專利名稱：城市生活垃圾流化床氣化燃燒處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種城市生活垃圾流化床氣化燃燒處理方法，屬于城市生活垃圾 焚燒處理技術領域。
背景技術：
據(jù)統(tǒng)計，我國城市生活垃圾產(chǎn)量每年以8—10%的速度增長，垃圾處理問題日 益顯著。城市生活垃圾的處理處置技術主要有三種垃圾衛(wèi)生填埋、垃圾堆肥和 垃圾焚燒。垃圾衛(wèi)生填埋技術最為成熟，但可供填埋的土地資源緊缺，后期維護 費用高；垃圾堆肥技術較為成熟，但產(chǎn)品中重金屬含量高，潛在危害大，銷路不 暢；垃圾焚燒技術有著卓越的減容效果，可徹底消滅有害病菌，并可利用余熱發(fā) 電或供熱，最為切合垃圾處理的無害化、減量化和資源化原則，是新技術研發(fā)與 產(chǎn)業(yè)化的熱點。
垃圾焚燒應用較多的有機械爐排焚燒爐、回轉窯式焚燒爐和流化床焚燒爐。 目前，以機械爐排焚燒爐為代表的垃圾焚燒技術已比較成熟，并在應用中取得了 良好的效益。爐排焚燒爐注重爐排的設計，擁有并列搖動式、逆動式、臺階往復 式等多種爐排形式，但垃圾燃燒依然屬于層燃方式，燃燼時間長，布風不均，過 量空氣系數(shù)大，污染物的控制與脫除成本較高，而且活動爐排設計復雜，制造成 本高?；剞D窯焚燒爐通常包括垃圾接納儲存、進料、爐體、廢熱回收和二次污染 控制等部分。窯身為一維傾斜布置、低速回轉的圓筒，垃圾從高端送入，在筒內(nèi) 翻轉燃燒，直至燃燼從下端排出；回轉窯燃料適應性廣，可焚燒不同性能的廢棄 物，并能長時間連續(xù)運行；但是回轉窯對含水量高、熱值低的垃圾焚燒時存在一 定的問題，并且回轉窯的處理量不是很大，設備的密封性要求高，設備昂貴，成 本高，經(jīng)濟性能并不被看好。
由于流化床具有燃燒效率高、溫度場均勻、結構緊湊、處理量大等優(yōu)點，適 合處理水分含量高，熱值低的垃圾，在我國垃圾焚燒領域受到了廣泛的重視。在流化床焚燒爐內(nèi)，垃圾從流化床的上部或者側部與流化載體呈一定的比例一起送 入爐膛，發(fā)生激烈的翻騰和不斷的循環(huán)流動。垃圾在流化床內(nèi)處于流化燃燒，垃 圾與空氣充分接觸，燃燒較完全。
目前，流化床焚燒技術主要采用的技術有兩類①垃圾在流化床內(nèi)，在充足 的氧氣氣氛下直接燃燒。②垃圾先在流化床氣化爐還原氣氛下低溫氣化，產(chǎn)生可 燃氣和鐵、鋁等金屬殘留物，然后將可燃組分在旋風熔融爐內(nèi)高溫熔融。流化床 單爐直接燃燒工藝必須有較高的爐膛溫度，會將垃圾中的重金屬氧化，無法實現(xiàn) 爐內(nèi)深度脫氯，不利于重金屬回收利用，而且會產(chǎn)生二惡英類有機污染物，污染 環(huán)境。氣化熔融工藝相對比較復雜，國外的技術對垃圾成分和熱值要求很高，難
以在我國推廣應用；國內(nèi)的技術尚未成熟。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本發(fā)明的目的是提供一種城市生活垃圾流化床氣化燃燒處理方法， 將一個流化床焚燒爐爐膛分為低溫氣化區(qū)和高溫燃燒區(qū)兩個區(qū)域，實現(xiàn)垃圾的分 級轉化，抑制二次污染物的生成，達到垃圾減量化、無害化、資源化的處理目的。
技術方案本發(fā)明的城市生活垃圾流化床氣化燃燒處理方法為
