申请日2019.12.27
公开(公告)日2020.04.07
IPC分类号F23G5/04; F23G5/44; F23J15/06; F23G5/027; F23G7/00; F23G5/16; F23G5/033; F22B1/18; C02F11/10
摘要
本发明公开了生活垃圾与污泥耦合处理的系统及方法。其中，耦合系统包括垃圾干燥装置、垃圾热解装置、第一燃烧装置、污泥干燥装置、污泥热解装置、第二燃烧装置和尾气净化装置，第一燃烧装置与垃圾热解装置的热解挥发分出口相连，第一燃烧装置的高温烟气出口与垃圾热解装置的高温烟气进口相连;第二燃烧装置分别与污泥热解装置的热解挥发分出口和垃圾热解装置的热解挥发分出口相连，第二燃烧装置的高温烟气出口与污泥热解装置的高温烟气进口相连。该系统不仅能够充分利用垃圾热解过程中富余的热解油、气及其热量，还能确保垃圾热解过程稳定、长周期的运行。
权利要求书
1.一种生活垃圾与污泥耦合处理的系统，其特征在于，包括：
垃圾干燥装置，所述垃圾干燥装置包括湿垃圾进口、第一中温烟气进口、第一低温烟气出口和干垃圾出口;
垃圾热解装置，所述垃圾热解装置包括干垃圾进口、第一高温烟气进口、第一半焦出口、第一热解挥发分出口和第一中温烟气出口，所述第一中温烟气出口与所述第一中温烟气进口相连;
第一燃烧装置，所述第一燃烧装置具有第一燃气进口、第一热解挥发分进口和第一高温烟气出口，所述第一热解挥发分进口与所述第一热解挥发分出口相连，所述第一高温烟气出口与所述第一高温烟气进口相连;
污泥干燥装置，所述污泥干燥装置包括湿污泥进口、第二中温烟气进口、第二低温烟气出口和干污泥出口;
污泥热解装置，所述污泥热解装置包括干污泥进口、第二高温烟气进口、第二半焦出口、第二热解挥发分出口和第二中温烟气出口，所述第二中温烟气出口与所述第二中温烟气进口相连;
第二燃烧装置，所述第二燃烧装置具有第二燃气进口、第二热解挥发分进口、第三热解挥发分进口和第二高温烟气出口，所述第二热解挥发分进口与所述第二热解挥发分出口相连，所述第三热解挥发分进口与所述第一热解挥发分出口相连，所述第二高温烟气出口与所述第二高温烟气进口相连;
尾气净化装置，所述尾气净化装置包括尾气进口和净化气出口，所述尾气进口分别与所述第一低温烟气出口和所述第二低温烟气出口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述垃圾干燥装置和所述污泥干燥装置分别独立地为接触式干燥装置或间接式干燥装置，所述垃圾热解装置和所述污泥热解装置分别独立地为间壁式热解装置或蓄热式热解装置。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，进一步包括：垃圾破碎装置，所述垃圾破碎装置的出料口经螺旋给料机与所述湿垃圾进口相连。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，进一步包括：污泥浓缩装置和污泥破碎装置，所述污泥破碎装置的进料口与所述污泥浓缩装置的出料口相连，所述污泥破碎装置的出料口与所述湿污泥进口相连。
5.根据权利要求1或4所述的系统，其特征在于，进一步包括：冷却装置，所述冷却装置分别与所述第一半焦出口和所述第二半焦出口相连。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述冷却装置为螺旋冷却机和/或第一余热锅炉。
7.根据权利要求1或6所述的系统，其特征在于，进一步包括：第二余热锅炉，所述第一低温烟气出口和所述第二低温烟气出口分别通过所述第二余热锅炉与所述尾气进口相连。
