一種兼顧脫硝的幹法旋窯能源化處理城鎮生活垃圾的方法

2023-06-18 03:27:31 1

專利名稱：一種兼顧脫硝的幹法旋窯能源化處理城鎮生活垃圾的方法
技術領域：
本發明涉及一種處理城鎮生活垃圾的方法，尤其是涉及一種兼顧脫硝的幹法旋窯能源化處理城鎮生活垃圾的方法。
背景技術：
隨著城鎮化的發展，我國城鎮生活垃圾的發生量以9%以上的速度增長，人均日產生活垃圾約為1.10kg。城鎮生活垃圾成分可簡單地分為無機物和有機物兩大組分，無機物的化學成分主要是二氧化矽、三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鈣、氧化鎂等，這些無機物不可燃，但仍可以有效利用；有機物成分主要是動植物殘渣和塑料等，基本化學成分為碳氫化合物及含氮有機物，為可利用的可燃物。生活垃圾直接堆放或簡易填埋不僅向大氣釋放出了大量的有害氣體，還含有致癌物和致畸物，在堆放過程中形成有機汙染物、重金屬和病原微生物三位一體的汙染。城鎮生活垃圾是一個長期存在的汙染源，未經處理或處理不善會造成嚴重的大氣汙染、地下水汙染、土壤汙染、土地被垃圾佔用和自然景觀被破壞等問題，並日趨嚴重地影響生物鏈及環境，危及人類和其它物種的生存。同時，城鎮生活垃圾又是一種總量不斷增長，可無限期開發利用的貯能資源。目前，全國每年城市生活垃圾貯能總量相當於2000萬噸以上優質燃煤，而基本建設需求的水泥生產正在大量耗掉有限的煤炭、粘土資源。目前，國內外開發利用城鎮生活垃圾的技術有露天堆放與傾洩、衛生填埋與造氣、堆肥、焚燒及焚燒發電、垃圾衍生燃料及利用水泥廠處理。填埋處理工藝簡單、成本低，其致命弱點就是場地處理和防滲施工要求高，產生的滲濾液容易對地下水造成長期嚴重的難以預料的汙染，並隨腐敗過程釋放出大量的nh3、h2s和HCl等有毒有害氣體；填埋氣熱值偏低、淨化過程也易產生二次汙染。堆肥處理，可利用腐殖物的肥效，但佔地多，周期長，受環境溫溼度影響大，放出大量有害氣體，且堆肥質量差，重金屬含量高，病源體微生物量大，汙染農作物，進而進入人類的食物鏈，對人類健康造成危害。垃圾焚燒處理投資大、效率低；垃圾焚燒發電，通常需要在垃圾中加燃煤，發電率僅10% 15%，無害化處理率低，很難達到《生活垃圾焚燒汙染控制標準》；且焚燒過程容易產生粉塵、有毒微量元素、高溫氯腐蝕、有機劇毒有害物質(二惡英及N0X、S0X、HC1、HF等)及重金屬汙染等二次汙染；而垃圾焚燒後排出的灰渣通常含有害金屬(如汞、鉛等)，若處理不善，也會造成環境二次汙染。製成垃圾衍生燃料(RDF)，首先必須對生活垃圾進行嚴格的分選，以去掉絕大部分不燃物，並需經乾燥、粉碎成細粉，其分選、乾燥、粉碎過程的能耗高；其次，還必須添加10% 40%的優質煤或焦油等，才能確保能穩定燃燒，同時焚燒過程中還存在二惡英汙染、高溫氯腐蝕和重金屬汙染等，其投資及運行成本高；再次，分選的廢渣含腐敗物的二次汙染，仍須填埋，灰渣亦需妥善處理。我國城市生活垃圾熱值較發達國家偏低，波動大，RDF技術的應用通常須加30%左右的優質煤，製造過程能耗大、二次汙染更嚴重。利用水泥廠處理國內外技術大致可分為兩大類，一類是將經預處理的生活垃圾混合物利用盤式爐或烘乾筒加盤式爐焚燒，產生的廢氣通入現有幹法旋窯分解爐或預熱器，燃燒後的廢渣另行處理；另一類是將經預處理的垃圾混合物採用專門設計的垃圾焚燒爐焚燒，廢氣自設處理系統，燃燒後的廢渣用於水泥配料。