一种水泥窑协同处置生活垃圾及污泥系统的制作方法

1.本发明涉及城市生活垃圾焚烧和污泥处置技术领域，尤其是一种水泥窑协同处置生活垃圾及污泥系统。


背景技术：

2.城市垃圾的处理已成为全世界关注的问题，成为当今世界环境保护的一项重大研究课题。目前垃圾处理方式是以填埋和焚烧发电为主，这两种处理技术存在极大的弊端。填埋法占用大量宝贵的土地资源，危害遗留时间长；国内很多垃圾处理厂超负荷运转，新的垃圾填埋场选址越来越难，再加上垃圾后期治理措施的不到位，垃圾处理危机很有可能在更多城市蔓延。焚烧发电则会产生飞灰和二噁英等有毒有害气体，造成二次污染。尤其是垃圾焚烧带来的二噁英排放，是其面临的主要公共环境挑战。
3.水泥生产的独特生产工艺(碱性气氛、1000℃以上的高温)为处理城市生活垃圾提供了优良的条件。垃圾焚烧炉是一种与水泥生产线配套的利用水泥生产线处理城市垃圾的系统。垃圾焚烧炉处理城市垃圾系统的主要工艺流程如下：城市垃圾由市政环卫部门垃圾运输车密封运输进厂后，经计量后送至垃圾卸料平台，经密封门卸入垃圾储坑内。用抓斗起重机进行均化，然后喂入破碎机处理，破碎后的垃圾回到储坑内；再经板喂机、皮带机等送入垃圾焚烧炉内；引水泥窑系统三次风入炉进行高温燃烧；燃烧产生的烟气再回到水泥窑分解炉；垃圾焚烧后产生的灰渣经冷却后送入水泥生料磨，作水泥原料配料使用。
4.利用机械炉排炉处置生活垃圾，焚烧产生的高温烟气依托水泥窑窑内特殊环境以及窑体配套的烟气处理设施，在不增加水泥窑污染治理设备基础上，可减少水泥厂燃煤量、减少入窑原料量，还实现了生活垃圾的减量化、资源化处置，已逐渐成为一种非常重要的生活垃圾处置方式。
5.污泥作为污水处理过程中产生的二次污染物，富含大量微生物、难降解有机物、盐类、重金属及其他一些有害物质，若不经过无害化处理，将会影响人居生态环境。由于污泥含水率较高、体积庞大，传统的污泥处置方式如填埋、堆肥等方式已无法适应国内用地需求，如何高效经济地处置污泥是我国迫切解决的问题。


技术实现要素：

6.应当理解，本公开以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为本公开提供进一步的解释。
7.本发明提供一种水泥窑协同处置生活垃圾及污泥系统，利用水泥窑协同处置生活垃圾系统对污泥低温处置工艺处理，兼顾生活垃圾和污泥处置的安全性、经济性和节能环保。
8.为了实现上述发明目的，本发明提供了一种水泥窑协同处置生活垃圾及污泥系统，所述系统包括：
9.垃圾焚烧单元，通过其输出烟道提供高温烟气；
10.污泥处理单元；
11.水泥分解单元，连接在所述输出烟道上，在所述高温烟气下进行水泥生产；
12.烟气再循环单元，设置在所述输出烟道和所述污泥处理单元之间，为所述污泥处理单元提供所述高温烟气作为热源。
13.比较好的是，本发明进一步提供了一种水泥窑协同处置生活垃圾及污泥系统，
14.所述系统还包括一次送风单元，所述一次送风单元包括一次风机，第一控制开关和第二控制开关，所述第一控制开关连接在所述一次风机输出端；
15.所述垃圾焚烧单元的输出烟道包括主烟道和抽炉烟道；
16.所述烟气再循环单元包括除尘器、烟气空气预热器和烟气再循环风机，依次设置在所述抽炉烟道上，所述烟气再循环风机的第一输出端连接所述污泥处理单元，其第二输出端连接所述垃圾焚烧单元；
17.其中，所述第二控制开关设置在所述一次风机和所述烟气空气预热器之间，通过所述第二控制开关控制进入所述烟气空气预热器中的风量，以控制所述烟气空气预热器输出的高温烟气温度低于300℃。
18.比较好的是，本发明进一步提供了一种水泥窑协同处置生活垃圾及污泥系统，
19.所述烟气再循环单元还包括烟气再循环控制单元，所述烟气再循环控制单元包括：
20.第四控制开关，设置在所述烟气再循环风机输出端和所述垃圾焚烧单元的送风通道之间，所述第四控制开关是所述污泥处理单元的旁路控制开关；
21.第五控制单元，设置在所述烟气再循环风机输出端和所述污泥处理单元之间其中，所述第一控制开关为所述烟气空气预热器的旁路控制开关。
22.比较好的是，本发明进一步提供了一种水泥窑协同处置生活垃圾及污泥系统，
23.所述垃圾焚烧单元的输出烟道包括主烟道和抽炉烟道；
24.第三控制开关，设置在所述烟气再循环风机输出端和所述抽炉烟道之间，通过所述第三控制开关控制进入所述除尘器中高温烟气温度低于500℃。
25.比较好的是，本发明进一步提供了一种水泥窑协同处置生活垃圾及污泥系统，
26.所述污泥处理单元包括污泥干化单元，所述污泥干化单元包括：
27.湿污泥储存仓、污泥干化机和污泥输送机，所述湿污泥储存仓连接所述污泥干化机的入口，所述污泥干化机的出口通过所述污泥输送机送入所述垃圾焚烧炉，将干化后的污泥与生活垃圾进行协同焚烧。
28.比较好的是，本发明进一步提供了一种水泥窑协同处置生活垃圾及污泥系统，
