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CN103922624A - 以电石渣为钙质原料并处理垃圾焚烧烟气的熟料烧成系统 - Google Patents

以电石渣为钙质原料并处理垃圾焚烧烟气的熟料烧成系统 Download PDF

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陈艳征
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Abstract

本发明涉及一种以电石渣为钙质原料并处理垃圾焚烧烟气的熟料烧成系统，包括垃圾焚烧炉、三次风管、回转窑、分解炉、预热器系统，预热器系统包括最下一级预热器、上级预热器系统，其特征在于：垃圾焚烧炉的烟气风管与三次风管相连，垃圾焚烧烟气与三次风汇合后依次进入分解炉、最下一级预热器、上级预热器系统，最后由上级预热器系统排出。本发明系统充分结合电石渣物料的碱性和分解特性，兼顾垃圾焚烧过程中有机物分解和再次合成特性，用工业废渣——电石渣替代石灰石原料烧制水泥熟料，并处理垃圾焚烧烟气，实现垃圾焚烧烟气的彻底净化。

Description

以电石渣为钙质原料并处理垃圾焚烧烟气的熟料烧成系统
技术领域
本发明涉及一种处理垃圾焚烧烟气系统，同时兼顾处理电石渣(工业废渣)的熟料烧成系统。
背景技术
电石渣是煤化工行业用乙炔法生产PVC、PVA等树脂的工业废渣，主要成分为Ca(OH)2，电石渣中CaO含量很高(60%以上)，是水泥工业替代石灰石生产水泥熟料的优质钙质原料，其粒度很细，电石渣中颗粒微细，反应活性较高，1~50微米颗粒占80%以上，几乎不需要粉磨即可满足水泥熟料生产的要求。
电石渣中主要成分Ca(OH)2分解温度与CaCO3不同，电石渣分解温度较低，电石渣中Ca(OH)2的分解温度在560℃左右，低于CaCO3的分解温度，Ca(OH)2分解吸热也低于CaCO3。电石渣主要成分Ca(OH)2在450℃以上便开始分解，至650℃基本分解完全。
另外，水泥窑系统也是处理生活垃圾的理想装备系统，但国内生活垃圾水分高、成分复杂、分拣程度低、热值低等特点，直接喂入水泥窑系统难以燃烧烬，特别是大块无机物料不能焚烧并固化在熟料中，而且影响窑系统的稳定性，往往采取专业垃圾焚烧炉与水泥窑系统相结合的方式来处理生活垃圾。
垃圾焚烧后产生的烟气主要成分以CO2、H2O、HCl、SO2及二噁英类物质，还有极少部分未燃尽的有机物。电石渣具有较强的碱性，能与垃圾焚烧烟气中的酸性成分进行中和反应，生成的盐类物质与生料一起经过熟料烧成系统烧制成水泥熟料。电石渣对垃圾焚烧烟气能起到净化的作用，又能除去二噁英类物质合成的重要元素(如Cl等)，二噁英类物质主要元素构成为：C、H、O、Cl等，一旦缺少以上重要元素的一种，就难以再合成二噁英。
CN201990601U 公开了“一种水泥熟料生产线协同处置生活垃圾系统”，将生活垃圾在炉排焚烧炉焚烧，烟气通入分解炉里，进一步实现垃圾中有机物的燃尽、分解。
CN101786809B 公开了“在水泥干法窑生产中应用的垃圾处理系统及其处理方法”，将垃圾进行破碎后喂入流化态垃圾气化炉进行焚烧，烟气通入分解炉系统。
