CN104654312B - 一种固体废弃物的无焰焚烧工艺 - Google Patents

一种固体废弃物的无焰焚烧工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固体废弃物的无焰焚烧工艺，它包括分选处理，厌氧发酵，无焰焚烧和可燃气体回收的步骤。本发明的工艺具有处理效率高、综合效益好、处理干净彻底，无焰焚烧温度高，碳化迅速；可燃性气体转化充足，实现了焚烧过程中能源的自给自足，产生的焦渣质轻、气泡丰富、透水性好、含碳量高，有害物超低排放。

Description

一种固体废弃物的无焰焚烧工艺
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及固废资源综合利用工艺，具体涉及一种固体废弃物的无焰焚烧工艺。
背景技术
随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，固体废弃物的排放量迅速增加，目前全球每年新增的固体废弃物达100亿吨，人均0.6吨。而固体废弃物问题以其“最难得到处理”、“最具综合性”、“最具污染性”、“最晚受到重视”及“最贴近生活”倍受人们的关注。
目前世界上固体废弃物的处理方法主要有三种：堆肥、填埋和焚烧发电。堆肥方法通过预处理将有机物分拣出来，由于发展中国家的分拣技术还不成熟，堆肥方法在发展中国家已很少被采用，仅仅作为固体废弃物处理的辅助手段。填埋方法操作简单，前期成本低，但需要占用大量的土地，填埋场服役期间到封场后臭气熏天、蚊蝇滋生、渗滤液等成为永久的污染源。焚烧发电法的核心设备是焚烧炉，焚烧炉技术是基于国外少数发达国家根据分选后的固废特征而研制出来的。焚烧炉的燃烧方式为明火，烧完的粉状灰烬不在炉内停留直接排出，可利用价值低。上述的固体废弃物处理技术虽然各有偏重，但都很难做到国家推行的“三化”。
此外，我国的生活固废受地域、季节、经济状况的制约，固废成分呈多样性、复杂性、阻燃性尤为突出，固废的含水量普遍高于40％，这样的固废进入焚烧炉进行焚烧处理必然会造成燃烧不稳定，炉内易熄火，即使添加辅助能源助燃，燃烧工况也无法平稳，使操作变得复杂，运营成本高，二噁英不易控制，污染严重，群众性集体事件接连不断，所以焚烧炉的燃烧方式并不完全适合于我国目前的固废处理。
目前已有关于固体废弃物分选将有价值的物质回收，通过厌氧发酵工艺提高燃值，生产沼气并通过热裂解制造清洁能源，对不易腐烂的有机物制造出颗粒状易燃物，对颗粒小的无机物和有机物进行掩埋或焚烧的报道，但真正实现起来尚有一定差距。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种固体废弃物的无焰焚烧工艺，充分利用固体的原始资源，化腐朽为神奇。
无焰焚烧是近20年国际燃烧领域发展的一种最新的燃烧方式，用于固体废弃物的处理尚属首例，具有处理效率高、固废原始资源利用充分，效益好、处理干净彻底以及有害物超低排放的特点。
本发明通过以下技术方案实现：一种固体废弃物的无焰焚烧工艺，它包括以下步骤：
S1.分选处理：从固体废弃物中分选出塑料、橡胶和重金属；
S2.厌氧发酵：将分选后的固体废弃物移至厌氧发酵室中进行发酵处理，使固体废弃物的含水量下降5％～15％，所述的厌氧发酵室内固体废弃物堆放的高度为5～7m，发酵处理的时间为5～10天；
S3.无焰焚烧：经厌氧发酵后的固体废弃物在焚烧窑中堆积5～7m，所述的焚烧窑底部设置点火***和供气***，向供气***以10～50m/s的流速通入辅助燃气，通过点火***进行点火，使之焚烧进入设计工况，所述的设计工况为：结焦层、焚烧层、碳化层和烘干层，焚烧层中心温度为1450～1650℃，最终将固体废弃物转化为可利用的焦渣。
