CN101839488A - 一种可燃固体废物回转窑气化焚烧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含油污泥、城市污泥、煤矸石、城市生活垃圾和生物质回转窑联合气化焚烧工艺。分别将含油污泥和城市污泥进行脱水处理，同时分别将煤矸石、城市生活垃圾和生物质破碎至一定的粒度大小，随后将脱水的含油污泥、城市污泥和经破碎的煤矸石、城市生活垃圾、生物质以及脱硫剂石灰石按一定比例进行混合，并由螺旋喂料机输送至回转窑气化炉中，气化介质也同时被输送进回转窑内。各种可燃固体废物的混合物在1000～1200℃的高温下发生热解气化反应，生成富含H2和CO的粗燃气，在高温回转窑和后续处理设施的共同作用下，可燃固体废物中蕴含的能量得到回收，大部分污染物都得到合理处置。
Description
技术领域
本发明涉及资源与环境技术领域，具体地说是一种含油污泥、城市污泥、煤矸石、城市生活垃圾和生物质回转窑联合气化焚烧工艺。
背景技术
随着我国工业生产的发展和人民生活水平的提高，人们在生产和生活过程中产生的可燃固体废物的年产生量和堆积量不断增加。可燃固体废物主要包括含油污泥、煤矸石、生物质(农林废弃物)、城市污泥以及城市生活垃圾等，这些可燃固体废物的堆放会对环境和人们的身体健康造成危害，如何合理有效地处理这些可燃固体废物并回收其中蕴含的能量成为摆在人们面前的重要课题。
含油污泥是石油开采、加工及运输过程中产生的固体废物，其主要成分是原油、水和泥，含油率通常在10～50％之间。据估计，中国年产含油污泥近300万吨，其中蕴含的原油资源约为60万吨左右。含油污泥中除了含有大量老化的原油、蜡质、胶体等物质外，还含有大量苯系物、酚类、多氯联苯、二恶英等有毒、有害物质，此外含油污泥中还含有大量的病原菌、寄生虫，如不进行合理有效处理的话，不仅会浪费石油资源，而且会对环境造成严重污染。
城市污泥是城市生活污水、工业废水处理过程中产生的固体废物。城市污泥含水量高、成分复杂，是由多种微生物形成的菌胶团及其吸附的有机物和无机物组成的集合体。城市污泥不仅含有大量的有机质和N、P、K等营养元素，而且易腐烂，有强烈的臭味，并且含有寄生虫卵及重金属等有害物质。
煤矸石是煤炭开采和洗选加工中产生的副产品，是我国排放量最大的工业固体废弃物之一，其产生量约为原煤产量的15％。煤矸石是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，其热值一般在4.0～13.0MJ/kg之间。目前我国煤矸石的堆积量已达30亿吨以上，而且排放量还在逐年增加。煤矸石的堆放不仅占用耕地，而且其中硫化物的溢出会造成大气、农田、水体的严重污染，而矸石山的自燃也会造成严重的环境污染和能源流失。
城市生活垃圾是含有有害和无害物质的生活废物的最终富集状态。我国城市生活垃圾产生量巨大，2008年全国城镇生活垃圾产生总量达到2.2亿吨，并且以每年9％左右的速度增长。我国城市生活垃圾的平均低位热值为3～5kJ/kg。城市生活垃圾的堆放会释放出含有氨、硫化物的有毒气体，此外城市生活垃圾中还含有有机污染物、重金属及病原微生物等，严重危害周围环境和人体健康。
农林废弃物是生物质资源的重要组成部分，我国年产农作物秸秆约14亿吨，约合7亿吨标准煤，薪材及林业加工剩余物年产量约合3亿吨标准煤。我国农林废弃物产生量大，但目前并未得到充分利用，其利用率不足20％。
