CN112125545A - 一种生活垃圾rdf用于水泥回转窑减氮的技术方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生活垃圾处理与水泥回转窑协同领域，具体涉及一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法。该方法包括脱水、破碎、分解、脱硝、气体检测排放几个步骤；该方法所用的设备包括：RDF进料口、筒式烘干机、垃圾破碎机、喂料机、水泥进料口、进气阀、分解炉、水泥回转窑、出料口、气体检测器、气体分离设备、气体排放口、回流管、风机、气体管道。本发明利用生活垃圾富含有机质及挥发分的特性，将其作为RDF，以达到替代部分煤粉作燃料与脱除水泥窑烟气中NOx双重目的。
Description
技术领域
本发明属于生活垃圾处理与水泥回转窑协同领域，具体涉及一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法。
背景技术
据统计，我国历史堆积的城市生活垃圾已达60亿吨，侵吞土地约5亿平方米，造成全国200多座城市被垃圾包围，每年经济损失高达300亿元。我国生活垃圾处理方式主要有填埋、堆肥和焚烧三种，各有其优势和适用范围。随着理论研究和工程实践的推进，三种方式也逐渐进入窘境：
（1）填埋。现有填埋场使用年限达到设计值后，新址的选择遇到土地资源紧张的限制；填埋场沼气产生量不稳定，并网发电缺乏市场竞争力；填埋过程中产生的渗滤液污染物种类多、浓度高、毒性大，很难将其经济有效地处理；
（2）堆肥。堆肥所需时间长，工程规模相对较大，用地存在一定困难；生产成本较高，堆肥质量不稳定、难达标，影响堆肥产品的出路；现场滋生蚊蝇，工作环境差，周边居民接受度较低；
（3）焚烧。投资及运行成本高，产生剧毒物质二噁英难以处理，周边居民接受度低。
在此背景下，开发新型快速、彻底和友好的处理方式，实现生活垃圾的无害化、减量化和资源化显得尤为重要。
水泥是支撑国家基础设施建设的战略性物质，据统计，我国的水泥产量占全球总产量的55%。水泥工业以煤粉为主要燃料，是第三大高能耗、高污染行业，仅次于火电和锅炉行业。据报道，水泥行业每年消耗煤炭2亿吨，排放二氧化碳（CO2） 15亿吨，氮氧化物（NOX）191万吨。随着生态文明社会的深入推进，以及相关国家标准的逐渐严格，水泥行业的节能减排压力空前巨大。能否实现燃料煤消耗量的降低以及CO2和NOX等污染物排放量的削减，不仅事关水泥行业的当下生存与长远发展，也事关社会经济的健康发展和国家社会的长治久安。
目前工业尾气脱硝（减氮）主要有湿法和干法两大类，由于温度过高的缘故，水泥窑尾气脱硝主要采用干法，干法又有选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）和非选择性催化还原法（NSCR）等方法：
（1）SCR，工艺核心是催化剂，一次性投入成本较高，占总投资份额较大；催化剂活性受烟气特性影响较大，容易因烟气特性变化导致性能不稳定甚至中毒；催化剂存在使用年限，需要定期更换，后续运行维护成本较高；
（2）SNCR，与SCR相比，SNCR不需使用催化剂，但仍需使用氨水，氨水的逃逸无法避免，对企业在氨水储存和检测等方面的要求提高；氨水的成本较高，压缩水泥企业的利润空间，企业建设及运行动力缺乏；合成氨本身就是高污染行业，使用氨水脱氨实是转移污染的行为。
在此背景下，开发适合水泥行业的脱硝效率高、投入成本低、运行维护简便的脱硝工艺，便成为破解水泥行业减排NOX难题的切入点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是解决生活垃圾的处理以及水泥行业的节能减排，为解决上述问题，本发明提供一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法，包括以下步骤：
A：脱水，将新鲜生活垃圾经进料口填入，然后进行烘干脱水处理，使其成为可入窑的RDF（垃圾衍生燃料），所述脱水后可入窑的RDF的含水率为10%~30%，有机质含量≥50%，湿基低位热值≥5000 kJ/kg；
B：破碎，将可入窑的RDF破碎，破碎后RDF尺寸达15-30mm；
