专利名称：焚烧固体废物的方法
一种焚烧固体废物的方法，尤其是焚烧气—固反应器中单独或混合形式存在的、颗粒尺寸至多为300毫米的生活垃圾、工业废物、危险废物、碎木屑和/或污泥的方法，这些废物和/或污泥以旋转的、低化学计量(understoichiometric)的流化床形式导入所述气—固反应器内，该流化床是通过喷射含有颗粒粒径小于2毫米的惰性流化材料的初级焚烧空气形成，其具有高湍流以及550℃至750℃的温度，废物或污泥在流化床中进行干燥、气化及部分焚烧，焚烧产物在位于上述流化床上方一个自由空间内、其中通入次级焚烧空气、在介于850℃至930℃的温度下、停留时间至少为2秒的条件下完全再焚烧，燃烧气体离开气—固反应器进入蒸汽锅炉，燃烧气体的部分流体通过除尘后作为再循环气体再导入流化床。
近来，已知一种流化床工艺，其包括具有高湍流的旋转流化床，该流化床工艺结合了固定流化床和循环流化床的优点(Lischke，G.″Wirbelschichtverbrennung von Hausmull und Klarchlamm imWS04 fur Fernwarme Wien am Standort Simmeringer Heide″；专业研讨会废物焚烧的优化潜能(Optimierungspotential der Abfallverbrennung)TechnicalUniversity Berlin，2003年3月11/12日)。在这个流化床方法中，优选由颗粒粒径小于2毫米的沙子，也可以最终还包含具有相似粒径的惰性材料颗粒所组成的流化材料层被放置在屋顶状的浮阀塔板(valve tray)上，并通过设置不同数量的喷嘴和通过导入不同量的初级焚烧空气以及通过安装在涡流室上方的档板(deflector)，使材料层形成旋转运动，该方法使用的流化床包括倒置挡板(mirror inverted)和反向运动的椭圆形滚子，该流化床具有高涡流性和内容物高度交叉混合性。由于流化床是用低化学计量在大约650℃下操作的，它可以使氮氧化物的生成尽可能少，以遵守所要求的排放限值而无需进一步处理，并避免在气—固反应器中结块。在温度介于850℃至930℃之间，在湍流室上方的自由空间内加入次级焚烧空气以实现流化床的焚烧产物的后焚烧。采用这种方法，一氧化碳生成量低，且避免了氮氧化物的热形成。颗粒粒径已经被降低至最大值为300毫米的废物和/或污泥被导入湍流室中，干燥、气化及焚烧。通过倾斜如屋顶的浮阀塔板，焚烧残渣通过两个侧杆的作用被排出。通过集料运输装置、筛子和磁力分离器排出粗粒状焚烧残渣，从而使磁性和无磁性部分分离，而过筛后的流化材料被送回气—固反应器。废气循环一方面可以保证流化床内的恒定温度，另一方面可以减少空气过量，这样废气损失减少了，并且热效率也提高了。
焚烧过程，尤其是生活垃圾、工业废物、危险废物和碎木屑的焚烧过程中产生的焚烧残渣、旋风器内烟尘、过滤烟尘、微细烟尘等通常附着有铬(VI)化合物，由于铬化合物的低挥发性致使其残留于焚烧残渣中。由于铬(VI)化合物的强毒性，焚烧残渣的排放导致铬(VI)化合物引起严重的污染。焚烧残渣堆放在生活垃圾堆场中通常是不可能的，因为铬(VI)含量超出最大允许限值(根据DIN38414，第4部分，铬(VI)在废物浸出液中最大允许浓度是0.1毫克/升或每千克可溶部分垃圾中的铬为10毫克。)，因此焚烧残渣大部分不得不进入危险废物填埋厂处理或堆放在处理费用高的地下堆放处。
众所周知，用还原能力强的化学药品处理含有铬(VI)化合物的残渣而将铬(VI)转化为铬(III)，所述化学药品例如为硫代硫酸钠(Na2S2O3)，焦亚硫酸钠(Na2S2O5)，连二亚硫酸钠(Na2S2O4)。但是，这些还原剂不仅价格昂贵而且还有高毒性，因而为了避免毒性，要求还原剂反应完全；但实际上这不可能实现，因为少量未反应的还原剂总是保留在残渣中，其结果是当这些残渣被堆放在堆放地时，由于酸雨而导致硫化氢的形成。
为了降低固体废物的焚烧残渣中的铬(VI)含量，进一步衍生出湿式机械处理法和热处理法。将湿式机械处理法用于处理焚烧残渣中铬(VI)实际上是不合理的，因为废水处理的成本很高。利用热处理法处理焚烧残渣中的铬(VI)需在大于300℃的惰性气体中实现，因此成本也很高。在氧化氛围中处理焚化残渣中的铬(VI)是不可能的，因为铬(VI)稳定，结果是铬(III)被转化成铬(VI)。
