一种耦合燃煤发电机组的垃圾处理系统及方法与流程

1.本发明属于能源利用和固废处理技术领域，特别涉及一种耦合燃煤发电机组的垃圾处理系统及方法。


背景技术：

2.随着社会经济的快速发展、城市化进程的加快以及人民生活水平的迅速提高，城市生活垃圾的产量也在逐年增加。生活垃圾如果不能及时处理，不仅会占用大量土地，还会对人类赖以生存的环境造成持续性的污染，对附近的居民也会带来健康威胁。
3.目前，生活垃圾处理处置方式主要有填埋、堆肥和焚烧等方法。其中，卫生填埋是目前处理生活垃圾的主要方法，但这种方法会占用大量土地资源，且渗滤液处理成本较高、渗漏风险大，易造成二次污染；垃圾堆肥是建立在垃圾分类收集的基础之上，不适用于混合垃圾，且堆肥过程中的发酵效率很低，容易产生臭气问题；采用焚烧处理可以大幅度缩减垃圾的体积，经过焚烧后垃圾的体积可减少90％左右，同时焚烧可以消灭垃圾中的各种病原微生物，焚烧产生的热值可以再利用，焚烧法处理城市生活垃圾因具有“无害化、减量化、资源化”等优点，得到了快速发展和应用。
4.利用大型燃煤电站机组耦合处理城市生活垃圾是一种很好的处理垃圾的方法，一方面可以无害化、减量化处理城市生活垃圾，减少新建垃圾焚烧厂的建设成本，另一方面大型燃煤机组燃料能量利用率高，可以大幅提高城市生活垃圾热值的利用效率。目前已经有许多燃煤电厂采用将生活垃圾和燃煤直接混合进行焚烧的方法，现有焚烧处理垃圾的方法尚有一些缺陷，包括：生活垃圾中往往含有一些难熔物，直接投入锅炉中容易燃烧不完全，造成资源浪费；生活垃圾含水量大，在锅炉中直接焚烧容易造成锅炉水冷壁腐蚀，降低锅炉水冷壁使用寿命，同时过多的水蒸气会影响燃煤锅炉内的温度场，从而影响锅炉效率。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供了一种耦合燃煤发电机组的垃圾处理系统及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的系统中，将燃煤发电机组与垃圾热解系统相耦合，利用燃煤机组发电产生的锅炉烟气来对生活垃圾进行干燥热解处理，生活垃圾经干燥热解后产生的焦炭和热解油气又可以通入燃煤锅炉中进行燃烧发电，从而实现对生活垃圾资源化利用和锅炉效率的提高。
6.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明的一种耦合燃煤发电机组的垃圾处理系统，包括：
8.第一分拣装置，用于输入待处理的生活垃圾并分拣，输出可进行燃烧和热解的有机物；
9.干燥窑炉，用于输入所述第一分拣装置输出的有机物并进行干燥处理，输出干燥处理后的有机物；
10.裂解窑炉，用于输入所述干燥窑炉输出的有机物并进行热解处理，输出热解油气
和固态物质；
11.第二分拣装置，用于输入所述裂解窑炉输出的固态物质并分拣，输出焦炭和焦炭被分拣后的固态残渣；
12.燃煤锅炉，用于将所述第二分拣装置输出的焦炭随一次风与煤粉一起通入炉膛，将所述裂解窑炉输出的热解油气随一次风或二次风通入炉膛，进行燃烧发电；
13.其中，所述干燥窑炉进行干燥处理时，采用所述燃煤锅炉的中温烟气管道输出的烟气进行供热；所述裂解窑炉进行热解处理时，采用所述燃煤锅炉的高温烟气管道输出的烟气进行供热。
14.本发明的进一步改进在于，还包括：冷凝器，用于将所述干燥窑炉干燥处理后输出的烟气中携带的水分进行冷凝处理，冷凝得到的水分用于作为锅炉循环补给水。
