CN101565647B - 生活垃圾作燃料利用的预处理方法及设备 - Google Patents

Abstract

生活垃圾作燃料利用的预处理方法及设备，涉及垃圾燃料的前期处理技术，其特征是将生活垃圾通过初选、破碎或破袋、筛选、气流悬浮风选和风干处理，其中：在气流悬浮风选器的风选功能室内，工作气流使混合垃圾悬浮翻滚，达到松散状态，垃圾物料按密度分层，低水分轻质有机物、高水分中重质有机物和重质无机物从相应的出口排出，再通过后级处理，垃圾燃料的含水量在15％以下、无机物含量在5％以下、低位发热值达到9700kj/kg以上，使生活垃圾能够作为气化炉的气化原料利用，或不需添加常规燃料就可实现焚烧炉内或工业锅炉内的稳定燃烧，或制取高密度的成型燃料，实现环境友好地处理生活垃圾，实现真正意义上的无害化、减量化、资源化处理生活垃圾。

Description

生活垃圾作燃料利用的预处理方法及设备

技术领域

本发明涉及垃圾燃料的前期处理技术，特别涉及到生活垃圾的预处理方法及设备。

背景技术

当前，能源紧张，环保形势严峻。垃圾随着我国国民经济的发展及城市规模的不断扩大而迅速增加，并且其有害成分的含量也越来越高，如处理不好，将会污染环境，威胁人民的身体健康，这不仅会制约社会的进步，也影响到国民经济的可持续发展。当前，我国处理生活垃圾主要有卫生填埋技术、堆肥(生化)技术和焚烧技术，大部分地区采用卫生填埋法处理生活垃圾，这不但需占用大量的土地、浪费资源，而且容易污染土地及地下水；采用堆肥法仅利用40％左右的有机物，需建设配套的焚烧工艺设备，还需要有卫生填埋场相配套，堆肥制品中的重金属存在污染土壤和进入食品链作物的可能，同样存在二次污染的隐患；采用焚烧-发电法来处理城市生活垃圾，把生活垃圾作为燃料来利用，可以做到减量化、资源化处理生活垃圾，但由于生活垃圾含水量高(40～60％)、热值低(3349～6699kj/kg)，一般的垃圾焚烧设备在运行时需用煤或燃油之类的常规燃料助燃，同时存在环境污染问题。处理生活垃圾最有前景的方式是通过气化或液化技术把生活垃圾转化为二次清洁能源，资源化利用程度高，避免对环境造成污染，实现环境友好地处理生活垃圾。

由于生活垃圾成分复杂，包括厨房垃圾、瓜皮果壳、废纸、废塑料、废纤维织物、废旧家具、一次性木筷、人畜粪便、农林废弃物之类的有机物和砖石、泥砂、陶瓷、玻璃、废电池、废金属等无机物混杂在一起，其构成物中有高水分和低水分、软质和硬质、轻质和重质、易燃和难燃、有机物和无机物之差别，如把这样的混合垃圾送入焚烧炉或气化炉处理，将使炉内的能耗增加，焚烧炉内不能进行稳定燃烧，气化炉不能生产出品质好的合成气，同时容易损坏设备。现有的垃圾焚烧发电厂对垃圾燃料的前处理仅是对垃圾在贮坑内进行搅拌混合，然后贮存一定时间，通过自然压缩及发酵作用，以降低垃圾的含水量，提高入炉垃圾的热值，改善垃圾的焚烧效果，但经这样处理的垃圾燃料热值不高，常需添加煤或燃油助燃才能实现炉内稳定燃烧，而这样的垃圾燃料根本不能作为气化炉的气化原料利用。

发明内容

本发明的目的是要把低热值生活垃圾通过预处理，使垃圾的含水量在15％以下、无机物含量在5％以下、低位发热值达到9700kj/kg以上，能够作为气化炉的气化原料生产高品质的合成气，或不需添加常规燃料就可实现焚烧炉内或工业锅炉内的稳定燃烧，实现环境友好地处理生活垃圾，从而实现真正意义上的无害化、减量化、资源化处理生活垃圾。

