一種新型城市固體垃圾富氧氣化的處理方法
2023-10-24 05:57:27 1
專利名稱：一種新型城市固體垃圾富氧氣化的處理方法
技術領域：
本發明涉及城市固體廢棄物處理技術領域，尤其是一種減少二次汙染、極大的提 高產物熱值及節能的垃圾富氧熱解氣化方法。
背景技術：
垃圾處理方法很多，像填埋法、堆肥法和焚燒等是較為成熟的方法。垃圾熱解處理 法以其具有的能源回收率高，汙染小等優點受到廣泛的關注，熱解法將會成為取代傳統垃 圾處理手段的一種非常有前途的垃圾處理方法。熱解技術的研究早在上個世紀的三十年代 就已經開始了。熱解燃燒技術具有氣體和焦炭特性均勻、燃燒充分等特點，目前應用於如日 本制鐵研製的豎井爐方式直接氣化一熔融固體廢棄物焚燒系統、三井造船和夕夕甲株式 會社為代表的迴轉窯爐式的固體廢棄物氣化一熔融等方面。近年來有關熱解理論的研究， 國內外的專家學者提出了一些很有價值的理論和方法。這些方法多集中在單一組分垃圾熱 解的實驗分析或理論分析上，與實際應用還有一段距離。與生物質熱解不同的是，垃圾的成 分複雜，每種垃圾成分的最佳熱解溫度不盡相同，使得理論分析與實際應用之間有較大的 差異。富氧燃燒技術，是由Horne和Steinburg於1981年提出的，其具有燃燒充分、大幅 減少排煙量、高效等優點。富氧燃燒技術目前的主要研究應用領域有電站鍋爐、磁流體發電 技術、燃料電池、IGCC及聯合能源生產系統等，燃燒對象有煤粉、垃圾、天然氣及焦爐氣等； 但是現有的熱解燃燒仍存在燃燒效率低、排煙量大、二氧化碳排放等問題；單純的城市生活 垃圾的富氧燃燒，還不能從根本上解決固相(非均相)燃燒、控制難度大等問題。
發明內容
本發明的目的在於將富氧與氣化相結合，確定固體生活垃圾富氧熱解氣化工藝路 線和方法，並設計系統處理方法，旨在解決上述各方法存在的問題，實現垃圾減量化、無害 化、資源化的目的。為實現以上目的，本發明採取了以下的技術方案一種新型城市固體垃圾富氧氣 化的處理方法，包括如下步驟(1)城市生活垃圾預處理將城市生活垃圾儲存在垃圾坑中，經破碎、篩分、壓榨 後，輸入到迴轉窯中烘乾脫水，將水分含量控制在25 %以內；(2)垃圾富氧熱解氣化將經預處理後的城市生活垃圾通過給料機送入氣化爐 內，利用富氧氣作為氣化介質，在缺氧氛圍中，垃圾在氣化爐內不完全燃燒，發生氣化反應， 生成可燃氣體；(3)氣化氣淨化可燃氣體經過由文丘裡和至少兩級水洗塔組成的淨化系統淨 化，除去燃氣中的灰、焦油後存入氣櫃；(4)氣化氣再利用；(5)汙水處理及節能經過上述步驟(1)和步驟(2)後的垃圾滲濾液經格柵截留水中較大雜質和漂浮物後自流進入汙水調節池，汙水調節池出水經泵提升至混凝沉澱氣浮 一體池，經混凝沉澱氣浮處理後的出水進入厭氧水解酸化池，水解酸化池出水用泵提升至 厭氧處理階段；利用泵抽出垃圾坑內產生的氣體，直接輸送到氣化爐內，在第一級水洗塔的 水洗過程中產生大量的熱蒸汽經過換熱器把熱量供給迴轉窯烘乾垃圾，同時內燃機內燃燒 後的尾氣也通入迴轉窯烘乾垃圾。城市生活垃圾屬於固體燃料，其元素組成主要是C、H和0，此外，雖然還包含N、S 和其它一些微量元素，但是對於氣化反應而言，由於N、S等元素含量很少，從而可以忽略不 計。同時與煤相比，城市生活垃圾的含碳量較低，而H/C和0/C比相當高，從而使其具有較 高的揮發份含量，但熱值比一般煤低。此外，由於城市生活垃圾中N、S等元素含量較少，這 樣在熱轉化過程中由N和S成份所形成的汙染排放量相對較低，同時其固定碳的活性比煤 高得多。這些特點決定了城市生活垃圾更適宜於氣化。