一种燃料自给型飞灰熔融垃圾焚烧无害化系统及处理方法

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧及污染物处理技术领域，特别涉及一种燃料自给型飞灰熔融垃圾焚烧无害化系统及处理方法。

背景技术

我国生活垃圾产量逐年增高，而现在普遍的垃圾处理方式是焚烧。飞灰是垃圾焚烧的必然产物，大约占焚烧垃圾量的3-5％。垃圾在焚烧过程中会产生气体、固体和液体的二次污染物。气态污染物包括颗粒污染物、酸性气体、重金属、二噁英和呋喃等成分，当焚烧不充分时，它们具有高毒性。颗粒物被除尘器捕获后，以飞灰的形式存在，挥发性重金属和二噁英大多吸附在焚烧飞灰上，垃圾焚烧飞灰被列为危险固废。如何实现垃圾焚烧飞灰的无毒害处理，是一个非常重要且急需解决的问题。

国内生活垃圾焚烧厂中，垃圾在垃圾坑中储存经过3-7天的发酵熟化，以达到将垃圾中的水份沥出，提高垃圾燃烧热值的目的，从而减少辅助燃料投加，降低垃圾焚烧系统运行成本。垃圾在发酵熟化的过程中会产生大量的沼气，目前大部分垃圾焚烧厂沼气处置方式有以下三种：(1)采用火炬燃烧的方式将沼气直接对空燃烧，增加垃圾焚烧厂的成本同时造成严重的能源浪费；(2)将沼气全部通入焚烧炉内，能够有效的提高锅炉蒸汽量，提高垃圾焚烧系统发热效率，但需要设计相关的沼气燃气器等装置，同时由于不同季节沼气产量会有较大的差异，对垃圾焚烧炉的温度产生一定的影响；(3)利用所产生沼气的发电，但此类技术只能应用于大型垃圾焚烧厂，沼气量较小时无法为发电锅炉提供足够的燃料，同时，该方式设备安装、投资较大，系统复杂，需要安排一定量的运行人员数量以保证发电锅炉正常运行。

生活垃圾焚烧飞灰是一种“不宜用危险废物的通用方法进行管理和处理，而需特别注意的危险废物”其处理方式主要有填埋、化学处理和熔融处理等。高温熔融法被广泛应用于垃圾焚烧飞灰处理，该方法具有较为明显的优点：(1)当熔融温度达到1400℃时，飞灰经高温熔融处理后会得到化学性质稳定、质地坚硬的熔渣，其体积以及重量能够显著降低，飞灰中含有的重金属元素会被固化在玻璃态的熔渣中，可以有效防止重金属对环境的污染。同时，熔渣可作为路基、建材以及陶瓷等原材料，不仅实现了减量化、无害化也做到了资源化利用；(2)飞灰中的二噁英以及呋喃等成分在高温下分解，分解率达到99％以上。灰熔融温度过高导致高温熔融炉在运行过程中需要大量的热量，根据其热源的不同，可将其分为燃料源熔融技术和电热源熔融技术，但无论是何种熔融技术都需要将炉内温度加热至1400℃左右，炉内热量在熔融过程中难以有效的利用，故需要考虑设置热能回收装置对排出的高温烟气携带的热量进行回收，高能耗是限制熔融固化技术推广的重要因素。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种燃料自给型飞灰熔融垃圾焚烧无害化系统及处理方法，解决沼气处理以及熔融炉成本过高的问题，实现垃圾焚烧飞灰的即时处理，熔融炉的低成本稳定运行。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种燃料自给型飞灰熔融垃圾焚烧无害化系统，包括垃圾储坑1，所述垃圾储坑1输出端依次连接焚烧炉4、空气预热器10、除尘器12以及脱硫塔；

所述垃圾储坑1底部设有沼气出口2，沼气出口2与沼气储罐3相连，沼气储罐3通过沼气管道分别与焚烧炉4和熔融炉9连接，熔融炉沼气入口8位于熔融炉9上部，焚烧炉沼气入口5位于垃圾焚烧炉4主燃区上部，且入口处均设有沼气阀门6。

所述除尘器12下方通过飞灰输送管道11与熔融炉9上方连接，熔融炉9下部通过高温烟气管道与焚烧炉4连接，所述垃圾焚烧炉4主燃区处设置烟气喷口。

所述空气预热器10热空气出口分别与沼气在熔融炉9和焚烧炉4入口处的沼气管道连接，且混合前设有热空气阀门7。

一种燃料自给型飞灰熔融垃圾焚烧无害化处理方法，包括以下步骤；

当沼气产量较小时，调节熔融炉9及焚烧炉4处的沼气阀门6，保证熔融炉9内沼气量能够为垃圾焚烧飞灰的熔融无害化处理提高足够的热量；同时，将空气预热器10内的热空气与沼气混合后进入熔融炉9内燃烧；

当沼气量较大时，部分沼气进入熔融炉9内燃烧，在保证垃圾焚烧飞灰在熔融炉9内的熔融无害化处理顺利进行的同时，其余沼气与空预器10内的热空气混合后通过焚烧炉4设置的沼气入口进入焚烧炉4内燃烧，燃烧区域在焚烧炉4内垃圾主燃区附近。