C：分解，采用多点投入方式，将RDF投入分解炉，同时投入水泥生料，分解炉内含氧量为1%~3%，在分解炉内裂解及不充分燃烧过程中产生焦炭、裂解气及CO，裂解气主要是甲烷及碳二至碳五烯烃和烷烃，还有氢气、少量炔烃、硫化物、一氧化碳、二氧化碳、水分及惰性气体等杂质；
D：脱硝，所述步骤C中产生的焦炭、裂解气及CO输送至水泥回转窑，在水泥回转窑发生脱硝反应NOX+CO→N2+CO2；
E：气体检测排放，所述步骤D中产生的气体经气体检测器检测后进入气体分离设备，分离后无害气体的可经气体排放口排出，未反应完全的NOX和部分CO2可通过回流管和风机回流至分解炉，与RDF中的碳元素反应生成CO还原性气体再利用。
一种应用于一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法的设备，包括：RDF进料口、筒式烘干机、垃圾破碎机、喂料机、水泥进料口、进气阀、分解炉、水泥回转窑、 出料口、气体检测器、气体分离设备、气体排放口、回流管、风机、气体管道；所述RDF进料口与筒式烘干机通过RDF输送管连接，RDF输送管向上与水平面呈15°角，输送管出口距筒式烘干机壁面0.1~0.3m；所述筒式烘干机后连接垃圾破碎机，所述垃圾破碎机与喂料机通过物料输送装置连接，喂料机设置多个投放口，所述喂料机与分解炉的位置关系为：保证RDF能够完全投入分解炉，分解炉上设置水泥进料口和进气阀，所述分解炉与水泥回转窑通过管道连接，水泥回转窑上设置出料口，所述水泥回转窑与气体分离设备之间连接气体管道，所述气体管道的一部分与筒式烘干机相接近，气体管道靠近气体分离设备处设置气体检测器，气体分离设备上设置气体排放口，所述气体分离设备与分解炉通过回流管连接，所述回流管上设置风机。
所述一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法，生活垃圾处理量≥350t/d，水泥厂设计消耗原煤≥1200 t/d，以生活垃圾作为RDF替代原煤的替代率≥30%。
所述一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法，氨水替代量（节约量）相对于现有技术降低300~400 L/h，替代率（节约率）为40%~50%。
相对于现有技术，本发明能够利用生活垃圾富含有机质及挥发分的特性，将其作为RDF，与煤粉一起在分解炉中不完全燃烧，生成CO等还原性气体，完成富集NOx区域的脱硝，以达到替代部分煤粉作燃料与脱除水泥窑烟气中NOx双重目的。裂解及燃烧过程中产生的焦炭、裂解气、CO等还原NOx，水蒸气、氧气及水泥分解炉中的CaO、Fe2O3等可以起到催化作用，从而很好的减排NOx，其脱硝效果高于70%。
附图说明
图1是生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术设备示意图。
其中，1是RDF进料口；2是筒式烘干机；3是垃圾破碎机；4是喂料机；5是水泥进料口；6是进气阀；7是分解炉；8是水泥回转窑；9是出料口；10是气体检测器；11是气体分离设备；12是气体排放口；13是回流管；14是风机；15是气体管道；16是RDF输送管；17是物料输送管道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法，包括以下步骤：
A：脱水，将新鲜生活垃圾经进料口填入，然后进行烘干脱水处理，使其成为可入窑的RDF（垃圾衍生燃料）；所述新鲜生活垃圾的含水率70%，有机质含量30%，湿基低位热值2000kJ/kg，所述脱水后可入窑的RDF的含水率30%，有机质含量50%，湿基低位热值5000 kJ/kg；所述新鲜生活垃圾中的危险固体废物、放射性固体废物及按照国家相关标准必须另行处置的固体废物已经机械分拣后剔除；
B：破碎，将可入窑的RDF破碎，破碎后RDF尺寸达20mm；
C：分解，采用多点投入方式，将RDF投入分解炉，同时投入水泥生料，分解炉内含氧量为1%，在分解炉内850℃裂解及不充分燃烧过程中产生焦炭、裂解气及CO，裂解气主要是甲烷及碳二至碳五烯烃和烷烃，还有氢气、少量炔烃、硫化物、一氧化碳、二氧化碳、水分及惰性气体等杂质；
