专利名称：固态废弃物直式固化气化工艺二次发电综合利用法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固态废弃物资源化综合利用的处理方法，特别是一种固态废弃物直式固化气化工艺二次发电综合利用法。
背景技术：
以生活垃圾为主要组分的固体废弃物，是破坏人类生存环境生态平衡的一种主要污染源。尤其是城镇中的大量生活垃圾裸露堆放所产生的有害成分，给大气、水体、土壤、人畜造成了严重污染。
随着城镇化建设步伐的加快、城镇居民人口的扩大、市民消费水平的提高、固体包装材料用量的增加，城镇生活垃圾产量在逐年增长。这种生活垃圾所造成的污染，成为世界一大公害。
为此国内外都在积极寻求将生活垃圾“减量化、无害化、资源化”的出路。目前在垃圾资源化利用方面，一些国家主要采用垃圾焚烧发电法、垃圾制肥法、卫生填埋法三大技术成果。
但是，这三种方法的技术缺陷是都不能有效解决垃圾处理中的二次污染问题。即集中堆放后垃圾自身产生的臭味，垃圾焚烧中的二(口)恶(口)英超标，垃圾制肥中的重金属混杂，垃圾卫生填埋中的大量甲烷气体排空、大量渗漏液污染水体。纵有填埋场利用甲烷发电技术、污水净化治理技术，但只能是“先大面积污染、后小部分治理”。
发明内容
本发明要解决的就是现有的垃圾处理技术会产生二次污染、且现有的垃圾资源未得到充分利用的问题。
为解决上述技术问题，本发明通过如下五个步骤对垃圾进行处理(1)垃圾固化将日产新鲜的生活垃圾，经粉碎、加压制成密质坚硬型固体垃圾棒体；(2)垃圾气化将固体垃圾棒体加入反火气化炉干馏，生成洁净的可燃气体；(3)气化发电将生成的洁净可燃气体供给内燃机发电；(4)二次发电收集内燃发电机的余热，送入低压锅炉生成蒸气，利用生成的蒸气推动低压蒸气机发电，进行二次发电；(5)渣物利用将渣物、余热再生利用。
本发明具有如下优点1、生活垃圾资源化率高。经过本发明处理的生活垃圾几乎没有剩余渣物，从而使生活垃圾再生利用率接近达到100％。
2、实现生活垃圾资源化的过程不产生二次污染。本发明与世界流行的垃圾焚烧发电、垃圾堆肥、垃圾卫生填埋技术相比，由于采用的工艺技术先进，因而避免了垃圾处理过程中形成的污水、废气、剩渣等二次污染。
3、项目投资少。所有设备均为国产化；设备结构简单，安装调试便捷；需用土地面积小，征地费用低；因此项目总投资仅为国外同等规模的1/7-1/8。
4、解决了袋装垃圾的破包问题。本发明是利用二次发电后剩余的120℃-140℃的发电机尾气来实现装放新鲜生活垃圾的塑料袋破裂。这既实现了余热利用，省去了破袋设备；又解决了城市生活垃圾袋装化后不能直接分拣的问题，使垃圾资源化的技术也有利于推广生活垃圾袋装化的工作。
5、解决了垃圾渗漏液污染问题。本发明利用二次发电后剩余的120℃-140℃的发电机尾气，将日产新鲜生活垃圾的含水量50％左右干燥蒸发至15％以下，这既实现了余热利用，节省了用来干燥垃圾的重油或煤油，又杜绝了垃圾渗漏液污染水体、土壤等二次污染问题的发生。
6.解决了垃圾集中堆放所产生的臭味问题。本发明将新鲜生活垃圾加压制成强度为5.0MPa以上的坚硬固态垃圾棒体，有效阻止了垃圾集中堆放后自身产生的臭味。
7、节约了能源和加工成本。本发明在把新鲜生活垃圾加工制成密质坚硬型垃圾棒的过程中，不需要添加提高热值的煤或煤粉、重油等任何辅助燃料。