本发明的一种生活垃圾作燃料利用的预处理方法，包括垃圾燃料的分选技术，是将各种复杂成分混合的低热值的生活垃圾通过初选、破碎或破袋、筛选、气流悬浮风选和风干工序，达到降低垃圾燃料的水分含量和无机物含量，提高垃圾燃料的热值，使生活垃圾能够作为气化炉的气化原料利用，或使生活垃圾不需添加常规燃料助燃就能实现在焚烧炉内稳定燃烧，其中：成分复杂的生活垃圾在初选工序中分离为大件垃圾、小件垃圾、大块建筑垃圾；把大件垃圾通过破碎机进行破碎、分选出废木碎料作为燃料利用，把小件垃圾通过破袋工序后进行筛选，除去泥砂，把筛上的混合垃圾送入气流悬浮风选器进行风选分离；气流悬浮风选器内的工作气流为强力高压鼓风机鼓入的空气气流，在风选功能室内，气流由下而上运动，风速按物料大小及容重不同为5～50m/s，由下而上的工作气流使混合垃圾悬浮翻滚，达到松散状态，垃圾物料按密度分层；在风选功能室内形成轻质物料悬浮区和中重质物料悬浮区，低水分的轻质有机物由轻质物料悬浮区一侧的轻质有机物出口引出，高水分、中重质有机物由中重质物料悬浮区一侧的中重质有机物出口引出，重质无机物从气流悬浮风选底部的出口排出；从气流悬浮风选器分离出的低水分轻质有机物送入风干器进行风干处理，风干器的风源为自然空气或热空气，通过引风机或鼓风机抽送，风干器内的风速为0.5～3m/s，物料在风干器内的停留时间为1～3小时或按现场取样检测确定，当采用热空气作为风干器的风源时，送入风干器的空气温度控制在80～120℃之间，风干器内的平均操作温度控制在70～110℃之间，有机质垃圾通过风干处理，除去水分，成为低位发热值达到9700kj/kg以上的垃圾燃料；从气流悬浮风选器分离出的高水分中重质有机物送入挤压脱水装置进行脱水处理，脱水后的有机质垃圾物料作燃料利用或送入风干器进一步除去水分，成为低位发热值达到9700kj/kg以上的垃圾燃料；把上述预处理后的垃圾燃料采用下列方式的其中一种进行利用：

a.把垃圾燃料送入气化炉通过气化反应转化为合成气，合成气作民用燃料或工业燃料或作化工原料；

b.把垃圾燃料送入焚烧炉或工业锅炉进行焚烧处理，转化为热能，进行发电或供热；

c.把垃圾燃料进行粉碎，加入脱氯脱硫剂之类的添加剂，用压缩成型设备制取高密度的成型燃料，作为工业锅炉燃料或民用燃料利用。

上述方法中，把从挤压脱水工序中产生的垃圾汁液送入消化器进行厌氧发酵生产沼气，所产沼气作燃料利用；把从气流悬浮风选器中分离出的重质无机物送入金属分拣工序，回收废金属和废电池，把回收的废电池进行专门处理。金属分拣工序的设备主要有磁选机、惯性分选机械和金属测控装置，配合人工间接操作，把铁、铜、铝、锌、铬、铅和废电池拣出进行回收。

上述方法中，把从气流悬浮风选器分选出的高水分、中重质有机物送入软、硬质分离器进行再分离，把分离出的高水分软质有机物送入消化器进行厌氧发酵生产沼气，把硬质有机物送入风干器进行风干处理或直接作燃料利用。

上述方法中，筛选工序中的筛分设备包括固定筛、滚筒筛、振动筛、圆盘惯性筛其中的一种或几种组合；采用多级筛选工序来细分垃圾物料，使垃圾物料按体形大小分离成若干等级，各级筛选工序的后续设置独立的气流悬浮风选器设备，以提高分选的分辨率及方便后续处理。

