專利名稱：生活垃圾處理與水泥回轉(zhuǎn)窯聯(lián)合生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生活垃圾處理與水泥回轉(zhuǎn)窯聯(lián)合生產(chǎn)工藝，是利用現(xiàn)有的水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)，結(jié)合城市生活垃圾焚燒處理要求，在完全銷毀垃圾的同時，將垃圾燃燒產(chǎn)生的熱量用于水泥生產(chǎn)，本技術(shù)屬于垃圾處理、水泥生產(chǎn)、衛(wèi)生環(huán)保等工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。
對比技術(shù)目前我國約有200多個城市被垃圾廢物所包圍。大部分垃圾露天堆放，占用了大量土地，污染水源和空氣。當(dāng)前最主要的垃圾科學(xué)處理方法是衛(wèi)生填埋和焚燒兩種。填埋法是我國采用最多的垃圾處理方法，其造價極高，僅用于防止對地下水的污染，就要使用非常復(fù)雜的防滲措施和管理監(jiān)測控制系統(tǒng)等設(shè)施，成本很高，而且填埋降低了土地的使用價值，浪費了大量資源。單純的焚燒法雖然可以實現(xiàn)垃圾的減量化，但焚燒后的廢水、廢氣、廢渣卻需要再經(jīng)過處理，特別是焚燒后產(chǎn)生的氣體中含有多種有害成分，如二惡英、NOx、HCL、SOx等，需要強大的煙氣凈化系統(tǒng)。這個系統(tǒng)包括余熱利用設(shè)備、洗氣設(shè)備和除塵設(shè)備等，其投資約占整個垃圾焚燒系統(tǒng)的三分之二。而且單純的垃圾焚燒幾乎沒有產(chǎn)出。所以目前如何將城市生活垃圾合理有效處理是困擾國內(nèi)很多城市的難題。
歐洲國家自上世紀七十年代起就開始了利用水泥工藝處理工業(yè)、生活廢棄物的研究，已經(jīng)有較多成功的項目，并制定了若干標準，可燃性廢棄物利用水泥窯處理在發(fā)達國家已經(jīng)形成社會共識。但國外采用的工藝只適合發(fā)達國家已實現(xiàn)垃圾分類收集并嚴格分選的情況下采用。我國的生活垃圾成分復(fù)雜，幾乎沒有前處理工序，無法沿用發(fā)達國家的方法來處理。
以下列舉垃圾成分和焚燒后殘渣成分以及垃圾物性，見表1-5北京市原生垃圾成分如下
表1

垃圾的物理性能如下表2

據(jù)昌平區(qū)市政垃圾焚燒廠實際數(shù)據(jù)表明焚燒后垃圾灰的化學(xué)組成，接近石英沙和粘土的礦物組成，是水泥等建材生產(chǎn)的良好攙和材料，其化學(xué)成份如下表3

2002年6月對燕山垃圾焚燒爐的煙氣進行檢測，其主要污染物的流量如下表4基本檢測數(shù)據(jù)

表5污染源檢測數(shù)據(jù)