目前，含油污泥常用的处理方法主要有溶剂萃取法、焚烧法、生物处理法、焦化法和固液分离法等。溶剂萃取法可以将大部分石油类物质回收，但同时存在处理流程长、处理费用高等问题；焚烧法处理含油污泥流程短、减容效果好，但是同时存在二次污染严重的问题；生物处理法一般周期较长；焦化法投资少，但涉及焦化装置的改造比较复杂，处理量少；固液分离法对于含油量高的污泥处理效果不佳，油回收率较低。煤矸石的利用途径主要有回收煤炭和黄铁矿、发电以及制造建筑材料等，其中利用煤矸石发电技术上比较成熟，但同时也造成煤矸石利用率的降低，而且容易产生二次污染。城市污泥与城市生活垃圾常用的处理方法有卫生填埋、堆肥、焚烧等。卫生填埋投资低，但填埋场地的寻找非常困难；堆肥法减容效果不明显，占地面积大，处理周期长，而且堆肥原料中的重金属可能通过食物链危害到人类身体健康；焚烧法处理速度快，减容效果明显，但也存在投资大、运行管理费用高及二次污染严重的问题。因此，开发新型可燃固体废物资源化、无害化处理工艺是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种利用回转窑对含油污泥、城市污泥、煤矸石、城市生活垃圾和生物质的混合物进行气化燃烧的工艺，此工艺不仅可以最大限度地回收各种可燃固体废物中蕴含的能量，而且能够减少二次污染。
本发明是通过以下技术方案实现的：含有以下工艺步骤：
(1)分别将含油污泥和城市污泥充分搅拌后进行机械脱水，得到含水率40～50％的泥饼，然后将泥饼破碎并在自然条件下风干，待其含水率达到10～20％时贮存备用，将大块的煤矸石、城市生活垃圾和生物质分别在破碎机中进行破碎，随后将经过干燥的含油污泥、城市污泥与破碎后的煤矸石、城市生活垃圾和生物质以及脱硫剂按比例配成混合物；
(2)通过螺旋喂料机将上述混合物输送至回转窑气化炉内，气化介质也同时被输送进回转窑气化炉中，混合物在1000～1200℃的高温下发生热解气化反应，生成富含H2和CO的粗燃气，H2和CO体积分数在70％以上；
(3)捕集气化反应生成的粗燃气中夹带的未燃尽碳粒和部分在一级旋风分离器中的飞灰，并返回回转窑气化炉重新参与热解气化，经二级旋风分离器分离出更多飞灰后的粗燃气或者进入二次燃烧室充分燃烧，产生的高温烟气由余热锅炉进行余热回收，降温后的烟气经烟气净化设备进一步处理后进行无害化排放，另外，从二级旋风分离器出来的粗燃气或者经进一步的气体净化后可用于生产应用的清洁可燃气，再者，二级旋风分离器捕集的飞灰或者进行无害化填埋；
(4)可燃气、烟气净化设备中捕集的飞灰进行无害化填埋，回转窑气化炉中产生的气化灰渣可进行资源化处理及利用。
步骤(1)中所述的按比例配成混合物是指：干燥含油污泥的添加比例为0～100％，干燥城市污泥的添加比例为0～100％，煤矸石的添加比例为0～100％，城市生活垃圾的添加比例为0～100％，生物质的添加比例为0～100％，石灰石的添加比例为3～10％。
步骤(1)中所述的在自然条件下风干100小时以上，所述的脱硫剂为石灰石。
步骤(2)中所述的气化介质是：氧气、水蒸气或氧气与水蒸气的混合物
本发明的有益效果是：
(1)各种可燃固体废物的混合物在高温下热解气化生成富含H2和CO的粗燃气，在二次燃烧室中燃烧并利用余热锅炉回收高温烟气余热或经进一步气体净化后生产清洁的可燃气，可燃固体废物中蕴含的能量得到有效利用。
(2)含油污泥、城市污泥、城市生活垃圾中的各种有机污染物在高温下分解，病原菌、寄生虫也在高温下被杀灭，可燃固体废物中含有的硫在脱硫剂石灰石的作用下被除去并进入气化灰渣，减少了酸性气体的排放。可燃固体废物中的大部分重金属在飞灰中富集，经二级旋风分离器以及可燃气、烟气净化设备捕集的飞灰进行无害化填埋，有效避免了二次污染，具有较好的环境效益。
(3)回转窑气化炉中产生的气化灰渣进行资源化处理及利用，有效提高了资源利用率。
附图说明
图1是本发明对含油污泥、城市污泥、煤矸石、城市生活垃圾和生物质回转窑联合气化燃烧工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合附图以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
