CN1314925C - 多用途固废资源利用法 - Google Patents

Abstract

一种将工业窑炉的余热供给城市垃圾焚烧炉，使热值只有400kcal/kg，在通常情况下烧不着的低热值城市垃圾能够稳定燃烧的方法。本发明涉及垃圾焚烧、三废利用和环保能源技术领域。焚烧炉焚烧城市垃圾所需的热能，部分来自垃圾自身，其余的来自工业窑炉的余热，能同时100%减量化、无害化、资源化处理城市垃圾和工业垃圾，所有的三废和余热都被资源化利用，生产蒸汽、电力和建材。

Description

多用途固废资源利用法

技术领域  本发明是一种将工业窑炉的余热供给城市垃圾焚烧炉，使热值只有400kcal/kg，在通常情况下烧不着的低热值城市垃圾能够稳定燃烧的方法，能同时100％减量化、无害化、资源化处理城市垃圾和工业垃圾，所有的三废和余热都被资源化综合利用，生产蒸汽、电力和建材，不产生二次污染，涉及垃圾焚烧、三废利用和环保能源技术领域。

全资源是指本发明1、同时利用了城市垃圾和工业垃圾的资源；2、利用了焚烧炉烟气余热、炉渣余热和建材的余热；3、利用了垃圾的废水资源、炉渣资源和烟气中的可燃份资源。超热能是本发明的核心，低热值城市垃圾稳定燃烧所需的热能，部分来自城市垃圾自身，其余的来自工业窑炉的余热。

背景技术  现有的城市生活垃圾焚烧炉，大多是在以煤为燃料的锅炉和工业窑炉的基础上发展起来的，这些焚烧炉能够燃烧高热值的煤炭，但难以焚烧高水分、低热值的城市生活垃圾。国内外在焚烧这种垃圾的时候，焚烧前要经过分选、自沥、堆酵、搅拌等程序，焚烧时要添加高热值的燃油混烧，焚烧后还要将炉渣和飞灰运到厂外进行环保处理。

我国城市垃圾的平均低位热值只有约600kcal/kg，低于国家规定的1000kcal/kg入炉垃圾最低热值标准。目前，全世界对低热值垃圾还没有很好的焚烧方法，而垃圾燃烧不充分导致外排的浓烟夹带着大量剧毒和有害物质，严重地污染了环境。

受垃圾现状、技术能力和经济条件三大因素的制约，我国大陆的垃圾焚烧量还不及台湾省的一半。采用国内技术的焚烧厂，垃圾焚烧普遍不彻底，二次污染严重；引进型的焚烧厂投资高，北京、上海、广州正在建设或试运行各自的第一座城市垃圾焚烧厂，不计征地和炉渣处理的费用，上述三家处理规模1000吨/日焚烧厂的投资都在7亿元人民币以上；除了建不起，更是用不起，设计的平均运行费为70元/吨垃圾，深圳市市政环卫综合处理厂是国内首家引进型的焚烧厂，焚烧炉由日本三菱公司生产，焚烧运行费为153元/吨垃圾(以上资料来源于国家计委、***《城市生活垃圾焚烧处理工程项目建设标准条文说明》第九章)。

深圳市市政环卫综合处理厂的袁宏伟和林文峰在《垃圾焚烧炉国产化之路小析》一文中指出：“---与国外的垃圾相比，我国的城市生活垃圾具有低热值、高水分、不易分选的特性，要处理好这样的垃圾，没有一套适合的焚烧工艺，光靠引进国外的设备，我们认为是不够的。---例如在我厂的低热值垃圾焚烧工艺中，要求对进厂原生垃圾在垃圾池内进行搅拌、分区堆酵、自沥、排水等一系列操作，使得进炉垃圾热值基本能够保持在约1100～1400kcal/kg，从而确保了垃圾焚烧的稳定性，---垃圾燃烧产生的烟气中含有HCl、NO_X、重金属、二噁英等有害成分，会对环境造成污染。目前我厂的烟气处理方法为静电除尘器加干式石灰法，即在烟气中喷入Ca(OH)₂粉末来去除HCl等成分，该方法的效率不高，为50％～60％，而且石灰耗量大、利用率低(15％左右)，会增加运行费用---”。