D：脱硝，所述步骤C中产生的焦炭、裂解气及CO输送至水泥回转窑，在水泥回转窑发生脱硝反应NOX+CO→N2+CO2，所述脱硝反应温度为1450℃；
E：气体检测排放，所述步骤D中产生的气体经气体检测器检测后进入气体分离设备，分离后无害气体的可经气体排放口排出，未反应完全的NOX和部分CO2可通过回流管和风机回流至分解炉，与RDF中的碳元素反应生成CO还原性气体再利用，所述排放气体中NOx浓度为98mg/Nm3，低于国家氮氧化物排放标准中控制值的40.8%。CO浓度为0.15mg/Nm3，实现达标排放。
如图1所示，一种应用于生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术的设备，包括：RDF进料口1、筒式烘干机2、垃圾破碎机3、喂料机4、水泥进料口5、进气阀6、分解炉7、水泥回转窑8、 出料口9、气体检测器10、气体分离设备11、气体排放口12、回流管13、风机14、气体管道15、RDF输送管16、物料输送管道17。
所述RDF进料口1与筒式烘干机2通过RDF输送管16连接，RDF输送管16向上与水平面呈15°角，RDF输送管16出口距筒式烘干机2壁面0.2m，利于进料。
所述筒式烘干机2后连接垃圾破碎机3，所述垃圾破碎机3与喂料机4通过物料输送管道17连接，喂料机4设置多个投放口，所述喂料机4与分解炉7的位置关系为：保证RDF能够完全投入分解炉7，分解炉7上设置水泥进料口5和进气阀6，所述分解炉7与水泥回转窑8通过管道连接，水泥回转窑8上设置出料口9，所述水泥回转窑8与气体分离设备11之间连接气体管道15，所述气体管道15的一部分与筒式烘干机2相接近，可以提高烘干效率，节约能源；气体管道15靠近气体分离设备11处设置气体检测器10，气体分离设备11上设置气体排放口12，所述气体分离设备11与分解炉7通过回流管13连接，所述回流管13上设置风机14。
所述一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法，生活垃圾处理量为350t/d，水泥厂设计消耗原煤1200 t/d，以生活垃圾作为RDF替代原煤的替代率为30%。
所述一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法，氨水替代量（节约量）相对于现有技术降低300 L/h，替代率（节约率）为40%。
相对于现有技术，本发明能够利用生活垃圾富含有机质及挥发分的特性，将其作为RDF，与煤粉一起在分解炉中不完全燃烧，生成CO等还原性气体，完成富集NOx区域的脱硝，以达到替代部分煤粉作燃料与脱除水泥窑烟气中NOx双重目的。裂解及燃烧过程中产生的焦炭、裂解气、CO等还原NOx，水蒸气、氧气及水泥分解炉中的CaO、Fe2O3等可以起到催化作用，从而很好的减排NOx，其脱硝率为73%。
实施例2：
一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法，包括以下步骤：
A：脱水，将新鲜生活垃圾经进料口填入，然后进行烘干脱水处理，使其成为可入窑的RDF（垃圾衍生燃料）；所述新鲜生活垃圾的含水率90%，有机质含量35%，湿基低位热值2500kJ/kg，所述脱水后可入窑的生活垃圾的含水率20%，有机质含量53%，湿基低位热值5200kJ/kg；所述新鲜生活垃圾中的危险固体废物、放射性固体废物及按照国家相关标准必须另行处置的固体废物已经机械分拣后剔除；
B：破碎，将可入窑的RDF破碎，破碎后RDF尺寸达15mm；
C：分解，采用多点投入方式，将RDF投入分解炉，同时投入水泥生料，分解炉内含氧量为3%，在分解炉内950℃裂解及不充分燃烧过程中产生焦炭、裂解气及CO，裂解气主要是甲烷及碳二至碳五烯烃和烷烃，还有氢气、少量炔烃、硫化物、一氧化碳、二氧化碳、水分及惰性气体等杂质；
D：脱硝，所述步骤C中产生的焦炭、裂解气及CO输送至水泥回转窑，在水泥回转窑发生脱硝反应NOX+CO→N2+CO2，所述脱硝反应温度为1450℃；
E：气体检测排放，所述步骤D中产生的气体经气体检测器检测后进入气体分离设备，分离后无害气体的可经气体排放口排出，未反应完全的NOX和部分CO2可通过回流管和风机回流至分解炉，与RDF中的碳元素反应生成CO还原性气体再利用，所述排放气体中NOx浓度为97mg/Nm3，低于国家氮氧化物排放标准中控制值的40.4%。CO浓度为0.17mg/Nm3，实现达标排放。
