃圾，其平均熱值不到煙煤的20％，國內被拋棄佔地堆放的煤矸石粉煤灰已達數十億噸，將城市垃圾和工業垃圾的無害化處理相結合，達到了「制磚不要土燒磚不用煤」的理想效果，節約能源、節省土地、保護環境、保障人民健康。用本發明建造的焚燒廠建設期短、投資少、運行費低，蒸汽、電力和建材的銷售使項目投資在短期內收回。
本發明與現有國內外的垃圾焚燒方法相比，有以下優點1、本發明熱能利用率高。工業垃圾燒結產生的餘熱供給焚燒爐，使通常燒不著的熱值只有400kcal/kg的城市垃圾穩定燃燒，同時爐渣、煙氣和建材的餘熱得到充分利用，系統能耗低，不需要輔助燃料，電力除自給還能外供。
2、本發明能處理各種垃圾。能焚燒處理國內大多數城市的生活垃圾、醫院垃圾、建築垃圾和混合垃圾，入廠的城市垃圾和工業垃圾100％減容。
3、本發明實現了垃圾焚燒過程的「零汙染」。汙染物在焚燒工藝中被徹底淨化，不需要其他環保設施，無二次汙染，髒臭狀況銷聲匿跡，潔淨的花園式工廠環境優美，焚燒廠可以建在城市的任何地方，並可建溫水泳池等配套公共設施。
4、本發明資源化程度高。裝備4條OSX380生產線的垃圾焚燒廠，可以將1520噸/日的城市垃圾(相當於廣州垃圾日產量的1/4)，以及3000噸/日的工業垃圾進行資源化利用，每天生產數十萬KWH電力，數千噸蒸汽和數十萬件建材。
5、本發明建廠條件不受限制。有城市垃圾、有粉煤灰(爐渣)的地方適合建廠；有煤礦、電廠或大型鍋爐、洗煤廠的地方適合建廠；如果垃圾不夠可用煤矸石代替城市垃圾，工業垃圾不夠，用大型城市汙水處理廠的汙泥、洗煤廠的煤泥代替工業垃圾；沒有工業垃圾也沒有任何代用品只有城市垃圾的情況下，同樣可以建廠，在焚燒爐渣中摻入粘土和10％～20％的劣質煤代替粉煤灰或煤矸石，處理噸城市垃圾增加成本50元，但能產出300KWH的電力和2噸建材，還有環境和綜合社會效益。
6、本發明嚴謹可靠，技術先進。由發明者創造發明、設計、生產和調試的沸騰爐和隧道窯已各自單體運行了二十多年，焚燒爐連續五年不停爐，隧道窯連續十年不熄火；系統設自動和人工操作模式，方便可靠。本發明技術先進，用實踐解答了國外正在進行的等離子高溫分解二噁英、利用爐渣制透水性磚和節能水泥等課題，7、本發明經濟性好。國產化設備投資小，運行費低，建設周期短，環保節能項目能享受國家的政策優惠，電力上網，蒸汽外供、建材銷售免稅，突破了國內外焚燒廠均需政府補貼的禁區，短期內收回項目投資。
附圖1是說明本發明超熱能特點的氣體熱循環原理圖，附圖2是說明本發明全資源特點的工藝設備流程圖，下面結合本發明的實施例對附圖進行說明。
具體實施例方式
本發明的實施例是一個由城市垃圾焚燒爐與熱循環隧道窯組合而成的全資源超熱能城市垃圾焚燒系統，日焚燒處理380噸熱值為400kcal/kg以上的城市垃圾，同時日燒結處理700噸熱值為數百大卡/公斤的工業垃圾。圖1為氣體熱循環原理圖，圖2為工藝設備流程圖。
