一种固体废弃物资源化的方法与流程

本发明涉及环境保护技术领域，具体是涉及一种固体废弃物资源化的方法。

背景技术：

目前在固体废弃物处理领域，特别是生活垃圾处理领域，普遍采用焚烧法。垃圾焚烧技术的广泛应用，不可避免地产生一系列问题，垃圾焚烧过程中产生的二次污染物(主要是焚烧炉渣和气体排放物)也越发引起人们的关注。

在我国，目前所使用的焚烧装置由于焚烧过程不十分充分，导致固态炉渣产量大。例如两种常见炉型机械炉排焚烧炉与循环流化床焚烧炉焚烧过程产生的固态炉渣为垃圾量的15～25％。垃圾中的重金属在600℃～1000℃的温度范围内都被氧化形成金属氧化物(如Fe、Zn、Pb等)，重金属氧化物进入固态炉渣会形成炉渣重金属含量超标，环境危害很大。目前固态炉渣资源化方式存在工艺流程复杂、运行成本高、经济效益不显著等问题。

国内机械炉排焚烧炉与循环流化床焚烧炉中的焚烧过程属于氧化反应。炉内典型的化学反应如下：

C+O₂→CO₂；H₂+O₂→H₂O

在焚烧过程中产生的气体排放物可用于发电，但处理每吨生活垃圾发电量一般只能达到280千瓦·时，发电量较低。

技术实现要素：

为了解决以上问题，本发明提供以下技术方案：

一种固体废弃物资源化的方法，其特征在于，所述方法包括：固体废弃物在超高温热解气化熔融炉炉体内充分燃烧，所述固体废弃物在炉体内的化学反应如下：

MO+C→M↓+CO↑；

CO₂+C→2CO↑；

H₂O+C→H₂+CO↑；

其中M为包括Fe、Zn和Pb的金属；

所述固体废弃物在炉体内按照上述化学反应燃烧产生的炉渣全部为可用于制纤的液态炉渣及大量的可用于发电或供热的热蒸汽及CO和H₂两种可燃气体。

所述超高温热解气化熔融炉炉体内产生的烟气通过烟气管道进入集尘器，所述集尘器外接有燃烧炉和热交换器一体化设备，炉体内产生的热蒸汽及两种可燃气体CO和H₂经过集尘器进入燃烧炉和热交换器用于供热。

可选择地，所述超高温热解气化熔融炉炉体内产生的烟气通过烟气管道进入集尘器，所述集尘器外接有双循环发电系统，炉体内产生热蒸汽及两种可燃气体CO和H₂经过集尘器进入双循环发电系统用于发电，每吨生活垃圾可发电400千瓦·时。

所述烟气管道为内敷碳化硅的耐热钢管。

所述液态炉渣全部储存在位于超高温热解气化熔融炉底部的诱导炉中，所述诱导炉外部接有专用成纤机。

所述诱导炉定时排出所述液态炉渣，排渣周期为0.5-5h，所述诱导炉的工作温度为1500℃-3000℃。

所述超高温热解气化熔融炉炉体的工作温度为1500℃-3000℃。

所述固体废弃物在炉体内充分燃烧的条件包括：所述固体废弃物通过三道活门在炉体内缓慢下降，以保证所述固体废弃物在炉体内的停留时间长达4-6h。

本发明的有益效果：(1)固体废弃物焚烧后产生的炉渣全部为液态炉渣：该液态炉渣经过专用成纤机制纤、纤维软化改性、纤维分选(纤维与渣球分离)、纤维表面改性、脱水等一系列过程，所得产品为超细无机纤维纸浆、超细无机纤维，超细无机纤维纸浆含水30％左右，纤维直径3～6微米，长度30～90微米，用于部分替代植物纤维造纸；超细无机纤维，可用于保温材料、建筑材料、吸音材料和改性沥青等；目前该种液态炉渣的市场售价为300～500元/吨；(2)运行过程中气相反应以鲍多尔德反应和水煤气变换反应为主导，产生大量的热蒸汽及两种可燃气体H₂和CO可用于发电或供热，每吨生活垃圾可发电400千瓦·时，超过机械炉排焚烧炉与循环流化床焚烧炉40％以上。

附图说明

图1为一种用于供热的固体废弃物资源化装置的结构图；

图2为一种用于发电的固体废弃物资源化装置的结构图；

图3为一种用于供热的固体废弃物资源化过程中二噁英控制装置结构图；

图4为一种用于发电的固体废弃物资源化过程中二噁英控制装置结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