本发明的一种实现上述方法的气流悬浮风选器设备，其特征是设备的工作气流由下而上运动，按工况自然形成轻质物料悬浮区(22)和中重质物料悬浮区(20)，轻质物料悬浮区(22)和中重质物料悬浮区(20)构成风选功能室。设备主要由圆筒壳体(23)、进料口(1b)或(19)、鼓风接口(16)、出气口(1)、轻质有机物出口(2)、中重质有机物出口(11)、重质无机物出口(12)、轻质物料悬浮区(22)和中重质物料悬浮区(20)组成，其中：圆筒壳体(23)构成气流悬浮风选器的主体结构，呈垂直设置；轻质物料悬浮区(22)和中重质物料悬浮区(20)在圆筒壳体(23)内，呈上下同轴设置，轻质物料悬浮区(22)在中重质物料悬浮区(20)的上面，轻质物料悬浮区(22)的一侧有轻质有机物出口(2)接出，中重质物料悬浮区(20)的一侧有中重质有机物出口(11)接出；重质无机物出口(12)从气流悬浮风选器的底部接出；鼓风接口(16)从圆筒壳体(23)下部的一侧接入；出气口(1)在轻质物料悬浮区(22)的上方。进料口设置在气流悬浮风选器的顶部或设置在气流悬浮风选器下部的鼓风接口(16)上方，当设备为间隙进料、间隙出料的工作模式时，进料口(1b)在气流悬浮风选器的顶部，进料口同时兼作出气口；当设备为连续进料、连续出料的工作模式时，进料口(19)设置在中重质物料悬浮区(20)下部一侧，且在鼓风接口(16)的上方，料斗(21)连接在进料口(19)上；在中重质物料悬浮区(20)下方的气流入口处设置喉口(18)，喉口(18)形成气流加速区，阻止有机质垃圾从重质无机物出口(12)排出。

本发明的另一种气流悬浮风选器设备，其特征是在气流悬浮风选器的底部设置布风板(14)，布风板(14)倾斜设置，布风板(14)的下面设置风室(15)，鼓风接口(16)从风室(15)的一侧接入。

上述设备中，高压风机(17)的出风口连接在鼓风接口(16)上，气流悬浮风选器的工作气流由高压风机(17)鼓入空气形成，气流悬浮风选器内的风速按分选物料的大小及容重不同为5～50m/s，具体实施时，通过现场调试确定。

本发明的有益效果是：把生活垃圾通过初选、破碎或破袋、筛选、气流悬浮风选和风干工序处理后，达到降低垃圾燃料的水分含量和无机物含量，提高垃圾燃料的热值，达到低位发热值为9700kj/kg以上的燃料水平，使生活垃圾能够作为气化炉的气化原料利用，用来生产中热值的城市煤气或制氢或合成甲醇、二甲醚，使垃圾废弃物转化为高热值的二次清洁能源成为可能，或不需添加常规燃料助燃就能实现在焚烧炉内稳定燃烧，在垃圾焚烧领域可以节省大量的常规能源，在焚烧过程中减少污染物排放，从而实现真正意义上的无害化、减量化、资源化处理生活垃圾。

附图说明

本发明提供下列附图作进一步的说明，但各附图及以下的具体实施方式均不构成对本发明的限制：

图1是本发明的一种生活垃圾预处理方法的流程方框图。

图2是本发明的另一种生活垃圾预处理方法的流程方框图。

图3是本发明的又一种生活垃圾预处理方法的流程方框图。

图4是本发明的一种气流悬浮风选装置的设备结构图。

图5是本发明的另一种气流悬浮风选装置的设备结构图。

图6是本发明的又一种气流悬浮风选装置的设备结构图。

图7是本发明的又另一种气流悬浮风选装置的设备结构图。

图中：1.出气口，1b.进料口，2.轻质有机物出口，3.电动阀，4.电动阀，5.旋流分离器，6.引风机，7.引风机，8.旋流分离器，9.出料管，10.出料管，11.中重质有机物出口，12.重质无机物出口，13.空气喷嘴，14.布风板，15.风室，16.鼓风接口，17.高压风机，18.喉口，19.进料口，20.中重质物料悬浮区，21.料斗，22.轻质物料悬浮区，23.圆筒壳体。