8.根据权利要求1或6所述的系统，其特征在于，进一步包括：
垃圾预干燥装置，所述垃圾预干燥装置的出料口与所述湿垃圾进口相连，所述垃圾预干燥装置具有第一预热风进口和第一冷风出口，所述第一预热风进口与所述第一低温烟气出口相连，所述第一冷风出口与所述尾气进口相连;
污泥预干燥装置，所述污泥预干燥装置的出料口与所述湿污泥进口相连，所述污泥预干燥装置具有第二预热风进口和第二冷风出口，所述第二预热风进口与所述第二低温烟气出口相连，所述第二冷风出口与所述尾气进口相连。
9.一种采用权利要求1～8中任一项所述的系统实施生活垃圾与污泥耦合处理的方法，其特征在于，包括：
(1)将生活垃圾供给至所述垃圾干燥装置中进行干燥处理，以便得到干垃圾;
(2)将所述干垃圾供给至所述垃圾热解装置中进行热解处理，以便得到第一半焦和第一热解挥发分;
(3)将所述第一热解挥发分的一部分供给至所述第一燃烧装置中进行燃烧，以便得到第一高温烟气，将所述第一高温烟气回用于步骤(2)中为所述热解处理供热，以便得到第一中温烟气，将所述第一中温烟气回用于步骤(1)中为所述干燥处理供热，以便得到第一低温烟气;
(4)将所述污泥供给至所述污泥干燥装置中进行干燥处理，以便得到干污泥;
(5)将所述干污泥供给至所述污泥热解装置中进行热解处理，以便得到第二半焦和第二热解挥发分;
(6)将所述第二热解挥发分、所述第一热解挥发分的一部分和/或燃气供给至所述第二燃烧装置中进行燃烧，以便获得第二高温烟气，将所述第二高温烟气回用于步骤(5)中为所述热解处理供热，以便得到第二中温烟气，将所述第二中温烟气回用于步骤(4)中为所述干燥处理供热，以便得到第二低温烟气;
(7)将所述第一低温烟气和所述第二低温烟气供给至所述尾气净化装置中进行净化处理，以便得到净化烟气。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的干燥处理和步骤(3)中所述的干燥处理分别独立地采用接触式换热或间接式换热，步骤(2)中所述的热解处理和步骤(4)中所述的热解处理分别独立地采用间壁式加热或蓄热式加热，
任选地，在进行步骤(1)之前预先对所述生活垃圾进行破碎处理，在进行步骤(4)之前预先对所述污泥进行浓缩处理和破碎处理;
任选地，步骤(2)中进一步包括：对所述第一半焦进行冷却处理和/或余热回收处理，步骤(4)中进一步包括：对所述第二半焦进行冷却处理和/或余热回收处理;
任选地，在进行步骤(7)之前预先对所述第一低温烟气和所述第二低温烟气进行余热回收;
任选地，在进行步骤(7)之前预先利用所述第一低温烟气对所述生活垃圾进行预干燥处理，利用所述第二低温烟气对所述污泥进行预干燥处理;
任选地，步骤(2)中所述的干垃圾与步骤(4)中所述的干污泥的质量比为(4～12)：1;
任选地，步骤(6)中，将所述第一热解挥发分体积的1/3～2/3供给至所述第二燃烧装置中进行燃烧。
说明书
生活垃圾与污泥耦合处理的系统及方法
技术领域
本发明属于固体废弃物处理领域，具体而言，涉及生活垃圾与污泥耦合处理的系统及方法。
背景技术
近年来，随着人们环保意识的加强和日益严格的国家环保法规和政策的相继出台，固体废弃物处理、处置的“减量化、资源化、无害化”已经成为了固体废弃物处理所需遵循的基本原则。符合该原则的固体废弃物热解技术解决了固体废弃物焚烧过程中烟气中重金属、二噁英等污染物控制成本高、效果不理想等问题，且热解过程中固体废弃物在高温、无氧气氛条件下所得到的炭渣会与物料中一些无机物、金属成分构成硬而脆的惰性固态产物(生物炭)，是原生固体废弃物经过热解脱除氯、硫等有害物质后的产物，在重金属的浸出性方面要弱于固体废弃物焚烧、气化热处理炉炉渣，这样就便于后续进一步进行处理作业安全和便利的进行。并且相较于固体废弃物焚烧需要一定的规模效益以实现对外供热、供电，固体废弃物热解工艺还具有装置处理固体废弃物规模灵活的优点，特别适用于一些中小城市、城镇等的固体废弃物的热处理。
