一种垃圾气化飞灰耦合燃煤焚烧高温熔融固化处置系统及方法与流程

本发明涉及城市生活垃圾等固体废弃物的资源化处理技术，具体涉及一种垃圾气化飞灰耦合燃煤焚烧高温熔融固化处置技术。

背景技术：

垃圾焚烧发电会产生大量的飞灰(约占垃圾总量的10-15％)，飞灰中以无机物为主，其次是具有浸出性的重金属元素，还有一定浓度的二噁英附着，若未经固化处置而直接填埋，将会使重金属浸出并迁移至土壤及地下水，造成二次污染。按照《生活垃圾焚烧污染控制标准》(gb18485-2014)规定，生活垃圾焚烧飞灰应分别收集、贮存、运输和处置，并应按危险废物进行管理。因此，如何合理有效地处理垃圾焚烧飞灰是目前国内环境保护亟待解决的难点问题。

熔融固化是目前公认的最稳定、最安全的垃圾焚烧飞灰的处理方法，不仅可以彻底消除飞灰中的二噁英，保证固化重金属的长期稳定性，大大降低飞灰的体积，而且高温熔融固化飞灰可形成具有刚性的非晶态的玻璃态物质，使飞灰中重金属形成不易浸出的形态，并用作土木、建筑等材料，可进一步提高垃圾资源化程度。但是它的缺点是要消耗大量能量，高温设备投资也较大。

垃圾气化熔融固化的关键是要获得1200-1400℃左右的高温，目前采用的主要方法是等离子体法、燃料法和电热法，根据热源可分为燃料式熔融炉和电力式熔融炉。表面熔融炉是燃料式熔融炉中最典型的，以燃气为燃料，但会产生大量烟气，且处理量小；电弧熔融炉是使用电力为熔融热源的电力式熔融炉，主要利用高温电弧使灰渣熔融固化，且废气排放量较少，处理容易，但缺点是需要较纯熟的操作技巧，熔渣排出口易受损。等离子熔融炉是用电作燃料的炉子，主要由炉体、等离子喷嘴、直流电源、空气供给等设备组成，二噁英的分解率也很高。上述工艺普遍存在的问题是：能耗高、设备复杂、投资大等。

为了稳定处理垃圾气化飞灰，授权公告号为cn106642139a的发明专利公开了一种生活垃圾热解气化飞灰直接熔融装置及其使用方法，将生活垃圾一次热解产生的气化飞灰进入二次燃烧室中进行高温熔融，达到彻底分解飞灰中的二噁英，固化飞灰中的重金属的目的。但该专利提出的工艺并没有提出使装置稳定在1200℃以上的保障措施，同时二次燃烧室的温度主要由热值一般的垃圾热解气燃烧提供，无法稳定提供更高的温度环境，无法保证全时段二噁英的连续稳定分解及重金属固化。另外，生活垃圾灰熔点基本都在1200℃以下，该专利并未考虑到飞灰高温熔融后对二次燃烧室及布置受热面结焦等的影响。

而授权公告号为cn1873326a的发明专利公开了城市生活垃圾气化熔融焚烧处理系统及其方法，该发明专利利用熔融焚烧炉进行垃圾气化飞灰熔融固化，以实现彻底解决气化飞灰熔融固化问题。但同样，该专利提出的工艺的高温熔融环境均由垃圾气化燃气提供，其热值并不能连续稳定保证1300-1350℃的高温环境。另，该专利同样没有考虑如何解决熔融飞灰造成的结焦等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种垃圾气化飞灰耦合燃煤焚烧高温熔融固化处置系统及方法。

这种垃圾气化飞灰耦合燃煤焚烧高温熔融固化处置系统，包括气化炉装置、燃气冷却器、燃气引风机、燃烧器和燃煤锅炉，所述气化炉装置包括垃圾仓、气化炉本体和鼓风机，气化炉本体进口分别与垃圾仓的出料口和鼓风机的出口相连接，气化炉本体出口与燃气冷却器的燃气进口相连接，燃气冷却器的燃气出口通过燃气引风机及管道与燃烧器的进口相连接，燃烧器将燃气喷入燃煤锅炉，燃烧器出口设置可适当调节燃气喷入角度的挡板。

作为优选：所述燃气冷却器的冷却介质进口与冷却介质相连接，燃气冷却器为气化可燃气走管外、冷却介质走管内的板壳式或管壳式换热器。

作为优选：所述鼓风机的进口为气化剂，鼓风机出口与气化炉本体的风室进口相连，气化剂一般为空气或氧气。

作为优选：所述气化炉本体为固定床气化炉或流化床气化炉。

作为优选：所述燃气引风机为防爆型轴流风机，设计介质温度最高可达500℃。

作为优选：所述燃烧器为燃气燃烧器，燃烧器安装于锅炉炉膛区域，为保证燃烧的充分性，燃烧器出口的挡板纵向方向上设有上、中、下三通道，并可随时关闭其中两个通道，全部开启时可分别将可燃气喷向不同的燃烧温度区间，既可实现良好的耦合焚烧，又能充分实现重金属的熔融固化。

