專利名稱：城市生活垃圾和污水污泥資源生態(tài)分離回收工藝及設(shè)備的制作方法
城市生活垃圾和污水污泥資源生態(tài)分離回收工藝及設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種城市生活垃圾和污水污泥無(wú)害化、資源能源化處理方式、工藝及 設(shè)備(以下除注明外“城市生活垃圾和污水污泥”簡(jiǎn)稱為垃圾)。本發(fā)明屬于污染生態(tài)學(xué)、 綠色分離工程、固體廢棄物無(wú)害化處置、城市生活垃圾處置、可再生資源、可再生能源等技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)階段的城市生活垃圾處置的主要方式有衛(wèi)生填埋、堆肥、焚燒發(fā)電三種。衛(wèi)生 填埋需占用大量的土地，且有滲濾液滲漏和有害氣體排放等極易污染地下水和居住環(huán)境； 堆肥由于難以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)肥料而基本沒有發(fā)展前景；垃圾焚燒發(fā)電會(huì)造成大量煙氣污染， 特別是易產(chǎn)生“二噁英”(致癌物質(zhì))，且焚燒發(fā)電成本昂貴，能量轉(zhuǎn)換效率低。傳統(tǒng)的城市 生活垃圾焚燒處置過程具備生成二噁英的條件，因此出口煙氣中的二噁英含量較高。大氣 環(huán)境中的二噁英90%來(lái)源于城市垃圾焚燒。一些垃圾焚燒發(fā)展較早的國(guó)家和地區(qū)，已深受 二噁英其害。因此說，衛(wèi)生填埋、堆肥和焚燒發(fā)電都不是理想的垃圾處置方式，均有其致命 的弊端。發(fā)達(dá)國(guó)家在垃圾以填埋為主轉(zhuǎn)向以焚燒為主方面先行了若干年，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)了二 噁英等致命的危害，正以懷疑的態(tài)度重新審視垃圾焚燒的技術(shù)“先進(jìn)性”。發(fā)展中國(guó)家現(xiàn)在 仍以填埋為主，但焚燒處置的比例在逐年增加，在焚燒的“友好性”倍受爭(zhēng)議的困惑中發(fā)展 著“焚燒”事業(yè)。毋庸置疑，傳統(tǒng)的垃圾焚燒繼續(xù)發(fā)展，后果只能是二噁英成倍增長(zhǎng)，地球的 生態(tài)環(huán)境和人們的生存環(huán)境將遭到嚴(yán)重破壞。這將是人類社會(huì)持續(xù)發(fā)展的最大的風(fēng)險(xiǎn)一 “生態(tài)災(zāi)難”。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的垃圾焚燒的技術(shù)問題是①垃圾焚燒產(chǎn)生二噁英；②垃圾蒸發(fā)液 排往大氣。傳統(tǒng)的垃圾焚燒為濕燒，垃圾干燥和燃燒過程是在同一爐內(nèi)進(jìn)行的，干燥和初始 燃燒段爐膛溫度較低，當(dāng)處于800°C以下(特別是在250°C 600°C之間)時(shí)，有水蒸汽和氧 氣的不完全燃燒極易產(chǎn)生二噁英；從干燥到燃燒的過程中，垃圾中的水分基本上是在焚燒 爐中蒸發(fā)成水蒸汽后隨煙氣排放到大氣中，造成大氣環(huán)境污染和資源能源浪費(fèi)。本發(fā)明是關(guān)于“城市生活垃圾和污水污泥資源生態(tài)分離回收工藝及設(shè)備”，是城市 生活垃圾和污水污泥生態(tài)化(無(wú)害化和資源能源化)處置的一種新方式，即垃圾“資源生 態(tài)分離回收處置法”或“干燥_醋液回收_干燒”法，或簡(jiǎn)稱為“醋液回收法”。(本發(fā)明對(duì) 垃圾資源分離回收是無(wú)害化綠色分離，可稱之為生態(tài)分離。由此回收得到的經(jīng)過煙氣熏餾 的垃圾蒸發(fā)液是以醋酸等有機(jī)酸為主要成分的資源物質(zhì)，可稱之為資源“醋液”或“生態(tài)醋 液”，本發(fā)明的垃圾綠色分離工藝可獲得生態(tài)醋液和可燃干垃圾等產(chǎn)品，故稱之為“醋液回 收法”)。本發(fā)明的工藝特征，即本發(fā)明是由下述工藝過程組成和實(shí)現(xiàn)的
