一种低热值含水污泥等离子熔融无害化处理方法及实施该方
法的系统
技术领域
[0001] 本
发明属于环保、固废无害化、资源化利用技术领域，尤其是
一种低热值含水污泥等离子熔融无害化处理方法及实施该方法的系统，该方法及系统尤其适用于
表面处理废物、
水处理污泥、金属表面处理污泥、电
镀污泥、
酸洗污泥、金属
冶炼浸出渣、焚烧处置残渣等。
背景技术
[0002] 随着资源的日益枯竭和环保要求的不断提高，大量传统的
废物处理技术已不能适应污染治理的需要，低热值含水污泥包括表面处理废物、水处理污泥、金属表面处理污泥、
电镀污泥、酸洗污泥、金属冶炼浸出渣、焚烧处置残渣等，其具有热值低、含水率高、浸出毒性高等特点，不适用于传统的焚烧处理工艺，目前只能选择成本高、占地大、安全隐患高的稳定
固化填埋处置技术。例如，不锈
钢酸洗污泥和电镀污泥中含有大量的Ni、Cr、Fe、Cu等有6+
价金属元素，同时含有NaF、Na2O、NaCl、Na2SO4等物质，污泥中的Cr 如不妥善处理会对环境产生潜在的危害，且随着近年来我国
金属加工产业的逐年增加，低热值含水污泥的堆积量将会越来越多，据统计低热值含水污泥目前只能采用稳定化填埋处置技术，成本高、占地大、安全隐患高。有效处置并资源利用这些低热值含水污泥已成为社会广泛关注的焦点和亟需解决的难题。
[0003]
现有技术中，传统低热值含水污泥处理方法主要存在以下问题：
水泥固化防渗填埋方法，污泥
稳定性差，浸出毒性容易超标而造成严重二次污染，
回转窑焚烧处理方法不适合处理低热值含水污泥，其干基高位热值低于2000kcal/kg且含水率高，回转窑焚烧处理能耗大、成本高，此外回转窑焚烧
温度低，有机物焚烧不完全，容易产生二噁英致癌物质，同时低热值含水污泥中Cl、F、Na元素含量超出普通回转窑焚烧可承受范围。
[0004] 综上，低热值含水污泥现有处理技术存在着成本高、占地大、安全隐患高等问题。因此，亟需发明一种低热值含水污泥无害化处理的系统及方法，最终实现低热值含水污泥无害化和资源化利用的目的。
[0005] 通过检索，尚未发现与本发明
专利申请相关的专利公开文献。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于克服现有消白技术的不足之处，提供一种低热值含水污泥等离子熔融无害化处理方法及实施该方法的系统，该方法及系统能够实现彻底分解低热值含水污泥中有机物、固定毒性较高的重金属无机物，最终达到低热值含水污泥无害化和资源化利用的目的。
[0007] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0008] 一种低热值含水污泥等离子熔融无害化处理方法，步骤如下：
[0009] 步骤1，将低热值含水污泥进行初级干化至含水率为20wt％～45wt％，然后将其与
河沙、配伍料混合，得到混合物；
[0010] 步骤2，将所述混合物进行
挤压造粒形成粒径为5～30mm的粒状成品；
[0011] 步骤3，将上述粒状成品进行二级干化至含水率≦20％，得到入
炉料；
[0012] 步骤4，将上述入炉料经计量、连续加料、均布落料后进行等离子高温熔融处理，处理温度为1500℃～1650℃，得熔融液体；
[0013] 步骤5，将熔融液体在40～60℃的水中进行水淬，得到无害的水淬渣；
[0014] 步骤6，将高温烟气经
净化处理后达标排放。
[0015] 而且，所述河沙提供水淬渣中的
硅元素，配伍料提供水淬渣中的
钙元素；
[0016] 或者，所述低热值含水污泥、河沙、配伍料的重量份数为：低热值含水污泥0.1～85份，河沙10～50份，配伍料5～50份，总量为100份；
[0017] 或者，所述低热值含水污泥的含水率大于30％，干基高位热值小于2000kcal/kg。
[0018] 而且，所述配伍料为生石灰、消石灰、
氯化钙、
脱硫石膏或焚烧残渣；所述低热值含水污泥是表面处理废物、水处理污泥、金属表面处理污泥、电镀污泥、酸洗污泥、金属冶炼浸出渣或焚烧处置残渣。
[0019] 而且，所述步骤5中将熔融液体排入水封槽中进行水淬；所述步骤6中将高温烟气排入烟气净化系统中进行净化处理。