8、生产的用于发电的可燃气体产量高品质好还便于远距离输送。1吨密度坚硬型垃圾棒可产1500m3可燃气体，其中一氧化碳含量达16％以上、氢气含量达15％左右、甲烷含量达5％左右，这解决了垃圾不粉碎焚烧而产生的复杂气体成分净化的难题。
9、解决了二恶英大量生成难题。本发明采用垃圾反火气化和其他成熟的洗涤、冷却技术，可将“反火气化发生炉”产生的可燃气体出口温度，2秒钟内从850℃以上剧冷急降至60℃以下，从而大幅度减少二恶英生成机率。根据我国指定机构监测，“垃圾反火气化炉”的二恶英生成含量仅为日本国家标准的1/25、欧盟国家标准的1/5、我国标准的1/50，达到了不足以危害人们健康的程度。
10、创建了用低热值垃圾直接气化发电的工艺技术。本发明是用密质坚硬型垃圾棒生成洁净的可燃气体，直接供应低热值内燃机发电。这革新了垃圾焚烧产生蒸气、再推动蒸气轮机发电的传统工艺技术。
11、节省了大量设备经费。本发明省去了与用蒸气发电配套的庞大蒸气锅炉、热交换器和制造软水设备，节省了工程投资，削减了运行、维修费用12、开创了生活垃圾二次发电的先例，项目总效益可提高40％以上。这种利用生活垃圾二次发电技术的成功应用，是生活垃圾资源化处理的最佳选择。
13、渣物的综合利用，可使固态生活垃圾所蕴藏的热能完全释放利用起来，可使固态生活垃圾资源化率提高到97％以上，提高了固态生活垃圾资源化利用的经济效益，更有利于固态生活垃圾资源化利用项目的推广。
图1是本发明的工艺流程图1-垃圾料仓 2-破袋 3-人工分拣 4-垃圾粉碎 5-挤压成型 6-气化 7-气体发电 8-发电余热利用 9-发电余热蒸汽锅炉 10-蒸汽发电机 11-剩渣利用 12-发电上网 13-余热利用恒温花房下面结合工艺流程图对本发明作进一步详细说明(一)、垃圾固化将日产新鲜生活垃圾运至固化场地后，对于塑料袋装垃圾首先要对塑料袋进行破解，现有技术一般是用专门的破袋设备进行破解，本发明是用经过利用后即二次发电后仍有120℃-140℃的发电机尾气来破裂垃圾袋装的塑料袋，使破裂开的塑料袋和垃圾一起成散开状态进入敞开式分拣输送带；然后，由人工将塑料、玻璃、橡胶、轮胎、条木等硬性制品拣出，用磁选机将金属吸出；再由粉碎机将分拣后的垃圾粉碎成长度为10mm左右块状纤维；与此同时，利用具有100℃以上的发电机尾气，干燥蒸发粉碎后成块状垃圾的水分，使日产新鲜生活垃圾的含水量50％左右干燥蒸发至15％以下；最后用垃圾挤压成型机将垃圾加压成强度为5.0MPa以上的坚硬型垃圾棒体。
(二)、垃圾气化将加压制成的固态垃圾棒体送入“垃圾反火气化炉”的炉膛内，当固态垃圾棒体向炉膛均匀布料到炉膛1/3的厚度时，用少量助燃材料点火；与此同时，启动设置在“垃圾反火气化炉”炉体外部的罗茨风机抽吸作用，在罗茨风机抽吸作用下，让炉膛内部形成200水柱的负压状态，使炉内所需氧化剂(空气)从炉体上口进入炉膛，与加入炉内的固态垃圾棒发生剧烈(1000℃-1200℃)的高温氧化反应，生成高温二氧化碳；在罗茨风机持续工作状态下，高温二氧化碳被抽吸到炉膛中部的还原层中，其中氧与碳聚合生成一氧化碳、甲烷和氢气等热值在1100-1300kcal/m3可燃气体；经洗涤、冷却后，成为洁净、常温的可燃气体，供给低热值内燃机发电；固态垃圾棒气化后20％左右的剩余渣物，由炉内的排渣装置排出炉外再行利用。
