一種水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明一種水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾的系統(tǒng)及方法，涉及城市生活垃圾等有機(jī)廢棄物的減量化、無害化、資源化處理，包括管道連接的生活垃圾預(yù)處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、生活垃圾氣化系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)以及水泥生產(chǎn)系統(tǒng)。本發(fā)明利用水泥生產(chǎn)系統(tǒng)和固定床氣化爐來協(xié)同處理城市生活垃圾等有機(jī)廢棄物，既處理城市生活垃圾，又可以部分解決水泥生產(chǎn)對(duì)能源的巨大需求問題，實(shí)現(xiàn)廢舊物資的“減量化，無害化，資源化，再使用，再循環(huán)”，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)。
【專利說明】—種水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種城市生活垃圾等有機(jī)廢棄物的減量化、無害化、資源化處理方法，更具體地說是利用水泥生產(chǎn)系統(tǒng)和固定床氣化爐來協(xié)同處理城市生活垃圾等有機(jī)廢棄物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)，人類進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)時(shí)代。世界各國(guó)正把“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)〃和〃建立循環(huán)型社會(huì)”作為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求以廢舊物資“減量化，無害化，資源化，再使用，再循環(huán)”為社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的行為準(zhǔn)則。
[0003]目前，城市生活垃圾處理主要有四種處理方法:
[0004]1、填埋
[0005]所謂衛(wèi)生填埋，就是能對(duì)滲濾液和填埋氣體進(jìn)行控制的填埋方式。大多數(shù)填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)仍存在很多問題，表現(xiàn)在:設(shè)計(jì)理念比較落后，土地填埋利用率低，地下水、地表水的污染事故不斷出現(xiàn)；填埋氣體處理與利用系統(tǒng)剛剛開始發(fā)展，引起溫室效應(yīng)，產(chǎn)生惡臭。
[0006]2、堆肥
[0007]我國(guó)的堆肥廠主要處理混合生活垃圾中的廚余等可降解成分使其成為農(nóng)田肥料，其局限性主要表現(xiàn)在:由于我國(guó)目前還沒有開展普遍的生活垃圾分類收集，因此入廠垃圾中含有石塊、金屬、玻璃、塑料等多種不可降解組分需另行處理。
[0008]3、焚燒
[0009]垃圾焚燒有減量化顯著、無害化較徹底以及可回收垃圾焚燒余熱等優(yōu)點(diǎn)，但焚燒混合垃圾有以下缺陷:我國(guó)生活垃圾含水率高，熱值低，需要更多的輔助燃料，最終導(dǎo)致焚燒成本上升。焚燒是使生活垃圾過氧燃燒，煙氣量大，處理難度大。我國(guó)目前除少數(shù)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的城市外，其它城市的混合生活垃圾熱值低，含渣量高，不適宜焚燒；另一方面，由于我國(guó)混合垃圾中廚余垃圾較多,含鹽量較高，HCl會(huì)腐蝕焚燒爐，也增加了煙氣處理的難度和污染控制成本。焚燒過程中產(chǎn)生的二噁英問題，難以解決。
[0010]4、氣化
[0011]生活垃圾氣化是將生活垃圾中有機(jī)成分在還原性氣氛下與氣化劑反應(yīng)生成可燃合成氣的過程。整個(gè)氣化過程分為熱解階段、氧化階段和還原階段。在熱解過程中，高分子有機(jī)物受熱后分解為低碳鏈的有機(jī)化合物，其中一部分揮發(fā)分在常溫下以氣態(tài)形式存在，也有一部分發(fā)生脫水聚合反應(yīng)生成焦油。熱解階段產(chǎn)生的揮發(fā)分會(huì)與通入氣化反應(yīng)器的氧氣發(fā)生氣化燃燒反應(yīng)，此階段氣化反應(yīng)體系的溫度迅速升高，物料通過氧化區(qū)以后便進(jìn)入還原階段，熱解和氧化階段產(chǎn)生的CO2和未參加反應(yīng)的固定碳進(jìn)一步反應(yīng)形成CO，同時(shí)也伴隨著H2O和CO2、CO反應(yīng)形成CH4等其他的反應(yīng)。