[0020] 一种实施如上所述的低热值含水污泥等离子熔融无害化处理方法的系统，所述系统包括低热值含水污泥预处理装置、自动计量均布落料装置、等离子熔融装置、水淬渣生产装置和烟气净化装置，所述低热值含水污泥预处理装置的输入端能够输入低热值含水污泥,，该低热值含水污泥预处理装置的输出端与自动计量均布落料装置的输入端相连接设置，该自动计量均布落料装置的输出端与等离子熔融装置的输入端相连接设置，该等离子熔融装置的输出端包括熔融液体输出端和高温烟气输出端，所述熔融液体输出端与水淬渣生产装置的输入端相连接设置，所述高温烟气输出端与烟气净化装置的输入端相连接设置，该烟气净化装置的输出端能够输出达标排放的烟气；
[0021] 所述低热值含水污泥预处理装置能够将低热值含水污泥进行初级干化至含水率为20wt％～45wt％，然后将其与河沙、配伍料混合，再将混合物进行挤压造粒形成粒径为5～30mm的粒状成品，并对其进行二级干化至含水率小于20％，得到入炉料；所述自动计量均布落料装置能够对入炉料进行自动计量、自动定量连续加料、物料均布落料；所述等离子熔融装置能够对自动计量均布落料装置处理后的物料在1500℃～1650℃的环境下进行熔融处理；所述水淬渣生产装置能够对等离子熔融装置处理后液体在40～60℃进行水淬，得到无害的水淬渣。
[0022] 而且，所述低热值含水污泥预处理装置包括依次相连接设置的缓存仓、挤压加料装置、初级干化装置、计量配料混料装置、挤压造粒装置和二级干化装置，所述缓存仓的输入端能够输入低热值含水污泥；所述初级干化装置能够将污泥干化至含水率为20％～45wt％，所述计量配料混料装置能够将污泥、河沙、配伍料进行配料和混合，所述挤压造粒装置能够将混合后的物料制成粒度为5～30mm的粒状成品，所述二级干化装置能够将造粒后的物料干化至含水率小于20％，得到含水率小于20％的粒状的入炉料。
[0023] 而且，所述自动计量均布落料装置包括依次相连接设置的缓存仓、连续计量给料装置和均布落料装置，所述缓存仓能够输入低热值含水污泥预处理装置处理后的物料，所述连续计量给料装置能够自动定量连续加料，所述均布落料装置能够使物料均布落料。
[0024] 而且，所述等离子熔融装置包括熔融炉、熔池、等离子加热区、连续溢流排液排气口、高温等离子火炬发生器、观火孔和排净口，所述熔融炉内制有空腔，该空腔的底部设置为碗形，该空腔的底部设置为熔池，该熔池上方的空腔设置为等离子加热区，该熔融炉的顶部与均布落料装置相连接设置，该熔融炉的顶部上也设置观火孔，该观火孔与空腔顶部相连通设置，该熔融炉的下部间隔设置连续溢流排液排气口、排净口，该连续溢流排液排气口与熔池顶部相连通设置，所述连续溢流排液排气口连续排出的液体能够进入水淬渣生产装置中，该排净口与熔池底部相连通设置，该排净口用于停工检修或间歇排
密度大的金属溶液时使用；所述熔池上方的熔融炉上沿圆周方向均布间隔设置3支以上高温等离子火炬发生器，该高温等离子火炬发生器能够对等离子加热区进行加热。
[0025] 而且，所述水淬渣生产装置包括水封槽、刮板出渣装置、
循环水冷却系统、蒸气收集与高温烟气混合外排系统，所述水封槽的输入端能够输入等离子熔融装置处理后的高温液体，该水封槽内能够盛装水淬用水，该水封槽分别与刮板出渣装置、循环水冷却系统、蒸气收集与高温烟气混合外排系统相连接设置，所述刮板出渣装置能够输出水封槽内的水淬渣，所述循环水冷却系统能够控制水封槽内的水温维持在40～60℃，所述蒸气收集与高温烟气混合外排系统能够收集水封槽内水淬时产生的高温烟气并外排。
[0026] 而且，所述烟气净化装置包括依次相连接设置的余热
锅炉、干式脱酸反应器、
除尘器和湿式脱酸塔、烟气消白烟系统，所述
余热锅炉上设置SCR脱硝反应器，所述余热锅炉包括气体入口，所述等离子熔融装置的高温烟气输出端与余热锅炉的气体入口相连接设置。
[0027] 本发明取得的优点和积极效果是：
