专利名称：带热循环隧道窑的无污染垃圾焚烧法的制作方法
技术领域：
本发明是一种能彻底焚烧高水份、低热值城市生活垃圾但不产生二次污染的方法。涉及垃圾焚烧、三废利用和环保能源技术领域。
现有的城市生活垃圾焚烧炉，大多是在以煤为燃料的锅炉和工业窑炉的基础上发展起来的，这些焚烧炉能焚烧高热值的煤碳，但难以焚烧高水份、低热值的城市生活垃圾。国内外在实际焚烧高水份、低热值城市生活垃圾时，或在焚烧前对垃圾进行分选、自沥、堆酵、搅拌，或在焚烧炉中添加燃料以提高垃圾的可燃性，目前对热值低于800kcal/kg，含水率高于50％的潮湿垃圾还没有很好的焚烧方法，垃圾燃烧不充分导致外排的浓烟夹带着大量剧毒和有害物质，严重地污染了环境。
受垃圾现状、技术能力和经济条件三大因素的制约，我国运行中的城市生活垃圾焚烧厂数量不多，基本上分属下列二种情况一种是采用国内技术的焚烧厂，垃圾焚烧普遍不彻底，二次污染严重；另一种则为引进国外的设备或技术的焚烧厂，深圳市市政环卫综合处理厂是国内首家引进型的焚烧厂，焚烧炉由三菱公司生产，该厂的袁宏伟和林文峰在《垃圾焚烧炉国产化之路小析》一文中指出“…与国外的垃圾相比，我国的城市生活垃圾具有低热值、高水分、不易分选的特性，要处理好这样的垃圾，没有一套适合的焚烧工艺，光靠引进国外的设备，我们认为是不够的。…例如在我厂的低热值垃圾焚烧工艺中，要求对进厂原生垃圾在垃圾池内进行搅拌、分区堆酵、自沥、排水等一系列操作，使得进炉垃圾热值基本能够保持在约1100～1400kcal/kg，从而确保了垃圾焚烧的稳定性，…垃圾燃烧产生的烟气中含有HCl、NOX、重金属、二恶英等有害成分，会对环境造成污染。目前我厂的烟气处理方法为静电除尘器加干式石灰法，即在烟气中喷入Ca(OH)2粉末来去除HCl等成分，该方法的效率不高，为50％～60％，而且石灰耗量大、利用率低(15％左右)，会增加运行费用…”。
国外的高投入、高成本焚烧高热值垃圾已形成了一个模式并在全球复制，我国台湾省台北市环保局所属的北投焚化厂招标引进日本日立公司设备，总投资为2.45亿美元，垃圾的吨处理费为21.9美元(资料来源《台湾城市生活垃圾焚烧处理现状》作者郑明辉，中国科学院生态环境研究中心，北京100085)。而台湾类似的焚化厂有20多家，深圳、宁波、上海等地也先后在进行尝试。
日本、台湾等地的垃圾焚化率超过70％，国内的垃圾热值低水份高变化大分选难产量世界第一，垃圾的无害化处理率不到10％，环境保护压力大，这个现实在短时间内难以改变，垃圾现状和经济实力决定了国外的“三高”模式难以成为我国垃圾焚烧的发展方向。国外执行严格的环保标准，无害化已成为垃圾焚烧的重点，值得我们学习和借鉴。在技术上，国外的末端污染治理是治病式的，治标不治本，在低热值垃圾焚烧方面并无技术优势，与我们在同一条起跑线上，在垃圾现状、经济和技术三大制约因素的重重包围中，开发出将低热值垃圾彻底焚烧而不产生二次污染已成为技术关键，以目前的方法不能维持正常燃烧的、热值仅数百kcal/kg的湿垃圾一旦成为一种清洁燃料，一切便迎刃而解节省焚烧厂的占地、节省设备投资、节省处理费用、获得最多的热能、炉渣得到利用。
