CN101713304B - 一种生活垃圾湿解预处理干馏气化循环发电的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速、无剩余、洁净无害，特别是能有效地防止合成二恶英的垃圾处理循环发电的方法。该方法是将生活垃圾经湿解脱氯、脱苯、脱水、除臭、灭菌、有机质膨化处理后，再由热解干馏气化炉进行热解，热解冷却净化后生成的含氢生物质气体采用燃气轮机-蒸汽轮机联合发电技术进行发电。此发明优点是充分处理生活垃圾，处理过程中没有二次污染，源头控制二恶英等有毒物质的合成，是一种真正意义上的清洁能源，可完全取代目前大量采用的焚烧炉加蒸汽轮机的发电技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种综合处理城市生活垃圾并用来发电的方法，更具体的讲是一种使垃圾最终分解并生成大量的含氢生物质气体，利用燃气轮机一蒸汽轮机联合发电技术进行发电的方法。
背景技术
目前各国处理垃圾采用最普遍的方式就是焚烧，一般垃圾焚烧炉内温度控制在980℃左右，焚烧后体积比原来可缩小50-80％，分类收集的可燃性垃圾经焚烧处理后甚至可缩小90％。然而，经过上百年的实践后，垃圾焚烧法却一直未能被广大民众接受，其弊病突出表现在其潜伏性污染更重、耗资昂贵、操作复杂和浪费资源等方面。当今最好的焚烧设备，在运转正常的情况下，也会释放出数十种有害物质，仅通过过滤、水洗和吸附法很难全部净化。尤其是二恶英等呋喃类污染物，属于公认的一级致癌物，即使很微量也能在体内长期蓄积，它对人体的作用至今无法规定出作用阈值。而且建设一座大中型焚烧炉动辄要10亿元人民币，建成投产后的处理成本大约还需300元/吨，一般城市是难以承受的。正是因为存在二恶英污染风险和投资运行成本过高这两大弊端，垃圾焚烧在经历了上个世纪80年代的高潮之后，目前全球发达国家的垃圾焚烧厂在不断关停。环保至上的原则也促使发达国家的政府痛下决心关闭垃圾焚烧装置。尤其近年来，一股股反垃圾焚烧的维权风波在全球范围内熊熊燃烧，越烧越旺。实际上，垃圾焚烧法在国内外已开始进入萎缩期。即使在世界上垃圾焚烧炉最密集的日本，对垃圾焚烧的反抗也十分普遍，有上百个反二恶英团体在运作。就连制订欧盟标准的欧洲国家也已进行反思，纷纷关闭焚烧炉，颁布禁烧令。与此同时，在国内由发改委、建设部、国家环保总局联合印发的《全国城市生活垃圾无害化处理设施建设“十一五”规划》，规划提出，“十一五”期间全国要新增生活垃圾无害化处理能力32万吨/日，到“十一五”末，全国城市生活垃圾无害化处理率要达到60％。
由国家发改委会同有关部门制定的《节能减排综合性工作方案》也已经正式公布。方案中将促进垃圾资源化利用作为创新模式、加快发展循环经济的重要内容之一，明确指出，“县级以上城市(含县城)要建立健全垃圾收集系统，全面推进城市生活垃圾分类体系建设，充分回收垃圾中的废旧资源，鼓励垃圾焚烧发电和供热、填埋气体发电，积极推进城乡垃圾无害化处理，实现垃圾减量化、资源化和无害化。”
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种快速、无剩余、洁净无害，特别是能有效地防止合成二恶英的垃圾处理循环发电的方法。
本发明所采用的技术方案是，本发明包括以下步骤：
(1)采用中温高压湿解预处理，将生活垃圾送入高压容器仓中，向高压容器仓内通入蒸汽，在200～260℃、0.3～1Mpa压力的条件下对垃圾加热并施压2～4小时，然后逐渐减压，并在一定压力下快速打开高压容器仓的减压阀实现喷爆，使内部物料膨化，同时分解出大部分塑料聚合物中的氯和苯的化合物；
(2)将经过上述湿解预处理的生活垃圾进行自动化垃圾分选；
(3)把分选出来的可燃物及有机物熟料放入热解干馏气化炉中，在高温、缺氧的条件下进行热解干馏气化反应，使生活垃圾中有机类组分得到充分的热解气化，输出含氢生物质气体；
(4)将上述含氢生物质气体供给燃气轮机燃烧做功发电，燃气轮机的尾气废热经余热锅炉或过热蒸汽发生器回收产生过热蒸汽，带动蒸汽轮机进行联合循环发电。
所述步骤(1)中是在0.1～0.2Mpa压强时快速打开减压阀实施喷爆。
快速打开减压阀实施喷爆的最佳压强值为0.15Mpa。
在所述步骤(2)中垃圾分选的具体流程为：从高压容器仓内喷爆处理出的垃圾自动流入垃圾破袋机先行破袋，再通过输送机进入自动分选机内进行风选和磁选，较轻的垃圾被机械产生的风吹开，而铁类物质则通过磁铁吸附进入另一个通道，而后剩余垃圾进入近红外光分选程序，进而分选出可燃物及有机物熟料。
