本发明涉及水泥窑协同处理生活垃圾的热力方法及系统，属于垃圾处理技术领域。
背景技术：
利用水泥窑协同处理城市生活垃圾，原理与焚烧发电类似，都是利用高温处理垃圾。由于水泥窑温度高于垃圾焚烧厂，一方面可以利用水泥烧成系统消解垃圾处理过程中的臭气及有毒物质；另一方面，垃圾焚烧产生的灰渣可作为水泥混合原料使用，垃圾中的有毒物质能够分解成相应的无机物和重金属固化在水泥熟料中。水泥窑协同处置固废，无论是对固体废物处理还是水泥行业的发展，都具有重要意义。
现有水泥窑协同处理方法存在以下问题：1.对水泥生产过程中的余热利用过于粗放，造成热能的流失和浪费；2.焚烧锅炉一二次风初始风温较低，造成能量的浪费，且一二次风湿度大，对空预器和过热器腐蚀严重；3.炉排炉产生炉渣酌减率难以达到标准的5％，作为水泥原料对水泥品质产生影响；4.炉排炉烟气直接进入水泥窑分解炉，造成后续烟气处理中nox的过量排放问题；5.水泥厂布局分散且远离市区，协同处理生活垃圾，运输成本大。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有水泥窑协同处理生活垃圾的方法及系统存在的上述缺陷，提出了水泥窑协同处理生活垃圾的热力方法及系统。
本发明是采用以下的技术方案实现的：
本发明包括一种水泥窑协同处理生活垃圾的热力方法，步骤如下：
(1)将生活垃圾运送至rdf生产厂，制成rdf；
(2)将制成的rdf送入流化床焚烧炉，焚烧产生的高温烟气进入旋风分离器，回收部分燃料后经过过热器、省煤器、脱硝装置和空气预热器，进入分解炉和水泥煅烧回转窑；过热器产生的高温蒸汽进入补汽式汽轮机，带动发电机发电；
(3)将垃圾焚烧产生的炉渣送至水泥窑生料库，经过水泥煅烧回转窑煅烧后，经水泥熟料冷却段冷却，得到水泥熟料。
所述步骤(2)中流化床焚烧炉经空气预热器处理后的烟气与水泥熟料冷却风混合作为流化床焚烧炉的一次风。本发明将水泥煅烧回转窑炉产生的窑炉烟气分为三部分进行利用，一部分直接进入水泥厂余热锅炉进行余热回收，直接利用烟气热量，保证余热利用的热的品质，提高余热利用效率；一部分按比例混合空气作为垃圾焚烧炉一次风，加强烘干和蓄热，保证气化效率，另一部分进入焚烧炉省煤器和空预器，增加锅炉蒸发量，提高发电效率。
所述步骤(2)中的脱硝装置包括炉外的scr脱硝装置和布设在流化床焚烧炉内的sncr脱硝装置。流化床焚烧炉的sncr脱硝装置效率比传统炉排炉效率更高。
所述步骤(2)中水泥煅烧回转窑中的烟气进入余热锅炉，余热锅炉产生的蒸汽作为补充蒸汽进入补汽式汽轮机的发电机组。
所述步骤(1)中的rdf生产厂为分布式rdf生产厂，包括远离市区的分布式rdf生产厂或在水泥厂内修建的rdf生产厂。
所述步骤(2)中流化床焚烧炉排出的烟气经过省煤器和空气预热器，提高热的利用率，增加锅炉蒸发量。
所述步骤(1)中的rdf生产厂与风机相连，rdf生产厂为密闭负压状态。
本发明还包括一种水泥窑协同处理生活垃圾的热力系统，包括垃圾焚烧系统、发电系统、水泥生产系统和其他辅助系统，垃圾焚烧系统包括依次连接的rdf生产厂、流化床焚烧炉、旋风分离器、过热器和省煤器，发电系统包括补汽式汽轮机和发电机，补汽式汽轮机与过热器相连，其他辅助系统包括与流化床焚烧炉连接的脱硝装置、与水泥煅烧回转窑连接的空气预热器和余热锅炉，水泥生产系统包括水泥分解炉、水泥煅烧回转窑和水泥熟料冷却段，水泥煅烧回转窑分别与余热锅炉和分解炉连接。
所述脱硝装置包括scr脱硝装置和布设在流化床焚烧炉内的sncr脱硝装置。
本发明使用的垃圾焚烧锅炉为气化焚烧炉，燃料为rdf，因为流化床的炉渣热灼减率低相比炉排炉渣品质更好，因此本发明生产工艺具有热酌减率低，燃烧充分，热值高等优点，产生的炉渣作为水泥生产原料，对水泥品质无不利影响。
所述余热锅炉与补汽式汽轮机相连接。
所述空气预热器的给风管为三叉管结构，分别为水泥煅烧回转窑的烟气进气管、水泥熟料冷却段的冷却风进气管和混合管。
所述水泥煅烧回转窑的烟气进气管、水泥熟料冷却段的冷却风进气管和混合管上各设有烟气阀门。
所述空气预热器为分段式空气预热器，空气预热器段i与流化床焚烧炉的尾部烟道相连，空气预热器段ii布置在水泥熟料冷却段。
所述空气预热器段i的给风管为三叉管结构，分别为水泥煅烧回转窑的烟气进气管、空气预热器段ii换热风进气管和混合管。
