CN102070308A - 利用水泥回转窑处理生活垃圾的设备工艺配置方法 - Google Patents

利用水泥回转窑处理生活垃圾的设备工艺配置方法 Download PDF

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Abstract

一种利用水泥回转窑处理生活垃圾的设备工艺配置方法包括预处理设备工艺配置法和焚烧设备工艺配置法，预处理设备工艺配置法对生活垃圾实施破碎处理全过程，焚烧设备工艺配置法对破碎处理的生活垃圾实施焚烧全过程。焚烧设备工艺配置包括双层电动翻板阀、L型焚烧炉；双层重锤翻板阀、振动输送机和斗提机，从回转窑三次风管上截取的部分三次风通过进风管进入L型焚烧炉并对L型焚烧炉内的生活垃圾进行高温焚烧，焚烧时产生的烟气通过出风管再与三次风管汇合，在L型焚烧炉的进风管和出风管形成的回路中设置有第二高温电动蝶阀和第三高温电动蝶阀，在三次风管上设置有第一高温电动蝶阀。利用水泥回转窑产生的高温环境能抑制二噁英等有害气体的产生。

Description

利用水泥回转窑处理生活垃圾的设备工艺配置方法
 
技术领域
     本发明属于生活垃圾处理技术领域，特别涉及到一种利用水泥回转窑处理生活垃圾的设备工艺配置方法。
背景技术
随着城市化进程的加快，我国城市生活垃圾产量不断增长，给社会带来严重的危害。据统计，我国历年累计堆存的城市生活垃圾已达60亿吨，而且垃圾产量的年增长率在10%以上。预计2010年，全国县城以上城市生活垃圾总产量约为2.5亿吨。如何处理日益增多的城市生活垃圾已经成为当今中国的一项重大研究课题。
中国处理城市生活垃圾的传统方式是填埋法，这种方法比较适合小城市少量的生活垃圾。填埋的不利之处在于占用大量宝贵的土地资源，垃圾处理周期长，容易导致垃圾渗滤液和挥发气体污染地下水、空气和土壤等。
目前比较新型的处理方式是垃圾焚烧发电法，具有占用土地少、处理周期短、可实现大幅度的减容、可回收能量等优点。但是垃圾焚烧发电法也存在如下缺点：
1、投资和运行成本高，经济不发达地区很难承受；
2、焚烧温度低，容易产生二噁英等有毒气体；
3、垃圾焚烧后产生的飞灰含有大量的二噁英和重金属，是一种危险废物，很难处理，造成二次污染。
目前国外比较普遍采用的是在水泥工业中处置城市生活垃圾。国外城市生活垃圾的收集方式是分类收集，垃圾水分低，热值高，灰分少，易于燃烧。城市生活垃圾经过预处理后被制作成二次燃料，直接替代水泥工业中煤等一次燃料。垃圾焚烧后产生的少量灰渣进入到水泥窑中生产熟料，当作生产水泥的原料。这样既保护了环境，又节约了资源，具有很多优点。利用水泥回转窑***处理城市生活垃圾，也应该成为我们未来主要的发展方向。
但是中国的垃圾与国外的垃圾在成分和收集方式上有很大区别，完全照搬国外的方法不可行。
国内城市生活垃圾的收集方式是混合收集，水分高、热值低，成分复杂且波动幅度大。如果中国的城市生活垃圾直接进入水泥窑***中，会出现如下问题：
1、水分高，热值低，可能影响水泥回转窑内的烧成温度；
2、有些难烧物质可能出现烧不透的现象；
3、垃圾焚烧后的灰渣中大部分是大粒径的颗粒体，容易在水泥窑中结球，影响水泥熟料的质量。