经实验，1吨密度坚硬型垃圾棒可产1500m3可燃气体同，可燃气体中一氧化碳含量达16％以上、氢气含量达15％左右、甲烷含量达5％左右。
本反火气化炉已在发明专利申请号为02263719.2的公开说明书中作详尽说明。
(三)、气化发电将热值在1100-1300Kcal/m3洁净、常温的可燃气体，加压至4kg以下，送至与气体产量、质量相匹配的1000-1200kcal/m3的低热值的内燃发电机(如中国专利，专利号99227361.7)燃烧发电，生产的400伏电力负荷升压后送入电网，同时，温度在420℃以上发电机尾气从尾管口排出。
(四)、二次发电将低热值内燃机发电后从尾管口排出的420℃以上气体，排送至与之匹配的低压蒸气锅炉中产生240℃透平蒸气，推动蒸气轮机发电上网。二次发电后的蒸气发电机尾端排出的100℃-140℃的余热可作两种利用，一是用于步骤1中破解塑料垃圾袋，二是送至恒温自动控制装置，转换成恒定温度，作为恒温气源供给花卉培植基地使用。
恒温自动控制装置已有多种现有技术可以实现，在此不作赘述。
(五)渣物利用将固态垃圾棒体气化后剩余的、由排渣装置排出炉外的20-25％的剩余渣物，用成熟的工艺技术，制成表面积活性碳、高纯度S0、复合碳黑等市场紧俏化工原料，并为深度加工提供了条件。
以下是利用上述方法进行垃圾处理的三次具体实验实验一1、实施条件反火气化炉内径为1.6m，炉高为4.6m，加入强度为4.1MPa以上，日处理固态生活垃圾棒15吨。
2、北京生活垃圾组份水份11％，灰土12％，动物性28％，植物性29％，纸张11％，塑料9％。
3、实验结果反火气化炉每日处理量新鲜垃圾30吨气化反应温度1150℃-1210℃可燃气体出口温度20℃-26℃可燃气体成份一氧化碳含量达16％-18％、氢气含量达13％-15％、甲烷含量达4-5％1吨强度为5.0MPa以上的固态生活垃圾棒产气量1500m3
内燃发电机发1KW电消耗可燃气体量2.5m3实验二1、实施条件反火气化炉内径为2.4m，炉高为5.6m，加入强度为5.0MPa以上，日处理固态生活垃圾棒30吨；400KW内燃发电机一台。
2、京生活垃圾组份水份14％，灰土11％，动物性26％，植物性31％，纸张10％，塑料8％。
3、实验结果反火气化炉每日处理量新鲜垃圾60吨气化反应温度1140℃-1200℃可燃气体出口温度21℃-28℃可燃气体成份一氧化碳含量达16％-19％、氢气含量达14％-16％、甲烷含量达5-6％1吨强度为5.0MPa以上的固态生活垃圾棒产气量1500m3内燃发电机发1KW电消耗可燃气体量2.5m3实验三1、实施条件反火气化炉内径长8m、宽3.8m，炉高为5.6m，加入强度为5.0MPa以上，日处理固态生活垃圾棒150吨；1000KW内燃发电机4台。
2、南京生活垃圾组份水份14％，灰土11％，动物性26％，植物性31％，纸张10％，塑料8％。
3、实验结果反火气化炉每日处理量300吨气化反应温度1140℃-1200℃可燃气体出口温度21℃-28℃可燃气体成份一氧化碳含量达16％-19％、氢气含量达14％-16％、甲烷含量达5-6％1吨强度为5.0MPa以上的固态生活垃圾棒产气量1500m3内燃发电机发1KW电消耗可燃气体量2-2.5m权利要求