15.本发明的进一步改进在于，还包括：所述干燥窑炉干燥处理后输出的烟气经冷凝处理后，用于输入所述燃煤锅炉的炉膛内上部预设位置进行加热和循环利用；
16.所述裂解窑炉热解处理后输出的烟气，用于输入所述燃煤锅炉的炉膛内上部预设位置进行加热和循环利用。
17.本发明的进一步改进在于，所述干燥窑炉的干燥处理温度为100℃～140℃。
18.本发明的进一步改进在于，所述高温烟气管道的进口位于所述燃煤锅炉的省煤器的出口处；高温烟气进入所述裂解窑炉的方向与有机物进入的方向一致，进行顺行热解，所述裂解窑炉的热解处理温度为400℃～600℃。
19.本发明的进一步改进在于，
20.所述第一分拣装置设置有进口和出口；
21.所述干燥窑炉设置有固态物质进口、气态物质进口、固态物质出口和气态物质出口；所述干燥窑炉的固态物质进口与所述第一分拣装置的出口相连通；
22.所述裂解窑炉设置有中心环形室和外侧环形腔；所述中心环形室设置有固态物质进口和固态物质出口，所述外侧环形腔设置有气态物质进口和气态物质出口；所述中心环形室的固态物质进口与所述干燥窑炉的固态物质出口相连通；所述外侧环形腔的气态物质出口与所述燃煤锅炉的炉膛内上部的预设位置相连通；
23.所述第二分拣装置设置有进口、第一出口和第二出口；所述第二分拣装置的进口与所述中心环形室的固态物质出口相连通，所述第二分拣装置的第一出口用于输出焦炭，所述第二分拣装置的第二出口用于输出焦炭被分拣后的固态残渣；
24.所述燃煤锅炉的燃料进口与所述第二分拣装置的第一出口相连通，所述燃煤锅炉的一次风入口和二次风入口分别用于通入一次风和二次风；所述燃煤锅炉的高温烟气管道与所述外侧环形腔的气态物质进口相连通；所述燃煤锅炉的中温烟气管道与所述干燥窑炉的气态物质进口相连通。
25.本发明的进一步改进在于，还包括：
26.冷凝器，所述冷凝器设置有进口、第一出口和第二出口；所述冷凝器的进口与所述干燥窑炉的气态物质出口相连通，所述冷凝器的第一出口用于输出液态水；所述冷凝器的第二出口与所述燃煤锅炉的炉膛内上部的预设位置相连通。
27.本发明的进一步改进在于，还包括：
28.烟气处理装置，用于输入所述燃煤锅炉输出的烟气并进行除尘、脱硝、脱硫处理，
达到预设排放标准后经引风机送入烟囱中排出。
29.本发明的进一步改进在于，所述燃煤锅炉的燃料进口还与所述裂解窑炉的固态物质出口相连通。
30.本发明的一种耦合燃煤发电机组的垃圾处理系统的操作方法，包括以下步骤：
31.第一分拣装置输入待处理的生活垃圾并分拣，输出可进行燃烧和热解的有机物；
32.干燥窑炉输入所述第一分拣装置输出的有机物并进行干燥处理，输出干燥处理后的有机物；
33.裂解窑炉输入所述干燥窑炉输出的有机物并进行热解处理，输出热解油气和固态物质；
34.第二分拣装置输入所述裂解窑炉输出的固态物质并分拣，输出焦炭和焦炭被分拣后的固态残渣；
35.燃煤锅炉将所述第二分拣装置输出的焦炭随一次风与煤粉一起通入炉膛，将所述裂解窑炉输出的热解油气随一次风或二次风通入炉膛，进行燃烧发电；
36.其中，所述干燥窑炉进行干燥处理时，采用所述燃煤锅炉的中温烟气管道输出的烟气进行供热；所述裂解窑炉进行热解处理时，采用所述燃煤锅炉的高温烟气管道输出的烟气进行供热。
