CN104058614B - 水泥窑协同处置生活垃圾的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水泥窑协同处置生活垃圾的系统，包括垃圾焚烧及烟气处理系统；助燃空气系统；异味气体处理系统；蒸汽锅炉系统；垃圾渗滤液处置系统；垃圾灰渣及飞灰处置系统。本发明将垃圾焚烧炉和水泥熟料生产线较好地组合起来，利用水泥烧成系统的高温、高稳定性、高浓度碱性物料、长停留时间等一系列特性，较完善地将垃圾焚烧烟气中的二噁英类有害成分、垃圾灰渣和飞灰中有害元素、垃圾渗滤液、垃圾储坑内的异味气体全部实现无害化处置，对环境的影响可以完全达到国家标准的要求，真正实现了生活垃圾“无害化、减容化、资源化、环保化”处置的目的。本发明流程简单、操作简便、运行稳定、投资小，是一种较为理想的生活垃圾处置系统。

Description

水泥窑协同处置生活垃圾的系统

技术领域

本发明涉及一种垃圾处置系统，尤其涉及一种城市生活垃圾处置系统。

背景技术

城市生活垃圾一股是指城市居民生活产生的废弃物，来源复杂，组成也很复杂，大致可分为有机物和无机物。近年来，随着各大城市市政、公用设施建设，特别是城市化建设的迅速发展，城市电力供应和燃气化率大幅度增加，居民生活和消费水平提高，垃圾中的有机物含量在增加，无机物含量在逐渐降低。我国垃圾还具有含水率高(约为40～60％)、热值较低(最低可至3700kJ/kg)的特点。

目前我国历年垃圾堆存量约60亿吨，占用耕地达5亿平方米，2010年城市垃圾产生量约2.64亿吨，并且正以年均5～8％的速度递增，至2030年将达4.09亿吨，2050年将达5.28亿吨，城市生活垃圾处理已经成为制约城市发展的一大“瓶颈”，全国660个城市中有200多个城市陷入垃圾包围之中，导致城乡结合区域环境恶化，危及可持续发展。

城市生活垃圾处理，已日益成为世界范围内的社会问题，是一项十分艰巨的综合性、系统性的工程。目前，世界上许多国家，尤其是一些先进国家，对城市生活垃圾的处理曾采用过多种办法，如填埋法、堆肥法、热处理法、蠕虫法、城市生活垃圾的饲用、细菌消化、水载法、微波处理法或分类回收、综合利用等等。其中主要的处理方法是填埋法、堆肥法和热处理法；填埋法浪费可回收资源，垃圾处理周期长，处理能力有限，还占用了大量的土地，存在严重的二次污染，容易导致垃圾渗滤液和挥发气体污染地下水、空气，导致土壤沙化；堆肥法仅能处理垃圾中有机成分，同样存在二次污染问题。热处理法目前主要使用的是焚烧法，也是目前世界各国普遍采用的垃圾处理方法，具有处理量大、减容性好且有热能回收的特点。

垃圾焚烧发电工程在我国越来越多，在焚烧垃圾方面缓解了一些垃圾污染的问题。但是垃圾发电厂的垃圾飞灰有害成分高，属于危废一类，必须经过严格的处理技术处理，通常通过水泥固化填埋，这种填埋的飞灰仍然存在污染环境的危险并占用部分场地。垃圾发电厂的垃圾焚烧炉排出的灰渣一股采用填埋方法处理，由于垃圾灰渣中存在重金属等有害成分，因此这种方法仍存在环境污染的危险，比如日本等一些国家的垃圾发电厂填埋的灰渣出现了污染环境的事故，已经有一些填埋场将填埋灰渣挖出来后送入水泥回转窑焚烧处置。垃圾发电厂的垃圾焚烧炉在焚烧垃圾时，虽然焚烧烟气在垃圾焚烧炉中经过了高温焚烧，但由于垃圾成分和热值波动较大，经常存在温度偏低现象，从而出现二噁英类有害成分污染环境，为了消除二噁英类有害物质，通常需要对废气进行脱硫、脱硝、除二噁英等的处理，因而消耗大量如石灰石、活性炭、氨水等，脱硫产生的脱硫石膏对环境产生了二次污染，同时活性炭类失去活性后，需要再次处理，加大了环境的压力。

