一种含无机灰分和有机物的废盐处理方法及相关处理装置 |
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| 申请号 | CN202311775480.4 | 申请日 | 2023-12-21 | 公开(公告)号 | CN117816697A | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
| 申请人 | 西安航天动力研究所; 西安航天源动力工程有限公司; | 发明人 | 刘丹; 吉彦鹏; 张春飞; 曹腾飞; 张晓明; 李钊; 周楠; 禚斌; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种含无机灰分和有机物的废盐处理方法及相关处理装置。所公开的方法包括：在 温度 ≥1300℃、且高于废盐中无机灰分熔融流动温度50～100℃的条件下，对含无机灰分和有机物的废盐进行熔融 气化 处理，使得废盐中的有机物分解产生高温烟气、盐分气化进入高温烟气、无机灰分熔融产生 熔渣 ；所述高温烟气经冷却、沉降回收其中的盐分，所述熔渣经冷却转化为玻璃体。所公开的装置包括熔融炉和降温沉降装置，废盐在熔融炉中加热熔融气化，产生的高温烟气在降温沉降装置中被冷却收集盐分。实现了有机物的高效 氧 化分解，灰分等无机物和盐的自动分离，并且实现了废盐完全资源化处置。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种含无机灰分和有机物的废盐处理方法，其特征在于，方法包括：在温度≥1300℃、且高于废盐中无机灰分熔融流动温度50～100℃的条件下，对含无机灰分和有机物的废盐进行熔融气化处理，使得废盐中的有机物分解产生高温烟气、盐分气化进入高温烟气、无机灰分熔融产生熔渣；所述高温烟气经冷却、沉降回收其中的盐分，所述熔渣经冷却转化为玻璃体。 |
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| 说明书全文 | 一种含无机灰分和有机物的废盐处理方法及相关处理装置技术领域[0001] 本发明属于工业废盐处理技术领域，涉及一种含无机灰分和有机物废盐的处理方法及相关处理装置。 背景技术[0003] 其中，填埋处置是目前最主要的处置方式，但是需要占用大量的土地，不具备可持续发展的前景。高级氧化法主要针对成分简单、有机物含量低的废盐，对物料的适应性太差。热解、焚烧由于炉内温度不均，易造成废盐局部熔融，沾污堵塞设备。并且对于高有机物废盐，热解产物的总有机碳很难达标；熔融处置对于高有机物高灰分废盐，有机物因氧气接触不充分易碳化、灰分易沉积于炉底，需要定期停炉进行人工清理，影响系统长周期运行。且热解、焚烧、熔融等处置方式在后续还得进行废盐的精制过程，对其中的灰分等杂质进行过滤去除。 [0004] 可见，对于高灰分、高有机物废盐，目前只有熔融最具有可行性。但是，熔融处置也有其自身的缺点。 发明内容[0007] 为此，本发明所提供的含无机灰分和有机物的废盐处理方法包括：在温度≥1300℃、且高于废盐中无机灰分熔融流动温度50～100℃的条件下，对含无机灰分和有机物的废盐进行熔融气化处理，使得废盐中的有机物分解产生高温烟气、盐分气化进入高温烟气、无机灰分熔融产生熔渣；所述高温烟气经冷却、沉降回收其中的盐分，所述熔渣经冷却转化为玻璃体。可选的方案是，所述高温烟气被冷却至低于盐分的熔融流动温度100～150℃回收其中的盐分。 [0008] 本发明同时还提供了一种含无机灰分和有机物的废盐处理装置。所提供的相关装置包括熔融炉，该熔融炉用于对废盐进行熔融气化处理，产生高温烟气、熔渣；所述熔融炉顶部设有高温烟气出口，底部设有熔渣排放口； [0009] 所述废盐气化回收装置还包括高温烟气降温沉降装置，所述高温烟气降温沉降装置包括塔体，所述塔体顶部设有高温烟气进口，底部设有固态物排放口，所述塔体内设有降温区和沉降区，且降温区位于沉降区上方； [0010] 所述降温区设有降温装置； [0011] 所述沉降区内沿塔体内顶部至底部设有多个隔板，各隔板一端安装于塔体内壁，另一端为自由端，且另一端向塔体底部倾斜； [0012] 所述沉降区设有烟气出口，该烟气出口位于固态物排放口上方； [0013] 所述高温烟气降温沉降装置的高温烟气进口与所述高温烟气出口连接。 [0015] 可选的方案是，所述隔板内设有冷却结构。 [0016] 可选的方案是，所述隔板的另一端延伸至塔体内的中轴线或中轴线附近，所述多个隔板在塔内交错分布。 [0017] 可选的方案是，所述冷却区的内径小于沉降区的内径。 [0018] 可选的方案是，所述固态物排放口为倒锥形结构。 [0019] 可选的方案是，所述熔融炉包括卧式炉体，所述炉体包括沿轴向依次设置的炉头、炉身和炉尾，所述炉头和炉尾固定设置，所述炉身轴向两端分别与炉头与炉尾密封可转动连接； [0020] 所述炉头的炉壁上设有进料口，所述炉头的炉壁上安装有第一加热装置，所述炉尾的顶部设有高温烟气出口，底部设有熔渣排放口，所述炉尾的炉壁上安装有第二加热装置。 [0021] 进一步可选的方案是，所述降温沉降装置位于熔融炉的炉尾端，且熔融炉的轴向与降温沉降装置的上下方向垂直，所述高温烟气出口与降温沉降装置的高温烟气进口通过烟道连通。 [0022] 还可选的方案是，所述烟道向上倾斜，且高温烟气出口位于烟道的低端，高温烟气进口位于烟道的高端。 [0023] 进一步的方案是，所述烟气出口依次连接有换热器和除尘器；降温沉降装置排出的烟气经过后续的换热器进行余热回收和盐分回收，除尘器再一次对烟气夹带盐分收集。更进一步，所述换热器与第一加热装置的连接，第一加热装置所需的助燃气体通过换热器和降温沉降装置排出的烟气进行换热。 [0024] 本发明通过废盐气化、高温烟气降温沉降，使废盐高温去除有机物，然后气化盐分通过降温沉降得以固态回收；灰分等无机物高温熔融，形成无害化的玻璃体。本发明的装置可实现废盐中有机物的高效氧化分解，灰分等无机物和盐的自动分离，并且实现了废盐完全资源化处置。对于单一成分的废盐，回收的固态盐无需进行溶解、过滤、蒸发、结晶等精制过程，完全可满足指标要求，简化了处置工艺流程。 [0026] 图1为本发明实施例中的含无机灰分和有机物的废盐处理装置结构图。 [0027] 图2为本发明实施例中含无机灰分和有机物的废盐处理工艺流程图。 [0028] 图3为本发明实施例中所述熔池内物质示意图。 具体实施方式[0029] 除非有特殊说明，本文中的科学与技术术语根据相关领域普通技术人员的认识理解。 [0031] 本发明的处理方法主要是在温度≥1300℃、且高于废盐中无机灰分熔融流动温度50～100℃的条件下，对含无机灰分和有机物的废盐进行熔融气化处理，使得废盐中的有机物分解产生高温烟气、废盐中的盐分气化进入高温烟气、无机灰分熔融产生熔渣；所述高温烟气经冷却回收其中的盐分，所述熔渣经冷却转化为玻璃体。 [0032] 具体方案中，如待处理废盐中灰分成分不满足玻璃化要求，可通过废盐与助溶剂配伍。玻璃化要求的量化对应指标根据国标GB/T41015‑2021《固体废物玻璃化处理产物技术要求》，灰分熔融后玻璃体含量要达到85％以上。 [0033] 实施例1： [0034] 实现本发明工艺的装置包括熔融炉1和高温烟气降温沉降装置3，其中熔融炉可采用现有工业废盐处置熔融炉，废盐在熔融炉内加热降解熔融，其中的有机物分解产生高温烟气、废盐中的盐分气化进入高温烟气、无机灰分熔融产生熔渣； [0035] 高温降温沉降装置用于对高温烟气进行冷却和降尘处理，收集高温烟气中盐分，一种具体的高温降温沉降装置参见图1所示，包括塔体13，该塔体顶部设有高温烟气进口，底部设有固态物排放口17，塔体内设有降温区B1和沉降区B2，且降温区位于沉降区上方；所述降温区设有降温装置15(如冷却介质喷嘴或冷却介质喷淋管等，冷却介质可为水冷或风冷)；所述沉降区内沿塔体内顶部至底部设有多个隔板16，各隔板一端安装于塔体内壁，另一端为自由端，且另一端向塔体底部倾斜； [0036] 所述沉降区设有烟气出口18，该烟气出口位于固态物排放口17上方； [0037] 工业废盐送入熔融炉后，在温度≥1300℃、且高于废盐中无机灰分熔融流动温度50～100℃的条件下，对含无机灰分和有机物的废盐进行熔融气化处理，使得废盐中的有机物分解产生高温烟气、废盐中的盐分气化进入高温烟气、无机灰分熔融产生熔渣； [0038] 之后，熔渣经水冷后转化为玻璃体；高温烟气经高温烟气进口送入降温沉降装置塔体中，首先在降温区通过冷却装置将烟气降温，使得烟气温度低于盐分的熔融流动温度100～150℃，使盐分变为固体颗粒；携带固体颗粒的烟气下降至沉降区(该区域烟气流速降低至2m/s以下)，在隔板的作用下，通过改变烟气流向，在隔板附近形成回流区，促使废盐自然沉降，从而使盐颗粒在重力和惯性力的作用下和烟气分离，通过底部的固态物排放口收集；剩余烟气经烟气出口排出。 [0039] 优选方案中，多隔板在沉降区的分布方式进行优化设计，一种优选的示例如图1中所示，各隔板的一端安装在塔体内部，另一端延伸至塔体内的中轴线或中轴线附近，并且多个隔板在塔体内交错分布，使得下降过程中的烟气可被隔板改变流向。 [0040] 具体方案中，隔板材质可为耐高温非金属材料制作。还有些优选方案中，各隔板可为内设水冷或风冷的金属冷却隔墙结构，如内设冷却介质夹层或通道，使得隔板表面为低温环境，进一步对烟气进行冷却，充分回收其中的盐分。 [0041] 考虑到冷却区尽可能在短时间小区域产生强烈的传热传质换热效果，而沉降区尽量通过大内径来降低流速，使固体物与烟气分离，另有些方案中，冷却区的内径小于沉降区的内径。 [0042] 还有些方案中，为了加快沉降颗粒的回收，塔体底部固态物排放口为倒锥形结构。 [0043] 具体方案中，降温沉降装置塔壁的结构可由塔壁壳体13和耐材内衬14组成。 [0044] 实施例2： [0045] 进一步的方案中，还可以对熔融炉(或称废盐气化炉)的结构进行优化，使得废盐在熔融过程中与氧气充分接触，确保有机物充分降解，一种优选的熔融炉结构如图1所示，该熔融炉为卧式结构，其包括沿熔融炉轴向依次设置的炉头A1、炉身A2和炉尾A3，其中,炉头和炉尾固定设置，炉身轴向两端分别与炉头与炉尾密封可转动连接；炉头的炉壁上设有进料口6，并且炉头的炉壁上安装有第一加热装置7(如纯氧或富氧燃烧器)，所述炉尾的顶部设有高温烟气出口12，底部设有熔渣排放口9，炉尾的炉壁上安装有第二加热装置8(如纯氧或富氧燃烧器)。 [0046] 废盐进入熔融炉后，在中间段炉身旋转驱动装置10的作用下进行旋转运动，废盐与空气中的氧气在旋转过程中充分接触，使废盐中的有机物完全氧化焚烧干净；过程中，第一、第二加热装置为炉内提供所需热量，使得废盐降解熔融并气化，物料在旋转作用下从炉头A1区到达炉尾A3区，熔渣经熔渣排放口9排出水冷后成玻璃体，高温烟气经炉尾顶部的烟气排放口进入降温沉降装置(或称降温沉降室)。 [0047] 具体方案中，熔融炉的各段炉壁可由壳体4和耐材内衬5组成。 [0048] 更优选的方案中，可对图1所示的熔融炉与本发明的降温沉降装置的安装方位进行设置，如图1所示，降温沉降装置位于熔融炉的炉尾端，且熔融炉的轴向与降温沉降装置的上下方向垂直，高温烟气出口与降温沉降装置的高温烟气进口通过烟道2连通。具体方案中，烟道壁可由烟道壳体11和烟道耐材内衬12构成。进一步优选的，其中烟道向上倾斜(如倾斜角度大于等于60°)，呈“人”字型结构，且高温烟气出口位于烟道的低端，高温烟气进口位于烟道的高端，可以使得部分气化的盐分在碰撞到连接烟道的内壁后，可能会冷却变为液体，顺着倾斜布置的烟道返回气化炉内，在下降过程中，此部分盐分被再次气化。 [0049] 实施例3： [0050] 如附图2所示，进一步的方案中降温沉降装置依次还连接有换热器、除尘器、碱洗塔和排放系统。降温沉降装置排出的烟气经过后续的换热器进行余热回收和盐分回收，除尘器再一次对烟气夹带盐分收集，碱洗塔对烟气中的酸性成分脱除后，通过排放系统达标排放。 [0051] 进一步优选的方案中，第一加热装置所用的助燃气体通过换热器和降温沉降装置排出的烟气进行换热，从而一方面提高助燃气的温度，节约部分天然气等燃料，降低系统的能耗；同时可对烟气中的废盐做进一步回收。 [0052] 实施例4： [0053] 该实施例分别利用常规废盐熔池熔融炉常规熔融处置和图1所示本发明气化熔融装置对表1所示某废盐进行处理。 [0054] 表1 [0056] 采用常规废盐熔池熔融炉常规熔融处置时，需定期停炉对炉底沉积物进行清理，如图3所示，熔池内物质会形成分层，上层为以NaCl为主要成分的单一成分盐，下层为含固定碳、无机灰分(硅、镁、钙等)及部分盐分的黑色碳化物。 [0057] 通过图1所示装置(废盐气化炉尺寸φ2*8m，炉头和炉尾各设置一台天然气与50％富氧空气燃烧，富氧空气经换热器加热后温度为450℃)进行处置，卧式熔融炉内温度约为1400℃；降温沉降装置通过喷水进行降温，经降温区降温后烟气温度700℃； [0058] 降温沉降装置底部的固体盐排出后，对其成分及总有机碳进行测试，结果如下表2所示。 [0059] 表2 [0060] NaCl/％ 总有机碳mg/kg 数值 99.4 20 [0061] 灰分等无机物熔渣产物经水淬后，对形成的玻璃体渣进行玻璃体及酸溶失率检测，结果如下表3所示： [0062] 表3 [0063] 玻璃体含量/％ 酸溶失率/％ 数值 95 1.0 [0064] 可以看出，固体盐中总有机碳含量已满足氯碱行业原料的指标要求，玻璃体渣中玻璃体含量和酸溶失率也满足国标《固体废物玻璃化处理产物技术要求》。实现了废盐的完全资源化。 |
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