垃圾焚烧产生的二次环境污染问题十分引人关注。我国的垃圾焚烧炉污染物排放限值标准非常落后，例如焚烧炉烟气中的剧毒物二噁英，德国、荷兰、比利时、日本、我国台湾省的控制标准为0.1ng/NM³，我国在2001年12月1日颁布的《焚烧炉大气污染物排放限值》中，二噁英的排放限值是1.0ng/NM³，在我国大陆环保达标的焚烧厂，在台湾超标10倍。

我国现行的垃圾焚烧炉大气污染物排放限值标准与日本70年代的标准相当，而日本现在正在对按旧标准建设的垃圾焚烧厂进行拆除或改建。我国是多个国际环境条约的缔约国，环保标准势必与国际接轨，届时建厂投资和运行费将大幅提高。例如，台湾的垃圾热值与欧美相当，约为2000kcal/kg，1999年投产的台北北投焚化厂招标引进日本日立公司设备，处理规模1800吨/日，设计垃圾热值2100kcal/kg，二噁英实际排放值0.06ng/NM³，项目实际投资2.45亿美元，运行费21.9美元/吨垃圾，折算吨垃圾投资和运行费是北京等地的一倍(资料来源：《台湾城市生活垃圾焚烧处理现状》作者郑明辉，中国科学院生态环境研究中心，北京100085)。

台湾省2000多万人口拥有20多座现代化的垃圾焚烧厂，焚烧率70％，有些发达国家的垃圾焚烧处理率高达90％。我国的环境形势严峻，《国家环境保护“十五”计划》指出：“城市生活垃圾和固体废物污染日益突出。2000年，工业固体废物排放量3186万吨，其中近200万吨危险废物直接向环境排放，对环境和人民健康造成极大威胁。城市垃圾年产量以每年8％的速度递增，1999年已达1.4亿吨，仅少数经过无害化处理，垃圾围城现象比较普遍，二次污染严重。塑料包装物和农膜所导致的″白色污染″问题十分突出。”，该计划的目标为：“新增垃圾无害化处理能力15万吨/日”。

国内的垃圾热值低、水分高、变化大、分选难、产量世界第一，这个现实在短时间内难以改变；发达国家具有垃圾品质高经济实力雄厚的有利条件，但并无焚烧低热值垃圾的技术优势，与我们在同一条起跑线上。在垃圾现状、经济和技术三大制约因素的重重包围中，开发出具有我国自主知识产权的低热值垃圾焚烧技术已成当务之急。

发明内容  本发明的目的是提供一种将工业垃圾的余热供给城市垃圾焚烧炉，以提高低热值城市垃圾的燃烧效率，工业垃圾和城市垃圾同时100％减容，零污染生产蒸汽、电力和建材，并在短期内收回项目投资的方法。

本发明的目的是这样实现的：工业窑炉烧结工业垃圾产生的热能供给城市垃圾焚烧炉，使通常烧不着的低热值城市垃圾充分燃烧；焚烧炉焚烧低热值垃圾所需的热能，部分来自城市垃圾自身，其余的来自工业窑炉的余热。焚烧炉与工业窑炉既可连成一体，也可以分开布置；工业窑炉的种类不限，冶金、建材(及硅酸盐)、化工、轻工、电力工业中能提供余热的窑炉都能使用，焚烧炉外供热量则取决于垃圾的热值；城市垃圾焚烧炉有垃圾就工作，无垃圾就停，不受焚烧量的限制。

我国有些城市的垃圾热值只有400kcal/kg，对于这样的城市垃圾，由于自身的热能不足以燃烧，必须采取如下措施才能使垃圾稳定燃烧并符合经济和环保的原则要求：1、引入经济的、数倍于垃圾自身热值的外部热能；2、选择适当的焚烧炉和焚烧工艺；3、对入炉前的原生垃圾进行降水提(热)值等处理。以沸腾焚烧炉和一次码烧热循环隧道窑组合为核心的全资源超热能城市垃圾焚烧法，统筹兼顾并优化组合了上述各项措施，使400kcal/kg的低热值垃圾不仅烧得着、烧得透，而且烧得起。

