高温炭化垃圾焚烧炉等三项专利技术简介ppt

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1. 高温炭化垃圾焚烧炉等三项专利技术简介
2. 前言在当今世界，大量的垃圾已成为城市中一个长期存在的污染源。对垃圾的处理不当，可能会造成严重的大气污染、水污染和土壤污染，并将占用大量的土地。垃圾对环境的污染已经成为日益严重的问题。如何经济、有效地进行垃圾处理。垃圾焚烧是目前固体废弃物处理的有效途径之一。虽然垃圾焚烧技术已经历了将近130年的发展过程，城市垃圾焚烧技术仍面临着许多新情况和新问题。例如：垃圾焚烧排放标准日益严格，特别是要求烟气中有害物质的排放得到有效的控制。值得注意的是低温垃圾焚烧烟气中会产生二噁英（D1OXIN）和呋喃（FURANE）等有害物质污染环境。
3. 我国的垃圾有一个特点是垃圾成份复杂。除中国生活习惯不同形成垃圾成份复杂外，中国难以实行家庭垃圾分选收集，也是形成垃圾成份复杂的主要原因。二噁英（DIOXIN）是由200多种物质在燃烧中不自主合成的，由于中国的垃圾热值低、水分含量高、成份复杂，焚烧过程中容易不自主合成二噁英。我国生活垃圾焚烧技术始于20世纪80年代，从深圳首座垃圾焚烧厂建成投产以来，已有部分城市先后建成大中型生活垃圾焚烧厂投入运行。因采用的是垃圾直接焚烧技术，很难控制二噁英（DIOXIN）和呋喃（FURANE）等主要污染物的生成，经过几年的运行，造成了不同程度的污染问题，现要大投入进行技改。
4. 由于我国垃圾焚烧技术起步晚，主要引进国外炉排式焚烧炉焚烧垃圾，因我国城市生活垃圾品质差，垃圾热值低、水分含量高，难于实现垃圾的稳定燃烧。多数焚烧厂项目也因此流产。 “高温炭化垃圾焚烧炉”垃圾焚烧等专利技术。高温炭化垃圾焚烧炉的全新工作原理，与现有的各类垃圾焚烧炉都不相同，其技术特点是利用焚烧垃圾（热分解获得的焦炭）产生的高温缺氧烟气将垃圾烘干并热分解，温度控制在700℃以内，让垃圾在缺氧状态下安静而缓慢地热分解、炭化。
5. 高温炭化垃圾焚烧炉炭化垃圾温度达到1000℃以上，炭化出的焦炭符合优质炭要求，燃烧温度高，所有烟气及烘干蒸汽又都经气体燃烧室再次高温燃烧处理，且燃烧室没有吸热装置。垃圾焚烧过程中不自主合成的二噁英被充分裂解，烟气中的硫化物及氮氧化物等有害气体，经烟气净化系统处理后，也完全达到国家GB18485-2019标准排放要求。
6. 一、绪论目前世界上除北美国家外，其他国家较多使用的垃圾焚烧炉为炉排炉直接焚烧方式，其垃圾在炉膛内直接燃烧，在燃烧过程中极易生成二噁英： 1、焚烧物中含有石油产品、含氯塑料作为二噁英的前体(precursor)，在燃烧过程中经热分解后，分子重排形成二噁英及CHLOROPHENOL、CHLOROBENENE。 2、有机物热分解产品HCL，而厨房垃圾中含有NaCL、KCL、MgCL3等无机盐，当烟气中有SO2时，则反应生成Na3SO4+HCL。烟气中HCL浓度增加，由于垃圾直接焚烧是一个氧化反应，则垃圾中的铜反应生成CuCL2+H2O。
