一种生活垃圾焚烧炉和一种生活垃圾的焚烧方法与流程

[0001]
本发明涉及垃圾处理技术领域，特别涉及一种生活垃圾焚烧炉和一种生活垃圾的焚烧方法。


背景技术：

[0002]
生活垃圾如废弃包装袋/盒、果皮果核、餐饮垃圾等是城市垃圾的主要来源之一。焚烧处理作为一种主要的垃圾处理方式，已经在多数城市应用。生活垃圾在焚烧过程中，由于高温热分解、氧化的作用，燃烧物及其产物的体积和粒度减小，其中的不可燃物大部分滞留在炉排上以炉渣的形式排出，一小部分质小体轻的物质在气流携带及热泳力作用下，与焚烧产生的高温气体一起在炉膛内上升，经过热交换后从锅炉出口排出，形成含有颗粒物即飞灰的烟气流。研究表明，生活垃圾焚烧会产生大量的飞灰和气态污染物，如so2和no，这些污染物的含量远远大于污染物排放标准，因此需要控制飞灰、so2和no的排放。
[0003]
中国专利cn 1715751a公开了“一种垃圾焚烧方法及连续式垃圾焚烧系统”，该发明采用多段式炉体焚烧垃圾，具有较高的焚烧效率，但是焚烧过程中易产生大量飞灰和气态污染物，排放处置成本较高。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本发明目的在于提供一种生活垃圾焚烧炉和一种生活垃圾的焚烧方法。本发明提供的生活垃圾焚烧炉和焚烧方法能够有效降低飞灰含量，并将so2和no资源化转变为铵盐，从而降低气态污染物的排放。
[0005]
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
[0006]
本发明提供了一种生活垃圾焚烧炉，其特征在于，炉底设有炉渣排放口1，炉顶设有尾气排放口2；所述焚烧炉自下而上包括依次连通的焚烧区3、高压放电区4和喷氨区5；
[0007]
所述焚烧区3底部设有第一给氧管6和给醇管7，所述焚烧区3的侧壁设有生活垃圾投入口8和空气进气口9；
[0008]
所述高压放电区4底部设有贯通焚烧炉炉壁的第二给氧管10，所述第二给氧管10的两侧设有多对与第二给氧管10相邻但不接触的高压放电电极11；所述第二给氧管10的管壁两侧设有多个开孔，所述开孔的位置与高压放电电极11的位置对应；
[0009]
所述高压放电区4的顶部设有一圈与焚烧炉侧壁连接且呈斜向上设置的导流隔板12，所述导流隔板12中间有开口，所述开口的上方设有隔挡帽13，所述隔挡帽13与开口间有空气通道；所述导流隔板12与焚烧炉的侧壁连接处设有喷淋液出口14；
[0010]
所述喷氨区5的顶部设有氨水喷淋管15，所述氨水喷淋管15的管壁设有多个开孔。
[0011]
优选的，所述第一给氧管6、第二给氧管10和给醇管7的内径独立为4～10cm；
[0012]
所述第二给氧管10管壁开孔的孔径为5～12mm。
[0013]
优选的，所述第一给氧管6的一端与焚烧炉炉壁连通，另一端的开口位于焚烧区3内部；
[0014]
所述给醇管7的一端与焚烧炉炉壁连通，另一端的开口位于焚烧区3内部；
[0015]
所述第一给氧管6和给醇管7平行设置。
[0016]
优选的，所述导流隔板12与焚烧炉侧壁的夹角为60
°
～75
°
。
[0017]
优选的，所述氨水喷淋管15的内径为5～10cm，开孔个数为20～40个，开孔孔径为5～12mm。
[0018]
本发明提供了基于上述生活垃圾焚烧炉对生活垃圾进行焚烧的方法，包括以下步骤：
[0019]
(1)生活垃圾通过垃圾投入口进入焚烧区3，在空气进气口9通入空气、第一给氧管6通入氧气、给醇管7通入雾化醇的条件下进行焚烧，得到初步焚烧气体，所述初步焚烧气体中含有so2和no；
[0020]
(2)所述初步焚烧气体进入高压放电区4，所述高压放电电极11放电，第二给氧管10通入的氧气转化为o3，所述o3分别与初步焚烧气体中的so2和no进行氧化反应，得到深度焚烧气体，所述深度焚烧气体中包括so3和no2；