而我國現有的利用水泥窯處理生活垃圾的技術在對預處理的生活垃圾(即經分選、破碎等預處理)進行燃燒爐處理時需加燃煤，即無論是採用盤式爐還是專門設計的垃圾焚燒爐必須在生活垃圾中加部分燃煤才能保證垃圾正常燃燒。當前，國內外利用水泥窯處理生活垃圾的技術還存在以下缺點一是投資過大，一套日處理僅約300噸的系統實際投資達I億元以上；二是運營費用偏高。中國專利200510031773. 7公開了一種城市生活垃圾無害化能源化處理新方法及新用途；中國專利200610031296. 9公開了一種利用水泥窯處理城市生活垃圾的新方法,兩者雖均能應用於旋窯或立窯，但大規模應用於新型幹法旋窯時，均面對如下狀況
其一，影響窯況的穩定性及產品質量，幹法旋窯產能量高，且整個系統加入的都是粉料，無論在旋窯的哪個部位加入成型的塊料都很麻煩，投加量略為大一點，極易影響窯況的穩定性及產品質量；
其二，成型料乾燥難，處理量較大時，成型料的自然乾燥變得很困難。其三，處理成本高，添加的石灰、助燒劑、粘結劑等大幅地增加了處理成本，使水泥企業的經濟性受影響。以上狀況制約了該技術在新型幹法旋窯上的應用。同時，幹法旋窯脫硝已成為我國當前政策推行的環保大事，其基本方法是將還原劑氨水或尿素，或氨水和尿素的混合水溶液噴入分解爐內還原N0X，脫硝的實質是用氨水中的氫或尿素中的氫奪取NOx中的氧。因燃煤成本原因，我國幹法旋窯所用煤質普遍較差，分解爐容積普遍加大，分解爐煤粉燃燒存在燃盡率偏低和分解爐內中上部中心溫度偏高等缺點，脫硝需消耗比理論值更多的氨水或尿素，這進一步提高了水泥的生產成本，與農業爭月巴，加大了生產氨水、尿素的資源壓力和環保壓力。對於以還原劑去除NOx的研究證實氫、碳氫化合物有比氨水、尿素更強的去除NOx的能力，在700°C以上氫和碳氫化合物有優良的脫除NO5^A能力。但目前，還未找到一種合適、廉價的氫或碳氫化合物，或可產生氫和碳氫化合物的物質，在合適的位置以合適的方法加入幹法旋窯系統中以達到脫硝的目的。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種不影響幹法旋窯生產窯內和爐內煤粉燃燒,煤耗低,窯況穩定性好,熟料生產質量高,處理成本低，對環境汙染少的兼顧脫硝的幹法旋窯處理城鎮生活垃圾的方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是，一種兼顧脫硝的幹法旋窯能源化處理城鎮生活垃圾的方法，包括以下步驟首先將城鎮生活垃圾經過預處理，分成以有機物為主的可燃物組分物料和以無機物為主的殘渣組分物料，所述可燃物組分物料為散料形態，物料邊長彡200mm (優選彡100mm)、含水率彡30% (優選彡20%);然後將可燃物組分物料作為幹法旋窯分解爐燃煤替代性燃料和脫硝的碳氫化合物原料，通過餵料裝置餵入分解爐內的下部至中上部區域空間處理、脫硝；所述殘渣組分物料經化學分析作為生料立磨系統配料粉磨用替代性原料。進一步，所述可燃物組分物料的幹基低位熱值> 8300KJ/kg。進一步，所述餵料裝置可為連有垃圾料倉的螺旋餵料機，所述螺旋餵料機優選鎖風螺旋餵料機，設於幹法旋窯分解爐下部至中上部區域。進一步，所述餵料裝置也可為入爐料管和風機，通過風機抽取來自篦冷機的熱風向垃圾入爐管送入熱風，將可燃組分物料從鎖風料倉下，經設於分解爐下部至中上部位的入爐料管送入分解爐內；入爐料管亦可設於三次風管入爐端部位置，此時，風機可選用普通離心風機。進一步，所述餵料裝置也可為其他機械餵料裝置，如選用推板式餵料槽和風機，或柱塞式餵料管和風機，以及其它可連續穩定地將垃圾餵入分解爐內的餵料裝置。