[0012]城市生活垃圾氣化過程中使用的氣化反應(yīng)爐主要有固定床氣化爐和流化床氣化爐。[0013]固定床氣化技術(shù)較為成熟,根據(jù)垃圾原料和氣化介質(zhì)在床中流動(dòng)方向的不同，固定床氣化爐可分為上吸式和下吸式兩種。
[0014]下吸式固定床氣化爐的工作原理:生活垃圾最初在干燥區(qū)，受到裂解區(qū)和氧化區(qū)的熱輻射，蒸發(fā)出水分之后，隨著物料的消耗在重力作用下進(jìn)入裂解區(qū)，揮發(fā)分的氣體開始產(chǎn)出，干的生活垃圾逐漸分解為炭、揮發(fā)分及焦油等。隨著物料的消耗，在重力及微負(fù)壓的作用下，生成的炭、揮發(fā)分及焦油等進(jìn)入氧化區(qū)。氣化劑在氧化區(qū)加入，與炭、揮發(fā)分及焦油等發(fā)生反應(yīng)生成C02、CO等，并放出大量的熱量。沒有消耗完的炭等繼續(xù)下移到還原區(qū)，在這里，發(fā)生一系列的還原反應(yīng)，生成C0、H2和CH4等，灰渣則排入灰室中。下吸式固定床氣化爐的工作原理決定了其原料適應(yīng)性好，能夠處理水分較高、粒度較大的生活垃圾，且能夠連續(xù)運(yùn)行，操作維護(hù)簡(jiǎn)單。
[0015]在下吸式固定床氣化爐中，氣流是向下流動(dòng)的，因而在干燥區(qū)生成的水蒸汽，在裂解區(qū)分解出的co2、co、h2和焦油等熱氣流向下流經(jīng)氣化區(qū)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。焦油在通過氧化區(qū)時(shí)發(fā)生裂解變?yōu)榭扇細(xì)怏w，因此，下吸式固定床氣化爐產(chǎn)生的合成氣熱值相對(duì)較高，焦油較少，能源利用率高。
[0016]以上城市生活垃圾處理中，焚燒是指完全燃燒至灰，焚燒爐內(nèi)的空氣與燃料的比值較高，足以氧化垃圾原料，在氣化工藝中，不完全的熱反應(yīng)所產(chǎn)生的合成氣中含有垃圾原料中的能源，而這種合成氣可作為燃料在燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)中使用，也可以用做化工原料。氣化裝置比焚燒裝置要小得多，這是由于氣化所產(chǎn)生的氣體量約占完全燃燒所產(chǎn)煙氣量的1/4，所需的靜電除塵裝置或其它的凈化設(shè)備、冷卻設(shè)備相應(yīng)都要小得多。
[0017]可見氣化方法比焚燒、填埋等方法更優(yōu)越，但氣化同樣要面對(duì)我國(guó)生活垃圾含水率高，熱值低，需要輔助燃料、破碎難度大、焦油處理、灰渣處理、滲浙液處理、氣體凈化等問題。
[0018]另一方面，歐洲水泥工業(yè)大量成功的實(shí)踐業(yè)已充分表明，利用現(xiàn)有水泥廠處理城市垃圾是最環(huán)保最經(jīng)濟(jì)最有效的技術(shù)路線，把城市生活垃圾的處理與水泥生產(chǎn)過程有效結(jié)合起來，直接利用現(xiàn)有的新型干法窯生產(chǎn)過程，既處理了城市生活垃圾，又可以部分解決水泥工業(yè)對(duì)能源的巨大需求問題，其意義不言而喻。
[0019]水泥回轉(zhuǎn)窯協(xié)同處理生活垃圾的優(yōu)勢(shì)是:
[0020](I)水泥工業(yè)可銷納的廢物種類多，適用范圍廣。無論是固體或液體，塊狀、粒狀或膏狀，普通廢物、危險(xiǎn)廢物或有毒廢物，都可以在水泥窯或預(yù)分解爐內(nèi)燃燒殆盡。
[0021](2)水泥消費(fèi)量和生產(chǎn)規(guī)模很大，水泥窯單機(jī)產(chǎn)能高，因此水泥工業(yè)對(duì)各種廢物的銷納量巨大，發(fā)展?jié)摿捎^。
[0022](3)垃圾焚燒或氣化后的灰分參與熟料的形成反應(yīng)，其中重金屬通過固相和液相反應(yīng)進(jìn)入水泥熟料中，均被固化在熟料晶格中。在水泥混凝土中，這些重金屬元素束縛在水泥熟料的晶格中，由于極難浸出，不會(huì)造成二次污染，這已經(jīng)被大量的試驗(yàn)所證明。
[0023](4)垃圾處理過程中的廢氣和煙氣均進(jìn)入水泥窯系統(tǒng)，由于因此大大節(jié)省了廢尾氣處理等設(shè)備投資；回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焚燒氣體溫度在1700?1800°C，在高溫和較長(zhǎng)的停留時(shí)間情況下，廢棄物中有毒有害的苯環(huán)等成分徹底分解，二噁英基本不存在；水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的全負(fù)壓運(yùn)行、高效收塵系統(tǒng)和回灰循環(huán)利用系統(tǒng)保證了有害粉塵的收集和利用，使廢氣實(shí)現(xiàn)安全排放。[0024]以上提到的水泥回轉(zhuǎn)窯在處理城市生活垃圾時(shí)所具有的優(yōu)勢(shì)都是和水泥生產(chǎn)的工藝過程同時(shí)進(jìn)行的，也就是說，在對(duì)水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)不進(jìn)行大的設(shè)備調(diào)整的條件下，可以利用現(xiàn)有的水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)進(jìn)行生活垃圾的處理。
