一种危险废物焚烧热解的等离子气化系统及方法 |
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| 申请号 | CN202210073237.7 | 申请日 | 2022-01-21 | 公开(公告)号 | CN114395420B | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
| 申请人 | 东华工程科技股份有限公司; | 发明人 | 王争刚; 张铭; 龚幸; 汪炎; 王晓波; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于节能环保技术领域，尤其涉及一种危险废物焚烧 热解 的等离子 气化 系统及方法。包括燃烧装置、尾气处理装置和余热回收装置；废物在燃烧装置中经过 氧 燃烧、中段缺氧或无氧燃烧、末段无机物高温熔融三个阶段，得到废气和玻璃状 熔渣 ，废气经所述尾气处理装置 净化 后得到粗 合成气 ，尾气处理装置产生的炉灰也被送入熔渣炉中高温热解得到玻璃状熔渣，冷却后的玻璃状熔渣是一种惰性 玻璃化 物质，不再属于危废，玻璃状熔渣作为副产品，可安全用作建材等应用，不会污染 土壤 或者 水 体 ；因此本发明有效降低了能耗，节约 能源 ，灰渣产生量大幅减少，而粗合成气产生量有较大提高，粗合成气可直接燃烧或提纯 燃料 气，或作为下游工艺原料合成化学品。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于危险废物焚烧热解的等离子气化系统，其特征在于：包括燃烧装置、尾气处理装置和余热回收装置； |
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| 说明书全文 | 一种危险废物焚烧热解的等离子气化系统及方法技术领域[0001] 本发明属于节能环保技术领域，尤其涉及一种危险废物焚烧热解的等离子气化系统及方法。 背景技术[0002] 近年来，随着现代工业经济的迅速发展和城市化进程的加快，人们对生存环境的保护意识不断加强。工业化生产不可避免的会产生大量一般废物及危险废弃物，而农村人口快速涌入城市，建筑垃圾、生活垃圾等废物逐年增加，这些危险废弃物和一般固废，给环境造成了巨大安全威胁，压缩了人类的生存空间。加强废弃物处置的综合治理，实现减量化、资源化、无害化是环境治理的基本原则，对保障人民群众身体健康和环境安全具有深远意义。早期的废物处置通常为焚烧、固化、填埋或海洋投弃，这些方法都不能完全处理废弃物，同时可能产生二次污染，直接或间接的污染环境，长期看并没有达到完全无害化处置的目的。 [0003] 目前，焚烧技术作为废弃物处置的重要手段，在减量化、资源化方面具有突出作用，但目前还不能实现废物无害化。如废弃物焚烧后的飞灰含有二恶英、呋喃等致癌物，炉渣含有重金属等污染物都会对环境产生二次污染，并非真正意义上的无害化。 [0004] 因此，急需要一种新的技术方案能彻底解决无害化处置难题。 发明内容[0006] 具体技术方案如下： [0007] 一种用于危险废物焚烧热解的等离子气化系统，包括燃烧装置、尾气处理装置和余热回收装置； [0009] 所述推料器1的出料口和焚烧炉2的进料口连通，焚烧炉2的进气口通过管道和粒化器15的热气出口连通，焚烧炉2的出料口设于气化炉3内部，气化炉3的底部和熔渣炉14的上部接通，熔渣炉14的中部通过溜管连通有灰渣输送机13，熔渣炉14的底部出口通过粒化器15和冷渣机16连通； [0011] 所述余热锅炉组件包括通过管道依次液相连通的上水预热器18、热力除氧器19、锅炉给水泵20、汽包21和余热锅炉本体4，且热力除氧器19的气相进口和汽包21的气相出口之间通过分汽缸22连通，分汽缸22通过管道连通蒸汽外管；所述余热锅炉本体4内由上至下布置有一级换热盘管和二级换热盘管，余热锅炉本体4的上部接通尿素稀溶液管道；所述气化炉3上部的出气口通过管道连通着余热锅炉本体4上部进气口； [0012] 