一种利用燃煤锅炉处置生活垃圾的系统及方法与流程

[0001]
本发明涉及生活垃圾处置技术领域，具体为一种利用燃煤锅炉处置生活垃圾的系统及方法。


背景技术：

[0002]
我国城市生活垃圾年清运量超过两亿吨，村镇两级人均生活垃圾产量分别为0.5kg/(人天)～1.0kg/(人天)、0.4kg/(人天)～0.9kg/(人天)，垃圾围城问题日益突出。垃圾的不当处置会造成严重的环境污染，垃圾无害化处理是生态文明建设的关键，现阶段我国城市生活垃圾处理的目标是减量化、无害化和资源化处理。
[0003]
受场地减少及二次污染的影响，垃圾填埋方式逐渐减少。垃圾中含有大量污染物及环保政策的日益严格，垃圾堆肥利用也受到严格限制。垃圾热处理方式能够高温分解有毒物质，具有减容、减重率高，处理方法快等优点，受到广泛关注。垃圾热处置包括焚烧、热解和气化，其中热解和气化方式二次污染较小，产品利用多样化，但规模相对较小，适宜于分散式垃圾处理。大规模生活垃圾集中处置主要采用焚烧发电的方式，2019年全国新建约430个垃圾焚烧发电厂，处理能力达到45万吨/日。预计到2021年，我国垃圾发电装机容量将达到1347万千瓦。但是，我国生活垃圾水分高、热值低，垃圾焚烧发电效率低，垃圾发电成本高于火力发电，同时垃圾焚烧设备投资大、焚烧废气处理费用高、难度大。
[0004]
垃圾焚烧耦合燃煤发电是实现清洁、高效、低成本处理生活垃圾的可行的技术途径，其需要解决两个问题：1.如何将垃圾焚烧产生的热量传递给燃煤锅炉；2.如何保证垃圾焚烧产生的二噁英和重金属不对锅炉产生影响。传统的垃圾焚烧耦合燃煤发电技术路线包括：前置干燥炭化处理技术，城市垃圾干燥、炭化及热解后，气体产物随烟气进入炉膛焚烧，焚烧产物通过锅炉尾部烟气净化设备净化；工业固废气化耦合发电技术，工业固废气化后的原料成为可燃气体通过新增的燃气燃烧器进入锅炉；垃圾双链耦合发电技术，垃圾焚烧炉产生的主蒸汽引入燃煤机组热力系统，垃圾焚烧炉产生的尾部烟气引入燃煤锅炉；垃圾气化熔融耦合发电技术、煤与生活垃圾等离子体气化耦合发电技术、流化床锅炉直接掺烧垃圾等。但是，传统的耦合方法可燃气焦油含量高，容易堵塞管道；氮、硫、氯污染物以及二次生成的二噁英，影响锅炉安全运行；重金属含量高，影响灰渣的再利用。现有的垃圾焚烧设备投资大、焚烧废气处理费用高，发电效率低，一般用于大规模生活垃圾的集中处置。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种利用燃煤锅炉处置生活垃圾的系统及方法，能够实现生活垃圾的减量化、无害化、资源化处理，同时保证电站锅炉运行的安全性。
[0006]
本发明是通过以下技术方案来实现：
[0007]
一种利用燃煤锅炉处置生活垃圾的系统，包括依次连接的破碎机、燃料反应器和空气反应器，设置在燃料反应器上的第一分离器，以及设置在空气反应器上的第二分离器
和磁选分离装置；
[0008]
所述的破碎机用于破碎生活垃圾，破碎机的出口连接燃料反应器的入口；所述的燃料反应器底部设置有空气入口；所述的空气反应器内设置有若干载氧体，其底部设置有空气入口；
[0009]
所述的第一分离器的气体出口连通电站锅炉，第一分离器的入口与燃料反应器的出口连通，第一分离器的固体出口与空气反应器的入口连通；
[0010]
所述的第二分离器的气体出口连通电站锅炉，第二分离器的入口与空气反应器的出口连通，第二分离器的固体出口与磁选分离装置的入口连通；
[0011]
所述的磁选分离装置底部设置有载氧体出口和飞灰出口；所述的载氧体出口与燃料反应器的入口连通。
[0012]
进一步的，所述的破碎机和燃料反应器之间还依次设置有储料仓和螺旋给料机。
[0013]
更进一步的，所述的破碎机的出口和载氧体出口均与储料仓的入口连接。
[0014]
进一步的，所述的燃料反应器的侧壁上还设置有灰渣出口。
[0015]
更进一步的，所述的灰渣出口上设置有冷渣器。
[0016]
进一步的，所述的空气入口处均设置有增压风机。
[0017]
一种生活垃圾焚烧耦合燃煤发电的方法，包括如下步骤，
[0018]