[0025]水泥窯協(xié)同處理生活垃圾現(xiàn)狀:
[0026]1、生活垃圾分選出可燃物，將可燃物破碎成粉末，經(jīng)風(fēng)力輸送到窯頭或窯尾燃燒器燃燒。此方法對(duì)生活垃圾的分選和破碎環(huán)節(jié)要求非常高，而我國(guó)城市生活垃圾成分復(fù)雜，難于實(shí)施。
[0027]2、在水泥回轉(zhuǎn)窯旁并行于三次風(fēng)管設(shè)置回轉(zhuǎn)式垃圾焚燒爐，以冷卻水泥熟料的熱風(fēng)作為焚燒爐內(nèi)的燃燒空氣，焚燒后的煙氣回到三次風(fēng)管進(jìn)入分解爐。焚燒爐熱風(fēng)走向與垃圾物料走向相同。垃圾儲(chǔ)池所產(chǎn)生的滲濾液、以及部分儲(chǔ)池臭氣噴入三次風(fēng)管。此方法中垃圾滲浙液直接進(jìn)入三次風(fēng)管，遇高溫迅速膨脹，對(duì)水泥生產(chǎn)有較大影響，過程不好控制。
[0028]3、生活垃圾進(jìn)廠后先經(jīng)過分選破碎，然后進(jìn)行微生物發(fā)酵干化，制成垃圾RDF (垃圾衍生燃料)，進(jìn)入水泥窯利用。垃圾預(yù)處理產(chǎn)生的臭氣經(jīng)過生物除臭后排放，垃圾滲濾液噴入窯內(nèi)高溫處理。此方法工藝過程較復(fù)雜，分揀后的不可燃物得不到利用，要另行處理；RDF制作過程中添加高熱值的煤，也是用化石燃料處理垃圾。
[0029]4、用流化床技術(shù)氣化垃圾，合成氣通往燒成系統(tǒng)燃燒，缺點(diǎn):對(duì)生活垃圾分選、破碎要求高，生產(chǎn)過程難控制，沒有用到水泥廠余熱，沒有解決垃圾水分高、熱值低的問題，原料適應(yīng)性較低。
[0030]綜合以上分析，把工業(yè)和城市生活垃圾的處理與水泥生產(chǎn)中對(duì)能源的需求結(jié)合起來，既處理工業(yè)和城市生活垃圾，又可以部分解決水泥生產(chǎn)對(duì)能源的巨大需求問題，實(shí)現(xiàn)廢舊物資的“減量化，無害化，資源化，再使用，再循環(huán)”是發(fā)展趨勢(shì)，有必要尋求更有效的協(xié)同處理方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0031]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種節(jié)能環(huán)保的水泥生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)同處理城市生活垃圾的系統(tǒng)及方法。
[0032]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0033]一種水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的系統(tǒng)，包括以下管道連接的各系統(tǒng):
[0034]生活垃圾預(yù)處理系統(tǒng)，其包括順序使用的垃圾堆棚、垃圾分選裝置、干燥裝置和破碎裝置等；
[0035]蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其包括順序使用的污水凈化裝置和蒸汽發(fā)生器等；
[0036]生活垃圾氣化系統(tǒng)，其包括順序使用的下吸式固定床氣化爐、氣體凈化裝置和焦油裂解裝置等；
[0037]發(fā)電系統(tǒng)，其包括順序使用的燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)組等；
[0038]水泥生產(chǎn)系統(tǒng)，其包括生料預(yù)分解裝置、窯尾煙室、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機(jī)以及廢氣處理裝置等。
[0039]所述水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的系統(tǒng)，其中，垃圾堆棚的浙滲液出口連通污水凈化裝置進(jìn)水口 ；垃圾分選裝置的灰土出口通往生料預(yù)分解裝置；破碎裝置的出口連通下吸式固定床氣化爐的物料入口，蒸汽發(fā)生器的蒸汽出口連通下吸式固定床氣化爐的蒸汽Λ 口，篦冷機(jī)的高溫空氣出口連通下吸式固定床氣化爐的空氣入口 ；下吸式固定床氣化爐的可燃合成氣出口連通氣體凈化裝置的入口，下吸式固定床氣化爐的爐灰出口通往生料預(yù)分解裝置；蒸汽發(fā)生器的尾氣通入干燥裝置，干燥裝置的廢氣以及垃圾堆棚的臭氣通往篦冷機(jī)的入口，篦冷機(jī)的高溫空氣出口分別通往蒸汽發(fā)生器、下吸式固定床氣化爐和焦油裂
解裝置。
[0040]一種水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的方法，具體步驟為:
[0041 ] I)城市生活垃圾進(jìn)入垃圾堆棚進(jìn)行堆酵處理，期間:
[0042]產(chǎn)生的臭氣輸往水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的篦冷機(jī)；
[0043]產(chǎn)生的垃圾滲浙液輸往污水凈化裝置，凈化后的上清液和自來水配比后輸往蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽；此為本發(fā)明特點(diǎn)之一。
[0044]產(chǎn)生的生活垃圾進(jìn)入垃圾分選裝置；
[0045]2)由垃圾分選裝置分選出有機(jī)可燃物、廚余、灰土、金屬、玻璃等，其中:
[0046]廚余進(jìn)行堆肥處理；
[0047]金屬、玻璃等可回收物作回收處理；
[0048]灰土與水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的生料配比后進(jìn)入生料預(yù)分解裝置；
[0049]有機(jī)可燃物依次輸往垃圾干燥裝置、破碎裝置進(jìn)入下吸式固定床氣化爐；本發(fā)明把下吸式固體床氣化爐耦合進(jìn)系統(tǒng)是亮點(diǎn)。
[0050]3)由下吸式固定床氣化爐生成可燃合成氣，作為燃料輸出至燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)推動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電；產(chǎn)生的電能用于水泥生產(chǎn)系統(tǒng)。水泥廠是耗電大戶，垃圾中蘊(yùn)含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，又用于水泥廠使用。既處理了垃圾，又產(chǎn)生了能源，變廢為寶。
[0051]下吸式固定床氣化爐產(chǎn)生的爐灰與水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的生料配比后進(jìn)入生料預(yù)分解
裝置；
[0052]4)將水泥生料、來自分選裝置的灰土以及來自下吸式固定床氣化爐的爐灰進(jìn)行配比后進(jìn)入水泥生產(chǎn)系統(tǒng)，依次通過生料預(yù)分解裝置、窯尾煙室、回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生高溫熟料進(jìn)入篦冷機(jī)換熱后產(chǎn)出水泥熟料。
[0053]如上所述水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的方法中，進(jìn)一步包括:
[0054]步驟I)中蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽通往下吸式固定床氣化爐；尾氣輸往垃圾干燥裝置；蒸汽加入可提高燃?xì)鉄嶂怠?br> [0055]步驟I)污水凈化裝置凈化過程產(chǎn)生的有機(jī)污泥輸往窯尾煙室進(jìn)行高溫裂解。
[0056]步驟2)中垃圾分選裝置對(duì)生活垃圾中的含氯物質(zhì)進(jìn)行分選和分揀，使分選出的有機(jī)可燃物中氯元素含量小于0.025%。
[0057]步驟2)中干燥裝置的廢氣輸往篦冷機(jī)；這也是本發(fā)明特點(diǎn)之一。
[0058]步驟2)所述垃圾干燥裝置的熱源是蒸汽發(fā)生器的尾氣和燃?xì)廨啓C(jī)的尾氣；經(jīng)垃圾干燥裝置、破碎裝置后的有機(jī)可燃物粒徑小于5cm，水分含量小于25% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。本發(fā)明該步驟使用系統(tǒng)自身熱源干燥，加之使用下吸式氣化爐這種爐型，就可處理水分含量比較高的垃圾，而且垃圾粒徑也不用像其他方法破碎的特別小(有的氣化方法甚至要將垃圾研磨至毫米甚至微米級(jí))，原料適應(yīng)性廣了，而且節(jié)能降耗。
[0059]步驟3)中的可燃合成氣輸出至燃?xì)廨啓C(jī)前先通過一氣體凈化裝置，氣體凈化裝置分出的焦油通過一焦油裂解裝置產(chǎn)生焦油裂解氣，焦油裂解氣通入燃?xì)廨啓C(jī)中作為燃料；焦油裂解裝置的熱源是來自篦冷機(jī)的部分高溫空氣。一般氣化過程中焦油的處理是個(gè)難題，如果采用裂解的方法，需要大量外加熱源，本發(fā)明這里用到篦冷機(jī)的熱源，有效解決了熱源問題。
[0060]步驟3)中燃?xì)廨啓C(jī)的燃料是來自垃圾氣化系統(tǒng)的可燃合成氣和焦油裂解氣；燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的尾氣輸往垃圾干燥裝置，發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電能用做水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的動(dòng)力。這也是本發(fā)明特點(diǎn)之一。