发明内容

针对以上问题本发明提供了一种更加资源化、无害化、环境污染小的生活垃圾处理系统。本发明是将垃圾焚烧炉和水泥熟料生产线的有机结合，充分利用水泥窑的高温特性、停留时间长的特性、具有大量碱性物料特性、系统高稳定特性等一系列优势，处置城市生活垃圾，达到污染小、环境友好和垃圾资源化的目的。

为了解决以上问题本发明提供了一种水泥窑协同处置生活垃圾的系统，包括垃圾焚烧系统，其特征在于：还包括水泥熟料生产线系统；

水泥熟料生产线系统包括回转窑、分解炉、冷却风机、冷却机，余热发电系统；

垃圾焚烧系统包括垃圾焚烧炉、垃圾储坑、垃圾渗滤液处理系统、抓斗、行车、喂料系统、除臭系统、异味风机、引风机、一次风机、高温风机；

本系统分成以下几个子系统：

①垃圾焚烧及烟气处理系统

城市生活垃圾经过运输车运至密闭垃圾储坑，通过行车吊车和抓斗将垃圾储坑中的垃圾由喂料系统喂入垃圾焚烧炉中焚烧。垃圾在垃圾焚烧炉中经过干燥、燃烧、燃烬几个过程，垃圾焚烧炉排出的烟气分成两路，，即第一路烟气和第二路烟气，其中第一路烟气进入锅炉，出锅炉的烟气由高温风机抽取并与出垃圾焚烧炉的第二路烟气混合后成为混合烟气，混合烟气通入分解炉，在分解炉高温环境下进一步焚烧，其中的二噁英等有害气体被彻底焚烧，出分解炉的气体在水泥熟料烧成系统的预热器中被大量的生料粉中的氧化钙和碳酸钙等碱性物质洗涤，特别是二氧化硫和二噁英分解出的氯元素被生料粉吸收，从而达到了烟气净化的目的。

②助燃空气系统

来自水泥熟料生产线的高温空气由水泥熟料生产线的熟料冷却机提供，其温度为150～250度，由引风机抽取的高温空气经垃圾焚烧炉的若干个一次风机鼓入到垃圾焚烧炉中，供垃圾焚烧炉中的垃圾干燥和燃烧。

③异味气体处理系统

垃圾储坑采用密闭厂房，垃圾进入垃圾储坑后，通常储存5～7天，垃圾储存期间散发出的含异味物质的空气由异味风机抽取，并经水泥熟料冷却机高温段若干个冷却风机送入冷却机内，供出回转窑的高温熟料冷却用，异味气体与高温熟料热交换后进入回转窑和分解炉中作为助燃空气得到充分的高温处理。

当水泥回转窑和垃圾焚烧炉停运时，启动除臭系统，抽取并处理垃圾储坑中的有害气体后排入大气。

④蒸汽锅炉系统

进蒸汽锅炉的高温烟气来自垃圾焚烧炉出口的第一路烟气，蒸汽锅炉所用热水由水泥熟料生产线余热发电系统提供，热水与高温第一路烟气热交换后，蒸发产生设定温度和压力的蒸汽，蒸汽通过蒸汽管道送入水泥熟料生产线余热发电的蒸汽系统。

⑤垃圾渗滤液处置系统

由垃圾储坑底部收集并排出的垃圾渗滤液经过垃圾渗滤液处理系统处理后达到中水回用要求，垃圾渗滤液处理系统产生的污泥送入分解炉中焚烧。垃圾渗滤液另一个处置方案是由污水泵将垃圾渗滤液直接抽取并喷入到分解炉中焚烧。

