固體廢棄物均質改性氣化清潔發(fā)電處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種能夠同時對多種混合固體廢棄物進行減量化、無害化、資源化處理并以清潔方式產生電能的方法。該方法包含分選、破碎、均質改性、氣化清潔發(fā)電、碳回收等技術。固體廢棄物經過分選和破碎等預處理過程后進入均質改性過程，改變性質的均勻物料進入高溫氣化過程，固態(tài)有機物高溫下分解為清潔的燃氣狀態(tài)，燃氣經燃燒室通氧1200℃燃燒，或經燃氣機組燃燒發(fā)電，過熱煙道氣經過鍋爐后使用蒸汽輪機二次發(fā)電，煙道氣經脫硫和布袋過濾后排放，氣化后的殘渣經過碳回收單元回收有機碳。該方法優(yōu)點在于：污染物被固化，二噁英產生條件被消除，尾氣潔凈；無需單獨處理滲濾液；發(fā)電量大，效益高；產出廢渣僅為惰性殘渣，無污染析出。
【專利說明】固體廢棄物均質改性氣化清潔發(fā)電處理方法
一、【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固體廢棄物均質改性氣化清潔發(fā)電處理方法，特別涉及一種能夠對多種混合固體廢棄物的形態(tài)和性質進行改善，從而可對包括:城市生活垃圾、玉米秸桿、麥秸、棉花秸桿、園林垃圾、普通醫(yī)院垃圾、污水處理過程中產生的污泥等，或其中任何幾種或全部種類的固體廢棄物混合物進行減量化、無害化處理，并以清潔方式產生電能的資源化處理的方法。
二、【背景技術】
[0002]城市或農村的一般固體廢棄物通常包括城市生活垃圾(例如居民區(qū)垃圾、辦公區(qū)垃圾、街道、園林垃圾等)、農業(yè)廢棄物(例如玉米秸桿、麥秸、棉花秸桿等)、普通醫(yī)院垃圾、污水處理過程中產生的污泥等種類。
[0003]當前，這些不同種類的固體廢棄物需要分別進入不同的處理設施進行處理，至少四種大型處理設施占用了大量土地，浪費建設資金，損耗人力、物力。
[0004]從技術類型上區(qū)分，這些固體廢棄物處理方法可分為熱力法(焚燒、裂解、熱解、熔融、蒸煮等)、生物法(好氧堆肥、厭氧消化、昆蟲消化等)、衛(wèi)生填埋三大類別。
[0005]各類別處理方法均有其缺點，熱力法中的焚燒法因其投資大，對熱值要求高，處理成本高，尾氣治理難度大，釋放二惡英等毒性物質等因素而逐漸受到質疑；熱解和熔融方法因固體廢棄物的含水量大而導致成本高、處理難度大；蒸煮技術處理成本高，并且不適合絕大多數固體廢棄物的處理，僅能處理普通醫(yī)院垃圾。
[0006]生物法則因其產品(生物肥料)因為固體廢棄物含重金屬過多而質量不達標，銷售困難，而且臭氣控制難度大，殘渣量大，從而使其應用逐漸減少。
[0007]衛(wèi)生填埋處理是重要的固體廢棄物處理方式之一，當前全國乃至世界上都仍在大量應用。然而衛(wèi)生填埋的方式也有它非常不利的因素:填埋場占地巨大，并且不可恢復地永久性占用土地；填埋物產生二次污染嚴重，臭氣飄散，大量高濃度滲濾液處理難度大，填埋氣外溢導致的爆炸危險始終存在，鳥類、鼠類啄食垃圾導致的疾病傳播也不可徹底避免。
[0008]許多單一的新型技術得以研究并應用，分別針對各類固體廢棄物進行無害化處理。其中熱力法處理固體廢棄物的新型技術中，一類為蒸汽熱解處理技術，另外一類為高溫裂解處理技術。