(1)、設(shè)置一個(gè)由垃圾干燥窯、垃圾蒸發(fā)液冷凝回收裝置(如氣液旋風(fēng)分離器和冷 凝熱交換器等)、生態(tài)醋液過濾收儲(chǔ)裝置、燃燒爐、太陽(yáng)能光伏發(fā)電供電系統(tǒng)、兩級(jí)熱泵熱管 余熱回收系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱為熱泵熱管系統(tǒng))等組成的用于垃圾“干燥-醋液回收-干燒”的 “欠氧煙氣密閉循環(huán)系統(tǒng)”。(2)、首先將濕垃圾輸送到垃圾干燥窯中熏餾干燥。干燥窯中用于干燥垃圾的熱源 的來(lái)源有四①來(lái)自于以可燃干垃圾(本發(fā)明的第一產(chǎn)品)作燃料和太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng) 供電的電熱可燃干垃圾復(fù)合燃燒爐(該爐內(nèi)設(shè)置有電熱煙氣預(yù)熱裝置)；②來(lái)自于以可燃 干垃圾和燃煤等作燃料的燃燒爐；③太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)供電的電熱爐；④來(lái)自于其它工 業(yè)生產(chǎn)工藝過程的熱煙氣。熱源方式的不同將本發(fā)明的具體實(shí)施方式
分為多種。(3)、干燥過程的煙氣溫度為110 150°C (最高不超過200°C )。這樣的溫度使得 垃圾在干燥、固液分離的同時(shí)既得到殺菌消毒除臭，又不發(fā)生燃燒反應(yīng)，避免垃圾濕燒產(chǎn)生 二噁英。(4)、對(duì)干燥過程中蒸發(fā)到熱氣流中的垃圾蒸發(fā)液用前置氣液旋風(fēng)分離器和 水-氣間壁式冷凝熱交換器進(jìn)行離心和冷凝回收，并經(jīng)靜置、過濾及再蒸餾等精制工藝制 成“生態(tài)醋液”(本發(fā)明的第二產(chǎn)品)。本發(fā)明的“生態(tài)醋液”抗菌除臭功能極強(qiáng)，首先是一 種良好的抗菌除臭劑。(5)、冷凝熱交換器的冷卻水帶走的熱量用熱泵熱管系統(tǒng)回收利用。熱管和兩級(jí)熱 泵可讓冷卻水降溫循環(huán)使用，并將熱量轉(zhuǎn)送給流經(jīng)熱管熱端側(cè)的循環(huán)煙氣，使其溫度達(dá)到 150°C以上，被熱泵熱管系統(tǒng)加熱的煙氣作干燥窯中循環(huán)煙氣的一部分來(lái)循環(huán)干燥干燥窯 中的濕垃圾。(6)、經(jīng)冷凝熱交換器脫水的煙氣進(jìn)入后置氣液旋風(fēng)分離器進(jìn)一步脫水，再次回收 “生態(tài)醋液”。氣液旋風(fēng)分離器出口已脫水煙氣通過管路又返回電熱復(fù)合燃燒爐(或燃燒爐， 或電熱爐，或與新工藝煙氣混合調(diào)節(jié)溫度)，再次被加熱升溫后送入干燥窯做下一次傳熱傳 質(zhì)循環(huán)。(7)、從干燥窯出來(lái)的干垃圾在無(wú)菌無(wú)臭無(wú)水的情況下進(jìn)行機(jī)電自動(dòng)“風(fēng)選”、“磁 選”、“破碎”和“密度復(fù)合分選”等工序，分類回收為可再利用、可燃和不可燃等三類無(wú)害無(wú) 毒資源物質(zhì)分別加以利用。其中可燃干垃圾可輸送到本系統(tǒng)的復(fù)合燃燒爐中“干燒”，加熱 循環(huán)煙氣至高溫。高溫?zé)煔饨?jīng)燃燒爐出口與旁通煙氣混合調(diào)溫后，再與熱泵熱管系統(tǒng)加熱 的煙氣混合送入干燥窯中熏餾干燥垃圾。如此干燥濕垃圾燃干垃圾，煙氣不斷循環(huán)傳熱傳 質(zhì)。本工藝過程得到的可燃干垃圾產(chǎn)品也可作為各種鍋爐、火力發(fā)電或水泥回轉(zhuǎn)窯的一般 燃料。(8)、本發(fā)明用于制備循環(huán)熱煙氣的燃燒爐爐膛的燃燒狀態(tài)為高溫貧氧燃燒，即無(wú) 焰燃燒。設(shè)置太陽(yáng)能光伏發(fā)電供電系統(tǒng)為本發(fā)明的“電熱可燃干垃圾復(fù)合燃燒爐”的“電熱 煙氣預(yù)熱裝置”供電，預(yù)熱一定量空氣和循環(huán)煙氣溫度到900°C以上噴入燃燒爐，維持貧氧 狀態(tài)，同時(shí)將可燃干垃圾輸送到高溫氣流中干燒。太陽(yáng)能電與干垃圾共同作熱源可節(jié)省煤 炭資源，且有利于維持欠氧密閉循環(huán)系統(tǒng)中有機(jī)物的高溫貧氧燃燒。循環(huán)煙氣被加熱后再 送入干燥窯中熏餾干燥濕垃圾，如此循環(huán)不已。實(shí)施以上工藝過程，垃圾處置可實(shí)現(xiàn)無(wú)害化 和資源能源化。如上所述，本發(fā)明解決的垃圾焚燒的兩個(gè)重要理論和技術(shù)問題是①垃圾焚燒產(chǎn)生二噁英；②垃圾蒸發(fā)液排往大氣。