[0061]還有，焦油裂解裝置中加入催化劑，催化劑可以是白云石、堿金屬催化劑、鎳基催化劑等。這也是本發(fā)明特點(diǎn)之一。
[0062]步驟3)中下吸式固定床氣化爐的氣化劑來自蒸汽發(fā)生器的蒸汽和來自篦冷機(jī)的部分高溫空氣；下吸式固定床氣化爐中高溫空氣過量系數(shù)為0.2?0.4 ;蒸汽與有機(jī)可燃物的質(zhì)量比為0.2?0.8。這也是本發(fā)明特點(diǎn)之一。
[0063]另外，步驟3)中下吸式固定床氣化爐的氣化過程中可加催化劑，催化劑可以是鎳基催化劑、煅燒白云石、生石灰等。
[0064]步驟4)生料中摻入灰土和爐灰的量應(yīng)小于5%。
[0065]步驟4)中篦冷機(jī)中的高溫熟料與空氣和來自垃圾堆棚的臭氣以及進(jìn)行熱交換后產(chǎn)生高溫空氣，所產(chǎn)生的高溫空氣分別輸往蒸汽發(fā)生器、下吸式固定床氣化爐、焦油裂解裝置。這也是本發(fā)明特點(diǎn)之一。
[0066]步驟4)中水泥生產(chǎn)系統(tǒng)中的廢氣經(jīng)過廢氣處理裝置后排空。
[0067]總之，本發(fā)明解決了垃圾處理中的水分高、難破碎等難題，有效處理了固廢、廢氣、廢水，產(chǎn)生的電能又反哺水泥系統(tǒng)。
[0068]本發(fā)明所提供的水泥生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)同處理城市生活垃圾的方法即水泥生產(chǎn)系統(tǒng)和下吸式固定床氣化系統(tǒng)相耦合的方法，采用該方法能夠處理含水率高的生活垃圾，可降低破碎難度，并且可使焦油、灰渣、滲浙液處理都得到綜合處理，使治理過程中的能量和資源得到循環(huán)利用。
[0069]本發(fā)明使水泥生產(chǎn)系統(tǒng)和生活垃圾處理系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合到一起，在不影響水泥正常生產(chǎn)及熟料質(zhì)量的前提下協(xié)同處理了城市生活垃圾。本方法針對(duì)我國(guó)生活垃圾的特點(diǎn)，利用下吸式固定床氣化技術(shù)，借助水泥燒成系統(tǒng)的部分余熱降低生活垃圾的水分，提高了氣化過程的效率，原料適應(yīng)性好，解決了焦油處理難題，不但使固廢、廢氣、廢水得到了利用，產(chǎn)生的電能又能用于水泥生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了廢舊物資的“減量化，無害化，資源化，再使用，再循環(huán)”。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0070]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；
[0071]圖2為本發(fā)明水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾系統(tǒng)的基本構(gòu)成圖；
[0072]圖3為下吸式固定床氣化爐原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0073]下面結(jié)合附圖來具體說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但是不限于實(shí)施方式中列舉的內(nèi)容。[0074]參見圖1和圖2，本發(fā)明水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的系統(tǒng)，由通過管路連通的生活垃圾預(yù)處理系統(tǒng)1(包括垃圾堆棚11、垃圾分選裝置12、干燥裝置13、破碎裝置14等)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)2 (包括污水凈化裝置21、蒸汽發(fā)生器22等)，生活垃圾氣化系統(tǒng)3 (包括下吸式固定床氣化爐31、氣體凈化裝置32、焦油裂解裝置33等)、發(fā)電系統(tǒng)4 (包括燃?xì)廨啓C(jī)41、發(fā)電機(jī)組42等)、水泥生產(chǎn)系統(tǒng)5 (包括生料預(yù)分解裝置51、窯尾煙室52、回轉(zhuǎn)窯53、篦冷機(jī)54、廢氣處理裝置55等)組成。其中:
[0075]垃圾堆棚11的滲浙液出口連通污水凈化裝置21進(jìn)水口 ；垃圾分選裝置12的灰土出口通往生料預(yù)分解裝置51 ;破碎裝置14的出口連通下吸式固定床氣化爐31的物料入口，蒸汽發(fā)生器22的蒸汽出口連通下吸式固定床氣化爐31的蒸汽入口，篦冷機(jī)54的高溫空氣出口連通下吸式固定床氣化爐31的空氣入口 ；下吸式固定床氣化爐31的可燃合成氣出口連通氣體凈化裝置32的入口，下吸式固定床氣化爐31的爐灰出口通往生料預(yù)分解裝置51 ;蒸汽發(fā)生器22的尾氣通入干燥裝置13，干燥裝置13的廢氣以及垃圾堆棚11的臭氣通往篦冷機(jī)54的入口，篦冷機(jī)54的高溫空氣出口分別通往蒸汽發(fā)生器22、下吸式固定床氣化爐31和焦油裂解裝置33。