对石油开采和加工过程中产生的含油污泥以及城市污泥分别进行脱水处理，同时分别将煤矸石、城市生活垃圾和生物质破碎至一定的粒度大小，随后将脱水的含油污泥、城市污泥和经破碎的煤矸石、城市生活垃圾、生物质以及脱硫剂石灰石按一定比例进行混合，并由螺旋喂料机输送至回转窑气化炉中，气化介质(氧气、水蒸气或氧气与水蒸气的混合物)也同时被输送进回转窑内。各种可燃固体废物的混合物在1000～1200℃的高温下发生热解气化反应，生成富含H2和CO的粗燃气，在高温回转窑和后续处理设施的共同作用下，可燃固体废物中蕴含的能量得到回收，大部分污染物都得到合理处置。
具体工艺如下：
(1)分别将含油污泥和城市污泥充分搅拌后进行机械脱水，得到含水率40～50％的泥饼，然后将泥饼破碎并在自然条件下风干，待其含水率达到10～20％时贮存备用。将大块的煤矸石、城市生活垃圾和生物质分别在破碎机中进行破碎，随后将经过干燥的含油污泥、城市污泥与破碎后的煤矸石、城市生活垃圾和生物质以及脱硫剂(石灰石)按比例混合，其中干燥含油污泥的添加比例为0～100％，干燥城市污泥的添加比例为0～100％，煤矸石的添加比例为0～100％，城市生活垃圾的添加比例为0～100％，生物质的添加比例为0～100％，石灰石的添加比例为3～10％。
(2)通过螺旋喂料机将含油污泥、城市污泥、煤矸石、城市生活垃圾、生物质和石灰石的混合物输送至回转窑气化炉内，气化介质(氧气、水蒸气或氧气与水蒸气的混合物)也同时被输送进回转窑气化炉中。各种可燃固体废物的混合物在1000～1200℃的高温下发生热解气化反应，生成富含H2和CO的粗燃气，H2和CO体积分数一般在70％以上。含油污泥、城市污泥、城市生活垃圾中的有机污染物在高温下分解，病原菌、寄生虫也在高温下被杀灭。可燃固体废物中的大部分重金属因高温挥发进入烟气，并最终在飞灰中富集。石灰石是天然的脱硫剂，可燃固体废物中含有的硫在脱硫剂石灰石的作用下被除去并进入气化灰渣。
(3)气化反应生成的粗燃气中夹带的未燃尽碳粒和部分飞灰在一级旋风分离器中被捕集并返回回转窑气化炉重新参与热解气化。经二级旋风分离器分离出更多飞灰后的粗燃气或者进入二次燃烧室充分燃烧，产生的高温烟气由余热锅炉进行余热回收，降温后的烟气经烟气净化设备进一步处理后进行无害化排放；另外，从二级旋风分离器出来的粗燃气或者经进一步的气体净化后可用于生产应用的清洁可燃气。
(4)二级旋风分离器以及可燃气、烟气净化设备中捕集的飞灰进行无害化填埋，消除重金属等二次污染。回转窑气化炉中产生的气化灰渣可进行资源化处理及利用。
实施例1：分别将含油污泥和城市污泥充分搅拌后进行机械脱水，得到含水率40～50％的泥饼，将得到的泥饼破碎并在自然条件下风干100小时以上，当其含水率在10～20％时贮存备用。将干燥含油污泥、干燥城市污泥以及破碎好的煤矸石、城市生活垃圾、生物质和石灰石分别以25％、25％、10％、20％、15％和5％的比例混合并通过螺旋喂料机输入逆流式回转窑气化炉内。在1100℃下，可燃固体废物混合物中的可燃成分与氧气发生部分燃烧反应生成含有H2、CO、CO2以及少量CnHm的粗燃气，其中H2和CO体积分数达到77％左右。粗燃气经两级旋风分离器后进入二次燃烧室充分燃烧，产生的高温烟气经余热锅炉回收热量并进一步净化处理后进行无害化排放。含油污泥、城市污泥、城市生活垃圾中的有机污染物在高温下分解，病原菌、寄生虫也在高温下被杀灭。气化原料中含有的硫在脱硫剂石灰石的作用下被除去并进入气化灰渣，可燃固体废物中的大部分重金属在飞灰中富集，二级旋风分离器以及烟气净化设备中捕集的飞灰进行无害化填埋，回转窑气化炉中产生的气化灰渣进行资源化处理及利用。