我們發(fā)現(xiàn)溫度、氧和水蒸汽(當(dāng)然還有氯、銅和鐵離子 等)是二噁英生成的重要影響因素，因此，在本發(fā)明的“欠氧煙氣密閉循環(huán)系統(tǒng)”中，垃圾的 干燥和燃燒分別在系統(tǒng)中的干燥窯和燃燒爐兩個(gè)不同的裝置中分別進(jìn)行，即垃圾干燥和燃 燒實(shí)施兩套設(shè)備、兩套工藝，干燥窯內(nèi)干燥溫度在200°C以下，系統(tǒng)為欠氧煙氣密閉循環(huán)式， 燃燒爐變垃圾濕燒為干燒無(wú)水蒸汽因素影響等工藝從根本上抑制了二噁英的生成。這就是 說，傳統(tǒng)的垃圾焚燒(濕燒)易產(chǎn)生二噁英；本發(fā)明的垃圾“干燥-醋液回收-干燒”工藝 杜絕垃圾濕燒，實(shí)施先干燥后干燒，不易產(chǎn)生二噁英。另一方面，在傳統(tǒng)的焚燒過程中，垃圾 中的水分基本上是在焚燒爐中蒸發(fā)后隨煙氣排放到大氣中去了，造成大氣環(huán)境污染和資源 能源浪費(fèi)；本發(fā)明將垃圾中含水易腐有機(jī)物生態(tài)分離(即綠色分離)，分離成以醋酸為主要 成分的醋酸液和無(wú)害干燥物并分別回收，得到“生態(tài)醋液”和“可燃干垃圾”等資源產(chǎn)品。本發(fā)明在處置城市生活垃圾和污水污泥方面的技術(shù)特點(diǎn)是垃圾含水不焚燒一干 燥，垃圾焚燒不含水一干燒。有別于傳統(tǒng)的垃圾焚燒，垃圾干燥、燃燒實(shí)施兩套設(shè)備、兩套工 藝，分別為“干燥”和“干燒”，在“干燥”與“干燒”工序之間設(shè)置冷凝熱交換器和氣液旋風(fēng)分 離器等資源“醋液”回收裝置。在既不產(chǎn)生二噁英等有害物，又能對(duì)混合垃圾進(jìn)行徹底的干 燥殺菌消毒除臭的情況下，把垃圾蒸發(fā)液回收制成用途廣泛的資源“醋液”，即“生態(tài)醋液”。本發(fā)明的垃圾“資源生態(tài)分離回收法”是一種綠色分離新工藝，它變“易腐”為“不 腐”，變“兩廢”為“兩寶”。本研究表明①垃圾干燥和干燒過程都可實(shí)現(xiàn)不產(chǎn)生二噁英；② 垃圾蒸發(fā)液可不排往大氣環(huán)境，而是經(jīng)殺菌消毒除臭后回收制成“生態(tài)醋液”產(chǎn)品。本發(fā)明 可根治垃圾污染，不產(chǎn)生有害物，也不排放有害物(包括二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、一 氧化碳等均“零排放”)。綠色分離實(shí)現(xiàn)了垃圾處置無(wú)害化和資源能源化。生產(chǎn)環(huán)境也是無(wú) 臭無(wú)煙無(wú)塵。本發(fā)明的垃圾“資源生態(tài)分離回收處置法”和“生態(tài)醋液”的“生態(tài)”之意就在 于此，綠色分離得到綠色醋液和綠色可燃物等。或者說，生態(tài)分離得到生態(tài)醋液和生態(tài)可燃 物等。

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1為本發(fā)明垃圾資源生態(tài)分離回收處置法工藝流程示意圖1。圖2為本發(fā)明垃圾資源生態(tài)分離回收處置法工藝流程示意圖2。圖3為本發(fā)明垃圾資源生態(tài)分離回收處置法工藝流程示意圖3。圖4為本發(fā)明垃圾資源生態(tài)分離回收處置法工藝流程示意圖4。圖5為本發(fā)明垃圾資源生態(tài)分離回收處置法工藝工作原理示意圖。圖1所示的本發(fā)明垃圾資源生態(tài)分離回收處置法工藝流程中，干燥窯中用于熏餾 干燥垃圾的熱煙氣(即熱源)來(lái)自于以可燃干垃圾(本發(fā)明的第一產(chǎn)品)作燃料和太陽(yáng)能 光伏發(fā)電系統(tǒng)供電的電熱可燃干垃圾復(fù)合燃燒爐。圖2所示的本發(fā)明垃圾資源生態(tài)分離回收處置法工藝流程中，干燥窯中用于熏餾 干燥垃圾的熱煙氣來(lái)自于以可燃干垃圾和燃煤等作燃料的混合燃燒爐。圖3所示的本發(fā)明垃圾資源生態(tài)分離回收處置法工藝流程中，干燥窯中用于熏餾 干燥垃圾的熱煙氣來(lái)自于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)供電的電熱爐。圖4所示的本發(fā)明垃圾資源生態(tài)分離回收處置法工藝流程中，干燥窯中用于熏餾干燥垃圾的熱煙氣來(lái)自于其它工業(yè)生產(chǎn)工藝過程的熱煙氣(廢氣或乏汽)加干垃圾燃燒 爐。圖5是圖1所示工藝的工作原理示意圖，是本發(fā)明垃圾資源生態(tài)分離回收處置法 工藝工作原理示意圖之一(圖2 圖4所示工藝的工作原理示意圖請(qǐng)參照?qǐng)D5，在此省略)。