另一个技术方案是将垃圾渗滤液通过污水泵与水泥熟料生产线脱硝系统的脱硝溶液混合后喷入到分解炉中，从而达到降低水泥熟料生产线脱硝系统的水及还原剂用量的目的。

⑥垃圾灰渣及飞灰处置系统

垃圾焚烧炉排出的灰渣经冷却和除铁、除有色金属处理后与蒸汽锅炉收集的烟气飞灰一道送入到水泥熟料生产线的原料配料系统，由于垃圾灰渣和飞灰的化学成分与生产水泥的粘土质原料化学成分接近，因此可以部分替代水泥原料中的粘土质原料，垃圾灰渣及飞灰与水泥原料计量后由原料磨粉磨成生料粉，生料粉经过预热器、分解炉进入回转窑内，在气体温度达到1600度以上的高温下，生料粉温度达到了1450度，高温持续时间达到了几十分钟，使得垃圾灰渣及飞灰中的化学成分(尤其是其中的重金属元素等)与水泥生料一道形成了水泥熟料矿物(如以硅酸三钙为主要成分并含有其他金属和非金属氧化物的固溶体的阿利特Alite晶体、以硅酸二钙为主要成分并含有其他金属和非金属氧化物的固溶体的贝利特Belite晶体、以铝酸三钙为主要成分并含有其他金属和非金属氧化物的固溶体以及以铁铝酸四钙为主要成分并含有其他金属和非金属氧化物的固溶体的才利特Celite矿物等)，这些矿物在水泥水化过程中不会发生金属元素浸出、迁移排出现象，因而不会出现污染环境的风险。

垃圾焚烧灰渣也可以作为水泥混合材使用，这种水泥必须经重金属浸出性试验合格后方可使用。

⑦燃料助燃系统

为了满足垃圾焚烧炉内浇注料的干燥和升温要求，在垃圾焚烧炉上设置了燃油点火油枪。由于垃圾水分和热值波动较大，特别是当垃圾热值太低时，垃圾在垃圾焚烧炉中很难形成稳定燃烧，为此，在垃圾焚烧炉上设置了煤粉燃烧器，其煤粉由水泥熟料生产线的煤粉制备系统提供，其煤粉量由单独的煤粉计量秤控制，即使喷入的煤粉在垃圾焚烧炉中不能完全燃烬，会随着烟气进入分解炉中继续燃烧而燃烬。

⑧旁路放风系统

城市生活垃圾中一股氯元素含量比较高，折算成水泥生料中的总氯含量(包括水泥生料中的氯)达到0.02％以上时，通常会在回转窑、分解炉、水泥熟料烧成系统的预热器以及其连接管道内出现结皮、结块现象，影响了水泥熟料烧成系统的通风，从而影响了水泥熟料的产量、热耗和产品质量，为此本发明在回转窑与水泥分解炉之间的烟室上设置旁路放风抽气口，通过旁路放风系统抽取一定量的气体后能有效减少或避免氯元素的结皮、结块对水泥熟料烧成系统的影响，其旁路放风系统的抽气量由垃圾中氯含量和水泥生料中氯含量确定。

本发明的旁路放风系统的技术方案是抽取回转窑窑尾烟室的高温烟气，与风机提供的冷风在混合器中混合，混合气体温度达到380～500后进入旁路放风蒸汽锅炉，蒸汽锅炉排出的废气经过袋式收尘器净化后并由引风机排入大气。旁路放风系统收集的粉尘作为水泥混合材使用。

本发明的有益效果：

1、充分利用垃圾焚烧炉尤其是炉排炉型焚烧炉的适合国内垃圾难以分拣、热值低、水分高的特点，大大减化了垃圾焚烧的前期处理(如分类、分选)工作。

2、充分利用回转窑系统分解炉的850℃以上的高温条件对垃圾焚烧炉的烟气进行燃烧分解，烟气在分解炉停留时间达4秒以上，达到彻底将垃圾中有机物分解的目的，大大减少二噁英类等有害物的形成量，低于垃圾焚烧炉焚烧垃圾有害物排放的国家标准要求。

3、充分利用回转窑系统中生料粉中的氧化钙、碳酸钙等碱性成分，使得垃圾焚烧产生的酸性气体和物质被生料粉充分吸收和洗涤、净化，使得SO₂和Cl^-等以合成盐类固定下来，大大减少了垃圾焚烧后烟气中的酸性有害气体及二噁英类再次合成。

4、充分利用回转窑系统的高烧成温度和水泥熟料形成条件，将垃圾焚烧后产生的残渣及飞灰参与原料配料、粉磨成生料，最后烧制成水泥熟料，将残渣及飞灰中的有害重金属元素固溶在熟料里，形成了硅酸盐类矿物，大大减少垃圾中的重金属污染环境的危害。