进一步地，所述的固体废弃物包括城市生活垃圾、医疗固体废弃物和城市污泥。
进一步地，所述的分选处理采用人工分选、机械分选和仪器探测相结合的方式。
进一步地，步骤S3中所述的无焰焚烧中，一次性大规模进料，一次性大规模出渣；焚烧层的含氧为2％-15％，且焚烧层为碳化物，焚烧温度高，释放出的烟气主要成分为可燃性气体。
进一步地，一种固体废弃物的无焰焚烧工艺还包括S4可燃气体的回收，所述的可燃气体的回收过程包括以下子步骤：
S41.收集固体废弃物在分选处理、厌氧发酵过程中产生的可燃臭气；
S42.在焚烧窑外设置抽风机，所述的焚烧窑顶部设置排烟***，将在无焰焚烧过程中产生的可燃气体从排烟***中负压吸出，进行粗处理；
S43.将步骤S41中收集的可燃臭气与步骤S42中经粗处理后的可燃气体混合一并作为辅助燃气，经焚烧窑底部的供气***注入，参与助燃，实现了焚烧过程中能源的自给自足。
进一步地，所述的可燃气体的产生过程为：在无焰焚烧过程中，焚烧层以上的固体废弃物经历300℃以上的热辐射时，固体废弃物中半纤维素开始热解碳化，产生可燃气体。
更进一步地，所述的固体废弃物热解碳化工况如下：窑内固体废弃物经点火***点火后，燃烧温度随之达到800℃，燃烧和碳化几乎同时进行，当焚烧层的上方热辐射在200～300℃时处在干燥阶段，当辐射温度达到300℃以上，固体废弃物中的半纤维开始热解碳化反应，热解碳化析出的挥发分主要包括水蒸气、氢气、一氧化碳、甲烷、焦油和碳氢化合物，即木煤气、木焦油和木醋液，统称为“烟气”，烟气通过抽风机从窑顶端排烟***负压吸出；当焚烧层的辐射温度达到500℃时，固体废弃物中的生物质加快分解，随着分解的加快裂解过程及其产物也随之加快，产生的烟气更加充分；当燃烧温度达到1200℃后，焚烧层和碳化层主要产生甲烷和氢气即不再产生醋液和焦油，只是产生木煤气，且木煤气的热值大大提高，木煤气为可燃气体。
固体废弃物中的生物质，厨余在热解与燃烧过程中，会产生焦油，焦油在1000～1200℃时，短时间内裂解率达到99％以上，可充分利用无焰焚烧中含有的水蒸气与焦油中成分发生反应产生一氧化碳和氢气，减少炭黑的生成，提高烟气中可燃气体的生成率。如焦油中萘的催化裂解：C10H8+10H20→10CO+14H2，C10H8+20H20→10CO2+2H2，C10H8+10H20→CO+4CO2+6H2+4CH4；水蒸气有利于焦油裂解和可燃气体的产生，产生的燃气热值为10～16MJ/Nm3,氢气含量为30～60％。
所述的固废无焰焚烧机理如下：在焚烧窑内堆放固体废弃物达5～7m，初始焚烧产生明火，随着窑底通入助燃气，由于固体废弃物压力和重力的关系，火焰逐渐减小直至微小。燃烧初期，燃烧、热解、碳化几乎同时完成，焚烧中产生的烟气与热解碳化产生的气体透过5～7m高的固体废弃物，缓慢析出，热量、灰飞及杂质被厚厚的固体废弃物截留，抽引窑中低速移动的贫氧气流，经粗处理后将烟气中的可燃气体回收，同分选、厌氧发酵过程产生的臭气混合，将混合臭气的4/5～6/7通过窑底的供气***进入焚烧层，使焚烧工况由最初的焚烧层、碳化层、烘干层向结焦层、焚烧层、碳化层和烘干层转化，焚烧的不再是固体废弃物的原态，而是经过热解碳化了的碳化层，当碳化层温度达到1000℃后，固体废弃物产生的焦油气化热解速度加快，析出有利于燃烧的小分子碳氢气体，随着碳化热量的进一步提升，促进碳化物二次裂解，可燃气体的产率提高，随着碳化温度的升高，碳化物着火的温度也升高。随着高温焚烧可燃气体与低氧的加入，焚烧火焰体积成倍增大，焚烧层升温均匀，平均温度大大提升，实现了稳定的焚烧，以无焰的形式逐步向上推移，热能迅速堆积，短时间内焚烧层的温度达到1450～1650℃，最终使固体废弃物形成可利用的焦渣。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明适用于城市生活垃圾、医疗固体废弃物及城市污泥的处理；