具體實(shí)施方式本發(fā)明的具體實(shí)施方式
有四，分別如本『說明書』「步驟(2)」和「

」及本 『說明書附圖』中的圖1 圖4所述。四種方式的主要區(qū)別是垃圾干燥窯中用于熏餾干燥垃 圾的熱源的來(lái)源不同。作為具體實(shí)施例之一，下面著重介紹一下圖1和圖5所示的實(shí)施方 式。圖5為本發(fā)明垃圾資源生態(tài)分離回收處置法工藝工作原理示意圖。圖5所示的本 發(fā)明垃圾資源生態(tài)分離回收處置法工藝流程中，干燥窯中用于熏餾干燥垃圾的熱源來(lái)自于 以可燃干垃圾作燃料和太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)供電的電熱可燃干垃圾復(fù)合燃燒爐。如圖5所示，本發(fā)明的垃圾“資源生態(tài)分離回收處置法”工藝流程包括如下步驟 (1)、設(shè)置一個(gè)由垃圾干燥窯1、垃圾蒸發(fā)液冷凝回收裝置(氣液旋風(fēng)分離器21、23和冷凝熱 交換器3)、生態(tài)醋液收儲(chǔ)罐41、42、復(fù)合燃燒爐5、太陽(yáng)能光伏發(fā)電供電系統(tǒng)6、兩級(jí)熱泵熱 管系統(tǒng)10等組成的用于垃圾“干燥_醋液回收_干燒”的“欠氧煙氣密閉循環(huán)系統(tǒng)”。(2)、 將濕垃圾經(jīng)垃圾儲(chǔ)存給料系統(tǒng)8輸送到垃圾干燥窯1中熏餾干燥。(3)、垃圾干燥窯1內(nèi)的 煙氣溫度為110 150°C。(4)、對(duì)干燥窯內(nèi)的干燥過程中蒸發(fā)到煙氣中的垃圾蒸發(fā)液用氣 液旋風(fēng)分離器21和水-氣間壁式冷凝熱交換器3進(jìn)行離心回收和冷凝回收，然后分別經(jīng)疏 水器25、34和過濾器26、35等裝置回收到資源醋液收儲(chǔ)罐41和42中。(5)、冷凝熱交換器 3的冷卻水帶走的熱量用兩級(jí)熱泵熱管余熱回收系統(tǒng)10回收，用于加熱煙氣循環(huán)回路②的 煙氣，被加熱的煙氣作干燥窯中循環(huán)煙氣的一部分與來(lái)自復(fù)合燃燒爐5的循環(huán)回路①的熱 煙氣混合后送入干燥窯1，循環(huán)干燥窯內(nèi)的濕垃圾。(6)、經(jīng)冷凝熱交換器3脫水的煙氣進(jìn)入 氣液旋風(fēng)分離器23進(jìn)一步脫水，經(jīng)疏水器27和過濾器28等裝置再次回收資源醋液到收儲(chǔ) 罐42中。氣液旋風(fēng)分離器23出口已脫水的煙氣通過管路一部分返回電熱復(fù)合燃燒爐5 (煙 氣循環(huán)回路①)，另一部分返回?zé)岜脽峁芟到y(tǒng)10 (煙氣循環(huán)回路②)進(jìn)行下一次傳熱傳質(zhì)循 環(huán)。(7)、干燥后的垃圾經(jīng)干燥窯1的干垃圾出口出料后，在無(wú)菌無(wú)臭無(wú)水的情況下進(jìn)行機(jī) 電自動(dòng)“風(fēng)選” 111、“磁選” 112、“破碎” 113和“密度復(fù)合分選” 114等，分類回收為可再利 用物115及116、可燃物117和不可燃物118等三類無(wú)害無(wú)毒資源物質(zhì)分別加以利用。其中 可燃干垃圾117可輸送到本系統(tǒng)的電熱可燃干垃圾復(fù)合燃燒爐5中干燒，加熱循環(huán)煙氣，復(fù) 合燃燒爐5出口熱煙氣(煙氣供管①)與熱泵熱管系統(tǒng)10加熱的煙氣(煙氣供管②)混 合后送入干燥窯1中熏餾干燥垃圾，如此熱煙氣經(jīng)兩個(gè)回路不斷循環(huán)利用。(8)、設(shè)置太陽(yáng) 能光伏發(fā)電供電系統(tǒng)6為電熱可燃干垃圾復(fù)合燃燒爐5內(nèi)的電熱煙氣預(yù)熱裝置51供電，預(yù) 熱一定量空氣和循環(huán)煙氣溫度到900°C以上噴入燃燒爐，維持可燃干垃圾高溫貧氧干燒。煙 氣循環(huán)回路①的煙氣被加熱后送入干燥窯1中干燥濕垃圾。旁通管18的作用是通過調(diào)整 旁通煙氣的比例來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入干燥窯的煙氣溫度。實(shí)施以上步驟的工藝過程，可實(shí)現(xiàn)垃圾資 源綠色分離一無(wú)害化和資源能源化處置。以上是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
