[發明專利]一種水泥窯協同處理城市生活垃圾的系統及方法

有效

• 申請號: 201410111571.2
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103934254A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 馬明亮;魏文榮;陸秉權;馬雷
• 申請（專利權）人: 北京凱盛建材工程有限公司
• 主分類號: B09B3/00
• 分類號: B09B3/00;B09B5/00;C04B7/36;C05F9/00
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 魯兵

技術領域

本發明涉及到一種城市生活垃圾等有機廢棄物的減量化、無害化、資源化處理方法，更具體地說是利用水泥生產系統和固定床氣化爐來協同處理城市生活垃圾等有機廢棄物的方法。

背景技術

21世紀，人類進入知識經濟、循環經濟時代。世界各國正把“發展循環經濟和建立循環型社會”作為實現可持續發展的重要途徑，循環經濟要求以廢舊物資“減量化，無害化，資源化，再使用，再循環”為社會經濟活動的行為準則。

目前，城市生活垃圾處理主要有四種處理方法：

1、填埋

所謂衛生填埋，就是能對滲濾液和填埋氣體進行控制的填埋方式。大多數填埋場的設計、建設和運營仍存在很多問題，表現在：設計理念比較落后，土地填埋利用率低，地下水、地表水的污染事故不斷出現；填埋氣體處理與利用系統剛剛開始發展，引起溫室效應，產生惡臭。

2、堆肥

我國的堆肥廠主要處理混合生活垃圾中的廚余等可降解成分使其成為農田肥料，其局限性主要表現在：由于我國目前還沒有開展普遍的生活垃圾分類收集，因此入廠垃圾中含有石塊、金屬、玻璃、塑料等多種不可降解組分需另行處理。

3、焚燒

垃圾焚燒有減量化顯著、無害化較徹底以及可回收垃圾焚燒余熱等優點，但焚燒混合垃圾有以下缺陷：我國生活垃圾含水率高，熱值低，需要更多的輔助燃料，最終導致焚燒成本上升。焚燒是使生活垃圾過氧燃燒，煙氣量大，處理難度大。我國目前除少數經濟較發達的城市外，其它城市的混合生活垃圾熱值低，含渣量高，不適宜焚燒；另一方面，由于我國混合垃圾中廚余垃圾較多，含鹽量較高，HCl會腐蝕焚燒爐，也增加了煙氣處理的難度和污染控制成本。焚燒過程中產生的二噁英問題，難以解決。

4、氣化

生活垃圾氣化是將生活垃圾中有機成分在還原性氣氛下與氣化劑反應生成可燃合成氣的過程。整個氣化過程分為熱解階段、氧化階段和還原階段。在熱解過程中，高分子有機物受熱后分解為低碳鏈的有機化合物，其中一部分揮發分在常溫下以氣態形式存在，也有一部分發生脫水聚合反應生成焦油。熱解階段產生的揮發分會與通入氣化反應器的氧氣發生氣化燃燒反應，此階段氣化反應體系的溫度迅速升高，物料通過氧化區以后便進入還原階段，熱解和氧化階段產生的CO₂和未參加反應的固定碳進一步反應形成CO，同時也伴隨著H₂O和CO₂、CO反應形成CH₄等其他的反應。

城市生活垃圾氣化過程中使用的氣化反應爐主要有固定床氣化爐和流化床氣化爐。

固定床氣化技術較為成熟，根據垃圾原料和氣化介質在床中流動方向的不同，固定床氣化爐可分為上吸式和下吸式兩種。

下吸式固定床氣化爐的工作原理：生活垃圾最初在干燥區，受到裂解區和氧化區的熱輻射，蒸發出水分之后，隨著物料的消耗在重力作用下進入裂解區，揮發分的氣體開始產出，干的生活垃圾逐漸分解為炭、揮發分及焦油等。隨著物料的消耗，在重力及微負壓的作用下，生成的炭、揮發分及焦油等進入氧化區。氣化劑在氧化區加入，與炭、揮發分及焦油等發生反應生成CO₂、CO等，并放出大量的熱量。沒有消耗完的炭等繼續下移到還原區，在這里，發生一系列的還原反應，生成CO、H₂和CH₄等，灰渣則排入灰室中。下吸式固定床氣化爐的工作原理決定了其原料適應性好，能夠處理水分較高、粒度較大的生活垃圾，且能夠連續運行，操作維護簡單。

在下吸式固定床氣化爐中，氣流是向下流動的，因而在干燥區生成的水蒸汽，在裂解區分解出的CO₂、CO、H₂和焦油等熱氣流向下流經氣化區發生氧化還原反應。焦油在通過氧化區時發生裂解變為可燃氣體，因此，下吸式固定床氣化爐產生的合成氣熱值相對較高，焦油較少，能源利用率高。

以上城市生活垃圾處理中，焚燒是指完全燃燒至灰，焚燒爐內的空氣與燃料的比值較高，足以氧化垃圾原料，在氣化工藝中，不完全的熱反應所產生的合成氣中含有垃圾原料中的能源，而這種合成氣可作為燃料在燃氣輪機、內燃機中使用，也可以用做化工原料。氣化裝置比焚燒裝置要小得多，這是由于氣化所產生的氣體量約占完全燃燒所產煙氣量的1/4，所需的靜電除塵裝置或其它的凈化設備、冷卻設備相應都要小得多。

可見氣化方法比焚燒、填埋等方法更優越，但氣化同樣要面對我國生活垃圾含水率高，熱值低，需要輔助燃料、破碎難度大、焦油處理、灰渣處理、滲瀝液處理、氣體凈化等問題。