7. 即使二噁英在高温下被充分裂解，但在烟气冷却排放过程中，在HCL和CuCL2元素的催化作用下也会重生成二噁英。研究表明，烟气冷却重生成二噁英温度为250℃-300℃。试验证明，在焚烧工艺中烟气冷却重生成二噁英的催化剂主要是CuCL2，其次是未燃尽的碳，即所谓的“残碳” 。朱新发、罗国庆、彭承襟等人经过长期研究试验，成功地发明了“高温炭化垃圾焚烧炉”垃圾焚烧专利技术，高温炭化垃圾焚烧炉的全新工作原理，其技术特点是利用焚烧垃圾(热分解获得的焦炭)产生的高温缺氧烟气在炭化区(炭化室)将烘干的垃圾热分解，温度控制在700℃以内，让垃圾在缺氧状态下安静而缓慢地热分解、炭化，此时
8. 垃圾中的金属铜、铝、铁等金属不会被氧化，因此不易生成CuCl2；垃圾中的有机质被分解成焦炭和可燃气体；由炭化区(炭化室)抽出含有可燃气体的烟气(包括一燃室产生的烟气)在旋流器与由引风机鼓入的烘干垃圾的热空气混合后，再进入气体燃烧室(二燃室)内高温氧化燃烧，燃烧室温度在 1100℃/二秒以上，保证了有毒有害的有机气体完全分解燃烧，从而保证了二噁英的充分分解。由于气体燃烧室(二燃室)是气体燃烧，避免了烟气中残碳的存在。而热分解获得的焦炭在燃烧区(一燃室)燃烧，温度控制在800℃左右，其产生的高温缺氧烟气被引入炭化区(炭化室)将烘干的垃圾进行热分解。以上分析可知，高温炭化垃圾焚烧炉从原理上控制了二噁英的产生：
9. 1、在高温炭化垃圾焚烧炉中，炭化区(炭化室)始终处于缺氧状态，仅有的氧化原子优先与C、H结合，铜、铝、铁金属等不易被氧化，削弱了二噁英的生成环境。 2、在气体燃烧室(二燃室)中温度高达1100℃以上，烟气停留远大于2秒，可将所有的有机物燃尽；气体燃烧室(二燃室)内因无水冷壁管，没有死角，故温度均匀，残碳极少，致使烟气在冷却过程中缺乏残碳而无法重生成二噁英。 3、炭化区(炭化室)及燃烧区(一燃室)温度较低，重金属基本上不被分解，烟气中很少有重金属离子，从而减少了重生成二噁英的催化剂(CuCl2) 的成分；炭化区(炭化室)中含氢成分高，CL优先与H结合。
10. 综合所述，采用高温炭化垃圾焚烧炉，由于其炭化区(炭化室)及燃烧区(一燃室)是还原气氛，所以烟气中硫化物、氮氧化物极少。气体燃烧室(二燃室)是高温燃烧，一氧化碳接近为零，二噁英生成物被充分裂解，二噁英值处于极低的水平。烟气冷却过程中，由于缺乏重生成二噁英的催化剂(CuCl2和残碳)，削弱了二噁英的重生成环境，故在排空的烟气中二噁英的含量极低。高温炭化垃圾焚烧炉即使不设置庞大的除尘、净化装置和活性碳喷注吸附二噁英的净化装置，其烟气排放也达到国家垃圾焚烧烟气排放标准。
11. 高温炭化垃圾焚烧炉设置了烟气除尘装置和碱洗装置，以确保氯化物、硫化物及氮氧化物等不会超标，在烟气除尘装置和碱洗装置前又设计了活性碳喷注吸附二噁英的净化装置，以确保二噁英降低到极低点。高温炭化垃圾焚烧炉设计了封闭式的垃圾库，垃圾库内的恶臭气体被抽到空气换热器经即将排放的热烟气加热后，引入烘干区烘干垃圾后进入气体燃烧室(二燃室)高温燃烧，垃圾库始终保持负压，因此，垃圾库内的恶臭气体不会溢出污染厂区周围环境。高温炭化垃圾焚烧炉采用了自动化控制系统控制，自动化控制系统是带有典型软硬件技术进行编程和组态型过程控制特征的全集成系统，确保焚烧炉工作始终处于最佳状态，从而确保了烟气排放的稳定。
12. 二、焚烧炉结构篇高温炭化垃圾焚烧炉是一条长长的（80～120米，按处理量设计）特殊结构水平遂道炉，炉膛按其功能分为垃圾装载区段、烘干区段、炭化区段、焚烧区段、熄火区段，炉膛内有纵向轨道，垃圾焚烧车在炉入口被液压驱动装置一辆接一辆沿轨道推入炉内，依次进入炉内进行垃圾装载、烘干、炭化、焚烧、熄火，当垃圾焚烧车出炉后，又被焚烧车回程调度系统接入，卸除灰烬后调至炉入口，周而复始连续自动运行。高温炭化垃圾焚烧炉特点是在炉膛两壁设计有凹槽风道，与焚烧车的结构配合形成焚烧通风系统。按上述焚烧要求，各区段按其功能要求设计其结构：