[0021]
(3)所述深度焚烧气体通过导流隔板12和隔挡帽13间的空气通道进入喷氨区5，so3与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硫酸铵；no2与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硝酸铵；
[0022]
所述硫酸铵、硝酸铵以及剩余氨水通过喷淋液出口14排出焚烧炉外，剩余深度焚烧气体通过尾气排放口2排出。
[0023]
优选的，所述雾化醇为雾化甲醇、雾化乙醇和雾化丙醇中的一种或几种。
[0024]
优选的，以所述生活垃圾的体积为v计，所述步骤(1)中空气的流速为0.5v～2v/min；
[0025]
所述氧气的体积流量为空气体积流量的5～10％；
[0026]
所述雾化醇的体积流量为空气体积流量的2～6％。
[0027]
优选的，所述高压放电电极11放电的正极电压为5～15kv，放电间隔为0.25～1s，放电时间为0.1～0.5s。
[0028]
优选的，所述氨水的质量浓度为10～35％；以所述生活垃圾的体积为v计，所述氨水的喷淋速率为0.1v～0.3v/min。
[0029]
本发明提供了一种生活垃圾焚烧炉，自下而上包括依次连通的焚烧区3、高压放电区4和喷氨区5；所述焚烧区3底部设有第一给氧管6和给醇管7，通入的氧气和雾化醇能够增强垃圾的焚烧程度，同时雾化醇能够减少焚烧的时间，降低飞灰的散逸；所述高压放电区4底部设有第二给氧管10与多对高压放电电极11，第二给氧管10中通入的o2在高压放电的条件下生成o3，借助高压放电和o3，焚烧产生气体中的so2和no被氧化为so3和no2；所述高压放电区4的顶部设有导流隔板12和隔挡帽13，能够进一步阻挡飞灰逸出；所述喷氨区5的顶部设有氨水喷淋管15，深度焚烧气体中的so3与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硫酸铵，no2与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硝酸铵，所得硫酸铵、硝酸铵以及剩余氨水沿导流隔板12流向喷淋液出口14，排出焚烧炉外，剩余深度焚烧气体通过尾气排放口2排出。本发明提供的生活垃圾焚烧炉具有高的焚烧效率，能够有效降低飞灰含量，同时焚烧过程中的硫氮经过资源化转变为铵盐，可以作为化工原料利用，能够产生一定的经济价值。实施例结果表明，本发明提供的生活垃圾焚烧炉产生的尾气中不含飞灰，尾气符合生活垃圾焚烧
污染控制标准《gb18485-2014》，排出的炉渣符合生活垃圾填埋污染控制标准《gb16889-2008》，且生活垃圾中硫、氮转化为硫酸铵、硝酸铵的转化率能够达到100％。
附图说明
[0030]
图1是本发明生活垃圾焚烧炉的结构示意图；
[0031]
图2为本发明生活垃圾焚烧炉的横向剖面图。
具体实施方式
[0032]
本发明提供了一种生活垃圾焚烧炉，炉底设有炉渣排放口1，炉顶设有尾气排放口2；所述焚烧炉自下而上包括依次连通的焚烧区3、高压放电区4和喷氨区5；
[0033]
所述焚烧区3底部设有第一给氧管6和给醇管7，所述焚烧区3的侧壁设有生活垃圾投入口8和空气进气口9；
[0034]
所述高压放电区4底部设有贯通焚烧炉炉壁的第二给氧管10，所述第二给氧管10的两侧设有多对与第二给氧管10相邻但不接触的高压放电电极11；所述第二给氧管10的管壁两侧设有多个开孔，所述开孔的位置与高压放电电极11的位置对应；
[0035]
