申请日2015.05.28
公开(公告)日2015.09.02
IPC分类号F23G5/00; F23G5/44; F23G5/46; B01D53/26; F22B1/18; B01D53/75; B01D46/02; F23J15/00
摘要
本发明公开了一种利用机械炉排炉协同焚烧半干污泥及生活垃圾的系统及其工艺方法。该方法以城市生活垃圾作为主要燃料、半干污泥(含水率为25-35%)作为协同焚烧物，在进料单元内集中完成上料、卸料后，分别由抓斗抓取、投料入炉焚烧，本系统运行方式为连续运行，设定每抓取10-13斗生活垃圾，抓取1斗半干污泥，每斗生活垃圾的抓取间隔时间为15-30分钟。焚烧产生的烟气进入余热锅炉产生蒸汽。蒸汽带动蒸汽轮机，驱动发电机发电。余热锅炉排出的废烟气，经后续处理后进入烟囱排放。本发明提供的系统和工艺实现协同焚烧半干污泥和生活垃圾，利用城市垃圾焚烧中现有的机械炉排炉进行污泥和生活垃圾的协同焚烧，对城市固体废弃物的减量化处置起到显著的成效。
权利要求书
1. 一种利用机械炉排炉协同焚烧半干污泥及生活垃圾的系统，其特征在于，该系统主要由进料单元、焚烧单元、发电单元、烟气处理单元组成;其中，
所述进料单元包括上料装置、垃圾储坑和进料抓斗;
所述焚烧单元包括机械炉排炉垃圾焚烧炉;
所述发电单元包括蒸汽轮机和发电机;
所述烟气处理单元包括余热锅炉、减温塔、消石灰投加系统和活性炭投加系统、袋式除尘器、引风机、湿式洗涤塔、排烟再加热器;其中，
所述进料单元、焚烧单元、烟气处理单元为依次串联;所述焚烧单元的机械炉排炉垃圾焚烧炉与所述余热锅炉的烟气入口通过管道相连，所述余热锅炉的蒸汽出口通过管道与所述发电单元的所述蒸汽轮机相连接，所述余热锅炉的尾气出口与所述烟气处理单元的所述减温塔、所述袋式除尘器、所述引风机、所述湿式洗涤塔、所述排烟再加热器依次通过管道串联，所述消石灰投加系统和所述活性炭投加系统分别在所述减温塔的两个烟气出口处接入烟气处理单元。
2.如权利要求1所述的利用机械炉排炉协同焚烧半干污泥及生活垃圾的系统，其特征在于，所述垃圾储坑设置不同位置以分别储存半干污泥和生活垃圾。
3. 如权利要求1所述的利用机械炉排炉协同焚烧半干污泥及生活垃圾的系统，其特征在于，所述消石灰投加系统包括消石灰储罐、罗茨风机和圆盘给料机。
4. 如权利要求1所述的利用机械炉排炉协同焚烧半干污泥及生活垃圾的系统，其特征在于，所述活性炭投加系统包括活性炭储罐、罗茨风机和圆盘给料机。
5. 如权利要求1所述的利用机械炉排炉协同焚烧半干污泥及生活垃圾的系统，其特征在于，所述排烟再加热器为烟气加热器。
6. 一种利用权利要求1-5中任一所述的系统协同焚烧半干污泥及生活垃圾的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
(1)将生活垃圾、半干污泥分别用上料装置倾倒入垃圾储坑中的不同位置，然后用进料抓斗抓取生活垃圾，投入机械炉排炉垃圾焚烧炉进行焚烧;其中，每抓取10-13斗所述生活垃圾，抓取1斗所述半干污泥;每斗生活垃圾的抓取间隔时间为15-30分钟;所述半干污泥含水率为25-35%;协同焚烧过程炉温为900-1000℃，烟气出口烟气温度为850-1000℃;