参照图1和图2，本发明的一种固体废弃物资源化的装置，包括：超高温热解气化熔融炉炉体01、成纤机02、诱导炉03、烟气管道04、集尘器05、燃烧炉06、换热器07、双循环发电系统08，超高温热解气化熔融炉炉体01底部设置有用于储存和排出液态炉渣的诱导炉03，诱导炉03可拆卸地外接有成纤机02，超高温热解气化熔融炉炉体01通过烟气管道04与集尘器05连通，集尘器05后设有燃烧炉06和换热器07一体化供热设备或双循环发电系统08，换热器07通过焊接方式连接在燃烧炉的06上部。

一种固体废弃物资源化的方法如下：

(1)点火后超高温热解气化熔融炉炉体01迅速升温，炉体01温度在半小时内迅速升温至800-900℃。

(2)固体废弃物经过超高温热解气化熔融炉01入口处依次启闭的三道活门(图中未示出)并缓慢下降，在炉体01内的停留时间长达4-6h，可在炉体01内充分燃烧，三道活门具体工作过程如下：初始时，三道活门均关闭，当固体废弃物送入至第一道活门时，第一道活门打开，固体废弃物全部通过第一道活门内后并送入至第二道活门时，第一道活门关闭及第二道活门打开，固体废弃物全部通过第二道活门内后并送入至第三道活门时，第二道活门关闭及第三道活门打开，固体废弃物全部通过第三道活门进入所述炉体内时，第三道活门关闭。三道活门为钢制，外部材料为高铝质材料的铬刚玉，边缘部分为环绕碳化硅晶粒的致密永久惰性层，具有优良的抗高温性能及密封性能，物料经过三道活门进入超高温热解气化熔融炉时，三道活门依次启闭，保证炉内污染物不外溢，同时防止热量损失。炉体01内工作温度为1500℃-3000℃，空气过量系数α为1.1-1.3，固体废弃物在炉体01内焚烧时发生的主要的化学反应如下：

FeO+C→Fe↓+CO↑；

ZnO+C→Zn↓+CO↑；

PbO+C→Pb↓+CO↑；

CO₂+C→2CO↑；

H₂O+C→H₂+CO↑；

由于炉体内产生酸性气体较少，可在炉体01内投加优质石灰石进行炉内脱酸，而无须在焚烧炉后设置脱酸塔。固体废弃物在炉体01内燃烧产生的炉渣全部为液态炉渣，储存在圆柱形诱导炉03内并定时排出，排渣周期为0.5-5h，诱导炉03的工作温度为1500℃-3000℃，排出的液态炉渣进入成纤机02中可用于制成纤维。

(3)炉体01内产生的大量的热蒸汽及两种可燃气体CO和H₂经过集尘器05可进入其后的燃烧炉06和换热器07一体化设备用于供热或进入双循环发电系统08用于发电，每吨生活垃圾可发电400千瓦·时。

(4)固体废弃物全部燃烧后，熄火后降温，可通过在炉体01外部周围设置冷却水管迅速降温。

由于焚烧过程中固体废弃物产生的液态炉渣包括：无机非金属炉渣和金属炉渣，Fe、Zn和Pb等金属以单质状态聚集在诱导炉03内形成液态金属合金，可在诱导炉03炉体上耐高温碳化硅挂砖与耐高温碳化硅挂砖之间的可钻透的炉壁上预先设置有预留孔位置，利用金属炉渣比重较大可与其他液态无机物明显分层，可将液态金属合金炉渣单独从诱导炉03中排出，冷却后也可作为合金出售。

诱导炉03排渣过程如下：当超高温热解气化熔融炉01运行过程中需要进行液态排渣时，由带有碳化钨钻头的机械臂在诱导炉外壁预留孔预定位置钻孔，直至钻透诱导炉03的炉体，进入挂砖与挂砖之间的空隙，拔出钻头，即可实现液态排渣；排渣完毕后，带有碳化钨钻头的机械臂按原有路线缓慢行进，孔内少量液体炉渣在空气的冷却作用下凝结，将孔封闭，机械臂停止行进，拔出钻头，液态排渣过程即结束。在排渣过程中，不宜连续两次使用钻头在同一预留孔预定位置上钻孔进行液态排渣。

参照图3和图4，由于集尘器05捕集的飞灰和烟气中含有大量二噁英，可在超高温热解气化熔融炉01与集尘器05之间设置冷却塔09用于冷却飞灰和烟气抑制二噁英的再合成。同时也可将集尘器05收集的飞灰通过风管10由风机送至超高温热解气化熔融炉01内循环燃烧，确保系统中产生的二噁英不外排，整个风送过程风管10内风压为300～500kPa。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。