多源固废协同处理及利用方法及系统

技术领域

本发明涉及多源固废处置及资源化利用领域，具体涉及一种多源固废协同处理及利用方法及系统。

背景技术

随着我国城市社会经济的快速发展和居民生活水平的逐步提高，各种生活垃圾、工业固废、建筑垃圾、农林固废等产量越来越大，据统计2020年我国大、中城市生活垃圾超2.3亿吨，建筑垃圾产量超35亿吨(包含工程渣土、工程泥浆、拆除垃圾、装修垃圾和工程垃圾、渣土产生量最大，超过60％)，工业固废产量超过37亿吨。生活垃圾已基本形成焚烧为主填埋为辅的格局，但县域城市的生活垃圾还是以填埋处置为主。工业固废以资源化为主，但由于产量巨大，仍有大量工业固废需要填埋处置。建筑垃圾经常规处置后的再生骨料、脱水泥浆、工程渣土可用于建材生产和城乡建设中，但大部分再生建材品质不高，利用率低，大量建筑垃圾只能进行填埋处置，无法实现建筑垃圾100％资源化利用处理，增加了建筑垃圾消纳压力，同时建筑垃圾资源化处理分选出的可燃废弃物仍需运输至生活垃圾焚烧厂或填埋场处置。全国建筑垃圾资源化率不超过20％。由于我国固废来源广、种类多，根据其不同物理化学特性选用不同方法进行分门别类处置，资源化利用后产品品质低，且仍有大量固废需要填埋处置资源化率低。

烧结陶粒是一种以黏土、页岩、粉煤灰、污泥等为原料在回转窑中经焙烧发泡生产的轻骨料。传统陶粒焙烧热源多采用稻糠等农林固废，但近年稻糠价格飞涨，在未来双碳政策背景下燃料将成为发展桎梏，亟需寻找新的燃料烧成技术。

因此，如何开发基于建筑垃圾的多源固废协同处置及资源化利用工艺及系统，实现多源固废协同处置，让垃圾真正变成资源，是当前所面临的问题。

发明内容

本发明提供一种多源固废协同处理及利用方法及系统，本发明实现了多源固废协同处置，让垃圾真正变成资源。

解决上述问题的技术方案如下：

多源固废协同处理及利用系统，包括：

控源分离系统，多源固废经控源分离系统处理获得初级产品，初级产品包括初级再生骨料、再生微粉、渣土、泥饼、农林土、腐植土或有机质、可燃物、陶粒校正料；

能源转化系统，可燃物进入能源转化系统进行裂解后，获得可燃气体以及裂解残渣；

能源梯级利用与产品改性耦合系统，使可燃气体及可燃气体燃烧后产生的具有热能的烟气在能源梯级利用与产品改性耦合系统进行梯级利用并与初级产品改性耦合，制备陶粒、具有胶凝活性的石膏、高品质再生骨料、活性微粉。

多源固废协同处理及利用方法，采用多源固废协同处理及利用系统通过以下步骤进行：

(1)，多源固废包括建筑垃圾和普通多源固体废弃物，多源固废经控源分离系统处理获得初级产品，初级产品包括初级再生骨料、再生微粉、渣土、泥饼、农林土、腐植土或有机质、可燃物、陶粒校正料；

(2)，可燃物进入能源转化系统进行裂解后，获得可燃气体以及裂解残渣；

(3)，使可燃气体及可燃气体燃烧后产生的具有热能的烟气在能源梯级利用与产品改性耦合系统中流转，进行梯级利用和产品改性耦合生产，具有热能的烟气的梯级利用包括：

A、所述泥饼在干化系统中干化后形成干化泥饼，干化泥饼与渣土、裂解残渣以及陶粒校正料输入到陶粒生产系统中，利用可燃气体对陶粒生产系统进行加热后，获得陶粒以及第一梯度余热烟气；