全资源超热能城市垃圾焚烧法采用一次码烧热循环隧道窑和沸腾焚烧炉的垃圾焚烧组合。一次码烧是指湿坯不经过烘干或素烧，而是直接入窑一次烧成；热循环是为了提高热能的利用率，隧道窑设有多个气体回流换热循环。隧道窑给焚烧炉供热，又吸收焚烧炉烟气的余热，隧道窑和焚烧炉之间形成了热循环关系。隧道窑烧结工业垃圾发出的热能是一种经济的能源，煤矸石、粉煤灰、页岩等常见的工业垃圾中含有一定的热值，成型后能够在隧道窑内好像型煤一样内燃烧结，产生的热能供给焚烧炉；由于工业垃圾的化学组分非常接近于粘土，烧结成品就是建材。为了减少远距输送过程中的热损耗，通常将焚烧炉建在隧道窑的窑顶。

本焚烧法采用的沸腾焚烧炉是为了焚烧低热值城市垃圾而专门设计的。该炉在给料、进风、热能来源、燃烧、排渣、烟气处理和余热回收等方面，不同于以往的焚烧炉，焚烧炉是***的核心，通过对焚烧炉的工作和相应关系的叙述，进行本发明的工艺说明如下：

原生城市垃圾进厂，先进行微生物制剂除臭，接着经由破碎、脱水、烘干等工序组成的垃圾处理流水线到最后进入焚烧炉。烘干机的出口接入焚烧炉的进料口，入炉垃圾干燥、细粒、高温，优于大块原生潮湿垃圾直接入炉。

沸腾焚烧炉的助燃空气在入炉前，已被隧道窑预热到能直接点燃并焚烧垃圾的温度，所以焚烧炉不需要点火装置，也不需要其他辅助燃料，焚烧垃圾的大部分热能来自工业垃圾的烧结余热，经济性明显优于加燃油的混烧方法。

在向上气动托力的作用下，垃圾在炉膛内形成一个沸腾状态的流动层。垃圾经过入炉前的脱水和烘干，入炉垃圾的大部分表面水分和内部水分已经蒸发，垃圾处于热解和气化的临界点，入炉后，细粒垃圾的表面固定碳燃烧和挥发份燃烧同时快速地进行，以此保证炉膛温度维持在900℃左右。沸腾焚烧炉不同于传统的循环流化床焚烧炉，因为循环流化床焚烧炉需要热循环砂作载体且只能焚烧较高热值的垃圾，如日本的内部循环流化床焚烧炉就要求垃圾的热值超过3900kcal/kg。

本发明的沸腾焚烧炉能焚烧低热值垃圾，不需要热循环砂作载体，炉渣在气动力和重力的作用下自动排出炉外，高温炉渣含有余热，通过渣池内的片状换热器进行余热利用后，炉渣掺入工业垃圾烧结建材，垃圾100％减容，优于传统的炉渣填埋法。

焚烧炉烟气的一部分经过烘干机后进入隧道窑，其余的烟气直接进入隧道窑的窑室，烟气的余热被隧道窑吸收、各种污染物被隧道窑净化，隧道窑成为一台能处理各种污染物的多功能环保装置。内燃是一个几乎静态、十分稳定的、非常洁净的燃烧过程，由工业垃圾、焚烧炉渣和垃圾废水组成的坯料，在1050℃的氧化气氛中内燃烧结，具有烧结时间长、温度高、氧化充分、燃烧完全等特点，焚烧炉烟气在隧道窑1050℃的高温烧结区停留6秒，超过国际公认的2秒标准，二噁英和其他有害物被彻底分解，轻质飞灰在隧道窑的预热排潮区被窑内的坯料吸附干净；酸性气体与碱性的坯料发生中和反应而被脱除；本发明不需要其他的烟气处理设施，却能保证在垃圾焚烧中实现污染物的“零排放”。

焚烧炉和隧道窑组合后比组合前更有优势。隧道窑单独烧结工业垃圾，通过坯料的超量配热和隧道窑的换热循环，能产生上千万大卡/小时的余热，余热用于高温快烧多出产品，与焚烧炉组合使用后，这些余热就可以供给焚烧炉。焚烧炉单独工作产生的烟气、炉渣和水会污染环境，隧道窑解决了垃圾焚烧中产生的环保问题，并实现了三废的综合利用。