[0028] 1、本发明方法实现了低热值含水污泥无害化处置和资源化利用，具有快速固定重金属、热效率高的优点，克服了低热值含水污泥现有处理技术存在成本高、占地大、安全隐患高等问题，解决了低热值含水污泥大量填埋、无法有效处置的难题；该方法能够实现彻底分解低热值含水污泥中有机物、固定毒性较高的重金属无机物，最终达到低热值含水污泥无害化和资源化利用的目的；本方法制得的水淬渣具有稳定、无害、无毒的特性，可以用于铺路材料进行资源化利用。
[0029] 2、本发明所述方法以河沙提供硅元素，配伍料提供钙元素，配伍料可以是生石灰、消石灰、氯化钙、脱硫石膏、焚烧残渣等，在有效处理低热值含水污泥的同时将焚烧残渣、干式脱酸产物等一并无害化处理和资源化利用。低热值含水污泥中的Na盐和重金属
氧化物可以作为
助熔剂，与配伍料形成相互熔融稳定固化的作用。
[0030] 3、本发明系统设置了低热值含水污泥预处理装置、自动计量均布落料装置、等离子熔融装置、水淬渣生产装置、烟气净化装置，实现了低热值含水污泥无害化处理和资源化利用的目的，克服了现有低热值含水污泥处理技术成本高、占地大、安全隐患高等问题。
[0031] 4、本发明系统通过设置低热值含水污泥预处理系统，对污泥进行两级干化、配伍和造粒，最大限度降低了预处理后污泥的含水率，干化技术可以采用闭式循环
热泵干化技术，提高了整套系统的热效率；此外，配伍过程确保了等离子熔融处理后的水淬渣稳定、无毒、无害，确保能作为建筑铺路材料进行重复利用。
[0032] 5、本发明系统通过设置等离子熔融装置，含水污泥可在1500℃～1650℃的环境下熔融处理，确保污泥中的有机物和二噁英类物质被彻底氧化，从而避免在后续烟气净化系统中再次合成，烟气净化系统中脱酸装置采用设置于除尘器前后的干式脱酸、湿法脱酸装置相结合，最大程度提高脱酸效率；脱硝装置采用预热锅炉高温SCR脱硝技术，最大程度脱除烟气中的NOX，烟气净化系统可以实现烟气的超低排放标准。
[0033] 6、本发明系统中等离子加热区包括3支及以上的高温等离子火炬发生器，其沿炉壁圆周均布斜插在熔池上方的炉墙上，确保整体熔池区温度场均匀一致，显著提高了熔池区的热效率。
[0034] 7、本发明系统中熔池区设置顶部连续溢流排液口和底部间断排液口，避免熔池长时间运行重金属在底部富集而造成水淬渣
玻璃化含量下降。
[0035] 8、本发明提出了低热值含水污泥经过一系列预处理和配伍工艺，经高温等离子火炬在1500℃～1650℃的环境下灼烧熔融，实现了污泥中二噁英等有机物的高温氧化分解，重金属及硅钙等无机物溶液在水封槽内急
冷固化为玻璃水淬渣。水淬渣具有稳定、无害、无毒的特性，可以用于铺路材料进行资源化利用。
附图说明
[0037] 图2为本发明系统的部分结构连接示意图。
具体实施方式
[0038] 下面结合通过具体
实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0039] 本发明未具体详细描述的结构，均可以理解为本领域的常规结构。
[0040] 一种低热值含水污泥等离子熔融无害化处理方法，步骤如下：
[0041] 步骤1，将低热值含水污泥进行初级干化至含水率为20wt％～45wt％，然后将其与河沙、配伍料混合，得到混合物；
[0042] 步骤2，将所述混合物进行挤压造粒形成粒径为5～30mm的粒状成品；
[0043] 步骤3，将上述粒状成品进行二级干化至含水率≦20％，得到入炉料；
[0044] 步骤4，将上述入炉料经计量、连续加料、均布落料后进行等离子高温熔融处理，处理温度为1500℃～1650℃，得熔融液体；
[0045] 步骤5，将熔融液体在40～60℃的水中进行水淬，得到无害的水淬渣；
[0046] 步骤6，将高温烟气经净化处理后达标排放。
[0047] 在本实施例中，所述河沙主要提供水淬渣中的硅元素，配伍料主要提供水淬渣中的钙元素；例如，所述配伍料可以为生石灰、消石灰、氯化钙、脱硫石膏或焚烧残渣。
[0048] 在本实施例中，所述低热值含水污泥、河沙、配伍料的重量份数为：低热值含水污泥0.1～85份，河沙10～50份，配伍料5～50份，总量为100份。
[0049] 在本实施例中，所述低热值含水污泥的含水率大于30％，干基高位热值小于2000kcal/kg；低热值含水污泥可以是表面处理废物、水处理污泥、金属表面处理污泥、电镀污泥、酸洗污泥、金属冶炼浸出渣、焚烧处置残渣等。