29.所述污泥干化机包括分别对应污泥和烟气的入口和出口，所述污泥干化机烟气出口与设置在所述垃圾焚烧单元前后拱的烟气再循环喷嘴连接。
30.比较好的是，本发明进一步提供了一种水泥窑协同处置生活垃圾及污泥系统，
31.所述污泥处理单元包括污泥低温炭化单元，所述污泥低温炭化单元包括湿污泥储存仓、加压泵、污泥炭化机和污泥脱水机，所述湿污泥储存仓通过所述加压泵连接所述污泥炭化机的入口，所述污泥炭化机的出口连接所述污泥脱水机，经脱水后的污泥送入所述垃圾焚烧单元，所述污泥脱水机还连接废水处理单元。
32.比较好的是，本发明进一步提供了一种水泥窑协同处置生活垃圾及污泥系统，
33.所述污泥炭化机包括炭化机污泥入口、炭化机污泥出口、炭化机烟气入口和炭化机烟气出口，其中，所述污泥炭化机烟气入口与所述烟气再循环风机相连，所述污泥炭化机烟气出口与设置在所述垃圾焚烧炉前后拱的烟气再循环喷嘴相连。
34.比较好的是，本发明进一步提供了一种水泥窑协同处置生活垃圾及污泥系统，
35.所述系统进一步包括：
36.废水处理单元，与所述污泥脱水机的废水出口相连。
37.比较好的是，本发明进一步提供了一种水泥窑协同处置生活垃圾及污泥系统，
38.所述系统进一步包括：
39.主烟道控制开关，设置在所述主烟道和所述水泥分解单元之间；
40.抽炉烟道控制开关，设置在所述抽炉烟道和所述除尘器之间。
41.本发明利用水泥窑协同处置生活垃圾工艺，利用烟气余热低温处置污泥，进一步将处置后的污泥送至垃圾焚烧炉内焚烧，既节省了高昂的建设和运行成本，又同时实现对污泥和生活垃圾的减量化、无害化、资源化处理，经济效益、社会效益和环境效益具有明显优势。
附图说明
42.现在将详细参考附图描述本公开的实施例。现在将详细参考本公开的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本公开中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本公开说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本公开。
43.下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
44.图1是本发明第一较佳实施例的系统组成示意图；
45.图2是本发明第二较佳实施例的系统组成示意图。
46.附图标记
47.1――垃圾焚烧炉
48.2――主烟道控制开关
49.3――水泥分解炉
50.4――抽炉烟道控制开关
51.5――除尘器
52.6――一次风机
53.7――第二控制开关
54.8――第一控制开关
55.9――烟气空气预热器
56.10――烟气再循环风机
57.11――第三控制开关
58.12――第四控制开关
59.13――第五控制开关
60.14――污泥干化机
61.15――湿污泥储存仓
62.16――污泥输送机
63.17――烟气再循环喷嘴
64.24――污泥炭化机
65.26――加压泵
66.27――污泥脱水机
67.28――废水处理单元
68.200――污泥处理单元
具体实施方式
69.为了更清楚地说明本技术的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
70.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
71.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
72.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
73.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下
方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
74.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。此外，尽管本技术中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本技术说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本技术。
75.以水泥窑协同处置300t/d生活垃圾工艺为例，生活垃圾设计热值1900kcal/kg，通过两个实施例进一步阐述本发明的具体实施方式。
76.实施例1
77.图1所示为一种较佳的水泥窑协同处置生活垃圾及干化污泥系统组成示意图。本系统包括以下几个组成部分。
78.垃圾焚烧单元。
79.主要由垃圾焚烧炉1构成，垃圾焚烧炉1的炉膛出口包括主烟道、抽炉烟道，焚烧后的炉渣作为水泥原料使用。