37.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
38.本发明提供的垃圾处理系统中，在保证对垃圾“高效、清洁”处理的同时与燃煤机组系统相互耦合，可有效利用垃圾，提高垃圾能量利用率，减少垃圾处理污染物排放，从而带来显著的经济效益。具体的，(1)在燃煤发电机组外耦合了一个垃圾裂解系统，可以预先对生活垃圾进行分拣、干燥和热解处理，进入燃煤锅炉的焦炭和热解油气都是高品质燃料，可以燃烧完全，从而实现生活垃圾清洁的资源化利用。(2)生活垃圾经过干燥窑炉和裂解窑炉的处理后，水分含量大大降低，垃圾中的杂质被剔除，燃料燃烧热值大幅提高，锅炉效率提高。(3)利用生活垃圾热解产生的焦炭和热解油气可以部分代替燃煤，减少了燃煤消耗量，解决了城市生活垃圾处理的难题，而且生活垃圾作为可再生能源，可以实现火电厂的碳减排。(4)利用燃煤锅炉产生的烟气来对生活垃圾进行干燥和热解，无需外界建设相关的供热系统，节省了系统的投资建设成本。
39.本发明中，在垃圾处理系统中加入了冷凝器，垃圾中的水分也可以被有效利用，作为锅炉补给水循环使用，可进一步降低燃煤电厂水处理成本。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为根据本发明第二种实施方式的结构示意图；
42.图2为根据本发明第三种实施方式的结构示意图；
43.图3为根据本发明第四种实施方式的结构示意图；
44.图4为本发明第二种实施方式的方法流程示意图；
45.图中，1、生活垃圾；2、第一分拣装置；3、干燥窑炉；4、裂解窑炉；5、冷凝器；6、第二分拣装置；7、焦炭；8、燃煤锅炉；9、烟气处理装置；10、烟囱；11、引风机；12、离心泵；13、阀门；14、一次风；15、二次风；16、固态残渣；17、高温烟气管道；18、中温烟气管道；19、液态水。
具体实施方式
46.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
47.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
48.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
49.实施例1
50.本发明实施例的一种耦合燃煤发电机组的垃圾处理系统，包括：
51.第一分拣装置2，用于输入待处理的生活垃圾1并分拣，输出可进行燃烧和热解的有机物；
52.干燥窑炉3，用于输入所述第一分拣装置2输出的有机物并进行干燥处理，输出干燥处理后的有机物；
53.裂解窑炉4，用于输入所述干燥窑炉3输出的有机物并进行热解处理，输出热解油气和固态物质；
54.第二分拣装置6，用于输入所述裂解窑炉4输出的固态物质并分拣，输出焦炭7和焦炭被分拣后的固态残渣16；
55.燃煤锅炉8，用于将所述第二分拣装置6输出的焦炭7随一次风14与煤粉一起通入炉膛，将所述裂解窑炉4输出的热解油气随一次风14或二次风15通入炉膛，进行燃烧发电；
56.其中，所述干燥窑炉3进行干燥处理时，采用所述燃煤锅炉8的中温烟气管道18输出的烟气进行供热；所述裂解窑炉4进行热解处理时，采用所述燃煤锅炉8的高温烟气管道17输出的烟气进行供热。
57.本发明实施例的系统中，将燃煤发电机组与垃圾热解系统相耦合，利用燃煤机组发电产生的锅炉烟气来对生活垃圾进行干燥热解处理，生活垃圾经干燥热解后产生的焦炭和热解油气又可以通入燃煤锅炉中进行燃烧发电，从而实现对生活垃圾资源化利用和锅炉效率的提高。
