CN113357929B - 一种耦合炉排的水泥分解窑及协同处置生活垃圾的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耦合炉排的水泥分解窑及协同处置生活垃圾的工艺，用于解决现有的生活垃圾组分复杂、水分含量高、硫氯含量高和低温挥发组分含量高，导致水泥窑直接焚烧生活垃圾过程热利用效率低、易产生爆燃现象、窑内氯富集结皮堵塞和二噁英污染等问题。本申请的耦合炉排的水泥分解窑上部设有多个环绕水泥分解窑内壁均匀布置的炉排单元，炉排单元呈阶梯状，每层为扇形炉排片，可相对转动，中部为连接各扇形炉排片的内套筒、外套筒、活动套筒，活动套筒伸出水泥分解窑上部被驱动装置驱动，内套筒、外套筒被固定。耦合炉排的水泥分解窑占空间小，机械结构简单，不需补充燃料、垃圾处理量大、裂解彻底，不受垃圾性能影响。

Description

一种耦合炉排的水泥分解窑及协同处置生活垃圾的工艺

技术领域

本发明涉及生活垃圾处理技术领域，具体为一种耦合炉排的水泥分解窑及协同处置生活垃圾的工艺。

背景技术

我国每年城市生活垃圾产生量高达2亿多吨，垃圾的合理化处理显得尤为重要。垃圾处理的方式主要有三种，包括焚烧，填埋，堆积，焚烧是目前垃圾处理的最主要方式。炉排炉焚烧垃圾在垃圾处理市场占有率在60％，但是存在是投资成本高、热损失大、垃圾热值要求高等问题。水泥分解窑协同处理垃圾也是垃圾焚烧处理的一种重要方式，借助水泥窑内部高达1000℃的窑内温度可以充分焚烧垃圾中的有害物质，并且垃圾能够为水泥窑提供大量热量，节约煤耗，垃圾焚烧灰渣还可以为水泥提供生料，用于水泥熟料的烧成，水泥窑协同处理垃圾被国家广泛推广。近年来，华新水泥、广东粤堡、中材集团、海螺水泥、北京金隅等相继开发了生物干化-水泥窑协同处置技术、热盘炉-水泥窑协同处置技术和水泥窑协同处置RDF技术等。但是由于生活垃圾组分复杂、水分含量高、硫氯含量高和低温挥发组分含量高，导致水泥窑焚烧生活垃圾过程热效率较低、窑内氯富集结皮堵塞和二噁英污染等问题，限制了水泥窑协同处置生活垃圾技术的推广。构建匹配水泥窑协同处置生活垃圾的预处理技术和装备是水泥窑协同处置生活垃圾的前提和保证。

前期申请人公开了一种利用热烟气低温热解脱氯提质耦合水泥窑协同处置医疗废物的工艺(申请号：202010999578.8)，还工艺采用热烟气低温热解脱氯提质医疗垃圾，同时利用气化炉对医疗垃圾进行气化制备高热值燃气。专利CN108506944A公布了水泥窑协同流化床处理生活垃圾的工艺，在该工艺中，采用生物干化技术降低垃圾含水率，对厨余垃圾进行生物煤质化处理，转化成为可燃物质，最终把垃圾中的可燃物制成垃圾衍生燃料(RDF)，占用空间大、且垃圾预处理工序复杂、且流化床焚烧炉管道磨损大；专利CN106966618A公布了水泥窑协同回转窑处理生活垃圾的工艺，在该工艺中生活垃圾水分高，不能直接作为分解炉的燃料，以免影响分解炉的炉温，分解炉仍需额外添加燃料，生活垃圾处置炉磨损较大，占地空间大，垃圾处置后的预热用于预热水泥生料，预热利用率低，垃圾处理量较低；专利CN205402733U公布了水泥窑协同热旁路处理生活垃圾的工艺，但是生活垃圾处理量较低；专利CN104058614B公布了水泥窑协同炉排炉处理生活垃圾的工艺，垃圾处理量大，垃圾无需预处理，无需补燃料，但水泥窑炉和炉排炉单独设置，占用空间大，炉排炉结构复杂。

