CN101513640A - 锌镉超积累植物无害化固定床热解系统 - Google Patents

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陆胜勇
吴龙华
骆永明
李晓东
池涌
蒋旭光
马增益
王飞
金余其
杨家林
倪明江
岑可法
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Abstract

本发明公开了一种锌镉超积累植物无害化固定床热解处置系统,将干燥后的锌镉超积累植物送入热解炉进行热解,热解产生的热解气再处理后通过焚烧综合利用系统焚烧再利用;焚烧综合利用系统输出的热烟气部分用于干燥锌镉超积累植物,部分用于热解炉供热;热解炉内的热解温度维持依靠燃料油燃烧产生的热烟气、焚烧综合利用系统输出的部分热烟气以及热解炉内锌镉超积累植物热解和燃烧反应释放的热量;焚烧综合利用系统输出的热烟气干燥锌镉超积累植物后经活性炭吸附净化后排空。采用该热解技术,90%以上的镉和99%以上的锌可被固定于热解焦炭中,实现了锌镉超积累植物的无害化处置和能源综合利用。

Description

锌镉超积累植物无害化固定床热解系统
技术领域
本发明涉及一种锌镉超积累植物无害化固定床热解系统。
背景技术
工业生产活动所造成的重金属污染已逐步扩散到土壤,部分地区的土壤重金属污染呈现加重趋势。据有关报道,目前我国受汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、铅(Pb)等重金属污染的耕地面积达2×108hm,约占总耕地面积的五分之一;全国每年因重金属污染而造成的粮食减产和受污染的经济损失至少200亿元。为了实现可持续的发展战略,土壤重金属污染修复技术的研究已经成为了当前环境污染防治的一大热点和难点。
土壤重金属污染修复技术主要包括两大类:以换土、热修复、玻璃化、电修复、淋洗法等常规治理技术为代表的传统修复技术,以植物修复技术为代表的新型生物修复技术。前者主要适用于局部受重金属严重污染的热点土壤修复,后者则适用于大面积受重金属污染的土壤修复。近几年发展起来的植物修复技术,由于其具有治理效果永久性、治理过程原位性、治理成本低廉性、环境美学兼容性等经济技术优势而使其在重金属污染土壤修复领域显示出了良好的应用前景。
然而,对重金属污染土壤进行植物修复所得的富含重金属生物质同样存在着一个后续安全处置问题。国外相关文献认为处置重金属超积累植物的途径大致有热处置、压缩填埋和堆肥三种,但大都停留在实验室研究阶段。以热处置方法为例,目前国内外流行的热解气化处置技术主要针对的是农作物秸秆等常规生物质,而对富含重金属的有潜在环境危害的生物质处理技术的研究甚少:在焚烧方面,华南理工大学的邢前国等人对富含镉(Cd)、铅(Pb)的野生植物铁芒萁进行了探索性的研究,发现虽然焚烧方法可使生物质减重90%以上,但焚烧后底灰中重金属损失严重,不利于回收;在热解方面,瑞士Catherine Keller等人对富含有镉(Cd)和锌(Zn)的超积累植物Thlaspicaerulescens进行了探索性的研究,发现与氧化状态下的焚烧方法相比,热解可以提高底灰中重金属的回收率。
但目前为止,国内外还没有专门针对锌镉超积累植物无害化热处置技术的报道。
发明内容
本发明提供了一种适用于锌镉超积累植物后续处置的有效系统,填补国内外针对该类特殊生物质固定床热解处置技术的空白。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种锌镉超积累植物无害化固定床热解系统,包括,将干燥后的锌镉超积累植物送入热解炉进行热解,热解产生的焦炭及固体残渣通过热解炉下部的焦炭收集箱收集和再利用,热解产生的热解气再处理后通过焚烧综合利用系统焚烧再利用;焚烧综合利用系统输出的热烟气部分用于干燥锌镉超积累植物,部分用于热解炉供热;热解炉内的热解温度维持依靠燃料油燃烧产生的热烟气、焚烧综合利用系统输出的部分热烟气以及热解炉内锌镉超积累植物热解和燃烧反应释放的热量;焚烧综合利用系统输出的热烟气干燥锌镉超积累植物后经活性炭吸附净化后排空。
所述的热解气再处理过程为:热解气首先经过旋风分离器分离,再经过水冷系统冷凝后储存,同时收集冷凝产生的焦油,烟气中夹带的颗粒物被高效分离收集后送入焦炭收集箱与热解产生的焦炭一并处理。产生的焦油也可与再处理后的热解气一同焚烧综合再利用。
所述的热解炉顶部包括原料入口和热解气出口,在炉膛内顶部原料入口与热解气出口的正中布置了长度为三分之二炉膛高度的反应隔板,反应隔板将炉膛分隔为热解反应室及热解气通道;在热解反应室一侧的炉膛顶部安装了与预燃室连接的高温烟气入口,油燃烧产生的高温烟气被进一步引入热解室,在高温烟气入口的下方开设了热解气焚烧烟气的引入口,在炉膛底部安装了圆形的自动排渣器。
