专利名称：利用垃圾制燃气加热直接还原铁中还原气的方法
技术领域：
本发明涉及一种城市生活垃圾的处理方法，特别是一种利用城市生活垃圾焚烧或熔融焚 烧产生的燃气加热还原气，以回收利用热量的处理方法。本发明加热的还原气主要用于生产 直接还原铁。
背景技术：
目前比较先进的城市生活垃圾焚烧处理方法是将垃圾直接燃烧，利用尾气余热来加热余 热锅炉，产生水蒸气用于驱动汽轮机，汽轮机驱动发电机发电；包括将垃圾直接气化熔融焚 烧，燃烧后的高温尾气用于加热余热锅炉使之产生水蒸气，水蒸气用于驱动汽轮机和发电机 发电或直接提供热水和水蒸气供热。
其使用的城市生活垃圾蓄热式焚烧炉将垃圾热解后产生气体，送往二燃室燃烧，并将热 量蓄积在二燃室的耐火砖、格子砖中，通入空气吸收耐火砖、格子砖中的热量，加热到500 1200°C，用于助燃垃圾，或将热量引出用于发电。
具有独立二次燃烧设备的垃圾热解焚烧炉主要有固定床热解炉、旋转窑、输送式反应器 等。如昆明理工大学环境调和型能源新技术研究所开发的生活垃圾直接气化熔融焚烧炉、东 北大学开发的蓄热式垃圾焚烧气化炉、太原市乘风科技公司开发的特种垃圾焚烧气化炉、日 本新日铁垃圾热解熔融工艺系统、美国Purox工艺系统、美国Torrax工艺系统、美国Landgard 工艺系统等。
以上这些工艺和装置都是将垃圾热解燃烧后产生的热量用于余热锅炉，产生水蒸气后以 汽轮机带动发电机发电。由于垃圾的热值较低、以及能源形态由固体转变成气体、气体转变 成水蒸气、水蒸气转变成动能、动能转变成电能的多次转变，能源利用的综合效率一般都较 低，仅为20%左右。
目前直接还原铁的生产方法主要分为气基法和煤基法。气基法由于采用天然气作为还原 气和热源，使得该技术的应用受到限制，煤基法主要有回转窑、隧道窑、竖炉等方法，这些 方法都是采用煤气或炉内自产煤气作为还原气，加热氧化铁球团或含炭铁球团矿生产直接还 原铁。然而，开始生产时首先需要将还原气加热到要求的温度，在生产过程中也需要不断提 供热量以保持还原气的温度，这些均需要消耗外部能源。
发明内容
本发明的目的是提供一种将城市生活垃圾制燃气燃烧蓄热后加热直接还原铁中还原气的 方法，以代替传统直接还原铁生产中用煤气等资源加热还原气的方法，达到节省能源，保护环境的目的。
本发明的思路是利用低热值煤气高温燃烧技术，将垃圾制燃气与空气燃烧，加热蓄热室 中的耐火材料，再将直接还原铁生产用常温还原气体通入蓄热室中，吸收耐火材料中的热量 来加热还原气，用于直接还原铁的生产。还原竖炉的炉顶气经去除粉尘、焦油、C02、 H20、 H2S、 S02，净化后作为还原气循环使用。
本发明利用垃圾制燃气加热直接还原铁中还原气的具体方法是-
1) 、先将启动气源充满直接还原竖炉中，置换出炉内的空气；
2) 、在分选后的垃圾中加入0 10wt。/。的块煤、型煤或焦炭， 一起加入垃圾焚烧炉或熔融 焚烧炉中，通入空气进行燃烧，使垃圾焚烧或熔融焚烧，产生热值不小于850kcal的垃圾制 燃气；
3) 、将垃圾制燃气送入蓄热式热风炉中，并向蓄热式热风炉输送预热至不低于30(TC的 热空气，使垃圾制燃气与热空气燃烧，并将热量蓄积在蓄热式热风炉中的耐火材料、格子砖 或耐火球中；
4) 、停止送入垃圾制燃气和热空气，使用N2作为过渡性清扫气体实施换炉操作后，再向 蓄热式热风炉内通入常温还原气，吸收蓄积在蓄热式热风炉中的热量，携带高温热量成为高 温还原气；