[0076]結(jié)合圖1-圖3，本發(fā)明水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的方法包括以下流程:城市生活垃圾進(jìn)入垃圾堆棚11后進(jìn)行堆酵3?5天，可使垃圾水分降低，期間產(chǎn)生的臭氣Gl通過管路(本發(fā)明中氣態(tài)物質(zhì)使用輸氣管路，下同。圖1和圖2中虛線表示)輸往水泥生產(chǎn)系統(tǒng)5的篦冷機(jī)54，垃圾堆棚11保持負(fù)壓，篦冷機(jī)54中的高溫會(huì)有效去除臭氣Gl中的有害成分；堆棚11內(nèi)垃圾堆酵產(chǎn)生的垃圾滲浙液LI通過管路(本發(fā)明中液態(tài)物質(zhì)使用輸液管路，下同)輸往污水凈化裝置21，凈化后的上清液L2和自來水配比后輸往蒸汽發(fā)生器22，在蒸汽發(fā)生器22中與來自篦冷機(jī)的部分高溫空氣G2-1 (800°C左右)換熱產(chǎn)生150°C左右蒸汽G3 (蒸汽G3和來自篦冷機(jī)的部分高溫空氣G2-2共同作為垃圾氣化系統(tǒng)3的氣化劑輸往下吸式固定床氣化爐31)，污水凈化裝置21凈化過程產(chǎn)生的有機(jī)污泥SI通過管路或皮帶(本發(fā)明中固態(tài)物質(zhì)使用輸料管或皮帶輸送，下同)輸往窯尾煙室52高溫裂解；蒸汽發(fā)生器22產(chǎn)生的尾氣G4作為一部分熱源輸往垃圾干燥裝置13用以進(jìn)一步降低生活垃圾的水分。
[0077]經(jīng)過垃圾堆棚11堆酵后的生活垃圾進(jìn)入垃圾分選裝置12分選出有機(jī)可燃物、廚余、灰土、金屬、玻璃等，其中廚余進(jìn)入堆肥裝置進(jìn)行堆肥處理；金屬、玻璃等可回收物作回收處理；灰土 S2與生料配比共同破碎后進(jìn)入水泥生產(chǎn)系統(tǒng)5的生料預(yù)分解裝置51 ;垃圾分選裝置12最好對(duì)生活垃圾中的含氯物質(zhì)進(jìn)行分選和分揀(含氯物質(zhì)另行處理)，使分選出的有機(jī)可燃物中氯元素含量小于0.025% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))；垃圾分選裝置12分選出的有機(jī)可燃物S3輸往垃圾干燥裝置13 (干燥裝置13的熱源是蒸汽發(fā)生器22的尾氣G4和燃?xì)廨啓C(jī)的尾氣G5)進(jìn)行干燥后進(jìn)入破碎裝置14進(jìn)行破碎處理，使破碎后的有機(jī)可燃物S3粒徑小于5cm,水分含量小于25% (按質(zhì)量)；干燥裝置13的廢氣G6輸往篤冷機(jī)54,利用高溫有效去除其中的有害氣體。
[0078]將干燥、破碎后的有機(jī)可燃物S3 (來自垃圾分選裝置12)輸送至垃圾氣化系統(tǒng)3中的下吸式固定床氣化爐31中作氣化處理(此種氣化爐工作原理見圖3，其原料適應(yīng)性好，可處理高水分、粒徑大的生活垃圾，操作維護(hù)簡(jiǎn)單且能夠連續(xù)運(yùn)行，并且氣化產(chǎn)生的可燃合成氣熱值較高，焦油含量少)，下吸式固定床氣化爐31的氣化劑來自蒸汽發(fā)生器22的蒸汽G3和來自篦冷機(jī)54的部分高溫空氣G2-2，在氣化爐31中有機(jī)可燃物S3與來自蒸汽發(fā)生器22的蒸汽G3和來自篦冷機(jī)54的部分高溫空氣G2-2發(fā)生氣化燃燒反應(yīng)(水蒸汽G3的加入可以提高可燃合成氣的熱值)，其中高溫空氣過量系數(shù)為0.2?0.4，水蒸汽與可燃有機(jī)物按質(zhì)量比0.2?0.8:1 (優(yōu)選0.3?0.5:1)調(diào)節(jié)流量，氣化過程中加入催化劑(催化劑可以是鎳基催化劑、煅燒白云石、生石灰等)。作為改進(jìn)，氣化過程的氣化劑還可以是空氣、富氧空氣、純氧及它們與水蒸汽的混合氣等。
[0079]下吸式固定床氣化爐31氣化過程產(chǎn)生的可燃合成氣G7經(jīng)過氣體凈化裝置32分離出焦油后進(jìn)入發(fā)電系統(tǒng)4的燃?xì)廨啓C(jī)41，分離出的焦油L3輸往焦油裂解裝置33中進(jìn)行催化裂解，焦油裂解裝置中加入催化劑(催化劑可以是白云石、堿金屬催化劑、鎳基催化劑等)，熱源是來自篦冷機(jī)54的部分800°C左右的高溫空氣G2-3，焦油L3被催化裂解后產(chǎn)生的焦油裂解氣G8輸往發(fā)電系統(tǒng)4的燃?xì)廨啓C(jī)41 ;下吸式固定床氣化爐31氣化過程產(chǎn)生的爐灰S4輸往水泥生產(chǎn)系統(tǒng)5的生料預(yù)分解裝置51。
[0080]發(fā)電系統(tǒng)4的燃?xì)廨啓C(jī)41推動(dòng)發(fā)電機(jī)組42發(fā)電(燃?xì)廨啓C(jī)的燃料是來自垃圾氣化系統(tǒng)3的可燃合成氣G7和焦油裂解氣G8)，燃?xì)廨啓C(jī)41產(chǎn)生的高溫尾氣G5輸往垃圾干燥裝置13，發(fā)電機(jī)組42產(chǎn)生的電能用于水泥生產(chǎn)系統(tǒng)5的動(dòng)力設(shè)備。