具体实施方式

图1所示的实施例中，生活垃圾预处理方法的流程主要由初选、大件垃圾破碎/小件垃圾破袋、筛选、气流悬浮风选、高水分垃圾脱水和风干工序组成，其中：初选工序利用吊机抓斗操作，把大件垃圾送进破碎机进行破碎处理，把大块建筑垃圾(砖、石、玻璃)从垃圾贮坑清除掉，使贮坑中留下小件垃圾；大件垃圾主要为废旧家具、废木料和大块破旧纤维织物，经破碎机处理后送入惯性分选装置进行分选，分选出的废金属进行回收，把分选出的废木(竹)、纤维织物碎料作为燃料利用；把小件垃圾送进破袋装置破袋后送入筛选工序，通过筛分除去泥砂，把筛上的混合垃圾送入气流悬浮风选器进行风选分离，分离出低水分轻质有机物、高水分中重质有机物、重质无机物；把分离出的低水分轻质有机物送入风干器进行风干处理，成为低位发热值达到9700kj/kg以上的垃圾燃料；把分离出的高水分、中重质有机物送入挤压脱水装置进行脱水处理，脱水后的有机质垃圾物料送入风干器进一步除去水分，成为低位发热值达到9700kj/kg以上的垃圾燃料；把分离出的重质无机物通过金属分拣工序回收废金属和废电池；把风干后的垃圾燃料作为气化炉的气化原料或作为焚烧炉的燃料，或把风干后的垃圾燃料再进行粉碎、加入脱氯/脱硫剂之类的添加剂，通过压缩成型设备制取高密度的成型燃料，作为工业锅炉燃料或民用燃料利用；把从挤压脱水工序中产生的垃圾汁液送入消化器进行厌氧发酵生产沼气，所产沼气作燃料利用。

图2所示的实施例中，与图1所示的实施例不同之处为：生活垃圾预处理流程中的筛选工序设计为三级筛选，把垃圾物料按体形大小分离成三个等级，三级筛选工序之后均设置独立的后续处理设备(图中未示出)。

图3所示的实施例中，与图1所示的实施例不同之处为：把气流悬浮风选器分离出的高水分、中重质有机物再通过软、硬质分离器分选，分选出的高水分软质有机物送入消化器进行厌氧发酵生产沼气，分选出硬质垃圾一般为废木(竹)料、塑料类的可燃物，可直接送入气化炉或焚烧炉作燃料利用，或通过粉碎后加入添加剂，压缩为成型燃料。所述的软、硬质分离器设备为弹道分选机、反弹滚筒分选机和斜板输送分选机其中的一种或几种组合，设备外购或采用公知技术制造。