58.实施例2
59.本发明的一种典型的实施方式，如图1所示，具体提供了一种燃煤发电机组耦合处
理生活垃圾的系统，包括：垃圾裂解系统和燃煤发电系统；其中，所述垃圾裂解系统包括第一分拣装置2、干燥窑炉3、裂解窑炉4、冷凝器5和第二分拣装置6；所述燃煤发电系统包括燃煤锅炉8(示例性的，电站燃煤锅炉)、烟气处理装置9、烟囱10和引风机11。
60.所第一分拣装置2的进口用于输入生活垃圾1，其出口与干燥窑炉3的固态物质进口相连接；所述干燥窑炉3设置有固态物质进口和气态物质进口两个进口，以及固态物质出口和气态物质出口两个出口，干燥窑炉3的气态物质进口通过中温烟气管道18与燃煤锅炉8的中温烟气出口相连；干燥窑炉3的固态物质出口与裂解窑炉4的固态物质进口相连，干燥窑炉3的气态物质出口与冷凝器5的进口相连；裂解窑炉4也包括固态物质进口和气态物质进口两个进口，以及固态物质出口和气态物质出口两个出口，其中固态物质进口进入中心环形室内，气态物质进口进入外侧环形腔中，气态物质进口通过高温烟气管道17与燃煤锅炉8的高温烟气出口相连，裂解窑炉4的固态物质出口与第二分拣装置6的进口相连，裂解窑炉4的气态物质出口与燃煤锅炉8的一次风14进口相连。
61.本发明实施例具体的，所述第二分拣装置6出口为焦炭7和焦炭被分拣后的固态残渣16。
62.本发明实施例具体的，冷凝器5进口为来自干燥窑炉3输出的烟气，出口分别为液态水19和冷凝处理后的烟气；离心泵12的进口与冷凝器5的烟气出口和裂解窑炉4的气态物质出口相连，连通管道上分别设置有阀门13，离心泵12的出口与燃煤锅炉8的炉膛上部相连。
63.本发明实施例中，燃煤锅炉8的燃料进口与第二分拣装置6的焦炭出口和裂解窑炉4的气态物质出口以及外界通入的一次风14相连，二次风进口通入来自外界的二次风15，烟气管路中分别通过中温烟气管道18和高温烟气管道17与干燥窑炉3和裂解窑炉4气态物质进口相连，燃煤锅炉8烟气出口与烟气处理装置9进口相连，烟气处理装置9经引风机11与烟囱10进口相连。
64.实施例3
65.本发明的第二种实施方式，如图2所示，提供了一种燃煤发电机组耦合处理生活垃圾的系统，所述燃煤发电机组耦合处理生活垃圾系统在图1所述系统上，将裂解窑炉4的气态物质出口由与燃煤锅炉8的一次风进口相连变为与燃煤锅炉8的二次风进口相连。其中，热解产生焦炭与外界通入的一次风14由燃煤锅炉8的一次风进口进入燃煤锅炉8进行燃烧发电，热解油气经二次风进口处与外界通入的二次风15一起进入燃烧器上部进行助燃，提高炉膛内平均烟气温度。
66.实施例4
67.本发明的第三种实施方式，如图3所示，提供了一种燃煤发电机组耦合处理生活垃圾的系统，所述燃煤发电机组耦合处理生活垃圾系统在图1所述系统上，将高温烟气管道17和中温烟气管道18经控制阀门相连；其中，中温烟气管道18和高温烟气管道17之间的控制阀门可以根据干燥窑炉3和裂解窑炉4的需要灵活调节进入干燥窑炉3与裂解窑炉4中的烟气量和烟气温度，开大阀门，高温烟气管道17中的高温烟气经阀门进入中温烟气管道18增多，干燥窑炉3的温度上升，裂解窑炉4的温度下降，反之，关小阀门，高温烟气管道17中的高温烟气经阀门进入中温烟气管道18减少，干燥窑炉3的温度下降，裂解窑炉4的温度上升。