实施例2：含油污泥、城市污泥的干燥过程如实施例1。将干燥含油污泥、干燥城市污泥以及破碎好的煤矸石、城市生活垃圾、生物质和石灰石分别以20％、20％、20％、25％、10％和5％的比例混合并通过螺旋喂料机输入回转窑气化炉内。在1150℃下，可燃固体废物混合物中的可燃成分与氧气发生部分燃烧反应生成含有H2、CO、CO2以及少量CnHm的粗燃气，其中H2和CO体积分数达到74％左右。粗燃气经两级旋风分离器后进入二次燃烧室充分燃烧，产生的高温烟气经余热锅炉回收热量并进一步净化处理后进行无害化排放。含油污泥、城市污泥、城市生活垃圾中的有机污染物在高温下分解，病原菌、寄生虫也在高温下被杀灭。气化原料中含有的硫在脱硫剂石灰石的作用下被除去并进入气化灰渣，可燃固体废物中的大部分重金属在飞灰中富集，二级旋风分离器以及烟气净化设备中捕集的飞灰进行无害化填埋，回转窑气化炉中产生的气化灰渣进行资源化处理及利用。
实施例3：含油污泥、城市污泥的干燥过程如实施例1。将干燥含油污泥、干燥城市污泥以及破碎好的煤矸石、城市生活垃圾、生物质和石灰石分别以15％、15％、10％、20％、37％和3％的比例混合并通过螺旋喂料机输入回转窑气化炉内。在1200℃下，可燃固体废物混合物中的可燃成分与氧气发生部分燃烧反应生成含有H2、CO、CO2以及少量CnHm的粗燃气，其中H2和CO体积分数达到80％左右。经二级旋风分离器分离出更多飞灰的粗燃气经进一步的气体净化后用于生产富含H2和CO的清洁可燃气，其中H2和CO体积分数分别为29％和53％。含油污泥、城市污泥、城市生活垃圾中的有机污染物在高温下分解，病原菌、寄生虫也在高温下被杀灭。气化原料中含有的硫在脱硫剂石灰石的作用下被除去并进入气化灰渣，可燃固体废物中的大部分重金属在飞灰中富集，二级旋风分离器以及可燃气净化设备中捕集的飞灰进行无害化填埋，回转窑气化炉中产生的气化灰渣进行资源化处理及利用。
Claims (4)
1.一种可燃固体废物回转窑气化焚烧方法，其特征在于含有以下工艺步骤：
(1)分别将含油污泥和城市污泥充分搅拌后进行机械脱水，得到含水率40～50％的泥饼，然后将泥饼破碎并在自然条件下风干，待其含水率达到10～20％时贮存备用，将大块的煤矸石、城市生活垃圾和生物质分别在破碎机中进行破碎，随后将经过干燥的含油污泥、城市污泥与破碎后的煤矸石、城市生活垃圾和生物质以及脱硫剂按比例配成混合物；
(2)通过螺旋喂料机将上述混合物输送至回转窑气化炉内，气化介质也同时被输送进回转窑气化炉中，混合物在1000～1200℃的高温下发生热解气化反应，生成富含H2和CO的粗燃气，H2和CO体积分数在70％以上；
(3)捕集气化反应生成的粗燃气中夹带的未燃尽碳粒和部分在一级旋风分离器中的飞灰，并返回回转窑气化炉重新参与热解气化，经二级旋风分离器分离出更多飞灰后的粗燃气或者进入二次燃烧室充分燃烧，产生的高温烟气由余热锅炉进行余热回收，降温后的烟气经烟气净化设备进一步处理后进行无害化排放，另外，从二级旋风分离器出来的粗燃气或者经进一步的气体净化后可用于生产应用的清洁可燃气，再者，二级旋风分离器捕集的飞灰或者进行无害化填埋；
(4)可燃气、烟气净化设备中捕集的飞灰进行无害化填埋，回转窑气化炉中产生的气化灰渣可进行资源化处理及利用。
2.根据权利要求1所述的一种可燃固体废物回转窑气化焚烧方法，其特征在于步骤(1)中所述的按比例配成混合物是指：干燥含油污泥的添加比例为0～100％，干燥城市污泥的添加比例为0～100％，煤矸石的添加比例为0～100％，城市生活垃圾的添加比例为0～100％，生物质的添加比例为0～100％，石灰石的添加比例为3～10％。
3.根据权利要求1所述的一种可燃固体废物回转窑气化焚烧方法，其特征在于步骤(1)中所述的在自然条件下风干100小时以上，所述的脱硫剂为石灰石。
4.根据权利要求1所述的一种可燃固体废物回转窑气化焚烧方法，其特征在于步骤(2)中所述的气化介质是：氧气、水蒸气或氧气与水蒸气的混合物。
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