本发明集成炉排炉和水泥窑处理垃圾的优点，开发了耦合炉排的水泥分解窑装置。将粉碎的垃圾经过干燥脱氯耦合进料一体化装置处理，然后输送到炉排上进行热分解，燃烧，生成垃圾焚烧灰渣，垃圾灰渣汇入水泥分解窑中作为一部分水泥生料进行水泥熟料的烧成，垃圾燃烧产生的热量为水泥分解炉提供部分热源，从而减少水泥窑炉燃料的消耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耦合炉排的水泥分解窑及协同处置生活垃圾的工艺，以解决上述背景技术中提出的现有的生活垃圾组分复杂、水分含量高、硫氯含量高和低温挥发组分含量高，导致水泥窑直接焚烧生活垃圾过程热利用效率低、易产生爆燃现象、窑内氯富集结皮堵塞和二噁英污染等问题。还进一步将炉排炉和分解炉的结构结合，针对我国垃圾水分高、热值低、难以分拣等特点，本申请的耦合炉排的水泥分解窑占空间小，机械结构简单，不需补充燃料、垃圾处理量大、裂解彻底，不受垃圾性能影响。炉排炉产生的裂解气和废弃物中的残碳均作为燃料用来在水泥分解窑内焚烧水泥生料，使水泥生料分解，采用炉排炉的预处理方式可有效的除去生活垃圾中的有机物，生活垃圾在炉排片上完全裂解、气化，防止有机物直接入窑避免二恶英等有害气体产生。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耦合炉排的水泥分解窑，所述水泥分解窑为圆筒形，水泥分解窑上部设有多个环绕其内壁均匀布置的炉排单元，水泥分解窑中部设有与其中轴同心的外套筒和内套筒，外套筒的直径大于内套筒的直径，所述外套筒伸入水泥分解窑的长度短于内套筒，所述外套筒和内套筒被固定，外套筒和内套筒之间设有多层直径不同且能转动的活动套筒，多层活动套筒按直径由大到小其伸入水泥分解窑的长度依次递增；

每个炉排单元包括由多个扇形炉排片绕水泥分解窑的中轴依次螺旋下降排列形成螺旋阶梯，所述螺旋阶梯顶端和底端分别设置固定扇形炉排片，固定扇形炉排片之间设置移动扇形炉排片，固定扇形炉排片的外侧与水泥分解窑的内壁固定，上部的固定扇形炉排片的内侧与外套筒连接固定，下部的固定扇形炉排片的内侧与内套筒连接固定，由上至下排列的各移动扇形炉排片的内侧分别依次与直径由大到小排列的活动套筒的下端连接固定，各移动扇形炉排片的外侧与水泥分解窑的内壁转动连接；各活动套筒伸出水泥分解窑的一端的长度按其直径由大到小递增排列，且各活动套筒伸出水泥分解窑的一端分别受各自的驱动装置的驱动，以使各活动套筒发生相互转动；

所述水泥分解窑的上端面开设对应各炉排单元上部的给料口，从给料口供给干燥生活垃圾，通过各炉排炉单元的扇形炉排片依次输送所述被干燥生活垃圾，并且分别进行裂解、燃烧；

水泥分解窑下部还设有进料口、进风口，水泥分解窑底端为出渣口。

进一步地，所述的耦合炉排的水泥分解窑协同处置生活垃圾的工艺，所述生活垃圾在回转式低温热解干燥提质装置内被300～350℃的热烟气加热分解成含HCl的挥发气体和固体残留物，所述热烟气是从水泥回转窑引出并送至除尘器除去飞灰且降温的热烟气，所述含HCl的挥发气体被引入至烟气脱氯装置脱氯，回转式低温热解干燥提质装置排出的固体残留物送至水泥分解窑上部的炉排单元，在炉排单元内燃烧加热至900～1000℃，裂解生成的裂解气作为燃料引入至水泥分解窑下部焚烧配入的水泥原料，裂解剩余的无机固体残渣排至水泥分解窑，所述生活垃圾包括木质纤维类、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯、橡胶及织物类，所述水泥分解窑安装在所述水泥回转窑的上端并且其出渣口连通水泥回转窑，水泥回转窑的另一端通过篦冷机连通除尘器。