68.实施例5
69.本发明实施例的一种耦合燃煤发电机组的垃圾处理系统的操作方法，包括以下步骤：
70.第一分拣装置2输入待处理的生活垃圾1并分拣，输出可进行燃烧和热解的有机物；
71.干燥窑炉3输入所述第一分拣装置2输出的有机物并进行干燥处理，输出干燥处理后的有机物；
72.裂解窑炉4输入所述干燥窑炉3输出的有机物并进行热解处理，输出热解油气和固态物质；
73.第二分拣装置6输入所述裂解窑炉4输出的固态物质并分拣，输出焦炭7和焦炭被分拣后的固态残渣16；
74.燃煤锅炉8将所述第二分拣装置6输出的焦炭7随一次风14与煤粉一起通入炉膛，将所述裂解窑炉4输出的热解油气随一次风14或二次风15通入炉膛，进行燃烧发电；
75.其中，所述干燥窑炉3进行干燥处理时，采用所述燃煤锅炉8的中温烟气管道18输出的烟气进行供热；所述裂解窑炉4进行热解处理时，采用所述燃煤锅炉8的高温烟气管道17输出的烟气进行供热。
76.实施例6
77.本发明实施例的一种燃煤发电机组耦合处理生活垃圾的方法如图4所示，包括以下步骤：
78.将生活垃圾送至第一分拣装置进行分拣，经过人工、磁选、筛分去除生活垃圾中的金属、玻璃和渣土等非有机物，得到可以进行燃烧和热解的有机物；
79.将分拣后的有机物送入干燥窑炉中进行干燥，去除有机物中的大部分水分，干燥窑炉由来自中温烟气管道的烟气进行供热，中温烟气管道进口位于燃煤锅炉空气预热器出口处，干燥窑炉温度为100
‑
140℃之间；
80.将干燥后的有机物送入裂解窑炉中进行热解，得到热解油气和固态物质，裂解窑炉由来自高温烟气管道的烟气进行供热，高温烟气管道进口位于燃煤锅炉省煤器出口处，烟气进入裂解窑炉方向与有机物进入方向一致，顺行热解，裂解窑炉温度为400
‑
600℃之间；
81.热解后的固态物质经第二分拣装置分拣得到焦炭和其他固态残渣，将焦炭和热解油气随燃煤锅炉一次风、煤粉一起通入燃煤锅炉中进行燃烧发电；
82.将干燥窑炉出口的烟气送入冷凝器中使其中携带的水分冷凝，冷凝得到的水分可以作为锅炉循环补给水；
83.将经过干燥窑炉和裂解窑炉的烟气通过离心泵重新送入燃煤锅炉上方烟气中进行加热和循环利用；
84.从燃煤锅炉烟气出口出来的烟气送入烟气处理装置中进行除尘、脱硝、脱硫后达到要求排放标准后经引风机送入烟囱中排出。
85.综上所述，本发明提供的垃圾处理系统中，在保证对垃圾“高效、清洁”处理的同时与燃煤机组系统相互耦合，可有效利用垃圾，提高垃圾能量利用率，减少垃圾处理污染物排放，从而带来显著的经济效益。具体的，(1)在燃煤发电机组外耦合了一个垃圾裂解系统，可以预先对生活垃圾进行分拣、干燥和热解处理，进入燃煤锅炉的焦炭和热解油气都是高品
质燃料，可以燃烧完全，从而实现生活垃圾清洁的资源化利用。(2)生活垃圾经过干燥窑炉和裂解窑炉的处理后，水分含量大大降低，垃圾中的杂质被剔除，燃料燃烧热值大幅提高，锅炉效率提高。(3)利用生活垃圾热解产生的焦炭和热解油气可以部分代替燃煤，减少了燃煤消耗量，解决了城市生活垃圾处理的难题，而且生活垃圾作为可再生能源，可以实现火电厂的碳减排。(4)利用燃煤锅炉产生的烟气来对生活垃圾进行干燥和热解，无需外界建设相关的供热系统，节省了系统的投资建设成本。
86.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。