[0009]蒸汽熱解處理技術通常僅僅針對生活垃圾，不能同時處理其它種類的固體廢棄物。同時，蒸汽熱解處理裝置僅僅對生活垃圾進行簡單序批式固定狀態(tài)的加熱，物料無法徹底被蒸汽滲透，其高分子有機物質發(fā)生有限的降解，其產物并不能作為最終產品得以利用。傳統(tǒng)的蒸汽熱解處理裝置常常發(fā)生處理效果不佳的問題，局部某些物料不能直接接觸高溫高壓或化學條件，不能達到均勻徹底的處理效果，進料的物化性質，例如含水率、惡臭、混雜纏繞狀態(tài)等，未能得以徹底改觀。這樣，后續(xù)的深入處理或利用就無法實現。
[0010]高溫裂解處理技術已經在生活垃圾和醫(yī)院垃圾處理中得以應用。但由于原始固體廢棄物物料經常具有高含水率、高纏繞、特性變化大等特性，直接進料，裂解過程經常無法完全徹底進行，因此裂解溫度無法上升到650-700°C以上，有機碳無法徹底分解，因此熱量回收率低，處理效果差。加入大量外加燃料(例如柴油)后，雖然裂解過程溫度得以保障，但耗損大量燃料，得不償失。
[0011]此外，這兩種技術均無法同時處理多種固體廢棄物。
三、
【發(fā)明內容】

[0012]為了克服上述現有技術的缺陷，本發(fā)明提供了一個能夠同時對多種混合固體廢棄物進行減量化、無害化、資源化處理并以清潔方式產生電能的有效的方法。
[0013]本發(fā)明涉及一種固體廢棄物均質改性氣化清潔發(fā)電處理方法，它包括如下步驟:
[0014]1)物料儲存和上料:固體廢棄物物料送入料坑，物料通過抓斗送至板式給料機，被均勻地輸送到人工分選平臺；
[0015]2)人工粗分揀:物料經人工分選平臺由人工挑出超大物料、大塊磚石和玻璃瓶；
[0016]3)破袋和篩分:物料進入內部設有破袋刀具的篩分滾筒按照孔徑進行篩分，篩上物經過彈跳篩分機篩出大塊磚石，后經二級人工分選分揀出未破開的袋裝固體廢棄物，同時挑出剩余的玻璃瓶和大塊磚石，以及超大物料；未破開的袋裝固體廢棄物經過人工選出，送至破碎機，保證99.9%以上物料得以破袋，并輸送回至篩分滾筒重新篩分；篩下物直接輸送進入均質改性裝置；
[0017]4)均質改性:在加入添加劑，并通入高壓蒸汽后,對篩下物進行均質改性處理,處理后的物料與篩上物合并，通過上料裝置送入高溫氣化回轉式反應器；冷凝水通過冷凝水處理系統(tǒng)處理后回用；
[0018]5)高溫氣化分解:物料在高溫氣化回轉式反應器中在無氧密閉狀態(tài)下經過外部夾層的高溫煙道氣加熱，至物料發(fā)生裂解，裂解溫度控制在415-720°C之間，壓力控制在
0.1-ο.5MPa ;發(fā)生裂解所需催化劑在均質改性裝置中加入，裂解過程中回轉式反應器保持轉動，裂解產物為氣相產物和殘渣；
[0019]6)粉塵分離:氣相產物，即分解燃氣經過旋風分離器初步去除粉塵后，進入燃燒室或燃氣發(fā)電機組；
[0020]7)灰渣經過水封排渣裝置，與旋風分離器得到的粉塵合并，經磁力除鐵送至碳回收單元；
[0021]8)燃燒室燃燒:從料坑收集的空氣由風機輸送至燃燒室，燃氣同時輸送至燃燒室，混合后燃燒，保持燃燒室內部溫度1200-1280°C ;燃燒后的煙道氣送至鍋爐進行熱交換；部分燃燒后的煙道氣送至碳回收單元和高溫氣化回轉式反應器的外層夾套，之后返回，進入鍋爐；
[0022]9)燃氣發(fā)電:粉塵分離后的部分燃氣與碳回收單元中產生的分解燃氣合并，經過燃氣預處理后，送入燃氣發(fā)電機組，燃燒發(fā)電；
