CN100369848C - 城市生活垃圾烧制水泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于城市生活垃圾的无害化处理及水泥工业产品化应用领域，主要涉及的是一种城市生活垃圾烧制水泥的方法。其是在现有水泥预分解窑系统设置垃圾焚烧炉，该垃圾焚烧炉利用水泥熟料冷却机的热风对垃圾进行焚烧，并将垃圾焚烧产生的热烟气送入分解炉作为水泥生料分解的热能。本发明设计独特，设计合理，其利用现有预分解窑水泥生产线对城市生活垃圾进行无害化处理，不仅可以利用垃圾的可燃质焚烧来烧水泥熟料，而且还可利用全部灰烬作水泥原料与混合材料，避免二次污染，同时还利用水泥熟料烧成系统的碱性环境来处理垃圾焚烧产生的酸性气体从而实现垃圾处理的无害化。为城市生活垃圾的无害化、资源化处理提供了一条好的解决方法，同时降低了城市生活垃圾的处理成本及水泥生产的成本。
Description
所属技术领域
本发明属于城市生活垃圾的无害化处理及水泥工业产品化应用领域，主要涉及的是一种城市生活垃圾烧制水泥的方法。
背景技术
当前国内外处理城市生活垃圾最先进的方法是焚烧垃圾发电的方法。这种方法可以利用垃圾的可燃质发热发电，但存在的问题是：对垃圾中约含70％的非可燃质(即垃圾的灰烬)却不能利用，造成二次污染；焚烧垃圾产生的有害气体需专门系统及设备进行处理，投资巨大。
发明内容
本发明的目的即由此产生，提出一种城市生活垃圾烧制水泥的方法。该方法将水泥的生产和城市生活垃圾的焚烧处理有机地结合起来，利用现有预分解窑水泥生产线实现对城市生活垃圾无害化、资源化处理，同时利用垃圾的可燃质焚烧来烧水泥熟料，并可将垃圾灰烬作为水泥的生产原料及混合材料。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：在现有水泥预分解窑系统设置垃圾焚烧炉，该垃圾焚烧炉利用水泥熟料冷却机的热风对垃圾进行焚烧，并将垃圾焚烧产生的热烟气送入分解炉作为水泥生料分解的热能。
本发明所述的垃圾焚烧炉由悬浮式燃烧炉和回转式焚烧炉构成，悬浮式燃烧炉为立式设置，其上端设有垃圾入口及排气口，内部具有上下两个燃烧室，该两个燃烧室的连通部位为一缩口结构，在上下两个燃烧室内均设置有分层排列的分料锥；回转式焚烧炉为卧式设置，由驱动装置驱动旋转，其一端与悬浮式燃烧炉的下部连通，另一端设有炉尾密封装置、进风口及垃圾灰烬出口，其内均布有扬料板。
本发明利用现有预分解窑水泥生产线对城市生活垃圾进行无害化处理，不仅可以利用垃圾的可燃质焚烧来烧水泥熟料，而且还可利用全部灰烬作水泥原料与混合材料，避免二次污染，同时还利用水泥熟料烧成系统的碱性环境来处理垃圾焚烧产生的酸性气体从而实现垃圾处理的无害化。为城市生活垃圾的无害化、资源化处理提供了一条好的解决方法，同时降低了城市生活垃圾的处理成本及水泥生产的成本。
本发明具有较好社会效益与经济效益。
节省建厂投资：日处理垃圾1200吨(中等城市生活垃圾日产量)水泥厂的建厂投资约为同等处理能力发电厂建厂投资的三分之一。
水泥厂烧生活垃圾的直接经济效益：以日处理1200吨生活垃圾的水泥厂为例。其规模为年产水泥100万吨，垃圾代煤，代粘土，代混合材料及非金属回收四项合计，水泥厂每年可净增利润1500万元。