以上两种方法都是将垃圾在垃圾专用焚烧炉进行焚烧，然后将产生的烟气通入水泥窑的带分解炉的预热器系统进一步处理，专用垃圾焚烧炉烟气温度一般在850℃以上，而一般的新型干法窑分解炉烟气温度也在850-900℃，能实现垃圾中有机物在分解炉里进一步燃尽、分解。但钙质原料全部为电石渣替代时，根据Ca(OH)2的分解特性和水泥窑系统的节能性，当钙质原料全部为电石渣时，水泥窑系统的分解炉出口温度只需控制在700-750℃即可满足Ca(OH)2的分解，这个温度比垃圾焚烧炉出口烟气温度低，在垃圾焚烧炉里没有燃尽的垃圾在分解炉里难以进一步分解，而且750℃以下的温度对二噁英等有害物质难以彻底分解破坏。
另外，电石渣主要成分为Ca(OH)2，比石灰石主要原料CaCO3更易与垃圾焚烧烟气中酸性成分反应，净化垃圾焚烧烟气的效果更强。
需要提供一种新的水泥窑工艺系统来共同处理电石渣和垃圾焚烧烟气。
发明内容
针对以上问题本发明提供了一种以电石渣作为钙质原料的水泥窑处理垃圾焚烧烟气系统。
为了解决以上问题本发明提供了一种以电石渣为钙质原料并处理垃圾焚烧烟气的熟料烧成系统，包括垃圾焚烧炉、三次风管、回转窑、分解炉、预热器系统，预热器系统包括最下一级预热器、上级预热器系统，其特征在于：垃圾焚烧炉的烟气风管与三次风管相连，垃圾焚烧烟气与三次风汇合后依次进入分解炉、最下一级预热器、上级预热器系统，最后由上级预热器系统排出。
电石渣主要成分为Ca(OH)2，分解温度较CaCO3低、CaO含量高，是替代石灰石来烧制水泥熟料的理想原料，在700℃以上分解成CaO和H2O，Ca(OH)2和CaO均是净化垃圾焚烧烟气的碱性物料，电石渣粉分两路喂入熟料烧成系统，电石渣在上级预热器系统、分解炉、最下一级预热器与垃圾烟气以不同的物料种类接触，在上级预热器系统主要以Ca(OH)2为主，在分解炉里主要以Ca(OH)2和CaO混合物质为主，在最下一级预热器里以电石渣分解产物CaO为主，未分解的电石渣粉在上级预热器系统里以Ca(OH)2对垃圾焚烧烟气进行碱性吸收与净化，处于分解过程的电石渣粉在分解炉里以Ca(OH)2和CaO对垃圾焚烧烟气进行碱性吸收与净化，分解后的电石渣粉在最下一级预热器以CaO对垃圾焚烧烟气进行碱性吸收与净化，垃圾焚烧烟气与熟料烧成系统烟气一起对电石渣粉等物料预热、分解的同时，本身也被电石渣粉净化、解毒。
作为本发明的一种改进，垃圾焚烧烟气在三次风管里保持2秒以上，垃圾烟气中未分解掉的有机物再次在900℃以上的高温热风下进行分解、解毒，垃圾总的分解率可达99.9%以上。
作为本发明的另一种改进，垃圾焚烧烟气与三次风管里的热风混合后，汇合烟气的氧含量控制在15%以上，以便于分解炉中燃料的燃烧，为了实现15%以上氧含量，需控制合适的垃圾焚烧量，即控制熟料生产线规模与垃圾处理量相匹配。
作为本发明的另一种改进，电石渣粉喂料系统的两路分支分别设有控制阀门，通过调节控制阀门，可实现两路电石渣喂料在0~100%调节，既可实现全部电石渣喂入上级预热器系统，又可实现全部电石渣喂入最下级预热器出风管道里。
有益效果：
本发明系统充分结合电石渣物料的碱性和分解特性，兼顾垃圾焚烧过程中有机物分解和再次合成特性，用工业废渣——电石渣替代石灰石原料烧制水泥熟料，并处理垃圾焚烧烟气，实现垃圾焚烧烟气的彻底净化。
本发明系统的垃圾烟气汇入氧含量约21%的高温三次风(温度在900℃以上)中，在垃圾焚烧炉里未燃尽及未彻底分解的垃圾得到进一步燃尽和分解。
本发明系统充分利用电石渣的碱性，在熟料烧成系统的预热器系统和分解炉里对垃圾焚烧产生的酸性气体进行中和反应，将垃圾焚烧烟气中的HCl、SO2等物质合成盐，并带入回转窑烧制成水泥熟料，将这些盐固化在水泥熟料里，同时也将垃圾焚烧烟气中的飞灰(含多种有毒重金属，有部分为二噁英合成的催化剂)一起固化在水泥熟料里，既减小了飞灰的危害，又大大减小了二噁英再次合成的机会，从而实现垃圾焚烧烟气的彻底净化。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