[0023]10)熱交換和汽輪機組發(fā)電:燃燒室排出的煙道氣與燃氣發(fā)電機組中燃燒后的尾氣共同進入鍋爐，由列管換熱器進行熱交換，并產生高溫高壓蒸汽；高溫高壓蒸汽經過汽輪發(fā)電機組發(fā)電，之后輸送至均質改性裝置內部；
[0024]11)碳回收:高溫氣化回轉式反應器的灰渣與料坑中收集的滲濾液合并，送入碳回收單元，在高溫煙道氣的加熱下，在無氧狀態(tài)下產生分解燃氣，其原理與高溫氣化回轉式反應器相同；高溫氣化回轉式反應器的灰渣中所殘留的有機碳經過碳回收單元氣化轉化為分解燃氣；其產物為惰性物質，作為路基原料回收利用；
[0025]12)煙道氣治理和排放:經過鍋爐后的煙道氣與噴入的活性炭粉末共同通入布袋過濾器，過濾粉塵經過打包輸送至粉塵處理廠或水泥制造廠回用；經過布袋過濾器后的煙道氣經過風機抽至排煙管排放至大氣。
[0026]所述固體廢棄物為同時含有選自城市生活垃圾、玉米秸桿、麥秸、棉花秸桿、園林垃圾、普通醫(yī)院垃圾和污水處理過程中產生的污泥的固體廢棄物，或其中任何一種或多種固體廢棄物的混合物。
[0027]篩分滾筒的篩分孔徑優(yōu)選直徑為500-600mm。
[0028]其中均質改性處理之前需要將物料進行破袋，以保證大部分物料能夠直接接觸高溫蒸汽和添加劑；同時，均質改性處理之前需要經過人工粗分選、人工分選和彈跳篩分，將大塊的無機物例如磚、石、瓦塊、玻璃瓶等分離出來；其中的彈跳篩分指:使用帶有傾角的皮帶輸送機，其輸送表面具備彈性，超重物質在其表面無法停留，從而達到分離效果的方法。
[0029]其中均質改性處理所需的高溫高壓蒸汽是從工藝下游的鍋爐傳送至均質改性裝置的內部。
[0030]高溫氣化分解所需的熱量，即導入高溫氣化回轉式反應器夾層中的熱量，是由來自燃燒室的高溫煙道氣提供；該高溫煙道氣經過高溫氣化回轉式反應器夾層后，返回燃燒室煙道氣出口，與燃燒室直接排放的煙道氣合并，與燃氣發(fā)電機組的燃燒尾氣合并，共同進入鍋爐進行熱交換。
[0031]碳回收單元中所需的熱量，即導入碳回收單元夾層中的熱量，是由來自燃燒室的高溫煙道氣提供；該高溫煙道氣經過碳回收單元夾層后，輸送至高溫氣化回轉式反應器夾層。
[0032]與現有技術相比，本發(fā)明所述裝置可同時處理城市生活垃圾、玉米秸桿、麥秸、棉花秸桿、園林垃圾、普通醫(yī)院垃圾、污水處理過程中產生的污泥等固體廢棄物，對固體廢棄物無害化處理徹底，固體廢棄物理、化學性質改變明顯，處理效果好。
[0033]本發(fā)明屬于熱力法處理固體廢棄物，但明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的焚燒技術:
[0034]一、傳統(tǒng)焚燒爐“干燥、燃燒、燃盡”過程在同一設備中進行，本發(fā)明改為采用不同的設備單元分段完成，將傳統(tǒng)“先簡單焚燒再治理污染”的焚燒工藝改變?yōu)椤扒岸朔侄慰刂莆廴井a生，后端燃燒清潔燃氣”的清潔發(fā)電工藝，煙氣中的飛灰和氮氧化物等污染物質大大減少，降低了煙氣的治理難度。
[0035]氣化階段:氣化過程處于還原性氣氛，切斷了氧源，Cu+等過渡金屬陽離子未被氧化，因缺少氧源和催化劑使二噁英的從頭合成反應在源頭上得到了控制，二噁英前驅物的生成量也相對減少。
[0036]燃氣發(fā)電階段:燃氣發(fā)電階段的燃燒溫度高達1200°C，能徹底將垃圾本身所含有的二噁英和來自氣化單元內的少量前驅物徹底分解。