80.该垃圾焚烧炉1用于对干化污泥和生活垃圾协同进行焚烧，该焚烧后的高温烟气分别通过炉膛出口进入主烟道和抽炉烟道，并通过分别设置在这两烟道上的主烟道控制开关2和抽炉烟道控制开关4实现进入高温烟道的烟量控制。分解单元。
81.分解单元由水泥分解炉3构成，垃圾焚烧炉1通过主烟道经，并由主烟道控制开关2与分解炉3相连接。这样，水泥分解炉3可以利用垃圾焚烧炉1产生的高温烟气(温度约为950℃)。
82.具体而言，在水泥分解炉3内，水泥的生料粉分散悬浮在气流中，在高温条件下通过燃烧将其碳酸盐的分解，石灰质原料约在900℃时进行分解反应。
83.一次送风单元。
84.由于燃烧需要大量氧气，氧气通常采用送风方式提供。
85.一次送风是针对垃圾焚烧炉1而言，即自垃圾焚烧炉1的下方一次送风至该焚烧炉1内。传统焚烧炉中有采用二次送风，鉴于本系统采用了烟气再循环单元，故取消二次送风的环节。
86.一次送风单元包括图1所示实施例中的一次风机6和第一控制开关8、第二控制开关7，具体是，通过调节第一控制开关8和第二控制开关7开度得到一次风机6从外部抽入的进入垃圾焚烧炉1所需的一次风温。
87.更进一步的是，第一控制开关8采用空气旁路电动阀门，旁路设置在烟气空气预热器9的两端，该阀门起到两方面作用：
88.第一，调节进入垃圾焚烧炉1的炉膛内的一次风温，因为垃圾热值是波动的，所需的风温也是需要调节的；
89.第二，由于焚烧炉1的工作是连续的，而当需要检修烟气空气预热器9时，打开该第一控制开关8，关闭第二控制开关7，维持焚烧炉1的正常运行。
90.本发明的一个突出创性点在于烟气再循环，下面详细介绍该单元的组成及其工作原理。
91.在本较佳实施例中，烟气再循环单元包括除尘器5、烟气空气预热器9和烟气再循环风机10，依次设置在垃圾焚烧炉1的抽炉烟道控制开关4后端烟道上，烟气再循环风机10的第一输出端连接污泥处理单元，其第二输出端连接垃圾焚烧炉1。
92.此外，烟气再循环单元还包括烟气再循环控制单元，该烟气再循环控制单元包括若干控制开关，具体而言如下：
93.第二控制开关7，设置在一次风机6和烟气空气预热器9的入口之间，控制进入烟气空气预热器9的一次送风量，进一步控制换热后的烟气温度；
94.上述装置在工作时，采用了第三控制开关11，设置在烟气再循环风机10的输出端和抽炉烟道之间，通过第三控制开关11控制进入除尘器5中的高温烟气温度低于500℃，从而保证进入污泥干化机14中的烟气温度低于300℃，以实现污泥低温干化的目的，这样以避免较高温度下进行干化出现臭气逸出，减少对空气造成污染。
95.第四控制开关12，设置在烟气再循环风机10的输出端和垃圾焚烧炉1的送风通道之间；
96.第五控制单元13，设置在烟气再循环风机10的输出端和污泥干化机14的烟气入口之间。
97.其中，采用再循环烟气旁路的方式，调节第四控制开关12和第五控制开关13的开度，实现对再循环旁路烟气与干化工艺烟气比例的调节，满足污泥干化机的烟气参数处于工艺要求的范围内，也能满足垃圾焚烧炉通过烟气再循环调节炉膛温度的需求。
98.第四控制开关12是作为污泥干化的旁路，其主要作用在污泥干化机14进行检修和停运时，开启第四控制开关12，保证垃圾焚烧炉1的稳定运行，而当正常干化时，需关掉第四控制开关12。
99.由此可见，本实施例1的技术方案中，为确保低温干化，采用了在除尘器5之前的烟道上对焚烧炉1的高温烟气一次降温，以及在烟气空气预热器9内通过外部风机对高温烟气二次降温来实现。
100.较佳的，上述第四控制开关7采用空气主路电动阀门。
101.上述实施例中，烟气空气预热器9将空气和高温烟气进行间接式混合换热使用。
102.污泥处理单元。
103.在本实施例1中，所采用的污泥处理单元200具体是污泥干化处理单元，该单元包括湿污泥储存仓15、污泥干化机14、污泥输送机16。其中，湿污泥储存仓15作为储存污泥使用，该储存仓15的出口连接污泥干化机14，污泥送入污泥干化机14内进行干化，然后通过污泥输送机16送入焚烧炉1中，在焚烧炉1内与生活垃圾协同燃烧利用，焚烧后的炉渣作为水泥原料使用。其中，污泥干化机14设有分别针对污泥和烟气的入口和出口，具体涉及：干化机污泥入口、干化机污泥出口、干化机烟气入口、干化机烟气出口；污泥干化机14的烟气入口与烟气再循环风机10相连接，通过第五控制开关13控制进入污泥干化机14所需的高温烟气量；污泥干化机14的烟气出口与布置在垃圾焚烧炉1前后拱的烟气再循环喷嘴17连接。
104.本系统在工作时，湿污泥自储存仓15经污泥干化机14干化后送至污泥输送机16，暂存于湿污泥储存仓15中的含水率80％的湿污泥送入污泥干化机14进行干化，再送入垃圾
焚烧炉1。
