垃圾焚化方法和设备 【发明领域】
本发明涉及垃圾处理系统中的垃圾焚化方法和设备。
【发明背景】
焚化城市垃圾的现有垃圾焚化设备一般有炉篦式垃圾焚化炉。有时使用流动床焚化炉。此外，常常还装有熔灰炉来减小从垃圾焚化炉排出的灰的体积并使之无害。
城市垃圾的近来特征是垃圾中的塑料数量增大，总的垃圾量也增大。
炉篦式垃圾焚化炉是非常有效的，因为体积不大的垃圾无需粉碎即可送入焚化炉，但当焚化塑料含量等于或大于30％重量百分比的可燃垃圾时，熔化塑料就有可能流到炉篦下方烧熔炉篦或引起火灾。因此，炉篦式垃圾焚化炉已无法满足焚化塑料含量很高的垃圾的需要。此外，由于垃圾量日益增大，焚化炉需要做得更大。但是，若把大量垃圾送入燃烧发生在炉篦表面的平底式燃烧装置中，炉篦会发生弯曲而难于支撑如此大量的垃圾，因此它的垃圾处理量有一定限度。因此，现有垃圾焚化炉所能焚化的垃圾量每天不大于1000吨。
另一方面，可用流化床式焚化炉焚化含有大量塑料的垃圾，因为待焚化的垃圾一边在流化层中飘浮流动，一边通过悬空燃烧而焚化。但是，由于流化床焚化炉需要把许多动力用于粉碎和流化垃圾，因此焚化量一般不大于每天200吨而难于进一步提高焚化量。
发明公开
本发明旨在提供可以炉篦式焚化炉高效焚化含有大量塑料地垃圾并能处理大量垃圾的垃圾焚化方法和设备。
为实现这一目的，本发明垃圾焚化方法包括：预处理可燃物的预处理工序，所述预处理工序包括初次粉碎可燃物的第一粉碎步骤；把金属和不燃物与粉碎的可燃物分开的分离步骤；二次粉碎经分离、粉碎的不燃物的第二粉碎步骤；以及把粉碎的可燃物分成粗可燃物和细可燃物的分类步骤；其中，把经预处理而生成的粗可燃物送到垃圾焚化炉的炉篦上而在主燃烧室中燃烧；而把经预处理而生成的细可燃物作为燃料送到位于垃圾焚化炉主燃烧室上方的副燃烧室的燃烧喷枪(燃烧器)。
本发明垃圾焚化设备包括：一预处理设备，它包括初次粉碎可燃物的第一粉碎机、把金属从粉碎的可燃物中分拣出来的金属分拣机、把不燃物与粉碎的可燃物分离的不燃物分离机、粉碎分离后的粗可燃物的二次粉碎机、把二次粉碎的可燃物分成粗可燃物和细可燃物的分类机；一垃圾焚化炉，该炉中有炉篦上用来焚化经预处理设备处理的可燃物的主(一次)燃烧室和主燃烧室上方的副(二次)燃烧室；把由所述分类机分开的粗可燃物送到垃圾焚化炉的主燃烧室的粗可燃物供应管线以及把所述细可燃物作为燃料送到装在垃圾焚化炉副燃烧室中的一燃烧喷枪的细可燃物供应管线。
在上述结构下，粗可燃物在主燃烧室中的炉篦上平底(平床)燃烧，而细可燃物由副燃烧室中的燃烧喷枪悬空燃烧，从而大多数轻易粉碎的塑料可在副燃烧室中悬空燃烧，从而含有重量百分比等于或大于30％的塑料的垃圾可充分燃烧。此外，由于垃圾可在主燃烧室以及副燃烧室中焚化，因此较之只在炉篦上进行平底燃烧的垃圾焚化炉垃圾焚化量大大提高。
此外，可稳定火焰并提高燃烧效率。
附图的简要说明
图1为本发明一实施例的垃圾焚化设备的构造；
图2为应用于垃圾焚化设备的垃圾焚化炉第二实施例的纵向剖面图；
图3为该垃圾焚化炉的细可燃物燃烧喷枪的纵向剖面图；
图4为该垃圾焚化炉的CO浓度图；
图5为该垃圾焚化设备的垃圾焚化炉第三实施例的纵向剖面图；
图6为该垃圾焚化炉的副空气喷嘴的纵向剖面图；
图7为该垃圾焚化设备的垃圾焚化炉第四实施例的纵向剖面图；
图8为该垃圾焚化炉中的NOx和CO浓度图。
实施例的说明