(2)生活垃圾和半干污泥在机械炉排炉垃圾焚烧炉内的焚烧过程产生的高温烟气，从余热锅炉的烟气入口进入余热锅炉，产生的蒸汽通过余热锅炉的蒸汽出口进入蒸汽轮机，由蒸汽轮机驱动发电机发电;
(3)余热锅炉排出的废烟气经余热锅炉的尾气出口进入减温塔，经过减温塔减温，烟气温度被降至170-175℃;降温后的烟气在管道中与消石灰投加系统和活性炭投加系统分别喷入的消石灰和活性炭反应进行初步净化，分别脱除烟气中的酸性气体和二噁英，初步净化后的烟气随后进入袋式除尘器，脱除其中的飞灰和粉尘;
(4)脱除飞灰和粉尘的烟气由引风机送入湿式洗涤塔进一步脱除酸性气体，随后烟气通过排烟再加热器脱除水分，并进入烟囱排放至大气。
7. 如权利要求6所述的协同焚烧半干污泥及生活垃圾的方法，其特征在于，所述步骤(3)中喷入的消石灰和活性炭，分别由消石灰投加系统、活性炭投加系统从两个相互独立设置的投加接口喷入。
8. 如权利要求6所述的协同焚烧半干污泥及生活垃圾的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的减温塔和袋式除尘器底部分别产生并排出的飞灰和粉尘，经过稳定化处理后，送至填埋处置。
9. 如权利要求6所述的协同焚烧半干污泥及生活垃圾的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的湿式洗涤塔产生的污水，由一污水处理系统处理达标后排放。
10. 如权利要求6所述的协同焚烧半干污泥及生活垃圾的方法，其特征在于，所述机械炉排炉垃圾焚烧炉产生的炉渣经稳定化处理后填埋。
11. 如权利要求6所述的协同焚烧半干污泥及生活垃圾的方法，其特征在于，所述生活垃圾容重为0.4-0.6t/m3，半干污泥的容重为0.2-0.35t/m3。
12. 如权利要求6所述的协同焚烧半干污泥及生活垃圾的方法，其特征在于，所述系统的运行方式为连续运行。
说明书
一种协同焚烧半干污泥和生活垃圾的系统和方法
技术领域
本发明涉及半干污泥与生活垃圾协同焚烧的系统及其方法，尤其是一种利用机械炉排炉协同焚烧半干污泥及生活垃圾的系统及其方法。
背景技术
随着经济社会的高速发展和城镇化建设的加快，城镇的污水处理量迅速增长，污水处理厂的污泥也急剧增长，据统计中国目前城镇污水处理厂污泥的年产量已超过3000万吨。污泥中含有大量的有机物、丰富的氮磷等营养物、重金属以及病菌和病原菌等，如果不加以处理任其排放，会对环境造成严重的污染。如何有效和经济地处理处置剩余污泥和实现污泥资源化利用已成为一个世界性的环境问题，也是中国面临的一个无法回避的问题。
目前污泥的处理处置方式主要有卫生填埋、土地利用和焚烧等多种，但都存在一定的弊端和不足。卫生填埋可能出现有害物质渗漏对地下水造成污染，且将占用较多的土地资源;土地利用可能出现农产品受污染和社会公众安全问题;焚烧处理的建设和运行成本高。
同时，目前焚烧处理已逐渐成为城市生活垃圾的主要解决方案，能有效实现生活垃圾的无害化、减量化和资源化，中国的垃圾焚烧产业已进入发展的黄金期，各大城市都在新建垃圾焚烧处理项目。如何利用生活垃圾焚烧处理的优势来解决污泥的处理处置问题，成为了行业的研究热点。