所述上水预热器18的加热水进水口通过管道与所述冷渣机16和粒化器15的冷却水出口相连，所述一级换热盘管的进口和汽包21的出气口通过管道连通，二级换热盘管的进口和汽轮机23的出口通过管道连通，一级换热盘管的出口和二级换热盘管的出口分别与汽轮机23的进口通过管道连通，汽轮机23的转动部固定连接着发电机24； [0014] 所述余热锅炉本体4、急冷塔5、干法脱酸塔6、布袋除尘器7、引风机8、洗涤塔9和湿法脱酸塔10通过管道依次气相连通； [0015] 所述余热锅炉本体4的上部管道连通着尿素溶液进口； [0016] 所述急冷塔5、干法脱酸塔6之间的气相连通管道上接通有活性炭进料口； [0017] 所述干法脱酸塔6的中部管道接通着消石灰进料口； [0018] 所述湿法脱酸塔10的下部管道连通着氢氧化钠溶液进口； [0019] 所述余热锅炉本体4、急冷塔5、干法脱酸塔6和布袋除尘器7的底部出料口分别和灰渣输送机13上的对应进渣口接通；所述洗涤塔9的底部和湿法脱酸塔10的底部管道连通后，并通过急冷水罐11和急冷喷淋泵12与急冷塔5上部的喷淋管连通，所述急冷水罐11和洗涤塔9分别通过阀门管道连通着生产水外管； [0020] 所述等离子气化系统工作时，将液态、固态或半固态废物加入焚烧炉2内并点火，依次开启熔渣炉14和气化炉3内的高温等离子器25，使得熔渣炉14内温度为1350℃～1500℃，气化炉3内温度为1200℃～1700℃，实现废物依次经过前段有氧燃烧、中段缺氧或无氧燃烧、末段无机物高温熔融三个阶段，得到废气和玻璃状熔渣，废气经所述尾气处理装置被无害化处理后得到粗合成气，废物焚烧产生的热量被余热回收装置回收利用；粗合成气为一氧化碳、氢气和少量甲烷，玻璃状熔渣即玻璃体，为一般固废，可用于建材等行业。 [0021] 进一步，所述推料器1为多级液压连杆。 [0023] 进一步，所述气化炉3的顶部设有紧急排放烟囱，用于保证出现非正常工况时设备安全； [0024] 所述气化炉3采用的气化剂为空气、氧气或水蒸汽中的一种。 [0025] 进一步，所述冷渣机16为风冷和水冷一体化机型，冷渣机16的冷气进口通过鼓风机17管道连通着空气管道； [0026] 所述冷渣机16进水口通过循环上水管连通着外管，冷渣机16的出水口通过循环出水管连通着上水预热器18进水口。 [0027] 进一步，所述粒化器15为水冷机，粒化器15的进水口通过循环上水管连通着外管，粒化器15的出水口通过循环出水管连通着上水预热器18进水口。 [0028] 本发明还包括上述等离子气化系统的危险废物焚烧方法，具体包括以下步骤： [0029] 步骤（1）：系统烘炉和准备工作结束，冷渣机16及粒化器15进水口通入循环冷却水； [0030] 步骤（2）：急冷水罐11通入生产水，并达到设定容积的70‑85%后停止供水； [0031] 步骤（3）：洗涤塔9内通入生产水，并达到洗涤塔9的进气口管底后停止供水，启动洗涤塔9的循环喷淋设备； [0032] 步骤（4）：湿法脱酸塔10内通入质量浓度约30%的NaOH溶液，并达到湿法脱酸塔10的进气口管底后停止加入NaOH溶液，启动湿法脱酸塔10的循环喷淋设备； [0033] 步骤（5）：上水预热器18内通入脱盐水，使得脱盐水通过液相连通管道依次通入热力除氧器19和汽包21内，并达到预设液位高位55%～70%暂停供脱盐水； [0034] 步骤（6）：依次启动引风机8、灰渣输送机13、鼓风机17、冷渣机16和粒化器15，且相邻设备启动间隔时间为30s； [0035] 步骤（7）：依次启动急冷喷淋泵12和锅炉给水泵20，且启动间隔时间为20s； [0036] 