进一步地，所述烟气脱氯装置的排气口连通水泥分解窑下部，将高热值燃气输送至水泥分解窑。

进一步地，所述回转式低温热解干燥提质装置设有连通烟气脱氯装置的进料排气装置，和水泥分解窑顶端给料口的出料进气装置，所述出料进气装置还通过烟气管道连通除尘器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过将从水泥回转窑的篦冷机流出的热烟气经除尘净化后降温至300～350℃送入回转式低温热解干燥提质装置对生活垃圾进行热解，使含氯和硫的低温挥发物挥发后送入烟气脱氯装置内，经脱氯剂处理进行脱氯，脱氯后的挥发气体进行焚烧外排或送入水泥分解窑作为燃料；回转式低温热解干燥提质装置排出的未挥发物在水泥分解窑的炉排片上高温干馏进一步热解，高温干馏热源主要有水泥回转窑未经篦冷机的900～1000℃高温烟气提供热量，在炉排片上医疗废弃物彻底干燥、气化裂解，无法气化的无机物：玻璃、金属通过炉排片排至水泥回转窑，气化后烟气具有高热值的烟气作为燃料在水泥回转窑下部燃烧对投入分解炉内的水泥原料进行加热，本系统充分利用了水泥回转窑排出烟气的余热，还利用了炉排炉处理垃圾处理量大，垃圾停留时间长，干馏彻底的特点，有效的适应了目前生活垃圾水分高、热值低、难以分拣的问题。

2、二噁英是氯化多核芳香化合物的总称，主要有多氯二苯并呋喃和多氯二苯并-二噁英两种，垃圾燃烧过程中会出现局部缺氧等情况，垃圾中的氯元素会以HCl形式释放，部分转化为氯气，垃圾热解产生的大分子残碳与氯、氢、氧通过基元反应能产生二噁英，二噁英主要在300℃以上生成，本发明通过在回转式低温热解干燥提质装置中对生活垃圾进行低温热解，仅使聚氯乙烯中Cl与碳链分离产生HCl、橡胶手套中S和Cl气化，而生活垃圾在此过程没有发生碳链断裂，基本不产生碳氢化合物和残碳，因此分离出的HCl不能与残碳进行基元反应就直接在烟气脱氯装置除去了氯成分，生活垃圾在高温下二次裂解，使挥发物作为水泥回转窑燃气使用时，由于减少了参与二噁英合成反应的氯元素，抑制其对水泥回转窑的污染腐蚀，本发明的技术方案有效将生活垃圾中的HCl挥发与碳链断裂过程分开在不同的时段，有效避免了碳链断裂物与HCl反应生成二噁英的前驱体。

3.炉排炉以热烟气为气化介质，实现生活垃圾中有机组分的热解-气化制备高值化燃气作为水泥窑的辅助燃料，炉排炉分离排出的炉渣用作水泥生料的配料，解决了生活垃圾有机组分与无机组分分离难度大、人工分离存在生物安全问题、有机组分直接焚烧易爆燃而导致热效率低等问题。

4.相对于CN112207115A，本申请将炉排炉和分解炉的结构巧妙结合，占用空间小，对原有设备的改造方案较为简单，无形中减少了现有设备的改造难度,炉排炉上停留的固体残渣可直接利用水泥分解窑的辐射热，同时省去了对医疗废弃物进行彻底破碎、分拣的步骤，避免了水分大，未干燥彻底、破碎彻底、分拣合理的废弃物在低温气化炉中气化慢、气化不彻底的问题。

附图说明

图1是本发明的实施例中生活垃圾的棉签气化时热分解特性图；

图2是本发明的实施例中生活垃圾的聚氯乙烯气化时热分解特性图；

图3是本发明的实施例中生活垃圾的聚苯乙烯气化时热分解特性图；

图4是本发明的实施例中生活垃圾的聚丙烯气化时热分解特性图；

图5是本发明的实施例中生活垃圾的聚乙烯气化时热分解特性图；

图6是本发明的实施例中生活垃圾的橡胶手套气化时热分解特性图；

图7为本发明工艺的整体结构示意图；

图8为本发明工艺改进方案的整体结构示意图；

图9为本发明耦合炉排的水泥分解窑的立面剖视图；

图10为本发明耦合炉排的水泥分解窑的横截面剖视图；

图11为本发明耦合炉排的水泥分解窑未安装外套筒、内套筒、活动套筒时的立体图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

生活垃圾的组分包括木质纤维类、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯、橡胶及织物类，如表1按成分类型分类为塑料、木质、橡胶、玻璃、金属、织物类。生活垃圾中可燃物的工业分析及元素分析如表2。表3为不同温度下生活垃圾气化产生燃气的组分分析结果，300～320℃时未检测到生活垃圾气化得到燃气。