因此迫切需要研究出一种适合中国国情的垃圾处理方法，达到有效处理垃圾的目的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种利用水泥回转窑处理生活垃圾的设备工艺配置方法，该设备工艺配置方法解决了我国城市生活垃圾因为混合收集、水分高、热值低、成分复杂等造成的处理难题，特别是对生活垃圾进行简单的预处理和使用L型焚烧炉进行焚烧，减少了因处理城市生活垃圾对水泥熟料产量和质量带来的不利影响，所处理的生活垃圾完全符合 ‘无害化、减量化、资源化’目标，处理后生活垃圾可以作为辅料用于水泥的生产。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
所述利用水泥回转窑处理生活垃圾的设备工艺配置方法包括预处理设备工艺配置法和焚烧设备工艺配置法，预处理设备工艺配置法对生活垃圾实施破碎处理全过程，焚烧设备工艺配置法对破碎处理的生活垃圾实施焚烧全过程，其中预处理设备工艺配置法如下：
生活垃圾在转运站集中后由运输车运往水泥厂并卸入存储坑内，存储坑底部呈斜面并设有渗滤液收集池和报警装置，抓斗起重机通过控制室工作人员的操控将存储坑内的生活垃圾抓入破碎机内进行破碎，破碎后的生活垃圾或存入另一存储坑内由抓斗起重机抓入板式喂料机，或直接运往板式喂料机，板式喂料机将生活垃圾均匀喂送到设置有密闭长廊的胶带输送机上，密闭长廊连接有篦冷机出来的一次风管，在胶带输送机上通过除铁器对生活垃圾进行除铁，之后经皮带秤的称重输送到焚烧工艺配置中的进料斗内。
本发明的焚烧设备工艺配置法如下：
当经过破碎处理的生活垃圾落入进料斗后，在进料斗的底部设置双层电动翻板阀，通过该双层电动翻板阀的控制使生活垃圾进入L型焚烧炉内进行焚烧，生活垃圾焚烧后产生的灰渣在L型焚烧炉卸料口设置的双层重锤翻板阀的控制下落入到振动输送机上，再通过振动给料机喂入到斗提机内，灰渣经过斗提机的提升被送入窑头罩并进入篦冷机，在篦冷机内与回转窑出来的熟料混合，成为生产水泥的辅料；从回转窑三次风管上截取的部分三次风通过进风管进入L型焚烧炉并对L型焚烧炉内的生活垃圾进行高温焚烧，焚烧时产生的烟气通过出风管再与三次风管汇合，在L型焚烧炉的进风管和出风管形成的回路中设置有第二高温电动蝶阀和第三高温电动蝶阀，在三次风管上设置有第一高温电动蝶阀，通过第一高温电动蝶阀、第二高温电动蝶阀和第三高温电动蝶阀能够调节所需三次风量。
所述利用水泥回转窑处理生活垃圾的设备工艺配置方法，L型焚烧炉主要包括焚烧回转炉、预燃室、电动推杆、支撑装置、驱动装置、卸料口、焚烧窑头罩、出风口和进料口，从进风管过来的三次风进入焚烧窑头罩内并从预燃室顶部设置的出风口排入到出风管，生活垃圾经过双层电动翻板阀的控制从预燃室顶部设置的进料口进入，经过预燃室的烘干和预热使生活垃圾中的部分轻质易燃物在预燃室内燃烧，焚烧回转炉主要焚烧难烧物质；生活垃圾从预燃室进入焚烧回转炉时的堵料现象由电动推杆解决，电动推杆能够间歇式推动堵料顺利进入焚烧回转炉内进行焚烧；焚烧回转炉的中心轴线向下倾斜度为3～5°，焚烧回转炉由两个结构相同的支撑装置支撑，焚烧回转炉的转动由驱动装置实施，该驱动装置由变频电机控制，在焚烧回转炉内的不同位置设置有不同层次的扬料钩，扬料钩使需要燃烧的大块生活垃圾能够扬起得到充分燃烧；焚烧窑头罩的底部设置有漏斗状的卸料口。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
1）本发明的基本指导思想是立足中国国情，能够处理具有中国特色的城市生活垃圾。
2）利用水泥回转窑产生的高温环境能够抑制二噁英等有害气体的产生，并彻底分解有害气体。利用水泥回转窑中的碱性气氛以及气体流量大等有利条件能有效地中和、稀释有害气体，杜绝二噁英等物质的二次合成。
