專利名稱：水泥窯聯(lián)合回轉爐垃圾高溫空氣高效氣化協(xié)同處置系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水泥窯聯(lián)合回轉爐垃圾高溫空氣高效氣化協(xié)同處置系統(tǒng)，屬于節(jié)能環(huán)保和循環(huán)經(jīng)濟領域。
背景技術：
改革開放30年以來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平迅速提高，城市化進程不斷加快，城市生活垃圾產(chǎn)量急劇增加。目前，我國每年產(chǎn)生I. 5億噸左右的城市垃圾。垃圾的歷年堆存量達60多億噸，侵占土地面積多達5億平方米。全國有200多座城市陷入垃圾的包圍之中，且有四分之一的城市已發(fā)展到無適合場所堆放垃圾，以至于城市把解決垃圾的途徑延伸到鄉(xiāng)村，導致了城鄉(xiāng)結合區(qū)域環(huán)境惡化。因此，城市垃圾處理已成為我國現(xiàn)代化建設中一個越來越緊迫的問題。城市生活垃圾最典型的三種處理方式是焚燒、填埋和堆肥。其中焚燒的減量效果最明顯、無害化最徹底、且焚燒熱量可以有效利用，因此廣為發(fā)達國家采用。從目前垃圾處理現(xiàn)狀看，我國仍然以填埋為主，垃圾資源化利用率極低。三種處理方式中，填埋法占用大量的土地，易造成地下水和地表水污染；生活垃圾成分復雜，導致堆肥產(chǎn)品肥效低；焚燒制能方式雖然在“無害化、減量化、資源化”方面效果較佳，但若焚燒處理不當，會造成嚴重的環(huán)境污染，焚燒同時會有重金屬、二噁英、氯化氫、硫化物以及氮氧化物和氟化物等隨同煙塵或灰渣一起排放到環(huán)境中。中國專利號200610076668. X采用“水泥回轉窯和焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾系統(tǒng)”，屬傳統(tǒng)垃圾直接焚燒工藝。該技術利用冷卻水泥熟料的三次風作為垃圾焚燒空氣，焚燒后產(chǎn)生的熱煙氣引入水泥窯窯尾系統(tǒng)為水泥生料分解提供熱量，由于城市原生垃圾穩(wěn)定性差，熱值低，水分高，在不分選的情況下，焚燒爐出口煙氣難以維持900°C以上。垃圾直接焚燒產(chǎn)生的煙氣量大，對水泥生產(chǎn)和質量會造成影響，國內對相應的工藝還沒有資料報道。此外，在高溫(900 IlO(TC)和氧化環(huán)境下不利于金屬資源回收，也容易造成重金屬揮發(fā)。
發(fā)明內容針對上述現(xiàn)有技術中存在的問題，本實用新型的目的是提供一種固體廢棄物處置系統(tǒng)，具體為一種水泥窯聯(lián)合回轉爐垃圾高溫空氣高效氣化協(xié)同處置系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠減少煙氣排放，盡可能利用固體廢物的熱量，高效的回收廢棄物中有利用價值的資源，降低重金屬揮發(fā)量和二噁英污染。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術方案水泥窯聯(lián)合回轉爐垃圾高溫空氣高效氣化協(xié)同處置系統(tǒng)，包括垃圾前處理系統(tǒng)、垃圾氣化熱解系統(tǒng)、爐渣處理系統(tǒng)、滲濾液處理系統(tǒng)、水泥生產(chǎn)系統(tǒng)以及相關輔助系統(tǒng)，垃圾前處理系統(tǒng)包括密閉負壓垃圾庫、破碎裝置和干燥機，所述垃圾庫內的空氣由抽風機經