所述高压放电区4的顶部设有一圈与焚烧炉侧壁连接且呈斜向上设置的导流隔板12，所述导流隔板12中间有开口，所述开口的上方设有隔挡帽13，所述隔挡帽13与开口间有空气通道；所述导流隔板12与焚烧炉的侧壁连接处设有喷淋液出口14；
[0036]
所述喷氨区5的顶部设有氨水喷淋管15，所述氨水喷淋管15的管壁设有多个开孔。
[0037]
在本发明中，所述生活垃圾焚烧炉炉体优选为4层结构，自内至外依次为高温耐火材料层、隔热材料层、保温材料层和钢保护层。本发明对所述生活垃圾焚烧炉的尺寸大小没有特殊的要求，根据实际的生活垃圾处理量进行相应的设计即可。在本发明中，所述生活垃圾焚烧炉的炉底设有炉渣排放口1，炉顶设有尾气排放口2。本发明对所述炉渣排放口1和尾气排放口2的形状、大小没有特殊的要求，根据实际情况进行相应的设计即可。
[0038]
在本发明中，所述焚烧炉自下而上包括依次连通的焚烧区3、高压放电区4和喷氨区5；所述焚烧区3底部设有第一给氧管6和给醇管7，所述焚烧区3的侧壁设有生活垃圾投入口8和空气进气口9。在本发明中，所述第一给氧管6的一端与焚烧炉炉壁连通，另一端的开口位于焚烧区3内部；所述第一给氧管6的材质优选为不锈钢或陶瓷，内径优选为4～10cm，更优选为6～8cm。在本发明中，所述第一给氧管6用于向焚烧区3通入氧气。
[0039]
在本发明中，所述给醇管7的一端与焚烧炉炉壁连通，另一端的开口位于焚烧区3内部；所述给醇管7优选与第一给氧管6平行设置。在本发明中，所述给醇管7的材质优选为不锈钢或陶瓷，内径优选为4～10cm，更优选为6～8cm。在本发明中，所述给醇管7的一端开口与焚烧炉炉壁连通，另一端的开口位于焚烧区3内部。在本发明中，所述给醇管7用于向焚烧区3通入雾化醇。
[0040]
在本发明中，所述焚烧区3的侧壁设有生活垃圾投入口8和空气进气口9。本发明对所述生活垃圾投入口8和空气进气口9的形状、尺寸和具体设置位置没有特殊的要求，根据实际情况进行相应的设计即可。
[0041]
在本发明中，所述高压放电区4底部设有第二给氧管10，所述第二给氧管10的两侧设有多对高压放电电极11。在本发明中，所述第二给氧管10优选贯通于焚烧炉内壁，所述第
二给氧管10的材质优选为导电金属，更优选为铜；在本发明中，所述第二给氧管10在使用时需要接地。在本发明中，所述第二给氧管10的管壁两侧设有多个开孔，所述开孔的位置与高压放电电极11的位置对应。在本发明中，所述第二给氧管10管壁开孔的孔径优选为5～12mm，更优选为8～10mm。作为本发明的一个实施例，所述开孔的个数优选为12～18个，更优选为14～16个。在本发明中，所述第二给氧管10用于向高压放电区4通入氧气。
[0042]
本发明对所述高压放电电极11没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的高压放电电极11即可，具体的为铜电极。在本发明中，所述高压放电电极11的对数优选为6～9对，更优选为7～8对。
[0043]
所述高压放电区4的顶部设有一圈与焚烧炉侧壁斜向上连接的导流隔板12，所述导流隔板12中间有开口，所述开口的上方设有隔挡帽13，所述隔挡帽13与开口间有空气通道。在本发明中，所述导流隔板12的材质优选为不锈钢，所述导流隔板12与焚烧炉侧壁的夹角优选为60
°
～75
°
，更优选为65
°
～70
°
。在本发明中，所述开口的形状优选为圆形，直径优选为炉体直径的1/3。在本发明中，所述隔挡帽13的材质优选与导流隔板12相同，所述隔挡帽13的面积大于开口的面积；所述隔挡帽13的高度优选高于开口15～25cm，所述隔挡帽13优选通过多根支撑柱与导流隔板12连接。本发明对所述支撑柱的数量、粗细没有特殊的要求，能够使隔挡帽13固定牢固即可；所述支撑柱的材质优选与导流隔板12相同。在本发明中，所述导流隔板12和隔挡帽13用于阻挡飞灰逸出，同时能够起到收集硫酸铵、硝酸铵以及剩余氨水的作用。