表1生活垃圾组分分析

表2生活垃圾中可燃物的工业分析及元素分析(空气干燥基)

表3不同温度下1#生活垃圾气化产生燃气的组分分析

木质纤维、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯、橡胶手套在0～600℃温度下分别进行热重分析，结果如图1～图6。生活垃圾中的Cl从聚氯乙烯中析出的温度为220～320℃，而生活垃圾中有机物裂解产生残炭的范围为280～560℃，为防止生活垃圾进行生物干化-水泥窑协调处理中挥发出的氯源与残炭发生基元反应产生二噁英，参阅图7，本发明提供一种耦合炉排的水泥分解窑及协同处置生活垃圾的工艺，其步骤为：将从水泥回转窑1的篦冷机3引出的300～350℃的热烟气经除尘器2捕集飞灰并降温至220～280℃后，引入回转式低温热解干燥提质装置11，使回转式低温热解干燥提质装置11内的生活垃圾热解挥发形成HCl和固体残留物，生活垃圾包括木质纤维类、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯、橡胶及织物类，再将HCl引入至烟气脱氯装置4脱氯，回转式低温热解干燥提质装置11排出的固体残留物在水泥分解窑5上部的炉排炉单元9中被加热至900～1000℃，裂解生成的裂解气作为燃料引入至水泥分解窑5下部焚烧配入的水泥原料，裂解剩余的无机固体残渣排至水泥分解窑与配入的水泥原料混合；

以上步骤在图7中的装置中实施，包括：水泥回转窑1，水泥回转窑1的上端与水泥分解窑5的出渣口相连通，水泥回转窑1的另一端与篦冷机3相连通；还包括在篦冷机3的烟气出口与回转式低温热解干燥提质装置11的出料进气装置112之间通过烟气管道串联了除尘器2，回转式低温热解干燥提质装置11的固废排出口1121与水泥分解窑5顶端的给料口91相连通。

烟气脱氯装置4为错流移动床，错流移动床为论文“错流移动床中颗粒行为的研究中”介绍的两相反应器。

类似专利CN210796182U，回转式低温热解干燥提质装置11设有连通进气管的进料排气装置111，连通水泥分解窑5顶端的给料口9的出料进气装置112，出料进气装置112还通过烟气管道连通除尘器2。

作为改进方案，如图8，烟气脱氯装置4的排气口连通水泥分解窑5下部，将高热值燃气输送至水泥分解窑。

进一步地，如图9，耦合炉排的水泥分解窑5为圆筒形，水泥分解窑5上部设有多个环绕其内壁均匀布置的炉排单元9，水泥分解窑5中部设有与其中轴同心的外套筒6和内套筒7，外套筒6的直径大于内套筒7的直径，外套筒6伸入水泥分解窑5的长度短于内套筒7，外套筒6和内套筒7被固定，外套筒6和内套筒7之间设有多层直径不同且能转动的活动套筒8，多层活动套筒8按直径由大到小其伸入水泥分解窑5的长度依次递增；

每个炉排单元9包括由多个扇形炉排片92绕水泥分解窑5的中轴依次螺旋下降排列形成螺旋阶梯，螺旋阶梯顶端和底端分别设置固定扇形炉排片93，固定扇形炉排片93之间设置移动扇形炉排片94，固定扇形炉排片93的外侧与水泥分解窑5的内壁固定，上部的固定扇形炉排片93的内侧与外套筒6连接固定，下部的固定扇形炉排片93的内侧与内套筒7连接固定，由上至下排列的各移动扇形炉排片94的内侧分别依次与直径由大到小排列的活动套筒8的下端连接固定，各移动扇形炉排片94的外侧与水泥分解窑5的内壁转动连接；各活动套筒8伸出水泥分解窑5的一端的长度按其直径由大到小递增排列，且各活动套筒8伸出水泥分解窑5的一端分别受各自的驱动装置10的驱动，以使各活动套筒8发生相互转动；

水泥分解窑5的上端面开设对应各炉排单元9上部的给料口91，从给料口供给被裂解物，通过各炉排单元的扇形炉排片依次输送被裂解物，并且分别进行干燥、裂解；优先地，各扇形炉排片92均相对水平面倾斜向下，利于裂解物向输送方向输送。