如图1所示，一种应用于生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术的设备，包括：RDF进料口1、筒式烘干机2、垃圾破碎机3、喂料机4、水泥进料口5、进气阀6、分解炉7、水泥回转窑8、 出料口9、气体检测器10、气体分离设备11、气体排放口12、回流管13、风机14、气体管道15、RDF输送管16、物料输送管道17。
所述RDF进料口1与筒式烘干机2通过RDF输送管16连接，RDF输送管16向上与水平面呈15°角，RDF输送管16出口距筒式烘干机2壁面0.3m，利于进料。
所述筒式烘干机2后连接垃圾破碎机3，所述垃圾破碎机3与喂料机4通过物料输送管道17连接，喂料机4设置多个投放口，所述喂料机4与分解炉7的位置关系为：保证RDF能够完全投入分解炉7，分解炉7上设置水泥进料口5和进气阀6，所述分解炉7与水泥回转窑8通过管道连接，水泥回转窑8上设置出料口9，所述水泥回转窑8与气体分离设备11之间连接气体管道15，所述气体管道15的一部分与筒式烘干机2相接近，可以提高烘干效率，节约能源；气体管道15靠近气体分离设备11处设置气体检测器10，气体分离设备11上设置气体排放口12，所述气体分离设备11与分解炉7通过回流管13连接，所述回流管13上设置风机14。
所述一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法，生活垃圾处理量为400t/d，水泥厂设计消耗原煤1500 t/d，以生活垃圾作为RDF替代原煤的替代率40%。
所述一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法，氨水替代量（节约量）相对于现有技术降低400 L/h，替代率（节约率）为50%。
相对于现有技术，本发明能够利用生活垃圾富含有机质及挥发分的特性，将其作为RDF，与煤粉一起在分解炉中不完全燃烧，生成CO等还原性气体，完成富集NOx区域的脱硝，以达到替代部分煤粉作燃料与脱除水泥窑烟气中NOx双重目的。裂解及燃烧过程中产生的焦炭、裂解气、CO等还原NOx，水蒸气、氧气及水泥分解炉中的CaO、Fe2O3等可以起到催化作用，从而很好的减排NOx，其脱硝率为75%。
实施例3：
一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法，包括以下步骤：
A：脱水，将新鲜生活垃圾经进料口填入，然后进行烘干脱水处理，使其成为可入窑的RDF（垃圾衍生燃料）；所述新鲜生活垃圾的含水率80%，有机质含量33%，湿基低位热值2300kJ/kg，所述脱水后可入窑的生活垃圾的含水率15%，有机质含量55%，湿基低位热值5100kJ/kg；所述新鲜生活垃圾中的危险固体废物、放射性固体废物及按照国家相关标准必须另行处置的固体废物已经机械分拣后剔除；
B：破碎，将可入窑的RDF破碎，破碎后RDF尺寸达25mm；
C：分解，采用多点投入方式，将RDF投入分解炉，同时投入水泥生料，分解炉内含氧量为2%，在分解炉内900℃裂解及不充分燃烧过程中产生焦炭、裂解气及CO，裂解气主要是甲烷及碳二至碳五烯烃和烷烃，还有氢气、少量炔烃、硫化物、一氧化碳、二氧化碳、水分及惰性气体等杂质；
D：脱硝，所述步骤C中产生的焦炭、裂解气及CO输送至水泥回转窑，在水泥回转窑发生脱硝反应NOX+CO→N2+CO2，所述脱硝反应温度为1450℃；
E：气体检测排放，所述步骤D中产生的气体经气体检测器检测后进入气体分离设备，分离后无害气体的可经气体排放口排出，未反应完全的NOX和部分CO2可通过回流管和风机回流至分解炉，与RDF中的碳元素反应生成CO还原性气体再利用，所述排放气体中NOx浓度为96 mg/Nm3，低于国家氮氧化物排放标准中控制值的40%。CO浓度为0.16mg/Nm3，实现达标排放。
如图1所示，一种应用于生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术的设备，包括：RDF进料口1、筒式烘干机2、垃圾破碎机3、喂料机4、水泥进料口5、进气阀6、分解炉7、水泥回转窑8、 出料口9、气体检测器10、气体分离设备11、气体排放口12、回流管13、风机14、气体管道15、RDF输送管16、物料输送管道17。