(jīng)過除塵器引至水泥熟料冷卻機高溫側除臭；所述垃圾庫包括第一垃圾庫、第二垃圾庫、行車抓斗和受料機，第一垃圾庫通過所述破碎裝置與干燥機相連，受料機通過推料機與所述垃圾氣化熱解系統(tǒng)相連；所述垃圾氣化熱解系統(tǒng)包括一臺回轉爐，回轉爐通過熱解氣管道依次與旋風分離器和分解爐連通；所述垃圾氣化熱解系統(tǒng)采用高溫空氣高效氣化，高溫空氣來自所述水泥熟料冷卻機的部分三次風，取風點布置在窯頭罩位置，所述三次風的流量由高溫電動蝶閥控制；所述爐渣處理系統(tǒng)通過出渣機分別與鐵金屬分離裝置、鋁金屬分離裝置、爐渣粉碎裝置以及水泥生料庫相連；所述滲濾液處理系統(tǒng)包括依次連接的廢液儲槽、過濾器、廢液箱、廢液泵和霧化泵，霧化泵連接所述分解爐。上述第一垃圾庫用于垃圾的發(fā)酵和儲存，第二垃圾庫則用于垃圾破碎干燥后的暫存。破碎裝置用于將城市生活垃圾粗破碎至150_以下，經(jīng)破碎預處理的垃圾再經(jīng)過干燥機的干燥脫水，最后由推料機送入回轉爐內氣化熱解?；剞D爐內的物料與高溫空氣逆流換熱后進行熱解氣化，爐內生成的熱解氣需要經(jīng)過旋風分離器除去灰塵，然后通過熱解氣管 道引入分解爐內作為煤粉的替代燃料，熱解可燃氣在輸送過程中維持在400°C以上，此時焦油以氣體形式存在，避免發(fā)生因焦油冷凝而導致管路堵塞。金屬分離裝置可分別回收金屬鐵和鋁，剩余殘留物則運送至水泥生料庫做水泥原料。滲濾液處理系統(tǒng)中的滲濾液經(jīng)過濾后泵入分解爐高溫焚燒處理。水泥生產(chǎn)系統(tǒng)與垃圾焚燒系統(tǒng)共用煙氣后處理裝置，可節(jié)省投資成本。本實用新型垃圾前處理系統(tǒng)包含垃圾的發(fā)酵、破碎和干燥三個環(huán)節(jié)，發(fā)酵和干燥是為了提高垃圾低位熱值，同時降低入爐水分含量，提高可燃氣質量和熱值，粗破碎的設置用以增加垃圾的比表面積，增大垃圾在爐內熱傳遞過程中的對流換熱面積，優(yōu)化垃圾氣化熱解條件；水泥窯尾余熱鍋爐出口熱煙氣溫度約200°C左右，主要用于水泥原料的烘干，而熱解氣相對煤粉而言熱值低，引入分解爐后窯尾煙氣量將有上升，窯尾熱源能滿足垃圾的烘干需要，垃圾在干燥機內水分減少10% 15%，可提高垃圾和氣化熱解氣低位熱值。所述回轉爐在進行垃圾氣化熱解時，采用中低溫熱解方式，爐溫在500 650°C，爐內維持微負壓一 30 一 IOOPa環(huán)境,主要原因包括(I)爐溫控制過高，則合成氣熱值因為過度氧化而降低；爐溫溫過低，合成氣熱值則會因氣化不充分而較低，回轉爐溫度控制在600°C左右；(2)垃圾中的揮發(fā)分在550°C之前已大部分溢出，熱解氣產(chǎn)率隨設置溫度的升高呈上升趨勢，在550°C時出現(xiàn)轉折點，拐點之后變化較為緩慢；(3)鋼、鐵、銅、鋁的熔點分別為1300°C、1535°C、1084°C和660°C，其中鋁的熔點最點，以此為溫度點，為便于金屬回收，回轉爐爐溫需設置在650°C以下。所述回轉爐采用內熱式布置時，熱空氣與物料逆流換熱。垃圾在干燥熱解過程中，供入適量的熱風，過?？諝庀禂?shù)控制在0. 3 0. 6內。熱風既能為垃圾干燥熱解提供熱量，同時熱風中的氧氣在一定溫度下可與熱解產(chǎn)生的可燃氣體進行燃燒反應，反應產(chǎn)生的熱量使回轉窯溫度升高，從而使后續(xù)熱解氣化反應得以連續(xù)充分進行。