CN101850350A - 一种新型城市固体垃圾富氧气化的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型城市固体垃圾富氧气化的处理方法，包括如下步骤：(1)城市生活垃圾预处理；(2)垃圾富氧热解气化；(3)气化气净化；(4)气化气再利用；(5)污水处理及节能。由于具备富氧条件，进入反应器的氮气含量较少，所以反应过程中产生的氮氧化物也很少，为后续的净化提供了帮助，也减少了二次污染；富氧热解气化技术所产生的燃烧产物比原来的常规燃烧产物少了氮气这种占总产气60％的成分，因此富氧热解气化技术热损失低，所造成的热损失只有原来常规燃烧时的一半左右；产生的灰渣可用于铺路或建筑行业；无二恶茵等有害气体排放，无废水、粉尘等有害物质排放；处理城市垃圾时，不需要对垃圾进行分类；不需要垃圾以外的燃料。

Description

一种新型城市固体垃圾富氧气化的处理方法

技术领域

本发明涉及城市固体废弃物处理技术领域，尤其是一种减少二次污染、极大的提高产物热值及节能的垃圾富氧热解气化方法。

背景技术

垃圾处理方法很多，像填埋法、堆肥法和焚烧等是较为成熟的方法。垃圾热解处理法以其具有的能源回收率高，污染小等优点受到广泛的关注，热解法将会成为取代传统垃圾处理手段的一种非常有前途的垃圾处理方法。热解技术的研究早在上个世纪的三十年代就已经开始了。热解燃烧技术具有气体和焦炭特性均匀、燃烧充分等特点，目前应用于如日本制铁研制的竖井炉方式直接气化--熔融固体废弃物焚烧***、三井造船和夕夕甲株式会社为代表的回转窑炉式的固体废弃物气化--熔融等方面。近年来有关热解理论的研究，国内外的专家学者提出了一些很有价值的理论和方法。这些方法多集中在单一组分垃圾热解的实验分析或理论分析上，与实际应用还有一段距离。与生物质热解不同的是，垃圾的成分复杂，每种垃圾成分的最佳热解温度不尽相同，使得理论分析与实际应用之间有较大的差异。

富氧燃烧技术，是由Horne和Steinburg于1981年提出的，其具有燃烧充分、大幅减少排烟量、高效等优点。富氧燃烧技术目前的主要研究应用领域有电站锅炉、磁流体发电技术、燃料电池、IGCC及联合能源生产***等，燃烧对象有煤粉、垃圾、天然气及焦炉气等；但是现有的热解燃烧仍存在燃烧效率低、排烟量大、二氧化碳排放等问题；单纯的城市生活垃圾的富氧燃烧，还不能从根本上解决固相(非均相)燃烧、控制难度大等问题。

发明内容

本发明的目的在于将富氧与气化相结合，确定固体生活垃圾富氧热解气化工艺路线和方法，并设计***处理方法，旨在解决上述各方法存在的问题，实现垃圾减量化、无害化、资源化的目的。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种新型城市固体垃圾富氧气化的处理方法，包括如下步骤：

(1)城市生活垃圾预处理：将城市生活垃圾储存在垃圾坑中，经破碎、筛分、压榨后，输入到回转窑中烘干脱水，将水分含量控制在25％以内；

(2)垃圾富氧热解气化：将经预处理后的城市生活垃圾通过给料机送入气化炉内，利用富氧气作为气化介质，在缺氧氛围中，垃圾在气化炉内不完全燃烧，发生气化反应，生成可燃气体；

(3)气化气净化：可燃气体经过由文丘里和至少两级水洗塔组成的净化***净化，除去燃气中的灰、焦油后存入气柜；

(4)气化气再利用；

(5)污水处理及节能：经过上述步骤(1)和步骤(2)后的垃圾渗滤液经格栅截留水中较大杂质和漂浮物后自流进入污水调节池，污水调节池出水经泵提升至混凝沉淀气浮一体池，经混凝沉淀气浮处理后的出水进入厌氧水解酸化池，水解酸化池出水用泵提升至厌氧处理阶段；利用泵抽出垃圾坑内产生的气体，直接输送到气化炉内，在第一级水洗塔的水洗过程中产生大量的热蒸汽经过换热器把热量供给回转窑烘干垃圾，同时内燃机内燃烧后的尾气也通入回转窑烘干垃圾。