(2)本发明具有低碳、环保，处理效率高，减量彻底，有害物超低排放的特点；
(3)本发明中固体废弃物原始资源利用充分，可燃性气体转化充足，实现了焚烧过程中能源的自给自足；
(4)本发明可使废弃物转化成质轻、气泡丰富、透水性好、含碳量高的优质焦渣；
(5)本发明中产生的焦渣应用广泛，可用于精细农业、建材及治污行业。
附图说明
图1是本发明中无焰焚烧工况；
图2是本发明中无焰焚烧工况曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1：一种固体废弃物的无焰焚烧工艺，它包括以下步骤：
S1.分选处理：采用人工分选、机械分选和仪器探测相结合的方式从固体废弃物中分选出塑料、橡胶和重金属；
S2.厌氧发酵：将分选后的固体废弃物移至厌氧发酵室中进行发酵处理，使固体废弃物的含水量下降5％，所述的厌氧发酵室内固体废弃物堆放的高度为5m，发酵处理的时间为5天；
S3.无焰焚烧：经厌氧发酵后的固体废弃物在焚烧窑中堆积5m，所述的焚烧窑底部设置点火***和供气***，向供气***以10m/s的流速通入辅助燃气，通过点火***进行点火，随之焚烧进入设计工况，所述的设计工况为：结焦层、焚烧层、碳化层和烘干层，焚烧层中心温度为1450℃，最终固体废弃物转化为可利用的焦渣；
S4.可燃气体的回收，其包括以下子步骤：
S41.收集固体废弃物在分选处理和厌氧发酵过程中产生的可燃臭气；
S42.在焚烧窑外设置抽风机，所述的焚烧窑顶端有排烟***，将在无焰焚烧过程中产生的可燃气体从排烟***中负压吸出，进行粗处理；
S43.将步骤S41中收集的可燃臭气与步骤S42中经粗处理后的可燃气体混合并作为辅助燃气，经焚烧窑底部的供气***注入，参与助燃，实现了焚烧过程中能源的自给自足。
所述的固体废弃物包括城市生活垃圾、医疗固体废弃物和城市污泥。
实施例2：一种固体废弃物的无焰焚烧工艺，它包括以下步骤：
S1.分选处理：采用人工分选、机械分选和仪器探测分选相结合的方式从固体废弃物中分选出塑料、橡胶和重金属；
S2.厌氧发酵：将分选后的固体废弃物移至厌氧发酵室中进行发酵处理，使固体废弃物的含水量下降15％，所述的厌氧发酵室内固体废弃物堆放的高度为7m，发酵处理的时间为10天；
S3.无焰焚烧：经厌氧发酵后的固体废弃物在焚烧窑中堆积7m，所述的焚烧窑底部设置点火***和供气***，向供气***以50m/s的流速通入辅助燃气，通过点火***进行点火，随之焚烧进入设计工况，所述的设计工况为：结焦层、焚烧层、碳化层和烘干层的工况，焚烧层中心温度为1650℃，最终固体废弃物转化为可利用的焦渣；
S4.可燃气体的回收，其包括以下子步骤：
S41.收集固体废弃物在分选处理和厌氧发酵过程中产生的可燃臭气；
S42.在焚烧窑外设置抽风机，所述的焚烧窑顶端有排烟***，将在无焰焚烧过程中产生的可燃气体从排烟***中负压吸出，进行粗处理；
S43.将步骤S41中收集的可燃臭气与步骤S42中经粗处理后的可燃气体混合并作为辅助燃气，经焚烧窑底部的供气***注入，参与助燃，实现了焚烧过程中能源的自给自足。
所述的固体废弃物包括城市生活垃圾、医疗固体废弃物和城市污泥。
实施例3：一种固体废弃物的无焰焚烧工艺，它包括以下步骤：
S1.分选处理：采用人工分选、机械分选和仪器探测相结合的方式从固体废弃物中分选出塑料、橡胶和重金属；
S2.厌氧发酵：将分选后的固体废弃物移至厌氧发酵室中进行发酵处理，使固体废弃物的含水量下降8％，所述的厌氧发酵室内固体废弃物堆放的高度为5.8m，发酵处理的时间为7天；