之一，另外三種實(shí)施方式請(qǐng)參考圖2 圖4及圖5。下面簡(jiǎn)要介紹一下本發(fā)明的主要設(shè)備的特征。(1)、垃圾回轉(zhuǎn)干燥窯本發(fā)明工藝系統(tǒng)中的垃圾干燥窯1的特征是臥式圓筒回轉(zhuǎn) 式，也可以是外殼不轉(zhuǎn)而設(shè)內(nèi)轉(zhuǎn)子攪拌器以攪拌濕垃圾。干燥窯圓筒的直徑及長(zhǎng)度根據(jù)垃 圾處理量確定。干燥窯設(shè)濕垃圾進(jìn)料口 11、干垃圾出料口 12、煙氣進(jìn)氣口 13和煙氣出氣口 14，回轉(zhuǎn)干燥窯下部設(shè)有托輪和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)數(shù)為小于1轉(zhuǎn)/分。垃圾干燥窯圓筒內(nèi)壁設(shè)防 腐涂層，并設(shè)置一定數(shù)量的徑向拖料板，以保證被干燥垃圾在筒內(nèi)得到較好的攪拌、翻動(dòng)， 以提高干燥效率。圓筒外壁設(shè)保溫。煙氣與垃圾物料的流動(dòng)特征可以同向(順流式)，也可 以相向(逆流式)。干燥窯內(nèi)設(shè)壓力、溫度和濕度等自動(dòng)檢測(cè)和防燃防爆裝置和視頻監(jiān)視系 統(tǒng)。垃圾干燥窯內(nèi)的煙氣溫度不超過200°C，垃圾在干燥窯內(nèi)只干燥不燃燒。(2)、氣液旋風(fēng)分離器氣液旋風(fēng)分離器21和23的特征為開孔內(nèi)筒式高效低阻旋 風(fēng)分離器，兼有除塵和除液的功能。旋風(fēng)分離器的排塵、排液均為自動(dòng)控制。排液須分別經(jīng) 疏水器25、27和過濾器26、28后進(jìn)入醋液收儲(chǔ)罐41、42。(3)、冷凝熱交換器冷凝熱交換器3在煙氣循環(huán)回路中是串接在氣液旋風(fēng)分離器 21和23之間的。其特征為高效翅片式不銹鋼制熱交換器，殼程走煙氣，管程走冷卻水。冷 凝器的作用是用管程的循環(huán)冷卻水維持熱交換器內(nèi)的翅片表面較低的溫度，殼程煙氣中的 水蒸氣與低于其露點(diǎn)溫度的翅片冷表面接觸時(shí)，就會(huì)結(jié)露。這樣，煙氣中的水蒸氣就會(huì)凝結(jié) 成水而析出。最后經(jīng)疏水器34和過濾器35等裝置被收集到生態(tài)醋液收儲(chǔ)罐42中。收儲(chǔ) 罐中的生態(tài)醋液經(jīng)靜置、過濾及再蒸餾等精制工藝，制成生態(tài)醋液產(chǎn)品。(4)、燃燒爐及熱源裝置燃燒爐是為垃圾干燥提供熱源的裝置。本發(fā)明中為垃圾 干燥提供熱源的裝置的特征為如下四種的任意一種①可燃干垃圾作燃料和太陽(yáng)能光伏發(fā) 電系統(tǒng)供電的電熱可燃干垃圾復(fù)合燃燒爐，爐內(nèi)設(shè)有電熱煙氣預(yù)熱裝置(如圖1和圖5所 示)；②可燃干垃圾和燃煤等作燃料的混合燃燒爐(如圖2所示)；③太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng) 供電的電熱爐(如圖3所示)；④其它工業(yè)生產(chǎn)工藝過程的溫度為150°C以上的廢氣或乏汽 (如來(lái)自于水泥回轉(zhuǎn)窯工藝廢氣、火電站汽輪機(jī)的乏汽、各種鍋爐和爐窯的排氣等)加干垃 圾燃燒爐(如圖4所示)。本發(fā)明中各種燃燒爐的工藝和技術(shù)特點(diǎn)是爐內(nèi)設(shè)有電熱煙氣 預(yù)熱裝置，可維持高溫貧氧燃燒(無(wú)焰燃燒)；不焚燒濕垃圾，只燃燒經(jīng)本工藝的干燥窯干 燥了的干垃圾一干燒。且系統(tǒng)為密閉循環(huán)式，系貧氧燃燒，風(fēng)機(jī)52從垃圾密閉儲(chǔ)存坑處引 風(fēng)，維持其負(fù)壓的同時(shí)將有氧臭氣送入燃燒爐內(nèi)燃燒，所送風(fēng)量只限于燃料的無(wú)焰燃燒。進(jìn) 入燃燒爐內(nèi)的風(fēng)多為循環(huán)煙氣，被加熱后再進(jìn)入干燥窯熏餾干燥濕垃圾，如此循環(huán)不已。系 統(tǒng)不向大氣環(huán)境排放任何氣體。(5)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電供電和熱泵熱管系統(tǒng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電供電系統(tǒng)6和兩級(jí)熱 泵熱管余熱回收系統(tǒng)10應(yīng)用于垃圾綠色分離工藝是本發(fā)明在新能源利用和節(jié)能方面的重 要特征。