我国有大量的煤矸石、粉煤灰、页岩等工业垃圾，其平均热值不到烟煤的20％，国内被抛弃占地堆放的煤矸石粉煤灰已达数十亿吨，将城市垃圾和工业垃圾的无害化处理相结合，达到了“制砖不要土烧砖不用煤”的理想效果，节约能源、节省土地、保护环境、保障人民健康。用本发明建造的焚烧厂建设期短、投资少、运行费低，蒸汽、电力和建材的销售使项目投资在短期内收回。

本发明与现有国内外的垃圾焚烧方法相比，有以下优点：

1、本发明热能利用率高。工业垃圾烧结产生的余热供给焚烧炉，使通常烧不着的热值只有400kcal/kg的城市垃圾稳定燃烧，同时炉渣、烟气和建材的余热得到充分利用，***能耗低，不需要辅助燃料，电力除自给还能外供。

2、本发明能处理各种垃圾。能焚烧处理国内大多数城市的生活垃圾、医院垃圾、建筑垃圾和混合垃圾，入厂的城市垃圾和工业垃圾100％减容。

3、本发明实现了垃圾焚烧过程的“零污染”。污染物在焚烧工艺中被彻底净化，不需要其他环保设施，无二次污染，脏臭状况销声匿迹，洁净的花园式工厂环境优美，焚烧厂可以建在城市的任何地方，并可建温水泳池等配套公共设施。

4、本发明资源化程度高。装备4条OSX380生产线的垃圾焚烧厂，可以将1520吨/日的城市垃圾(相当于广州垃圾日产量的1/4)，以及3000吨/日的工业垃圾进行资源化利用，每天生产数十万KWH电力，数千吨蒸汽和数十万件建材。

5、本发明建厂条件不受限制。有城市垃圾、有粉煤灰(炉渣)的地方适合建厂；有煤矿、电厂或大型锅炉、洗煤厂的地方适合建厂；如果垃圾不够可用煤矸石代替城市垃圾，工业垃圾不够，用大型城市污水处理厂的污泥、洗煤厂的煤泥代替工业垃圾；没有工业垃圾也没有任何代用品只有城市垃圾的情况下，同样可以建厂，在焚烧炉渣中掺入粘土和10％～20％的劣质煤代替粉煤灰或煤矸石，处理吨城市垃圾增加成本50元，但能产出300KWH的电力和2吨建材，还有环境和综合社会效益。

6、本发明严谨可靠，技术先进。由发明者创造发明、设计、生产和调试的沸腾炉和隧道窑已各自单体运行了二十多年，焚烧炉连续五年不停炉，隧道窑连续十年不熄火；***设自动和人工操作模式，方便可靠。本发明技术先进，用实践解答了国外正在进行的等离子高温分解二噁英、利用炉渣制透水性砖和节能水泥等课题，

7、本发明经济性好。国产化设备投资小，运行费低，建设周期短，环保节能项目能享受国家的政策优惠，电力上网，蒸汽外供、建材销售免税，突破了国内外焚烧厂均需政府补贴的禁区，短期内收回项目投资。

附图说明  附图1是说明本发明超热能特点的气体热循环原理图，附图2是说明本发明全资源特点的工艺设备流程图，下面结合本发明的实施例对附图进行说明。

具体实施方式  本发明的实施例是一个由城市垃圾焚烧炉与热循环隧道窑组合而成的全资源超热能城市垃圾焚烧***，日焚烧处理380吨热值为400kcal/kg以上的城市垃圾，同时日烧结处理700吨热值为数百大卡/公斤的工业垃圾。图1为气体热循环原理图，图2为工艺设备流程图。