3）将生活垃圾的处理过程和焚烧过程与水泥回转窑生产体系合二为一，使焚烧产生的飞灰成为生产水泥的辅料，少量重金属被固化到熟料的晶格中，灰渣也成为生产水泥的辅料，完全实现了生活垃圾的资源化利用，防止产生二次污染。
4）根据生活垃圾的组分变化，L型焚烧炉可调节焚烧时间，使生活垃圾得到完全燃烧。
5）生活垃圾的渗滤液经收集后送入L型焚烧炉中进行焚烧，其焚烧过程简单，节省了成本，防止了空气污染。
6）生活垃圾在储存和输送过程中产生的臭气被抽送到篦冷机进行高温除臭，防止臭气对周围空气造成污染，不影响居民的日常生活。
7）生活垃圾可以替代水泥厂部分煤的用量，节省了水泥厂的燃料费用。
8）充分利用现有水泥厂设施和场地，投资省。
9）最大程度地实现了城市生活垃圾的“无害化，减量化，资源化”。
附图说明
图1是预处理设备工艺配置法的示意图。
图2是焚烧设备工艺配置法的示意图。
图3是焚烧设备工艺配置法中L型焚烧炉的结构示意简图。
上述图中：1-垃圾运输车；2-存储坑；3-控制室；4-抓斗起重机；5-破碎机；6-板式喂料机；7-胶带输送机；8-皮带秤；9-除铁器；10-进料斗；11-双层电动翻板阀；12-L型焚烧炉；13-双层重锤翻板阀；14-振动输送机；15-斗提机；16-窑头罩；17-篦冷机；18-回转窑；19-三次风管；20-第一电动蝶阀；21-进风管；22-第二电动蝶阀；23-第三电动蝶阀；24-出风管；25-焚烧回转炉；26-预燃室；27-电动推杆；28-支撑装置；29-驱动装置；30-卸料口；31-焚烧窑头罩；32-出风口；33-进料口。
具体实施方式
本发明利用水泥回转窑处理生活垃圾的设备工艺配置方法包括预处理设备工艺配置法和焚烧设备工艺配置法，预处理设备工艺配置法对生活垃圾实施破碎处理全过程，焚烧设备工艺配置法对破碎处理的生活垃圾实施焚烧全过程。
由于我国城市生活垃圾是混合收集，成分复杂，尺寸大小不一，水分高，热值低，这些都不利于生活垃圾的焚烧。因此在焚烧前需对生活垃圾实施破碎处理全过程，预处理设备工艺配置法的最终目的对生活垃圾进行破碎和除铁处理。
结合图1，预处理设备工艺配置法如下：
生活垃圾在转运站集中后由运输车1运往水泥厂并卸入存储坑2内，存储坑2底部呈斜面并设有渗滤液收集池和报警装置，抓斗起重机4通过控制室3工作人员的操控将存储坑2内的生活垃圾抓入破碎机5内进行破碎，破碎后的生活垃圾或存入另一存储坑2内由抓斗起重机4抓入板式喂料机6，或直接运往板式喂料机6，板式喂料机6将生活垃圾均匀喂送到设置有密闭长廊的胶带输送机7上，密闭长廊连接有篦冷机出来的一次风管，在胶带输送机7上通过除铁器9对生活垃圾进行除铁，之后经皮带秤8的称重输送到焚烧工艺配置中的进料斗10内。
所述存储坑2底部是一个稍微倾斜的斜面，设有渗滤液收集池。当生活垃圾在存储坑2内存储时间较长时，生活垃圾经过长时间的发酵会产生大量滤液和沼气，因此在存储坑2设有沼气和硫化氢报警装置，当沼气和硫化氢浓度达到一定值后会自动报警。
所述破碎机属于专用垃圾处理设备。破碎机采用双辊剪切式，破碎辊为齿盘式结构。传动部采用电机连接减速器驱动破碎辊转动。减速器与破碎辊之间直接通过万向联接器联接，可以补偿减速器与破碎辊之间的偏转角度。破碎辊上的齿盘和破碎辊轴采用平键连接，通过改变平键的夹角来调整破碎辊的啮合倾角，啮合倾角能够被调整为4种角度。相互啮合的破碎辊相互交错，相向旋转，破碎辊之间的咬合角为74°。当破碎机遇到大块金属等坚硬物质发生卡轴时，破碎辊会自动反转，吐出物料。生活垃圾经过破碎后的粒径控制在100mm内。