从图1中可看到，垃圾焚化炉1包括在若干炉篦2上平底燃烧从漏斗3流下的粗可燃物的主(一次)燃烧室4和用主燃烧室4上方的细可燃物燃烧喷枪5和副(二次)空气喷嘴6悬空燃烧细可燃物的副(二次)燃烧室7。
一与拉圾焚化炉1装在一起的熔灰炉8包括一细可燃物熔化喷枪(燃烧器)9和一残渣冷却室10。细可燃物熔化喷枪9加热并熔化从垃圾焚化炉1排出的焚化渣后，生成的熔化残渣在残渣冷却室10中用水冷却而形成粒状残渣以减小其体积并使之无害。
一与垃圾焚化炉1装在一起的发电设备41回收从垃圾焚化炉1排出的废气而发电。该发电设备包括一用作回收从垃圾焚化炉1排出的废气中的热量的锅炉的过热炉42、一过度加热由过热炉42获得的蒸汽而获得很大动力的独立过热炉43、一由该独立过热炉43的高温蒸汽转动的汽轮机44、由该汽轮机44带动的一发电机45和一废热回收装置46。此外，该独立过热炉43有一用作过度加热炉的细可燃物过度加热喷枪43a。
在送入垃圾焚化炉1之前预处理成堆垃圾的预处理设备11包括进行第一粉碎工序12而把可燃物粉碎成50-80mm大小的第一粉碎机12a、进行金属分拣工序13而从第一粉碎机12粉碎的可燃物中除去金属的一磁性分拣机13a和一铝分拣机13b、进行干燥工序14而干燥分拣后的可燃物的干燥机14a、进行不燃物分离工序15而从干燥可燃物中分离出不燃物的一气流重力分离机15a、进行第二粉碎工序16而进一步粉碎分离后的可燃物的第二粉碎机16a以及进行筛分工序17而把所粉碎的可燃物分成等于或小于5mm的细可燃物(下文称为“细燃料”)和大于5mm的粗可燃物的筛子17a。
在预处理设备11与垃圾焚化炉1、熔灰炉8和发电设备41之间设有：把由不燃物分离工序15分离的不燃物送入垃圾焚化炉1的漏斗3中的不燃物供应管线21；把由筛分工序17分离的粗可燃物送到垃圾焚化炉1的漏斗3的粗可燃物供应管线22；有时把部分粗可燃物再次送到第二粉碎工序16的一再次粉碎管线23；把由筛分工序17分离的作为燃料的细可燃物送到垃圾焚化炉1的细可燃物燃烧喷枪5的一细可燃物焚化供应管线24A；把由筛分工序17分离的作为燃料的细燃料送到熔灰炉8的细燃料熔化喷枪9的一细可燃物熔化供应管线24B以及把由筛分工序17分离的作为燃料的细燃料送到发电设备41的细燃料过度加热喷枪43a的一细可燃物过热供应管线24c。
有一氧浓缩机31把空气中的氧气浓度提高到约30％，该垃圾焚化设备包括：把燃烧空气的氧浓度提高到约30％的富氧空气从氧浓缩机30送到垃圾热化炉1的副气流喷嘴6和细燃料燃烧喷枪5的一富氧空气供应管线32A；把氧浓缩机31的富氧空气送到熔灰炉8的细燃料熔化喷枪9的一熔化富氧空气供应管线32B；把氧浓缩机31的富氧空气供应到发电设备41的细燃料过热喷枪43a的过热富氧空气供应管线32C。
在上述结构下，分类收集的城市垃圾的可燃垃圾的可燃物在第一粉碎工序12中主要粉碎成50-80mm2。然后，在金属分拣工序13中除去金属后，在干燥工序14中干燥该可燃物。接着在不燃物分离工序15中从可燃物中除去不燃物。而且，在第二粉碎工序16中二次粉碎可燃物后，在筛分工序17中把该燃物分成等于或小于5mm2的细燃料和大于5mm2的粗可燃物。
然后，粗可燃物从粗可燃物供应管线22供应到垃圾焚化炉1的漏斗3后馈送到炉篦2上进行平底燃烧。由于在不燃物分离工序15中分离出的不燃物中含有少量可燃物，因此它从不燃物供应管线21送到漏斗3后与粗可燃物一起焚化。有时，部分或全部粗可燃物从再次粉碎管线23再次送到第二粉碎机16a进一步粉碎。