13. 1、垃圾装载区段炉顶设计有垃圾装载口，炉膛壁没有凹槽风道，焚烧车在垃圾装载口装满垃圾后，被液压驱动装置向前推入，起到气流堵塞的作用。 2、烘干区段炉膛两壁设计有凹槽风道，垃圾贮库的臭空气经余热利用系统的空气换热器加热后通入该风道，风道与焚烧车的结构配合形成烘干通风系统，炉膛顶向上窿起与焚烧车配合形成抽气腔，抽气腔设计有导入气体燃烧室(二燃室)的旋风器引风机的引风管。 3、炭化区段炉膛两壁设计有凹槽风道和焚烧腔相通，与焚烧车的结构配合形成炭化通风系统，炉膛顶向上窿起与焚烧车配合形成抽气腔，抽气腔设计有导入气体燃烧室(二燃室)的旋风器的引风管。
14. 4、焚烧区(一燃室)段炉膛两壁设计有凹槽风道和熄火区段凹槽风道相通，垃圾贮库的臭空气也经余热利用系统的空气换热器加热后通入该风道，与焚烧车的结构配合形成焚烧通风系统，炉膛顶向上窿起与焚烧车配合形成焚烧腔，以利于燃烧，焚烧腔有炭化区段通风道连通的通风接口，焚烧腔设计有两个燃烧机火焰喷入点火口。 5、熄火区段炉膛两壁设计有凹槽风道和焚区段凹槽风道相通。焚烧车宽度尺寸比炉口少2-3毫米，焚烧车在轨道上的高度比炉膛顶低2-3毫米，刚巧能进入炉膛内，车壁内衬耐火砖，两壁有若干通风管横穿，通风管的管壁钻有若干小孔，管壁下部铣穿一条长槽，作用是用于通风和将进入管内的灰烬漏去。
15. 焚烧车底部有炉条，炉条采用百页窗式特殊结构炉条，在装入垃圾时，炉条翻到水平状态，由于炉条翻平，垃圾不能掉到积灰腔下，而空气可从炉条和炉条之间的水平缝隙进入垃圾缝隙内，当焚烧车进入焚烧区(一燃室)段后，炉条自动不断张开，最后把炉灰卸入积灰腔内。炉条底下是积灰腔，积灰腔有通风孔通到车壁外，积灰腔下部有自动卸灰板装置以利于自动卸灰。焚烧车车壁设计有机械密封装置与炉壁配合，以减少漏风。焚烧车运行至各区段炉壁有凹槽风道处，焚烧车的通风系统与炉壁凹槽风道自动接通，焚烧车运行至炉壁没有凹槽处，由于车壁与炉壁紧靠，不能通风。
16. 焚烧炉运行时，由于抽气机运转的作用使炉内垃圾空间形成负压，在烘区段内，垃圾贮库的臭空气经加热后进入烘干区段内的风道，由风道进入烘干区段内的焚烧车通风管和积灰腔，再从通风管的小孔、槽孔和炉条间隙进入垃圾内将垃圾烘干，气体进入抽气腔，被导入余热利用系统；在焚烧区段内，垃圾贮库的臭空气经加热后进入焚烧区段内的风道，由风道进入焚烧区段内的焚烧车通风管和积灰腔，再从通风管的小孔、槽孔和炉条间隙进入垃圾（己炭化成焦炭）内助燃，在焚烧腔焚烧，焚烧的产生的高温缺氧烟气又被导入炭化区段的风道，再从焚烧车通风管的小孔、槽孔和炉条间隙进入垃圾内将垃圾内的生物质热分解成可燃气体和焦炭，温度还有很高，可燃气体和烟气进入抽气腔，再从抽气腔导入余热利系统的旋风器与烘干区引入的空气混合，然后再进入气体燃烧室(二燃室)高温燃烧。
17. 气体燃烧室(二燃室)内置数百吨耐火砖作为恒温吸放热量的材料，按要求排列砌筑，以确保炉温稳定在1100℃以上。气体燃烧室(二燃室)空间按烟气流量体积/秒的三倍设计，以确保烟气驻留时间。气体燃烧室(二燃室)下部有特殊结构的卸灰口，以便清理积灰。