[0050] 在本实施例中，所述步骤5中将熔融液体排入水封槽中进行水淬；所述步骤6中将高温烟气排入烟气净化系统中进行净化处理。
[0051] 一种实施如上方法的低热值含水污泥等离子熔融无害化处理方法的系统，如图1和图2所示，所述系统包括低热值含水污泥预处理装置、自动计量均布落料装置、等离子熔融装置、水淬渣生产装置和烟气净化装置，所述低热值含水污泥预处理装置的输入端能够输入低热值含水污泥,，该低热值含水污泥预处理装置的输出端与自动计量均布落料装置的输入端相连接设置，该自动计量均布落料装置的输出端与等离子熔融装置的输入端相连接设置，该等离子熔融装置的输出端包括熔融液体输出端和高温烟气输出端(图中未示出)，所述熔融液体输出端与水淬渣生产装置的输入端相连接设置，所述高温烟气输出端与烟气净化装置的输入端相连接设置，该烟气净化装置的输出端能够输出达标排放的烟气；
[0052] 所述低热值含水污泥预处理装置能够将低热值含水污泥进行初级干化至含水率为20wt％～45wt％，然后将其与河沙、配伍料混合，再将混合物进行挤压造粒形成粒径为5～30mm的粒状成品，并对其进行二级干化至含水率小于20％，得到入炉料；所述自动计量均布落料装置能够对入炉料进行自动计量、自动定量连续加料、物料均布落料；所述等离子熔融装置能够对自动计量均布落料装置处理后的物料在1500℃～1650℃的环境下进行熔融处理；所述水淬渣生产装置能够对等离子熔融装置处理后液体在40～60℃进行水淬，得到无害的水淬渣。
[0053] 在本实施例中，所述低热值含水污泥预处理装置包括依次相连接设置的缓存仓、挤压加料装置、初级干化装置、计量配料混料装置、挤压造粒装置和二级干化装置，所述缓存仓的输入端能够输入低热值含水污泥；所述初级干化装置能够将污泥干化至含水率为20％～45wt％，所述计量配料混料装置能够将污泥、河沙、配伍料进行配料和充分混合，所述挤压造粒装置能够将混合后的物料制成粒度为5～30mm的粒状成品，所述二级干化装置能够将造粒后的物料干化至含水率小于20％，得到含水率小于20％的粒状的入炉料。
[0054] 较优地，所述干化装置为闭式循环热泵。
[0055] 在本实施例中，所述自动计量均布落料装置包括依次相连接设置的缓存仓、连续计量给料装置和均布落料装置，所述缓存仓能够输入低热值含水污泥预处理装置处理后的物料，所述连续计量给料装置能够自动定量连续加料，所述均布落料装置能够使物料均布落料。
[0056] 较优地，所述连续计量给料装置采用双螺旋整体称重计量给料系统。
[0057] 本系统的自动计量均布落料装置可以实现自动计量、自动定量连续加料、物料均布落料等功能，提高了本系统的自动化程度，降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。
[0058] 在本实施例中，所述等离子熔融装置包括熔融炉、熔池、等离子加热区、连续溢流排液排气口、高温等离子火炬发生器、观火孔和排净口，所述熔融炉内制有空腔，该空腔的底部设置为碗形，该空腔的底部设置为熔池，该熔池上方的空腔设置为等离子加热区，该熔融炉的顶部与均布落料装置相连接设置，该熔融炉的顶部上也设置观火孔，该观火孔与空腔顶部相连通设置，该熔融炉的下部间隔设置连续溢流排液排气口、排净口，该连续溢流排液排气口与熔池顶部相连通设置，所述连续溢流排液排气口连续排出的液体能够进入水淬渣生产装置中，该排净口与熔池底部相连通设置，该排净口用于停工检修或间歇排密度大的金属溶液时使用；所述熔池上方的熔融炉上沿圆周方向均布间隔设置3支以上高温等离子火炬发生器，该高温等离子火炬发生器能够对等离子加热区进行加热。
[0059] 较优地，所述等离子熔融装置还包括熔池液位测量装置和熔池测温装置，所述熔池液位测量装置、熔池测温装置间隔设置于熔融炉上，且熔池液位测量装置能够检测熔池内液体的液位，熔池测温装置能够检测熔池内液体的温度。
