一种污泥、城市垃圾能源资源耦合利用新方法和装置

技术领域

本发明属于固废资源综合利用领域，具体涉及一种污泥、城市垃 圾能源资源耦合利用新方法和装置。

背景技术

根据住建部发布的垃圾统计数据，每年我国生活垃圾产生量在四 亿吨以上，且生活垃圾以每年10％的速度增长。现阶段我国生活垃圾 处理主要是以卫生填埋为主，占总处理量的78％左右，而且垃圾分类 细分不强，没有形成较有效的循环利用的路线，还处于较初级阶段。 近几年我国生活垃圾处理发展较快，截止2010年，我国生活垃圾产生 量达到2.51亿吨，而清运量为1.58亿吨，相当于产生量的62.94％，处 理量为1.23亿吨，相当于产生量的49％，清运量的77.85％，将近一半 的生活垃圾都处于未处理或者简单处理的状态，还有很大的提升空 间。

在生活垃圾处理的过程中，采用不同的处理方法会得到不同的效 果。因而在生活垃圾处理的过程当中，需要选择合适的处理方法，以 有效降低对环境的污染，且能够为居民用户提供一个良好的生存环 境。焚烧处置的生活垃圾占清运垃圾总体的35％。而目前焚烧处理还 存在一系列的问题需要解决。除了生成污染性有害气体之外，在垃圾 焚烧时，还会产生大量的烟雾、灰尘和有害物质。在生活垃圾堆放处 理的过程中，会产生很多渗滤液，由于其成分未知，存在很大的安全 隐患，不仅会破坏环境，而且，对人们的日常生活也会带来不便。而 在生活垃圾焚烧时，还会产生炉渣和飞灰，其中含有大量的重金属、 二噁英和可溶性盐。在生活垃圾焚烧时，灰渣的重量占总重量的 3％～5％，其中含有大量的有害物质，倘若不经处理就直接排放，将 会严重污染环境和地下水，造成无法挽回的经济损失。因此，目前垃 圾焚烧的工艺仍需进一步的改进。

根据人口的增长规律，我国污水产生量将在2020年左右达到一个 峰值，随之产生的污泥也将会出现峰值，污泥问题将会十分突显。从 污泥产生到消减的整个生命周期来看，首先在源头端要控制、减少污 泥的产生，其次才是对产生的污泥进行末端处理。目前，污泥处理主 要技术有厌氧消化、焚烧、填埋、堆肥等。从污泥处理的技术路线上 看，每种技术都有利有弊，其运行成本也千差万别。针对不同类型和 不同区域的污泥，人们需要选择合适的技术路线。我国污泥处置中有 44.8％的污泥用于农业，土地填埋占34.5％，甚至有13.8％未经任何处 理。目前，全国各地污泥处理市场已经饱和，急需开发和引进污泥新 工艺，解决污泥围城的局面。过去，我国重水轻泥，从政策、管理上 都未考虑到污泥的资源化、减量化和无害化。传统的污泥处理主要是 填埋、建材利用，但随着国家对环保的重视，这些技术已经无法满足 当前污泥市场的需求。目前污泥与城市垃圾协同焚烧处理是一种趋势，但是无论是垃圾焚烧还是水泥窑协同处理，由于处理温度较低， 容易产生二噁英等污染性气体，重金属容易释放到环境中，对环境存 在一定的危害，因此，对于污泥的焚烧处理工艺仍需进一步改进。

CN201310203447.4中提到了一种垃圾焚烧炉，其主体为炉排炉， 且设置有挡件，使得燃烧更加充分；CN201710150568.5提供了一种脱 水挤压机和立式螺旋筒垃圾焚烧炉耦合的装置，可处理不同含水程度 的垃圾，CN201711095875.4提到了一种结构简单的焚烧炉构造，其降 温效果较好，内部设有多个降温导热管，可节约大量水资源。综合现 有焚烧炉分析，虽然解决了现阶段存在的部分问题，但是焚烧炉中温 度未能达到理想的状态，使得燃烧过程不够充分，且容易产生污染性 气体，如二噁英等。因此，关于焚烧的工艺仍需进一步研究。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种污泥、城市垃圾能源 资源耦合利用新方法和装置，以固体废弃物污泥和城市垃圾为主要原 料，实现了固体废弃物的绿色环保处理，极大减少了污泥和城市垃圾 焚烧过程中二噁英等污染性气体的产生，同时对固体废弃物中重金属 元素进行了固化处理，实现了经济效益与环境效益的双赢。