進一步，所述預處理是指對城鎮生活垃圾進行粗破、細破、分選和壓濾或壓縮脫水處理；當生活垃圾水分含量偏高時，需要脫水，脫除下來的垃圾汙水在幹法旋窯廠可用作立磨物料的水分含量調節之用。工作原理將散料形態的可燃物組分物料作為幹法旋窯分解爐燃煤替代性燃料和脫硝的碳氫化合物原料，通過餵料裝置餵入分解爐內的下部至中上部空間區域處理、脫硝；利用分解爐內部相對穩定的高溫場優勢燃盡以有機物為主的可燃物組分物料，以利用有機物能源，並同步達到碳氫化合物脫硝的目的；生活垃圾中的動植物殘渣和塑料在1200°C 9000C高溫強鹼性環境下的分解爐內，停留5 8秒而燃盡，熱量供給碳酸鈣的分解，塑料燃燒產生的HC1、HF、SOx及重金屬細微顆粒被分解的高活性強鹼性氧化鈣粉、粘土粉料所吸收、截留，經五級旋風預熱器收集卸入迴轉窯內，最終固化在水泥熟料中。本發明的有益效果(1)利用已成熟的分選、破碎及壓濾或壓縮脫水技術將城鎮生活垃圾預處理，簡單地分開為現有的幹法旋窯廠裝備能利用的兩大部分，即以有機物為主的可燃物組分物料和無機物為主的殘渣組分物料；(2)利用幹法旋窯分解爐的特點，以燃盡利用垃圾熱能，降低煤耗，也充分利用幹法旋窯廠生料立磨可處理無機物為主的殘渣組分物料和立磨可利用可能產生的垃圾汙水的特點；(3)利用碳氫化合物脫硝的優勢，用以碳氫化合物為主的有機物可燃物組分物料生活垃圾取代加水溶解的尿素或氨水，送入分解爐內脫硝；(4)在幹法旋窯生產線正常運行時，充分利用分解爐、預熱器、收塵系統和迴轉窯整個幹法旋窯生產線系統設備的優勢，能完全消除焚燒處理過程中的二次汙染，且不影響水泥系統產能；(5)工藝簡單、投資少、運行成本低，除利用已成熟的垃圾分選、破碎、壓縮脫水等預處理設備外，只需添加簡單的餵料裝置，無需烘乾，更不需加垃圾焚燒爐。使用本發明，簡單易操作，煤耗低，窯況穩定性好，不影響幹法旋窯生產窯內和爐內煤粉燃燒，處理成本低，對環境汙染少。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步說明。實施例1
本實施例包括以下步驟首先將1500餘噸堆場城鎮生活垃圾經粗破、細破、風力分選預處理，獲得以無機物為主的殘渣組分物料垃圾763噸，平均含水率19. 6%，獲得以有機物為主的可燃物組分物料垃圾714噸，可燃物組分物料為散料形態的可燃物組分物料，物料邊長Imm 97mm、平均含水率10. 6%、幹基低位熱值平均15063KJ/kg ;然後將殘渣組分物料和可燃物組分物料分別運至Φ3. 5 X 50m幹法旋窯廠，無機物殘渣組分物料經化學分析後作為粘土替代原料用於立磨配料，對立磨產量及細度無不良影響，出磨生料率值成分穩定；有機物為主的可燃物組分物料作為分解爐煤的替代性燃料和脫硝尿素替代原料，通過設於幹法旋窯分解爐原上分料管孔處的鎖風螺旋餵料機，按每小時約12噸連續從垃圾料倉餵入分解爐內處理、脫硝，停止在分解內噴入尿素水溶液，在線檢測NOx含量從原180 210mg降至110 130mg，尾煤用量從原8. 3噸降至2.1噸，高溫風機拉風增加約1%，窯系統產量、質量及窯況正常，尾排無異味，收塵系統在線檢測正常。實施例2