此外，细可燃物作为燃料从细可燃物焚化供应管线24A送到细燃料燃烧喷枪5后喷入副燃烧室7进行悬空燃烧。同时，富氧空气从氧浓缩机31经富氧燃烧空气供应管线32A送到细燃料燃烧喷枪5下游并从副气流喷嘴6喷入副燃烧室7进行二次燃烧。这降低了NOx的浓度并搅动燃料并与燃料混合而充分燃烧。
从垃圾焚化炉1排出的焚化渣送到熔灰炉8。然后，细燃料经细可燃物熔化供应管线24B送到细燃料熔化喷枪9后与经熔化富氧空气供应管线32B送到熔化喷枪9的富氧空气一起燃烧。生成的热量加热并熔化焚化渣而形成熔融炉渣。熔融炉渣在炉渣冷却室10中冷却而生成颗粒炉渣。此时，由于细燃料与氧气浓度浓缩到约30％的富氧燃烧空气燃烧，即使是等于或小于5mm2的细可燃物也可燃烧，而在通常氧气浓度下细可燃物必须等于或小于1mm2。而且，细燃料的燃烧温度更高，火焰稳定，从而燃烧效率提高。此外，由于废气量可减少约30％，因此热效率提高，废气处理设备的大小可减小。此外，各种燃料可作为辅助燃料混合在细燃料中而在细燃料熔化喷枪9中燃烧。
从垃圾焚化炉1排出的废气从过热炉42经废气处理装置排出，然后，从过热炉42得到的蒸汽由独立过热炉43过度加热成更高温度的蒸汽后送到汽轮机44并被发电机45用来发电。在独立过热炉43中，经细可燃物过度加热供应管线24C送来的细燃料在细燃料过度加热喷枪43a中与从氧浓缩机31经过度加热富氧空气供应管线32C送来的富氧燃烧空气燃烧。所产生的热量过度加热蒸汽。此时，由于细燃料在氧浓度浓缩到约30％的富氧燃烧空气中燃烧，因此即使等于或小于5mm2的细燃料也可燃烧，从而燃烧温度更高，火焰可稳定，从而燃烧效率提高。而且，由于废气量可减少约30％，因此热效率可提高，废气处理装置的大小可减小。当然，各种燃料可作为辅助燃料与细燃料混合而在过度加热细燃料喷枪43a中燃烧。
按照上述实施例，
(1)由于粗可燃物以及拌有不燃物的可燃物在主燃烧室4的炉篦2上燃烧并由细燃料燃烧喷枪用作为燃料的细燃料在副燃烧室7中悬空燃烧，因此即使是含有重量百分比等于或大于30％的塑料的垃圾也可毫不费力的燃烧。此外，垃圾可以每天1000吨以上的焚化量处理而炉篦2的强度也足以支撑得住如此大量的垃圾。
(2)由于细燃料与送到副气流喷嘴6和细燃料熔化喷枪9的氧气浓度浓缩到约30％的富氧空气一起燃烧，因此，用于熔灰炉8的燃料大大减小。此外，细燃料无需粉碎到等于或小于1mm2即可燃烧，因此工作成本大大下降。而且，废气量可减少约30％，从而废气处理设备的处理容量可减小。
(3)在发电设备41中，由于过度加热细燃料喷枪43a装在独立过热炉43上并用氧气浓度浓缩到约30％的富氧空气燃烧细燃料，因此用于独立过热炉43的燃料可大大减少。此外，富氧燃烧空气可燃烧达等于或小于5mm2的细燃料，从而废气量减小约30％而实现高效燃烧。因此可大大降低工作成本并降低废气处理设备的负担。
下面结合图2-4说明该垃圾焚化设备中的垃圾焚化炉的第二实施例。
这一垃圾焚化炉51的特征在于设置在副燃烧室52中的细燃料燃烧喷枪53。也即，当细燃料用细燃料燃烧喷枪53在副燃烧室52中燃烧时，燃烧只由二次燃烧引起而很少与来自主燃烧室55在炉篦54上燃烧的燃气混合，因此温度和氧气浓度的分布不均匀。从而，若发生变动而整个垃圾焚化炉51中的空气比例下降，就会生成CO和DXNs之类不完全燃烧成分。