105.完成污泥干化过程的烟气与再循环旁路烟气在垃圾焚烧炉1前后拱前汇合，通过烟气再循环喷嘴17喷入垃圾焚烧炉1炉膛中，完成一次完整的烟气再循环过程。干化后的污泥含水率由80％降低至40％以下，通过污泥输送机16与生活垃圾共同送至垃圾焚烧炉1进行焚烧利用，焚烧后的炉渣作为水泥原料使用。
106.实施例2
107.图2所示的本案实施例2，同样包括垃圾焚烧单元、分解单元和烟气再循环单元等组成，不同于实施例1之处在于，在污泥处理单元200中，采用了污泥低温炭化单元。
108.具体来说，该污泥低温炭化单元包括湿污泥储存仓15、加压泵26、污泥炭化机24和污泥脱水机27，其中，湿污泥储存仓15通过加压泵26连接污泥炭化机24的入口，污泥炭化机24的出口连接污泥脱水机27，经脱水后的污泥送入垃圾焚烧炉1中。
109.为配合污泥脱水后产生的废水，该实施例还采用了废水处理单元28。
110.更进一步地说，污泥炭化机24设有炭化机污泥入口、炭化机污泥出口、炭化机烟气入口、炭化机烟气出口。
111.较佳实施例中，污泥炭化机24烟气入口与烟气再循环风机10相连接；污泥炭化机24的烟气入口烟道和再循环烟气旁路分别连接第四、第五控制单元12和13，污泥炭化机24的烟气出口与布置在垃圾焚烧炉1前后拱的烟气再循环喷嘴19连接。
112.较佳实施例中，湿污泥经污泥炭化机24炭化后以裂解液形式送至污泥脱水机27，无粉尘爆炸风险，运输方便。污泥脱水机27设有脱水污泥出口、废水出口，对污泥进行机械脱水，将污泥含水率由80％下降至20％以下；脱水污泥出口连接至垃圾焚烧炉1，废水出口连接厂区废水处理系统18。综上所述，垃圾焚烧炉1产生的温度约为950℃高温烟气，通过主烟道控制开关2进入分解炉3，另一部分高温烟气从抽炉烟道取出，作为一次送风的加热热源。为满足对一次送风加热的需求，设置烟气空预器9旁路烟道对混合烟气参数进行调整，调整后的温度约为500℃的混合烟气，经除尘器5除尘后进入烟气空气预热器9，与来自一次风机6的温度约为20℃的冷却风换热，一次风旁路风道与烟气空气预热器9并行，在主风道和旁路风道上分别设置有第一、第二控制开关8和7，调节该两控制开关的开度，得到焚烧炉所需的温度约为150℃的一次风温。
113.本发明具有如下有益的技术效果：
114.本发明提供的一种水泥窑协同处置生活垃圾及污泥系统，通过将水泥窑协同处置生活垃圾系统深度耦合污泥低温处置工艺系统，通过烟气空预器换热后的烟气送入污泥污泥处理单元进行低温处理，无需重新配置热源，进而掺入垃圾焚烧系统最终实现入炉焚烧，焚烧后的高温烟气作为补充热源送至分解炉，焚烧后的炉渣作为水泥原料使用。
115.本发明有效利用水泥窑协同处置生活垃圾系统的烟气余热实现污泥低温处置，在提高系统能源利用效率和安全性的同时，降低污泥处置成本，从而提升水泥窑协同处置生活垃圾系统的整体运行经济性。
116.上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本技术的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本技术进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本技术中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本技术示范实施例的精神和范围。
117.同时，本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
118.同理，应当注意的是，为了简化本技术披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本技术实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本技术对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
119.一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有
±
20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本技术一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
120.虽然本技术已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本技术，在没有脱离本技术精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本技术的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本技术的权利要求书的范围内。