5) 、将高温还原气通入直接还原竖炉中，逐步替代还原竖炉内的启动气源，在高温还原 气体的氛围下还原铁矿煤球团，以生产直接还原铁；
6) 、还原竖炉的炉顶气经去除粉尘、焦油、C02、 H20、 H2S、 S02，净化后作为常温还原气 循环使用；
如此循环，实现直接还原铁的工业化生产。
一般认为，城市垃圾的燃烧热值较低，利用价值不高。但是，将垃圾分选除去大块不可 燃物、筛分除去灰渣后可以提高其的燃烧热值，特别是在垃圾中添加适量块煤、型煤或焦炭 后可以用于垃圾焚烧或熔融焚烧造气。产生的垃圾制燃气虽然热值较低，但是高于高炉煤气， 因此可以利用其加热直接还原铁中的还原气。
在上述利用垃圾制燃气加热直接还原铁中还原气的方法中，至少提供有两座蓄热式热风 炉，当其中一座蓄热式热风炉的蓄热温度达到下游工艺要求后，进行换炉操作，将垃圾制燃 气通入另一座蓄热式热风炉中进行燃烧蓄热，如此反复操作，并保持总是向达到蓄热温度的 蓄热式热风炉中通入常温还原气体。
在换炉操作过程中， 一般使用N2作为过渡性清扫气体。换炉时使用N2清扫后，清扫气中含有少量的CO、 H2、 CH4等还原气体和可燃气体，可 以直接输送到直接还原竖炉内，以充分利用过渡气体N2中含有的还原气、可燃气和它们所携 带的热量。
进一步地，本发明控制蓄热式热风炉中垃圾制燃气的燃烧温度达到1200 150(TC，燃烧 时间不小于2秒。
延长垃圾制燃气燃烧时间的方法， 一是适当扩大蓄热式热风炉的燃烧室空间，二是将燃 烧火焰延长到蓄热式热风炉的蓄热室中。
在垃圾焚烧过程中不可避免地会产生二噁英及二噁英类物质的排放，因此垃圾制制燃气 时首先必须考虑降低排放废气中二噁英及二噁英类物质的排放。具体方法一是在垃圾熔融焚 烧炉中添加需要量的石灰，以固化垃圾焚烧过程中产生的硫及氯化物，并将其从垃圾焚烧渣 中排出；二是在垃圾制燃气二次燃烧前，通过捕集燃气中的粉尘，来捕集二噁英及二噁英类 物质，消减二噁英及二噁英类物质在垃圾制燃气中的含量；三是在垃圾制燃气二次燃烧过程 中，控制燃烧后的尾气温度，将尾气用水喷淋急冷，使其从350 40(TC急冷到〈25(TC，以 消除二噁英及二噁英类物质再次生成的条件；四是在垃圾制燃气二次燃烧后，通过捕集烟气 中的粉尘，来捕集二噁英及二噁英类物质。 一般地，以上四种方法中至少需要两种或两种以 上方法结合使用。
本发明的特征之一是将城市生活垃圾制燃气，采用蓄热式燃烧加热还原气的方法。采用 蓄热式热风炉替换垃圾制燃气二次燃烧室，使垃圾制燃气在蓄热式热风炉内二次燃烧产生的 热量由蓄热室中的耐火材料、格子砖或耐火球蓄热。当蓄热温度达到下游工艺要求的1100 1150'C时换炉，开启并加热另一库蓄热式热风炉，此蓄热炉停止燃烧垃圾制燃气和停止供空 气。经N2清扫蓄热炉后，再通入常温还原性气体，吸收蓄积在耐火材料格子砖或耐火球中的 热量，成为携带热量的高温还原性气体。