   其图1中，1为垃圾焚烧炉、2为垃圾烟气风管、3为三次风管、4为回转窑、5为分解炉、6为最下一级预热器、7为最下一级预热器的出风管道、8为上级预热器系统、9为控制阀门、10为控制阀门。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容，参照图1具体说明本发明的优选实施例。
垃圾中有机元素成分主要包括C、H、O、N、水份，表1给出某城市的生活垃圾有机组分，表2为生活垃圾的工业分析。
表1 垃圾部分有机元素分析(%)
M C H S O N
45.12 15.29 2.19 0.09 8.45 0.38
表2 垃圾工业分析(%)
水分 灰分 挥发份 固定碳
45.12 29.05 22.34 3.49
垃圾在炉排炉里焚烧(为了将垃圾焚烧较为完全，炉排炉出口烟气中的O2含量一般控制在6~8%)，垃圾焚烧空气过剩空气系数按1.8计算，垃圾完全燃烧产生烟气的化学成分见表3，300t/d生活垃圾完全焚烧产生烟气量为48757 Nm3/h，烟气温度按850℃计算。
表3  炉排炉出口烟气的化学成分分析(%)
CO2 H2O SO2 O2 N2
7.63 21.56 0.02 7.47 63.32
以5000t/d新型干法水泥窑生产线处理300t/d生活垃圾为例，来自窑头的三次风量按0.50Nm3/kg.cl计算，三次风量为104167Nm3/h(三次风成分O2和N2分别按21%和79%计)，三次风与炉排炉烟气混合烟气成分(计算值)见表4。
表4 混合烟气气体成分分析(%)
CO2 H2O SO2 O2 N2
2.43 6.87 0.01 16.69 74.00
以电石渣、粘土、铁粉、页岩进行配料，四种成分干基比例为81.7%：13.5%：3.5%：1.3%，理论料耗1.204kg/kg.cl，5000t/d熟料生产线需要生料粉250.8t/h(干基)，对应四种原料干基量分别为204.9 t/h、33.9 t/h、8.8 t/h、3.3t/h。将粘土、铁粉、页岩按以上配比进行配料后制成干粉，电石渣单独制成干料粉。
 如图1，一种以电石渣为钙质原料并处理垃圾焚烧烟气的熟料烧成系统，包括垃圾焚烧炉1、三次风管3、回转窑4、分解炉5，垃圾焚烧炉1的烟气风管2与三次风管3相连，垃圾焚烧烟气与三次风汇合后依次进入分解炉5、最下一级预热器6、上级预热器系统8，最后由上级预热器系统8排出；电石渣粉喂料系统分两路，一路喂入上级预热器系统8，与其它物料一起在预热器系统8预热后进入分解炉5，另一路喂入最下一级预热器6的出风管道7，被来自最下一级预热器6的热烟气带入上一级预热器预热后，直接进入分解炉5；混合物料在分解炉5内完成分解，再经过最下一级预热器6进入回转窑4烧制成水泥熟料；未分解的电石渣粉在上级预热器系统8里对垃圾焚烧烟气进行碱性吸收与净化，处于分解过程的电石渣粉在分解炉5里对垃圾焚烧烟气进行碱性吸收与净化，分解后的电石渣粉等混合碱性物料在最下一级预热器6对垃圾焚烧烟气进行碱性吸收与净化，垃圾焚烧烟气与熟料烧成系统烟气一起对电石渣粉等物料预热、分解的同时，本身也被电石渣粉净化、解毒。