S3.无焰焚烧：经厌氧发酵后的固体废弃物在焚烧窑中堆积5.8m，所述的焚烧窑底部设置点火***和供气***，向供气***以25m/s的流速通入辅助燃气，通过点火***进行点火，随之焚烧进入设计工况，所述的设计工况为：结焦层、焚烧层、碳化层和烘干层的工况，焚烧层中心温度为1500℃，最终固体废弃物转化为可利用的焦渣；
S4.可燃气体的回收，其包括以下子步骤：
S41.收集固体废弃物在分选处理和厌氧发酵过程中产生的可燃臭气；
S42.在焚烧窑外设置抽风机，所述的焚烧窑顶端有排烟***，将在无焰焚烧过程中产生的可燃气体从排烟***中负压吸出，进行粗处理；
S43.将步骤S41中收集的可燃臭气与步骤S42中经粗处理后的可燃气体混合并作为辅助燃气，经焚烧窑底部的供气***注入，参与助燃，实现了焚烧过程中能源的自给自足。
所述的固体废弃物包括城市生活垃圾、医疗固体废弃物和城市污泥。
实施例4：一种固体废弃物的无焰焚烧工艺，它包括以下步骤：
S1.分选处理：采用人工分选、机械分选和仪器探测分选相结合的方式从固体废弃物中分选出塑料、橡胶和重金属；
S2.厌氧发酵：将分选后的固体废弃物移至厌氧发酵室中进行发酵处理，使固体废弃物的含水量下降12％，所述的厌氧发酵室内固体废弃物堆放的高度为6.5m，发酵处理的时间为9天；
S3.无焰焚烧：经厌氧发酵后的固体废弃物在焚烧窑中堆积6.5m，所述的焚烧窑底部设置点火***和供气***，向供气***以40m/s的流速通入辅助燃气，通过点火***进行点火，随之焚烧进入设计工况，所述的设计工况为：结焦层、焚烧层、碳化层和烘干层的工况，焚烧层中心温度为1600℃，最终固体废弃物转化为可利用的焦渣；
S4.可燃气体的回收，其包括以下子步骤：
S41.收集固体废弃物在分选处理和厌氧发酵过程中产生的可燃臭气；
S42.在焚烧窑外设置抽风机，所述的焚烧窑顶端有排烟***，将在无焰焚烧过程中产生的可燃气体从排烟***中负压吸出，进行粗处理；
S43.将步骤S41中收集的可燃臭气与步骤S42中经粗处理后的可燃气体混合并作为辅助燃气，经焚烧窑底部的供气***注入，参与助燃，实现了焚烧过程中能源的自给自足。
所述的固体废弃物包括城市生活垃圾、医疗固体废弃物和城市污泥。

Claims (3)

1.一种固体废弃物的无焰焚烧工艺，其特征在于，它包括以下步骤：
S1. 分选处理：从固体废弃物分选出塑料、橡胶和重金属；
S2. 厌氧发酵：将分选后的固体废弃物移至厌氧发酵室中进行发酵处理，使固体废弃物的含水量下降5%～15%，所述的厌氧发酵室内固体废弃物堆放的高度为5～7m，发酵处理的时间为5～10天；
S3. 无焰焚烧：经厌氧发酵后的固体废弃物在焚烧窑中堆积5～7m，所述的焚烧窑底部设置点火***和供气***，向供气***以10～50m/s的流速通入辅助燃气，通过点火***进行点火，随之焚烧进入设计工况，所述的设计工况为：结焦层、焚烧层、碳化层和烘干层，焚烧层中心温度为1450～1650℃，最终将固体废弃物转化为可利用的焦渣；
S4 可燃气体回收，包括以下子步骤：
S41. 收集固体废弃物在分选处理、厌氧发酵过程中产生的可燃臭气；
S42. 在焚烧窑外设置抽风机，所述的焚烧窑顶部设置排烟***，从无焰焚烧过程中产生的可燃气体从排烟***中负压吸出，进行粗处理；
S43. 将步骤S41中收集的可燃臭气与步骤S42中经粗处理后的可燃气体混合并作为辅助燃气，经焚烧窑底部的供气***通入，参与助燃。
2.根据权利要求1所述的一种固体废弃物的无焰焚烧工艺，其特征在于，所述的固体废弃物包括城市生活垃圾、医疗固体废弃物和城市污泥。
3.根据权利要求1所述的一种固体废弃物的无焰焚烧工艺，其特征在于，所述的分选处理采用人工分选、机械分选和仪器探测相结合的方式。
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