[0081]生料和來自垃圾分選裝置12的灰土 S2以及來自下吸式固定床氣化爐31的爐灰S4進(jìn)行配比后進(jìn)入水泥生產(chǎn)系統(tǒng)5 (為了不影響水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行要求可燃有機(jī)物中氯元素質(zhì)量含量小于0.025%，灰渣S2和S4摻入生料的總量控制在小于生料總質(zhì)量的5%)，依次通過生料預(yù)分解裝置51、窯尾煙室52、回轉(zhuǎn)窯53后生成高溫熟料S5進(jìn)入篦冷機(jī)54，篦冷機(jī)54中的高溫熟料S5與常溫空氣和來自垃圾堆棚11的臭氣Gl及干燥裝置13廢氣G6進(jìn)行熱交換后產(chǎn)生高溫空氣G2，所產(chǎn)生的高溫空氣G2分別輸往蒸汽發(fā)生器22 (G2-1)、下吸式固定床氣化爐31 (G2-2)、焦油裂解裝置33 (G2-3)，水泥生產(chǎn)系統(tǒng)中裝置51-54產(chǎn)生的廢氣G9經(jīng)過廢氣處理裝置55后作為凈化后廢氣排空。
[0082]采用該方法對(duì)城市生活垃圾原料適應(yīng)性好，對(duì)原水泥生產(chǎn)系統(tǒng)無影響。在生產(chǎn)中通過垃圾干燥裝置13使生活垃圾中的有機(jī)可燃物S3的水分降低，提高了有機(jī)可燃物S3氣化過程的效率；下吸式固定床氣化爐31可以接受比較大的原料粒徑，使垃圾破碎裝置14投資降低；下吸式固定床氣化爐31氣化過程中產(chǎn)生可燃合成氣中的焦油能被分離并使其裂解為焦油裂解氣通入燃?xì)廨啓C(jī)而得到有效利用；垃圾中的灰渣(灰土 S2及爐灰S4)、滲浙液LI都得到綜合處理，生活垃圾中有機(jī)可燃物S3經(jīng)下吸式固定床氣化爐31氣化產(chǎn)生的可燃合成氣G7用于發(fā)電，產(chǎn)生的電能又作為動(dòng)力用于水泥生產(chǎn)，使生活垃圾治理過程中的能量和資源得到循環(huán)利用。
【權(quán)利要求】
1.一種水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的系統(tǒng)，包括以下管道連接的各系統(tǒng): 生活垃圾預(yù)處理系統(tǒng)，其包括順序使用的垃圾堆棚、垃圾分選裝置、干燥裝置和破碎裝直等; 蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其包括順序使用的污水凈化裝置和蒸汽發(fā)生器等； 生活垃圾氣化系統(tǒng)，其包括順序使用的下吸式固定床氣化爐、氣體凈化裝置和焦油裂解裝置等； 發(fā)電系統(tǒng)，其包括順序使用的燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)組等； 水泥生產(chǎn)系統(tǒng)，其包括生料預(yù)分解裝置、窯尾煙室、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機(jī)以及廢氣處理裝置等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的系統(tǒng)，其特征在于，垃圾堆棚的滲浙液出口連通污水凈化裝置進(jìn)水口 ；垃圾分選裝置的灰土出口通往生料預(yù)分解裝置；破碎裝置的出口連通下吸式固定床氣化爐的物料入口，蒸汽發(fā)生器的蒸汽出口連通下吸式固定床氣化爐的蒸汽入口，篦冷機(jī)的高溫空氣出口連通下吸式固定床氣化爐的空氣入口；下吸式固定床氣化爐的可燃合成氣出口連通氣體凈化裝置的入口，下吸式固定床氣化爐的爐灰出口通往生料預(yù)分解裝置；蒸汽發(fā)生器的尾氣通入干燥裝置，干燥裝置的廢氣以及垃圾堆棚的臭氣通往篦冷機(jī)的入口，篦冷機(jī)的高溫空氣出口分別通往蒸汽發(fā)生器、下吸式固定床氣化爐和焦油裂解裝置。
3.—種水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的方法，具體步驟為: 1)城市生活垃圾進(jìn)入垃圾堆棚進(jìn)行堆酵處理，期間: 產(chǎn)生的臭氣輸往水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的篦冷機(jī)； 產(chǎn)生的垃圾滲浙液輸往污水凈化裝置，凈化后的上清液和自來水配比后輸往蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽； 產(chǎn)生的生活垃圾進(jìn)入垃圾分選裝置； 2)由垃圾分選裝置分選出有機(jī)可燃物、廚余、灰土、金屬、玻璃等，其中: 廚余進(jìn)行堆肥處理； 金屬、玻璃等可回收物作回收處理； 灰土與水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的生料配比后進(jìn)入生料預(yù)分解裝置； 