B、将第一梯度余热烟气送入到石灰脱硫单元进行脱硫，产生烟气脱硫石膏，采用脱硫后的第一梯度余热烟气对再生骨料进行焙烧活化，获得高品质骨料、活性微粉和第二梯度余热烟气；

C、采用所述第二梯度余热烟气对烟气脱硫石膏进行加热和改性，获得半水石膏和第三梯度余热烟气；

D、采用所述第三梯度余热烟气对干化系统进行加热，使位于干化系统内的泥饼形成干化泥饼。

本发明将多源固废协同处置，实现建筑垃圾、大件垃圾、园林垃圾、农林废弃物、生活垃圾等多元固废协同处置，且处置后得到的产品可完全利用，同时可燃物进入能源转化系统裂解后产生可燃气体，可燃气体燃烧后的热值可全部回用，热源进行梯级利用，用于产品改性和性能提升，整套工艺系统解决了传统建筑垃圾处理渣土和可燃物仍需外运处置、再生骨料品质不高和资源化率低的问题，也解决了污泥和淤泥处置问题，实现协同处置，同时，多源固废可燃物裂解气化解决了陶粒生产过程中的替代能源问题，能源高效利用，实现物料和能源内循环，内循环过程中获得中间产品和高附加值产品，剩余烟气用于制备活性矿物掺合料，消纳剩余烟气中的二氧化碳，减少二氧化碳排放，实现城市多源固废协同处置下能碳双控，真正实现零排放和全利用。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的多源固废协同处理及利用系统，包括控源分离系统、能源转化系统、能源梯级利用与产品改性耦合系统、烟气脱硫单元、固碳转化利用单元，下面对每部分以及各部分之间的关系进行详细说明：

控源分离系统，多源固废经控源分离系统处理获得初级产品，初级产品包括初级再生骨料、再生微粉、渣土、泥饼、农林土、腐植土或有机质、可燃物、陶粒校正料。

所述多源固废包括建筑垃圾和普通多源固体废弃物以及一般工业固废，多源固废中建筑垃圾的质量占比大于50％，例如，建筑垃圾的质量占比为80％、普通多源固体废弃物质量占比为18％、一般工业固废的质量占比为2％。

建筑垃圾为拆除垃圾、装修垃圾、工程渣土、工程泥浆、工程垃圾中的一种或多种。普通多源固体废弃物为生活垃圾、大件垃圾、园林垃圾、农林废弃物、污泥、淤泥中的一种或多种。一般工业固废为煤矸石、粉煤灰中的一种或多种。

控源分离系统包括破碎设备、分选设备、筛分设备、脱水设备、辅助单元，破碎设备可采用颚式破碎机、齿辊破碎机、反击破碎机中的一种、两种或三种。分选设备可以采用箱式风选机、折板风选机、磁选机、光选机、涡电流分选机、智能机器人、人工分选设备、洗砂机中的一种或几种。筛分设备可以采用振动筛、滚筒筛、弹跳筛、碟盘筛中的一种或几种。脱水设备可以采用离心脱水机、板框压滤机、加药设备的一种或几种。辅助单元包括犁铧翻拌机、鼓风干燥机、干燥机和生物干化设备的一种或几种。

再生骨料分离采用箱式风选机或折板风选机来实现轻重物料分离，采用光选机实现砖砼分离。再生骨料可先进行轻重骨料分离，再进行砖砼分离；也可先进行砖砼分离，再进行轻重骨料分离。

能源转化系统对可燃物进行处理，可燃物进入能源转化系统进行裂解后，获得可燃气体以及裂解残渣。

能源梯级利用与产品改性耦合系统，使可燃气体及可燃气体燃烧后产生的具有热能的烟气在能源梯级利用与产品改性耦合系统进行梯级利用并与初级产品改性耦合，生成陶粒、具有胶凝活性的石膏、高品质再生骨料、活性微粉。

