控制垃圾焚烧二恶英和重金属产生与扩散的方法及其系统

摘要

一种控制垃圾焚烧二恶英和重金属产生与扩散的方法及其系统。其特点是,先将原生垃圾输送垃圾库,然后将垃圾送置垃圾预处理装置,经处理后的垃圾在垃圾焚烧装置中进行燃烧,燃烧后的烟气送到垃圾焚烧尾气净化装置中净化,净化后的气体通过引风机经烟囱达标排放。本发明由于考虑了炉前、炉中和炉后三个环节控制二恶英和重金属的生成与扩散,所以可达到烟气净化彻底的效果。同现有技术比具有工艺简单,操作便捷,运行成本低的特点。

说明书

本发明涉及垃圾焚烧污染控制技术领域，尤其涉及垃圾焚烧二恶英和重金属的全方位控制方法及其系统。

城市生活垃圾是人类活动的伴随产物。随着城市人口增加和城市生活水平的提高，城市生活垃圾产量日益增长。日益增加的城市生活垃圾严重污染人类生活环境。如何实现城市生活垃圾无害化、减容化和资源化的“三化”处理已成为全世界关注的焦点。在常见的垃圾处理方法中，垃圾焚烧由于处理垃圾的无害化彻底，减容化程度深以及可能源化利用等优点而成为当今城市生活垃圾处理的主流。但是，垃圾焚烧容易产生二次污染，特别是产生的二恶英和重金属类剧毒物质可以对环境造成很大的危害，如何有效控制垃圾焚烧二恶英和重金属类物质的产生与扩散已成为目前研究热点。解决垃圾焚烧二恶英污染问题直接关系到垃圾焚烧技术能否得到进一步推广应用。目前的状况是，国内外学者对垃圾焚烧产生二恶英和重金属的相关问题进行了大量研究，包括垃圾焚烧过程中二恶英和重金属的来源、二恶英的形成机理以及可能的一些控制措施等，并且取得了大量的研究成果。这些成果主要包括：垃圾焚烧产生的二恶英是由炭、氢、氧、氯元素组成，其中形成二恶英的有害元素是氯；垃圾焚烧二恶英有三种来源，即从燃前原生垃圾中来，从不良燃烧过程中产生二恶英前驱体，从燃烧后续烟气冷却过程中由前驱体与飞灰和由炭与氯气催化合成，其主要催化剂为铁、铜、镍等金属，而且后续催化合成二恶英的速率最大；煤中硫、氮等元素在燃烧过程中形成的氧化物有利于抑制二恶英生成。主要参考文献：Tuppurainen，K.，Halonen，I.，Ruokojarvi，P.，Tarhanen，J.And Ruuskanen，J.Chemosphere，Vol.36，No.7，pp.1493-1511，1998。重金属主要来源于原生垃圾中的电池，电池中的重金属在燃烧过程中形成细小的金属氧化物和金属单质，这些细小的金属类物质难于用常规的湿法脱除，但它们容易被多孔介质所吸附。虽然有关垃圾焚烧二恶英和重金属生成与控制机理研究取得了较大成就，但将这些研究成果应用到实际垃圾焚烧二恶英和重金属控制技术中还有较大距离。随着垃圾焚烧技术的日益推广和人们的环境保护意识的加强，发展垃圾焚烧二次污染高效控制技术，尤其是二恶英和重金属的控制技术，显得尤为紧迫和重要。

现有技术中，国内还未有专门的垃圾焚烧二恶英和重金属控制专利技术，国外的有关垃圾焚烧二恶英和重金属控制专利技术，大都只强调对垃圾焚烧系统的炉后二恶英和重金属生成控制及尾部烟气中二恶英和重金属扩散净化，没有考虑全面防止垃圾焚烧二恶英和重金属生成。如美国专利US5968467提出在炉后温度大于400℃的烟气中喷射吸附剂和覆盖剂来抑制二恶英的炉后生成。该专利技术在一定程度上可减少炉后二恶英的生成，但其吸附剂和覆盖剂制作成本较大，而且在炉后喷射过程中对金属管材磨损严重，更重要的是该专利技术未能全面控制二恶英生成和扩散；又如美国专利US5607654采用在垃圾焚烧炉后设置多级净化方法来控制二恶英的扩散，该技术首先采用喷雾干燥法，利用碱性细颗粒吸收尾气中的酸性物质和少量二恶英，然后利用布袋除尘或电除尘器实现气固分离，除尘后的气体进入一湿法洗气装置进一步控制二恶英和重金属的扩散。该技术虽能有效控制二恶英和重金属的扩散，但整个系统十分复杂，投资和运行费用很大。