[0037]煙氣治理階段:在傳統(tǒng)的垃圾焚燒系統(tǒng)中，煙氣中的飛灰在焚燒爐后燃區(qū)低溫段從頭合成的二噁英是焚燒爐二噁英排放的重要組成部分。在本工藝中，垃圾的氣化燃氣在1200°C高溫下穩(wěn)定燃燒，所以煙氣中的飛灰以及未燃盡的碳近乎完全消失，同時因氣化階段Cu等金屬未被氧化，煙氣中催化劑較少，因此本工藝能有效控制煙氣治理階段的二噁英從頭合成反應的發(fā)生。
[0038]二、有效降低煙氣的數量:對于傳統(tǒng)焚燒工藝，為了防止不完全燃燒，燃燒室內的空氣系數較大。而對于清潔發(fā)電工藝，在燃燒室內只進行燃氣的擴散燃燒，反應條件比較容易控制，空氣系數較小，因此大大降低了排煙量。
[0039]三、效提高了垃圾能源化的水平:本工藝既可以使用燃氣輪機也可以使用蒸汽輪機進行發(fā)電，有效提高垃圾的能源轉化效率。工藝中設置了特有的碳回收裝置中，將垃圾熱解后殘渣中的剩余碳繼續(xù)轉化為燃氣，用于產熱和發(fā)電，提高了垃圾的能源化水平。
[0040]四、垃圾減容效果明顯，殘渣熱灼減率低碳回收單元有效減少了殘渣的體積，降低殘渣的熱灼減率。
[0041 ] 本發(fā)明同時也明顯區(qū)別于蒸汽熱解處理技術和高溫裂解處理技術。本發(fā)明首先采用預處理以保證物料狀態(tài)適合均質改性處理，之后采用均質改性處理以保證物料的狀態(tài)適合后續(xù)的高溫裂解氣化過程。這樣的設計最終保證了處理全過程中物料的徹底處理。
四、【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1為本發(fā)明固體廢棄物均質改性氣化清潔發(fā)電處理方法工藝流程圖
五、【具體實施方式】
[0043]將本發(fā)明的方法整體應用于混合固體廢棄物的處理廠。
[0044]1)物料儲存和上料:固體廢棄物物料送入料坑，物料通過抓斗送至板式給料機，被均勻地輸送到人工分選平臺；
[0045]2)人工粗分揀:物料經人工分選平臺由人工挑出直徑或長度大于等于500_的超大物料、大塊磚石和玻璃瓶；
[0046]3)破袋和篩分:物料進入內部設有破袋刀具的篩分滾筒按照孔徑進行篩分，篩上物經過彈跳篩分機篩出大塊磚石，后經二級人工分選分揀出未破開的袋裝固體廢棄物，同時挑出剩余的玻璃瓶和大塊磚石，以及超大物料；未破開的袋裝固體廢棄物經過人工選出，送至破碎機，保證99.9%以上物料得以破袋，并輸送回至篩分滾筒重新篩分；篩下物直接輸送進入均質改性裝置；
[0047]4)均質改性:在加入添加劑，并通入高壓蒸汽后,對篩下物進行均質改性處理,處理后的物料與篩上物合并，通過上料裝置送入高溫氣化回轉式反應器；冷凝水通過冷凝水處理系統(tǒng)處理后回用；
[0048]5)高溫氣化分解:物料在高溫氣化回轉式反應器中在無氧密閉狀態(tài)下經過外部夾層的高溫煙道氣加熱，至物料發(fā)生裂解，裂解溫度控制在415-720°C之間，壓力控制在
0.1-ο.5MPa ;發(fā)生裂解所需催化劑在均質改性裝置中加入，裂解過程中回轉式反應器保持轉動，裂解產物為氣相產物和殘渣；
[0049]6)粉塵分離:氣相產物，即分解燃氣經過旋風分離器初步去除粉塵后，進入燃燒室或燃氣發(fā)電機組；