所述步骤(3)中的热解干馏气化反应是在1200℃的高温下进行，有机物垃圾裂解产生含有甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氢、焦油、垃圾残碳和水蒸汽的混合气体，再通过混合热解反应工艺使混合气体中的焦油、水蒸汽、垃圾残碳转化为可燃气，二氧化碳还原为一氧化碳，进而得到所述含氢生物质气体。
在上述步骤(3)与步骤(4)之间，加入净化步骤，将热解干馏气化炉中产生的含氢生物质气体通入净化器中，进行除尘、电捕焦油、冷却降温、净化、脱氯、脱硫、加压和干燥一系列工艺，然后送入燃气轮机。
本发明的有益效果是：
1、快速：四小时处理完毕，当天运来的垃圾，当天处理完毕，达到日产日清。
2、无害：全封闭连续循环中温高压湿解/筛分/气化作业，彻底从源头解决了二恶英污染的全球难题，无臭气外溢、无传统焚烧；真正实现了无有害废气生成或少生成有害废气；有机物高温高压水解处理，灭菌彻底；处理高速，处理液无害化可循环利用。
3、无剩余：所有垃圾100％全部循环利用，处理彻底。
4、适应性强：可实现包括医疗废弃物和所有的生活垃圾、建筑垃圾、禽畜病尸、食品行业餐厨垃圾、农业废弃物、城市污水污泥和河涌污泥在内的垃圾。
5、占地面积小：是焚烧及垃圾发电法占地面积的二分之一，是堆肥法的四分之一，填埋法的四分之一。由于该处理技术是工厂化运作，垃圾处理日产日清，处理彻底无剩余，基本没有填埋，所占土地可永久使用。
6、资源化、产业化程度高：因独创的前置湿解和后分拣技术彻底、部分可回收物资全部再生利用，同时由于湿解+干馏循环处理技术+燃气轮机直接气化利用，完全没有传统的垃圾焚烧、最大限度的限制和减少了废气产生量(只有纯焚烧工艺的1/100)。
7、运行成本较低，易于实施、管理和推广。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是本发明的实施设备示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例主要包括以下工艺步骤：
1、中温高压水解处理
首先将垃圾由垃圾储存仓1中通过输送带2送入一个高压容器仓3中，向高压容器仓3内通入蒸汽，在200～260℃、0.3～0.8Mpa压力的条件下对垃圾加热、加压2～4小时，对垃圾进行高温灭菌、除臭、消毒、水解脱氯、脱苯、脱水减量处理，然后降压至0.1～0.2MPa(最佳为0.15MPa)，打开高压容器仓3的液体排放阀，将阀内流出的液体回收作成肥料母液。待液体排放完毕后，打开高压容器仓3的出口。将带压喷爆出的已膨化改变结构的有机垃圾通过垃圾分选器进行分选。此过程由于温度和压力的共同作用，有效的析出了塑料中的氯和苯等化合物，从源头上去除了产生二恶英的基础条件，
2、自动化垃圾分选系统
从高压容器仓3内喷爆处理出的垃圾自动流入垃圾破袋机4，垃圾先经机械破袋机先行破袋。再通过输送机进入自动分选机内5进行风选和磁选。垃圾从进料口里被送上传送带后，较轻的垃圾首先进入风选程序，其被机械产生的风吹开，而铁类则通过磁铁吸附进入另一个通道。而后剩余垃圾进入近红外光分选程序，因为纸张、塑料等不同物质发出的近红外光线是不同的。预设的光分选参数可满足分选20多种可回收物的要求。通过光分选技术有机物、可燃类物质、析出苯/氯后的各类塑料进入高温热解炉进行干馏气化，产生的含氢生物质可燃气体经冷却净化后提供燃气轮机-蒸汽轮机联合发电系统进行发电。无机物、炉渣类垃圾：破碎、混合后添加水泥等固化剂制成无害化节能轻型建材；铁磁和有色金属物类：主要以回收为主；砂土类垃圾：自然堆放混入垃圾处理液和部分高养分有机物后发酵制成土壤改良颗粒。
3、热解气化系统
将经过筛选出的垃圾有机物及垃圾熟料等投入热解气化炉6内，垃圾由上料系统液压推进送料，进入热解气化炉6。施以1200度的热解温度，由于有机物的主要成分是碳、氢、氧、硫和其他一些成分组成。在高温、缺氧等条件下，有机物中的分子链开始断裂和分解，其表面水分、二氧化碳、甲烷等析出，产生出含有甲烷、一氧化碳、氢、焦油、水蒸汽等混合气体。再通过混合热解反应工艺使混合气体中的焦油、水蒸汽、垃圾残碳等转化为可燃气，二氧化碳还原为一氧化碳。
再经过除尘、电捕焦油、冷却降温、净化、脱氯、脱硫、加压、干燥等工艺，可得到热值约1300～2000大卡类似水煤气的含氢气体连续输出。