18. 三、余热利用篇余热利用方式合理与否直接决定着投资成本及日后运行成本和经济效益,利用余热锅炉蒸气发电投资大、热利用率低、发电成本高、故障多，并不合算。高温炭化垃圾焚烧炉余热利用推荐采用一套废物变宝的技术，此技术也是使用热分解炭化原理，即利用焚烧垃圾的余热将稻草、秸杆、蔗叶、木糠等农林废弃物热分解为燃气、木炭、木焦油和醋液。此技术主要两个重要条件,一是原料与空气（主要是氧）隔绝，二是高温（500°C以上）即可，以现代技术来说是很容易办到，其原料取之不竭，其产品正是当今十分紧缺的能源。
19. 表1　单位：g 表1列出了六种植物经缺氧高温热分解获得的产物，表2列出了六种植物经缺氧高温热分解获得的燃气各100g的组分。原料品种投料量产燃气量产木焦油量产醋液量产木焦炭量稻　草100032686323268蒿　草1000373114246273玉米秸100032479308291木　屑1000272117385223蔗　叶1000312115305286
20. 表2　单位：g 从表2看出六种植物经高温热分解获得的燃气组分除含有18~29的CO2外其余是可燃的CO、C1～C4和氢，热值在4000～5000Kcal/m，比目前城市管道煤气热值（约3500Kcal/m）还高。原料品种CO2COCH4C2H6C2H4C3烃C4以上烃H2稻　草20.72017.28.54.32.5<12～4蒿　草25.71419.71.710.8<12～4玉米秸28.621.218.99.84.52.2<12～4木　屑16.517.720.31.60.90.6<12～4蔗　叶1814.221.34.852<12～4其他
21. 另外，醋液中主要含有甲酸、乙酸、丙酮和苯等有机化合物，进一步分离可获得重要化工原料，木焦油也可作为化工原料出售。其中稻草和木屑炭可活化为符合国家标准的活性炭如表3：表3 木炭名称活化方法活化时间 (h)产率碘吸附值200～850℃ 850℃ %Mg / g禾草碳焖烧法143047.8876.7木屑碳焖烧法153352.6919.8GB—77010—87标准净化水用活性炭净化空气用活性炭800700
22. 从表3看出，稻草炭和木屑炭经活化处理可制成符合国家标准的活性碳，无疑扩大了应用途径。高温炭化垃圾焚烧炉在余热利用又采用了我们的另一个专利技术——“两段温度活性碳连续活化炉”，此项专利技术可利用焚烧垃圾的高温烟气，将炭粒或炭粉活化为活性碳，目前各种活性碳价格每吨约为4000-10000元，经济效益显著。“两段温度活性碳连续活化炉”有以下特点： 1、生产期间不须停炉，实现了用焖烧活化法连续活化活性碳，产量高； 2、热能损耗少，热利用率高； 3、易于按工艺要求控制炉温，产品质量稳定； 4、结构简单，建造、运行成本低。我国幅员辽阔，国家统计资料表明，每年农作物废弃物为60～70亿吨。其利用率不到20%，有80%被烂掉抛弃，原料十分低廉。
23. 余热利用分三步进行，第一步是利用焚烧垃圾的高温烟气将木炭活化成活性碳(本工序耗热能不大，排出的烟气温度还高于600°C)；第二步又将活化炉排出的烟气导入炭化炉，将稻草、秸杆、蔗叶、木糠、蒿草等农林废弃物热分解为木炭和燃气(炭化炉排出的烟气温度还高于400°C)；第三步是将炭化炉排出的烟气导入空气换热器，将冷空气加热，加热后的空气导入垃圾焚烧炉作助燃空气，提高垃圾焚烧炉的炉温，实现了热循环。本项目投入生产后，达到了变废为宝，每焚烧100吨垃圾可热解10～20吨(产量与垃圾热值有关，下同)原料，一个日处理垃圾300吨的焚烧厂，不再需要其它燃料，即可日产燃气9.5～19吨、木炭8～16吨，并可将所产木炭全部活化为活性碳，所产燃气可供居民使用，也可安装燃气发电机组将所产燃气发电，由于内燃机热利用率高，加上政策规定利用农林废弃物等生物质发电的电厂，国家按每发出1度电给与补贴0.25元，效益相当可观。