前者為燃燒爐5內(nèi)的電熱煙氣預(yù)熱裝置51以及整個(gè)工廠供電，電熱煙氣預(yù)熱裝置 的設(shè)置有助于復(fù)合燃燒爐的高溫貧氧燃燒；后者在為冷凝熱交換器3的管程冷卻水的循環(huán) 利用提供保證的同時(shí)，將流經(jīng)熱泵熱管系統(tǒng)冷端側(cè)的冷卻水的從換熱器帶走的熱量回收傳 給流經(jīng)熱泵熱管系統(tǒng)熱端側(cè)的循環(huán)煙氣，使其溫度提高到150°C以上進(jìn)入干燥窯循環(huán)干燥 濕垃圾。太陽(yáng)能發(fā)電和熱泵熱管系統(tǒng)的應(yīng)用使本發(fā)明垃圾綠色分離的整個(gè)工藝過程免用煤 炭石油等礦物燃料。以上是本發(fā)明的主要設(shè)備的工藝特征，下面簡(jiǎn)要介紹一下實(shí)施例系統(tǒng)的物質(zhì)質(zhì)量M、熱量Q及風(fēng)量V的平衡特征及結(jié)果分析。(1)、用本發(fā)明的垃圾“資源生態(tài)分離回收處置法”處置垃圾的物質(zhì)質(zhì)量平衡方程 式為M濕垃圾=(經(jīng)干燥殺菌消毒除臭_綠色分離后)M醋液+M可燃+M不可燃+M可 再利用—(可燃干垃圾在本工藝系統(tǒng)的燃燒爐中燃燒后)M醋液+M灰+M不可燃+M可再 利用……(式1)式中M濕垃圾一為進(jìn)入垃圾回轉(zhuǎn)干燥窯1的濕垃圾的質(zhì)量(kg)；M醋液一為回收的垃圾蒸發(fā)液即資源醋液的質(zhì)量(kg)；M可燃、M不可燃、M可再利用一分別為干燥后的干垃圾分類出來(lái)的可燃干燥物、不 可燃干燥物和可回收再利用干燥物的質(zhì)量(kg)；其中，M不可燃多為玻璃陶瓷和土石磚瓦 等不可燃無(wú)機(jī)物，M可再利用多為鐵屑、鋁、銅及塑料等可再利用物質(zhì)。M灰一為可燃干燥物(M可燃)在復(fù)合燃燒爐5中燃燒后殘留的草木灰類的質(zhì)量 (kg)。(2)、用本發(fā)明的垃圾“資源生態(tài)分離回收處置法”處置垃圾的熱平衡方程式為Q發(fā)電量+Q可燃+Q回收=Q干燥耗(Q水帶走)+Q爐電耗+Q它電耗+Q損+Q并 網(wǎng)……(式2)式中Q發(fā)電量一為太陽(yáng)能電池板光伏發(fā)電系統(tǒng)的總發(fā)電量(kcal)；Q可燃一為輸入復(fù)合燃燒爐中的可燃干垃圾燃燒所放出的熱量(kcal)；Q回收一為熱泵熱管系統(tǒng)從冷卻水中回收的熱量(kcal)；Q干燥耗一為輸入垃圾回轉(zhuǎn)干燥窯中的濕垃圾在其內(nèi)干燥所消耗的熱量(kcal)；Q水帶走一為冷卻水從冷凝熱交換器帶走的熱量(kcal)，Q干燥耗 Q水帶走；Q爐電耗一為太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)供給電熱可燃干垃圾復(fù)合燃燒爐的電量，即該 爐的耗電量(kcal)；Q它電耗一為系統(tǒng)其它設(shè)備的耗電量(kcal)；Q損一為整個(gè)系統(tǒng)的熱損失及各項(xiàng)功率損失(kcal)；Q并網(wǎng)一為太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)賣出電量(kcal)。(3)、用本發(fā)明的垃圾“資源生態(tài)分離回收處置法”處置垃圾的煙氣流量平衡方程 式為V干燥窯=V燃燒爐+V熱泵……(式3)式中V干燥窯一為流經(jīng)垃圾回轉(zhuǎn)干燥窯的煙氣流量，即總循環(huán)煙氣量(立方米/ 秒)；V燃燒爐一為流經(jīng)電熱可燃干垃圾復(fù)合燃燒爐的煙氣流量，即循環(huán)回路①(立方 米/秒)；V熱泵一為流經(jīng)熱泵熱管系統(tǒng)熱端的煙氣流量，即循環(huán)回路②(立方米/秒)；式1的等號(hào)右側(cè)共有4項(xiàng)，其中前兩項(xiàng)生態(tài)醋液和可燃干燥物正是本發(fā)明垃圾處 置過程得到的兩項(xiàng)有價(jià)值的產(chǎn)品。經(jīng)煙氣熏餾和精加工的生態(tài)醋液是多機(jī)能、多用途產(chǎn)品。經(jīng)本研究的化學(xué)檢測(cè)，其主要成分為水、有機(jī)酸、酚類、酮類、醇類等物質(zhì)。試驗(yàn)表明生態(tài) 醋液是一種良好的“除臭劑”，抗菌除惡臭效果極佳，具有極好的除臭、殺菌、驅(qū)蟲、防蟻、防 蠅等功效。