一种三段式垃圾焚烧系统及方法与流程

1.本发明涉及环境工程领域，具体涉及一种三段式垃圾焚烧系统及方法。


背景技术：

2.随着经济的快速发展和城市化进程的不断加快，固体废弃物的产生量快速增长，生活垃圾已成为制约社会发展的一大关键因素，不仅占用大量土地，还会对生态环境和人类健康造成巨大危害。
3.焚烧作为城市生活垃圾处置的主要方式，其减容、减量效果显著，可实现能源化利用。然而，生活垃圾中含有大量含氯组分，例如塑料、厨余、橡胶、皮革、电子废弃物等，氯的质量含量在0.05％～0.25％之间。在垃圾分类收集与处理处置体系尚不完善的情况下，大量含氯组分仍然与其他组分一起进入垃圾焚烧炉。焚烧过程释放出来的氯主要以hcl的形式进入烟气，不仅会腐蚀焚烧设备，污染土壤与水体，还会导致剧毒物质二噁英的生成。因此，必须重视生活垃圾焚烧过程氯的控制与减排。对于生活垃圾焚烧炉的氯的控制主要有炉前和炉后脱氯两种方式，炉前脱氯依赖于完善的垃圾分类以及科学的分选，实现难度较大，炉后脱氯需要配套脱酸塔等治理设施，运行维护成本较高，且难以避免氯引起的受热面高温腐蚀及二噁英生成的问题。向焚烧炉内喷入石灰石、消石灰或者cao、ca(oh)2浆液的方法亦可以脱除焚烧过程中的hcl，但存在脱氯效率不高、制浆工艺复杂、药剂使用量大等问题，且nacl、kcl等无机氯源导致的受热面高温腐蚀问题依然存在。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种用于焚烧城市生活垃圾且不容易产生二噁英及炉内受热面高温腐蚀的三段式垃圾焚烧系统及方法。
5.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种三段式垃圾焚烧系统，包括热解室、混合气化室、气相燃烬室、固相燃烬室，热解室内设有第一往复炉排，混合气化室内设有第二往复炉排，固相燃烬室内设有第三往复炉排，第一往复炉排、第二往复炉排和第三往复炉排依次连接，第二往复炉排的上方区域和第三往复炉排的上方区域均连通气相燃烬室，气相燃烬室上设有第二排气结构，热解室上设有第一排气结构。
6.作为一种优选，一种三段式垃圾焚烧系统还包括换热器、烟气旁通管，第二排气结构通过烟气旁通管连接换热器，烟气旁通管上设有阀门，换热器连接热解室并为热解室供热。
7.作为一种优选，第一往复炉排、第二往复炉排和第三往复炉排的倾角均在 5
°
～10
°
范围内。
8.一种三段式垃圾焚烧方法，采用上述一种三段式垃圾焚烧系统，包括如下步骤：
9.s1，将生活垃圾送入热解室，进行热解，热解产生的气体经第一排气结构送出并通入脱酸塔处理；
10.s2，通过第一往复炉排的运动将热解后的生活垃圾送入混合气化室，往混合气化
室中加入可燃性固体废弃物，使可燃性固体废弃物与生活垃圾混合并气化，产生气化气和气化残渣；
11.s3，通过第二往复炉排的运动将气化残渣送入固相燃烬室中燃烧，产生烟气和灰渣，烟气和气化气均进入气相燃烬室中燃烧，采用喷枪对气相燃烬室内喷射吸附剂，气相燃烬室中燃烧产生的燃烬烟气经第二排气结构排出。
12.作为一种优选，步骤s1中，采用螺旋给料机将生活垃圾送入热解室中，步骤s2中，采用螺旋给料机将可燃性固体废弃物送入混合气化室中。
13.作为一种优选，步骤s1中，热解室的热解温度控制在250
‑
320℃范围内。
14.作为一种优选，步骤s2中，控制混合气化室的气化温度在650
‑
800℃范围内。
15.作为一种优选，步骤s2中，控制气化过程的当量空气系数在0.5
‑
0.8之间。
16.作为一种优选，步骤s3中，吸附剂为cao、caco3、ca(oh)2、mgo、 mgco3、白云石、方解石、菱镁矿、橄榄石中的一种或多种。
17.上述三段式垃圾焚烧脱氯系统及方法的原理如下。
18.热解室中的脱氯反应主要针对生活垃圾中的有机氯源。作为一种有机氯源，pvc塑料是生活垃圾中氯元素的主要来源，在较低温度下(250～320 ℃)热解即可以hcl的形式释放出绝大部分氯(式1)，因此设置热解室能有效去除生活垃圾中的主要氯源，且产生的hcl通过热解室的第一排气结构排出，不进入混合气化室和燃烬室，大大减少了炉内及尾部烟道二噁英的生成量。此外，在250
‑
320℃范围内，其他可燃性挥发分(如h2、ch4、co等)的析出较少，不会造成可燃成分的流失。热解段所需温度较低，可由焚烧后产生的烟气换热提供。
19.pvc
→
hcl de
‑
hcl pvc
ꢀꢀ
(1)
20.de
‑
hcl pvc为脱氯后pvc残渣。
21.混合气化室中，生活垃圾与可燃性固体废弃物混合气化，可燃性固体废弃物为低氯物料，混合气化过程主要针对生活垃圾中的无机氯源(主要为nacl、 kcl)。nacl和kcl受热挥发并沉积在高温受热面，对受热面的腐蚀作用显著强于hcl，因此需要减少高温受热面沉积物中的nacl和kcl含量。氯含量低的可燃性固体废弃物中的al、si、ca、fe、s、p等成分可以与氯盐发生反应，生成稳定、不易挥发的化合物(式2、式3)，从而减少高温受热面沉积物中 nacl和kcl的含量，大大降低受热面高温腐蚀的风险。