本发明的特征之二是利用垃圾制燃气加热直接还原铁中还原气的方法中的换炉方法。在 换炉过程中，使用N2作为过渡性气体，即在蓄热室蓄积热量、温度达到工艺温度后，停止燃 烧垃圾制燃气，蓄热改为加热还原气的过程中，以及反之停止加热还原气改为燃烧垃圾制燃 气的过程中，加N2清扫蓄热室和燃烧室，以防止换炉过程中出现还原气爆炸、泄露等安全问 题。换炉使用N2后，其中含有少量C0、 H2、 C仏等还原气体和可燃气体，若将这部分还原气和 可燃气排空，既浪费资源、浪费热量，又污染空气。而本发明可以将这部分还原气和可燃气 直接输送到直接还原竖炉内，以充分利用过渡气体N2中含有的还原气、可燃气和它们所携带 的热量。本发明的特征之三是利用提高燃烧温度和延长燃烧时间消除二噁英及二噁英类物质的排 放。二噁英的热分解温度〉850'C，燃烧时间>2秒。现有的蓄热式还原气加热炉燃烧温度可 以达到〉85(TC，但燃烧室持续时间难以〉2秒。本发明将燃烧室的垃圾制燃气燃烧温度提高 至1200 150(TC，在此温度下，垃圾制燃气中的二噁英以及二噁英类物质可以分解。延长燃 烧时间的方法一是适当扩大燃烧室空间，二是将燃烧火焰延长到蓄热室。
本发明的特征之四是消除二噁英及二噁英类物质的再生成。根据垃圾制燃气二次燃烧再 生成二噁英及二噁英类物质的机理和实践，二噁英以及二噁英类物质燃烧热解后再生成的温 度为250 35(TC。现有蓄热式还原气加热炉的尾气温度可以达到150 300°C，恰好在二噁英 以及二噁英类物质的再生成范围之内。因此有必要提高蓄热室或高炉热风炉废气出口温度到 400 350°C，在防止二噁英及二噁英类物质再次生成的前提下回收废气中的热量。
回收废气中热量的方法是用水喷淋急冷，从350 40(TC急冷到〈25(TC排入大气，热水 回收再循环利用，避免二噁英以及二噁英类物质的再生成。
本发明特征之五是对垃圾焚烧或融熔焚烧气化后的气体先降温净化，制成工艺要求的垃 圾制燃气后再利用。为除硫和氯化物，在垃圾焚烧或融熔气化炉内加入石灰，可以固化大部 分的硫和氯并从渣中排出。对粗燃气实施除尘、除焦油、除水净化处理，净化后的粗燃气作 为燃气利用，燃烧后的废气可以直接排空。
本发明特征之六是垃圾焚烧或融熔焚烧气化后的气体不降温，除尘后直接作为燃气利用。 为除硫和氯化物，在垃圾焚烧或融熔焚烧气化炉内加入石灰，固化大部分硫和氯并从渣中排 出。对燃烧后的废气进行净化处理，包括(1)废气用水喷淋急冷，从350 40(TC急冷到〈 25(TC以消除二噁英及二噁英类物质再次生成；(2)布袋除尘；氨水脱硝净化后排入大气。回 收的灰尘制成球加入垃圾融熔炉处理，溶渣制作建材。
具体实施例方式
实施例1
采用蓄热式燃烧方式，即利用高炉热风炉预热空气到300 1000°C，预热空气与高温垃 圾制燃气在另一座热风炉燃烧，使垃圾制燃气燃烧温度达到1200 150(TC。另一座热风炉燃 烧高温气体经蓄热室耐火材料格子砖或耐火球蓄热，燃烧尾气温度降到〈350 40CTC，用水 喷淋尾气温度降到150 25(TC排入大气，喷淋污水经净化后循环使用，污泥脱水后制球返回 垃圾融熔炉处理，溶渣制做建材。
换炉1，燃气燃烧蓄热改为加热还原气用N2清扫热风炉，时间3 15分钟，&吸收格 子砖或耐火球热量后，温度达1000 115(TC，此时N2中含有少量C02、仏0等废气，此时利用余热会影响还原铁，在清扫初期3 5分钟排空，后期5 10分钟利用余热，将N2送往铁矿煤 球团直接还原竖炉中用于还原铁。清扫时间3 15分钟后换炉改送还原气，还原气加热到 1000 1150。C送入还原竖炉，时间40 90分钟。