为了实现上述目的，本发明首先提供了一种污泥、城市垃圾能源 资源耦合利用新方法，包括：

(1)将污泥与煤粉混合，在旋风炉中焚烧；将城市垃圾与煤粉 混合，在炉排炉中焚烧；设置所述旋风炉和所述炉排炉的炉内温度为 1300～1500℃；其中所述污泥和城市垃圾都是经过预处理的可燃烧处 理部分；

(2)回收利用所述旋风炉和所述炉排炉产生的热量，以及旋风 炉和炉排炉中分别产生的炉渣I和炉渣II，将所述炉渣I和炉渣II混合调 质后用于进行微晶玻璃的制备。

本发明发现，通过将污泥与城市垃圾在上述条件下焚烧，有利于 固废的充分燃烧，减少了二噁英等污染性气体产生，同时有利于对重 金属元素的固化处理。除此之外，所得到的热能可以重新利用，炉渣 混合后经过调质处理可以用于制备微晶玻璃，进一步提高了对垃圾的 利用率。

按照本领域公知常识，所述预处理包括分类、干化处理等常规操 作，在此不做进一步限定。

作为优选，所述污泥与煤粉的重量比为1：1-2，所述城市垃圾与 煤粉的重量比为1：1-2。

在上述比例下，进一步有利于其充分燃烧，同时有利于提升微晶 玻璃的质量。

作为优选，将未燃尽的混合燃料在二次焚烧炉中再次燃烧，设置 所述二次焚烧炉的炉内温度为1300～1500℃，回收利用所述二次焚烧 炉产生的热量和炉渣III，将所述炉渣III与炉渣I和炉渣II混合调质后用 于微晶玻璃的制备。

作为优选，制备微晶玻璃时，在炉渣混合物(炉渣I和炉渣II的混 合物，或者炉渣I、炉渣II和炉渣III的混合物)中加入石英砂和生石灰 进行调质处理，。

在一些实施方案中，可以在所述炉排炉中通入二次风补入O

作为优选，将焚烧产生的所述热量用于发电；

或，将焚烧产生的部分热量用于发电，剩余部分热量用于在所述 旋风炉、炉排炉、二次焚烧炉中的至少两个装置间传递热量。

通过在旋风炉、炉排炉、二次焚烧炉间传递热量，可以协同减少 其加热压力。

本领域人员可对上述优选方案进行组合，得到本发明较佳实施 例。

本发明进一步提供了一种实现所述的污泥、城市垃圾能源资源耦 合利用新方法的装置，包括垃圾分选单元、旋风炉、炉排炉、发电单 元，

所述垃圾分选单元按密度差异对垃圾进行分选，出料口分别连接 所述旋风炉和炉排炉的进料口；

所述旋风炉和所述炉排炉的热量排出口连接发电单元；

所述旋风炉和所述炉排炉之间设有热量连通管道。

优选所述装置还包括二次焚烧炉，所述旋风炉和所述炉排炉的未 燃尽燃料排出口连接所述二次焚烧炉的进料口，所述二次焚烧炉的热 量排出口连接发电单元。

作为优选，所述装置还包括微晶玻璃制备单元，所述旋风炉和所 述炉排炉的炉渣排出口连接所述微晶玻璃制备单元的进料口。

作为优选，所述二次焚烧炉的炉渣排出口连接所述微晶玻璃制备 单元的进料口。

作为优选，在所述旋风炉、炉排炉和所述二次焚烧炉中，至少有 一个装置连接有烟气净化单元。

本发明有益效果如下：

本发明以污泥、城市垃圾作为燃料，实现了固体废弃物的绿色环 保处理，极大减少了传统固废焚烧过程中二噁英等污染性气体的产 生，同时对固体废弃物中重金属元素进行了固化处理。而且，焚烧所 产生的热能和炉渣都可以得到很好的应用，实现了经济效益与环境效 益的双赢。除此之外，本发明中的方法符合现有固体废弃物的状况， 有利于在实践中推广，具有重要的经济、社会与生态环保意义。