因此，国内外开展了污泥与生活垃圾混烧的研究探索以及工程实践。如德国有10座生活垃圾焚烧设施在稳定的掺烧污水污泥，早期污泥掺烧量达到20%～30%，如德Ingolstadt污泥-生活垃圾焚烧厂，污泥干化后形成污泥颗粒与固体废弃物一起在炉排炉炉中混烧。日本约有70%以上的污泥分散到各垃圾焚烧厂掺烧处理，垃圾焚烧炉型包括机械炉排炉和流化床炉排炉，以炉排炉掺烧的企业有日立造船和三菱重工等垃圾焚烧厂，如日本长野垃圾焚烧厂，处理量为180t/d，掺烧脱水污泥量为5%～10%;日本山行县西山村垃圾焚烧厂，处理量为100t/d，掺烧脱水污泥量为5%～10%。
炉排炉技术协同焚烧污泥具有掺烧规模较大、炉排磨损小的优势，从目前的运行及新建案例来看，机械炉排炉炉型处理规模大、对进料适应范围广、运行可靠性更高等，炉排炉掺烧污泥应用逐渐增多。同时，我国垃圾焚烧行业经过多年的发展，以机械炉排炉为主的垃圾焚烧工艺相对完善，并具有一定的规模，而且目前焚烧炉使用较多、且单炉处理容量大的炉型主要是机械炉排焚烧炉，且大量新建项目或规划项目对污泥与垃圾掺烧接口进行了预留设计考虑，垃圾炉排基本具备掺烧污泥的条件。因此开发一种合适的系统和工艺，利用机械炉排炉进行污泥和生活垃圾的协同焚烧，将对城市固体废弃物的减量化处置起到显著的成效。
发明内容
本发明提供一种利用机械炉排炉协同焚烧半干污泥和生活垃圾的系统和方法，以解决现有技术中尚无合适的系统和工艺实现协同焚烧半干污泥和生活垃圾的上述缺陷。
本发明的技术方案如下：
一种利用机械炉排炉协同焚烧半干污泥及生活垃圾的系统，该系统主要由进料单元、焚烧单元、发电单元、烟气处理单元组成;其中，
进料单元包括上料装置、垃圾储坑和进料抓斗;与现有的喷洒进料相比，本发明该系统的进料单元采用抓取进料方式，使本发明的进料方式适用于任何形态、任意种类的垃圾，比如袋装的生活垃圾及污泥、未经过粉碎分类的生活垃圾及污泥，前期处理简单，大大节省了前期处理成本;而喷洒进料方式对污泥的粒径、杂物的含量都有严格要求，否则喷洒时容易造成设备堵塞，因此大幅度增加了前期处理成本。本发明采用的抓斗进料，则不存在上述问题，而且大大简化了前处理过程;
焚烧单元包括机械炉排炉垃圾焚烧炉;
发电单元包括蒸汽轮机和发电机;
烟气处理单元包括余热锅炉、减温塔、消石灰投加系统和活性炭投加系统、袋式除尘器、引风机、湿式洗涤塔、排烟再加热器;
由于余热锅炉出来的烟气温度为190-245℃，此时的温度较高，因此必须设置所述减温塔，使烟气在减温塔内喷水降温，降至170-175℃，降温后的烟气才能与消石灰投加系统投加的消石灰进行化学反应;化学反应完毕后，通过袋式除尘器去除烟气中的颗粒物以及未充分反应的消石灰和活性炭。因此减温塔必须设置在余热锅炉和袋式除尘器之间。
排烟再加热器的设置是对含有水分的烟气进行加热，防止烟囱排气时有“白雾”的现象发生。通常地，排烟再加热器可使用烟气加热器。
所述进料单元、焚烧单元、烟气处理单元为依次串联;所述焚烧单元的机械炉排炉垃圾焚烧炉与余热锅炉的烟气入口通过管道相连，余热锅炉的蒸汽出口通过管道与发电单元的蒸汽轮机相连接，余热锅炉的尾气出口与烟气处理单元中的减温塔、袋式除尘器、引风机、湿式洗涤塔、排烟再加热器依次通过管道串联，消石灰投加系统和活性炭投加系统分别在减温塔的两个分别设置的烟气出口处接入烟气处理单元。
所述垃圾储坑设置不同位置以分别储存半干污泥和生活垃圾。
所述消石灰投加系统包括消石灰储罐、罗茨风机和圆盘给料机。