所述RDF进料口1与筒式烘干机2通过RDF输送管16连接，RDF输送管16向上与水平面呈15°角，RDF输送管16出口距筒式烘干机2壁面0.15m，利于进料。
所述筒式烘干机2后连接垃圾破碎机3，所述垃圾破碎机3与喂料机4通过物料输送管道17连接，喂料机4设置多个投放口，所述喂料机4与分解炉7的位置关系为：保证RDF能够完全投入分解炉7，分解炉7上设置水泥进料口5和进气阀6，所述分解炉7与水泥回转窑8通过管道连接，水泥回转窑8上设置出料口9，所述水泥回转窑8与气体分离设备11之间连接气体管道15，所述气体管道15的一部分与筒式烘干机2相接近，可以提高烘干效率，节约能源；气体管道15靠近气体分离设备11处设置气体检测器10，气体分离设备11上设置气体排放口12，所述气体分离设备11与分解炉7通过回流管13连接，所述回流管13上设置风机14。
所述一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法，生活垃圾处理量400 t/d，水泥厂设计消耗原煤1500 t/d，以生活垃圾作为RDF替代原煤的替代率40%。
所述一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法，氨水替代量（节约量）相对于现有技术降低350 L/h，替代率（节约率）为35%。
相对于现有技术，本发明能够利用生活垃圾富含有机质及挥发分的特性，将其作为RDF，与煤粉一起在分解炉中不完全燃烧，生成CO等还原性气体，完成富集NOx区域的脱硝，以达到替代部分煤粉作燃料与脱除水泥窑烟气中NOx双重目的。裂解及燃烧过程中产生的焦炭、裂解气、CO等还原NOx，水蒸气、氧气及水泥分解炉中的CaO、Fe2O3等可以起到催化作用，从而很好的减排NOx，其脱硝率为73%。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法，其特征在于：包括以下步骤：
A：脱水，将新鲜生活垃圾经进料口填入，然后进行烘干脱水处理，使其成为可入窑的RDF（垃圾衍生燃料），所述脱水后可入窑的RDF的含水率为10%~30%，有机质含量≥50%，湿基低位热值≥5000 kJ/kg；
B：破碎，将可入窑的RDF破碎，破碎后RDF尺寸达15-30mm；
C：分解，采用多点投入方式，将RDF投入分解炉，同时投入水泥生料，分解炉内含氧量为1%~3%，在分解炉内裂解及不充分燃烧过程中产生焦炭、裂解气及CO；
D：脱硝，所述步骤C中产生的焦炭、裂解气及CO输送至水泥回转窑，在水泥回转窑发生脱硝反应NOX+CO→N2+CO2；
E：气体检测排放，所述步骤D中产生的气体经气体检测器检测后进入气体分离设备，分离后无害气体的可经气体排放口排出，未反应完全的NOX和部分CO2可通过回流管和风机回流至分解炉，与RDF中的碳元素反应生成CO还原性气体再利用。
2.一种应用于权利要求1所述的一种生活垃圾RDF用于水泥回转窑减氮的技术方法的设备，其特征在于：包括：RDF进料口、筒式烘干机、垃圾破碎机、喂料机、水泥进料口、进气阀、分解炉、水泥回转窑、 出料口、气体检测器、气体分离设备、气体排放口、回流管、风机、气体管道；所述RDF进料口与筒式烘干机通过RDF输送管连接；所述筒式烘干机后连接垃圾破碎机，所述垃圾破碎机与喂料机通过物料输送装置连接；喂料机设置多个投放口，所述喂料机与分解炉的位置关系为：RDF能够完全投入分解炉，分解炉上设置水泥进料口和进气阀；所述分解炉与水泥回转窑通过管道连接，水泥回转窑上设置出料口，所述水泥回转窑与气体分离设备之间连接气体管道，所述气体管道的一部分与筒式烘干机相接近，气体管道靠近气体分离设备处设置气体检测器，气体分离设备上设置气体排放口，所述气体分离设备与分解炉通过回流管连接，所述回流管上设置风机。
3.一种如权利要求2所述的设备，其特征在于：RDF输送管向上与水平面呈15°角，输送管出口距筒式烘干机壁面0.1~0.3m。
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