可燃干燥物基本上都是有機(jī)物，由于已被充分干燥，其熱值約為8000Kcal/kg， 高于標(biāo)準(zhǔn)煤。如上所述，可就地送入燃燒爐中“干燒”，制備煙氣送入干燥窯干燥濕垃圾，這 樣的工藝過程不產(chǎn)生二噁英，且避免了垃圾蒸發(fā)液排放到大氣環(huán)境所造成的污染和能源浪 費(fèi)。可燃干燥物干燒后，其殘留物只是極致縮量的草木灰。本發(fā)明實(shí)施例表明100kg廚余 垃圾經(jīng)資源綠色分離，回收資源醋液70kg，占70%，得到可燃干垃圾13kg，占13%。這13kg 可燃干垃圾干燒后殘留的草木灰的重量?jī)HIkg左右，即占比約1%。當(dāng)然，草木灰是很好的 肥料，不用填埋。而等號(hào)右側(cè)后兩項(xiàng)玻璃陶瓷、土石磚瓦等不可燃無(wú)機(jī)物和鐵、銅及塑料等 可回收物也已被干燥殺菌消毒除臭，也均無(wú)害無(wú)毒，前者可制環(huán)保地磚或造水泥，后者可回 收再利用?？傊?，從式1中可看出，用本發(fā)明的垃圾“資源生態(tài)分離回收處置法”處置垃圾 沒有任何污染轉(zhuǎn)移，且垃圾“干燥_醋液回收_干燒”的結(jié)果回收得到了寶貴的資源物質(zhì)一 生態(tài)醋液。從式2可以看出，本發(fā)明處置垃圾過程中電能和熱能來(lái)源為太陽(yáng)能光伏發(fā)電、 可燃干垃圾燃燒和熱泵熱管系統(tǒng)的熱能回收，沒有使用煤炭石油等礦物燃料。在不考慮系 統(tǒng)熱損失的情況下，也就是從理論上講，上述13kg可燃干垃圾燃燒發(fā)熱量足以滿足干燥 IOOkg濕垃圾所需要的熱量，S卩，干燥濕垃圾燃干垃圾足矣(實(shí)際上有熱損失)。太陽(yáng)能發(fā) 電系統(tǒng)供電的電熱裝置有助于干燥垃圾在復(fù)合燃燒爐中實(shí)現(xiàn)高溫貧氧燃燒。太陽(yáng)能發(fā)電系 統(tǒng)和熱泵熱管系統(tǒng)用于垃圾處置工藝，既實(shí)現(xiàn)了垃圾處置“零礦物能耗”，又“零排放”，又資 源能源化。式3表明，本發(fā)明的綠色分離新工藝為“欠氧煙氣密閉循環(huán)系統(tǒng)”。系統(tǒng)中煙氣的 循環(huán)分為兩個(gè)回路，即電熱可燃干垃圾復(fù)合燃燒爐5煙氣回路①和二級(jí)熱泵熱管系統(tǒng)10煙 氣回路②。兩個(gè)回路可以同時(shí)運(yùn)行，也可以單獨(dú)運(yùn)行。另外，由風(fēng)機(jī)52向燃燒爐的送風(fēng)只 限于可燃干垃圾在燃燒爐中無(wú)焰燃燒的最低需氧量。本發(fā)明的工藝系統(tǒng)不向大氣環(huán)境排放 煙氣和垃圾蒸發(fā)液，從根本上實(shí)現(xiàn)了垃圾處置“零排放”和資源能源化。這是一種垃圾“綠 色分離新工藝”。
權(quán)利要求
一種“城市生活垃圾和污水污泥資源生態(tài)分離回收工藝及設(shè)備”—城市生活垃圾和污水污泥無(wú)害化、資源能源化處理新方式。即垃圾“資源生態(tài)分離回收處置法”或“干燥 醋液回收 干燒”法，或簡(jiǎn)稱為“醋液回收法”。
2.設(shè)置一個(gè)由垃圾干燥窯、垃圾蒸發(fā)液冷凝回收裝置(如氣液旋風(fēng)分離器、冷凝熱交 換器等)、燃燒爐等組成的用于垃圾“干燥_醋液回收_干燒”工藝的“欠氧煙氣密閉循環(huán) 系統(tǒng)”。
3.杜絕垃圾濕燒，實(shí)施先干燥后干燒。首先將濕垃圾輸送到垃圾干燥窯中用熱煙氣熏 餾干燥，干燥過程的煙氣溫度為110 150°C (最高不超過200°C )。垃圾干燥和燃燒實(shí)施 兩套設(shè)備、兩套工藝，分別為干燥和干燒，垃圾在“欠氧煙氣密閉循環(huán)系統(tǒng)”中的干燥窯和 燃燒爐兩個(gè)不同的裝置中分別進(jìn)行干燥和干燒。即垃圾含水不焚燒一干燥，垃圾焚燒不含 水一干燒。
4.系統(tǒng)為密閉循環(huán)式，煙氣及垃圾蒸發(fā)液不排往大氣。在干燥與干燒工序之間設(shè)置冷 凝熱交換器和氣液旋風(fēng)分離器等垃圾蒸發(fā)液回收裝置，對(duì)干燥過程中蒸發(fā)到熱氣流中的垃 圾蒸發(fā)液資源進(jìn)行回收，并經(jīng)靜置、過濾及再蒸餾等精制工藝制成資源“醋液”，即“生態(tài)醋 液”產(chǎn)品。本發(fā)明的“生態(tài)醋液”抗菌除臭功能極強(qiáng)，是一種良好的抗菌除臭劑。