作为优选：所述燃煤锅炉为亚临界及以上参数大型煤粉锅炉。

这种垃圾气化飞灰耦合燃煤焚烧高温熔融固化处置系统的工作方法，气化炉装置将垃圾高温气化生成气化可燃气、气化飞灰和气化炉渣，气化飞灰随气化可燃气一并经燃气冷却器冷却后，由燃气引风机经管道送入燃煤锅炉与煤粉进行耦合燃烧。

作为优选：所述燃气冷却器主要利用冷却介质将气化可燃气降温至400-500℃。

作为优选：为进一步降低垃圾灰熔点，实现更好地熔融固化，气化过程中可在气化炉装置的气化炉本体内添加一定量的二氧化硅或氧化铝等作为助融剂。

作为优选：通过鼓风机将气化剂送入气化炉装置的气化炉本体，鼓风机采用变频电机控制。

本发明的有益效果是：

1、本发明引入燃煤锅炉作为飞灰高温熔融固化装置，气化飞灰可随气化可燃气一并通入燃煤锅炉，无需通过气化飞灰除尘装置额外捕集飞灰后再进行二次高温熔融固化，除了能节省除灰装置投资，还避免了捕集飞灰运送处置过程可能造成的二次污染。

2、本发明通过燃烧器出口设置挡板角度，可在锅炉运行负荷变化时，一定范围内调节气化飞灰随气化燃气喷入炉膛的角度，保证气化飞灰与燃煤耦合焚烧的温度区间始终控制在1200℃以上。

3、燃煤相比较垃圾气化燃气，热值较高且燃烧特性较优，煤粉燃烧过程可维持全负荷时段连续稳定的1200-1400℃的高温环境，完全保障了垃圾飞灰高温熔融固化的温度条件，可实现飞灰中的二噁英及有机物完全分解和重金属高温熔融彻底固化稳定，并将原属于危废的飞灰转化为一般工业固废并掺入粉煤灰中作为建筑原料或辅料等，可更进一步实现垃圾处置的无害化、减量化和资源化。

4、生活垃圾焚烧飞灰的熔点普遍低于1200℃，常规高温熔融方式并不能解决因此带来的结焦问题，而本技术通过将垃圾气化飞灰与燃煤耦合焚烧，利用高灰熔点(1300℃以上)的燃煤飞灰与低灰熔点的垃圾飞灰的掺混，可将垃圾飞灰熔融温度提升到平均1280℃以上，成功解决了飞灰熔融带来的结焦问题。

附图说明

图1为垃圾气化飞灰耦合燃煤焚烧高温熔融固化处置系统示意图；

图2为燃气燃烧器挡板的结构示意图。

附图标记说明：垃圾仓1、气化炉本体2、燃气冷却器3、燃气引风机4、鼓风机5、燃烧器6、燃煤锅炉7。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

所述垃圾气化飞灰耦合燃煤焚烧高温熔融固化处置系统，将垃圾高温气化生成的飞灰随气化可燃气携带进入燃煤锅炉，依托燃煤锅炉煤粉燃烧产生的全时段连续稳定高温环境(1200℃以上)，解决了单纯依靠相对低热值的垃圾气化燃气燃烧不能维持稳定1200℃以上高温环境的问题，同时，依托已有正常运行的燃煤锅炉，也成功解决了离子体法、燃料法和电热法等熔融炉的能耗高、设备复杂和投资大等问题。利用全负荷时段燃煤锅炉炉膛1200℃以上的高温环境，可彻底实现飞灰中的二噁英及有机物完全分解以及重金属熔融固化稳定，且飞灰可减容50％以上，并将飞灰转化为一般工业固废，可掺入锅炉粉煤灰中一并作为建筑原料或辅料等，可更进一步实现垃圾处置的无害化、减量化和资源化。

实施例1

在本实施例中，结合附图，对本专利的结构进行详细描述。

如图1所示，本实施例提供一种垃圾气化飞灰耦合燃煤焚烧高温熔融固化处置系统，包括气化炉装置、燃气冷却器3、燃气引风机4、燃烧器6和燃煤锅炉7。

气化炉装置由垃圾仓1、气化炉本体2、鼓风机5等组成，气化炉本体2进口分别与垃圾仓1的出料口和鼓风机5的热风出口相连接，气化炉本体2出口与燃气冷却器3的燃气进口相连接，燃气冷却器3的燃气出口通过燃气引风机4及管道与燃烧器6的进口相连接，燃烧器6将燃气喷入燃煤锅炉7。