然而，伴随着人民生活水平的提高，居民生活垃圾中有机物质含量增大，生活垃圾热值相较于前些年也有了提高，并且随着垃圾分类政策的实施，干垃圾的热值得到了进一步的提高。对于利用垃圾热解油气燃烧为垃圾干化和热解供热的处理工艺而言，垃圾热值的提高会导致热解油气的热量出现富裕，这部分富裕出来的油气若进入到热解室的燃烧室内，将使得燃烧室温度急剧升温，进而导致热解室温度急剧升高，使热解室内的垃圾生成更多的热解油、气，而后将导致整个热解过程变得难以控制，需要通过降低运行的负荷以保证热解过程的稳定，这就使得工艺难以达到设计的处理规模要求，不利于生活垃圾热解处理成本的降低。
因此，为确保生活垃圾热解过程稳定、长周期运行，垃圾处理工艺仍有待进一步改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种生活垃圾与污泥耦合处理的系统及方法，该耦合系统不仅能够充分利用垃圾热解过程中富余的热解油、气及其热量，还能确保垃圾热解过程稳定、长周期的运行。
本发明主要是基于以下问题和发现提出的：
现有垃圾处理工艺中，有将热解油气与锅炉、汽轮机配套使用来发电或供热，但目前许多垃圾热解处理项目本身处理规模不大，热解油、气除实现热解过程的自热平衡外，富裕出来的油、气热量相对较少，如西南地区以处理周围2个县城的生活垃圾为目标的回转窑热解工艺项目中生活垃圾的设计处理量为200t/d，该项目富裕的油、气热能仅可配备1.5～2MW的汽轮机发电，而锅炉、汽轮机设备的投资巨大，规模效益不佳，不利于降低投资和处理成本，而且热解过程中生活垃圾物料复杂，成分变动易造成外供热解油、气量不稳定，对锅炉产蒸汽及汽轮机的稳定运行不利;也有将油、气冷凝分离后，仅使用不凝气燃烧为热解反应提供热能，然而，含有大量粉尘的热解油、气的冷凝分离是影响热解工艺稳定、长周期的瓶颈问题，极易在运行过程中因为管路或冷凝设备的堵塞而导致整个系统的停车;此外，还有将生化垃圾与城市污泥混合后进行热解，但该工艺的出发点是利用共热解过程中动力学活化能降低的协同作用，并未考虑垃圾富裕热解油、气的充分利用问题，并且在大的质量配比变动情况下，由于生活垃圾与污泥特性不同，适宜于各自物料的输送、干燥、热解设备的差异将使得共处理的过程难以稳定、长周期运行，并且在热解处理过程中还极易出现热解不稳定、热解程度差、热解不均匀等的问题。此外，发明人还发现，虽然同属固体废弃物，但进入到热解处理系统的生活垃圾与污泥由于各自特性如含水率、热值等的差异，在采取热解处理时对外部热量的需求也是不一样的，污泥干化热解处理工艺需要补充燃料以确保工艺的正常稳定运行。
为此，根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种生活垃圾与污泥耦合处理的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：
垃圾干燥装置，所述垃圾干燥装置包括湿垃圾进口、第一中温烟气进口、第一低温烟气出口和干垃圾出口;
垃圾热解装置，所述垃圾热解装置包括干垃圾进口、第一高温烟气进口、第一半焦出口、第一热解挥发分出口和第一中温烟气出口，所述第一中温烟气出口与所述第一中温烟气进口相连;