本實施例包括以下步驟首先取堆場城鎮生活垃圾約3500餘噸，經帶篩分裝置的破碎機粗破和細破的預處理後，獲得以無機物為主的殘渣組分物料垃圾1847噸，平均含水率21. 3%，獲得以有機物為主的可燃物組分物料垃圾1613噸，為散料形態，物料邊長3 93mm、平均含水率18. 4%、幹基低位熱值平均16014KJ/kg ;然後將殘渣組分物料和可燃物組分物料分別運至Φ4Χ60πι幹法旋 窯廠，無機物為主的殘渣組分物料經化學分析後作為粘土替代原料用於立磨配料，立磨產質量及工況正常，出磨生料成分正常；有機物為主的可燃物組分物料作為分解爐煤的替代燃料和脫硝尿素替代原料，通過設於幹法旋窯分解爐原上分料管孔處的鎖風螺旋餵料機，按每小時約17噸連續從垃圾料倉餵入分解爐內處理、脫硝，停止在分解爐內噴入尿素水溶液，在線檢測NOx含量從原170 200mg降至105 130mg，尾煤用量從原13. 4噸降至3. 7噸，高溫風機拉風增大約2%。窯系統產質量及窯況正常，收塵系統在線檢測均正常且無異味。實施例3
本實施例包括以下步驟首先將城鎮生活垃圾約5000噸用帶壓縮脫水裝置的垃圾車運到Φ4. 3X64m幹法旋窯廠，將垃圾車汙水罐內的汙水轉至幹法旋窯廠內汙水罐內，用做立磨生產調整原料綜合水分含量，然後將進場垃圾進行粗破、細破、振動篩分的預處理後，獲得以有機物為主的可燃物組分物料3104噸，為散料形態，物料邊長5 98mm、平均水分19. 7%、幹基低位熱值平均14786KJ/kg，獲得無機物為主的殘渣組分物料1843噸，平均水分23. 6% ;無機物為主的殘渣組分物料經化學分析後作為煤渣替代原料用於立磨生料配料用原料，立磨產質量及工況無影響；有機物為主的可燃物組分物料作為分解爐煤的替代燃料和脫硝尿素的替代原料，通過設於幹法旋窯分解爐中部的入爐進料管，用35m3/min高溫離心風機抽取來自篦冷機的三次風管熱風向垃圾入爐管送300 400°C熱風，按每小時約21噸連續從鎖風料倉經入爐料管餵入分解爐內處理、脫硝，停止向分解爐內噴入脫硝尿素水溶液，在線檢測NOx含量從原來180 200mg降至110 135mg，尾煤用量從原來14. 5噸降至3. 9噸，高溫風機拉風增大約1. 5%，窯系統產質量及窯況正常，所有收塵系統在線檢測均正常且無異味。實施例4
本實施例包括以下步驟首先從堆場取城鎮生活垃圾約5000噸運至Φ3Χ48πι幹法旋窯廠堆棚，將垃圾壓縮脫水、粗破、滾篩、細破的預處理後，壓縮脫水獲得垃圾汙水約298m3，用於立磨原料水分調整用，獲得以有機物為主的可燃物組分物料2963噸，為散料形態，物料邊長3 85mm，平均水分18. 1%、幹基低位熱值平均14697KJ/kg，獲得以無機物為主的殘渣組分物料1639噸，平均水分21. 3% ;無機物殘渣組分物料經化學分析後作為粘土替代原料，用於立磨生料配料用原料，立磨產質量及工況無影響；以有機物為主的可燃物組分物料作為分解爐煤的替代燃料和脫硝尿素的替代原料，通過設於幹法旋窯分解爐中部的鎖風螺旋餵料機，按每小時約10噸連續從垃圾料倉餵入分解爐內的處理、脫硝，停止向分解爐內噴入脫硝的尿素水溶液，在線檢測NOx含量從原尿素脫硝的180 210mg降至130 170mg, 尾煤用量從原來5. 8噸降至1. 7 1. 9噸，高溫風機拉風增大約1%，窯系統產質量及窯工況正常，所有收塵系統在線檢測均正常且無異味。
實施例5本實施例包括以下步驟首先用市政垃圾車將作為實驗用總量約6000噸的城鎮生活垃圾運至Φ3. 3X48m幹法旋窯廠堆棚，將垃圾進行粗破、細破、風力分選預處理後，獲得有機可燃物組分物料垃圾4133噸，散料形態，物料邊長I 87mm、平均含水率14. 8%、幹基低位熱值平均15373KJ/kg，獲得以無機物為主的殘渣組分物料1847噸，平均水分18. 9% ;然後，以無機物為主的殘渣組分物料經化學分析後作為粘土的替代原料，用於立磨配料用原料，立磨產質量無影響；以有機物為主的可燃物組分物料作為分解爐煤的替代燃料和脫硝尿素的替代原料，通過設於幹法旋窯分解爐下部與三次風管入爐端部相連的下料管，按每小時約8噸連續從垃圾料倉下料，經下料管餵入分解爐內處理、脫硝，停止向分解爐內噴入脫硝尿素水溶液，在線檢測NOx含量從原用尿素脫硝的180 230mg降至170 205mg,尾煤用量從原來的7.1噸左右降至3.1噸左右，高溫風機拉風增大約2%，窯系統產質量及窯況正常 ，所有排放在線檢測均正常且無異味。