换炉2，控制二噁英再生与除尘，加热还原气改为燃气燃烧蓄热还原气温度降到<1000 'C后换炉改燃气燃烧蓄热。用IV凊扫热风炉，时间3 15分钟，N2吸收格子砖或耐火球热量 后，温度高达1000 115CTC， N2气中含有蓄热室中的还原气H2、 C0和可燃气体CH4随N2 —同 送往铁矿煤球团直接还原竖炉中用于还原铁。&清扫时间3 15分钟后换炉改烧燃气。燃气 燃烧蓄热时间30 40分钟。粗燃气除尘后作为燃气利用，燃烧后的尾气经水喷淋从350 400 。C降到150 250'C排入大气。
经燃烧后的尾气也可以降到《20(TC，余热用于干燥铁矿煤球团，废气经电除尘或布袋除 尘、氨水脱销净化后排入大气。
回收的灰尘制成球加入垃圾融熔炉处理，溶渣制作建材。
实施例2
利用热风炉预热空气到300 100(TC，预热空气与净化后的垃圾制成的燃气在另一座热 风炉燃烧，使垃圾制成的燃气燃烧温度达到1200 150(TC。燃烧高温气体经蓄热室耐火材料 格子砖或耐火球蓄热，燃烧后的尾气温度降到〈20(TC，余热用于干燥铁矿煤球团经除尘后排 入大气。
换炉1，燃气燃烧蓄热改为加热还原气用N2清扫加热还原气的热风炉，N2吸收格子砖 或耐火球热量后，温度高达1000 115(TC，此时N2中含有少量C02、 &0等废气，此时利用余 热影响还原铁，在清扫初期3 5分钟排空，后期5 10分钟利用余热，将N2直接送往铁矿煤 球团直接还原竖炉中用于还原铁。时间3 15分钟后通入还原气，加热还原气时间40 90分 钟，还原气温度降到<1000"时换炉。
换炉2，加热还原气改为燃气燃烧蓄热用N2清扫加热还原气的热风炉，N2吸收格子砖 或耐火球热量后，温度高达1000 115(TC， N2气中含有蓄热室中残留的还原气H2、 CO和可燃 气体CH4随N2—同直接送往铁矿煤球团直接还原竖炉中用于还原铁。时间3 15分钟后改为 燃气燃烧。燃气燃烧时间30 40分钟。从热风炉出来的尾气温度〈20(TC,经干燥铁矿煤球 团后排入大气。因利用净化后的垃圾制成的燃气，废气可以直接排空。
回收的灰尘制成球加入垃圾融瑢炉处理，溶渣制作建材。
实施例3
空气不预热，与经除尘后的垃圾制燃气在燃烧室燃烧，燃烧温度达到1200 1500'C。燃烧高温气体经蓄热室耐火材料格子砖或耐火球蓄热，燃烧后的尾气温度降到<200"，余热用 于干燥铁矿煤球团经除尘后排入大气。 换炉方法与实施例l相同。
权利要求
1、利用垃圾制燃气加热直接还原铁中还原气的方法，是将垃圾制燃气与空气燃烧，加热蓄热室中的耐火材料，再将直接还原铁生产用常温还原气体通入蓄热室中，吸收耐火材料中的热量来加热还原气，用于直接还原铁的生产，还原竖炉炉顶气去除粉尘、焦油、CO2、H2O、H2S、5O2，净化后作为还原气循环使用。
2、 根据权利要求l所述的利用垃圾制燃气加热直接还原铁中还原气的方法，其特征是包括以下步骤1) 、先将启动气源充满直接还原竖炉中，置换出炉内的空气；2) 、在分选后的垃圾中加入0 10wt。/。的块煤、型煤或焦炭， 一起加入垃圾焚烧炉或熔融焚烧炉中，通入空气进行燃烧，使垃圾焚烧或熔融焚烧，产生热值不小于850kcal的垃圾制燃气；3) 、将垃圾制燃气送入蓄热式热风炉中，并向蓄热式热风炉输送预热至不低于30(TC的热空气，使垃圾制燃气与热空气燃烧，并将热量蓄积在蓄热式热风炉中的耐火材料、格子砖或耐火球中；4) 、停止送入垃圾制燃气和热空气，使用N2作为过渡性清扫气体实施换炉操作后，再向蓄热式热风炉内通入常温还原气，吸收蓄积在蓄热式热风炉中的热量，携带高温热量成为高温还原气；5) 、将高温还原气通入直接还原竖炉中，逐步替代还原竖炉内的启动气源，在高温还原气体的氛围下还原铁矿煤球团，以生产直接还原铁；6) 、还原竖炉的炉顶气经去除粉尘、焦油、C02、 H20、 H2S、 S02，净化后作为常温还原气循环使用；如此循环，实现直接还原铁的工业化生产。