第一燃烧装置，所述第一燃烧装置具有第一燃气进口、第一热解挥发分进口和第一高温烟气出口，所述第一热解挥发分进口与所述第一热解挥发分出口相连，所述第一高温烟气出口与所述第一高温烟气进口相连;
污泥干燥装置，所述污泥干燥装置包括湿污泥进口、第二中温烟气进口、第二低温烟气出口和干污泥出口;
污泥热解装置，所述污泥热解装置包括干污泥进口、第二高温烟气进口、第二半焦出口、第二热解挥发分出口和第二中温烟气出口，所述第二中温烟气出口与所述第二中温烟气进口相连;
第二燃烧装置，所述第二燃烧装置具有第二燃气进口、第二热解挥发分进口、第三热解挥发分进口和第二高温烟气出口，所述第二热解挥发分进口与所述第二热解挥发分出口相连，所述第三热解挥发分进口与所述第一热解挥发分出口相连，所述第二高温烟气出口与所述第二高温烟气进口相连;
尾气净化装置，所述尾气净化装置包括尾气进口和净化气出口，所述尾气进口分别与所述第一低温烟气出口和所述第二低温烟气出口相连。
本发明上述实施例的生活垃圾与污泥耦合处理的系统至少具有以下优势：1、以生活垃圾与污泥热解系统耦合为前提，既解决了垃圾热解系统富裕的热解油、气及其热量的利用问题，又解决了污泥热解系统热量不足，需要补充高成本燃料进而造成污泥处理成本居高不下的问题;2、可以有效避免由于生活垃圾与污泥特性不同而出现物料在输送、干燥、热解等共处理的过程难以稳定、长周期运行，并出现热解不稳定、热解程度差、热解不均匀等的问题;3、该耦合系统以燃气作为调控热量分配的手段，可以优先保证垃圾热解装置温度满足设计要求，确保热解完全，垃圾热解富裕的热量仅部分满足或近乎全部满足除污泥热解自供热外的热解热量需要，不足部分的热量以燃气作为补充，少使用或近乎不使用燃气，使得燃气作为整个系统处理灵活性的调节手段，既保证了垃圾热解完全且稳定运行的目的，又保证了污泥热解过程生产成本的降低，起到了互利共赢的双重目的，破解了生活垃圾热解处理系统与污泥热解处理系统的推广难题。
另外，根据本发明上述实施例的生活垃圾与污泥耦合处理的系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述垃圾干燥装置和所述污泥干燥装置分别独立地为接触式干燥装置或间接式干燥装置，所述垃圾热解装置和所述污泥热解装置分别独立地为间壁式热解装置或蓄热式热解装置。
在本发明的一些实施例中，所述生活垃圾与污泥耦合处理的系统进一步包括：垃圾破碎装置，所述垃圾破碎装置的出料口经螺旋给料机与所述湿垃圾进口相连。
在本发明的一些实施例中，所述生活垃圾与污泥耦合处理的系统进一步包括：污泥浓缩装置和污泥破碎装置，所述污泥破碎装置的进料口与所述污泥浓缩装置的出料口相连，所述污泥破碎装置的出料口与所述湿污泥进口相连。
在本发明的一些实施例中，所述生活垃圾与污泥耦合处理的系统进一步包括：冷却装置，所述冷却装置分别与所述第一半焦出口和所述第二半焦出口相连。
在本发明的一些实施例中，所述冷却装置为螺旋冷却机和/或第一余热锅炉。
在本发明的一些实施例中，所述生活垃圾与污泥耦合处理的系统进一步包括：第二余热锅炉，所述第一低温烟气出口和所述第二低温烟气出口分别通过所述第二余热锅炉与所述尾气进口相连。
在本发明的一些实施例中，所述生活垃圾与污泥耦合处理的系统进一步包括：垃圾预干燥装置和污泥预干燥装置，所述垃圾预干燥装置的出料口与所述湿垃圾进口相连，所述垃圾预干燥装置具有第一预热风进口和第一冷风出口，所述第一预热风进口与所述第一低温烟气出口相连，所述第一冷风出口与所述尾气进口相连;所述污泥预干燥装置的出料口与所述湿污泥进口相连，所述污泥预干燥装置具有第二预热风进口和第二冷风出口，所述第二预热风进口与所述第二低温烟气出口相连，所述第二冷风出口与所述尾气进口相连。