為了使垃圾在進入氣化爐前能夠充分的脫水、混合，達到改善氣化爐運行狀況，提 高入爐垃圾的熱值，首先將垃圾儲存在垃圾坑中，延長垃圾在坑內的停放時間(停留時間 約為7-10天)，同時，在垃圾進入氣化爐前通過迴轉窯進行進一步的烘乾；經過步驟1後 將城市生活垃圾的水分含量控制在25 %內，再將經過預處理的城市生活垃圾輸送到氣化爐 中，本發明開發的氣化過程利用富氧氣作為氣化介質，具有分區控制運行溫度的特點，燃氣 組份為02、CO、H2、CH4和CnHm等，產出的氣體熱值可達到3000kcal/m3 ；在步驟2中，垃圾經過破碎、篩分、壓榨脫水後由皮帶輸送，經勻速給料機送入氣 化爐內，部分垃圾與氧氣燃燒，提供熱分解所需的熱量，大部分垃圾在缺氧條件下發生熱分 解反應，析出揮發份和焦碳，揮發份在高溫反應區內停留發生二次反應，選用文丘裡除塵和 水洗除焦法來淨化燃氣，本系統採用兩次水洗淨化，採用大量水噴淋，使氣體快速降溫，減 少氣體在生成二惡英溫度段的停留時間，並帶走焦油。經過步驟3淨化的高熱值氣經儲氣罐儲存，由於這類氣的高熱值性，可以作為合 成的原料氣，同時也可以適應各種燃燒爐。汙水處理包括垃圾滲浙液、生產廢水等。滲浙液等排至汙水調節池進行收集後進 入汙水處理設施進行處理，相關流程如下垃圾滲濾液經格柵截留水中較大雜質和漂浮物後自流進入調節池；調節池出水經 泵提升至混凝沉澱氣浮一體池，在一體池中PH值調節、去除有害微生物等處理；經混凝沉 澱氣浮處理後的出水進入厭氧水解酸化池，降低汙水中的懸浮固體濃度，並有效的消除毒 物對微生物的抑制作用；水解酸化池出水用泵提升至厭氧處理階段，一方面提高廢水的可 生化性，另一方面降低廢水中的COD等。節能方面一方面為了保持垃圾坑內負壓，利用泵抽出垃圾坑內產生的氣體，直接 通入氣化爐，其次在第一次水洗過程中產生大量的熱蒸汽經過換熱器把熱量供給迴轉窯烘 幹垃圾，同時內燃機內燃燒後的尾氣也通入迴轉窯烘乾垃圾。本發明與現有技術相比，具有如下優點(1)由於具備富氧條件，進入反應器的氮 氣含量較少，所以反應過程中產生的氮氧化物也很少，為後續的淨化提供了幫助，也減少了 二次汙染；(2)富氧熱解氣化技術所產生的燃燒產物比原來的常規燃燒產物少了氮氣這種 佔總產氣60%的成分，因此富氧熱解氣化技術熱損失低，所造成的熱損失只有原來常規燃 燒時的一半左右；(3)混合氣體是含有一氧化碳、少量氮氣、烷類和氫氣的混合物，極大的提高了產生的氣體的適用範圍；(4)產生的灰渣可用於鋪路或建築行業；(5)無二惡茵等有 害氣體排放，無廢水、粉塵等有害物質排放；(6)處理城市垃圾時，不需要對垃圾進行分類； (7)不需要垃圾以外的燃料。
圖1是本發明城市垃圾處理過程流體圖(一)；圖2是本發明城市垃圾處理過程流體圖(二)；圖3是當量比為0. 27時富氧量對氣化時間、未燃盡率、反應溫度的影響示意圖；圖4是當量比為0. 25時富氧量對產物熱值的影響示意圖；圖5是本發明汙水處理流程示意圖；附圖標記說明1-給料機，2-氣化爐，3-文丘裡，4-第一級水洗塔，5-第二級水洗 塔，6-氣櫃。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的內容做進一步詳細說明。實施例請參閱圖1和圖2所示，一種新型城市固體垃圾富氧氣化的處理方法，包括如下步 驟(1)城市生活垃圾預處理將城市生活垃圾儲存在垃圾坑中，經破碎、篩分、壓榨 後，輸入到迴轉窯中烘乾脫水，將水分含量控制在25 %以內；(2)垃圾富氧熱解氣化將經預處理後的城市生活垃圾通過給料機1送入氣化爐 2內，利用富氧氣作為氣化介質，在缺氧氛圍中，垃圾在氣化爐2內不完全燃燒，發生氣化反 應，生成可燃氣體；(3)氣化氣淨化可燃氣體經過由文丘裡3和第一級水洗塔4和第二級水洗塔5兩 級水洗塔組成的淨化系統淨化，除去燃氣中的灰、焦油後存入氣櫃6 ；(4)氣化氣再利用；經過上述步驟產出的合成氣以氫氣和一氧化碳為主，熱值較 高，適用範圍得到了極大的提高，可以用於化工合成的原料氣，重油燃燒機的原料氣，內燃 機等等，擴充了氣化氣的再利用範圍。(5)汙水處理及節能請參閱圖5所示，經過上述步驟(1)和步驟(2)後的垃圾滲 濾液經格柵截留水中較大雜質和漂浮物後自流進入汙水調節池，汙水調節池出水經泵提升 至混凝沉澱氣浮一體池，經混凝沉澱氣浮處理後的出水進入厭氧水解酸化池，水解酸化池 出水用泵提升至厭氧處理階段；利用泵抽出垃圾坑內產生的氣體，直接輸送到氣化爐內，在 第一級水洗塔的水洗過程中產生大量的熱蒸汽經過換熱器把熱量供給迴轉窯烘乾垃圾，同 時內燃機內燃燒後的尾氣也通入迴轉窯烘乾垃圾。