[0044]
在本发明中，所述导流隔板12与焚烧炉的侧壁连接处设有喷淋液出口14。本发明对所述喷淋液出口14的大小、具体设置位置没有特殊的要求，根据实际情况进行相应的设计即可。在本发明中，所述喷淋液出口14用于排出硫酸铵、硝酸铵以及剩余氨水。
[0045]
在本发明中，所述喷氨区5的顶部设有氨水喷淋管15，所述氨水喷淋管15的管壁设有多个开孔。在本发明中，所述氨水喷淋管15的数量优选为3～5根，材质优选为不锈钢；所述氨水喷淋管15的内径优选为5～10cm，更优选为6～8cm；所述氨水喷淋管15的开孔个数优选为20～40个，更优选为25～35个；所述开孔孔径优选为5～12mm，更优选为8～10mm。
[0046]
本发明所述生活垃圾焚烧炉的结构示意图如图1所示，图1中，1-炉渣排放口，2-尾气排放口，3-焚烧区，4-高压放电区，5-喷氨区，6-第一给氧管，7-给醇管，8-垃圾投入口，9-空气进气口，10-第二给氧管，11-高压放电电极11，12-导流隔板，13-隔挡帽，14-喷淋液出口，15-氨水喷淋管。
[0047]
本发明所述生活垃圾焚烧炉的横向剖面图如图2所示，图2中，1-1为氨水喷淋管15处的横向剖面图，2-2为第二给氧管10处的横向剖面图，3-3为第一给氧管6和给醇管7处的横向剖面图。
[0048]
本发明提供了基于上述生活垃圾焚烧炉对生活垃圾进行焚烧的方法，包括以下步骤：
[0049]
(1)生活垃圾通过垃圾投入口进入焚烧区3，在空气进气口9通入空气、第一给氧管6通入氧气、给醇管7通入雾化醇的条件下进行焚烧，得到初步焚烧气体，所述初步焚烧气体中含有so2和no；
[0050]
(2)所述初步焚烧气体进入高压放电区4，所述高压放电电极11放电，第二给氧管10通入的氧气转化为o3，所述o3分别与初步焚烧气体中的so2和no进行氧化反应，得到深度
焚烧气体，所述深度焚烧气体中包括so3和no2；
[0051]
(3)所述深度焚烧气体通过导流隔板12和隔挡帽13间的空气通道进入喷氨区5，so3与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硫酸铵；no2与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硝酸铵；
[0052]
所述硫酸铵、硝酸铵以及剩余氨水通过喷淋液出口14排出焚烧炉外，剩余深度焚烧气体通过尾气排放口2排出。
[0053]
在本发明中，生活垃圾通过垃圾投入口进入焚烧区3，在空气进气口9通入空气、第一给氧管6通入氧气、给醇管7通入雾化醇的条件下进行焚烧，得到初步焚烧气体，所述初步焚烧气体中含有so2和no。在本发明中，所述生活垃圾优选为废弃包装袋、废弃包装盒、果皮果核和食品残渣中的一种或几种。以所述生活垃圾的体积v(单位为l)为基准，所述步骤(1)中空气的流速优选为0.5v～2v/min，更优选为1v～1.5v/min。在本发明中，所述氧气的体积流量优选为空气体积流量的5～10％，更优选为6～8％。在本发明中，所述雾化醇优选为雾化甲醇、雾化乙醇和雾化丙醇中的一种或几种，所述雾化醇的体积流量优选为空气体积流量的2～6％，更优选为3～5％。在本发明中，所述焚烧的方式优选为点火焚烧。
[0054]
得到所述初步焚烧气体后，所述初步焚烧气体进入高压放电区4，所述高压放电电极11放电，第二给氧管10通入的氧气转化为o3，所述o3与初步焚烧气体中的so2和no进行氧化反应，得到深度焚烧气体，所述深度焚烧气体中包括so3和no2。在本发明中，所述高压放电的正极电压优选为5～15kv，更优选为8～12kv；放电间隔优选为0.25～1s，更优选为0.5～0.75s；放电时间优选为0.1～0.5s，更优选为0.2～0.4s。在本发明中，所述第二给氧管10通入的氧气的流量优选为空气体积流量的5～10％，更优选为6～8％。