为解决这一问题，图3所示细燃料燃烧喷枪53包括一位于该喷枪中心的细燃料供应管61、一套在细燃料供应管61外的空气供应管62和一套在空气供应管62外的湍流废气供应管63。因此，与细燃料供应管线24A连接的细燃料供应装置56把一定量的细燃料送到细燃料供应管61，副气流风扇57把普通浓度氧气的二次燃烧空气送到空气供应管62而形成具有细燃料和二次燃烧空气的副燃烧区。此外，由废气风扇57从垃圾焚化炉1的废气出口抽出的废气作为湍流气体经废气循环管58送到湍流气体供应管63并由湍流风扇63a涡动后吹到副燃烧区四周。
设废气出口温度为约950°，则若在不吹入废气的现有设备与上述设备之间进行比较，实验表明，吹入废气可降低CO浓度。因此，按照上述实施例，与从主燃烧室55升起的燃烧气体的混合性提高，温度和氧气浓度分布均匀，从而即使发生空气比例下降之类变动，也能防止CO和DXNs之类不充分燃烧成份的产生。
在此第二实施例中，废气用湍流气体。其优点在于，尽管需要废气风扇57和废气循环管58之类设施，但无需增加废气后处理设备的容量，并且副燃烧室52中的过高温度可有效下降而可用于控制。如图2中虚线所示，可不使用废气风扇57和废气循环管58，而用副空气风扇57和湍流气体供应管63与空气供应管59连接而用空气代替废气，其优点是可降低设备成本。
下面结合图5和6说明垃圾焚化设备中的垃圾焚化炉的第三实施例。
该垃圾焚化炉71的特征在于副燃烧室72中的冷却气体喷嘴73A和73B。也就是说，当在副燃烧室72中用细燃料燃烧喷枪74燃烧细燃料时，副燃烧室72中的温度升高而NOx的生成量增大并造成流动不畅。
为解决这一问题，如图6所示，一副燃烧空气喷嘴75装有一位于其中心的空气供应管75a以及其上装有旋涡叶片73a的一冷却气体喷嘴73A。此外，细燃料燃烧喷枪74下方还有一冷却气体喷嘴。从而，后燃烧空气从空气供应风扇76供应到空气供应管73a后吹入副燃烧室72，用废气风扇77从垃圾焚化炉71的废气出口抽出的废气经废气循环管76送到冷却气体喷嘴73A和73B后吹入副燃烧室72。根据检测副燃烧室72的温度的温度检测器检测到的值使用控制器79操纵废气控制阀78a和78b即可控制气体供应管73b所供应的废气量，从而可适当控制副燃烧室72的温度。
按照上述实施例，由于废气与空气分开供应并在副燃烧室72中混合而不是先混合再送入，因此可确保所混合的废气量，从而可有效控制副燃烧室72的温度。而且，由于使用了废气，因此无需改变废气处理设备的规格，例如它的容量。
下面结合图7和8说明垃圾焚化设备中的垃圾焚化炉的第四实施例。
该垃圾焚化炉81的特征在于在主燃烧室82与副燃烧室83中有一还原燃烧区84而进行三级燃烧。也即，当细燃料在副燃烧室82中用细燃料燃烧喷枪85燃烧时，主燃烧室82和副燃烧室83中的可燃性提高而温度升高，造成Nox量增多的问题。
为解决这一问题，在细燃料燃烧喷枪85下游和主燃烧室82与副燃烧室83之间设置若干还原燃料喷嘴87A和87B，这些喷嘴从还原燃料供应装置89把燃烧喷枪86中使用的细燃料、天然气或液化石油气(LPG)之类的还原燃料喷入该炉中。还设有吹入后燃烧空气的副气流喷嘴88。
在上述结构下，从还原燃料喷嘴87和87B把还原燃料喷入该炉中而在主燃烧室82上游形成还原燃烧区84，以便把在主燃烧室82中生成的NOx还原成N2。还原燃烧区84中的空气比例设定在0.65-0.90。从而降低Nox含量。
若设废气出口温度约为950°、氧气浓度为5-6％，如图8所示比较无废气吹入的现有设备和上述设备，则可看到废气中的NOx和CO量降低。