發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在完全銷毀垃圾的同時，利用垃圾自身的燃燒熱量來煅燒水泥，將水泥回轉(zhuǎn)窯、高效分解爐和垃圾焚燒爐相結(jié)合，建設(shè)垃圾科學(xué)化處理和新型干法水泥生產(chǎn)為一體的綜合性環(huán)保工廠，完全實現(xiàn)城市垃圾無害化、減量化、資源化的處理，同時生產(chǎn)新型干法優(yōu)質(zhì)水泥，優(yōu)化水泥行業(yè)結(jié)構(gòu)，以達到高效節(jié)能、創(chuàng)造良好社會效益和經(jīng)濟效益的目的。本技術(shù)是在借鑒了國外生產(chǎn)經(jīng)驗的同時，針對我國垃圾處理行業(yè)和水泥生產(chǎn)行業(yè)的特點研制而成，與國外技術(shù)不同。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下將生活垃圾在焚燒爐內(nèi)焚燒產(chǎn)生的850℃以上的煙氣引入水泥干法旋窯生料預(yù)熱、預(yù)分解設(shè)備中，利用這部分煙氣的余熱作為預(yù)熱、預(yù)分解生料的輔助熱源，并利用預(yù)熱、預(yù)分解設(shè)備、增濕塔和除塵器等對焚燒垃圾的煙氣進行凈化處理。
利用水泥熟料冷卻機排出的熱空氣烘干入廠垃圾。
垃圾焚燒后的廢渣，水冷卻后作為水泥熟料的混合材。
本發(fā)明的核心是將生活垃圾焚燒系統(tǒng)與水泥旋窯窯尾系統(tǒng)組成一個集熱交換和凈化為一體的完整的設(shè)備體系，聯(lián)動運轉(zhuǎn)。垃圾焚燒產(chǎn)生的有害煙氣被窯尾系統(tǒng)凈化，同時垃圾焚燒的熱煙氣給窯尾增加了大量熱能，降低了能耗，提高了生產(chǎn)率。
本發(fā)明的技術(shù)原理如下1 有害氣體的凈化垃圾焚燒后易產(chǎn)生二次污染的主要是有害煙氣和燒后殘渣(表2，表4)。煙氣中的有害物包括酸性氣體(HCL、HF、SOx、NOx)，劇毒性有機物(二惡英、呋喃類)，以及包括少量重金屬(Cr、Pb、Ni等)的顆粒粉塵。燒后殘渣約占原垃圾重量的10％，主要含有重金屬、鹽份和部分未燃物等。
1)對酸性物質(zhì)的凈化生活垃圾焚燒過程中，一些物質(zhì)會產(chǎn)生有害氣體。在焚燒爐中，垃圾中揮發(fā)性氯元素轉(zhuǎn)化為HCL的轉(zhuǎn)化率為100％，燃燒性硫轉(zhuǎn)化為SOx的轉(zhuǎn)化率為100％，氮元素轉(zhuǎn)化為NOx的轉(zhuǎn)化率為10％。800℃以上NO和SO2是穩(wěn)定的化學(xué)形態(tài)。HCL來源于含氯的塑料，SOx來源于紙張和廚房垃圾，NOx來源于廚房垃圾。將焚燒后的煙氣導(dǎo)入窯尾分解爐里，煙氣中的HCL在高溫中極易與固相濃度極高的、粒度極細的生料中堿性成分發(fā)生反應(yīng)。SOx也易與生料中的堿性成分發(fā)生反應(yīng)。
水泥生料中含有85％左右的CaCO3，經(jīng)旋風(fēng)筒預(yù)熱器，由上而下逐漸受熱，到達分解爐內(nèi)快速分解，CO2向上排出，CaO入窯。在窯尾分解爐中，CaCO3的分解率高達85％，在分解爐的中下部形成以懸浮狀態(tài)流動著的密集的CaO微粒。此時由爐下部進入的垃圾煙氣在由下向上流動的過程，其中酸性氣體與數(shù)量眾多、表面積大的CaO粒子發(fā)生中和反應(yīng)，產(chǎn)生CaCl2、CaF2等鹽類顆粒，隨生料進入窯內(nèi)成為熟料的組成部分之一。涉及的主要化學(xué)反應(yīng)有
表6 北京市某水泥廠石灰石平均成份表(單位％)