所述垃圾仓1中的燃料为垃圾衍生燃料或可燃一般工业垃圾。

所述燃气冷却器3将气化可燃气温度从650-750℃降低至400-500℃，这样可充分降低燃气引风机设备及燃气输送管道及相关附件的投资并延长设备寿命。

所述鼓风机的进口为气化剂，其出口与气化炉本体的风室进口相连，气化剂为空气，并可通过一定方式进行预热后送入鼓风机。

所述燃煤锅炉7为超临界或超超临界参数大型煤粉锅炉，保持负压运行。

所述气化炉本体2为循环流化床气化炉，保持负压运行。为进一步降低垃圾灰熔点，实现更好地熔融固化，气化过程中将在气化炉内优选添加一定量的二氧化硅作为助融剂。

所述燃气冷却器3为气化可燃气走管外、冷却介质走管内的管壳式换热器。

所述燃气引风机4为防爆型轴流风机，设计介质温度最高可达500℃。

所述燃烧器6为燃气燃烧器，安装于锅炉炉膛区域，其出口设置挡板可适当调节喷入角度，可在锅炉运行负荷变化时，一定范围内调节气化飞灰随气化燃气喷入炉膛的角度。其中，为保证燃烧的充分性，挡板纵向设有上、中、下三通道(如图2所示)，为保证燃烧均匀充分和重金属充分固化熔融，优先关闭上层燃气通道，可燃气经由中和下两个通道喷入锅炉。

所述鼓风机5采用变频电机控制，在气化炉运行负荷波动时，进行变工况调节，并降低变工况时的能耗。

实施例2

在本实施例中，结合附图，对本专利的具体实施方式进行详细描述。

本技术方案通常应用于垃圾气化工艺。该技术方案实施前，需要了解所需气化垃圾的水分、热值、灰成分及灰熔点，气化燃气的组分、产气率及热值等参数，确定需耦合的燃煤锅炉的煤燃料特性、煤粉燃烧器布置情况、炉膛燃烧温度区间及年运行负荷率等资料和参数，根据了解的资料及参数信息，选择合适的气化炉、燃气引风机及燃气燃烧器；并确定燃气燃烧器的数量及最佳安装位置、小时最大可处理垃圾量、小时最大可耦合气化可燃气流量及携带喷入的气化飞灰量。

如图1所示，本专利提供一种垃圾气化飞灰耦合燃煤焚烧高温熔融固化处置系统，包括气化炉装置、燃气冷却器3、燃气引风机4、燃烧器6和燃煤锅炉7。

垃圾从垃圾仓1进入气化炉2进行高温气化之后分为两路，一路高温气化可燃气携带气化生成的飞灰通过燃气冷却器3、燃气引风机4和燃烧器6进入燃煤锅炉7进行耦合焚烧，另一路气化炉渣则通过气化炉本体排渣装置排出作为一般固废直接进行资源化利用。燃气冷却器3可将气化可燃气与气化飞灰的混合高温气体降低至400-500℃，同时保证气化可燃气中的焦油等物质不析出，避免对燃气冷却器3、燃气引风机4和燃气输送管道等造成堵塞、腐蚀等影响。

燃煤锅炉7的燃烧器区域温度普遍高于1400℃以上，为保证燃烧器布置既不影响燃煤锅炉正常运行及气化可燃气的充分燃烧，又能达到对气化飞灰较好地高温煅烧及熔融固化，燃烧器6在炉膛布置位置以及出口挡板的设计较为关键，在本技术应用中需要结合数值模拟进行综合研究确定。

以下结合应用实例对该系统的具体应用加以说明：

以垃圾衍生燃料气化处置规模为13t/h的气化系统为例。使用的气化燃料为垃圾衍生燃料，热值约2250kcal/kg，灰分含量约25％，灰熔点约1180℃，气化燃气流量约23400nm³/h，气化燃气热值约977kcal/nm³，气化炉气化温度维持在650-750℃。耦合的燃煤锅炉为超超临界前后墙对冲燃烧型式煤粉锅炉，平均运行负荷率在65％左右，经计算分析及数值模拟，在该炉型下，燃气燃烧器适合布置在燃尽风下层燃烧器下方，且燃气挡板的三个通道中关闭上通道，仅保留中、下两个通道，通过该种布置，将温度为450-480℃的气化可燃气喷入处于燃烧稳定状态的超超临界前后墙对冲燃烧型式煤粉锅炉，耦合燃烧充分的同时，不同负荷下燃气燃烧器层平均烟温均能达到1280℃以上，保障了气化飞灰熔融固化的温度条件，同时，气化飞灰与燃煤飞灰的混合飞灰的平均灰熔点可控制在1280℃以上，高于炉膛出口温度100-150℃以上，可避免锅炉结焦风险。

通过耦合燃煤高温熔融固化处置，可使飞灰中的二噁英降低至0.02ngteq/m³以下，有机物、无机元素及化合物的浸出浓度均低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(gb5085.3-2007)标准规定限值，重金属化合物类和有机化合物类毒性物质含量低于《危险废物鉴别标准毒性物质含量鉴别》(gb5085.6-2007)标准规定限值，高温熔融固化后的气化飞灰有望经环保部门固废定性后作为建筑原料或辅料等。

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