图4所示的实施例中，气流悬浮风选器设备主要由圆筒壳体(23)、进料口(1b)或(19)、鼓风接口(16)、出气口(1)、轻质有机物出口(2)、中重质有机物出口(11)、重质无机物出口(12)、轻质物料悬浮区(22)和中重质物料悬浮区(20)组成，其中：圆筒壳体(23)构成气流悬浮风选器的主体结构，呈垂直设置；轻质物料悬浮区(22)和中重质物料悬浮区(20)在圆筒壳体(23)内，呈上下同轴设置，轻质物料悬浮区(22)在中重质物料悬浮区(20)的上面，轻质物料悬浮区(22)的一侧有轻质有机物出口(2)接出，中重质物料悬浮区(20)的一侧有中重质有机物出口(11)接出；重质无机物出口(12)从气流悬浮风选器的底部接出；鼓风接口(16)从圆筒壳体(23)下部的一侧接入；出气口在轻质物料悬浮区(22)的上方，出气口区域的截面呈扩大设计并留有行程余地，以减小风速，避免物料带出风选器；进料口(1b)在气流悬浮风选器的顶部，进料口同时兼作出气口；在中重质物料悬浮区(20)下部的气流入口处设置喉口(18)，喉口(18)形成气流加速区，阻止有机质垃圾从重质无机物出口(12)排出。本实施例的外围附属设备有：高压风机(17)、电动阀(3)和(4)、旋流分离器(5)和(8)、引风机(6)，各设备之间的连接方式为：高压风机(17)的出风口连接在气流悬浮风选器的鼓风接口(16)上；气流悬浮风选器的轻质有机物出口(2)通过电动阀(3)连接到旋流分离器(5)的进料接口；气流悬浮风选器的中重质有机物出口(11)通过电动阀(4)连接到旋流分离器(8)的进料接口；旋流分离器(5)的空气引出口与旋流分离器(8)的空气引出口合并后连接到引风机(6)的吸气接口，引风机(6)的排气接口连接到空气净化处理设备(图中未示出)或连接到高压风机(17)的进风口(图中未示出)。本实施例采取间隙进料、间隙出料的工作模式，进料和出料错开进行，设备运行时，由高压风机(17)鼓入空气形成风选工作气流，工作气流由下而上运动，风速按分选物料的大小及容重不同为5～50m/s，风选功能室内按工况自然形成的轻质物料悬浮区(22)和中重质物料悬浮区(20)，混合垃圾物料从气流悬浮风选器顶部的进料口(1b)进入风选器内的风选功能室，进料量为风选功能室容积的1/3，风选功能室内由下而上的工作气流使混合垃圾悬浮翻滚，达到松散状态，持续1～3分钟，使垃圾物料按密度分层，低水分的轻质有机物悬浮在轻质物料悬浮区(22)区域，高水分有机物和中重质有机物悬浮在中重质物料悬浮区(20)区域，这时，起动引风机(6)和打开电动阀(3)，低水分的轻质有机物被引入旋流分离器(5)进行气固分离，分离出的固态有机物由出料管(10)排出；然后，关闭电动阀(3)，同时打开电动阀(4)，使高水分有机物和中重质有机物被引入到旋流分离器(8)进行气固分离，分离出的固态有机物由出料管(9)排出；上述过程中，重质无机物下降在中重质物料悬浮区(20)下方，在喉口(18)处得到分离，重质无机物从出口(12)排出；完成后，关闭引风机和电动阀，重新进料，重复上述过程。本实施例中的出料管(9)、出料管(10)以及重质有机物出口(12)需阻止空气倒吸，可通过物料隔离或设置阀门实现。

图5所示的实施例，是在图4实施例的气流悬浮风选器底部设置布风板(14)，布风板(14)上有空气喷嘴(13)，布风板(14)倾斜设置，布风板(14)的下面设置风室(15)，鼓风接口(16)从风室(15)的一侧接入；重质无机物出口(12)设置在布风板(14)倾斜低端的一侧。

图6所示的实施例，是在图4或图5实施例的气流悬浮风选器外围附属设备中增加引风机(7)，引风机(7)的吸风口连接到旋流分离器(8)的空气引出口。本实施例中：旋流分离器(5)的空气引出口与旋流分离器(8)的空气引出口各自单独连接到引风机(6)与(7)的吸气接口上；引风机(6)和电动阀(3)同步起动打开，引风机(7)和电动阀(4)同步起动打开，这样设置可以降低出料管(9)、出料管(10)以及重质有机物出口(12)的气密性要求。

图7所示的实施例，是在图4或图5实施例的气流悬浮风选器的中重质物料悬浮区(20)下部一侧设置进料口(19)，同时有料斗(21)连接在进料口(19)上。本实施例为连续进料、连续出料的工作模式，设备运行时，高压风机(17)、电动阀(3)、电动阀(4)和引风机(6)同步起动打开。

Claims (7)

1.一种生活垃圾作燃料利用的预处理方法，包括垃圾燃料的分选技术，其特征是将生活垃圾通过初选、破碎或破袋、筛选、气流悬浮风选和风干工序，达到降低垃圾燃料的水分含量和无机物含量，提高垃圾燃料的热值，使生活垃圾能够作为气化炉的气化原料利用，或使生活垃圾不需添加常规燃料助燃就能实现在焚烧炉内稳定燃烧，其中：成分复杂的生活垃圾在初选工序中分离为大件垃圾、小件垃圾、大块建筑垃圾，所述的大件垃圾为废旧家具、废木料和大块破旧纤维织物，所述的大块建筑垃圾为砖、石、玻璃；把大件垃圾通过破碎机进行破碎、分选出废木碎料作为燃料利用，把小件垃圾通过破袋工序后进行筛选，除去泥砂，把筛上的混合垃圾送入气流悬浮风选器进行风选分离；气流悬浮风选器内的工作气流由下而上运动，混合垃圾在风选功能室内悬浮翻滚，达到松散状态，垃圾物料按密度分层，形成轻质物料悬浮区和中重质物料悬浮区，低水分的轻质有机物由轻质物料悬浮区一侧的轻质有机物出口引出，高水分、中重质有机物由中重质物料悬浮区一侧的中重质有机物出口引出，重质无机物从气流悬浮风选器底部的出口排出；从气流悬浮风选器分离出的低水分轻质有机物送入风干器进行风干处理，成为垃圾燃料；从气流悬浮风选器分离出的高水分中重质有机物送入挤压脱水装置进行脱水处理，脱水后的有机质垃圾物料送入风干器进一步除去水分，成为垃圾燃料；