待處理的原生城市垃圾入廠先經垃圾磅14稱量，接著在除臭倉15除臭，隨後順著流水線經由破碎機16、脫水機18和烘乾機12，最後落入城市垃圾焚燒爐11焚燒。破碎機16、脫水機18從垃圾中分離出的汙水經過消毒濾水機17進行消毒和固液分離後，供給工業垃圾流程的攪拌機22。城市垃圾焚燒爐11排出的高溫廢氣，一部分途經烘乾機12被8#風機8引入熱循環隧道窯10，其餘的廢氣被8#風機8直接引入熱循環隧道窯10，在熱循環隧道窯10的高溫燒結區1050℃氧化氣氛中燃燒6秒鐘，遠遠超過國內外一致認為的2秒，二噁英被完全分解，輕質飛灰和酸性氣體在熱循環隧道窯10的乾燥預熱區被磚坯吸附淨化，最後由1#風機1引出，經過煙囪13排向大氣。
城市垃圾焚燒爐11坐落在熱循環隧道窯10的窯頂，焚燒爐11所需的助燃熱空氣由9#風機9鼓入，助燃空氣在熱循環隧道窯10被預熱，再被5#風機5引入焚燒爐11；熱循環隧道窯10的高溫煙氣和燃氣分別由6#風機6、7#風機7引入焚燒爐11，焚燒爐的溫度為900℃。
熱循環隧道窯10配有的2#風機2、3#風機3、4#風機4對熱循環隧道窯10進行回流換熱循環。
沸騰焚燒爐11產生的爐渣在渣池內由渣池換熱器26進行熱交換，由出渣機27和皮帶輸送機28將焚燒爐渣送到工業垃圾處理系統，工業垃圾的流程為工業垃圾由破碎機19破碎後配入焚燒爐渣，接著經由粉碎機20風選粉碎、對滾機21對滾摻和、攪拌機22均勻攪拌、真空擠坯成型機23成型，然後由自動碼坯機24將坯料碼上窯車，最後頂車機25將窯車頂入熱循環隧道窯10焙燒成建材。
權利要求
1.一種將工業窯爐的餘熱供給城市垃圾焚燒爐，使熱值只有400kcal/kg，在通常情況下燒不著的低熱值城市垃圾能夠穩定燃燒的方法，其特徵在於城市垃圾焚燒爐和工業窯爐組合使用並形成熱循環關係，能同時100％減量化、無害化、資源化處理城市垃圾和工業垃圾，所有的三廢和餘熱都被資源化綜合利用，生產蒸汽、電力和建材，不產生二次汙染。
2.根據權利要求1所述的一種方法，其特徵在於焚燒爐焚燒低熱值城市垃圾所需的熱能，部分來自垃圾自身，其餘的來自工業窯爐的餘熱，工業窯爐提供的熱能是城市垃圾能夠充分焚燒的必要熱工條件，焚燒爐既可與工業窯爐連體，也可分開布置；冶金、建材、化工、輕工、電力工業中能提供餘熱的各種窯爐都適合使用，外部供熱量取決於城市垃圾的熱值，供熱方式包括直接供熱和間接供熱。
3.根據權利要求1所述的一種方法，其特徵在於原生城市垃圾入廠後不經過分選、過篩、自瀝、堆酵、攪拌等工序，而是由微生物製劑除臭，接著經過破碎、脫水、烘乾其中一道或多道工序，最後進入爐焚燒進行焚燒，上述工序包括流水作業，也包括非流水作業；垃圾經一級或多級破碎至2～30mm，一級或多級脫水至含水率低於15％，垃圾烘乾的熱源引自城市垃圾焚燒爐或工業窯爐200℃～800℃高溫廢氣的一部分或全部。
4.根據權利要求1所述的一種方法，其特徵在於城市垃圾焚燒爐的燃燒空氣，經過工業窯爐加熱後溫度上升50℃～800℃，工業窯爐向城市垃圾焚燒爐提供高溫煙氣和(或)可燃氣體；燃燒空氣、高溫煙氣、燃氣從焚燒爐的底部或側面進入，流速在1m/s～30m/s之間。