步骤（8）：启动焚烧炉2，焚烧炉2开始旋转； [0037] 步骤（9）：废液喷枪26将废液喷入焚烧炉2内，并完成点火，同时固态、半固态废物投加到推料器1内，由推料器1送入焚烧炉2； [0038] 步骤（10）：系统正常燃烧后，焚烧炉2内炉渣达到预定量后，开启熔渣炉14内高温等离子器25，使得熔渣炉14内温度为1350℃～1500℃； [0039] 步骤（11）：气化炉3内通入气化剂，开启气化炉3内高温等离子器25，使得气化炉3内温度为1200℃～1700℃； [0040] 使得上述废液、固态和半固态废物在燃烧装置中经过前段有氧燃烧、中段缺氧或无氧燃烧、末段无机物高温熔融三个阶段，得到玻璃状熔渣和废气，玻璃状熔渣即玻璃体，为一般固废，可用于建材等行业；废气经过尾气处理装置处理，得到粗合成气，粗合成气为一氧化碳、氢气和少量甲烷。 [0041] 本发明的有益技术效果如下： [0042] （1）本发明的一种危险废物焚烧热解的等离子气化系统，包括燃烧装置、尾气处理装置和余热回收装置；废物在燃烧装置中经过氧燃烧、中段缺氧或无氧燃烧、末段无机物高温熔融三个阶段，得到废气和玻璃状熔渣，废气经所述尾气处理装置净化后得到粗合成气，粗合成气主要组成为一氧化碳、氢气和少量甲烷。废物焚烧产生的热量被余热回收装置回收利用，尾气处理装置产生的炉灰也被送入熔渣炉中高温热解得到玻璃状熔渣，冷却后的玻璃状熔渣是一种惰性玻璃化物质，不再属于危废，玻璃状熔渣作为副产品，可安全用作建材等应用，不会污染土壤或者水体；因此本发明有效降低了能耗，节约能源，效率高，灰渣产生量大幅减少，而粗合成气产生量有较大提高，粗合成气是以一氧化碳、氢气和少量甲烷为主要成分的可燃气体，可直接燃烧或提纯燃料气，或作为下游工艺原料合成化学品（如甲醇、乙醇、乙二醇等）。 [0043] （2）本发明采用余热锅炉组件对气化炉气热能综合回收利用，进入余热锅炉的烟气温度1200℃～1700℃，余热锅炉出口烟气温度不低于500℃，回收其能量，热能产生蒸汽送人外管，或驱动汽轮机发电供场内或外送使用，大大降低生产成本；此外对炉渣余热充分回收利用，节约能源显著。经本发明处理后，由于废物通过高温熔融形成玻璃状熔渣，内部残留的固定碳转化为气态碳，产生的固体废物量相比于传统的焚烧处理，不到其质量50%，[0044] 同时由于气化炉高温等离子的引入，废物中的二恶英、呋喃等毒性物质被分解为简单无害小分子物，且形成二恶英、呋喃毒性物质的前驱物被大多固定在玻璃状熔渣中，使后续工况形成此类物质的几率大大减少，相比于传统焚烧后续烟气净化工艺设备和规模会减少，有利于减少投资，降低能耗。附图说明 [0045] 图1为本发明一种用于危险废物焚烧热解的等离子气化系统的系统图。 [0046] 图2为本发明一种用于危险废物焚烧热解的等离子气化系统的流程框图。 [0047] 其中：1‑推料器；2‑焚烧炉；3‑气化炉；4‑余热锅炉本体；5‑急冷塔；6‑干法脱酸塔；7‑布袋除尘器；8‑引风机；9‑洗涤塔；10‑湿法脱酸塔；11‑急冷水罐；12‑急冷喷淋泵；13‑灰渣输送机；14‑熔渣炉；15‑粒化器；16‑冷渣机；17‑鼓风机；18‑预热器；19‑热力除氧器；20‑锅炉给水泵；21‑汽包；22‑分汽缸；23‑汽轮机；24‑发电机、25高温等离子器、26废液喷枪。 具体实施方式[0048] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0049] 实施例1 [0050] 见图1和2，其中图1中，A循环冷却水回水口；B脱盐水进口；C尿素稀溶液进口；D气化剂进口；E固态、半固态废物进口、F液态废物、G循环冷却水上水口、H空气进口、I冷却渣出口、J蒸汽外送口、K发电上网外送口、L工厂内用出口、M活性炭进料口、N消石灰进料口、O粗合成气外送出口、PNaOH溶液进口、Q含盐废水出口、R生产水进口。 [0051] 一种用于危险废物焚烧热解的等离子气化系统，包括燃烧装置、尾气处理装置和余热回收装置； [0052] 所述燃烧装置包括推料器1、焚烧炉2、气化炉3、熔渣炉14、粒化器15和冷渣机16，且气化炉3和熔渣炉14的侧壁上分别插设有两个以上的高温等离子器25； [0053] 所述推料器1的出料口和焚烧炉2的进料口连通，焚烧炉2的进气口通过管道和粒化器15的热气出口连通，焚烧炉2的出料口设于气化炉3内部，气化炉3的底部和熔渣炉14的上部接通，熔渣炉14的中部通过溜管连通有灰渣输送机13，熔渣炉14的底部出口通过粒化器15和冷渣机16连通； [0054] 所述余热回收装置包括余热锅炉组件、汽轮机23和发电机24； [0055] 所述余热锅炉组件包括通过管道依次液相连通的上水预热器18、热力除氧器19、锅炉给水泵20、汽包21和余热锅炉本体4，且热力除氧器19的气相进口和汽包21的气相出口之间通过分汽缸22连通，分汽缸22通过管道连通蒸汽外管；所述余热锅炉本体4内由上至下布置有一级换热盘管和二级换热盘管，余热锅炉本体4的上部接通尿素稀溶液管道；所述气化炉3上部的出气口通过管道连通着余热锅炉本体4上部进气口； [0056] 所述上水预热器18的加热水进水口通过管道与所述冷渣机16和粒化器15的冷却水出口相连， [0057] 所述一级换热盘管的进口和汽包21的出气口通过管道连通，二级换热盘管的进口和汽轮机23的出口通过管道连通，一级换热盘管的出口和二级换热盘管的出口分别与汽轮机23的进口通过管道连通，汽轮机23的转动部固定连接着发电机24； [0058] 所述尾气处理装置包括急冷塔5、干法脱酸塔6、布袋除尘器7、引风机8、洗涤塔9、湿法脱酸塔10、急冷水罐11和急冷喷淋泵12； [0059] 所述余热锅炉本体4、急冷塔5、干法脱酸塔6、布袋除尘器7、引风机8、洗涤塔9和湿法脱酸塔10通过管道依次气相连通； [0060] 所述余热锅炉本体4的上部管道连通着尿素溶液进口； [0061] 所述急冷塔5、干法脱酸塔6之间的气相连通管道上接通有活性炭进料口； [0062] 所述干法脱酸塔6的中部管道接通着消石灰进料口； [0063] 所述湿法脱酸塔10的下部管道连通着氢氧化钠溶液进口； [0064] 所述余热锅炉本体4、急冷塔5、干法脱酸塔6和布袋除尘器7的底部出料口分别和灰渣输送机13上的对应进渣口接通；所述洗涤塔9的底部和湿法脱酸塔10的底部管道连通后，并通过急冷水罐11和急冷喷淋泵12与急冷塔5上部的喷淋管连通，所述急冷水罐11和洗涤塔9分别通过阀门管道连通着生产水外管； [0065] 所述等离子气化系统工作时，将液态、固态或半固态废物加入焚烧炉2内并点火，依次开启熔渣炉14和气化炉3内的高温等离子器25，使得熔渣炉14内温度为1350℃～1500℃，气化炉3内温度为1200℃～1700℃，实现废物依次经过前段有氧燃烧、中段缺氧或无氧燃烧、末段无机物高温熔融三个阶段，得到废气和玻璃状熔渣，废气经所述尾气处理装置被无害化处理后得到粗合成气，废物焚烧产生的热量被余热回收装置回收利用；粗合成气为一氧化碳、氢气和少量甲烷，玻璃状熔渣即玻璃体，为一般固废，可用于建材等行业。 [0066] 进一步，所述推料器1为多级液压连杆。 [0067] 进一步，所述焚烧炉2为回转窑，回转窑的进料口一端部设置有废液喷枪26，用于将液态危废喷入回转窑的窑体内，充分燃烧。 [0068] 进一步，所述气化炉3的顶部设有紧急排放烟囱，用于保证出现非正常工况时设备安全； [0069] 所述气化炉3采用的气化剂为空气、氧气或水蒸汽中的一种。 [0070] 进一步，所述冷渣机16为风冷和水冷一体化机型，冷渣机16的冷气进口通过鼓风机17管道连通着空气管道； [0071] 所述冷渣机16进水口通过循环上水管连通着外管，冷渣机16的出水口通过循环出水管连通着上水预热器18进水口。 [0072] 进一步，所述粒化器15为水冷机，粒化器15的进水口通过循环上水管连通着外管，粒化器15的出水口通过循环出水管连通着上水预热器18进水口。 [0073] 实施例2 [0074] 实施例1的工艺方法，以工业危废综合处置项目危险废物处理为例；固态、半固态废物热值3500～4500%kcal/kg，液态废物热值2500～5000%kcal/kg，处理规模总量为100t/d，加热器加热后空气温度70～110℃，循环冷却水上水温度32℃，循环冷却水回水温度42℃，气化剂采用水蒸汽，压力0.5MPa，温度159℃，湿法脱酸塔采用30%NaOH溶液，SNCR采用浓度10%尿素稀溶液； [0075] 本发明还包括上述等离子气化系统的危险废物焚烧方法，具体包括以下步骤： [0076] 步骤（1）：系统烘炉和准备工作结束，冷渣机16及粒化器15进水口通入循环冷却水； [0077] 步骤（2）：急冷水罐11通入生产水，并达到设定容积的70‑85%后停止供水； [0078] 步骤（3）：洗涤塔9通入生产水，并达到洗涤塔9的进气口管底后停止供水，启动洗涤塔9的循环喷淋设备； [0079] 步骤（4）：湿法脱酸塔10内通入质量浓度约30%的NaOH溶液，并达到湿法脱酸塔10的进气口管底后停止加入NaOH溶液，启动湿法脱酸塔10的循环喷淋设备； [0080] 步骤（5）：上水预热器18内通入脱盐水，使得脱盐水通过液相连通管道依次通入热力除氧器19和汽包21内，并达到预设液位高位55%～70%暂停供脱盐水； [0081] 步骤（6）：依次启动引风机8、灰渣输送机13、鼓风机17、冷渣机16和粒化器15，且相邻设备启动间隔时间为30s； [0082] 步骤（7）：依次启动急冷喷淋泵12和锅炉给水泵20，且启动间隔时间为20s；步骤（8）：启动焚烧炉2，焚烧炉2开始旋转； [0083] 步骤（9）：废液喷枪26将废液喷入焚烧炉2内，并完成点火，同时固态、半固态废物投加到推料器1内，由推料器1送入焚烧炉2； [0084] 步骤（10）：系统正常燃烧后，焚烧炉2内炉渣达到预定量后，开启熔渣炉14内高温等离子器25，使得熔渣炉14内温度为1350℃～1500℃； [0085] 步骤（11）：气化炉3内通入气化剂，开启气化炉3内高温等离子器25，使得气化炉3内温度为1200℃～1700℃； [0086] 使得上述废液、固态和半固态废物在燃烧装置中经过前段有氧燃烧、中段缺氧或无氧燃烧、末段无机物高温熔融三个阶段，得到玻璃状熔渣和废气，玻璃状熔渣即玻璃体，为一般固废，可用于建材等行业；废气经过尾气处理装置处理，得到粗合成气，粗合成气为一氧化碳、氢气和少量甲烷。 [0087] 其中余热余热锅炉本体4产生的蒸汽推动汽轮机23运转，带动发电机24发电，所发电量可通过供系统运行或发电上网； [0089] 同时空气通过鼓风机17分别经过冷渣机16和粒化器15，被加热到约600℃，高温气体进入焚烧炉2内，达到热量回收，减少焚烧系统初期废物进入系统的热消耗。 [0090] 经本发明处理后，由于废物通过高温熔融形成玻璃状熔渣，内部残留的固定碳转化为气态碳，产生的固体废物量相比于传统的焚烧处理，不到其质量50%；同时由于气化炉高温等离子的引入，废物中的二恶英、呋喃等毒性物质被分解为简单无害小分子物，且形成二恶英、呋喃毒性物质的前驱物被大多固定在玻璃状熔渣中，使后续工况形成此类物质的几率大大减少，相比于传统焚烧后续烟气净化工艺设备和规模会减少，有利于减少投资，降低能耗。 |
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