根据本发明的第二个方面，本发明提出了采用上述生活垃圾与污泥耦合处理的系统实施生活垃圾与污泥耦合处理的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)将生活垃圾供给至所述垃圾干燥装置中进行干燥处理，以便得到干垃圾;
(2)将所述干垃圾供给至所述垃圾热解装置转进行热解处理，以便得到第一半焦和第一热解挥发分;
(3)将所述第一热解挥发分的一部分供给至所述第一燃烧装置中进行燃烧，以便得到第一高温烟气，将所述第一高温烟气回用于步骤(2)中为所述热解处理供热，以便得到第一中温烟气，将所述第一中温烟气回用于步骤(1)中为所述干燥处理供热，以便得到第一低温烟气;
(4)将所述污泥供给至所述污泥干燥装置中进行干燥处理，以便得到干污泥;
(5)将所述干污泥供给至所述污泥热解装置中进行热解处理，以便得到第二半焦和第二热解挥发分;
(6)将所述第二热解挥发分、所述第一热解挥发分的一部分和/或燃气供给至所述第二燃烧装置进行燃烧，以便获得第二高温烟气，将所述第二高温烟气回用于步骤(5)中为所述热解处理供热，以便得到第二中温烟气，将所述第二中温烟气回用于步骤(4)中为所述干燥处理供热，以便得到第二低温烟气;
(7)将所述第一低温烟气和所述第二低温烟气供给至所述尾气净化装置进行净化处理，以便得到净化烟气。
本发明上述实施例的生活垃圾与污泥耦合处理的方法至少具有以下优势：1、通过将生活垃圾与污泥热解进行耦合处理，既解决了垃圾热解过程中富裕的热解油气及其热量的利用问题，又解决了污泥热解过程中热量不足，需要补充高成本燃料进而造成污泥处理成本居高不下的问题;2、可以有效避免由于生活垃圾与污泥特性不同而出现物料在输送、干燥、热解等共处理的过程难以稳定、长周期运行，并出现热解不稳定、热解程度差、热解不均匀等的问题;3、可以以燃气作为调控热量分配的手段，优先保证垃圾热解温度满足设计要求，确保热解完全，垃圾热解富裕的热量仅部分满足或近乎全部满足除污泥热解自供热外的热解热量需要，不足部分的热量以燃气作为补充，少使用或近乎不使用燃气，使得燃气作为整个系统处理灵活性的调节手段，既保证了垃圾热解完全且稳定运行的目的，又保证了污泥热解过程生产成本的降低，起到了互利共赢的双重目的，破解了生活垃圾热解处理系统与污泥热解处理系统的推广难题。
在本发明的一些实施例中，步骤(1)中所述的干燥处理和步骤(3)中所述的干燥处理分别独立地采用接触式换热或间接式换热，步骤(2)中所述的热解处理和步骤(4)中所述的热解处理分别独立地采用间壁式加热或蓄热式加热。
在本发明的一些实施例中，在进行步骤(1)之前预先对所述生活垃圾进行破碎处理，在进行步骤(4)之前预先对所述污泥进行浓缩处理和破碎处理。
在本发明的一些实施例中，步骤(2)中进一步包括：对所述第一半焦进行冷却处理和/或余热回收处理，步骤(4)中进一步包括：对所述第二半焦进行冷却处理和/或余热回收处理。
在本发明的一些实施例中，在进行步骤(7)之前预先对所述第一低温烟气和所述第二低温烟气进行余热回收。
在本发明的一些实施例中，在进行步骤(7)之前预先利用所述第一低温烟气对所述生活垃圾进行预干燥处理，利用所述第二低温烟气对所述污泥进行预干燥处理。
在本发明的一些实施例中，步骤(2)中所述的干垃圾与步骤(4)中所述的干污泥的质量比为(4～12)：1。
在本发明的一些实施例中，步骤(6)中，将所述第一热解挥发分总体积的1/3～2/3供给至所述第二燃烧装置中进行燃烧。（发明人杨翠广;代锁柱;王超;代江燕）