24. 四、自动化控制篇高温炭化垃圾焚烧炉的自动化控制系统是带有典型软硬件技术进行编程和组态型过程控制特征的全集成系统，本自动化控制系统主要采用西门子软硬件技术进行编程和组态。控制系统简介： 1、控制器分布式结构，由主机架和三个扩展机架组成，机架与机架的通讯，采用ET200M通讯模块，实施PROFIBUS通讯。硬件采用SIMATIC S7 300 PLC系列组件，由中央处理单元CPU315-2 DP和数字输入模块、数字输出模块、模拟输入模块、模拟输出模块、称重模块、通讯模块、电源模块、机架、电缆等组成。控制器编程软件采用STEP7 V5.3编程，使用传送程序 AS-OS Engineering 将所生成的消息组态数据传送到 Wincc数据库。
25. 2、传感器和执行元件由各种电容式传感器、电感式传感器、超声波传感器、激光传感器、远红外线传感器、称重传感器、热电隅等传感器不断将运行过程中的监测数椐通过各种输入模块输入系统，系统根据控制程序、指令和数椐作出判断和运算，不断发出控制指令，经各种输出模块控制各种交流接触器、继电器、变频器、自动阀门、变频电动机等执行电器，实施过程控制任务。 3、 HMI(人机界面)及过程监控 (1)中央控制室设服务器二台（主机和从机，主机有故障从机自动接替，主机恢复后将运行资料复制到主机，实行双机冗余，冗余软件采用西门子Wincc Rcdundnacy软件编程），与SIMATIC S7-3000 PLC实施通讯，采用SIMATIC Wincc V6 SP3组态软件编程，友好HMI人机界面，双宽屏可翻页显示，既可方便浏览各系统运行情况、历史记录及其自动生成的各项生产报表，又可方便根据生产需要修改运行中的控制参数（程序员、总工、操作技术人员分级权限密码）。
26. (2)现场总线采用工业以太网通信，采用西门子CP 343-1通信模块，外部与互联网通信设置互联网通信服务器一台，软件采用Wincc Web Navgator组网软件编程，实现远程监控。 (3)车间现场监控及操作不再使用传统按钮操作，采用SIMATIC TP 270型彩式液晶触摸式面板，软件采用WinCC flexible组态软件编程，既能显示过程实况，又便于操作。
27. 五、效果篇高温炭化垃圾焚烧炉与现代广泛应用的炉排式垃圾焚烧炉和流化床垃圾焚烧炉相比，最大不同之处有三： 1、烘干时间长，高温炭化垃圾焚烧炉是一条200-360米长的水平隧道炉，以日处理800吨焚烧炉为例，进入炉内的垃圾竟达400吨之多，也就是说垃圾从进入炉内到焚烧结束逗留时间竟达12小时，其中烘干时间长达6小时，是其它炉型烘干时间的数倍，加上高温炭化垃圾焚烧炉采用用焚烧垃圾的烟气先将空气加热 200°C左右，再将热空气导入焚烧炉烘干区段烘干垃圾，垃圾烘干彻底，即使是一个大冬瓜，也会被热风长时间烘干，所以适于稳定焚烧低热值、高潮湿垃圾，这是其它炉型无法比拟的。