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种可全面控制垃圾焚烧二恶英和重金属产生与扩散的方法及其系统。该方法工艺简单，效果显著。实现该方法的系统设计合理，结构简单，制造和运行成本低。

为了达到上述的发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

控制垃圾焚烧二恶英和重金属产生与扩散的方法，其步骤为：(1)在垃圾入炉前的预处理过程中，利用人工与机械相结合，去除原生垃圾中的含氯组分及金属，从源头上减少垃圾焚烧中导致二恶英和重金属产生的物质基础和催化基础；(2)预处理后的垃圾进入组合式循环流化床焚烧，在垃圾焚烧过程中，加入添加剂与垃圾混合燃烧，利用添加剂中的组分实现炉内稳燃、固氯和抑制炉后氯化氢氧化，从而抑制炉内和炉后二恶英的生成；(3)垃圾焚烧过程中采用组合式循环流化床垃圾焚烧炉，使垃圾先在副床内进行低温热解气化，然后热解气体进入主床高温燃烧，在低温热解过程中实现垃圾中氯由气态化生物向固态化合物转化，有效抑制燃烧过程中二恶英的炉内生成和炉后再合成；(4)炉副床垃圾热解气体进入主床，在主床内形成强烈扰动漩流，延长可燃物在炉内的停留时间，保证二恶英及其前驱物的彻底分解，控制二恶英前驱体在炉后降温过程中催化生成二恶英；(5)垃圾焚烧尾气采用富有高表面活性的多孔介质作二恶英和重金属的吸附剂，吸收尾气中可能产生的少量二恶英和重金属类物质；(6)吸附有少量二恶英和重金额的吸附剂，通过高效气固分离器收集，控制二恶英和重金属的尾部扩散。

按照上述的技术方案，其步骤所述预处理去除的含氯组分包括鞋底、电线包皮等以聚氯乙烯为主的硬塑料；所述金属为铁、铜、镍、铝、铅、汞、电池等；所述添加剂包括常规燃料，如煤、油、天然气和碱土金属，如钙、镁等氧化物和碳酸盐；所述垃圾热解气化的温度小于750℃，垃圾热解气体的燃烧温度大于850℃；所述垃圾热解气体在炉内的停留时间大于3秒钟；所述吸附剂包括燃煤飞灰、灰渣、焦炭、活性炭等。

实现控制垃圾焚烧二恶英和重金属诞生与扩散方法的系统，它包括存放原生垃圾的垃圾库、去除聚氯乙烯硬塑料和铁、铜、电池等金属的炉前垃圾预处理装置，防止二恶英炉内生成的垃圾焚烧装置、控制二恶英和重金属扩散的垃圾焚烧尾气净化装置及引风机和烟囱。其结构特点是：所述垃圾库中设有抓斗可将垃圾送置垃圾预处理装置，垃圾预处理装置与垃圾焚烧装置连接使处理后的垃圾在垃圾焚烧装置中进燃烧。垃圾焚烧装置与垃圾焚烧尾气净化装置连接使燃烧后的烟气送到垃圾焚烧尾气净化装置中净化，净化后的气体通过引风机经烟囱排放。

按照上述的技术方案，所述炉前垃圾预处理装置包括给料斗，带式输送机一、滚筒筛、接料斗、带式输送机二、带式输送机三、粉碎机、除铁器、接料斗及输料器。给料斗置于带式输送机一的上方，滚筒筛倾斜放置在带式输送机一的末端与带式输送机二的顶端之间，滚筒筛底部正对接料斗的接料口，接料斗的出料口正对带式输送机三的顶端，带式输送机三的上方设有除铁器，粉碎机置于带式输关机二末端下方，炉前料斗置于带式输送机三末端下方，输料器与炉前料斗底部连接。

按照上述的技术方案，所述垃圾焚烧装置包括由炉副床和炉主床组成的焚烧炉、旋风分离器、返料器及多级换热器。炉副床分别与输料器出口和返料器出口相接，炉副床和炉主床之间设有上部带开口的隔层把炉副床与炉主床相连通。炉副床与炉主床的底部各设有布风板和排渣口。炉主床上部设有烟道，烟道与多级换热器、旋风分离器相接，旋风分离器另一端与返料器进口相接，多级换热器出口与尾气净化装置相接。