所述板式喂料机6采用变频电机驱动，这种板式喂料机6是常见的机械，不再赘述。根据皮带秤8的计量数值，调节板式喂料机6的喂料速度，从而控制焚烧***的喂料量。生活垃圾中的金属绝大部分是铁质金属，除铁器9可以收集铁质金属并回收利用。
水泥回转窑中的篦冷机一次风管从胶带输送机7配置的密闭长廊内抽气，使长廊内保持微负压，目的使生活垃圾产生的臭气不能外泄。臭气进入篦冷机后，有害成分会被高温分解。
经过上述预处理设备工艺配置法对生活垃圾实施破碎处理全过程后，本发明的焚烧设备工艺配置法如下：
当经过破碎处理的生活垃圾落入进料斗10后，在进料斗10的底部设置双层电动翻板阀11，通过该双层电动翻板阀11的控制使生活垃圾进入L型焚烧炉12内进行焚烧，生活垃圾焚烧后产生的灰渣在L型焚烧炉12卸料口设置的双层重锤翻板阀13的控制下落入到振动输送机14上，再通过振动给料机14喂入到斗提机15内，灰渣经过斗提机15的提升被送入窑头罩16并进入篦冷机17，在篦冷机17内与回转窑18出来的熟料混合，成为生产水泥的辅料；从回转窑18三次风管19上截取的部分三次风通过进风管21进入L型焚烧炉12并对L型焚烧炉12内的生活垃圾进行高温焚烧，焚烧时产生的烟气通过出风管24再与三次风管19汇合，在L型焚烧炉12的进风管21和出风管24形成的回路中设置有第二高温电动蝶阀22和第三高温电动蝶阀23，在三次风管19上设置有第一高温电动蝶阀20，通过第一高温电动蝶阀20、第二高温电动蝶阀22和第三高温电动蝶阀23能够调节所需三次风量。
进料斗10底部设置的双层电动翻板阀11和L型焚烧炉12卸料口设置的双层重锤翻板阀13必须实行联动控制，即一层打开时另一层阀板必须关闭，这样可以防止外部气体的进入。灰渣从L型焚烧炉12卸料口出来的温度通常在600℃以上，振动输送机14和斗提机15都必须具有耐高温作用。
进入L型焚烧炉12的三次风和进入L型焚烧炉12的生活垃圾焚烧过程的运动方向刚好相反，使三次风和焚烧物得到充分接触并易于燃烧。预燃室26主要起着烘干、预热的作用，部分轻质易燃物质可在预燃室内燃烧。焚烧回转炉25内主要焚烧难烧的生活垃圾，可以通过变频电机转速来控制焚烧时间，使生活垃圾得到完全焚烧。生活垃圾从预燃室26进入焚烧回转炉25可能会发生堵料现象，采用间歇式电动推杆27从预燃室26底部向焚烧回转25推料，使生活垃圾能顺利进入焚烧回转炉25内，由于焚烧回转炉25的斜度度为3～5°且焚烧回转炉内的不同位置设置有不同层次的扬料钩，使需要燃烧的大块焚烧物能够扬起充分燃烧，而烧尽的灰渣尽量不会被扬起。
L型焚烧炉12主要包括焚烧回转炉25、预燃室26、电动推杆27、支撑装置28、驱动装置29、卸料口30、焚烧窑头罩31、出风口32和进料口33，从进风管21过来的三次风进入焚烧窑头罩31内并从预燃室26顶部设置的出风口32排入到出风管24，生活垃圾经过双层电动翻板阀11的控制从预燃室26顶部设置的进料口33进入，经过预燃室26的烘干和预热使生活垃圾中的部分轻质易燃物在预燃室26内燃烧，焚烧回转炉25主要焚烧难烧物质；生活垃圾从预燃室26进入焚烧回转炉25时的堵料现象由电动推杆27解决，电动推杆27能够间歇式推动堵料顺利进入焚烧回转炉25内进行焚烧；焚烧回转炉25的中心轴线向下倾斜度为3～5°，焚烧回转炉25由两个结构相同的支撑装置28支撑，焚烧回转炉25的转动由驱动装置29实施，该驱动装置29由变频电机控制，在焚烧回转炉25内的不同位置设置有不同层次的扬料钩，扬料钩使需要燃烧的大块生活垃圾能够扬起得到充分燃烧；焚烧窑头罩31的底部设置有漏斗状的卸料口30。