5、通过采用水泥熟料生产线的高温废气作为垃圾焚烧炉的一次助燃空气，达到水泥熟料生产线的废气综合利用的目的。

6、通过水泥熟料生产线自带的烟气处理系统对垃圾焚烧后的烟气进行净化、除尘，省去复杂的垃圾焚烧发电工艺的废气后续处理工作，并减少投资费用和运行成本。

7、通过抽取密闭垃圾储坑内部的空气可以保证储坑内为负压状态，有效防止了垃圾异味气体的外溢，同时该部分气体被送入水泥熟料冷却机内，并进入回转窑和分解炉中使得有害气体得到彻底燃烧。

8、垃圾渗滤液经过污水处理或喷到水泥烧成系统内燃烧掉，使得了垃圾渗滤液也得到无害化处理。

9、水泥熟料生产线通常都设有余热发电系统，而且余热发电系统大多不能满负荷运行，因此，抽取垃圾焚烧炉出口废气的一部分进入蒸汽锅炉，产生的蒸汽并入水泥窑的余热发电系统，进入汽轮机，使水泥窑余热发电系统能满负荷运行，使得垃圾焚烧系统经济效益更好。

10、由于垃圾中氯元素含量一股较高，水泥窑协同处置垃圾系统需要增设旁路放风系统，旁路放风抽取的气体温度达到1000度以上，通过增加冷风降温后，采用蒸汽锅炉生产蒸汽，达到废热综合利用的目的。

附图说明

图1为本发明的系统流程图。该系统包含了垃圾焚烧系统流程简图和水泥熟料烧成系统的局部流程图以及他们的相互协同关系。

图2为带旁路放风系统水泥窑协同处置生活垃圾流程图。该系统包括了从回转窑与分解炉之间的烟室抽取部分高温气体作为旁路放风，以降低垃圾中氯等元素对水泥熟料生产线的影响。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1、2所示，本发明提供了一种水泥窑协同处置生活垃圾的系统，包括垃圾焚烧炉1、水泥回转窑2、分解炉3、垃圾储坑4、垃圾渗滤液处理系统5、抓斗6、行车7、喂料系统8、除臭系统9、异味风机10、引风机13、一次风机14、蒸汽锅炉17、高温风机20、冷却风机24、冷却机25；

图1中回转窑2、分解炉3、冷却机25、冷却风机24及其连接等均属于水泥熟料生产线系统，除此之外都属于垃圾焚烧系统。垃圾焚烧系统通过混合烟气22管道及来自水泥熟料烧成系统的高温热空气12管道与水泥熟料烧成系统相连接，同时蒸汽锅炉17的进水热水18和蒸汽19管道与水泥熟料生产线的余热发电系统相连接，垃圾焚烧炉1的焚烧垃圾灰渣23送入水泥熟料生产线的原料配料系统，垃圾储坑4的渗滤液通过泵可以送入水泥分解炉3内，实现了水泥窑协同处置生活垃圾的目的。

本发明包括了垃圾储存系统、垃圾焚烧及烟气处理系统、助燃空气系统、异味气体处理系统、蒸汽锅炉系统、垃圾渗滤液处理系统、垃圾灰渣及飞灰处理系统、燃料助燃系统、旁路放风系统子系统。