EP-A-1 123719描述了一种处理来自化学、冶金学和焚烧过程中产生的残渣中的铬(VI)化合物，其中残渣需与硫酸铁(FeSO4·nH2O)、氯化铁(FeCl2)、硫酸铵铁[Fe(NH4)2(SO2)·nH2O]和硫酸锰(MnSO4)中的至少一种化合物混合于PH值大于4的介质中。这个方法已经在处理较小样本的实验室规模上开发出，该方法能将残渣中铬(VI)的含量降低至0.1毫克/千克。但发现使用该方法不太可能使前述方法焚烧固体废物过程中所产生的焚烧残渣中的铬(VI)的含量降低至符合DIN38414的第4部分中所允许的浓度1毫克/千克。
本发明目的在于改善前面所述的方法，以致能够将在具有一个旋转流化床的气—固反应器中进行的固体废物焚烧所排出的残渣中的铬(VI)含量降低至每千克残渣中的可溶部分小于1.0毫克，并且焚烧残渣可以因此被堆放在填满场而不存在任何问题或可以应用于其它用途。
该目的是这样被实现的，从气—固反应器中排出的焚烧残渣，分离流化材料和磁性部分后，其铬(VI)含量至多为5毫克/千克，颗粒粒径至多为2毫米，其与浓度至多为30％的硫酸铁和/或氯化铁和/或硫酸锰水溶液混合，硫酸铁和/或氯化铁和/或硫酸锰的加入量是铬含量的两倍至三倍，将混合物在80℃至200℃温度下混合均匀。该方法可将焚烧残渣中的铬(VI)含量降低至至少0.1毫克/千克。
本发明的一个优选实施例的方法为焚烧残渣通过筛分而被分离成铬(VI)含量小于1毫克/千克且颗粒粒径大于2毫米的筛上物(screenoverflow)和铬(VI)含量为1至5毫克/千克且颗粒粒径小于2毫米的筛下物(screen underflow)，而只有筛下物用含有硫酸铁和/或氯化铁和/或硫酸锰的水溶液进行处理。
根据本发明的具体特征，在蒸汽锅炉中的焚烧废气的利用过程中，产生的含有1.5至5毫克/千克铬(VI)的烟尘颗粒物与筛下物混合。
根据颗粒的外形，筛下物中含有的颗粒粒径大于2毫米的少量焚烧残渣可以通过筛分进行分离，然后将其加入到筛上物中。
根据另一特征，优选通过加入石灰将含水混合物的PH值调为4至12。
以下将通过方法的示意流程图对本发明进行详细说明。
颗粒粒径至多为300毫米的生活垃圾从储仓1通过漏斗2连续地传送到定量给料双螺杆3并通过斜道4导入到气—固反应器6的矩形湍流室5。湍流室5的下端是由关闭的浮阀塔板7组成，浮阀塔板7两边倾斜并通入初级焚烧空气，该空气通过管8提供并通过管9喷射。为了进一步增加压力，初级焚烧空气的部分气流通过支管10供给至未示出的排气扇，该排气扇供给气—固反应器6的卸料杆11、12附近的外部空气喷嘴(未示出)，由于倾斜的浮阀塔板7和流化床的高度，因而需要较高的预压力。气—固反应器6内的流体的横截面通过倾斜的挡板13、14向上变窄。焚烧残渣和流化材料的排出通过流化床的运动和浮阀塔板7的倾斜设计，并且通过放置在浮阀塔板7侧面的卸料杆11、12实现。在气—固反应器6的湍流室5上方有自由空间15，其体积与流体的横截面和高度有关，这样在高于850℃温度下，通过管16供给次级焚烧空气，该空气经过管17进行分散，且废气的停留时间为3至6秒，从而保证了有机污染物的完全焚烧，并使一氧化碳和热的氮氧化物的含量降低。通过管18的废气返回湍流室5，这种废气在蒸汽锅炉19中冷却后通过循环扇20排出，并在一个旋风除尘器、一个静电过滤器和两个洗涤器(未示出)中实现除尘。废气循环，一方面可以在湍流室5内获得一个恒定的温度，另一方面可以减少空气过量从而减少废气的损失或提高了热效率。自由空间15中的温度大约为930℃，目的是为了避免气—固反应器6内的烧结。通过卸料杆11、12从湍流室5中连续排出含有大量流化材料的焚烧残渣，该流化材料中含有通常为沙子和少量粒径相似的惰性材料颗粒。通过管21、22排出并由四个水冷却螺杆23传送的焚烧残渣被通过管24提供到筛分装置25。最终含有流化材料的筛下物被通过管26排出并通过斗式提升机27传送到接收器28中。流化材料通过管29返回到气—固反应器6。通过管30排出的筛上物被磁分离器31分为粗颗粒状焚烧残渣和含铁金属，含铁金属通过管32排出。颗粒粒径大于2毫米的粗颗粒状焚烧残渣通过管33被送入筛分装置34。通常，铬(VI)含量小于1毫克/千克(可允许的浓度)的筛上物通过管35排出，并可以没有任何问题地被利用，但是铬(VI)含量为1至3毫克/千克的筛下物通过管36导入混合装置37，在该混合装置中筛下物与通过管38加入的FeSO4·7H2O混合，同时加入水。调节混合物后，残渣中的未溶解部分通过过滤被分离，并且按照DIN38405的第24部分，对浸出液中的铬(VI)含量进行分析。根据本发明的方法处理的并且通过管39从混合装置37中排出的焚烧残渣可以没有任何问题地进行堆放或被用于其它用途中。