[0055]
在本发明中，在高压放电的条件下，第二给氧管10通入的氧气转化为o3，分别与初步焚烧气体中的so2和no进行氧化反应，得到so3和no2。反应式如下所示：
[0056]
3o2→
2o3[0057]
no+o3→
no2+o2[0058]
so2+o3→
so3+o2。
[0059]
得到深度焚烧气体后，所述深度焚烧气体通过导流隔板12和隔挡帽13间的空气通道进入喷氨区5，so3与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硫酸铵；no2与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硝酸铵。在本发明中，所述氨水的质量浓度优选为10～35％，更优选为15～25％；以所述生活垃圾的体积v(单位为l)为基准，所述氨水的喷淋速率优选为0.1v～0.3v/min，更优选为0.2v/min。在本发明中，所述so3与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硫酸铵的反应式如下所示：
[0060]
so3+2nh3·
h2o
→
(nh4)2so4+h2o；
[0061]
所述no2与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硝酸铵的反应式如下所示：
[0062]
2no2+2nh3·
h2o
→
n2+nh4no3+3h2o。
[0063]
在本发明中，所述硫酸铵、硝酸铵以及剩余氨水通过喷淋液出口14排出焚烧炉外，所得硫酸铵和硝酸铵可以作为化工原料利用，所述剩余氨水可以回收利用；在本发明中，剩余深度焚烧气体通过尾气排放口2排出。
[0064]
下面结合实施例对本发明提供的生活垃圾焚烧炉和生活垃圾的焚烧方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0065]
实施例1
[0066]
使用图1所示的生活垃圾焚烧炉对废弃包装袋进行焚烧，方法如下：
[0067]
(1)废弃包装袋通过垃圾投入口进入焚烧区3，在通入空气、氧气和雾化乙醇的条件下进行焚烧，得到初步焚烧气体，其中空气的体积流速为0.5v/min，v为废弃包装袋体积，氧气的通入速率为空气体积流量的5％，雾化乙醇的通入速率为空气体积流量的2％；
[0068]
(2)所述初步焚烧气体进入高压放电区4，第二给氧管10通入空气体积流量5％的氧气，在正极电压为12kv，放电间隔为0.25s，放电时间为0.3s的高压放电的条件下，第二给氧管10通入的氧气转化为o3，分别与初步焚烧气体中的so2和no进行氧化反应，得到深度焚烧气体；
[0069]
(3)所述深度焚烧气体通过导流隔板12和隔挡帽13间的空气通道进入喷氨区5，so3与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硫酸铵；no2与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硝酸铵；其中氨水的质量浓度为25％，氨水的喷淋速率为0.3v/min；
[0070]
所述硫酸铵、硝酸铵以及剩余氨水通过喷淋液出口14排出焚烧炉外，剩余深度焚烧气体通过尾气排放口2排出。
[0071]
经检测，排出的尾气中飞灰含量<0.2mg/m3，尾气未检测到含硫和含氮气态物质，符合生活垃圾焚烧污染控制标准《gb18485-2014》；排出的炉渣各项指标均达标，符合生活垃圾填埋污染控制标准《gb16889-2008》，且排出的炉渣中不含硫、氮元素，说明生活垃圾中硫、氮转化为硫酸铵、硝酸铵的转化率能够达到100％。