垃圾在熱解氣化裝置中的熱解、氣化過程屬於多相多組分體系的化學反應過程。 在一定的溫度、壓力和原始反應物的條件下，將整個裝置看作封閉的理想反應體系，分析在 此條件下整個垃圾富氧熱解氣化體系在不同的條件下(當量比、富氧量)達到熱力學平衡 狀態時氣體熱值，氣體中氫氣和一氧化碳的含量、產物中氮氣的含量，同時考察富氧條件下 反應速度、反應完全度以及反應溫度的變化。
在化學熱力學中處理複雜體系的化學平衡較常用的是平衡常數法和Gibbs最小 自由能法，此處採用基於Gibbs最小自由能法在等溫等壓條件下以體系的Gibbs自由能最 小作為平衡的判據，在一定溫度、壓力下，空氣、垃圾等原始反應物質加入垃圾焚燒裝置中 進行各種複雜化學反應，當體系達到化學平衡態時，整個體系的Gibbs自由能為最小。計算 此平衡條件下在不同富氧量的狀態下垃圾熱解體系內各種氣態物質的組成和濃度，特別是 氮氣的濃度，從而得到不同成份下氣體的熱值。由圖3可知，隨著富氧量的增加，反應時間縮短，反應溫度更高，反應更加充分，未 燃盡率大幅度降低，有利於提高氣化效率，提高了傳熱效率和能源利用率；可以獲得更好的 點火特性，提高火焰穩定性，可以擴大燃燒負荷比，改進火焰特徵和火焰形狀控制。由圖4可見，隨著富氧程度的提高，產物中氮氣含量減少，氣體的熱值提升較快， 極大的提高了產生的氣體的適用範圍。上列詳細說明是針對本發明可行實施例的具體說明，該實施例並非用以限制本發 明的專利範圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均應包含於本案的專利範圍中。
權利要求
一種新型城市固體垃圾富氧氣化的處理方法，其特徵在於，包括如下步驟(1)城市生活垃圾預處理將城市生活垃圾儲存在垃圾坑中，經破碎、篩分、壓榨後，輸入到迴轉窯中烘乾脫水，將水分含量控制在25％以內；(2)垃圾富氧熱解氣化將經預處理後的城市生活垃圾通過給料機送入氣化爐內，利用富氧氣作為氣化介質，在缺氧氛圍中，垃圾在氣化爐內不完全燃燒，發生氣化反應，生成可燃氣體；(3)氣化氣淨化可燃氣體經過由文丘裡和至少兩級水洗塔組成的淨化系統淨化，除去燃氣中的灰、焦油後存入氣櫃；(4)氣化氣再利用；(5)汙水處理及節能經過上述步驟(1)和步驟(2)後的垃圾滲濾液經格柵截留水中較大雜質和漂浮物後自流進入汙水調節池，汙水調節池出水經泵提升至混凝沉澱氣浮一體池，經混凝沉澱氣浮處理後的出水進入厭氧水解酸化池，水解酸化池出水用泵提升至厭氧處理階段；利用泵抽出垃圾坑內產生的氣體，直接輸送到氣化爐內，在第一級水洗塔的水洗過程中產生大量的熱蒸汽經過換熱器把熱量供給迴轉窯烘乾垃圾，同時內燃機內燃燒後的尾氣也通入迴轉窯烘乾垃圾。
全文摘要
本發明公開了一種新型城市固體垃圾富氧氣化的處理方法，包括如下步驟(1)城市生活垃圾預處理；(2)垃圾富氧熱解氣化；(3)氣化氣淨化；(4)氣化氣再利用；(5)汙水處理及節能。由於具備富氧條件，進入反應器的氮氣含量較少，所以反應過程中產生的氮氧化物也很少，為後續的淨化提供了幫助，也減少了二次汙染；富氧熱解氣化技術所產生的燃燒產物比原來的常規燃燒產物少了氮氣這種佔總產氣60％的成分，因此富氧熱解氣化技術熱損失低，所造成的熱損失只有原來常規燃燒時的一半左右；產生的灰渣可用於鋪路或建築行業；無二惡茵等有害氣體排放，無廢水、粉塵等有害物質排放；處理城市垃圾時，不需要對垃圾進行分類；不需要垃圾以外的燃料。
文檔編號C10K1/10GK101850350SQ20101017454
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月10日 優先權日2010年5月10日
發明者吳創之, 李海濱, 熊祖鴻, 袁浩然, 趙增立, 陳勇, 馬隆龍 申請人:中國科學院廣州能源研究所