通过管40离开气—固反应器6的焚烧废气进入蒸汽锅炉19中，该蒸汽锅炉中产生的蒸汽通过管41被排出，利用卸料轴42将分离出的铬(VI)含量为1.5至5毫克/千克的烟尘颗粒通过管43运送到混合装置37中。通过管44离开蒸汽锅炉19的废气随后经过若干步骤进行除尘。
在连续运行的焚烧厂中，在生活垃圾和医疗废物的焚烧过程中产生了平均铬(VI)含量为2.5毫克/千克且颗粒粒径为3至4毫米的残渣。在一种常用混合装置中，将上述残渣与占总体积0.75％的铁颗粒(FeSO4·6H2O)及所加入的石灰水配制成PH值为9的溶液，一起搅动15分钟。混合物的水分含量为20wt％。间隔60分钟提取的残渣样本平均包含0.1毫克/千克的铬(VI)含量，浸出液中铬(VI)含量小于0.01毫克/升。
权利要求
1.一种焚烧固体废物的方法，尤其是焚烧气-固反应器(6)中单独或混合形式存在的、颗粒尺寸至多为300毫米的生活垃圾、工业废物、危险废物、碎木屑和/或污泥的方法，这些废物和/或污泥以旋转的、低化学计量的流化床形式导入所述气-固反应器内，该流化床是通过喷射含有颗粒粒径小于2毫米的惰性流化材料的初级焚烧空气形成，其具有高湍流以及550℃至750℃的温度，废物或污泥在流化床中进行干燥、气化及部分焚烧，焚烧产物在位于上述流化床上方一个自由空间(15)内、其中通入次级焚烧空气、在介于850℃至930℃的温度下、停留时间至少为2秒的条件下完全再焚烧，燃烧气体离开气-固反应器进入蒸汽锅炉(19)，燃烧气体的部分流体通过除尘后作为再循环气体再导入流化床，其特征在于从该气-固反应器(6)中排出的焚烧残渣与浓度至多为30％的硫酸铁和/或氯化铁和/或硫酸锰的水溶液混合，该焚烧残渣在分离流化材料和磁性部分之后而具有铬(VI)含量至多为5毫克/千克、颗粒粒径至多为2毫米的筛上物，其中硫酸铁和/或氯化铁和/或硫酸锰的加入量是铬含量的两倍至三倍，将混合物在80℃至200℃温度下混合均匀。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于焚烧残渣通过筛分而被分离成铬(VI)含量小于1毫克/千克且颗粒粒径大于2毫米的筛上物，以及铬(VI)含量为1至5毫克/千克且颗粒粒径小于2毫米的筛下物，而只有筛下物用含有硫酸铁和/或氯化铁和/或硫酸锰的水溶液进行处理。
3.如权利要求1和2中任意一项所述的方法，其特征在于在蒸汽锅炉(19)中产生的、铬(VI)含量为1.5至5毫克/千克的烟尘颗粒物与筛下物混合。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于筛下物中含有的颗粒粒径大于2毫米的少量焚烧残渣可以通过筛分进行分离，然后将其加入到筛上物中。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于优选通过加入石灰将含水混合物的PH值调为4至12。
全文摘要
本发明揭示了一种在气—固反应器中焚烧固体废物的方法，在该气—固反应器中，废物被导入一个温度介于550℃至750℃之间的流化床中进行干燥、气化和部分焚烧，焚烧产物在位于流化床上方的自由空间内，在介于850℃至930℃间的温度中再燃烧，部分燃烧气体被再次导入流化床中。为确保燃烧残渣中的铬(VI)含量低于1.0毫克/每千克残渣，燃烧残渣与浓度至多为30％的硫酸铁和/或氯化铁和/或硫酸锰溶液混合，硫酸铁和/或氯化铁和/或硫酸锰的加入量为铬含量的两倍至三倍，混合物在80℃至200℃温度中混合均匀。
文档编号F23G5/00GK1846097SQ200480025463
公开日2006年10月11日 申请日期2004年9月9日 优先权日2003年9月10日
发明者古鲁达斯·萨曼特, 贡纳尔·利施克, 埃克哈特·莱曼 申请人:鲁奇能捷斯集团