所述水泥煅烧回转窑的烟气进气管、空气预热器段ii换热风进气管和混合管上各设有烟气阀门。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的水泥窑协同处理生活垃圾的热力系统，水泥生产系统与垃圾焚烧系统共用一套烟气处理设备，降低投资，节约成本，提高了全厂的经济性。
(2)本发明所述的水泥窑协同处理生活垃圾的热力系统，使用补汽式汽轮发电机组，由焚烧炉和余热锅炉两部分产生的蒸汽进行发电，提高发电量，保障经济效益。
(3)本发明所述的水泥窑协同处理生活垃圾的热力方法，使得垃圾焚烧烟气中的污染物，如二噁英、nox、so2等，经过焚烧炉内的sncr和炉外的scr脱硝处理，烟气中的nox对水泥窑后续脱硝处理不造成负担，达到国家排放标准；焚烧炉产生的带飞灰烟气进入回转窑，回转窑高温实现二噁英的“零排放”。
(3)本发明所述的水泥窑协同处理生活垃圾的热力方法，垃圾处理通过水泥窑进行协同处理，烟气中的飞灰作为水泥生产原料直接进行高温煅烧，烟气中重金属被窑炉内的cao固化，消除了烟气中污染物对环境造成二次污染的危险，而且对垃圾焚烧产生的炉渣进行再利用，实现了炉渣的资源化。
(4)本发明所述的水泥窑协同处理生活垃圾的热力方法，焚烧锅炉一二次风来源于水泥煅烧回转窑窑炉烟气和熟料冷却风，保证了初始风温，提高了热利用效率。
(5)本发明所述的水泥窑协同处理生活垃圾的热力方法，利用水泥窑余热工艺，提高了发电量和全厂热利用率，减少了水泥窑排放烟气的热污染，有较好的经济性和环保特性，极大的满足了垃圾处理“减量化、无害化、资源化”的要求。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明采用分段式空气预热器的结构示意图。
图3是本发明采用空气预热器三叉进风管的结构示意图。
图中：1、rdf生产厂；2、流化床焚烧炉；3、旋风分离器；4、过热器；5、省煤器；6、scr脱硝装置；7、空气预热器；8、补汽式汽轮机；9、发电机；10、余热锅炉；11、水泥熟料冷却段；12、水泥煅烧回转窑；13、分解炉；14、空气预热器段i；15、空气预热器段ii。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明采用mbc(mechanical-biological-cleanenergyutilization，机械—生物—能源清洁利用)技术，对进厂的混合生活垃圾进行破碎、筛分、磁选、剪切处理，将金属物质分选回收利用，剔除渣土砖石等不可燃物质，采用生物干化技术降低垃圾含水率，对厨余垃圾进行生物煤质化处理，转化成为可燃物质，最终把垃圾中的可燃物制成垃圾衍生燃料(rdf)，进行能源清洁高效利用。
实施例1
如图1所示，本发明所述的一种水泥窑协同处理生活垃圾的热力系统，包括垃圾焚烧系统、发电系统、水泥生产系统和其他辅助系统，垃圾焚烧系统包括依次连接的rdf生产厂1、流化床焚烧炉2、旋风分离器3、过热器4和省煤器5，发电系统包括补汽式汽轮机8和发电机9，过热器依次与补汽式汽轮机和发电机相连，其他辅助系统包括与流化床焚烧炉连接的脱硝装置、与水泥煅烧回转窑连接的空气预热器7和收集水泥回转窑余热的余热锅炉10，水泥生产系统包括水泥分解炉13、水泥煅烧回转窑12和水泥熟料冷却段11，水泥煅烧回转窑分别与余热锅炉和分解炉连接。余热锅炉与补汽式汽轮机相连接。脱硝装置包括scr脱硝装置6和布设在流化床焚烧炉内的sncr脱硝装置。
实施例2
如图3所示，所述空气预热器的给风管为三叉管结构，分别为水泥煅烧回转窑的烟气进气管、水泥熟料冷却段的冷却风进气管和混合管。水泥煅烧回转窑的烟气进气管、水泥熟料冷却段的冷却风进气管和混合管上各设有烟气阀门。其余技术特征同实施例1。
水泥熟料冷却段的冷却风，因水泥熟料温度高而作为高温气体，作为流化床焚烧炉一次风，而具有提高入炉温度，提高热利用效率的效果。
其余技术特征同实施例1。
实施例3