5.經(jīng)前置氣液旋風(fēng)分離器和冷凝熱交換器脫水的煙氣進(jìn)入后置氣液旋風(fēng)分離器進(jìn)一 步脫水，再次回收資源“醋液”。氣液旋風(fēng)分離器出口煙氣通過管路返回燃燒爐，再次被加熱 升溫后送入干燥窯做下一次傳熱傳質(zhì)循環(huán)。
6.從干燥窯出來(lái)的干垃圾在無(wú)菌無(wú)臭無(wú)水的情況下進(jìn)行機(jī)電自動(dòng)“風(fēng)選”、“磁選”、“破 碎”和“密度復(fù)合分選”等工序，分類回收為可再利用、可燃和不可燃等三類資源物質(zhì)分別加 以利用。其中可燃干垃圾可輸送到本系統(tǒng)的燃燒爐中“干燒”，加熱循環(huán)煙氣至高溫。高溫 煙氣經(jīng)燃燒爐出口與旁通煙氣混合調(diào)溫后送入干燥窯中熏餾干燥垃圾，如此干燥濕垃圾燃 干垃圾，煙氣不斷循環(huán)傳熱傳質(zhì)。本工藝得到的可燃干垃圾產(chǎn)品也可作為各種鍋爐、火力發(fā) 電或水泥回轉(zhuǎn)窯的一般燃料。
7.本發(fā)明用于加熱制備循環(huán)熱煙氣的燃燒爐的燃燒狀態(tài)為高溫“貧氧燃燒”，即“無(wú)焰 燃燒”。設(shè)置太陽(yáng)能光伏發(fā)電供電系統(tǒng)為本發(fā)明的“電熱可燃干垃圾復(fù)合燃燒爐”的“電熱 煙氣預(yù)熱裝置”供電，預(yù)熱一定量空氣和煙氣溫度到900°C以上噴入燃燒爐，同時(shí)將可燃干 垃圾輸送到高溫氣流中干燒，如此可維持燃燒爐高溫貧氧燃燒。循環(huán)煙氣被加熱后再送入 干燥窯中熏餾干燥濕垃圾，如此循環(huán)不已。
8.設(shè)置熱泵熱管余熱回收系統(tǒng)為冷凝熱交換器的管程冷卻水的循環(huán)利用提供保證的 同時(shí)，將冷卻水從冷凝換熱器帶走的熱量回收并傳給流經(jīng)熱管熱端側(cè)的循環(huán)煙氣，使其溫 度達(dá)到150°C以上，循環(huán)干燥干燥窯中的濕垃圾。
9.本發(fā)明中的垃圾干燥窯的特征是臥式圓筒回轉(zhuǎn)式，也可以是外殼不轉(zhuǎn)而設(shè)內(nèi)轉(zhuǎn)子攪 拌器以攪拌濕垃圾。干燥窯設(shè)濕垃圾進(jìn)料口、干垃圾出料口、煙氣進(jìn)氣口和煙氣出氣口。
10.本發(fā)明中的燃燒爐是為干燥窯中的垃圾熏餾干燥制備循環(huán)熱煙氣的裝置，其結(jié)構(gòu) 特征是爐內(nèi)設(shè)有電熱煙氣預(yù)熱裝置，可維持爐膛高溫貧氧燃燒(無(wú)焰燃燒)。其熱源特征 是可燃干垃圾作燃料和太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)供電的電熱可燃干垃圾復(fù)合燃燒爐；或可燃 干垃圾和燃煤等作燃料的混合燃燒爐；或太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)供電的電熱爐；或其它工業(yè) 生產(chǎn)工藝過程的溫度為150°C以上的廢氣或乏汽(如來(lái)自于水泥回轉(zhuǎn)窯工藝廢氣、火電站汽輪機(jī)的乏汽、各種鍋爐和爐窯的排氣等)加干垃圾燃燒爐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種“城市生活垃圾和污水污泥資源生態(tài)分離回收工藝及設(shè)備”—垃圾處置的新方式。傳統(tǒng)的垃圾焚燒，易產(chǎn)生二噁英且垃圾蒸發(fā)液排往大氣，造成大氣環(huán)境污染和資源能源浪費(fèi)。本發(fā)明是一個(gè)由干燥窯、蒸發(fā)液回收裝置和燃燒爐等組成的用于垃圾“干燥-醋液回收-干燒”工藝的煙氣密閉循環(huán)系統(tǒng)；垃圾先入干燥窯熏餾干燥；再由冷凝器和旋風(fēng)器對(duì)出窯煙氣中的蒸發(fā)液進(jìn)行回收并精制成資源醋液；出窯干垃圾分類回收為可再利用、可燃和不可燃等三類無(wú)害資源物；可燃干垃圾輸入燃燒爐高溫貧氧燃燒，加熱循環(huán)煙氣再送入干燥窯循環(huán)傳熱傳質(zhì)。本綠色分離工藝可抑制二噁英生成，煙氣和蒸發(fā)液不排往大氣而資源全回收，實(shí)現(xiàn)了垃圾處置零排放和資源能源化。
文檔編號(hào)B09B5/00GK101992204SQ20101054064
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者矯學(xué)成, 矯學(xué)真, 矯捷 申請(qǐng)人:矯學(xué)真;矯學(xué)成;矯捷