權利要求
1.一種兼顧脫硝的幹法旋窯能源化處理城鎮生活垃圾的方法，其特徵在於，包括以下步驟首先將城鎮生活垃圾經過預處理，分成以有機物為主的可燃物組分物料和以無機物為主的殘渣組分物料，所述可燃物組分物料為散料形態可燃物組分物料，物料邊長(200_、含水率< 30% ;然後將可燃物組分物料作為幹法旋窯分解爐燃煤替代性燃料和脫硝的碳氫化合物原料，通過餵料裝置餵入分解爐內的下部至中上部區域空間處理、脫硝；所述殘渣組分物料經化學分析作為生料立磨系統配料粉磨用替代性原料。
2.根據權利要求1所述的兼顧脫硝的幹法旋窯能源化處理城鎮生活垃圾的方法，其特徵在於，所述餵料裝置為帶有垃圾料倉的螺旋餵料機，設置於幹法旋窯分解爐的下部至中上部區域。
3.根據權利要求1所述的兼顧脫硝的幹法旋窯能源化處理城鎮生活垃圾的方法，其特徵在於，所述餵料裝置為入爐料管和風機，通過風機抽取來自篦冷機的熱風向垃圾入爐管送入熱風，將可燃組分物料從鎖風料倉下，經設於分解爐下部至中上部位的入爐料管送入分解爐內；入爐料管亦可設於三次風管入爐端部位置，此時，風機可選用普通離心風機。
4.根據權利要求3所述的兼顧脫硝的幹法旋窯能源化處理城鎮生活垃圾的方法，其特徵在於，所述風機為高溫風機。
5.根據權利要求1所述的兼顧脫硝的幹法旋窯能源化處理城鎮生活垃圾的方法，其特徵在於，所述餵料裝置為推板式餵料槽和風機，或者為柱塞式餵料管和風機。
6.根據權利要求1所述的兼顧脫硝的幹法旋窯能源化處理城鎮生活垃圾的方法，其特徵在於，所述可燃物組分物料的邊長< 100mm，含水率< 20%。
7.根據權利要求1所述的兼顧脫硝的幹法旋窯能源化處理城鎮生活垃圾的方法，其特徵在於，所述可燃物組分物料的幹基低位熱值> 8300 KJ/kg。
8.根據權利要求1-7之一所述的兼顧脫硝的幹法旋窯能源化處理城鎮生活垃圾的方法，其特徵在於，所述預處理是指對城鎮生活垃圾進行粗破、細破、分選和壓濾或壓縮脫水處理；當生活垃圾水分偏高時，需要脫水，脫除下來的垃圾汙水在幹法旋窯廠可用作立磨物料的水分含量調節之用。
全文摘要
一種兼顧脫硝的幹法旋窯能源化處理城鎮生活垃圾的方法，包括以下步驟首先將城鎮生活垃圾經過預處理，分成以有機物為主的可燃物組分物料和以無機物為主的殘渣組分物料，所述可燃物組分物料為散料形態，物料邊長≤200mm、含水率≤30%；然後將可燃物組分物料作為幹法旋窯分解爐燃煤替代性燃料和脫硝的碳氫化合物原料，通過餵料裝置餵入分解爐內的下部至中上部區域空間處理、脫硝；所述殘渣組分物料經化學分析作為生料立磨系統配料粉磨用替代性原料。使用本發明處理城鎮生活垃圾，操作簡單，煤耗低，窯況穩定性好，不影響幹法旋窯生產窯和爐內煤粉燃燒，處理成本低，對環境汙染少。
文檔編號B09B3/00GK103042024SQ20131000670
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月9日 優先權日2013年1月9日
發明者尹小林 申請人:尹小林