本发明不仅充分利用了垃圾的潜在价值，而且较好地解决了垃圾的污染问题。具体如下：
1、垃圾潜在热的利用
中等城市如本市垃圾的组分与全国大中城市的垃圾组分相似如表1所示。
表1 本市生活垃圾的组分(％)
| 动植物 | 灰土 | 砖瓦 | 纸片 | 塑料 | 织物 | 玻璃 | 金属木材 | 其它 |
| 7.44 | 74.63 | 8.54 | 0.95 | 5.75 | 0.43 | 0.70 | 0.59 | 0.96 |
垃圾的热值为5746千焦/千克，而水泥熟料的热耗约为3600千焦/千克，一般讲垃圾的热值不小于4180千焦/千克便具有燃烧回收热能的价值。随着人们生活水平不断提高，垃圾的热值也不断增大，其燃烧热利用价值更大。
2、垃圾灰烬的利用
垃圾灰烬的化学组成类似于烧粘土，如本市垃圾灰烬的化学组成由表2所示。
表2 本市垃圾灰烬化学组成(％)
| 物料 | 烧失量 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Cl | 水分 |
| 灰烬 | 2.18 | 62.78 | 14.52 | 7.08 | 10.80 | 2.63 | 0.25 | ------ |
| 粘土 | 6.01 | 67.28 | 13.14 | 5.15 | 4.68 | 0.69 | 15.0 | |
| 煤矸石 | 9.60 | 60.56 | 16.70 | 4.84 | 2.72 | 0.98 | 5.4 |
从上表可知垃圾灰烬可以作水泥粘土质原料及混合材料。具体技术情况如下：
垃圾灰烬作水泥粘土质原料。
水泥生产一般使用三种原料即石灰石，粘土和铁粉。使用垃圾灰烬代粘土原料时，为了符合水泥熟料组成的要求往往需要增加校正原料，形成4种原料配料。如洛阳市垃圾灰烬的成分与粘土相比SiO2含量较低，在配料时需加入硅质校正原料砂岩，成四种原料配料即：石灰石，垃圾灰烬，砂岩及铁粉。
垃圾灰烬作水泥混合材料。
垃圾灰烬的组成类似于烧粘土，它属于火山灰质混合材，如洛阳市垃圾灰烬符合国家标准(GB/T2847-1996用于水泥中的火山灰质混合材料)的技术要求，如表3所示
表3 洛阳市垃圾灰烬与国家标准技术要求比较
| 项目 | 国标要求值 | 垃圾灰烬值 | 符合国标 |
| 烧失量(％) | ≤10 | 2.18 | 符合 |
| SO3(％) | ≤3.0 | 2.19 | 符合 |
| 火山灰性试验 | 合格 | 合格 | 符合 |
| 水泥胶砂28天抗压强度比(％) | ≥62 | 82.8 | 符合 |
3、垃圾焚烧烟气中的污染物的处理
垃圾焚烧后，依据烟气中污染物的性质不同可将其分为颗粒物，酸性气体，重金属和有机污染物四大类。利用现有水泥预分解窑系统处理这四类污染物的方法如下：
(1)颗粒物的处理：
颗粒物包括尘土和垃圾焚烧产生的飞灰，其组成与垃圾灰烬相似，被窑尾最下一级旋风筒收集入窑与生料共同被烧成水泥熟料。
(2)酸性气体的处理
垃圾焚烧产生的酸性气体包括氯化氢(HCl)，硫氧化物(Sox)，氮氧化物(NOx)，氟化氢及一氧化碳。
HCl，HF，SOx的处理