在本发明中，L型焚烧炉12中的焚烧回转炉25的结构设计借鉴了水泥回转窑的结构设计，但焚烧回转炉25的直径和长度远小于普通回转窑的尺寸，因为通过预燃室26的预燃过程而使焚烧回转炉25的直径和长度得到缩短。
在本发明中，预燃室26和焚烧窑头罩31是相对固定的，只有焚烧回转炉25在工作时旋转，因此预燃室26和焚烧回转炉25之间通过窑头旋转密封装置实现联接，焚烧回转炉25和焚烧窑头罩31之间通过窑尾旋转密封装置实现联接（图3未给标号），而窑头旋转密封装置、窑尾旋转密封装置、支撑装置28和驱动装置29均借用了水泥回转窑***的成熟技术，故对窑头旋转密封装置、窑尾旋转密封装置、支撑装置28和驱动装置29不再详述。
在L型焚烧炉内引入水泥窑***的高温三次风对生活垃圾进行高温焚烧，高温焚烧后产生的烟气再回到预分解***中，高温焚烧后产生的飞灰随烟气进入预分解***，然后随生料进入水泥回转窑生产水泥熟料，高温焚烧后产生的灰渣通过窑头罩进入篦冷机与熟料混合，成为生产水泥的混合料，垃圾存储和运输过程中产生的臭气被篦冷机一次风机抽入到篦冷机进行高温除臭，垃圾存储过程中产生的渗滤液可随生活垃圾一起送入L型焚烧炉内进行焚烧。
三次风的温度通常在800℃以上，可以使生活垃圾的焚烧温度保持在更高的水平，并能抑制二噁英等有毒有害气体的产生。
生活垃圾经过充分焚烧后，其减容率达到95%，减重率达到86.5%。经试验表明：利用水泥回转炉***处理城市生活垃圾，每1吨熟料生产能力可对应处理0.1吨城市生活垃圾最为合适。而处理生活垃圾后整个***的烟气量会增加5%左右，同时处理这么多的生活垃圾可以替代原水泥厂用煤量的5-10%。
综上，垃圾存储坑和胶带输送机7上设置的密闭长廊完全密封并且使用篦冷机引来的一次风抽气，在密闭长廊内形成负压，可以防止生活垃圾产生的臭气外泄。臭气被抽入篦冷机一段时间后，有害气体被高温分解。生活垃圾存储过程中产生的渗滤液经收集后再喷附在生活垃圾上进入L型焚烧炉内得到高温焚烧。渗滤液中的有机物被彻底分解，残余重金属少量进入水泥回转窑中被固化在熟料的晶格中。渗滤液处理的投资和运行成本都很低，处理效果好。
生活垃圾焚烧时所产生的有害烟气主要是酸性气体、二噁英和重金属。由于生活垃圾焚烧时所产生的有害烟气最终要回到水泥回转窑的分解炉中，分解炉中的碱性环境很容易吸收和中和有害烟气。
引入三次风对生活垃圾进行焚烧，焚烧时的火焰温度在1000℃以上，烟气温度在900 ℃以上，而二噁英的生成温度在350℃到800 ℃之间，因此能有效遏制二噁英的产生。
有害烟气进入分解炉，分解炉的温度在950℃以上，二噁英在800℃以上时可以得到分解。
有害烟气与三次风及回转窑烟气混合后，对有害烟气可以起到稀释作用，而且有害烟气在通过预热室时能快速降到300℃，防止有害烟气在温度降低过程中二噁英的再次合成。
生活垃圾在焚烧过程中产生飞灰和灰渣两种固体物质。飞灰随烟气进入预分解炉后随生料一起进入到水泥回转窑中，最终成为生产水泥熟料的辅料。灰渣则通过振动给料机和斗提机被送入篦冷机中与熟料混合，成为生产水泥的辅料。灰渣掺入到熟料中比例很小，在1%左右。实验表明，熟料的性能基本不受影响。

Claims (2)

