城市生活垃圾氣化熔融焚燒處理系統的製作方法

2023-05-07 08:25:21 2

專利名稱：城市生活垃圾氣化熔融焚燒處理系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及城市垃圾的處理技術，具體涉及一種高溫空氣氣化熔融焚燒處理城市生活垃圾的裝置。
背景技術：
城市生活垃圾處理已成為世界各國面臨的共同課題。未經處理或處理不當的城市生活垃圾不但會侵佔土地、汙染地下水、破壞自然景觀，甚至危及人們生命財產的安全。我國年垃圾平均增長速度達10％以上，國內的400多個城市中至少2/3的城市陷入垃圾的重重包圍中；同時，垃圾中含有大量的生物病原體成為各種疾病的傳染源。據對長江三峽庫區堆存的垃圾汙染調查，沿江堆存的垃圾被帶入水域已構成潛在性危害，特別是大量白色垃圾漂浮在水面，流經葛州大壩時對發電機組構成嚴重危害。如何有效地對城市生活垃圾進行處理已成為人們廣泛關注的問題。
城市生活垃圾氣化熔融焚燒技術，分為一步法氣化熔融焚燒技術和兩步法氣化熔融焚燒技術。兩步法氣化熔融焚燒技術是先將垃圾在還原性氣氛和溫度為500℃～600℃的條件下進行氣化，形成易燃的可燃氣體和易於鐵、鋁等金屬回收的殘留物，再進行可燃氣體焚燒和能扼制二惡英形成的高溫熔融處理。典型工藝為瑞士熱選公司研製成功、後由日本川崎制鐵公司引進並消化改造的熱選式垃圾氣化熔融制氣技術。一步法氣化熔融焚燒技術是將城市生活垃圾的乾燥、氣化、燃燒和熔融等過程置於一個設備中進行，因此整個工藝過程設備簡單，工程投資和運行費用大大降低，操作亦容易得多。典型工藝為日本NKK公司研製的NKK式生活垃圾直接氣化熔融焚燒技術，其主體設備直接氣化熔融爐源於煉鐵高爐，其最大的特點是需要消耗焦炭。國內的科學技術人員已做了針對我國城市生活垃圾特點的研究工作，東南大學開發了一種城市生活垃圾乾燥氣化熔融處理方法(專利CN00112320.3)；昆明理工大學開發了一種城市生活垃圾直接氣化熔融焚燒系統(專利CN00259909.0)。目前，國內外各種氣化熔融技術的共同點是以「焚燒爐後布置餘熱鍋爐回收煙氣餘熱-餘熱鍋爐後布置中溫、中壓或低溫、低壓蒸汽輪機」發電的模式，垃圾的熱值要求達到8300～9600kJ/kg以上。而我國城市生活垃圾的特點是無機物含量高於有機物含量，不可燃成分高於可燃成分，熱值低、水分高、還含有一定成分的硫、氯物質等，是一種很低品位的能源，且分選率低，成分波動很大。顯然，照搬國外的技術、設備是不能很好地解決我國垃圾焚燒的問題。若採用發電模式，則運行時需投入大量的焦碳、煤或燃料油等比垃圾品位高得多的優質能源才能保證系統的正常運行，必然導致系統投資大、運行成本高、效率低等問題。特別是一些中小城市，垃圾的熱值和產量更低，均達不到建設焚燒垃圾發電站的要求。垃圾的轉運和堆放又會增加費用和產生惡臭、滲慮等二次汙染。

發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本實用新型的目的是提供一種對垃圾分選、熱值等要求不嚴格，能實現無害化、資源化、零汙染排放的城市生活垃圾氣化熔融焚燒處理系統。
本實用新型的目的是這樣實現的城市生活垃圾氣化熔融焚燒處理系統，包括儲藏倉、氣化爐、除塵器和焚燒爐，其特徵在於儲藏倉與氣化爐之間通過全封閉的皮帶輸送機構連接；氣化爐上部合成燃氣出口與除塵器相通，除塵器出口與焚燒爐相通，連接處設有一個切向進風的旋流燃燒器；除塵器底部設有與氣化爐相通的灰渣鬥；焚燒爐高溫煙氣出口與高效蓄熱室煙氣側相連，高效蓄熱室的煙氣側與排煙機相通，高效蓄熱室的空氣側入口與鼓風機相通，被加熱後的高溫空氣出口經輸送/噴管與氣化爐和焚燒爐連通。