所述活性炭投加系统包括活性炭储罐、罗茨风机和圆盘给料机。
本发明同时还提供一种利用机械炉排炉协同焚烧半干污泥及生活垃圾的上述系统的运行方法，具体步骤主要包括：
(1)将生活垃圾、半干污泥分别用上料装置倾倒入垃圾储坑中的不同位置，然后用进料抓斗抓取生活垃圾，投入机械炉排炉垃圾焚烧炉进行焚烧;其中，每抓取10-13斗生活垃圾，抓取1斗半干污泥，具体地，生活垃圾容重约为0.4-0.6t/m3，半干污泥的容重约为0.2-0.35t/m3，每斗生活垃圾的抓取间隔时间为15-30分钟;所述半干污泥含水率为25-35%;协同焚烧过程炉温为900-1000℃，出口烟气温度为850-1000℃;
协同焚烧过程炉温选定为900-1000℃，可以有效降低二噁英的产生;
(2)生活垃圾和半干污泥在机械炉排炉垃圾焚烧炉内的焚烧过程产生的高温烟气，从余热锅炉的烟气入口进入余热锅炉，产生的蒸汽通过余热锅炉的蒸汽出口进入蒸汽轮机，由蒸汽轮机驱动发电机发电，产生的电力可供垃圾焚烧厂使用，或者接入电网售电;
(3)余热锅炉排出的废烟气经余热锅炉的尾气出口进入减温塔，经过减温塔减温，烟气温度被降至170-175℃;降温后的烟气在管道中与消石灰投加系统和活性炭投加系统分别喷入的消石灰和活性炭反应进行初步净化，分别脱除烟气中的酸性气体和二噁英，初步净化后的烟气随后进入袋式除尘器，脱除其中的飞灰和粉尘;
烟气温度经过减温塔被降至170-175℃这个温度区间的目的是为了保证烟气中的酸性气体和消石灰充分反应，高于或者低于这个区间，上述反应效率将大大降低;
(4)脱除飞灰和粉尘的烟气由引风机送入湿式洗涤塔进一步脱除酸性气体，随后烟气通过排烟再加热器脱除水分，并进入烟囱排放至大气。
所述步骤(3)中喷入的消石灰和活性炭，分别由消石灰投加系统、活性炭投加系统从两个相互独立设置的投加接口喷入。
所述步骤(3)中的减温塔和袋式除尘器底部分别产生并排出的飞灰和粉尘，经过稳定化处理后，送至填埋处置。
所述步骤(4)中的湿式洗涤塔产生的污水，由一污水处理系统处理达标后排放。
所述机械炉排炉垃圾焚烧炉产生的炉渣经稳定化处理后填埋。
所述系统的运行方式为连续运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
第一.本发明提供了一种合适的系统和工艺实现协同焚烧半干污泥和生活垃圾，利用城市垃圾焚烧中现有的机械炉排炉进行污泥和生活垃圾的协同焚烧，对城市固体废弃物的减量化处置起到显著的成效;
第二，本发明提供的协同焚烧半干污泥及生活垃圾的系统和方法，其进料方式适用性广，该进料方式的合适设置大大减少了前处理的工艺步骤和成本，使本发明的协同焚烧半干污泥及生活垃圾的系统和方法适用于任何形态、任意种类的垃圾，比如袋装的生活垃圾及污泥、未经过粉碎分类的生活垃圾及污泥;
第三，本发明的协同焚烧半干污泥及生活垃圾系统和方法严格配合上述的进料方式，可以有效实现协同焚烧半干污泥及生活垃圾，而且可以使用现有的垃圾焚烧装置和系统，便于在工业中推广应用;
第四，本发明采用消石灰投加系统和湿式洗涤塔两次去除酸，更有效去除烟气中的酸，减少对大气的污染;
第五，本系统运行方式为连续运行，更适合于工业化生产。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。