利用窯尾設(shè)備凈化酸性氣體，有以下特點

固體傳質(zhì)物表面積大CaCO3在進爐前已經(jīng)被磨成極細小的顆粒，被分解為CaO后顆粒體積更小，與氣體接觸的表面積更大。
堿酸性物質(zhì)當(dāng)量比大按日產(chǎn)1000噸水泥熟料、日處理垃圾400噸計算，每小時有71噸水泥生料進入分解爐，可生成CaO約29噸，同期進入分解爐的CL總量為5.2公斤(按北京市燕山垃圾焚燒廠提供的數(shù)據(jù)計算)，所以有足夠的堿性物料凈化酸性物質(zhì)。(見表6) 停留和接觸反映時間長高效分解爐內(nèi)，CaO顆粒被氣體逆向沖擊，在爐內(nèi)呈橫向、縱向、斜向等不規(guī)則相互運動，停留接觸時間長達6秒，可以保證完全的傳質(zhì)交換。遠遠高于傳統(tǒng)垃圾焚燒系統(tǒng)中用堿性物質(zhì)作為吸收劑來中和煙氣中的酸性物質(zhì)時，干法反應(yīng)器內(nèi)氣固交換時間，可以高比率的凈化酸性有害氣體。
2)對劇毒有機物的凈化劇毒性有機物(二惡英、呋喃類)是由氯原子和苯等有機物組成的復(fù)雜的異構(gòu)體，在適量觸媒(主要是重金屬)和300～500℃條件下易生成，在700℃以上分解。采用本發(fā)明生活垃圾處理與水泥生產(chǎn)聯(lián)合工藝，窯尾內(nèi)部溫度高達900℃以上，垃圾煙氣中的劇毒性有機物在這里完全被分解為氯離子和無毒物質(zhì)；氯離子可以完全被CaO中和，重金屬粒子也被CaO吸附帶入水泥熟料中，從而消除了劇毒性有機物重新合成的條件；從分解爐系統(tǒng)排出的400℃左右的煙氣隨即進入增濕塔被驟冷到200℃以下，也不會再有合成有害物質(zhì)的溫度條件。由此可見，利用水泥生產(chǎn)系統(tǒng)凈化劇毒有機物，具有無可比擬的優(yōu)勢。
3)對重金屬顆粒的凈化垃圾煙氣中的顆粒態(tài)重金屬，在立筒分解爐中被堿性CaO顆粒吸收和捕集，如六價Cr，可反應(yīng)成為堿性或鉻酸鹽(CaCrO4)隨原料固化到水泥熟料中去；較易揮發(fā)的氣態(tài)重金屬，如Hg等，在焚燒爐內(nèi)基上是汞蒸氣，在進入分解爐內(nèi)被生料團與顆粒所吸附。未被吸附的殘余則可以在經(jīng)過增濕塔冷卻后，被除塵器捕捉回收。
水泥窯尾立筒分解爐凈化有毒氣體的工藝特點是
1)處理溫度高。爐內(nèi)溫度在950℃以上，有機毒物可徹底分解。
2)溫度穩(wěn)定，反映時間長。爐內(nèi)溫度穩(wěn)定的因素是一是旋窯的穩(wěn)定操作；二是垃圾焚燒爐進入的穩(wěn)定高溫?zé)煔?；三是爐體自身優(yōu)良的保溫隔熱效果；四是有用三次風(fēng)助燃的二次噴煤裝置用以調(diào)節(jié)穩(wěn)定爐內(nèi)溫度。
3)爐內(nèi)懸浮高濃度的CaO堿性物質(zhì)表面積大，湍流度好，與氣體接觸率高，并具有6秒以上的停留時間，有利于化學(xué)反應(yīng)和物理吸收。
4)增濕塔降溫效果好，袋式除塵器除塵效率高。
基于以上四點，最后排放的氣體完全可以達到國家標準。
2 殘渣的利用(見表3)在垃圾焚燒聯(lián)助水泥生產(chǎn)中，殘渣主要是指焚燒爐中垃圾焚燒后剩下的灰渣。主要以硅酸鹽形式存在，也含有少量重金屬，隨意放置會污染環(huán)境。所以本發(fā)明是將垃圾灰渣當(dāng)作混合材，加入到水泥成品中。1噸垃圾可產(chǎn)生100～150Kg灰渣，約占水泥混合材的1/10～1/20，含量較?。欢一以泻械慕饘傺趸?、硅酸鹽等還有利于水泥的性能。
3 聯(lián)助工藝節(jié)能效果本發(fā)明的另一關(guān)鍵技術(shù)是對垃圾焚燒余熱的利用。將850℃左右的垃圾煙氣導(dǎo)入窯尾設(shè)備，生料利用這些熱能預(yù)熱分解，因此分解爐的二次噴煤可以不用或只燃少量煤以平衡。因而水泥生產(chǎn)節(jié)省了大量燃料，同時也就沒有煤灰滲入，生料成分也就不受波動。因水泥窯與焚燒爐都是正常穩(wěn)定操作，因而窯尾設(shè)備內(nèi)溫度也很少波動，整個窯尾系統(tǒng)的溫度流、物料流、氣流都處于穩(wěn)定狀態(tài)，節(jié)能效果十分顯著，對整個生產(chǎn)線穩(wěn)定高產(chǎn)十分有利。
4 本發(fā)明對水泥生產(chǎn)控制和質(zhì)量影響垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的有害煙氣中的HCL、SOx等與CaO反應(yīng)，生成CaCL2、CaF2、CaSO3等鹽類，以及鐵、銅等重金屬顆粒，一并被生料所吸附，最終固化在水泥熟料礦物之中。按照水泥行業(yè)多年的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和試驗檢驗，這些微量物質(zhì)對水泥生產(chǎn)和水泥質(zhì)量沒有影響。垃圾焚燒后，少量的K、Na等堿性物質(zhì)基本上以硅酸鹽的形式固熔在殘渣中(見表3)，煙氣中只有微量，不會對生產(chǎn)運輸和產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響。
5 采用生活垃圾處理與水泥回轉(zhuǎn)窯聯(lián)合生產(chǎn)工藝對環(huán)境的影響旋窯水泥生產(chǎn)是一種先進的水泥生產(chǎn)工藝，整個生產(chǎn)過程是全封閉的，有良好的收塵設(shè)備和自動化生產(chǎn)控制，可以保證對環(huán)境的污染符合國家標準。由于垃圾焚燒后的殘余物全被利用，所以只要做好垃圾運輸和儲存工作，就不會對環(huán)境造成污染。從國內(nèi)外所有的用水泥窯處理廢固物監(jiān)測的結(jié)果表明，其排放的廢氣中有害氣體的排放量均低于國家的排放標準。
本發(fā)明生活垃圾處理與水泥回轉(zhuǎn)窯聯(lián)合生產(chǎn)工藝具有以下優(yōu)點a.是一種先進、科學(xué)合理、順應(yīng)新世紀綠色大潮的產(chǎn)業(yè)技術(shù)。具有處理垃圾量大、處理徹底、投資少、節(jié)能顯著等優(yōu)點。
b.煙氣進入窯尾設(shè)備，是最好的凈化形式，不會對環(huán)境造成二次污染。
c.通過對生活垃圾成分的控制，不會影響水泥質(zhì)量。
本發(fā)明的工藝能實現(xiàn)節(jié)能、垃圾完全凈化處理、無污染、水泥產(chǎn)品成本低，具有很強的市場競爭力。