城市生活垃圾属于固体燃料，其元素组成主要是C、H和O，此外，虽然还包含N、S和其它一些微量元素，但是对于气化反应而言，由于N、S等元素含量很少，从而可以忽略不计。同时与煤相比，城市生活垃圾的含碳量较低，而H/C和O/C比相当高，从而使其具有较高的挥发份含量，但热值比一般煤低。此外，由于城市生活垃圾中N、S等元素含量较少，这样在热转化过程中由N和S成份所形成的污染排放量相对较低，同时其固定碳的活性比煤高得多。这些特点决定了城市生活垃圾更适宜于气化。

为了使垃圾在进入气化炉前能够充分的脱水、混合，达到改善气化炉运行状况，提高入炉垃圾的热值，首先将垃圾储存在垃圾坑中，延长垃圾在坑内的停放时间(停留时间约为7-10天)，同时，在垃圾进入气化炉前通过回转窑进行进一步的烘干；经过步骤1后将城市生活垃圾的水分含量控制在25％内，再将经过预处理的城市生活垃圾输送到气化炉中，本发明开发的气化过程利用富氧气作为气化介质，具有分区控制运行温度的特点，燃气组份为O₂、CO、H₂、CH₄和CnHm等，产出的气体热值可达到3000kcal/m³；

在步骤2中，垃圾经过破碎、筛分、压榨脱水后由皮带输送，经匀速给料机送入气化炉内，部分垃圾与氧气燃烧，提供热分解所需的热量，大部分垃圾在缺氧条件下发生热分解反应，析出挥发份和焦碳，挥发份在高温反应区内停留发生二次反应，选用文丘里除尘和水洗除焦法来净化燃气，本***采用两次水洗净化，采用大量水喷淋，使气体快速降温，减少气体在生成二恶英温度段的停留时间，并带走焦油。

经过步骤3净化的高热值气经储气罐储存，由于这类气的高热值性，可以作为合成的原料气，同时也可以适应各种燃烧炉。

污水处理包括垃圾渗沥液、生产废水等。渗沥液等排至污水调节池进行收集后进入污水处理设施进行处理，相关流程如下：

垃圾渗滤液经格栅截留水中较大杂质和漂浮物后自流进入调节池；调节池出水经泵提升至混凝沉淀气浮一体池，在一体池中PH值调节、去除有害微生物等处理；经混凝沉淀气浮处理后的出水进入厌氧水解酸化池，降低污水中的悬浮固体浓度，并有效的消除毒物对微生物的抑制作用；水解酸化池出水用泵提升至厌氧处理阶段，一方面提高废水的可生化性，另一方面降低废水中的COD等。

节能方面一方面为了保持垃圾坑内负压，利用泵抽出垃圾坑内产生的气体，直接通入气化炉，其次在第一次水洗过程中产生大量的热蒸汽经过换热器把热量供给回转窑烘干垃圾，同时内燃机内燃烧后的尾气也通入回转窑烘干垃圾。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：(1)由于具备富氧条件，进入反应器的氮气含量较少，所以反应过程中产生的氮氧化物也很少，为后续的净化提供了帮助，也减少了二次污染；(2)富氧热解气化技术所产生的燃烧产物比原来的常规燃烧产物少了氮气这种占总产气60％的成分，因此富氧热解气化技术热损失低，所造成的热损失只有原来常规燃烧时的一半左右；(3)混合气体是含有一氧化碳、少量氮气、烷类和氢气的混合物，极大的提高了产生的气体的适用范围；(4)产生的灰渣可用于铺路或建筑行业；(5)无二恶茵等有害气体排放，无废水、粉尘等有害物质排放；(6)处理城市垃圾时，不需要对垃圾进行分类；(7)不需要垃圾以外的燃料。

附图说明

图1是本发明城市垃圾处理过程流体图(一)；

图2是本发明城市垃圾处理过程流体图(二)；

图3是当量比为0.27时富氧量对气化时间、未燃尽率、反应温度的影响示意图；

图4是当量比为0.25时富氧量对产物热值的影响示意图；

图5是本发明污水处理流程示意图；

附图标记说明：1-给料机，2-气化炉，3-文丘里，4-第一级水洗塔，5-第二级水洗塔，6-气柜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参阅图1和图2所示，一种新型城市固体垃圾富氧气化的处理方法，包括如下步骤：