所述高效蓄熱室由襯有耐火材料的殼體和蓄熱小球組成，底部和上部均分別設有煙氣和空氣的輸送管道；高效蓄熱室中部主體與其上下部採用活動連接，內側用沙封密封，外側為滾珠軸承以達到高效蓄熱室可180°往返轉動；所述小球由具有高效蓄熱和釋熱能力、熱震性良好的耐火材料製成。
本實用新型的關鍵技術問題是回收垃圾的熱量獲取高溫空氣；垃圾經氣化熔融焚燒後產生的高溫煙氣餘熱經高效蓄熱室蓄存並加熱空氣再引入氣化爐、熔融焚燒爐，作為垃圾氣化所需的空氣和熔融焚燒垃圾所需的助燃空氣；在不加或少加輔助燃料條件下保證垃圾穩定氣化、完全燃燒，徹底解決二惡英、重金屬、酸性氣體的二次汙染。
相比現有技術，本實用新型具有如下優點(1)本實用新型提出的基於高溫空氣氣化熔融焚燒處理城市生活垃圾的方法，即將氣化燃燒產生的高溫煙氣引入高效蓄熱室加熱空氣，加熱後的空氣再引入氣化、熔融焚燒爐處理垃圾的方案，是以焚燒處理垃圾為主要目的的思路處理我國城市生活垃圾，與國內目前開發的焚燒垃圾-回收餘熱發電的模式處理城市生活垃圾思路截然不同。符合我國城市生活垃圾的熱值低、水分高、分選不嚴格、品位低的特點，特別是一些中小城市，垃圾的熱值和產量更低均達不到建設焚燒垃圾發電站的要求，避免儲運產生的二次汙染；是一種工業生產、地區性規模靈活、高效零排汙的垃圾處理方案。
(2)獲取高溫空氣的高效蓄熱室具有進一步淨化排放煙氣的自清潔功效高效蓄熱室內蓄熱體對煙氣有進一步「清洗」的作用，即使熔融焚燒爐排出的煙氣還含有部分飛灰等有害物質，當其通過高效蓄熱室床層時存積在床層內，當換向後即空氣逆向通過該蓄熱室時被加熱的同時「清洗」蓄熱床層，形成將飛灰等有害物質帶入氣化熔融焚燒爐再熔融的閉循環處理系統。蓄熱室內「煙氣-空氣」交替逆向流動可達到自清潔的功效。整個系統規模靈活，對垃圾分選、熱值等要求不嚴格，可以在少加輔助燃料或不加輔助燃料條件下穩定運行，成本低，能達到處理利用城市生活垃圾的目的，且能實現零汙染排放。是一種高效、節能，環境友好型垃圾處理方案，符合可持續發展戰略的要求。


圖1是本實用新型城市生活垃圾氣化熔融焚燒處理系統的結構示意圖；圖2為圖1中高效蓄熱室的A-A剖視圖；圖3為圖1中高效蓄熱室旋轉連接示意圖(B處放大)。
具體實施方案如圖1所示，城市生活垃圾氣化熔融焚燒處理系統，包括儲藏倉1、氣化爐2、除塵器4、焚燒爐6、高效蓄熱室8、灰渣鬥5和輔助燃燒器7，以及鼓風機9和排煙機10；儲藏倉1與氣化爐2之間通過全封閉的皮帶輸送機構連接；氣化爐2上部合成燃氣出口與除塵器4相通，除塵器4出口與焚燒爐6相通，連接處設有一個切向進風的旋流燃燒器；除塵器4底部設有與氣化爐相通的灰渣鬥5；焚燒爐6高溫煙氣出口與高效蓄熱室8煙氣側相連，高效蓄熱室8的煙氣側與排煙機10相通，高效蓄熱室8的空氣側入口與鼓風機9相通，被加熱後的高溫空氣出口經輸送/噴管3與氣化爐2和焚燒爐6連通。
焚燒爐6中部設置有隔牆，將焚燒爐6分隔為下部連通的兩個腔室，以便延長合成燃氣在其中的燃燒停留時間，使其燃燒更充分，更徹底。