水泥预分解窑系统是一个氧化钙含量较高的碱性环境，同时根据需要还可以在窑尾增湿塔内喷洒石灰水与酸性气体HCl，HF，Sox发生中和反应而使其被处理。其化学反应式如下：
2HCl+Ca(OH)2＝CaCl2+2H2O
2HF+Ca(OH)2＝CaF2+2H2O
SO2+Ca(OH)2＝CaSO3+H2O
这些酸性气体被处理形成的钙盐对水泥是有益的。如CaF2是水泥熟料煅烧用的矿化剂，硫酸盐不仅可作矿化剂而且在水泥中起缓凝剂的作用。CaCl2在水泥中起早强剂的作用。
NOx的处理：
NOx是指NO，NO2的混合气体，其中前者是无害的。NOx的形成温度≥1200℃，垃圾焚烧炉的温度约1000℃所以出垃圾焚烧炉烟气的NOx含量是很低的。
CO的处理：
CO是因不完全燃烧所致，因此应保证垃圾燃烧时的O2含量，温度，垃圾的粒度及其分散度即可使垃圾充分燃烧，尽可能减少CO的含量。
(3)有机污染物的处理
有机污染物包括有毒的二惡英，呋喃，病菌及其他有机物。它们的主要组分是碳，氢，氧，一烧了之。在垃圾焚烧炉内温度超过850℃时就会分解并燃烧，形成酸性气体和水分，然后进入水泥生料分解炉及后续设备被利用即无害化处理。
(4)重金属的处理
垃圾焚烧形成的的重金属及其化合物如汞，铅，镉及其他重金属和它们的化合物。在垃圾焚烧炉中重金属及其化合物在高温下蒸发，进入水泥生料分解炉，预热器及后续设备后会附着在生料上入窑被烧成熟料而进入水泥，其量很小。在水泥的应用中它们被固化在混凝土里而被无害化处理。
附图说明
附图1为本发明垃圾焚烧炉的结构示意图。
图中：1、排气口，2、垃圾入口，3、悬浮式燃烧炉，4、分料锥，5、缩口结构，6、底板，7、炉头密封装置，8、扬料板，9、回转式焚烧炉，10、托轮，11、驱动装置、12、炉尾密封装置，13、燃烧器，14、进风口，15、垃圾灰烬出口，16、灰烬冷却机。
具体实施方式
结合附图，给出本发明的实施例如下：
如图所示：本实施例在现有预分解窑水泥生产线上设置垃圾焚烧炉，该垃圾焚烧炉由悬浮式燃烧炉3和回转式焚烧炉9两部分组成，该两部分由炉头密封装置7密封连接。回转式焚烧炉9是钢制的圆形筒体，相对悬浮式燃烧炉9呈卧式倾斜角度设置，其水平倾斜为3-5％，由托轮10支承。筒体上设有驱动筒体旋转的驱动装置11，其低端(炉头)设有炉尾密封装置12、进风口14、垃圾灰烬出口15及燃烧器13(可向炉内喷入油或煤粉以维持炉温，保证垃圾的正常燃烧)，进风口14其与水泥生产线上的水泥熟料冷却机连通，在垃圾灰烬出口15部位设有出料锁风阀及灰烬冷却机16。在炉内装有扬料板8(扬料板分别以60度，90度，120度角的形式环向设置)，炉内壁装有耐火材料，隔热材料及衬板。悬浮式燃烧炉3为立式设置，其外形是一个钢制的方形(或圆形)筒体，顶部设有排气口1和垃圾入口2，排气口1与水泥生料分解炉相连通，垃圾入口2部位设置有锁风阀。其内部具有上下两个燃烧室及底板6，两个燃烧室的连通部位为一缩口结构5，在上下两个燃烧室内均设置有分层排列的分料锥4，每个燃烧室内分料锥4的排列均为由上至下逐层增加。底板6位于燃烧室的下面，其呈倾斜角度设置，作用是将未燃尽的垃圾顺利导入回转式焚烧炉9内。悬浮式燃烧炉3可以是单筒，也可以是两个或四个单筒的组合，将其顶部和底部连通即可。