有機(jī)可燃物依次輸往垃圾干燥裝置、破碎裝置進(jìn)入下吸式固定床氣化爐； 3)由下吸式固定床氣化爐生成可燃合成氣，作為燃料輸出至燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)推動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電；產(chǎn)生的電能用于水泥生產(chǎn)系統(tǒng)； 下吸式固定床氣化爐產(chǎn)生的爐灰與水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的生料配比后進(jìn)入生料預(yù)分解裝置； 4)將水泥生料、來自分選裝置的灰土以及來自下吸式固定床氣化爐的爐灰進(jìn)行配比后進(jìn)入水泥生產(chǎn)系統(tǒng)，依次通過生料預(yù)分解裝置、窯尾煙室、回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生高溫熟料進(jìn)入篦冷機(jī)換熱后產(chǎn)出水泥熟料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的方法，其特征在于: 步驟1)中蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽通往下吸式固定床氣化爐；尾氣輸往垃圾干燥裝置； 步驟1)污水凈化裝置凈化過程產(chǎn)生的有機(jī)污泥輸往窯尾煙室進(jìn)行高溫裂解。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的方法，其特征在于:步驟2)中垃圾分選裝置對(duì)生活垃圾中的含氯物質(zhì)進(jìn)行分選和分揀，使分選出的有機(jī)可燃物中氯元素含量小于0.025% ； 步驟2)中干燥裝置的廢氣輸往篦冷機(jī)； 步驟2)所述垃圾干燥裝置的熱源是蒸汽發(fā)生器的尾氣和燃?xì)廨啓C(jī)的尾氣；經(jīng)垃圾干燥裝置、破碎裝置后的有機(jī)可燃物粒徑小于5cm，水分含量小于25% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的方法，其特征在于: 步驟3 )中的可燃合成氣輸出至燃?xì)廨啓C(jī)前先通過一氣體凈化裝置，氣體凈化裝置分出的焦油通過一焦油裂解裝置產(chǎn)生焦油裂解氣，焦油裂解氣通入燃?xì)廨啓C(jī)中作為燃料；焦油裂解裝置的熱源是來自篦冷機(jī)的部分高溫空氣； 步驟3)中燃?xì)廨啓C(jī)的燃料是來自垃圾氣化系統(tǒng)的可燃合成氣和焦油裂解氣；燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的尾氣輸往垃圾干燥裝置，發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電能用做水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的動(dòng)力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的方法，其特征在于:焦油裂解裝置中加入催化劑，催化劑可以是白云石、堿金屬催化劑、鎳基催化劑等。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5或6或7所述水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的方法，其特征在于:步驟3)中下吸式固定床氣化爐的氣化劑來自蒸汽發(fā)生器的蒸汽和來自篦冷機(jī)的部分高溫空氣；下吸式固定床氣化爐中高溫空氣過量系數(shù)為0.2~0.4 ;蒸汽與有機(jī)可燃物的質(zhì)量比為0.2~0.8。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的方法，其特征在于:步驟3)中下吸式固定床氣化爐的氣化過程中可加催化劑，催化劑可以是鎳基催化劑、煅燒白云石、生石灰等。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至9任一所述水泥廠協(xié)同處理城市生活垃圾的方法，其特征在于: 步驟4)生料中摻入灰土和爐灰的量應(yīng)小于5% ； 步驟4)中篦冷機(jī)中的高溫熟料與空氣和來自垃圾堆棚的臭氣以及進(jìn)行熱交換后產(chǎn)生高溫空氣，所產(chǎn)生的高溫空氣分別輸往蒸汽發(fā)生器、下吸式固定床氣化爐、焦油裂解裝置；步驟4)中水泥生產(chǎn)系統(tǒng)中的廢氣經(jīng)過廢氣處理裝置后排空。
【文檔編號(hào)】B09B3/00GK103934254SQ201410111571
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】馬明亮, 魏文榮, 陸秉權(quán), 馬雷 申請(qǐng)人:北京凱盛建材工程有限公司