本发明的目的是提供一种能彻底焚烧高水份、低热值城市生活垃圾但不产生任何三废二次污染、不需要外购燃料和电能、副产品用途广泛商业利用价值高、无昂贵的环保设施、造价低、运行费用能够以产品销售的收入来支付并能赢利、环保达到国际先进水平的方法。
本发明的目的是这样实现的低热值、高水份的原生城市生活垃圾直接破碎至5～20Cm后送入转炉烘干热解，可将垃圾的含水率由80％减至3％，转炉倾斜安装，进料端在高位，出料端在低位插入沸腾焚烧炉的沸腾燃烧室，调节转炉的转速能使不同含水率的垃圾得到相同的烘干效果，转炉工作时，转炉内壁的角形凸齿用来翻动、分散和推进垃圾，质量较大、燃点和硬度较高的垃圾对炉壁进行摩擦清理，以防炉壁结焦。垃圾在炉内向前翻滚最终落入沸腾焚烧炉内，烘干的热源引自沸腾焚烧炉的高温废气的一部分，温度为600～800℃的废气进入转炉，烘干垃圾后进入热循环隧道窑，余热得到利用，有害物得以净化；沸腾焚烧炉排出的高温废气，一部份入转炉烘干垃圾，其余直接进入热循环隧道窑，在窑内950～1050℃的高温焙烧带复燃5秒种，远远超过国内外一至认为的2秒，二恶英被完全分解，在1050℃的高温氧化条件下，烟气中的有害物被彻底分解、燃烧，余下少量的轻质金属氧化物飞灰随着烟气经过热循隧道窑的高温干燥带、中温干燥带、低温预热排潮带时被砖坯所吸附，固化到砖内的金属不具放射性对环境无害，烟气中的HCl、SO2、NOX等酸性气体与砖坯中(约5％)的碱性和两性氧化物发生中和反应而被脱除，气体干净排放。
热循环隧道窑的顶部有多重互不相通的空心夹层，夹层内可流通干净热气、烟气和水汽，沸腾焚烧炉座落在热循环隧道窑的窑顶，沸腾焚烧炉所需的助燃热空气由风机鼓入，助燃热空气经过热循环隧道窑的窑顶夹层时被预热至800℃，沸腾焚烧炉焚烧垃圾时的温度为850～950℃，无垃圾时的常年炉温为800℃。
热循环隧道窑分成5到11个带，分别起到排潮、预热、干燥、焙烧、保温和冷却作用，每带分别设置2至20对吸口或喷口，在高温分区带设置热空气补给闸4至30个，高温混合气流排放闸2至8对，低温分区带设置冷却门2至8对，窑底筑有宽0.6～2米的检查通道，高温和中温带之间留有2～10条膨胀缝隙。针对垃圾无规则变化的特性，共有6台风机通过热循环隧道窑的窑顶夹层和外部烟管，进行炉窑之间干净气体和烟气的供给和调配，对热循环隧道窑进行低温回流换热循环和高温回流换热循环，通过回流换热循环和烟气的调配来实施补热、排热、冷却、加氧和切氧，有效地实现了在不同季节和气候，不同垃圾燃料条件下热循环隧道窑的正常运行，从而保证了对垃圾沸腾焚烧炉和转炉的全过程控制。
垃圾经沸腾焚烧后留下的炉渣配入煤矸石，经破碎、成型后送入热循环隧道窑焙烧成砖，煤矸石的热值为600～1200kcal/kg，均值不到烟煤的20％，国内被抛弃占地堆放的煤矸石已达数十亿吨，煤矸石和垃圾焚烧后的炉渣掺混制砖，符合国家的产业政策，京穗等地为保护农田禁用粘土制砖，煤矸石的综合利用受政府鼓励并可享受政策优惠，煤矸石制砖不用粘土不需燃料，还能消纳垃圾焚烧后的炉渣，一个日处理生活垃圾1000吨的焚烧厂每年产砖一亿块，效益可观。
垃圾在彻底焚烧时放热量大，热循环隧道窑保温带的温度为600～1050℃，沸腾焚烧炉的温度为800～950℃，在这些高温区装上水冷壁管和过热管，生产过热蒸气发电满足焚烧厂的用电需要。