1.一种利用水泥回转窑处理生活垃圾的设备工艺配置方法包括预处理设备工艺配置法和焚烧设备工艺配置法，预处理设备工艺配置法对生活垃圾实施破碎处理全过程，焚烧设备工艺配置法对破碎处理的生活垃圾实施焚烧全过程，其中预处理设备工艺配置法如下：
生活垃圾在转运站集中后由运输车(1)运往水泥厂并卸入存储坑(2)内，存储坑(2)底部呈斜面并设有渗滤液收集池和报警装置，抓斗起重机(4)通过控制室(3)工作人员的操控将存储坑(2)内的生活垃圾抓入破碎机(5)内进行破碎，破碎后的生活垃圾或存入另一存储坑(2)内由抓斗起重机(4)抓入板式喂料机(6)，或直接运往板式喂料机(6)，板式喂料机(6)将生活垃圾均匀喂送到设置有密闭长廊的胶带输送机(7)上，密闭长廊连接有篦冷机出来的一次风管，在胶带输送机(7)上通过除铁器(9)对生活垃圾进行除铁，之后经皮带秤(8)的称重输送到焚烧工艺配置中的进料斗(10)内；
其特征是：上述焚烧设备工艺配置法如下：
当经过破碎处理的生活垃圾落入进料斗(10)后，在进料斗(10)的底部设置双层电动翻板阀(11)，通过该双层电动翻板阀(11)的控制使生活垃圾进入L型焚烧炉(12)内进行焚烧，生活垃圾焚烧后产生的灰渣在L型焚烧炉(12)卸料口设置的双层重锤翻板阀(13)的控制下落入到振动输送机(14)上，再通过振动给料机(14)喂入到斗提机(15)内，灰渣经过斗提机(15)的提升被送入窑头罩(16)并进入篦冷机(17)，在篦冷机(17)内与回转窑(18)出来的熟料混合，成为生产水泥的辅料；从回转窑(18)三次风管(19)上截取的部分三次风通过进风管(21)进入L型焚烧炉(12)并对L型焚烧炉(12)内的生活垃圾进行高温焚烧，焚烧时产生的烟气通过出风管(24)再与三次风管(19)汇合，在L型焚烧炉(12)的进风管(21)和出风管(24)形成的回路中设置有第二高温电动蝶阀(22)和第三高温电动蝶阀(23)，在三次风管(19)上设置有第一高温电动蝶阀(20)，通过第一高温电动蝶阀(20)、第二高温电动蝶阀(22)和第三高温电动蝶阀(23)能够调节所需三次风量。
2.如权利要求1所述利用水泥回转窑处理生活垃圾的设备工艺配置方法， L型焚烧炉(12)主要包括焚烧回转炉(25)、预燃室(26)、电动推杆(27)、支撑装置(28)、驱动装置(29)、卸料口(30)、焚烧窑头罩(31)、出风口(32)和进料口(33)，其特征是：从进风管(21)过来的三次风进入焚烧窑头罩(31)内并从预燃室(26)顶部设置的出风口(32)排入到出风管(24)，生活垃圾经过双层电动翻板阀(11)的控制从预燃室(26)顶部设置的进料口(33)进入，经过预燃室(26)的烘干和预热使生活垃圾中的部分轻质易燃物在预燃室(26)内燃烧，焚烧回转炉(25)主要焚烧难烧物质；生活垃圾从预燃室(26)进入焚烧回转炉(25)时的堵料现象由电动推杆(27)解决，电动推杆(27)能够间歇式推动堵料顺利进入焚烧回转炉(25)内进行焚烧；焚烧回转炉(25)的中心轴线向下倾斜度为3～5°，焚烧回转炉(25)由两个结构相同的支撑装置(28)支撑，焚烧回转炉(25)的转动由驱动装置(29)实施，该驱动装置(29)由变频电机控制，在焚烧回转炉(25)内的不同位置设置有不同层次的扬料钩，扬料钩使需要燃烧的大块生活垃圾能够扬起得到充分燃烧；焚烧窑头罩(31)的底部设置有漏斗状的卸料口(30)。
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