[0060] 在本实施例中，所述水淬渣生产装置包括水封槽、刮板出渣装置、循环水冷却系统、蒸气收集与高温烟气混合外排系统，所述水封槽的输入端能够输入等离子熔融装置处理后的高温液体，该水封槽内能够盛装水淬用水，该水封槽分别与刮板出渣装置、循环水冷却系统、蒸气收集与高温烟气混合外排系统相连接设置，所述刮板出渣装置能够输出水封槽内的水淬渣，所述循环水冷却系统能够控制水封槽内的水温维持在40～60℃，所述蒸气收集与高温烟气混合外排系统能够收集水封槽内水淬时产生的高温烟气并外排。
[0061] 较优地，所述循环水冷却系统能够通过控制循环
冷却水的流量来控制水封槽内的水温维持在40～60℃，所述蒸气收集与高温烟气混合外排系统能够通过控制排气
风量来控制通过连续排液口排出的高温烟气的流量。
[0062] 较优地，所述循环水冷却系统为
板式换热器。
[0063] 在本实施例中，所述烟气净化装置包括依次相连接设置的余热锅炉、干式脱酸反应器、除尘器和湿式脱酸塔、烟气消白烟系统，所述余热锅炉上设置SCR脱硝反应器(图中未示出)，所述余热锅炉包括气体入口，所述等离子熔融装置的高温烟气输出端与余热锅炉的气体入口相连接设置。
[0064] 本系统的烟气净化系统的干式脱酸反应器和除尘器捕集的熔融飞灰及湿式脱酸塔产生的脱硫石膏可作为低热值含水污泥的配伍料重复利用，净化空气的同时，也节约了资源。
[0065] 较优地，所述除尘器包括引风机和布袋除尘器，所述布袋除尘器与引风机相连接设置。
[0066] 实施例1
[0067] 一种低热值含水污泥等离子熔融无害化处理方法，具体步骤如下：
[0068] 将低热值含水污泥初级干化为含水率35wt％后，将低热值含水污泥50wt％、河沙35wt％、生石灰15wt％混合均匀后得到混合物，经过造粒形成粒度为5～30mm的粒状成品后，经二级干化至含水率20wt％的入炉料。入炉料经过双螺旋整体称重计量给料系统进入等离子熔融炉，入炉料在高温等离子火炬发生器灼烧下加热至1600℃变为溶液，溶液经连续排液口排至水封槽内形成无害的水淬渣，水淬渣可以作为建筑铺路材料进行资源化利用。
[0069] 实施例2
[0070] 一种低热值含水污泥等离子熔融无害化处理方法，具体步骤如下：
[0071] 将低热值含水污泥初级干化为含水率45wt％后，将低热值含水污泥40wt％、河沙25wt％、回转窑灰渣35wt％混合均匀后得到得到的混合物，经过造粒形成粒度为10～30mm的粒状成品后，经二级干化至含水率15wt％。混合物经过双螺旋整体称重计量给料系统进入等离子熔融炉，混合物在高温等离子火炬发生器灼烧下加热至1600℃变为溶液，溶液经连续排液口排至水封槽内形成无害的水淬渣，水淬渣可以作为建筑铺路材料进行资源化利用。
[0072] 实施例3
[0073] 一种低热值含水污泥等离子熔融无害化处理方法，具体步骤如下：
[0074] 将低热值含水污泥初级干化为含水率30wt％后，将低热值含水污泥40wt％、河沙35wt％、消石灰25wt％混合均匀后得到得到的混合物，经过造粒形成粒度为5～10mm的粒状成品后，经二级干化至含水率15wt％。混合物经过双螺旋整体称重计量给料系统进入等离子熔融炉，混合物在高温等离子火炬发生器灼烧下加热至1600℃变为溶液，溶液经连续排液口排至水封槽内形成无害的水淬渣，水淬渣可以作为建筑铺路材料进行资源化利用。
[0075] 实施例4
[0076] 一种低热值含水污泥等离子熔融无害化处理方法，具体步骤如下：
[0077] 将低热值含水污泥初级干化为含水率30wt％后，将低热值含水污泥40wt％、脱硫石膏20wt％、
氧化钙20wt％、回转窑焚烧残渣20wt％混合均匀后得到得到的混合物，经过造粒形成粒度为5～10mm的粒状成品后，经二级干化至含水率15wt％。混合物经过双螺旋整体称重计量给料系统进入等离子熔融炉，混合物在高温等离子火炬发生器灼烧下加热至1600℃变为溶液，溶液经连续排液口排至水封槽内形成无害的水淬渣，水淬渣可以作为建筑铺路材料进行资源化利用。
[0078] 尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附
权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和
修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。