與常規(guī)的垃圾直接焚燒處理方式相比，本實用新型的系統(tǒng)優(yōu)越性體現(xiàn)在(I)物料停留時間在I小時左右，化學反應時間較長，減少了因垃圾質量和成分波動帶來的不利影響，所生成的熱解氣均質性較好；(2)回轉爐對物料的適應性廣，只需簡單的粗破碎預處理即可，克服流化床氣化爐對物料顆粒要求高的缺點；[0018](3)抽取適量來自水泥熟料冷卻機的高溫三次風，采用高溫空氣作為氣化劑和燃燒的氧化劑有利于固體廢棄物熱解氣化的進行，由于氣化劑溫度的大幅提高，使得氣化強度增大，降低了氣化劑與固體廢棄物的空燃比，減少可燃氣中焦油含量，提高了合成燃氣的熱值和燃氣質量以及氣化系統(tǒng)的氣化效率和熱效率；(4)采用中低爐溫爐溫氣化技術，在還原性氣氛下，金屬沒有被氧化，可進行單體回收，沒有造成重金屬污染問題；(5)采用氣化方式，低空氣比運行，有利于減輕對大氣環(huán)境的二次污染，有利于減輕煙氣處理裝置的負荷；(6)低溫氣化熱解過程，溫度維持在500-650°C，NOx的產(chǎn)生量少；(7)抑制二噁英產(chǎn)生回轉爐始終處于低溫缺氧狀態(tài)(還原氣氛)，僅有的氧原子優(yōu)先與C、H結合，Cu、Al、Fe等不易被氧化，削弱了二噁英的生成環(huán)境(催化劑)；與此同時，氣化爐處于低溫運行(500 650°C )，重金屬基本上不被分解，煙氣中很少有重金屬離子，爐內中含氫成分高，Cl優(yōu)先與H結合，從而減少了二噁英的生成條件，分解爐溫度維持在900°C左右，氣體停留時間大于7s，固體物料的停留時間高達20s以上，能夠保證有機物的完全燃燒和分解，加上水泥系統(tǒng)CaO物料較多，系堿性環(huán)境，也為抑制二噁英的生成創(chuàng)造了良好的條件；(8)垃圾中的重金屬進入水泥系統(tǒng)后，以穩(wěn)定的化合態(tài)形式與水泥熟料形成混和結晶體，被包溶在熟料礦物之中，可以實現(xiàn)安定化。

圖I為本實用新型水泥窯聯(lián)合回轉爐垃圾高溫空氣高效氣化協(xié)同處置系統(tǒng)的工藝流程圖。圖2為本實用新型水泥窯聯(lián)合回轉爐垃圾高溫空氣高效氣化協(xié)同處置系統(tǒng)的結構不意圖。圖中標記說明1_第一垃圾庫；2_行車抓斗；3_破碎裝置；4_回轉爐；5_熱解氣管道；6_推料機；7_鐵分離裝置；8_鋁分離裝置；9_金屬回收室；10-爐渣粉碎裝置；11-水泥生料庫；12_高溫熱空氣管道；13_熱解氣管道；14-旋風分離器；15-窯尾預熱器；16-分解爐；17-水泥煅燒回轉窯；18-三次風管；19-三次風抽風口 ；20_水泥熟料冷卻風機；21_垃圾庫抽風機；22_廢液儲槽；23_過濾器；24_廢液箱；25_廢液泵；26_霧化泵；27-高溫電動蝶閥；28_高溫電動蝶閥；29_水泥熟料冷卻機；30_布袋除塵器；31_干燥機；32-干燥機熱煙氣入口 ；33_干燥機煙氣出口 ；34_受料機；35_第二垃圾庫。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型具體說明。本實用新型的結構和工藝流程示意圖如圖I和2所示，一種回轉爐垃圾低溫氣化與水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)，城市生活垃圾由運輸車運送至第一垃圾庫1，整個垃圾庫采用密閉負壓結構，垃圾儲量按5 7天考慮，負壓通過垃圾庫抽風機21產(chǎn)生，排出的臭風經(jīng)過布袋除塵器30后引入水泥熟料冷卻機29溫側進行高溫除臭，以維持垃圾庫負壓環(huán)境。城市生活垃圾存放在第一垃圾庫I發(fā)酵5 7天后，由行車抓斗2送至破碎裝置3進行粗破碎處理，城市生活垃圾破碎至150mm以下入干燥機31內脫水，垃圾干燥處理后輸送到第二垃圾庫35暫存，再由行車抓斗2送至受料斗34，在推料機6作用下進入回轉爐4內氣化。