在能源梯级利用与产品改性耦合系统中设置有干化系统、陶粒生产系统、石灰脱硫单元、焙烧活化单元、石膏改性单元、固碳转化利用单元等，可燃气体及可燃气体燃烧后产生的具有热能的烟气在能源梯级利用与产品改性耦合系统中流转，进行梯级利用和产品改性耦合生产，具有热能的烟气的梯级利用包括：

A、所述泥饼在干化系统中干化后形成干化泥饼，干化泥饼与渣土、裂解残渣以及陶粒校正料输入到陶粒生产系统中，利用可燃气体对陶粒生产系统进行加热后，获得陶粒以及第一梯度余热烟气。

陶粒原料中干化泥饼包括干化污泥和干化泥浆，陶粒原料的配比为：干化污泥5～15份(绝干)，干化泥浆30～60份(绝干)，渣土25～65份(绝干)，裂解残渣5-10份(绝干)，陶粒校正料5-15份。

优选地，所述对陶粒生产系统加热的具有热能的烟气温度为800～1200℃，烧结时间为15～120min。烧结温度过低、时间过短导致陶粒强度不高，达不到性能要求，烧结温度过高、时间过长导致能源浪费，陶粒烧制成本增加，影响陶粒品质。

优选地，泥饼的烘干温度为80～120℃。烘干温度过高会导致能源浪费，温度过低会导致泥饼烘干效率降低，时间延长。

B、将第一梯度余热烟气送入到石灰脱硫单元进行脱硫，产生烟气脱硫石膏，采用脱硫后的第一梯度余热烟气对再生骨料进行焙烧活化，获得高品质骨料、活性微粉和第二梯度余热烟气。所述石灰脱硫单元中的石灰脱硫可以为石灰石、石灰和电石渣中的一种或多种。

优选地，再生骨料表面包裹着砂浆，在高温环境下进行焙烧，再生骨料表面的砂浆经高温焙烧后，表面砂浆结构变松散脱落，得到高品质骨料和活性微粉。所述再生骨料焙烧活化的温度为400～800℃，焙烧时间为20～120min。

C、采用所述第二梯度余热烟气对烟气脱硫石膏进行加热和改性，获得半水石膏和第三梯度余热烟气，所述第二梯度余热烟气的温度为100～200℃，

D、采用所述第三梯度余热烟气对干化系统进行加热，使位于干化系统内的泥饼形成干化泥饼。所述第三梯度余热烟气的温度为60～120℃。

进一步地，将步骤(1)得到的再生微粉与步骤D中加热后输出的烟气以及步骤B获得的活性微粉输入到固碳转化利用单元，再生微粉、活性微粉、烟气混合，利用烟气中的二氧化碳进行固碳，并获得活性矿物掺合料。

进一步地，所述初级产品中的农林土、腐植土以及有机质用于制备绿化土或营养土，其中农林土占比为30～70份，腐植土占20～45份，有机质占比为10～25份。

实施例1

某地区固废处理站，垃圾包含年处理拆除垃圾10万吨、装修垃圾15万吨、工程渣土25万吨、工程泥浆5万吨、污泥5万吨(含水率80％)、大件垃圾1万吨、园林垃圾1万吨、农林废弃物1万吨。

拆除垃圾、装修垃圾、工程渣土、工程泥浆、污泥等无机垃圾经破碎机破碎、磁选机回收铁金属、风选机去除轻质杂物、振动筛筛分、光选机砖砼分离、工程泥浆脱水后得到可燃物3.03万吨，金属750吨，再生骨料21.8万吨，渣土25.4万吨，泥浆泥饼7500吨、污泥泥饼5万吨。

大件垃圾、园林垃圾、农林废弃物经破碎机破碎、筛分除土、磁选机回收铁金属后得到轻杂物2.7万吨，金属1500吨、农林土1500吨。

可燃物3.03万吨进入轻杂物转化及利用系统裂解获得可燃气体和裂解残渣，可燃气体的热值＞1700kCal/Nm

渣土、裂解残渣、干化泥浆和干化污泥制备陶粒原料(干基)进入陶粒生产系统进行烧制，烧制温度为1000℃，烧制时间为1h。其中，陶粒原料的配比为：干化污泥10份(绝干)，干化泥浆40份(绝干)，渣土50份(绝干)，裂解残渣6份(绝干)，陶粒校正料8份。