热解气化是一种全新的废物处理的方法。它结合了创新的高温分解技术和传统的高温供氧气化技术。没有传统的锅炉，而是模拟了物质在地层中的化合过程，将废物气化。在一个封闭环境中及高温高压之下，把废物完全转变成合成气和可回收的固体残留。在高温及较长的驻留时间里，它甚至可以摧毁最复杂的有机化合物：重金属成分可作为易管理的沉淀状态加以回收。酸性气体变成盐分加以处理及回收。垃圾中的无效成分被熔化及淬硬，形成有用的建筑材料及金属合金。这两种材料都可转成惰性及无毒的产品。在全过程中产生的水都被净化，回收利用。由于整个工艺流程中所产生的气、固体物和水都能经过处理回收，整个垃圾处理后的排放大幅度减少，处理过程中不冒烟，没有废水排放，没有任何固体、灰渣需要填埋。
4、燃气轮机-蒸汽轮机联合发电系统
由于气化炉产生类似水煤气的含氢生物质气体，热值约1300～2000大卡，将其供给燃气轮机7燃烧做功发电并网，燃气轮机7排气余热和气化岛显热回收热量经余热锅炉加热给水产生过热蒸汽，带动蒸汽轮机8发电，从而实现了燃气蒸汽联合循环发电过程。
发电设备采用燃气轮机7。燃气轮机7单机功率为从300kW到2000kW不等，由于燃气轮机发电后排放的尾气温度都在650～800℃之间，从能量利用的角度，这部分尾气仍含有大量可回收的可用能量，所以在燃气发电设备后增加余热回收装置(如余热锅炉等)能提高系统效率。在垃圾气化发电系统中，除了发电设备尾气有大量余热外，热解气化炉出口的燃气温度也很高(达700～800℃左右)，所以把这部分气化显热和燃气发电设备的余热结合起来，利用余热锅炉和过热器产生蒸汽，再利用汽轮机联合发电。这样，联合发电系统的综合热效率将达到35～45％，远远超过传统的垃圾焚烧发电技术。以垃圾为主要有机成分的生物质气化发电设备就是通过以上过程，将各种废弃物化废为宝，转化为优质电能，彻底解决废弃物的污染和能源的综合合理利用问题。
Claims (6)
1.一种生活垃圾湿解预处理干馏气化循环发电的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用中温高压湿解预处理，将生活垃圾送入高压容器仓中，向高压容器仓内通入蒸汽，在200～260℃、0.3～1Mpa压力的条件下对垃圾加热并施压2～4小时，然后逐渐减压，并在一定压力下快速打开高压容器仓的减压阀实现喷爆，使内部物料膨化，同时分解出大部分塑料聚合物中的氯和苯的化合物；
(2)将经过上述湿解预处理的生活垃圾进行自动化垃圾分选；
(3)把分选出来的可燃物及有机物熟料放入热解气化炉中，在高温、缺氧的条件下进行热解干馏气化反应，使生活垃圾中有机类组分得到充分的热解气化，输出含氢生物质气体；
(4)将上述含氢生物质气体供给燃气轮机燃烧做功发电，燃气轮机的尾气废热经余热锅炉或过热蒸汽发生器回收产生过热蒸汽，带动蒸汽轮机进行联合循环发电。
2.根据权利要求1所述的一种生活垃圾湿解预处理干馏气化循环发电的方法，其特征在于，所述步骤(1)中是在0.1～0.2Mpa压强时快速打开减压阀实施喷爆。
3.根据权利要求2所述的一种生活垃圾湿解预处理干馏气化循环发电的方法，其特征在于，快速打开减压阀实施喷爆的最佳压强值为0.15Mpa。
4.根据权利要求1所述的一种生活垃圾湿解预处理干馏气化循环发电的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中垃圾分选的具体流程为：从高压容器仓内喷爆处理出的垃圾自动流入垃圾破袋机先行破袋，再通过输送机进入自动分选机内进行风选和磁选，较轻的垃圾被机械产生的风吹开，而铁类物质则通过磁铁吸附进入另一个通道，而后剩余垃圾进入近红外光分选程序，进而分选出可燃物及有机物熟料。
5.根据权利要求1所述的一种生活垃圾湿解预处理干馏气化循环发电的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的热解干馏气化反应是在1200℃的高温下进行，有机物垃圾裂解产生含有甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氢、焦油、垃圾残碳和水蒸汽的混合气体，再通过混合热解反应工艺使混合气体中的焦油、水蒸汽、垃圾残碳转化为可燃气，二氧化碳还原为一氧化碳，进而得到所述含氢生物质气体。
6.根据权利要求1所述的一种生活垃圾湿解预处理干馏气化循环发电的方法，其特征在于，将热解干馏气化炉中产生的含氢生物质气体通入净化器中，进行除尘、电捕焦油、冷却降温、净化、脱氯、脱硫、加压和干燥一系列工艺，然后送入燃气轮机。
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