3、 根据权利要求2所述的利用垃圾制燃气加热直接还原铁中还原气的方法，其特征是在上述方法中至少提供两座蓄热式热风炉，当其中一座蓄热式热风炉的蓄热温度达到下游工艺要求后，进行换炉操作，将垃圾制燃气通入另一座蓄热式热风炉中进行燃烧蓄热，如此反复操作，并保持总是向达到蓄热温度的蓄热式热风炉中通入常温还原气体。
4、 根据权利要求2所述的利用垃圾制燃气加热直接还原铁中还原气的方法，其特征是换炉时使用N2清扫后，清扫气中含有少量的CO、 H2、 CH4等还原气体和可燃气体直接输送到直接还原竖炉内，以充分利用过渡气体N2中含有的还原气、可燃气和它们所携带的热量。
5、 根据权利要求2所述的利用垃圾制燃气加热直接还原铁中还原气的方法，其特征是控制蓄热式热风炉中垃圾制燃气的燃烧温度达到1200 150(TC，燃烧时间不小于2秒。
6、 根据权利要求5所述的利用垃圾制燃气加热直接还原铁中还原气的方法，其特征是通过将燃烧火焰延长到蓄热式热风炉蓄热室中的方法延长垃圾制燃气的燃烧时间。
7、 根据权利要求2所述的利用垃圾制燃气加热直接还原铁中还原气的方法，其特征是还采用下述方法a) 、在垃圾焚烧炉或熔融焚烧炉中添加需要量的石灰，以固化垃圾焚烧或熔融焚烧过程中产生的硫及氯化物，并将其从垃圾焚烧渣中排出；b) 、在垃圾制燃气二次燃烧前，通过捕集燃气中的粉尘捕集二噁英及二噁英类物质，消减二噁英及二噁英类物质在垃圾制燃气中的含量；c) 、在垃圾制燃气二次燃烧过程中，控制燃烧后的尾气温度，将尾气用水喷淋急冷，使其从350 400'C急冷到〈25(TC,以消除二噁英及二噁英类物质再次生成的条件；d) 、在垃圾制燃气二次燃烧后捕集烟气中的粉尘，捕集二噁英及二噁英类物质；中至少两种或两种以上方法结合，以降低垃圾焚烧或熔融焚烧过程中的二噁英及二噁英类物质的排放。
8、 根据权利要求2所述的利用垃圾制燃气加热直接还原铁中还原气的方法，其特征是所述的启动气源是N2或循环还原气。
全文摘要
利用垃圾制燃气加热直接还原铁中还原气的方法，包括以启动气源置换炉内空气；将垃圾分选后焚烧或熔融焚烧产生热值不小于850kcal的垃圾制燃气；垃圾制燃气在蓄热式热风炉中与不低于300℃的热空气燃烧，向耐火材料、格子砖或耐火球中蓄热；向蓄热式热风炉内通入常温还原气吸收蓄积的热量，成为高温还原气；高温还原气通入直接还原竖炉还原铁矿煤球团，生产直接还原铁；炉顶气经净化后作为常温还原气循环使用；如此循环，实现直接还原铁的工业化生产。本发明的利用垃圾制燃气加热直接还原铁中还原气的方法可以代替传统直接还原铁生产中用煤气等资源加热还原气的方法，节省能源，保护环境。
文档编号C21B13/00GK101643808SQ200910075330
公开日2010年2月10日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者杜英虎, 苏亚杰, 苏亚达, 陈寿林, 马恩友 申请人:苏亚杰