5.根據權利要求1所述的一種方法，其特徵在於城市垃圾焚燒爐包括沸騰焚燒爐，爐內裝有爐管和汽包，生產過熱蒸汽或飽和蒸汽，用於發電或供熱，電力可以自用和外供；對於熱值極低的城市垃圾，可以不產蒸汽，焚燒爐發出的熱量用於烘乾垃圾並參與熱循環；沸騰焚燒爐內無任何活動部件，爐渣在空氣動力和重力的作用下自動排出爐外。
6.根據權利要求1所述的一種方法，其特徵在於工業窯爐和城市垃圾焚燒爐之間存在熱循環關係，工業窯爐向焚燒爐提供熱能，焚燒爐的煙氣返回工業窯爐，煙氣中的廢熱被工業窯爐所吸收；工業窯爐之一的一次碼燒熱循環隧道窯的頂部和二側有多重互不相通的空心夾層，夾層內可流通乾淨熱氣、煙氣和水汽，隧道窯有多個通過風機進行的窯內氣體回流換熱循環。
7.根據權利要求1所述的一種方法，其特徵在於城市垃圾焚燒爐在不用燃油、精煤助燃的情況下，依靠工業窯爐的廢熱焚燒低位熱值在400kcal/kg以上的各種原生城市垃圾，包括城市生活垃圾、醫院垃圾、建築垃圾以及生活工業醫院建築混合垃圾。
8.根據權利要求1所述的一種方法，其特徵在於工業窯爐之一的熱循環隧道窯，可以隨著燒成品的不同，進行一次碼燒或多次燒成，可以素燒也可以釉燒；坯料內配入超量熱能，坯料的配熱量由城市垃圾的熱值決定；坯料的原料可以是煤矸石、粉煤灰、頁巖、各種爐渣等工業垃圾，也可以是粘土、各種爐渣和劣質煤配成的混合物，隧道窯點火後不需要燃料，依靠坯料內的熱能連續365天不間斷內燃，城市垃圾焚燒爐無垃圾可燒時設在高溫待燒狀態，垃圾入爐就焚燒，無垃圾就停，不受焚燒量的限制，可反覆啟停。
9.根據權利要求1所述的一種方法，其特徵在於城市垃圾焚燒爐爐渣的熱能被利用以後，爐渣摻入工業垃圾燒結成建材，垃圾的汙水配入坯料中在1050℃的高溫下燒結，進廠的城市垃圾和工業垃圾100％減容，全部三廢進行資源化綜合利用，垃圾焚燒廠髒臭狀況銷聲匿跡，工廠環境優美如同花園工作一般，焚燒廠可以建在城市的任何地方。
10.根據權利要求1所述的一種方法，其特徵在於城市垃圾焚燒爐的廢氣進入熱循環隧道窯，煙氣中的汙染物在隧道窯內被淨化，煙氣在窯內1050℃的高溫燒結區停留6秒鐘，遠遠超過國內外一至認為的2秒，二噁英和其他汙染物被完全分解，輕質飛灰被坯料吸附，酸性氣體被鹼性的坯料中和，不需要其他環保設施的處理，煙氣零汙染排放。
全文摘要
一種將工業窯爐的餘熱供給城市垃圾焚燒爐，使熱值只有400kcal/kg，在通常情況下燒不著的低熱值城市垃圾能夠穩定燃燒的方法。本發明涉及垃圾焚燒、三廢利用和環保能源技術領域。焚燒爐焚燒城市垃圾所需的熱能，部分來自垃圾自身，其餘的來自工業窯爐的餘熱，能同時100％減量化、無害化、資源化處理城市垃圾和工業垃圾，所有的三廢和餘熱都被資源化利用，生產蒸汽、電力和建材。
文檔編號F23G5/46GK1566750SQ03142860
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月18日 優先權日2003年6月18日
發明者歐書信, 舒梅男 申請人:廣州舒創有限公司