流化床焚燒爐的爐膛由低溫氣化區(qū)和高溫燃燒區(qū)組成；從空預器過來的熱空 氣分成兩部分 一部分經(jīng)過風室從布風板進入焚燒爐氣化區(qū)；另一部分作為燃燒 區(qū)的燃燒空氣；添加劑料倉中的添加劑通過回料器加入流化床焚燒爐氣化區(qū)；流 化床焚燒爐頂部出來的高溫煙氣進入旋風分離器，分離下來的顆粒由回料器重新 進入流化床焚燒爐；焚燒爐底部排出的熱爐渣經(jīng)過水冷螺旋冷渣器后，進入振動 篩分選出細顆粒和粗顆粒，細顆粒由噴射器重新送回流化床焚燒爐，粗顆粒進入 密封水槽；垃圾干燥器和流化床焚燒爐之間采用有機熱載體作為熱交換介質(zhì)；蒸 發(fā)受熱面布置于爐膛燃燒區(qū)，旋風分離器出來的高溫煙氣依次通過過熱器、有機 熱載體加熱器、省煤器、空預器、除塵器、引風機后，最終由煙囪排出；過熱器 產(chǎn)生的過熱蒸汽用于汽輪發(fā)電機發(fā)電。
流化床焚燒爐的爐膛分為低溫氣化區(qū)和高溫燃燒區(qū)兩段，氣化區(qū)溫度為600 一70(TC;燃燒區(qū)溫度為850—950'C。
水冷螺旋冷渣器出口爐渣溫度為20(TC以下，水冷螺旋冷渣器產(chǎn)生的熱水作 為除氧器補充水。流化床焚燒爐的床料為河沙、石英沙、燃煤底渣中的一種，添加劑為石灰石、 或高嶺土，有機熱載體為導熱油、聯(lián)苯的混合物。
流化床焚燒爐的布風板為傾斜布風板，傾斜角度為5—20° 。 有益效果與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點有
(1) 二惡英近零排放——采用氣化和燃燒分級轉化技術，向焚燒爐內(nèi)加入 石灰石，在低溫氣化區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)深度脫氯，在高溫燃燒區(qū)內(nèi)延長煙氣停留時間(2s 以上)，有效抑制二惡英的生成和排放。
(2) 垃圾焚燒爐運行安全穩(wěn)定——向焚燒爐內(nèi)加入石灰石、高嶺土等添加 劑，可實現(xiàn)爐內(nèi)脫除酸性氣體，另外采用分級供風，有效地抑制NOx生成，從 而本發(fā)明能有效的解決焚燒爐受熱面的高低溫酸性腐蝕問題，大大提高焚燒爐安 全性能。
(3) 供電效率高——由于焚燒爐內(nèi)能深度脫除氯、硫、氮等酸性氣體，本 發(fā)明的焚燒爐可產(chǎn)生高溫或中溫的過熱蒸汽，從而提高了焚燒爐發(fā)電效率，發(fā)電 效率可達25%以上。
(4) 有效回收金屬和無機非金屬資源一在低溫氣化區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)重金屬 不會被氧化和揮發(fā)，對爐渣進行分選，可對爐渣中的床料、重金屬等進行資源化 回收。
(5) 投資和運行成本低——在單爐內(nèi)實現(xiàn)垃圾分級轉化，鍋爐制造成本低； 通過在焚燒爐內(nèi)抑制污染物排放，從而減輕了尾部廢氣處理裝置的負擔，降低了 運行成本。焚燒爐內(nèi)無需添加輔助燃料(如煤、柴油等)即可實現(xiàn)垃圾穩(wěn)定燃燒。
(6) 垃圾適應性廣——焚燒爐產(chǎn)生的部分熱量用來干燥垃圾，提高了入爐 垃圾熱值。本發(fā)明對我國高水分、低熱值的垃圾特別適用。


圖1是城市生活垃圾流化床氣化燃燒處理方法示意圖，其中有破碎機1、
干燥器2、皮帶輪輸送機3、流化床焚燒爐4、螺旋加料器4-l、旋風分離器4-2、 回料器4-3、添加劑料倉4-4、傾斜布風板4-5、風室4-6、蒸發(fā)受熱面4-7、水冷 螺旋冷渣器5、振動篩6、密封水槽7、噴射器8、有機熱載體加熱器9、螺旋排 灰機IO、過熱器ll、省煤器12、空預器13、除塵器14、引風機15、煙囪16、 送風機17、汽輪發(fā)電機18、循環(huán)泵19、增壓風機20。其中還包括城市生活垃圾a、冷空氣b、熱空氣c、過熱蒸汽d、爐渣e、添加劑f、高溫煙氣g、飛灰h、 有機熱載體i。
具體實施方案
本發(fā)明的垃圾氣化燃燒方法為