附图说明

图1为实施例4中的流固耦合燃烧装置的示意图。

图中：1、旋风炉；2、炉排炉；3、二次焚烧炉；4、烟气净化单 元。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

下述实施方式中的污泥来源于义马第一污水处理厂，城市垃圾来 源于中蓝义马铬化学有限公司，且都属于经过分类、干化处理的可燃 烧处理部分。

实施例1

本发明首先提供了一种污泥、城市垃圾能源资源耦合利用新方 法，包括：

(1)将所述污泥与煤粉按重量比为1：1混合，在旋风炉中焚烧； 将所述城市垃圾与煤粉按重量比为1：1混合，在炉排炉中焚烧；设置 所述旋风炉和所述炉排炉的炉内温度为1400℃；产生热量和炉渣I和 炉渣II，将热量用于发电；

(2)将未燃尽混合燃料在二次焚烧炉中再次燃烧，设置所述二 次焚烧炉的炉内温度为1500℃，产生热量和炉渣3，将热量用于发电， 将所述炉渣III与炉渣I和炉渣II混合均匀后经过调质处理用于制备微 晶玻璃。

每吨污泥、城市垃圾与煤粉的混合燃料热值为4421Kcal/Kg(k小 写)，残余渣量为3010Kg，调质处理后制备得到微晶玻璃3300Kg。

实施例2

本发明首先提供了一种污泥、城市垃圾能源资源耦合利用新方 法，包括：

(1)将所述污泥与煤粉按重量比为1：2混合，在旋风炉中焚烧； 将所述城市垃圾与煤粉按重量比为1：2混合，在炉排炉中焚烧；设置 所述旋风炉和所述炉排炉的炉内温度为1400℃；产生热量和炉渣I和 炉渣II，将热量用于发电；

(2)将未燃尽混合燃料在二次焚烧炉中再次燃烧，设置所述二 次焚烧炉的炉内温度为1400℃，产生热量和炉渣3，将热量用于发电， 将所述炉渣III与炉渣I和炉渣II混合均匀后经过调质处理用于制备微 晶玻璃。

每吨污泥、城市垃圾与煤粉的混合燃料热值为5280Kcal/Kg，残 余渣量为2240Kg，调质处理后制备得到微晶玻璃2480Kg。

实施例4

本实施例提供一种实现实施例1～2所述方法的装置(一种流固耦 合燃烧装置，示意图见图1)，包括垃圾分选单元、旋风炉1、炉排炉2、 二次焚烧炉3、烟气净化单元4、发电单元、微晶玻璃制备单元，

所述垃圾分选单元按密度差异对垃圾进行分选，出料口分别连接 所述旋风炉1和炉排炉2的进料口；

所述旋风炉1和所述炉排炉2之间设有热量连通管道，所述旋风炉 1和所述炉排炉2的未燃尽燃料排出口连接所述二次焚烧炉3的进料 口，

所述旋风炉1、所述炉排炉2和所述二次焚烧炉3的热量排出口连 接发电单元；所述旋风炉1、所述炉排炉2和二次焚烧炉3的炉渣排出 口连接所述微晶玻璃制备单元的进料口；

所述二次焚烧炉3连接有烟气净化单元4。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于：城市垃圾和污泥分别与煤粉比 例都为2：1的实验，热值仅为3560Kcal/Kg，产生渣量为3780Kg，无 法满足发电需求。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发 明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进， 这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神 的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。