生活垃圾经过垃圾运输车运至密闭垃圾储坑4，通过抓斗6和行车吊车7将垃圾由喂料系统8喂入垃圾焚烧炉1中。来自水泥熟料冷却机温度为150～250度的高温热空气12通过高温风机13和垃圾焚烧炉1的若干个一次风机14鼓入垃圾焚烧炉1中，供垃圾干燥和焚烧用。垃圾在垃圾焚烧炉1中经过干燥、燃烧、燃烬几个过程，焚烧后的烟气分成两路，即第一路烟气15和第二路烟气16，其中第一路烟气15进入蒸汽锅炉17，通过高温风机20将出蒸汽锅炉17的烟气21与出垃圾焚烧炉1的第二路烟气16混合，其混合烟气22进入分解炉3中继续焚烧和净化。进入蒸汽锅炉17的热水18由水泥熟料生产线的余热发电系统提供，出蒸汽锅炉17的蒸汽19通入水泥熟料生产线余热发电的蒸汽系统，其蒸汽量满足水泥熟料生产线余热发电系统满负荷运行的要求。密闭垃圾储坑4内储存的垃圾散发出的异味气体由异味风机10抽取并送至水泥熟料冷却机25的高温段冷却风机24，再由冷却风机24鼓入冷却机25内与出回转窑2的高温熟料进行充分的热交换，热交换后的异味气体与冷却机其他的高温气体一道进入回转窑2和分解炉3作为二次和三次助燃空气，异味气体中的有害物质得到了完全焚烧。出垃圾焚烧炉1的垃圾灰渣23及蒸汽锅炉17排出的飞灰经过除铁、除有色金属处理后送入水泥熟料生产线的原料配料系统，由于垃圾灰渣23及蒸汽锅炉17排出的飞灰的化学成分与水泥原料的粘土质原料化学成分接近，因此垃圾灰渣23及蒸汽锅炉17排出的飞灰可以部分替代水泥粘土质原料，垃圾灰渣23及蒸汽锅炉17排出的飞灰都随着水泥生料进入水泥烧成系统，在回转窑2内的烧成带在1600度以上的火焰煅烧下，物料温度达到了1450度，垃圾灰渣23以及烟气飞灰中的有害成分及重金属元素与水泥生料中的化合物形成了水泥熟料中主要矿物质(如Alite矿物、Belite矿物、Celite矿物以及铝酸三钙)，这些重金属元素与有害元素等因固溶在水泥矿物中，因此在水泥水化过程中重金属不会发生浸出、迁移而污染环境。垃圾储坑4中的垃圾渗滤液收集后经过垃圾渗滤液处理系统5处理后达到中水回用标准，其排出的污泥由泵送入分解炉3中焚烧，或垃圾渗滤液由泵直接喷入垃圾焚烧炉或水泥分解炉3中焚烧，或垃圾渗滤液由泵与水泥熟料生产线脱硝系统的还原剂溶液混合一道喷入分解炉3中达到水泥熟料生产线脱销的目的，节省了水泥熟料生产线脱硝系统的水及还原剂消耗量。在水泥回转窑2和垃圾焚烧炉1停运期间，垃圾储坑4内的异味气体由异味处理系统9处理后排入大气。

由于垃圾中一股氯元素等有害成分较高，为了保证水泥熟料生产线正常运行，需要设置旁路放风系统，如图2所示。旁路放风抽气点设置在回转窑2与分解炉3连接的烟室处，抽取由回转窑2排出的部分温度为1000度以上的高温气体与第二冷却风机27提供的冷风在混合器26中混合，混合后的温度为380～500度，混合气体经第二蒸汽锅炉28换热后降至200度以下，再由袋收尘器29净化除尘，并由排风机30排入大气。第二蒸汽锅炉28所用第二热水31来自水泥熟料生产线的余热发电系统，第二蒸汽锅炉28产生的第二蒸汽32送至水泥熟料生产线余热发电的蒸汽系统。

本发明公开的一种水泥窑协同处置生活垃圾的系统将垃圾焚烧炉和水泥熟料生产线较好地组合起来，利用水泥烧成系统的高温、高稳定性、高浓度碱性物料、长停留时间等一系列特性，较完善地将垃圾焚烧烟气中的二噁英类有害成分、垃圾灰渣和飞灰中有害元素(如重金属元素)、垃圾渗滤液、垃圾储坑内的异味气体全部实现无害化处置，对环境的影响可以完全达到国家标准的要求，真正实现了生活垃圾“无害化、减容化、资源化、环保化”处置的目的。本发明流程简单、操作简便、运行稳定、投资小，是一种较为理想的生活垃圾处置系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.水泥窑协同处置生活垃圾的系统，包括垃圾焚烧系统，其特征在于：还包括水泥熟料生产线系统；

水泥熟料生产线系统包括回转窑（2）、分解炉(3)、冷却风机(24)、冷却机(25)、余热发电系统；

垃圾焚烧系统包括垃圾焚烧炉(1)、垃圾储坑(4)、垃圾渗滤液处理系统(5)、抓斗(6)、行车(7)、喂料系统(8)、除臭系统(9)、异味风机(10)、引风机(13)、一次风机(14)、高温风机(20)；