本发明与现有国内外的垃圾焚烧方法相比，有以下优点1、本发明是一个目的明确的系统，转炉、沸腾焚烧炉和热循环隧道窑是系统的三个元素，三者间关联并相互作用，该系统最大的特点是适应性强能适应垃圾种类、热值、含水率变化以及季节和气候的变化，砖坯原料除了煤矸石之外，其他含有少量热值的工业固废可代用，粉煤灰、洗煤厂的煤泥配电厂的炉渣均是很好的选择；热循环隧道窑常年连续运行，沸腾焚烧炉和转炉有垃圾就工作，无垃圾就停，不受焚烧量的限制。
2、本发明符合垃圾处理减量化的要求，炉渣的利用使进厂垃圾的减容达100％，垃圾和煤矸石等工业固废同时减容。
3、本发明符合垃圾处理无害化的要求，不需要环保设备，对二次污染的防治采用治本的源头控制而非被动的末端治理，废气在焚烧厂的生产工艺中得到净化，废水废渣制砖，清洁生产，焚烧厂无三废外排，环保达到国际先进水平。
4、本发明符合垃圾处理资源化的要求，系统能耗低，不需要辅助燃料，炉渣制成建材出售，电能自给，有蒸气外供或可建温水泳池等配套公共设施。
5、本发明经济性好，国产化设备造价低，建设周期短，运行费用极低，焚烧厂有畅销产品带来固定的收入，突破了国内外焚烧厂均需政府补贴的禁区。
6、本发明严谨可靠，由发明者设计、生产和调试的沸腾炉和热循环隧道窑已稳定运行了二十多年，每三年进行一次检修，操作极为方便。
本发明的实施例是一个日处理城市生活垃圾300吨的垃圾焚烧系统，垃圾减容量100％，无三废外排，该垃圾焚烧系统由转炉、沸腾焚烧炉、热循环隧道窑各一台及配套设施组成。
图1为系统工艺设备流程图，图2为设备位置图，图3为热循环隧道窑的一个剖面图。
待处理的城市生活垃圾经破碎机破碎至5-20cm后，送入转炉1中烘干热解，垃圾的含水率由80％减至3％，干垃圾随后落入沸腾焚烧炉7焚烧；沸腾焚烧炉7排出的800℃高温废气，一部分途经烟气循环管4、转炉1、6#风机进入热循环隧道窑12，其余的废气经由5#风机、烟道5进入热循环隧道窑12，在热循环隧道窑12的高温焙烧带1050℃氧化气氛中燃烧5秒钟，远远超过国内外一至认为的2秒，二恶英被完全分解，余下少量的轻质飞灰和酸性气体在热循环隧道窑12的干燥预热排潮带被砖坯吸附净化，最后由1#风机经过烟囱排向大气。
热循环隧道窑12的顶部有多重互不相通的空心夹层9，夹层9内可流通干净热气、烟气和水汽，沸腾焚烧炉7座落在热循环隧道窑12的窑顶，沸腾焚烧炉7所需的助燃热空气由7#风机鼓入，助燃热空气经过热循环隧道窑12窑顶夹层9时被预热至800℃，沸腾焚烧炉焚烧垃圾时的温度为850～950℃。无垃圾时的常年炉温为800℃。
热循环隧道窑12全长80至180米，窑底筑有宽0.6～2米的检查通道11，2#、3#、4#风机对热循环隧道窑12进行回流换热循环，垃圾仓的浊气由8#风机引入热循环隧道窑12。
沸腾焚烧炉7产生的炉渣配入煤矸石，经破碎、成型后送入热循环隧道窑12焙烧成砖，煤矸石的平均热值为900kcal/kg，垃圾和煤矸石燃烧时放出大量热能，例如热循环隧道窑12保温带燃烧室10的温度为600～1050℃，沸腾焚烧炉7燃烧室3的温度为800～950℃，装上水冷壁管和过热管，生产过热蒸气发电满足焚烧厂的用电需要。
权利要求