[0072]
实施例2
[0073]
使用图1所示的生活垃圾焚烧炉对废弃包装袋进行焚烧，方法如下：
[0074]
(1)果皮果核垃圾通过垃圾投入口进入焚烧区3，在通入空气、氧气和雾化乙醇的条件下进行焚烧，得到初步焚烧气体，其中空气的体积流速为1v/min，v为果皮果核垃圾的体积，氧气的通入速率为空气体积流量的10％，雾化乙醇的通入速率为空气体积流量的6％；
[0075]
(2)所述初步焚烧气体进入高压放电区4，第二给氧管10通入空气体积流量8％的氧气，在正极电压为15kv，放电间隔为0.5s，放电时间为0.1s的高压放电的条件下，第二给氧管10通入的氧气转化为o3，分别与初步焚烧气体中的so2和no进行氧化反应，得到深度焚烧气体；
[0076]
(3)所述深度焚烧气体通过导流隔板12和隔挡帽13间的空气通道进入喷氨区5，so3与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硫酸铵；no2与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硝酸铵；其中氨水的质量浓度为35％，氨水的喷淋速率为0.1v/min；
[0077]
所述硫酸铵、硝酸铵以及剩余氨水通过喷淋液出口14排出焚烧炉外，剩余深度焚烧气体通过尾气排放口2排出。
[0078]
经检测，排出的尾气中飞灰含量<0.07mg/m3，尾气未检测到含硫和含氮气态物质，符合生活垃圾焚烧污染控制标准《gb18485-2014》；排出的炉渣各项指标均达标，符合生活垃圾填埋污染控制标准《gb16889-2008》，且排出的炉渣中不含硫、氮元素，说明生活垃圾中硫、氮转化为硫酸铵、硝酸铵的转化率能够达到100％。
[0079]
实施例3
[0080]
使用图1所示的生活垃圾焚烧炉对废弃包装袋进行焚烧，方法如下：
[0081]
(1)餐饮垃圾通过垃圾投入口进入焚烧区3，在通入空气、氧气和雾化乙醇的条件下进行焚烧，得到初步焚烧气体，其中空气的体积流速为2v/min，v为餐饮垃圾的体积，氧气的通入速率为空气体积流量的8％，雾化乙醇的通入速率为空气体积流量的4％；
[0082]
(2)所述初步焚烧气体进入高压放电区4，第二给氧管10通入空气体积流量10％的氧气，在正极电压为5kv，放电间隔为1s，放电时间为0.5s的高压放电的条件下，第二给氧管10通入的氧气转化为o3，分别与初步焚烧气体中的so2和no进行氧化反应，得到深度焚烧气体；
[0083]
(3)所述深度焚烧气体通过导流隔板12和隔挡帽13间的空气通道进入喷氨区5，so3与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硫酸铵；no2与氨水喷淋管15喷出的氨水反应，得到硝酸铵；其中氨水的质量浓度为10％，氨水的喷淋速率为0.2v/min；
[0084]
所述硫酸铵、硝酸铵以及剩余氨水通过喷淋液出口14排出焚烧炉外，剩余深度焚烧气体通过尾气排放口2排出。
[0085]
经检测，排出的尾气中飞灰含量<0.1mg/m3，尾气未检测到含硫和含氮气态物质，符合生活垃圾焚烧污染控制标准《gb18485-2014》；排出的炉渣各项指标均达标，符合生活垃圾填埋污染控制标准《gb16889-2008》，且排出的炉渣中不含硫、氮元素，说明生活垃圾中硫、氮转化为硫酸铵、硝酸铵的转化率能够达到100％。
[0086]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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