步骤1，生活垃圾经破碎机破碎后被送入燃料反应器，载氧体进入燃料反应器，同时将空气通过空气入口分别送入燃料反应器和空气反应器中；
[0019]
步骤2，在燃料反应器中的生活垃圾和载氧体发生还原反应，反应产物进入第一分离器；在第一分离器中，被还原的载氧体与烟气发生气固分离，烟气通入尾气中，被还原的载氧体进入空气反应器上部；
[0020]
步骤3，空气反应器上部被还原的载氧体与空气中的氮气发生氧化反应进行加氧，反应产物进入第二分离器；在第二分离器中，被还原的载氧体与氮气发生气固分离，氮气通入尾气中，被还原的载氧体进入空气反应器下部；空气反应器下部被还原的载氧体与空气中的氧气发生氧化反应后得到载氧体并进入磁选分离装置；
[0021]
步骤4，在磁选分离装置中的载氧体与飞灰分离，分离出来的载氧体送入燃料反应器中与生活垃圾混合并发生还原反应，重复步骤2进行循环；
[0022]
步骤5，尾气通入电站锅炉中，利用电站锅炉的脱硫脱硝装置脱除尾气中的污染物；尾气中的热量用于发电。
[0023]
进一步的，步骤1中，所述的载氧体为过渡金属氧化物。
[0024]
进一步的，步骤2中，分离得到的灰渣进入冷渣器中回收处理。
[0025]
进一步的，步骤4中，循环过程中消耗的载氧体由赤泥补充，赤泥为一种工业废料；分离出来的飞灰送入灰渣场处理。
[0026]
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0027]
本发明系统通过将生活垃圾破碎后直接与载氧体反应，系统结构简单，成本低；采用载氧体与生活垃圾反应的方式能够显著降低反应过程中n/s/cl等污染物的排放，并生成清洁的尾气，从而保证电站锅炉的运行安全。载氧体能够促进氮元素转化为氮气，fe2o3+nh3/hcn
→
n2+h2o+fe。载氧体中含有的cao能够促进硫元素自固，cao+h2s+2o2→
h2o+caso4。载氧体中含有的助剂能够脱除氯元素，k2o+2hcl
→
2kcl+h2o；cao+2hcl
→
cacl2+h2o。由于氯
元素是二噁英生成的重要前驱体，所以载氧体能够通过脱除氯元素显著抑制二噁英的生成。
[0028]
进一步，本发明系统中采用的载氧体为赤泥，赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的废渣，采用赤泥作为载氧体参与反应，既降低了运行成本，也能够实现赤泥的有效再利用。
[0029]
进一步，本发明系统通过将燃料反应器和空气反应器中保持流化状态的方式，增加了固体颗粒与固体颗粒、固体颗粒与气体之间的碰撞机率，能够提高反应速率，降低物料消耗。
[0030]
进一步，本发明系统中生活垃圾焚烧产生的飞灰和渣在电站锅炉外处置，不会影响燃煤飞灰的品质，避免了生活垃圾焚烧产生的重金属含量较高的飞灰与燃煤飞灰混合而影响灰渣的再利用问题。
[0031]
本发明方法，既能够利用生活垃圾的热值发电，又能够利用燃煤火电机组的脱硫脱硝装置脱除垃圾焚烧产生的污染物，从而实现生活垃圾的就近、低成本、高清洁地综合处置，避免垃圾焚烧站的重复建设。
附图说明
[0032]
图1为本发明实施例中所述的系统结构示意图。
[0033]
图中：1.生活垃圾，2.破碎机，3.载氧体出口，4.储料仓，5.螺旋给料机，6.燃料反应器，7.增压风机，8.空气入口，9.冷渣器，10.第一分离器，11.空气反应器，12.载氧体，13.第二分离器，14.磁选分离装置，15.飞灰出口，16.赤泥，17.尾气，18.锅炉。
具体实施方式
[0034]
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0035]
本发明提出一种利用燃煤锅炉处置生活垃圾的系统，如图1所示，包括燃料反应器6，所述的燃料反应器6的入口处依次连接设置有破碎机2、储料仓4和螺旋给料机5；燃料反应器6的底部设置有空气入口8，所述空气入口8处设置有增压风机7；燃料反应器6的侧壁上还连接设置有第一分离器10和灰渣出口，所述的灰渣出口上设置有冷渣器9；所述的第一分离器10的气体出口连通电站锅炉18，第一分离器10的入口与燃料反应器6的出口连通，第一分离器10的固体出口与空气反应器11的入口连通；所述的空气反应器11的出口连接设置有第二分离器13，底部设置有空气入口8，所述空气入口8处设置有增压风机7；所述的第二分离器13的气体出口连通电站锅炉18，固体出口与磁选分离装置14的入口连通；所述的磁选分离装置14底部设置有载氧体出口3和飞灰出口15；所述的载氧体出口3与燃料反应器6的入口连通。