圖1為本發(fā)明“生活垃圾處理與水泥回轉(zhuǎn)窯聯(lián)合生產(chǎn)工藝”的實施例流程圖。
具體實施例方式圖1為本發(fā)明的生活垃圾處理與水泥回轉(zhuǎn)窯聯(lián)合生產(chǎn)工藝的流程圖，為一個實施例。圖中垃圾焚燒爐(8)的煙氣進入干法旋窯生產(chǎn)水泥的預(yù)分解設(shè)備(7)中；圖中干法旋窯生產(chǎn)水泥系統(tǒng)與一般干法旋窯系統(tǒng)完全一樣，原料由石灰石庫(1)、粘土庫(2)、鐵粉庫(3)進入原料磨(5)，磨細后經(jīng)提升機(18)從上部送入干法旋窯的預(yù)熱、預(yù)分解設(shè)備(7)，與焚燒垃圾生成的有毒煙氣，及煅燒、預(yù)分解水泥生成的煙氣逆向流動，從而可凈化焚燒垃圾生成的有毒煙氣；此外，圖中尚有旋窯系統(tǒng)的其它設(shè)備，如冷卻機(10)、熟料庫(14)、石膏庫(16)、水泥磨(17)、煤補系統(tǒng)(11)(12)(13)。凈化的煙氣由增濕塔(6)進入收塵器(4)，收塵后從煙囪排空。從垃圾焚燒爐(8)底部出來的垃圾灰進入垃圾灰?guī)?15)，作為水泥的混合材。
權(quán)利要求
一種“生活垃圾處理與水泥回轉(zhuǎn)窯聯(lián)合生產(chǎn)工藝”，其特征是將生活垃圾在焚燒爐內(nèi)焚燒產(chǎn)生的850℃以上的煙氣引入水泥干法旋窯生料預(yù)熱、預(yù)分解設(shè)備中，利用這部分煙氣的余熱作為預(yù)熱、預(yù)分解生料的輔助熱源，并利用預(yù)熱、預(yù)分解設(shè)備、增濕塔和除塵器等對焚燒垃圾的煙氣進行凈化處理。利用水泥熟料冷卻機排出的熱空氣烘干入廠垃圾。垃圾焚燒后的廢渣，水冷卻后作為水泥熟料的混合材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種“生活垃圾處理與水泥回轉(zhuǎn)窯聯(lián)合生產(chǎn)工藝”，即將生活垃圾在焚燒爐內(nèi)焚燒產(chǎn)生的850℃以上的煙氣引入水泥干法旋窯生料預(yù)熱、預(yù)分解設(shè)備中，利用這部分煙氣的熱量作為預(yù)熱、預(yù)分解水泥生料的輔助熱源；利用水泥預(yù)熱、預(yù)分解設(shè)備、增濕塔和除塵器對焚燒垃圾的煙氣進行凈化處理；利用水泥熟料冷卻機排出的熱空氣烘干入廠垃圾；垃圾焚燒后的廢渣，可作為水泥熟料的混合材。本發(fā)明能實現(xiàn)節(jié)能、垃圾完全無污染的凈化處理和水泥產(chǎn)品成本的降低，達到水泥生產(chǎn)節(jié)能增產(chǎn)，以及生活垃圾資源化、減量化、無害化處理的目的。
文檔編號F23G5/46GK1556349SQ20041000003
公開日2004年12月22日 申請日期2004年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月5日
發(fā)明者朱劍峰, 朱克文 申請人:朱劍峰