根据以上实施过程，将300t/d生活垃圾喂入垃圾焚烧炉1里进行焚烧，焚烧烟气风管2与三次风管3汇合，焚烧烟气(含飞灰)与三次风汇合后的混合烟气，O2含量约为16.96%，将烟气中未完全燃尽和分解的有机物在三次风管3里进一步燃尽、分解，然后进入高温的分解炉5里进一步分解，含氧16.69%的汇合烟气供分解炉5里燃料燃烧，产生的热烟气与回转窑4里的烟气一起对电石渣粉和其它物料粉进行预热分解，汇合烟气最终由上级预热器系统8排出。一般5000t/d水泥熟料生产线三次风管3长度在70m以上，三次风管风速在30m/s左右，垃圾焚烧烟气从三次风管3起始段汇入，垃圾焚烧烟气在三次风管3里能保持2S以上。汇入烟气后，三次风管3风量变大，垃圾焚烧烟气汇入点后三次风管3直径作放大设计，以保证三次风管3里的风速在30m/s左右。
为了便于调节电石渣粉两路喂料系统，电石渣粉喂料系统的两路分支分别设有控制阀门9、控制阀门10，控制阀门9、控制阀门10可实现两路电石渣喂料在0~100%调节，根据需要，既可实现全部或任意比例电石渣喂入上级预热器系统8，又可实现全部或任意比例电石渣喂入最下级预热器6的出风管道7里。
本发明充分结合电石渣物料的碱性和分解特性，兼顾垃圾焚烧过程中有机物分解和再次合成特性，用工业废渣——电石渣替代石灰石原料烧制水泥熟料，节约了石灰石资源，又利用电石渣的碱性处理垃圾焚烧烟气，实现垃圾焚烧烟气的彻底净化。本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换的方式形成的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种以电石渣为钙质原料并处理垃圾焚烧烟气的熟料烧成系统，包括垃圾焚烧炉(1)、三次风管(3)、回转窑(4)、分解炉(5)、预热器系统，预热器系统包括最下一级预热器(6) 、上级预热器系统(8)，其特征在于：垃圾焚烧炉(1)的烟气风管(2)与三次风管(3)相连，垃圾焚烧烟气与三次风汇合后依次进入分解炉(5)、最下一级预热器(6) 、上级预热器系统(8)，最后由上级预热器系统(8) 排出。
2.根据权利要求1所述的以电石渣为钙质原料并处理垃圾焚烧烟气的熟料烧成系统，其特征在于：电石渣粉喂料系统分两路，一路喂入上级预热器系统(8)，与其它原料粉一起在上级预热器系统(8)预热后进入分解炉(5)；另一路喂入最下一级预热器(6)的出风管道(7)，被来自最下一级预热器(6)的热烟气带入上一级预热器系统(8)预热后，直接进入分解炉(5)；混合物料在分解炉(5)内完成分解，再经过最下一级预热器(6)进入回转窑(4)烧制成水泥熟料。
3.根据权利要求2所述的以电石渣为钙质原料并处理垃圾焚烧烟气的熟料烧成系统，其特征在于：未分解的电石渣粉在上级预热器系统(8)里对垃圾焚烧烟气进行碱性吸收与净化；处于分解过程的电石渣粉在分解炉(5)里对垃圾焚烧烟气进行碱性吸收与净化；分解后的电石渣粉与其它原料粉组成的混合碱性物料在最下一级预热器(6)对垃圾焚烧烟气进行碱性吸收与净化；垃圾焚烧烟气与熟料烧成系统烟气一起对电石渣粉与其它原料粉组成的混合碱性物料预热、分解的同时，本身也被电石渣粉净化、解毒。
4.根据权利要求1所述的以电石渣为钙质原料并处理垃圾焚烧烟气的熟料烧成系统，其特征在于：垃圾焚烧烟气在三次风管(3)里保持2秒以上。
5.根据权利要求1或4所述的以电石渣为钙质原料并处理垃圾焚烧烟气的熟料烧成系统，其特征在于：垃圾焚烧烟气与三次风管(3)里的热风混合后，汇合烟气的氧含量控制在15%以上。
6.根据权利要求2所述的以电石渣为钙质原料并处理垃圾焚烧烟气的熟料烧成系统，其特征在于：电石渣粉喂料系统的两路分支均设有控制阀门(9、10)，控制阀门(9、10)可实现两路电石渣喂料在0~100%调节。
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