焦炭收集箱侧面的顶部开设了专门用于收集旋风分离所得焦炭的焦炭收集孔,焦炭收集箱侧面的底部开设了专门用于热解焦炭安全处置和回收利用的外排孔。
本发明特别针对锌镉超积累植物而设计,具有如下的效果:
1)采用带有隔板的固定床热解反应室及圆形的自动排渣器,可以在提高反应效率的同时,增加了反应气路的通畅性和反应过程的连续性;
2)采用焚烧综合热利用系统,不仅可以部分利用焚烧后的高温烟气干燥生物质原料,还可以使高温烟气直接参与热解反应,既回收了能量又有利于热解气氛的稳定,储气罐和油类液态产物收集箱中的热解油和可燃热解气除用于本系统焚烧综合利用外,多余的可燃热解气和热解油可以作为二次能源进行储备外供使用;
3)小型试验台架的实验表明:采用该热解技术(最佳温度范围为500~600℃)处理锌镉超积累植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola),结合尾部活性炭吸附可以使烟气达到清洁排放,结合热解焦炭收集箱可以使90%以上的镉(Cd)及99%以上的锌(Zn)固定于热解焦炭和灰渣中,使重金属的最终无害化处置或回收利用更加方便和可能。
本发明基于固定床热解烟气中重金属排放浓度低和热解焦炭及灰渣中重金属回收率高的技术优点,进行了独特的炉膛设计,并通过整合高效的热解油和热解气焚烧综合热利用系统,实现了锌镉超积累植物无害化热处置和能源的综合利用。
附图说明
图1是本发明系统示意图;
图2是本发明系统中热解炉膛结构示意图;
图3是本发明系统中焚烧综合利用系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明包括:原料干燥室1,下接原料仓2,与原料仓2连接的热解炉3,热解炉3底部的焦炭收集箱4,与热解炉3顶部热解气出口3.4相连的旋风分离器5,与旋风分离器5相连的水冷系统6,水冷系统6下部的油类液态产物收集箱7,水冷系统烟气出口侧的引风机8和储气罐9,储气罐9与焚烧综合利用系统10相连,焚烧综合利用系统10的出口通过三通阀10.7与原料干燥室1和热解气焚烧烟气入口3.5相连,原料干燥室1烟气出口通过活性炭吸附室12、引风机13与烟囱14连接。其中油类液态产物收集箱7和储气罐9还设有作为二次能源进行外供的阀门。
破碎后的生物质首先在原料干燥室1经高温烟气干燥后进入原料仓2,从原料仓2出口借助提升机或皮带输送等传统给料方式从热解炉3顶部的原料入口3.3送入炉膛进行热解反应,反应后的焦炭及残渣进入焦炭收集箱4,反应后的热解气依次通过旋风分离器5和水冷系统6,沸点较低的挥发物冷凝后汇集到油类液态产物收集箱7,未冷凝的可燃热解气体在引风机8的带动下进入储气罐9,储气罐9作为可燃气体产物的终端储存装置,既可担负作为能源综合外供使用,也可部分利用这些可燃气体经过焚烧综合热利用系统10后在引风机13的带动下经过原料干燥室1进行生物质原料的干燥,干燥后的尾气经活性炭吸附室12最终通过烟囱14达标排放。
如图2所示,在原料通过炉膛原料入口3.3进入热解反应室3.8前,利用来自3.12的燃料油与送风机3.11的空气在预燃室3.1燃烧产生热烟气,通过高温烟气入口3.2进入热解炉,使炉膛内气氛达到最佳的热解状态(最佳热解温度为500~600℃);原料进入热解反应室3.8后,在重力的作用下向炉膛底部移动,同时迅速热解气化,热解产生的热量以及铺设在炉膛四周的保温层3.6将有助于维持热解反应的温度,热解残渣和焦炭大部分直接沉降到炉膛底部,并通过圆形自动排渣器3.10进入炉膛下部的焦炭收集箱体4.1,少部分残渣和焦炭经旋风分离器5后通过回料管收集孔4.2进入焦炭收集箱体4.1,焦炭收集箱体4.1内的热解焦炭和残渣通过焦炭处置孔4.3实现外排,并可进一步进行重金属的最终无害化处置或回收利用;热解产生的热解气气经过反应隔板3.7右侧的烟气通道3.9从炉膛顶部的热解气出口3.4进入旋风分离器5;从热解反应室侧内壁上端的热解气焚烧烟气入口3.5进入反应室的高温烟气将有助于维持反应的气氛和反应过程的连续性。
如图3所示,焚烧综合利用系统10包括燃烧室10.1,热解反应收集的焦油和可燃热解气与空气在焦油收集箱的输油控制阀10.5、储气罐的输气控制阀10.6、风机11的调控下,分别通过燃烧室10.1底部的油燃烧器10.3、可燃气燃烧器10.2,在燃烧室内充分燃烧。焚烧产生的高温烟气通过顶部的烟气出口10.4进入到三通阀10.7,其中部分高温烟气经过三通阀10.7顶部通道直接从炉膛热解气焚烧烟气入口3.5进入热解反应室3.8参与热解反应,部分高温烟气经过三通阀10.7左侧通道从原料干燥室1底部的高温烟气入口进入原料干燥室1直接用于原料的干燥。