輔助燃燒器7主要用於啟動氣化熔融焚燒垃圾處理系統和當熔融焚燒爐6溫度過低時進行自動補熱燃燒，系統正常運行時關閉。若垃圾熱值較高或氣化合成燃氣熱值較高，維持本系統正常運行後剩餘的部分餘熱可引入熱水鍋爐11；若垃圾熱值過低或氣化合成燃氣熱值過低，熔融焚燒爐溫度達不到工藝要求時，可通過溫度自動檢測控制系統啟用輔助燃燒器7進行適當補熱，保證系統正常運行，熔融焚燒爐6排出的煙氣綜合溫度維持在1300℃～1350℃。圖中，12、13和14是開關閥。
如圖2、圖3所示，所述高效蓄熱室由襯有耐火材料的殼體16和蓄熱小球15組成；底部和上部均分別設有煙氣和空氣的輸送管道；高效蓄熱室8中部主體與其上、下部採用活動連接，內側用沙封17密封，外側為滾珠軸承18以達到高效蓄熱室可180°往返轉動，實現高效蓄熱室內煙氣側和空氣側小球交替蓄熱和釋熱的目的；當焚燒爐高溫煙氣通過高效蓄熱室時，其煙氣側的蓄熱小球快速將高溫煙氣的餘熱吸收並積蓄在體內到達飽和後，快速轉動180°使高溫蓄熱小球置於空氣側，鼓風機鼓入的常溫空氣通過時，蓄熱小球又迅速將熱量釋放出來將空氣加熱到1000℃～1050℃。所述小球採用具有高效蓄熱和釋熱能力、熱震性良好的耐火材料製成，如高鋁質、莫來石質或堇青石質耐火材料等。
氣化熔融焚燒處理城市生活垃圾的方法，將經初選破碎的垃圾存於儲藏倉1內，通過全封閉的皮帶輸送至高溫空氣氣化爐2，由高效蓄熱室8加熱至1000℃～1050℃的高溫空氣，經輸送/噴管3噴入氣化爐2對垃圾進行氣化處理。空氣消耗係數控制在0.3～0.5以內，使固體垃圾中的可燃成分在1300℃～1350℃以上的高溫環境下發生不完全燃燒反應。其不可燃成分轉變為液態爐渣，而含有較高熱值的合成燃氣從氣化爐2上部排出進入除塵器4。從除塵器4的飛灰等有害物質沉降至灰渣鬥5中，同時加入適當的吸收劑(如活性石灰石或石灰漿液)吸收固化其中的有害物質，並用壓縮空氣定期將其送入氣化爐2內再熔融。淨化後的合成燃氣送入熔融焚燒爐6，在1000℃～1050℃的高溫空氣助燃下充分燃燒，熔融焚燒爐6內溫度達1300℃～1350℃，徹底瓦解二惡英存在的條件，同時飛灰熔融連同高溫氣化爐排除的熔渣進行固化處理後實現無害化和資源化綜合利用。
焚燒爐6的高溫煙氣通過排煙機10抽引進入高效蓄熱室8與蓄熱小球15進行熱交換，使1300℃～1350℃的高溫煙氣迅速降低到200℃～150℃，避開了二惡英再合成的溫度250℃～450℃。空氣由鼓風機9送入高效蓄熱室8與蓄熱體小球15進行熱交換，使空氣加熱到1000℃～1050℃，高效蓄熱室8可以180°往返轉動，以便保證換向實現蓄熱球體15的蓄熱/釋熱交替，如圖2所示。加熱後的空氣再引入氣化爐2、熔融焚燒爐6，作為垃圾氣化所需的空氣和熔融焚燒垃圾所需的助燃空氣，維持本系統正常運行後剩餘的部分餘熱可引入熱水鍋爐11。
氣化垃圾的高溫空氣溫度達1000℃～1050℃，可強化氣化反應，提高氣化速度和氣化效率，可在較低空氣消耗係數下進行，同時允許較大比例的水煤氣反應，能很好適應生活垃圾的熱值、成分等多變的特性。空氣消耗係數控制在0.3～0.5以內，使固體垃圾中的可燃成分在1300℃～1350℃的高溫環境下發生不完全燃燒反應，產生含有較高熱值的合成燃氣，其不可燃成分轉變為液態爐渣。