(1) 流化床焚燒爐分為氣化區(qū)和燃燒區(qū)，爐膛下部的密相區(qū)為氣化區(qū)，爐 膛上部的稀相區(qū)為燃燒區(qū)。垃圾通過加料口加入流化床密相區(qū)內(nèi)。流化床內(nèi)存有 大量的惰性床料，能夠迅速加熱新進爐的垃圾使其達到氣化反應溫度，其蓄熱功 能還可減小由于加料不均勻、垃圾種類和水分變化引起的爐內(nèi)溫度波動。
(2) 垃圾在低溫氣化區(qū)(600—70(TC)進行氣化，在氣化區(qū)的還原性氣氛 和低溫下，金屬的氧化和揮發(fā)得到了有效的抑制；通過加入石灰石等添加劑，能 夠高效脫除硫、氯、氟等污染物，特別是深度脫氯之后，可以防止過熱器金屬材 料的高溫腐蝕，因此可以采用常規(guī)材料制造鍋爐的過熱器等高溫受熱面，大大節(jié) 省投資費用，并實現(xiàn)高效發(fā)電。
(3) 低溫氣化區(qū)產(chǎn)生的可燃成分(含可燃氣和殘?zhí)?進入高溫氧化區(qū)(850 —950'C)，完全燃燒，煙氣在高溫區(qū)停留2s以上，促使二惡英及其前驅(qū)物完全 裂解，二惡英排放控制在0.1TEQ-ng/NmS以下。
(4) 蒸發(fā)受熱面布置于爐膛燃燒區(qū)，尾部煙道分別布置過熱器、有機熱載 體加熱器、省煤器、空預器?？疹A器出來的煙氣經(jīng)過除塵器、引風機后，從煙囪 排空。鍋爐產(chǎn)生的高溫或中溫過熱蒸汽進入汽輪發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電。
(5) 空氣在空預器中預熱到300—40(TC后分成兩部分 一部分通入風室， 通過布風板進入還原區(qū)，為氣化區(qū)提供有限的氧氣； 一部分作為氧化區(qū)的燃燒風， 為氣化區(qū)產(chǎn)生的可燃成分的燃燒提供充足的氧氣。
(6) 為了方便大塊爐渣從焚燒爐底部排出，焚燒爐布風板設計為傾斜結構， 傾斜角度為5—20。。
(7) 為了充分利用熱爐渣顯熱并防止焚燒爐底部漏風或可燃氣泄漏，冷渣 器采用水冷螺旋冷渣器，冷渣器與焚燒爐熱力系統(tǒng)相連，冷渣器產(chǎn)生的熱水作為 除氧器補充水，從而減少焚燒爐爐渣熱損失。
(8) 冷渣器排出的爐渣進入振動篩，分選出的細顆粒作為焚燒爐床料由噴 射器重新送回焚燒爐，實現(xiàn)床料回收利用。大塊爐渣進入水槽，由撈渣器撈出后，以供它用。
(9) 為了減少入爐垃圾的熱值對焚燒爐的影響，提高焚燒爐對垃圾的適應 性，垃圾進入焚燒爐前先進行預干燥處理。目前垃圾干燥介質(zhì)主要有熱煙氣、高 溫水蒸氣、有機熱載體(如導熱油、聯(lián)苯混合物等)等，考慮到有機熱載體具有 熱容量大、體積流量小、運行壓力小等特點，本發(fā)明采用有機熱載體作為傳熱介 質(zhì)，有機熱載體在焚燒爐尾部受熱面受熱后，進入垃圾干燥器內(nèi)放出熱量，之后 由循環(huán)泵重新進入垃圾焚燒爐尾部受熱面。
(10) 垃圾堆放、破碎和干燥過程中產(chǎn)生的臭氣由增壓風機送入焚燒爐，整 個系統(tǒng)無臭氣排放。
具體方法為
城市生活垃圾a經(jīng)破碎機1和干燥器2后，由螺旋加料器4-1 加入流化床焚燒爐4下部密相區(qū)，發(fā)生氣化反應，氣化溫度為600—70(TC。垃 圾氣化產(chǎn)生的可燃成分進入流化床稀相區(qū)，發(fā)生燃燒反應，燃燒溫度為850_950 'C。從空預器13過來的熱空氣c分成兩部分 一部分作為氣化區(qū)的氣化劑，經(jīng) 過風室4-6從傾斜布風板4-5進入焚燒爐密相區(qū)； 一部分作為氧化區(qū)的燃燒空氣， 從焚燒爐中部進入焚燒爐4。添加劑料倉4-4中的添加劑f通過回料器4-3加入 焚燒爐4，用以在焚燒爐內(nèi)脫除硫、氯、氟等污染物。流化床焚燒爐4頂部出來 的高溫煙氣g進入旋風分離器4-2，分離下來的顆粒由回料器4-3重新進入焚燒 爐4。