1.一种能彻底焚烧高水份、低热值城市生活垃圾但不产生二次污染的方法，其特征在于原生城市生活垃圾经由转炉烘干热解、沸腾焚烧炉焚烧、热循环隧道窑对烟气进行净化，炉渣制砖，由三个燃烧室之间的关联控制实现了对高水份、低热值垃圾的彻底焚烧。垃圾焚烧产生的二次污染物在燃烧中得以消纳。
2.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于原生垃圾不经过分选、自沥、堆酵、搅拌等工序，经破碎后直接进入转炉烘干热解，烘干的热源引自沸腾焚烧炉的高温废气的一部分，温度为600℃至800℃的废气进入转炉，烘干垃圾后进入热循环隧道窑，余热得到利用，有害物得以净化；沸腾焚烧炉排出的高温废气，一部份入转炉烘干垃圾，其余直接进入热循环隧道窑，在窑内950℃～1050℃的高温焙烧带复燃5秒钟，远远超过国内外一至认为的2秒，二恶英被完全分解，固体颗粒物在隧道窑的干燥排潮带被砖坯吸附，烟气干净排放。
3.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于热循环隧道窑的顶部有多重互不相通的空心夹层，夹层内可流通干净热气、烟气和水汽，干净气体在夹层内被预热到800℃后进入沸腾焚烧炉内，焚烧已被烘干热解的垃圾。
4.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于转炉的出料端以一定的角度插入沸腾焚烧炉的沸腾燃烧室，转炉的转速可以调节，沸腾焚烧炉座落在热循环隧道窑高温焙烧带的窑顶，共有6台风机通过窑顶的夹层和外部烟管进行炉窑之间干净气体和烟气的供给和调配，并对热循环隧道窑进行高温回流换热循环和低温回流换热循环。
5.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于在热循环隧道窑烧成的砖坯内配入超量热能，砖坯的原料由工业固废煤矸石、垃圾焚烧后的炉渣等组成，在隧道窑点火后不再需要投加燃料，依靠砖坯内的热能连续365天不间断运行，通过控制砖坯内的配热量来焚烧不同热值的垃圾，而位于热循环隧道窑上方的沸腾焚烧炉，在无垃圾可烧时一直处于高温待烧状态，垃圾进入炉内就立即焚烧，并可无数次反复进行。
6.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于在热循环隧道窑的保温带和沸腾焚烧炉内安装了锅炉管，以保温带600℃至1050℃和沸腾焚烧炉850℃的高温生产过热蒸气，用于发电完全可满足垃圾焚烧厂内设备和配套公众文体设施的用电需求。
全文摘要
一种能彻底焚烧高水份、低热值城市生活垃圾但不产生二次污染的方法。本发明涉及垃圾焚烧、三废利用和环保能源技术领域。破碎后的垃圾在转炉内烘干热解，接着进入沸腾焚烧炉焚烧，焚烧炉的烟气被引入热循环隧道窑，烟气中的有害物质在热循环隧道窑1050℃的高温焙烧带复燃5秒钟，大于国内外一致认为的2秒，随后再被热循环隧道窑干燥排潮带内的砖坯所吸附而得到充分净化。炉渣配入煤矸石后由热循环隧道窑焙烧制砖，垃圾焚烧时无二次污染，不需要外购电力和燃料等能源。
文档编号F23G5/46GK1459585SQ0211782
公开日2003年12月3日 申请日期2002年5月22日 优先权日2002年5月22日
发明者欧书信, 胡晓农, 舒梅男 申请人:欧书信, 胡晓农, 舒梅男