22.al2si2o5oh4→
al2o3·
2sio2 2h2o
ꢀꢀ
(2)
23.al2o3·
2sio2 2mcl
→
m2o
·
al2o3·
2sio2 2hcl
ꢀꢀ
(3)
24.其中m可以是k或者na。
25.气相燃烬室中，喷入吸附剂，与气相中的剩余氯发生化学反应(例如式4、式5)，大大减少烟气中氯的含量，实现深度脱氯。
26.cao 2hcl
→
cacl2 h2o
ꢀꢀ
(4)
27.mgo 2hcl
→
mgcl2 h2o
ꢀꢀ
(5)
28.总的说来，本发明具有如下优点：
29.1、本发明采用热解脱氯反应、低氯物料混合气化固定以及燃烬过程吸附剂吸附的三段式垃圾焚烧系统，实现炉内深度脱氯，在不同的阶段分别对有机氯、无机氯和剩余氯进行有针对性的处理，脱氯效率在95％以上，有效避免氯引起的二噁英生成以及受热面高温腐蚀的问题。
30.2、本发明中采用污泥、生物质、藻渣等可燃性固体废弃物进行混合气化，实现可燃固体废弃物的协同处置；热解过程中脱氯反应已经去除了大部分氯，因此燃烬过程仅需加入少量的吸附剂即可实现深度脱氯，削减了药剂使用量和成本，由此产生的底渣量也大大减少，因此本发明具有原料廉价易得、运行成本低、废渣产生少、适用范围广等优点。
附图说明
31.图1为一种三段式垃圾焚烧系统的示意图。
32.其中，1为热解室，2为混合气化室，3为固相燃烬室，4为气相燃烬室， 5为底渣收集装置，6为换热器，7为螺旋给料机，8为液压驱动装置，9为烟气旁通管。
33.11为第一往复炉排，12为第一排气结构。21为第二往复炉排，22为第二空气入口。31为第三往复炉排，32为第三空气入口。41为燃烧器，42为第一空气入口，43为喷枪。
具体实施方式
34.下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
35.实施例一
36.如图1所示，一种三段式垃圾焚烧系统，包括热解室1、混合气化室2、气相燃烬室4、固相燃烬室3，热解室内设有第一往复炉排11，混合气化室内设有第二往复炉排21，固相燃烬室内设有第三往复炉排31，第一往复炉排、第二往复炉排和第三往复炉排依次连接，第二往复炉排的上方区域和第三往复炉排的上方区域均连通气相燃烬室，气相燃烬室上设有第二排气结构，热解室上设有第一排气结构12。
37.一种三段式垃圾焚烧系统还包括换热器6、烟气旁通管9，第二排气结构通过烟气旁通管连接换热器，烟气旁通管上设有阀门，换热器连接热解室并为热解室供热。
38.第一往复炉排、第二往复炉排和第三往复炉排的倾角均在5
°
～10
°
范围内。
39.气相燃烬室上设有第一空气入口42，第二往复炉排的底部设有第二空气入口22，第三往复炉排的底部设有第三空气入口32，使用时分别采用鼓风机向第一空气入口、第二空气入口和第三空气入口鼓入热空气。
40.气相燃烬室内设有燃烧器41。
41.第三往复炉排的出口处设有底渣收集装置5，固相燃烬室中燃烧产生的底渣进入底渣收集装置中。一种三段式垃圾焚烧方法还包括螺旋给料机7，螺旋给料机通过驱动电机驱动给料，第一往复炉排、第二往复炉排和第三往复炉排均由液压驱动装置8驱动运行。
42.一种三段式垃圾焚烧方法，采用上述一种三段式垃圾焚烧系统，包括如下步骤：
43.s1，将生活垃圾送入热解室，进行热解，热解产生的气体经第一排气结构送出并通入脱酸塔处理；
44.s2，通过第一往复炉排的运动将热解后的生活垃圾送入混合气化室，往混合气化室中加入可燃性固体废弃物，使可燃性固体废弃物与生活垃圾混合并气化，产生气化气和气化残渣；
45.s3，通过第二往复炉排的运动将气化残渣送入固相燃烬室中燃烧，产生烟气和灰渣，烟气和气化气均进入气相燃烬室中燃烧，采用喷枪43对气相燃烬室内喷射吸附剂，气相燃烬室中燃烧产生的燃烬烟气经第二排气结构排出。
46.步骤s1中，采用螺旋给料机将生活垃圾送入热解室中，步骤s2中，采用螺旋给料机将可燃性固体废弃物送入混合气化室中。
47.步骤s1中，热解室的热解温度控制在250
‑
320℃范围内。通过控制换热器中通入的高温烟气的量，可控制热解室温度。在250
‑
320℃这个温度段， hcl可以绝大部分析出，而其他可燃挥发分较少析出。
48.步骤s2中，控制混合气化室的气化温度在650
‑
800℃范围内。通过控制第二空气入口通入的空气的量，可控制气化室温度。
49.步骤s2中，控制气化过程的当量空气系数在0.5
‑
0.8之间。
50.步骤s3中，吸附剂为cao、caco3、ca(oh)2、mgo、mgco3、白云石、方解石、菱镁矿、橄榄石的一种或多种。喷枪喷射吸附剂对气相燃烬室内剩余氯进行吸附，实现炉内的深度脱氯。
51.本实施例中，吸附剂具体为cao。
52.实施例二
53.本实施例中，吸附剂具体为天然矿物白云石。
54.本实施例未提及部分同实施例一。
55.实施例三
56.本实施例中，吸附剂具体为cao和mgo。
57.本实施例未提及部分同实施例一。
58.上述实施例为发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。