焚燒爐底部排出的熱爐渣經(jīng)過水冷螺旋冷渣器5后，由振動篩6分選出細顆 粒和粗顆粒，細顆粒作為焚燒爐床料由噴射器8重新送回焚燒爐4;粗顆粒進入 密封水槽7。垃圾堆放、破碎和干燥過程中產(chǎn)生臭氣由增壓風機20送入焚燒爐4。 有機熱載體i在有機熱載體加熱器9內(nèi)加熱后，進入干燥器2對垃圾進行干燥， 之后由循環(huán)泵19重新進入有機熱載體加熱器9。
焚燒爐4出來的高溫煙氣g依次通過過熱器11、有機熱載體加熱器9、省煤 器12、空預器13、除塵器14、引風機15后，最終由煙囪16排出。過熱器11 產(chǎn)生的過熱蒸汽d用于汽輪發(fā)電機18發(fā)電。
權利要求
1. 一種城市生活垃圾流化床氣化燃燒處理方法，其特征在于該方法為流化床焚燒爐(4)的爐膛由低溫氣化區(qū)和高溫燃燒區(qū)組成；從空預器(13)過來的熱空氣(c)分成兩部分一部分經(jīng)過風室(4-6)從布風板(4-5)進入焚燒爐氣化區(qū)；另一部分作為燃燒區(qū)的燃燒空氣；添加劑料倉(4-4)中的添加劑(f)通過回料器(4-3)加入流化床焚燒爐(4)；流化床焚燒爐(4)頂部出來的高溫煙氣(g)進入旋風分離器(4-2)，分離下來的顆粒由回料器(4-3)重新進入流化床焚燒爐(4)；焚燒爐底部排出的熱爐渣經(jīng)過水冷螺旋冷渣器(5)后，進入振動篩(6)分選出細顆粒和粗顆粒，細顆粒由噴射器(8)重新送回流化床焚燒爐(4)，粗顆粒進入密封水槽(7)；垃圾干燥器(2)和流化床焚燒爐(4)之間采用有機熱載體(i)作為熱交換介質(zhì)；流化床焚燒爐(4)出來的高溫煙氣(g)依次通過過熱器(11)、有機熱載體加熱器(9)、省煤器(12)、空預器(13)、除塵器(14)、引風機(15)后，最終由煙囪(16)排出；過熱器(11)產(chǎn)生的過熱蒸汽(d)用于汽輪發(fā)電機(18)發(fā)電。
2. 根據(jù)權利要求1所述的城市生活垃圾流化床氣化燃燒處理方法，其特征 在于流化床焚燒爐(4)的爐膛分為低溫氣化區(qū)和高溫燃燒區(qū)兩段，氣化區(qū)溫度 為600—70(TC，燃燒區(qū)燃燒溫度為850—95(TC。
3. 根據(jù)權利要求1所述的城市生活垃圾流化床氣化燃燒處理方法，其特征 在于水冷螺旋冷渣器(5)出口爐渣溫度為20(TC以下，水冷螺旋冷渣器(5)產(chǎn) 生的熱水作為除氧器補充水。
4. 根據(jù)權利要求1所述的城市生活垃圾流化床氣化燃燒處理方法，其特征 在于流化床焚燒爐(4)的床料為河沙、石英沙、燃煤底渣中的一種，添加劑(f) 為石灰石或高嶺土，有機熱載體(i)為導熱油或聯(lián)苯的混合物。
5. 根據(jù)權利要求1所述的城市生活垃圾流化床氣化燃燒處理方法，其特征 在于流化床焚燒爐(4)的布風板為傾斜布風板(4-5)，傾斜角度為5—20。。
全文摘要
本發(fā)明是城市生活垃圾流化床氣化燃燒處理方法。流化床垃圾焚燒爐(4)的爐膛由低溫氣化區(qū)和高溫燃燒區(qū)兩部分組成，向焚燒爐(4)內(nèi)加入石灰石、高嶺土等添加劑(f)，可實現(xiàn)爐內(nèi)脫除氯、硫、氮等酸性氣體，控制爐內(nèi)二惡英生成。利用水冷螺旋冷渣器(5)和振動篩(6)可有效減少爐渣熱損失和回收床料。整個系統(tǒng)無需添加輔助燃料，具有安全可靠、無臭氣排放、投資和運行費用低、二次污染物排放少、發(fā)電效率高等特點。
文檔編號F22G7/12GK101294708SQ20081002407
公開日2008年10月29日 申請日期2008年4月25日 優(yōu)先權日2008年4月25日
發(fā)明者仲兆平, 鋼 吳, 剛 肖, 睿 肖, 蔡永磊, 金保升, 鐘文琪, 黃亞繼 申請人:東南大學;無錫太湖鍋爐有限公司