本发明的有益效果：

垃圾焚烧飞灰熔融温度(1400℃)过高导致熔融炉9在运行过程中需要大量的热量，往往需要投入巨额成本用于购买辅助燃料等，高能耗、高成本是限制熔融固化技术推广的重要因素。本发明利用垃圾熟化发酵产生的沼气作为熔融炉9的热量来源，实现垃圾焚烧飞灰的即时处理，解决沼气处理以及熔融炉成本过高的问题，实现熔融炉9的低成本稳定运行。同时，通过在焚烧炉4以及熔融炉9设置沼气入口，可根据沼气产量实时调节进入熔融炉9及焚烧炉4内的沼气量，在保证熔融炉9稳定运行的同时提高焚烧炉4燃烧热值，降低炉内垃圾焚烧过程中NOx的生成，减少辅助热源，降低运行成本。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

其中：垃圾储坑1、沼气出口2、沼气储罐3、焚烧炉4、焚烧炉沼气入口5、沼气阀门6、热空气阀门7、熔融炉沼气入口8、熔融炉9、空气预热器10、飞灰输送管道11、除尘器12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，其主要结构包括垃圾储坑1，垃圾储坑1后方依次连接有焚烧炉4、空气预热器10、除尘器12以及脱硫塔等，垃圾储坑1底部设有沼气出口2，并通过沼气管道分别与熔融炉9和焚烧炉4连接。生活垃圾在垃圾储坑1内发酵熟化产生大量沼气，熟化、沥水后的垃圾进入焚烧炉4内燃烧，燃烧后的高温烟气依次进入空气预热器10、除尘器12，烟气中的飞灰被除尘器12捕集后通过飞灰输送管道11进入熔融炉9内。同时，垃圾储坑1内的一部分沼气通过沼气管道与空气预热器10出来的热空气混合和进入熔融炉9内燃烧，实现熔融炉9内的垃圾焚烧飞灰无害化处理。

垃圾发酵熟化产生的沼气一部分通过垃圾储坑1底部的沼气出口2经过沼气管道进入熔融炉9内燃烧，为垃圾焚烧飞灰在熔融炉9内熔融、固化提供足够的热源，减少或者不需要采用其他的热源(电热源或辅助燃料)，在实现垃圾焚烧飞灰无害化处理的同时保证熔融炉9的低运行成本。同时，熔融炉9内的高温烟气通过烟气管道进入焚烧炉4内部，烟气携带的大量热量也随之进入熔融炉9内，减少热量损失，提高热量利用效率。

垃圾储坑1内的沼气通过沼气管道分别与焚烧炉4和熔融炉9相连，熔融炉沼气入口8位于熔融炉9上部，焚烧炉沼气入口5位于垃圾主燃区附近，且入口处均设有沼气阀门6。同时，空气预热器10热空气出口分别与沼气在熔融炉9和焚烧炉4入口处的沼气管道连接，且混合前设有热空气阀门7。

沼气产量会随着垃圾来源以及季节的不同发生变化，当沼气产量不足时优先供应熔融炉9使用，减少进入焚烧炉4内的沼气量，同时为提高熔融炉9的入炉热量，空气预热器10内的热空气与沼气预混后进入熔融炉9内燃烧，提高炉内热量，保证垃圾焚烧飞灰熔融、固化的顺利进行。当沼气产量较高时，在为熔融炉9稳定运行提供足够沼气的同时，剩余的沼气与热空气混合后作为辅助燃料在垃圾主燃区附近进入焚烧炉4内燃烧，提高炉内燃料燃烧热值，缓解国内生活垃圾含水量高、热值较低等问题，保证焚烧炉4的稳定、高效运行。

本发明的目的：

(1)通过利用垃圾熟化产生的沼气作为热源将垃圾焚烧产生的飞灰实现即时熔融固化处理，熔融固化过程中不需要额外的燃料以及热源，实现熔融处理燃料自给，解决垃圾焚烧飞灰熔融固化过程中能耗成本过高的问题；

(2)选择性地，如沼气多余则将其作为辅助燃料通入焚烧炉4内燃烧辅助垃圾焚烧，并作为还原性再燃燃料降低焚烧炉NOx生成；

(3)熔融炉内沼气燃烧产生的高温烟气回喷进入垃圾焚烧炉，减少或不需要购买额外的辅助燃料，解决国内生活垃圾含水量高、热值较低等问题；同时，熔融炉高温烟气回喷进入垃圾焚烧炉可实现高温烟气热量回收、并节省熔融炉烟气处理投资。

本发明的工作原理：

为适应沼气产量会随着垃圾来源以及季节的不同发生变化等问题，垃圾储坑1内的沼气通过沼气管道分别与焚烧炉4和熔融炉9相连，且入口处均设有沼气阀门6。当沼气产量较小时，调节熔融炉9及焚烧炉4处的沼气阀门6，保证熔融炉9内沼气量能够为垃圾焚烧飞灰的熔融无害化处理提高足够的热量。同时，将空气预热器10内的热空气与沼气混合后进入熔融炉9内燃烧，提高入炉热量，保证熔融炉9稳定、高效运行。当沼气量较大时，部分沼气进入熔融炉9内燃烧，在保证垃圾焚烧飞灰在熔融炉9内的熔融无害化处理顺利进行的同时，其余沼气与空预器10内的热空气混合后通过焚烧炉4设置的沼气入口进入焚烧炉4内燃烧，燃烧区域在焚烧炉4内垃圾主燃区附近，提高炉内燃料燃烧热值，缓解国内生活垃圾含水量高、热值较低等问题，保证焚烧炉的稳定、高效运行。