可燃氣由熱解氣管道5出回轉爐4，經(jīng)旋風分離器14分離出可燃氣中未燃盡殘?zhí)亢惋w灰，再通過熱解氣管道13引入分解爐16作為替代燃料。含碳爐渣利用鐵分離裝置7和鋁分離裝置8分別回收鐵、鋁資源后送入水泥生料庫11作為水泥原料。回轉爐4所需的氣化劑為高溫空氣，高溫空氣來自從部分三次風，三次風取風點布置在窯頭罩，溫度達850°C以上，空氣流量由高溫電動蝶閥28控制。其中，干燥機31所需的干燥熱源來自窯尾余熱鍋爐出口熱煙氣，對垃圾實施干燥以減少入爐水分含量，通過干燥后的垃圾含水量減少10% 15%，干燥機31布置在垃圾庫內，避免了干燥過程中臭氣外泄。行車抓斗2帶稱重裝置，可記錄每日垃圾焚燒量?；剞D爐4采用內熱式逆流布置，內壁采用耐火磚材料結構，內壁帶有抄板和導流板，熱空氣與物料流動方向相反，直接與物料進行對流換熱。垃圾進入回轉爐4后在爐內進行干燥和熱解氣化，爐內的固體廢棄物與高溫空氣逆流換熱后進行干燥、熱解氣化，爐內過剩空氣系數(shù)為 O.3 O. 6，具體系數(shù)根據(jù)爐溫通過高溫電動蝶閥28進行調節(jié)?？扇細饫跔t內干燥加熱熱解氣化后，部分氣化產(chǎn)物同時在燃燒，垃圾干燥和熱解氣化所要的能量來自于部分氣化產(chǎn)物的燃燒放熱和高溫熱空氣的傳熱，供入爐內空氣量和補充燃料能滿足熱解氣化和部分燃燒的需要，熱解產(chǎn)物為未完全燃燒的可燃氣體和含碳半焦殘渣?；剞D爐4內物料停留時間為I I. 5小時，可有效改善熱解可燃氣的均質性。當燃料成分有較大變化時，通過改變轉速或窯體的傾斜度來調節(jié)爐內物料停留時間。熱解可燃氣體由于含雜質較多，在進入分解爐16之前經(jīng)旋風除塵器14處理，再進入熱解氣管道13，可燃氣在熱解氣管道13內維持在400°C以上，防止因焦油冷凝而導致管路堵塞，熱解氣管道13與分解爐16連接，熱解可燃氣進入分解爐16后與來自水泥熟料冷卻機29的高溫三次風進行二次燃燒，分解爐爐溫維持在900°C左右，根據(jù)熱平衡添加煤粉噴入量，保證水泥窯系統(tǒng)熱工制度的穩(wěn)定性，分解爐內煙氣停留時間在6秒以上，煙氣里的有毒有害物質的分子結構被徹底破壞。未燃盡的含碳殘渣經(jīng)分選，對鐵、鋁單體回收，留下的灰渣送入水泥生料庫11作為水泥原料，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。垃圾發(fā)酵過程中生成的滲濾液集中在廢液儲槽22內，再經(jīng)過濾器23過濾后由廢液泵24泵入廢液箱25，然后經(jīng)霧化泵26引入分解爐16內進行高溫焚燒處理，分解爐16爐溫高達900°C，可完全分解廢液中的有機成分。在水泥煅燒回轉窯的煙氣上升管道中，還可設置一套旁路放氯裝置，以此減小氯對水泥窯運行和產(chǎn)品質量的影響，利用冷空氣稀釋熱煙氣的方法，將熱煙氣冷卻至200°C左右結合窯尾余熱鍋爐出口的富裕熱煙氣用于干燥機31內垃圾的干燥脫水。本實用新型的結構簡單，其工藝流程簡潔，沒有垃圾焚燒發(fā)電的諸多后處理裝置，水泥生產(chǎn)系統(tǒng)與垃圾焚燒系統(tǒng)共用一套煙氣后處理裝置，大大減少了初投資成本，結合水泥窯自身優(yōu)勢，消納社會固體廢棄物，替代不可再生化石能源，為打造綠色生態(tài)水泥和實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供了較為優(yōu)越的途徑，完全符合“減量化、無害化，資源化”三原則要求，可實現(xiàn)固體廢棄物綜合循環(huán)利用，減少二次污染。