[0036]
在实际应用中，采用本发明系统进行生活垃圾处理时，
[0037]
首先，干燥后的生活垃圾1在破碎机2中被破碎至一定粒径，然后送入储料仓4。在储料仓4中，生活垃圾1和载氧体12混合后，由螺旋给料机5送入燃料反应器6中。其中，载氧体12一般为过渡金属氧化物，本优选实例中以meo为例，me为过渡金属，比如常见的赤泥。
[0038]
然后，通过增压风机7将空气通过空气入口8分别送入燃料反应器6和空气反应器
11中，维持各自反应器内呈流化状态。在燃料反应器6中，生活垃圾1和载氧体12发生还原反应，2ch
x
o
y
+(4+x-2y)meo
→
2co2+xh2o+me，反应产物进入第一分离器10。在第一分离器10中，反应产物发生气固分离，固体的载氧体12(还原态)进入空气反应器11中，气态的烟气汇入尾气17中。生活垃圾1反应后的残渣进入冷渣器9中。
[0039]
其次，在空气反应器11中，还原态的载氧体12与空气8中的氧气发生氧化反应进行加氧，2me+o2→
2meo，反应产物进入第二分离器13。在第二分离器13中，反应产物发生气固分离，固态产物进入磁选分离装置14，空气8中未反应的氮气汇入尾气17中。
[0040]
再次，磁选分离装置14采用电磁吸附分离原理，用于载氧体12和飞灰15的分离。分离出来的载氧体12经过载氧体出口3送入储料仓4中与生活垃圾1混合，并进入燃料反应器6在燃料反应器6中发生还原反应，如此循环，循环过程中消耗的载氧体12由赤泥16补充，其中赤泥16为一种工业废料。分离出来的飞灰富含重金属，通过飞灰出口15排出送灰渣场后与锅炉飞灰分开处理。
[0041]
最后，尾气17通入电站锅炉18中，利用电站锅炉18的脱硫脱硝装置脱除尾气17中的污染物。电站锅炉18燃用煤粉，尾气17中的热量用于发电。
[0042]
在以上系统的基础上，本发明还提供一种利用燃煤锅炉处置生活垃圾的方法，步骤如下，
[0043]
步骤1，生活垃圾1经破碎机2破碎后被送入燃料反应器6，载氧体12进入燃料反应器6，同时将空气通过空气入口8分别送入燃料反应器6和空气反应器11中；
[0044]
步骤2，在燃料反应器6中的生活垃圾1和载氧体12发生还原反应，反应产物进入第一分离器10；在第一分离器10中，被还原的载氧体12与烟气发生气固分离，烟气通入尾气17中，被还原的载氧体12进入空气反应器11上部；
[0045]
步骤3，空气反应器11上部被还原的载氧体12与空气中的氮气发生氧化反应进行加氧，反应产物进入第二分离器13；在第二分离器13中，被还原的载氧体12与氮气发生气固分离，氮气通入尾气中，被还原的载氧体12进入空气反应器11下部；空气反应器11下部被还原的载氧体12与空气中的氧气发生氧化反应后得到载氧体12并进入磁选分离装置14；
[0046]
步骤4，在磁选分离装置14中的载氧体12与飞灰15分离，分离出来的载氧体14送入燃料反应器6中与生活垃圾1混合并发生还原反应，重复步骤2进行循环；
[0047]
步骤5，尾气17通入电站锅炉18中，利用电站锅炉18的脱硫脱硝装置脱除尾气17中的污染物；尾气17中的热量用于发电。
[0048]
其中，步骤1中，所述的载氧体12为过渡金属氧化物。
[0049]
其中，步骤2中，分离得到的灰渣进入冷渣器9中回收处理。
[0050]
其中，步骤4中，循环过程中消耗的载氧体12由赤泥16补充，赤泥16为一种工业废料；分离出来的飞灰15送入灰渣场处理。
[0051]
本实例优选的载氧体12为赤泥16，赤泥16是制铝工业提取氧化铝时排出的废渣。采用赤泥16作为载氧体12参与反应，既降低了运行成本，也能够实现赤泥16的有效再利用。

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