Claims (6)

1.一种锌镉超积累植物无害化固定床热解系统,其特征在于:将干燥后的锌镉超积累植物送入热解炉(3)进行热解,热解产生的焦炭及固体残渣通过热解炉(3)下部的焦炭收集箱(4)收集和再利用,热解产生的热解气再处理后通过焚烧综合利用系统(10)焚烧再利用;焚烧综合利用系统(10)输出的热烟气部分用于干燥锌镉超积累植物,部分用于热解炉(3)供热;热解炉(3)内的热解温度维持依靠燃料油燃烧产生的热烟气、焚烧综合利用系统(10)输出的部分热烟气以及热解炉(3)内锌镉超积累植物热解和燃烧反应释放的热量;焚烧综合利用系统(10)输出的热烟气干燥锌镉超积累植物后经活性炭吸附净化后排空。
2.根据权利要求1所述的锌镉超积累植物无害化固定床热解系统,其特征在于:所述的热解炉(3)内的热解温度为500~600℃。
3.根据权利要求1所述的锌镉超积累植物无害化固定床热解系统,其特征在于:所述的热解气再处理过程为:热解气经过旋风分离器(5)后,再经过水冷系统(6)冷凝后储存,同时收集冷凝产生的焦油,分离得到的颗粒物送入焦炭收集箱(4)。
4.根据权利要求3所述的锌镉超积累植物无害化固定床热解系统,其特征在于:所述的焦油与再处理后的热解气一同进入焚烧综合利用系统(10)焚烧再利用。
5.根据权利要求1所述的锌镉超积累植物无害化固定床热解系统,其特征在于:所述的热解炉(3)顶部包括原料入口(3.3)和热解气出口(3.4),热解炉(3)内顶部在原料入口(3.3)与热解气出口(3.4)正中布置长度为三分之二炉膛高度的反应隔板(3.7),反应隔板(3.7)将炉膛分隔为热解反应室(3.8)及热解气通道(3.9);热解反应室(3.8)一侧的炉膛顶部设有与预燃室(3.1)连接的高温烟期入口(3.2),高温烟气入口下方(3.2)的炉壁上设有热解气焚烧烟气入口(3.5),热解炉(3)底部设有圆形自动排渣器(3.10)。
6.根据权利要求5所述的锌镉超积累植物无害化固定床热解系统,其特征在于:所述的热解炉(3)四周包裹保温层(3.6)。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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