[0050]7)灰渣經過水封排渣裝置，與旋風分離器得到的粉塵合并，經磁力除鐵送至碳回收單元；[0051]8)燃燒室燃燒:從料坑收集的空氣由風機輸送至燃燒室，燃氣同時輸送至燃燒室，混合后燃燒，保持燃燒室內部溫度1200-1280°C ;燃燒后的煙道氣送至鍋爐進行熱交換；部分燃燒后的煙道氣送至碳回收單元和高溫氣化回轉式反應器的外層夾套，之后返回，進入鍋爐；
[0052]9)燃氣發(fā)電:粉塵分離后的部分燃氣與碳回收單元中產生的分解燃氣合并，經過燃氣預處理后，送入燃氣發(fā)電機組，燃燒發(fā)電；
[0053]10)熱交換和汽輪機組發(fā)電:燃燒室排出的煙道氣與燃氣發(fā)電機組中燃燒后的尾氣共同進入鍋爐，由列管換熱器進行熱交換，并產生高溫高壓蒸汽；高溫高壓蒸汽經過汽輪發(fā)電機組發(fā)電，之后輸送至均質改性裝置內部；
[0054]11)碳回收:高溫氣化回轉式反應器的灰渣與料坑中收集的滲濾液合并，送入碳回收單元，在高溫煙道氣的加熱下，在無氧狀態(tài)下產生分解燃氣，其原理與高溫氣化回轉式反應器相同；高溫氣化回轉式反應器的灰渣中所殘留的有機碳經過碳回收單元氣化轉化為分解燃氣；其產物為惰性物質，作為路基原料回收利用；
[0055]12)煙道氣治理和排放:經過鍋爐后的煙道氣與噴入的活性炭粉末共同通入布袋過濾器，過濾粉塵經過打包輸送至粉塵處理廠或水泥制造廠回用；經過布袋過濾器后的煙道氣經過風機抽至排煙管排放至大氣。
[0056]在本實施例中，一個處理規(guī)模為1000噸/日的固體廢棄物處理廠，須均質改性處理裝置數目為4個，如果單班生產，則須提高至8個；須高溫氣化回轉式反應器3個。
[0057]以上僅為本發(fā)明的一個實施例，任何基于本發(fā)明的等同變換均在本發(fā)明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種固體廢棄物均質改性氣化清潔發(fā)電處理方法，其特征在于包括如下步驟:1)物料儲存和上料:固體廢棄物物料送入料坑，物料通過抓斗送至板式給料機，被均勻地輸送到人工分選平臺；2)人工粗分揀:物料經人工分選平臺由人工挑出超大物料、大塊磚石和玻璃瓶；3)破袋和篩分:物料進入內部設有破袋刀具的篩分滾筒按照孔徑進行篩分，篩上物經過彈跳篩分機篩出大塊磚石，后經二級人工分選分揀出未破開的袋裝固體廢棄物，同時挑出剩余的玻璃瓶和大塊磚石，以及超大物料；未破開的袋裝固體廢棄物經過人工選出，送至破碎機，保證99.9%以上物料得以破袋，并輸送回至篩分滾筒重新篩分；篩下物直接輸送進入均質改性裝置；4)均質改性:在加入添加劑，并通入高壓蒸汽后，對篩下物進行均質改性處理，處理后的物料與篩上物合并，通過上料裝置送入高溫氣化回轉式反應器；冷凝水通過冷凝水處理系統(tǒng)處理后回用；5)高溫氣化分解:物料在高溫氣化回轉式反應器中在無氧密閉狀態(tài)下經過外部夾層的高溫煙道氣加熱，至物料發(fā)生裂解，裂解溫度控制在415-720°C之間，壓力控制在0.1 一0.5MPa ;發(fā)生裂解所需催化劑在均質改性裝置中加入，裂解過程中回轉式反應器保持轉動，裂解產物為氣相產物和殘渣；6)粉塵分離:氣相產物，即分解燃氣經過旋風分離器初步去除粉塵后，進入燃燒室或燃氣發(fā)電機組；7)灰渣經過水封排渣裝置，與旋風分離器得到的粉塵合并，經磁力除鐵送至碳回收單元;8)燃燒室燃燒:從料坑收集的空氣`由風機輸送至燃燒室，燃氣同時輸送至燃燒室，混合后燃燒，保持燃燒室內部溫度1200-1280°C ;燃燒后的煙道氣送至鍋爐進行熱交換；部分燃燒后的煙道氣送至碳回收單元和高溫氣化回轉式反應器的外層夾套，之后返回，進入鍋爐；9)燃氣發(fā)電:粉塵分離后的部分燃氣與碳回收單元中產生的分解燃氣合并，經過燃氣預處理后，送入燃氣發(fā)電機組，燃燒發(fā)電；10)熱交換和汽輪機組發(fā)電:燃燒室排出的煙道氣與燃氣發(fā)電機組中燃燒后的尾氣共同進入鍋爐，由列管換熱器進行熱交換，并產生高溫高壓蒸汽；高溫高壓蒸汽經過汽輪發(fā)電機組發(fā)電，之后輸送至均質改性裝置內部；11)碳回收:高溫氣化回轉式反應器的灰渣與料坑中收集的滲濾液合并，送入碳回收單元，在高溫煙道氣的加熱下，在無氧狀態(tài)下產生分解燃氣，其原理與高溫氣化回轉式反應器相同；高溫氣化回轉式反應器的灰渣中所殘留的有機碳經過碳回收單元氣化轉化為分解燃氣；其產物為惰性物質，作為路基原料回收利用；12)煙道氣治理和排放:經過鍋爐后的煙道氣與噴入的活性炭粉末共同通入布袋過濾器，過濾粉塵經過打包輸送至粉塵處理廠或水泥制造廠回用；經過布袋過濾器后的煙道氣經過風機抽至排煙管排放至大氣。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于:所述固體廢棄物為同時含有選自城市生活垃圾、玉米秸桿、麥秸、棉花秸桿、園林垃圾、普通醫(yī)院垃圾和污水處理過程中產生的污泥的固體廢棄物，或其中任何一種或多種固體廢棄物的混合物。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于:篩分滾筒的篩分孔徑優(yōu)選直徑為500-600mmo
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于:其中均質改性處理之前需要將物料進行破袋，以保證大部分物料能夠直接接觸高溫蒸汽和添加劑；同時，均質改性處理之前需要經過人工粗分選、人工分選和彈跳篩分，將大塊的無機物例如磚、石、瓦塊、玻璃瓶等分離出來；其中的彈跳篩分指:使用帶有傾角的皮帶輸送機，其輸送表面具備彈性，超重物質在其表面無法停留，從而達到分離效果的方法。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于:其中均質改性處理所需的高溫高壓蒸汽是從工藝下游的鍋爐傳送至均質改性裝置的內部。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于:高溫氣化分解所需的熱量，即導入高溫氣化回轉式反應器夾層中的熱量，是由來自燃燒室的高溫煙道氣提供；該高溫煙道氣經過高溫氣化回轉式反應器夾層后，返回燃燒室煙道氣出口，與燃燒室直接排放的煙道氣合并，與燃氣發(fā)電機組的燃燒尾氣合并，共同進入鍋爐進行熱交換。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于:碳回收單元中所需的熱量，即導入碳回收單元夾層中的熱量，是由來自燃燒室的高溫煙道氣提供；該高溫煙道氣經過碳回收單元夾層后，輸送至高溫氣化 回轉式反應器夾層。
【文檔編號】F02B63/04GK103658157SQ201310521278
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權日:2013年10月30日
【發(fā)明者】郭強 申請人:郭強