按照上述的技术方案，所述垃圾焚烧尾气净化装置包括以脱除剂和吸附剂为床料的流化床净化器、气固分离器、缓冲仓及混合造粒器。流化床净化器的入口端设有可使尾气加速的缩放喷管及床料入口。缩放喷管另一端与垃圾焚烧尾气入口相接。床料入口与混合造粒器的出口相接，混合造粒器置有给水口、活性炭给料口及石灰粉给料口并与给料机相接。给料机另一端与缓冲仓相接，缓冲仓上方及侧上方置有气固分离器及排料机。气固分离器上方及侧上方置有净化气出口及水平连接管，水平连接管另一端与流化床净化器的出口端相接。

本发明由于考虑了从炉前、炉中和炉后三个环节控制二恶英和重金属的生成与扩散。在炉前去除聚氯乙烯塑料和炉中加钙脱氯，从源头上控制二恶英生成。产生的残余二恶英和重金属又在炉后的尾气净化装置中被多孔介质所吸附，被吸附后的二恶英和重金属易于被常规除尘设备所捕集，所以可达到彻底净化的效果。同现有技术相比，本发明的方法及其系统不仅工艺简单、效果显著、而且操作便捷、设备维修方便。特别是设备制造和运行成本低，十分适用于我国和发展中国家的垃圾焚烧处理。

下面结合附图及具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明系统的工艺流程及其装置布局示意图；

图2为本发明系统中炉前垃圾预处理装置布局示意图；

图3为本发明系统中垃圾焚烧装置布局示意图；

图4为本发明系统中垃圾焚烧尾气净化装置布局示意图。

参看图1，原生垃圾经垃圾运输车运送入垃圾库1中，垃圾库1中的垃圾通过抓斗2送到垃圾预处理装置3，经过处理后的垃圾送到垃圾焚烧装置4进行燃烧，燃烧后的烟气送到烟气净化装置5净化，净化后的气体通过引风机6排往烟囱7排放到大气中。

参看图2，垃圾预处理装置3的运行方式是，原生垃圾经过均匀给料器8去除大块物料后，把入选料通过带式输送机一9均匀送料送入滚筒筛10，滚筒筛10上部粗料斗传递在带式输送机二11上进行人工分拣后进入粉碎机12。经粉碎机12粉碎后的物料落在带式输送机三14上。滚筒筛10下部的物料通过接料斗13也落在带式输送机三14上与破碎后的物料混合。混合后垃圾经除铁器15除去铁磁性物质后进入炉前料斗16，再由输料器17送垃圾入炉焚烧。

参看图3，垃圾焚烧装置4的运行方式是，先用煤作为燃料将焚烧炉加热到预定温度，运行稳定后将炉前料斗16中的垃圾经输料器17输入炉副床18。垃圾在炉副床18内干燥和热解气化。热解气化后的残渣经排渣口25排出。热解产生的可燃气体由炉副床18侧上部开口跨越隔层20进入炉主床21。在炉主床21内与来自布风板19的空气混合燃烧，使可燃气体充分燃尽。烟气由炉主床21炉膛进入烟道22，燃后进入旋风分离器23。被旋风分离器23分离下来的床料经返料器24回送到炉副床18，作为垃圾热解气化热源，并完成了床料循环，烟气由旋风分离器23排出，经多级换热器26降温后进入尾气净化装置5。

参看图4，烟气净化装置5的运行方式是，首先将垃圾焚烧装置4排出的烟气经过垃圾焚烧尾气入口27由缩放喷管28加速后喷入以钙基脱除剂和吸附剂为床料的循环流化床净化器29。带动床料一起硫化并发生脱除反应。反应和吸附后的固体颗粒随气流经过水平连接管30进入气固分离器32，经气固分离器32后的固体颗粒进入到下面的缓冲仓34。缓冲仓34中大部分固体颗粒通过给料机35进入混合造粒器36。其余不循环的物料由排料机33排出。进入混合造粒器36中的循环物料与来自石灰粉给料口40的石灰粉，活性炭给料口39的活性炭以及给水口38的水充分混合造粒。造粒后的混合物料作为循环流化床净化器29的床料，并通过混合造粒器36经由床料入口37进入流化床净化器29中循环使用。净化后的洁净烟气通过净化气出口31排出经引风机6进入烟囱7达标排放。