陶粒生产系统(陶粒窑)出口高温烟气通过石灰脱硫单元净化、补风降温至600℃，进入产品改性系统二级利用，对再生骨料进行焙烧活化，焙烧温度为600℃，焙烧时间为80min，再生骨料表面包裹着砂浆混凝土，砂浆混凝土经高温烧结，混凝土粘结剂烧结颈部变脆脱落，获得高品质骨料和活性微粉。石灰脱硫单元脱硫后获得二水石膏，二水石膏送往脱硫石膏改性系统。

产品改性系统出口烟气补风降温至160℃三级利用于脱硫石膏改性系统对二水石膏脱水，二水石膏脱水后得到半水石膏。剩余气体进入干化系统用于泥饼干化，泥饼干化后得到干化泥饼。

腐植土和农林土用于配制营养土，可外售。营养土中：农林土质量占比为60份(绝干)，腐植土质量占比为40份(绝干)，有机质质量占比为15份(绝干)。

实施例2

某地区固废处理站，垃圾包含拆除垃圾15万吨、装修垃圾55万吨、工程渣土40万吨、泥浆10万吨、污泥10万吨。

拆除垃圾、装修垃圾、工程渣土、泥浆、污泥等无机垃圾经经颚式破碎机破碎、磁选机磁选除铁、箱式风选机和折板风选机分离轻杂物、近红外光选机砖砼分离、双层筛筛分、涡流选回收金属后得到可燃物10.4万吨，金属2100吨，再生骨料55.2万吨，渣土44万吨，泥浆泥饼1.5万吨，污泥10万吨。

大件垃圾、园林垃圾、农林废弃物经破碎机破碎、筛分除土、磁选机回收铁金属后得到轻杂物2.7万吨，金属1500吨、农林土1500吨。

可燃物3.03万吨进入轻杂物转化及利用系统裂解获得可燃气体和裂解残渣，可燃气体燃烧后产生1100℃的高温烟气，进入陶粒窑烧制陶粒。陶粒原料37万吨(干基)进入陶粒窑，烧制温度为1100℃，烧制时间为0.5h。其中，陶粒原料的配比为：干化污泥10份(绝干)，干化泥浆40份(绝干)，渣土50份(绝干)，裂解残渣6份(绝干)，陶粒校正料8份。

陶粒窑出口高温烟气通过石灰脱硫单元净化、补风降温至550℃，进入产品改性系统二级利用，对再生骨料进行焙烧活化，

再生骨料通过箱式风选机分选出轻骨料(泡沫骨料)和重骨料(砖骨料和砼骨料)，重骨料进入近红外光选机后得到砖骨料和砼骨料。对砖骨料和砼骨料进行高温焙烧，焙烧温度为550℃，焙烧时间为60min，砖骨料和砼骨料表面包裹着砂浆混凝土，砂浆混凝土经高温烧结，混凝土粘结剂烧结颈部变脆脱落，获得纯净的砖骨料和砼骨料。

再生骨料表面包裹着砂浆混凝土，砂浆混凝土经高温烧结，混凝土粘结剂烧结颈部变脆脱落，获得高品质骨料和活性微粉。石灰脱硫单元脱硫后获得二水石膏，二水石膏送往脱硫石膏改性系统。

产品改性系统出口烟气补风降温至110℃三级利用于脱硫石膏改性系统对二水石膏脱水，二水石膏脱水后得到半水石膏。剩余气体进入干化系统用于泥饼干化，泥饼干化后得到干化泥饼。

腐植土和农林土用于配制营养土，可外售。营养土中：农林土质量占比为50份(绝干)，腐植土质量占比为30份(绝干)，有机质质量占比为20份(绝干)。