水泥分解窑5下部还设有进料口51、进风口52，水泥分解窑底端为出渣口。内套筒7连通预热装置，给预热装置提供热废气。

图10是水泥分解窑5中炉排单元9的俯视图，内套筒7伸出水泥分解窑5的一端连接旋风预热器，为旋风预热器内的生料预热提供热介质。炉排单元9内内侧温度高，外侧温度低，上部温度低，下部温度高，因此热烟气沿炉排单元9内侧上升热解废弃物，再沿炉排单元9外侧下降携带挥发物返回水泥分解窑5，再与助燃气体混合燃烧。

通过采用上述技术方案进行脱氯操作，保证烟气能够完全脱氯；生活垃圾中的有机物能完全气化热解，而不能热解的无机物分离排出；脱氯的热烟气不会在作为燃料生产水泥时参与二噁英合成反应，或对水泥回转窑污染腐蚀，或在生活垃圾热解时与残碳发生基元反应合成二噁英。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (4)

1.一种耦合炉排的水泥分解窑，其特征在于，所述水泥分解窑为圆筒形，水泥分解窑上部设有多个环绕其内壁均匀布置的炉排单元，水泥分解窑中部设有与其中轴同心的外套筒和内套筒，外套筒的直径大于内套筒的直径，所述外套筒伸入水泥分解窑的长度短于内套筒，所述外套筒和内套筒被固定，外套筒和内套筒之间设有多层直径不同且能转动的活动套筒，多层活动套筒按直径由大到小其伸入水泥分解窑的长度依次递增；

每个炉排单元包括由多个扇形炉排片绕水泥分解窑的中轴依次螺旋下降排列形成螺旋阶梯，所述螺旋阶梯顶端和底端分别设置固定扇形炉排片，固定扇形炉排片之间设置移动扇形炉排片，固定扇形炉排片的外侧与水泥分解窑的内壁固定，上部的固定扇形炉排片的内侧与外套筒连接固定，下部的固定扇形炉排片的内侧与内套筒连接固定，由上至下排列的各移动扇形炉排片的内侧分别依次与直径由大到小排列的活动套筒的下端连接固定，各移动扇形炉排片的外侧与水泥分解窑的内壁转动连接；各活动套筒伸出水泥分解窑的一端的长度按其直径由大到小递增排列，且各活动套筒伸出水泥分解窑的一端分别受各自的驱动装置的驱动，以使各活动套筒发生相互转动；

水泥分解窑的上端面开设对应各炉排单元上部的给料口，从给料口供给干燥后的生活垃圾，通过各炉排单元的扇形炉排片依次输送所述干燥后生活垃圾，并且分别进行裂解；

水泥分解窑下部还设有进料口、进风口，水泥分解窑底端为出渣口，水泥生料从进料口送入，进风口用于引入燃料或助燃气体。

2.如权利要求1所述的耦合炉排的水泥分解窑协同处置生活垃圾的工艺，其特征在于，所述生活垃圾在回转式低温热解干燥提质装置内被300～350℃的热烟气加热分解成含HCl的挥发气体和固体残留物，所述热烟气是从水泥回转窑引出并送至除尘器除去飞灰且降温的热烟气，所述含HCl的挥发气体被引入至烟气脱氯装置脱氯，回转式低温热解干燥提质装置排出的固体残留物送至水泥分解窑上部的炉排单元，在炉排单元内加热至900～1000℃，裂解生成的裂解气作为燃料引入至水泥分解窑下部焚烧配入的水泥原料，裂解剩余的无机固体残渣排至水泥分解窑，所述生活垃圾包括木质纤维类、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯、橡胶及织物类，所述水泥分解窑安装在所述水泥回转窑的上端并且其出渣口连通水泥回转窑，水泥回转窑的另一端通过篦冷机连通除尘器。

3.根据权利要求2所述的一种耦合炉排的水泥分解窑协同处置生活垃圾的工艺，其特征在于，所述移动式脱氯装置的排气口连通水泥分解窑下部，将部分脱氯后的热烟气输送至水泥分解窑。

4.根据权利要求3所述的耦合炉排的水泥分解窑协同处置生活垃圾的工艺，其特征在于，所述回转式低温热解干燥提质装置设有连通烟气脱氯装置的进料排气装置，和水泥分解窑顶端给料口的出料进气装置，所述出料进气装置还通过烟气管道连通除尘器。

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