垃圾焚烧及烟气处理系统：垃圾储坑(4)中的垃圾通过抓斗(6)和行车(7)由喂料系统(8)喂入垃圾焚烧炉(1)中焚烧;垃圾焚烧炉(1)排出的烟气分成两路，即第一路烟气(15)和第二路烟气(16)，其中第一路烟气(15)进入蒸汽锅炉(17)，出蒸汽锅炉(17)的烟气(21)由高温风机(20)抽取并与出垃圾焚烧炉(1)的第二路烟气(16)混合后成为混合烟气(22)，混合烟气(22)通入分解炉(3)中在高温环境下进一步焚烧；

助燃空气系统：来自水泥熟料生产线系统的高温热空气(12)由引风机(13)并通过垃圾焚烧炉(1)的一次风机(14)鼓入垃圾焚烧炉(1)中，供垃圾焚烧炉(1)中的垃圾干燥和燃烧；

异味气体处理系统：垃圾储坑(4)内的含异味物质的空气由异味风机(10)抽取并经水泥熟料冷却机(25)高温段冷却风机(24)送入冷却机(25)内供熟料冷却用，经过与出回转窑(2)的高温熟料热交换后进入回转窑(2)和分解炉(3)中焚烧；当水泥回转窑和垃圾焚烧炉停运时，除臭系统(9)抽取并处理垃圾储坑(4)中的异味气体；

蒸汽锅炉系统：来自水泥熟料生产线余热发电系统的热水(18)进入蒸汽锅炉(17)，与高温烟气(15)热交换后，蒸发形成设定温度和压力的蒸汽(19)，蒸汽(19)通过蒸汽管道送入水泥熟料生产线的余热发电系统；

垃圾渗滤液处置系统：由垃圾储坑(4)底部收集并排出的垃圾渗滤液经过垃圾渗滤液处理系统(5)处理后达到中水回用要求，垃圾渗滤液处理系统(5)产生的污泥送入分解炉(3)中焚烧；或由污水泵将由垃圾储坑(4)底部排出的垃圾渗滤液抽取，再与水泥熟料生产线脱硝系统的脱硝溶液混合后喷入到分解炉(3)中焚烧；

垃圾灰渣及飞灰处置系统：垃圾焚烧炉(1)排出的灰渣(23)经除铁和有色金属后与蒸汽锅炉(17)收集的烟气飞灰一道送入到水泥生产线的原料配料系统，当成水泥原料使用；

垃圾焚烧炉(1)上设有燃油点火油枪和煤粉燃烧器，其煤粉由水泥熟料生产线的煤粉制备系统提供。

2.根据权利要求1所述的水泥窑协同处置生活垃圾的系统，其特征在于：垃圾焚烧炉(1)为炉排炉型焚烧炉或流化床型焚烧炉。

3.根据权利要求1所述的水泥窑协同处置生活垃圾的系统，其特征在于：来自水泥窑系统高温热空气(12)由水泥熟料烧成系统的窑头冷却机(25)提供或由水泥熟料烧成系统的部分三次风提供。

4.根据权利要求1所述的水泥窑协同处置生活垃圾的系统，其特征在于：混合烟气(22)经管道进入分解炉(3)底部的锥体或经管道进入水泥熟料烧成系统的三次风管内，与来自窑头的三次风一道混合后进入分解炉(3)底部的锥体。

5.根据权利要求1所述的水泥窑协同处置生活垃圾的系统，其特征在于：在回转窑（2）与分解炉(3)连接的烟室处设有旁路放风系统，其旁路放风系统包括第二冷却风机(27)、混合器(26)、第二蒸汽锅炉(28)、袋收尘器(29)、排风机(30)；抽取由回转窑(2)排出的部分温度为1000度以上的高温气体与第二冷却风机(27)提供的冷风在混合器(26)中混合，混合后的温度为380~500度，混合气体经第二蒸汽锅炉(28)换热后降至200度以下，再由袋收尘器(29)净化除尘，并由排风机(30)排入大气；第二蒸汽锅炉(28)所用第二热水(31)来自水泥熟料生产线的余热发电系统，第二蒸汽锅炉(28)产生的第二蒸汽(32)送至水泥熟料生产线余热发电系统。