(1)城市生活垃圾预处理：将城市生活垃圾储存在垃圾坑中，经破碎、筛分、压榨后，输入到回转窑中烘干脱水，将水分含量控制在25％以内；

(2)垃圾富氧热解气化：将经预处理后的城市生活垃圾通过给料机1送入气化炉2内，利用富氧气作为气化介质，在缺氧氛围中，垃圾在气化炉2内不完全燃烧，发生气化反应，生成可燃气体；

(3)气化气净化：可燃气体经过由文丘里3和第一级水洗塔4和第二级水洗塔5两级水洗塔组成的净化***净化，除去燃气中的灰、焦油后存入气柜6；

(4)气化气再利用；经过上述步骤产出的合成气以氢气和一氧化碳为主，热值较高，适用范围得到了极大的提高，可以用于化工合成的原料气，重油燃烧机的原料气，内燃机等等，扩充了气化气的再利用范围。

(5)污水处理及节能：请参阅图5所示，经过上述步骤(1)和步骤(2)后的垃圾渗滤液经格栅截留水中较大杂质和漂浮物后自流进入污水调节池，污水调节池出水经泵提升至混凝沉淀气浮一体池，经混凝沉淀气浮处理后的出水进入厌氧水解酸化池，水解酸化池出水用泵提升至厌氧处理阶段；利用泵抽出垃圾坑内产生的气体，直接输送到气化炉内，在第一级水洗塔的水洗过程中产生大量的热蒸汽经过换热器把热量供给回转窑烘干垃圾，同时内燃机内燃烧后的尾气也通入回转窑烘干垃圾。

垃圾在热解气化装置中的热解、气化过程属于多相多组分体系的化学反应过程。在一定的温度、压力和原始反应物的条件下，将整个装置看作封闭的理想反应体系，分析在此条件下整个垃圾富氧热解气化体系在不同的条件下(当量比、富氧量)达到热力学平衡状态时气体热值，气体中氢气和一氧化碳的含量、产物中氮气的含量，同时考察富氧条件下反应速度、反应完全度以及反应温度的变化。

在化学热力学中处理复杂体系的化学平衡较常用的是平衡常数法和Gibbs最小自由能法，此处采用基于Gibbs最小自由能法：在等温等压条件下以体系的Gibbs自由能最小作为平衡的判据，在一定温度、压力下，空气、垃圾等原始反应物质加入垃圾焚烧装置中进行各种复杂化学反应，当体系达到化学平衡态时，整个体系的Gibbs自由能为最小。计算此平衡条件下在不同富氧量的状态下垃圾热解体系内各种气态物质的组成和浓度，特别是氮气的浓度，从而得到不同成份下气体的热值。

由图3可知，随着富氧量的增加，反应时间缩短，反应温度更高，反应更加充分，未燃尽率大幅度降低，有利于提高气化效率，提高了传热效率和能源利用率；可以获得更好的点火特性，提高火焰稳定性，可以扩大燃烧负荷比，改进火焰特征和火焰形状控制。

由图4可见，随着富氧程度的提高，产物中氮气含量减少，气体的热值提升较快，极大的提高了产生的气体的适用范围。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种新型城市固体垃圾富氧气化的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)城市生活垃圾预处理：将城市生活垃圾储存在垃圾坑中，经破碎、筛分、压榨后，输入到回转窑中烘干脱水，将水分含量控制在25％以内；

(2)垃圾富氧热解气化：将经预处理后的城市生活垃圾通过给料机送入气化炉内，利用富氧气作为气化介质，在缺氧氛围中，垃圾在气化炉内不完全燃烧，发生气化反应，生成可燃气体；

(3)气化气净化：可燃气体经过由文丘里和至少两级水洗塔组成的净化***净化，除去燃气中的灰、焦油后存入气柜；

(4)气化气再利用；

(5)污水处理及节能：经过上述步骤(1)和步骤(2)后的垃圾渗滤液经格栅截留水中较大杂质和漂浮物后自流进入污水调节池，污水调节池出水经泵提升至混凝沉淀气浮一体池，经混凝沉淀气浮处理后的出水进入厌氧水解酸化池，水解酸化池出水用泵提升至厌氧处理阶段；利用泵抽出垃圾坑内产生的气体，直接输送到气化炉内，在第一级水洗塔的水洗过程中产生大量的热蒸汽经过换热器把热量供给回转窑烘干垃圾，同时内燃机内燃烧后的尾气也通入回转窑烘干垃圾。

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