待处理的原生城市垃圾入厂先经垃圾磅14称量，接着在除臭仓15除臭，随后顺着流水线经由破碎机16、脱水机18和烘干机12，最后落入城市垃圾焚烧炉11焚烧。破碎机16、脱水机18从垃圾中分离出的污水经过消毒滤水机17进行消毒和固液分离后，供给工业垃圾流程的搅拌机22。城市垃圾焚烧炉11排出的高温废气，一部分途经烘干机12被8#风机8引入热循环隧道窑10，其余的废气被8#风机8直接引入热循环隧道窑10，在热循环隧道窑10的高温烧结区1050℃氧化气氛中燃烧6秒钟，远远超过国内外一致认为的2秒，二噁英被完全分解，轻质飞灰和酸性气体在热循环隧道窑10的干燥预热区被砖坯吸附净化，最后由1#风机1引出，经过烟囱13排向大气。

城市垃圾焚烧炉11坐落在热循环隧道窑10的窑顶，焚烧炉11所需的助燃热空气由9#风机9鼓入，助燃空气在热循环隧道窑10被预热，再被5#风机5引入焚烧炉11；热循环隧道窑10的高温烟气和燃气分别由6#风机6、7#风机7引入焚烧炉11，焚烧炉的温度为900℃。

热循环隧道窑10配有的2#风机2、3#风机3、4#风机4对热循环隧道窑10进行回流换热循环。

沸腾焚烧炉11产生的炉渣在渣池内由渣池换热器26进行热交换，由出渣机27和皮带输送机28将焚烧炉渣送到工业垃圾处理***，工业垃圾的流程为：工业垃圾由破碎机19破碎后配入焚烧炉渣，接着经由粉碎机20风选粉碎、对滚机21对滚掺和、搅拌机22均匀搅拌、真空挤坯成型机23成型，然后由自动码坯机24将坯料码上窑车，最后顶车机25将窑车顶入热循环隧道窑10焙烧成建材。

Claims (8)

1、一种将工业窑炉的余热供给城市垃圾焚烧炉，使热值只有400kcal/kg的低热值城市垃圾能够稳定燃烧的方法，其特征在于在原生城市垃圾的破碎工序和烘干工序之间，增加了脱水工序，工业窑炉为一次码烧热循环隧道窑，隧道窑的顶部夹层、窑体二侧空心夹层的功能是换热循环和烟气调度。

2、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于焚烧炉焚烧低热值城市垃圾所需的热能，部分来自城市垃圾自身，其余的来自隧道窑烧结工业垃圾所产生的余热，除了隧道窑的顶部夹层对入炉空气预热以外，隧道窑高温干燥区的可燃气体在风机的作用下，经由窑体二侧的多个出气口，汇流至窑侧的长条形空心夹层内，并在夹层的一端被水平引到窑外，进入焚烧炉助燃。

3、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于原生城市垃圾入厂后，由微生物制剂除臭，再经破碎、脱水、烘干，最后入炉焚烧，脱水工序将垃圾的含水率从40％至80％降到5％至15％，与不加脱水工序的方法相比，降低了烘干机的热能消耗，降低了烘干机出口烟气的水分，降低了隧道窑净化焚烧炉烟气的负荷。

4、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于隧道窑通过窑体二侧的多组空心夹层完成窑内换热循环，在风机的作用下，隧道窑中温干燥区气体通过窑侧夹层流到隧道窑低温排潮区加速砖坯排潮，在不影响向焚烧炉供热的前提下，通过另一组窑侧夹层，隧道窑高温干燥区的可燃气体被调度到隧道窑烧结区加速砖坯烧结。

5、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于城市垃圾焚烧炉为沸腾焚烧炉，焚烧炉依靠隧道窑提供的余热，不需要燃油、精煤助燃，就能焚烧低热值城市垃圾，炉内装有炉管、汽包，炉内无任何活动部件，炉渣在空气动力和重力的作用下自动排出炉外。

6、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于隧道窑随着烧成品的不同进行素烧和釉烧，由垃圾热值决定坯料的配热，坯料原料是由煤矸石、粉煤灰、页岩、炉渣、粘土、劣质煤配成的混合物，内燃烧结成材。

7、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于城市垃圾焚烧炉产生的烟气进入隧道窑，在隧道窑1050℃的高温烧结区停留6秒钟，隧道窑对焚烧炉烟气进行净化。

8、根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于从城市垃圾中脱出的废水、城市垃圾焚烧炉产生的炉渣都被掺入到建材坯料内，烧结成材。