如图2所示，空气预热器为分段式，分为空气预热器段i14和空气预热器段ii15，空气预热器段i与流化床焚烧炉的尾部烟道相连，空气预热器段ii布置在水泥熟料冷却段。空气预热器段i的给风管为三叉管结构，分别为水泥煅烧回转窑的烟气进气管、空气预热器段ii换热风进气管和混合管，三根管道上分别设有烟气进气管控制阀、换热风进气管控制阀和混合管控制阀。可根据垃圾焚烧炉的燃料情况实时控制进气比例和进气量，从而控制一次风量，达到稳定高效燃烧的目的。
其余技术特征同实施例1。
实施例4
本发明还包括利用上述热力系统进行水泥窑协同处理生活垃圾的热力方法，步骤如下：
(1)将生活垃圾运送至分布式rdf生产厂，经过分选、干燥、打包处理后，制成rdf；rdf生产厂与风机相连，rdf生产厂为密闭负压状态。
(2)将生产出的rdf通过传输装置和炉前给料装置进入流化床焚烧炉，高温烟气进入旋风分离器，回收部分燃料后经过过热器、省煤器、脱硝装置和空气预热器，进入分解炉和水泥煅烧回转窑，利用分解炉及回转窑炉内高温碱性负压条件，除去垃圾焚烧产生的酸性气体，同时烟气中携带的飞灰及重金属离子成为水泥熟料；过热器产生的高温蒸汽进入补汽式汽轮机，带动发电机发电；流化床焚烧炉排出的烟气经过省煤器和空气预热器，余热锅炉产生的蒸汽作为补充蒸汽进入补汽式汽轮机发电机组，提高热的利用率，增加锅炉蒸发量。流化床焚烧炉排出的烟气经过省煤器和空气预热器，提高热的利用率，增加锅炉蒸发量。流化床焚烧炉处理后的烟气与水泥熟料冷却风混合作为流化床焚烧炉的一次风。一二次风来源于回转窑窑炉烟气以及熟料冷却风，保证初始风温，提高热利用效率。发电机组产生的电能部分用于水泥厂自用，部分享受国家补贴价上网，尾部烟气经过余热锅炉后的烟气经处理后排放。
(3)将垃圾焚烧产生的炉渣送至水泥窑生料库作为水泥原料，经过回转窑煅烧后，冷却，得到水泥熟料。
采用本发明工艺的发电量：每吨垃圾发电量为425-450kw/h。
垃圾衍生燃料(rdf)具体生产制备装置详见专利文件zl201520223944.5，名称为垃圾衍生燃料制备与焚烧发电一体化成套装置。采用rdf的优点是:可采用分布式生产,节约运输成本。自身热值高,燃料成分稳定,灰渣质量高。
rdf生产厂为分布式，是指在不同地点修建rdf生产厂，尤其是在市区外散点分布修建(因水泥生产厂离市区较远)，将垃圾分选生产得到的rdf运至水泥窑协同处理厂进行处理。另外，也可以在协同处理厂中布设rdf生产厂，组织方式灵活多变。值得一提的是，相对于原生垃圾需要运输至发电厂来说，转化为rdf会形成垃圾的减量化，很大程度的节约了运输成本。
本工艺对进入窑炉的含灰烟气经过焚烧炉内的sncr和炉外的scr脱硝处理，相对于传统的炉排炉只炉外脱硝，采用流化床焚烧炉的优势可以进行炉内脱销，烟气中的nox经脱硝处理后，对水泥窑后续脱硝处理不造成负担，更易于保障环保达标。
本发明将水泥窑生产系统产生的部分高温废气作为垃圾焚烧的补充热源或者全部热源，使垃圾的焚烧过程更加充分，进一步降低二噁英的排放。
本发明的工艺中采用补汽式汽轮机进行发电，利用余热，提高发电量15-20％。
由核算结果看，本项目烟尘、so2、nox排放满足《山东省区域性大气污染物综合排放标准》(山东省地方标准)(db37/2376-2013)中限制的要求，二噁英类污染物排放满足gb18485—2014《生活垃圾焚烧污染物控制标准》中限值的要求。
实施例5
本发明采用分段式空气预热器，分为空气预热器段i和空气预热器段ii，空气预热器段i与流化床焚烧炉的尾部烟道相连，空气预热器段ii布置在水泥熟料冷却段。空气预热器段i的给风管为三叉管结构，分别为水泥煅烧回转窑的烟气进气管、空气预热器段ii换热风进气管和混合管，三根管道上分别设有烟气进气管控制阀、换热风进气管控制阀和混合管控制阀。
其余技术特征同实施例4。
本发明采用的分段式空气预热器，因水泥熟料本身温度高，因此热损耗低，且出口温度一致，相比多个空预器出口温度控制一致困难而言，具有良好的优势。采用水泥熟料冷却风直接作为一次风，因水泥熟料中可能存在的其他气体，如二氧化碳等，导致一次风含氧量降低，在分段式空预器中可以有效解决这一问题，而且尽量减少热损耗，热回收率高。
上述空气预热器段i与流化床焚烧炉的尾部烟道相连，既可以是布置在尾部烟道内部，也可以是与尾部烟道的高温烟气管通的构造模式。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。