把经过预处理后的垃圾燃料采用下列方式的其中一种进行利用：

a.把垃圾燃料送入气化炉通过气化反应转化为合成气；

b.把垃圾燃料送入焚烧炉或工业锅炉进行焚烧处理，转化为热能；

c.把垃圾燃料进行粉碎，加入添加剂，用压缩成型设备制取高密度的成型燃料。

2.根据权利要求1所述的一种生活垃圾作燃料利用的预处理方法，其特征是把从挤压脱水工序中产生的垃圾汁液送入消化器进行厌氧发酵生产沼气。

3.根据权利要求1所述的一种生活垃圾作燃料利用的预处理方法，其特征是把从气流悬浮风选器中分离出的重质无机物送入金属分拣工序，回收废金属和废电池，把回收的废电池进行专门处理。

4.根据权利要求1所述的一种生活垃圾作燃料利用的预处理方法，其特征是采用多级筛选工序来细分垃圾物料，各级筛选工序的后续设置独立的气流悬浮风选器。

5.一种实现权利要求1所述方法的气流悬浮风选器，其特征是气流悬浮风选器的工作气流由下而上运动，按工况自然形成轻质物料悬浮区（22）和中重质物料悬浮区（20），轻质物料悬浮区（22）和中重质物料悬浮区（20）构成风选功能室；气流悬浮风选器主要由圆筒壳体（23）、进料口（1b或19）、鼓风接口（16）、出气口（1）、轻质有机物出口（2）、中重质有机物出口（11）、重质无机物出口（12）、轻质物料悬浮区（22）和中重质物料悬浮区（20）组成，其中：圆筒壳体（23）构成气流悬浮风选器的主体结构，呈垂直设置；轻质物料悬浮区（22）和中重质物料悬浮区（20）在圆筒壳体（23）内，呈上下同轴设置，轻质物料悬浮区（22）在中重质物料悬浮区（20）的上面，轻质物料悬浮区（22）的一侧有轻质有机物出口（2）接出，中重质物料悬浮区（20）的一侧有中重质有机物出口（11）接出，在中重质物料悬浮区（20）下方的气流入口处设置喉口（18），喉口（18）形成气流加速区，阻止有机质垃圾从重质无机物出口（12）排出；重质无机物出口（12）从气流悬浮风选器的底部接出；鼓风接口（16）从圆筒壳体（23）下部的一侧接入；出气口（1）在轻质物料悬浮区（22）的上方，出气口区域的截面呈扩大设计并留有行程余地，以减小风速，避免物料带出风选器；进料口设置在气流悬浮风选器的顶部或设置在气流悬浮风选器下部的鼓风接口（16）上方。

6.根据权利要求5所述的气流悬浮风选器，其特征是当气流悬浮风选器为间隙进料、间隙出料的工作模式时，进料口（1b）在气流悬浮风选器的顶部，进料口同时兼作出气口；当气流悬浮风选器为连续进料、连续出料的工作模式时，进料口（19）设置在中重质物料悬浮区（20）下部一侧，且在鼓风接口（16）的上方，料斗（21）连接在进料口（19）上。

7.根据权利要求5或6所述的气流悬浮风选器，其特征是在气流悬浮风选器的底部设置布风板（14），布风板（14）倾斜设置，布风板（14）的下面设置风室（15），鼓风接口（16）从风室（15）的一侧接入。

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