1.一种固态废弃物直式固化气化工艺二次发电综合利用法，其特征在于包括如下步骤(1)垃圾固化将日产新鲜的生活垃圾，经分离、粉碎、加压制成密质坚硬型固体垃圾棒体；(2)垃圾气化将固体垃圾棒体加入反火气化炉干馏，生成洁净的可燃气体；(3)气化发电将生成的洁净可燃气体供给内燃机发电；(4)二次发电收集内燃发电机的余热，送入低压锅炉生成蒸气，利用生成的蒸气再推动低压蒸气机发电，实现二次发电；(5)渣物利用将渣物、余热再生利用。
2.根据权利要求1所述的固态废弃物直式固化气化二次发电综合利用法，其特征在于对袋装垃圾在制棒前按下述步骤进行处理(1)利用发电机的余热破开装垃圾塑料包并烘干垃圾水份；(2)利用人工分拣垃圾，将塑料、玻璃、橡胶、轮胎、条木等硬性制品拣出，用磁选机将金属吸出；(3)将分拣后的垃圾粉碎成长度为10mm左右块状纤维；(4)发电机尾气，干燥蒸发粉碎后成块状垃圾的水分，使日产新鲜生活垃圾的含水量50％左右干燥蒸发至15％以下。
3.根据权利要求1所述的固态废弃物直式固化气化二次发电综合利用法，其特征在于所述发电机排出的余热温度应在100℃以上。
4.根据权利要求1所述的固态废弃物直式固化气化二次发电综合利用法，其特征在于用反火气化炉干馏固体垃圾棒时用空气作助燃剂，并使空气从反火气化炉的上口进入炉膛，帮助垃圾在炉膛由上向下反火干馏，成生洁净的、可使内燃机正常发电的可燃气体。
5.根据权利要求1所述的固态废弃物直式固化气化二次发电综合利用法，其特征在于固体垃圾棒体经反火气化炉干馏后生成洁净的可燃气体需经洗涤、冷却成为洁净、常温的可燃气体并加压至4kg以下后再送入内燃机。
6.根据权利要求1或4或5所述的固态废弃物直式固化气化二次发电综合利用法，其特征在于所述的内燃发电机为低值内燃机，该内燃发电机所需要的可燃气体的热值可在900-1200kcal/m3之间。
7.根据权利要求1所述的固态废弃物直式固化气化二次发电综合利用法，其特征在于二次发电后的蒸气发电机尾端排出的100℃-140℃的余热可作两种利用，一是用于破解塑料垃圾袋，二是送至恒温自动控制装置，转换成恒定温度，作为恒温气源供给花卉培植基地
8.根据权利要求1所述的固态废弃物直式固化气化二次发电综合利用法，其特征在于将蜜质坚硬型固体垃圾棒体干馏后渣物，制成超高级比表面积活性碳、高纯度SIO2、复合碳黑。
全文摘要
本发明涉及一种固态废弃物直式固化气化工艺二次发电综合利用法，它通过如下五个步骤对垃圾进行处理(1)垃圾固化将日产新鲜的生活垃圾，经粉碎、加压制成密质坚硬型固体垃圾棒体；(2)垃圾气化将固体垃圾棒体加入反火气化炉干馏，生成洁净的可燃气体；(3)气化发电将生成的洁净可燃气体供给内燃机发电；(4)二次发电收集内燃发电机的余热，送入低压锅炉生成蒸气，利用生成的蒸气推动低压蒸气机发电，进行二次发电；(5)渣物利用将渣物、余热再生利用。本发明具生活垃圾资源化率高、不产生二次污染、项目投资少等优点，解决了垃圾渗漏液污染问题、垃圾集中堆放所产生的臭味问题及二恶英大量生成难题，开创了生活垃圾二次发电的先例。
文档编号F23G5/00GK1410176SQ0213868
公开日2003年4月16日 申请日期2002年11月28日 优先权日2002年11月28日
发明者张连发, 沃丁柱, 彭建军, 韩连恩, 韩璋鑫, 朱裕丰 申请人:张连发