氣化爐排出的可燃氣體在高溫空氣助燃條件下充分燃燒，熔融焚燒爐內溫度達1300℃～1350℃，徹底瓦解二惡英存在的條件，同時飛灰熔融連同高溫氣化爐排除的熔渣進行固化處理後實現無害化和資源化綜合利用。合成燃氣中的H2S、HCl、煙塵等有害成分通過淨化去除，灰渣返回高溫氣化爐中熔融固化處理。隨合成燃氣進入焚燒爐的部分煙塵在高溫空氣助燃條件下焚燒、熔融固化處理。熔融渣經急冷固化處理形成極穩定的玻璃質爐渣，使毒重金屬封存不致溶出，並且排除了從垃圾飛灰中釋放二惡英的可能，經固化處理的爐渣可用作建材原料。另外，基於成分組成上灰渣與冶金爐料在有很多類同，當灰渣中的有價金屬含量較高時，固化的飛灰、熔渣加入一定量添加劑(熔劑、粘結劑)，造球，根據其組成成分，用作高爐或礦熱爐的原料，使灰渣到得到充分利用。同時，在焚燒過程中採用高溫空氣與低氧燃燒技術結合，可以有效地抑制NOx的生成。
本實用新型採用高溫空氣氣化原理，關鍵是有價格低廉的連續的高溫空氣源，因此高溫空氣的產生及其與垃圾氣化、熔融焚燒環節的優化整合成為未來系統推廣應用的關鍵技術問題。為此，在制定實施方案時，充分考慮垃圾處理無害化、減量化和資源化目標，將從氣化爐排出的含灰合成燃氣經除塵器處理後進入高溫熔融焚燒爐燃燒，徹底瓦解二惡英存在的條件，飛灰熔融急冷固化形成極穩定的玻璃質爐渣，使毒重金屬封存不致溶出。1300℃～1350℃的高溫煙氣引入高效蓄熱室，經熱交換高溫煙氣溫度降到200℃～150℃，將冷空氣加熱到1000℃～1050℃，作為氣化垃圾和合成燃氣熔融焚燒的高溫空氣源。
權利要求1.城市生活垃圾氣化熔融焚燒處理系統，包括儲藏倉(1)、氣化爐(2)、除塵器(4)和焚燒爐(6)，其特徵在於儲藏倉(1)與氣化爐(2)之間通過全封閉的皮帶輸送機構連接；氣化爐(2)上部合成燃氣出口與除塵器(4)相通，除塵器(4)出口與焚燒爐(6)相通，連接處設有一個切向進風的旋流燃燒器；除塵器(4)底部設有與氣化爐(2)相通的灰渣鬥(5)；焚燒爐(6)高溫煙氣出口與高效蓄熱室(8)煙氣側相連，高效蓄熱室(8)的煙氣側與排煙機(10)相通，高效蓄熱室(8)的空氣側入口與鼓風機(9)相通，被加熱後的高溫空氣出口經輸送/噴管(3)與氣化爐(2)和焚燒爐(6)連通。
2.根據權利要求1所述的氣化熔融焚燒處理系統，其特徵在於所述高效蓄熱室(8)由襯有耐火材料的殼體(16)和蓄熱小球(15)組成，底部和上部均分別設有煙氣和空氣的輸送管道；高效蓄熱室中部主體與其上下部採用活動連接，內側用沙封(17)密封，外側為滾珠軸承(18)以達到高效蓄熱室可180°往返轉動；所述小球由具有高效蓄熱和釋熱能力、熱震性良好的耐火材料製成。
3.根據權利要求1所述的氣化熔融焚燒處理系統，其特徵在於所述高效蓄熱室(8)經輸送管(3)引入熱水鍋爐(11)。
專利摘要本實用新型提供一種城市生活垃圾氣化熔融焚燒處理系統，由儲藏倉、氣化爐、除塵器、焚燒爐和高效蓄熱室等組成，其特徵在於回收垃圾氣化熔融焚燒的煙氣餘熱獲取的高溫空氣，再引入氣化爐、熔融焚燒爐，作為垃圾氣化所需的空氣和熔融焚燒垃圾所需的助燃空氣；保證垃圾穩定氣化、完全燃燒，徹底解決二惡英、重金屬等物的二次汙染。其符合城市生活垃圾的熱值低、水分高、分選不嚴格、品位低的特點，特別是一些中小城市，垃圾的熱值和產量更低均達不到建設焚燒垃圾發電站的要求，避免儲運產生的二次汙染；整個系統規模靈活，對垃圾分選、熱值等要求不嚴格，可以在少加輔助燃料或不加輔助燃料條件下穩定運行，成本低，且能實現零汙染排放。
文檔編號F23G5/00GK2921607SQ20062011087
公開日2007年7月11日 申請日期2006年6月30日 優先權日2006年6月30日
發明者溫良英, 張正榮, 劉清才, 杜雲貴, 劉藝, 董凌燕, 陳登福, 龍戰軍, 楊劍 申請人:重慶大學, 中電投遠達環保工程有限公司