權利要求1.水泥窯聯(lián)合回轉爐垃圾高溫空氣高效氣化協(xié)同處置系統(tǒng)，包括垃圾前處理系統(tǒng)、垃圾氣化熱解系統(tǒng)、爐渣處理系統(tǒng)、滲濾液處理系統(tǒng)、水泥生產(chǎn)系統(tǒng)以及相關輔助系統(tǒng)，其特征在于，垃圾前處理系統(tǒng)包括密閉負壓垃圾庫、破碎裝置(3)和干燥機(31)，所述垃圾庫內的空氣由抽風機(21)經(jīng)過除塵器(30)引至水泥熟料冷卻機(29)高溫側除臭；所述垃圾庫包括第一垃圾庫(I)、第二垃圾庫(35)、行車抓斗(2)和受料機(34)，第一垃圾庫(I)通過所述破碎裝置(3)與干燥機(31)相連，受料機(34)通過推料機(6)與所述垃圾氣化熱解系統(tǒng)相連；所述垃圾氣化熱解系統(tǒng)包括一臺回轉爐(4)，回轉爐(4)通過熱解氣管道(5)依次與旋風分離器(14)和分解爐(16)連通；所述垃圾氣化熱解系統(tǒng)采用高溫空氣高效氣化，高溫空氣來自所述水泥熟料冷卻機(29)的部分三次風，取風點布置在窯頭罩位置，所述三次風的流量由高溫電動蝶閥(28)控制；所述爐渣處理系統(tǒng)通過出渣機分別與鐵金屬分離裝置(7)、鋁金屬分離裝置(8)、爐渣粉碎裝置(10)以及水泥生料庫(11)相連；所述滲濾液處理系統(tǒng)包括依次連接的廢液儲槽(22 )、過濾器(23 )、廢液箱(24 )、廢液泵(25 )和霧化泵(26 )，霧化泵(26 )連接所述分解爐(16 )。
2.根據(jù)權利要求I所述的水泥窯聯(lián)合回轉爐垃圾高溫空氣高效氣化協(xié)同處置系統(tǒng)， 其特征在于所述回轉爐(4)采用內熱式逆流布置，回轉爐(4)的溫度為500 650°C，爐內維持微負壓一 30 一 IOOPa環(huán)境。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的水泥窯聯(lián)合回轉爐垃圾高溫空氣高效氣化協(xié)同處置系統(tǒng)，其特征在于所述干燥機(31)所需的熱源來自窯尾余熱鍋爐出口熱煙氣。
專利摘要本實用新型公開了一種水泥窯聯(lián)合回轉爐垃圾高溫空氣高效氣化協(xié)同處置系統(tǒng)，屬于環(huán)保和循環(huán)經(jīng)濟領域。該系統(tǒng)包括垃圾前處理系統(tǒng)、垃圾氣化熱解系統(tǒng)、爐渣處理系統(tǒng)、滲濾液處理系統(tǒng)、水泥生產(chǎn)系統(tǒng)以及相關輔助系統(tǒng)，其中利用回轉爐氣化熱解城市生活垃圾產(chǎn)生可燃氣，將可燃氣體引入新型干法水泥窯系統(tǒng)的分解爐中高溫燃燒，替代部分燃料，并利用分解爐內900℃左右的高溫堿性條件，吸收和處理垃圾產(chǎn)生的二噁英等有害氣體，爐渣則作為水泥原料。本實用新型在有效控制二噁英生成的同時，可固化重金屬，生活垃圾高度資源化，變廢為寶，有效地實現(xiàn)固體廢棄物“減量化、資源化、無害化”。
文檔編號B09B5/00GK202411083SQ20122005955
公開日2012年9月5日 申請日期2012年2月23日 優(yōu)先權日2012年2月23日
發(fā)明者侯賓才, 劉學爐, 宋紀元, 屠正瑞, 方明, 楊宏宜 申請人:南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司