本实施例的工作过程如下：垃圾经预处理(剔除金属，大块分离及破碎)后由悬浮式燃烧炉顶部的垃圾入口进入，来自水泥熟料冷却机的热风(700-800℃)，即“三次风”。三次风从回转式焚烧炉的低端，即“炉头”进入与垃圾相向运动，经分料锥分散在上升的热烟气中进行干燥，燃烧，不被悬浮起的大块垃圾下落到缩口处被热烟气的喷腾效应将其中轻质吹回上室，重质落入下室再次被分散，干燥，燃烧。未燃尽的垃圾进入回转炉里被炉内的扬料板带起均匀地分散在热气流中继续燃烧直至燃尽，燃烧产生的热烟气从悬浮炉的顶部排出并进入分解炉被用于水泥生料的分解。其灰烬(烧失量≤10％)被送入预均化堆场，经均化后被送入原料配料站再与石灰石，砂岩，铁粉配合后入生料磨制备成生料或入混合材库再与水泥熟料，石膏配合入水泥磨，制成水泥。来自水泥熟料冷却机的三次风(700-800℃)入垃圾焚烧炉焚烧垃圾形成大约1000℃的烟气入水泥生料分解炉使生料中的碳酸钙分解，又经预热器，增湿塔，电除尘器净化后排入大气。
Claims (8)
1.一种城市生活垃圾烧制水泥的方法，其是在现有预分解窑水泥生产线上设置垃圾焚烧炉，该垃圾焚烧炉由内设置有分料锥的悬浮式燃烧炉和内设扬料板的回转式焚烧炉组成，其特征在于：所述的垃圾焚烧炉利用水泥熟料冷却机的热风通过预分解窑的三次风管进入垃圾焚烧炉对垃圾进行焚烧，并将垃圾焚烧产生的热烟气由炉顶部通过管道从分解炉底部进入分解炉，使分解炉内的碳酸钙受热分解；垃圾焚烧产生的二恶英也被完全热解，垃圾焚烧产生的各种酸性气体在预分解窑系统的分解炉、预热器和增湿塔内被氧化钙所吸收，成为水泥的有益组分而被无害化材料，垃圾焚烧产生的灰烬被用作生产水泥的原料。
2.根据权利要求1所述的城市生活垃圾烧制水泥的方法，其特征在于：所述的垃圾焚烧炉由由悬浮式燃烧炉(3)和回转式焚烧炉(9)构成，悬浮式燃烧炉(3)为立式设置，其上端设有垃圾入口(2)及排气口(1)，内部具有上下两个燃烧室，该两个燃烧室的连通部位为一缩口结构(5)，在上下两个燃烧室内均设置有分层排列的分料锥(4)；回转式焚烧炉(9)卧式设置，由驱动装置(11)驱动旋转，其一端与悬浮式燃烧炉的下部连通，另一端设有密封板(12)、进风口(14)及垃圾灰烬出口(15)，其内均匀布置有扬料板(8)。
3.根据权利要求1所述的城市生活垃圾烧制水泥的方法，其特征在于：在所述的回转式焚烧炉(9)上设置有燃烧器(13)。
4.根据权利要求1所述的城市生活垃圾烧制水泥的方法，其特征在于：所述的回转式焚烧炉(9)相对悬浮式燃烧炉(3)呈卧式倾斜角度设置，其倾斜角为3-5度。
5.根据权利要求1所述的城市生活垃圾烧制水泥的方法，其特征在于：所述的悬浮式燃烧炉(3)内燃烧室中分料锥(4)的分层排列均为由上至下逐层增加。
6.根据权利要求1所述的城市生活垃圾烧制水泥的方法，其特征在于：所述的回转式焚烧炉(9)内的扬料板(8)分别以60度角和90度角和120度角环向设置。
7.根据权利要求1所述的城市生活垃圾烧制水泥的方法，其特征在于：所述的悬浮式燃烧炉(3)为单筒或双筒组合或四个单筒的组合。
8.根据权利要求1所述的城市生活垃圾烧制水泥的方法，其特征在于：所述的水泥熟料冷却机的热风为700---800℃。
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