28. 2、高温炭化垃圾焚烧炉焚烧垃圾的优点是先将垃圾进行长时间的预热，掺在垃圾里面的泥土、石头、砖块、金属等非可燃物和垃圾炭化形成的焦炭在进入焚烧区时，己预热到680°C以上，所以并不影响可燃物的燃烧，对燃烧温度影响也不大，不可然物质则以灰份形式残留，因此，高温炭化垃圾焚烧炉焚烧垃圾前不需要将非可燃物分拣出去。 3、高温炭化垃圾焚烧炉利用焚烧垃圾(己炭化成焦炭)产生的高温缺氧烟气将垃圾热分解炭化成焦炭和燃气，再把焦炭和燃气分别焚烧，焦炭和燃气都是高热值燃料，燃烧十分稳定，且焚烧温度高，焚烧彻底，热利用率高，这也是炉排炉无法比拟的。
29. 高温炭化垃圾焚烧炉的优点： 1、燃烧温度高，除害彻底。焚烧过程形成的二噁英等有毒物质在高温下被彻底焚毁，烟气冷却过程焚烧过程形成的二噁英被净化，烟气排放符合国家标准要求。 2、建造投资少，维护费用低。采用高温炭化垃圾焚烧炉垃圾焚烧专利技术建厂一般只需几千万元人民币即可，中小城市都可承受。 3、运行成本低。采用本专利技术在正常状况下，不需添加补助燃料，运行成本低，不但投资回收期短，而且余热利用产值大、利润高。 4、适应性广。适应焚烧水分含量高、热值低的垃圾，不需分选。 5、干净环保。垃圾入库后即进入封闭的环境之中焚毁，无臭气外泄，无污染遗患，真正实现花园式工厂。
30. 6、燃尽彻底。焚烧过程不需拨火，彻底燃尽。 7、余热利用副产品效益可观。以日处理800吨垃圾的焚烧炉为例，可年产活性碳9600吨，年可发电9000万千瓦时，年收益达8100万元以上，效益可观。 8、自动化程度高，劳动条件好。采用全集成编程控制系统全自动控制，确保焚烧在正常炉温范围，实行自动化运行，焚烧垃圾无需现场操作，除中央控制室监控外，还可以在办公室、家庭里监控，即使出差在外，也可通过因特网进行监视控制和阅读其自动生成的生产报表。
31. 高温炭化垃圾焚烧炉各项技术经济指标与现行国家标准的比较序号项目项目达到指标GB 18485-20191垃圾处理量300~800T/天　2减容比＞85%　3烟色林格曼浓度≤一级林格曼浓度一级4烟尘≤75mg/m3≤80mg/m35烟气含氯化氢≤5mg/m3≤75mg/m36烟气含氮氧化物≤0.01mg/m3≤400mg/m37烟气含二氧化硫≤5mg/m3≤260mg/m38烟气含汞≤0.03mg/m3≤0.2mg/m39烟气含镉≤0.08mg/m3≤0.1mg/m310烟气含铅≤1.3mg/m3≤1.6mg/m311烟气含二噁英≤0.003TEQmg/m3≤0.1TEQmg/m312烟气出口温度≥850℃≥850℃13烟气≥停留时间≥3s≥2s14热灼减率≤5%≤5%
32. 注：1、垃圾处理量按需要设计； 2、热灼减率：焚烧炉渣经600℃ 3小时灼热，冷却至室温后的减量比高温炭化垃圾焚烧炉主要经济指标预测建厂规模：
33. 序号项目单位指标备注1年总产量(1)焚烧垃圾吨800(2)产活性碳吨270,000(3)可燃气吨9,600(4)发电万千瓦时9,0002年销售收入万元10,095第3年起3投资总额万元(1)建设投资万元(2)流动资金万元(3)吨垃圾/日建设成本万元4吨垃圾处理成本元35忽略余热利用收益5年均成本万元4146.12按国家政策废物处理及利用全免国税6年均销售税金万元07年均销售利润万元5881.59　8投资利润率%　　9投资利税率%　按所得税率33%计10投资回收期年4.06包括建设期11盈亏平衡点%

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