CN104226100B - 兼顾脱硝的水泥窑处置半固态废物的预处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种兼顾脱硝的水泥窑处置半固态废物的预处理装置，包括：一翻斗机，用于将物料倒入斗式提升机的料斗内，斗式提升机连接一固态和半固态还原剂储罐；斗式提升机将物料倒入喂料机内，喂料机底板设有格栅结构，对应锤式破碎机内，喂料机或锤式破碎机的入料口连接废液箱，锤式破碎机的入料口连接液态还原剂储罐；锤式破碎机的出料口下方为无轴双螺旋输送机，无轴双螺旋输送机的出料端对应大倾角重型振动筛；大倾角重型振动筛的下方为双螺旋搅拌接料槽，双螺旋搅拌接料槽通过无阻塞泥浆泵组连接真空储料罐，真空储料罐上部连接液态还原剂储罐；大倾角重型振动筛的一端连接裙边皮带机，裙边皮带机的上方设有除铁器。本发明还公开了预处理方法。

Description

兼顾脱硝的水泥窑处置半固态废物的预处理装置和方法

技术领域

本发明涉及一种兼顾水泥窑烟气脱硝的水泥窑处置半固态废物的预处理装置。

本发明还涉及利用上述装置在水泥窑处置半固态废物的预处理过程中添加脱硝还原剂以兼顾水泥窑尾气氮氧化物减排的方法。

背景技术

随着社会经济发展及人们环保意识觉醒，水泥工业迅猛发展的同时，也肩负越来越多的环保重任。一方面，水泥工业是大气污染物的重要排放源，是氮氧化物排放大户，水泥窑节能减排势在必行。另一方面，水泥窑在废物处置方面有巨大潜力，比传统废物处置方式具有明显优势，越来越受到各方面重视。

首先，水泥工业氮氧化物减排任务艰巨。近年来，我国水泥工业已成为氮氧化物排放第三大户，贡献了10％的总排放量。“十二五”时期，水泥窑烟气脱硝工程被列为“十二五”环境保护重点工程，排放总量要削减10％。2014年实施的最新《水泥工业大气污染物排放标准》中，将氮氧化物排放限值从800mg/m³降到了400mg/m³，特别排放限值最低为300mg/m³(采用独立热源烘干设备)。国家相关政策要求2015年水泥行业氮氧化物排放量控制在150万吨；对新型干法窑降氮脱硝，新、改、扩建水泥生产线综合脱硝效率不低于60％。严峻的环境形势和严格的环保标准将极大促进水泥工业氮氧化物减排技术的应用和推广，也考验着水泥企业创新能力。

与此同时，水泥工业绿色转型的一个重要途径是协同处置废物。水泥窑是发达国家处理固体废物的重要设施，得到了广泛的认可和应用，在我国也越来越得到肯定和重视。利用水泥回转窑燃烧温度高、物料停留时间长、负压状态运行、工况稳定等特点，能有效对各种有毒性、易燃性、腐蚀性、反应性的危险废物进行降解，而且处置过程不产生废渣、热能利用充分，甚至能取代部分燃料和原料。这种处置方式避免了传统高温焚烧的高成本和二次污染问题，因而被国际公认为处置工业废物的最有效方法。

在此背景下，水泥窑NOx减排和利废方面的环保技术得到了长足发展，但同时也遇到了一些技术瓶颈。

氮氧化物减排方面，目前主要有两大措施，分别是推广低氮燃烧改造和安装烟气脱硝装置。选择性非催化还原(SNCR)是水泥行业已投入商业运行最成熟的脱硝技术。该技术在不采用催化剂的情况下，把氨水或者尿素等还原剂喷入高温烟气中，将氮氧化物还原为N₂和H₂O，脱硝效率为40％-70％。SNCR在投资、建设周期、脱硝效率等方面综合效果最好，适用于水泥行业脱硝项目。目前，虽然SNCR烟气脱硝技术应用较多，但脱硝效率不高、氨逃逸较多是其缺陷。该技术烟气和还原剂必须充分混合才能发挥好的脱硝效果，而且必须在短时间内混合充分，否则会降低选择性。另外，还原剂消耗很大，无论是氨水还是尿素，都要配成一定浓度的溶液喷射入分解炉，由此引入的水会增加燃料消耗。

废物处置方面，利用水泥窑协同处置技术处理半固态工业废物(如漆渣、污泥、油墨等)具有一定的困难。此类废物具有含大块杂物、易干结成块、粘稠等特性，容易对常规的废物入窑输送设备造成堵塞，且无法实现物料连续均一入窑，致使输送设备运转率低；同时，此类废物的化学组成有较大波动，致使废物的组分前后差异较大，直接入窑会影响水泥熟料烧成质量。因此，水泥窑协同处置此类废物时必须采取合理的预处理措施。

公开号CN200710037748.9的发明专利公开了一种含有半固态废物的预处理方法，将固态、半固态、液态废物分类并分别选择不同工艺进行前期处理，前期处理工艺包括加温稀化、破碎等，不同种类废物按照一定的比例进行搅拌混合、挤压成型等处理，最终得到块状固体产物入炉焚烧。该处理方法可得到组分均匀产物，但存在半固态废物掺量较低、处理成本较高等缺点。

公开号CN3143479.7的发明专利公开了一种利用水泥回转窑来处理危险废物的方法，对于半固态危险废物，可将其包装在容器内，并借助特殊的废物输送装置，将其射至水泥窑内的预定区域进行焚烧，但由于各批次废物成分差别较大，且在容器中易发生爆炸，因此对水泥回转窑及熟料质量产生较大影响。

公开号CN103042024A的发明专利公开了一种兼顾脱硝的干法旋窑能源化处理城镇生活垃圾的方法；授权公告号CN102757164B的发明专利提到了一种兼顾脱硝的干法旋窑处理有机质污泥的装置与方法；公开号CN102923923A的专利公开了一种利用处置污泥来降低氮氧化物的方法。这三种方法虽然均能将废物处置及脱硝一起考虑，但是脱硝效果很大程度上受限于污泥中固有的参与脱硝物质的含量，脱硝效率受到很大程度制约，只是利用了系统处置废物来影响脱硝，作用极其有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼顾水泥窑烟气脱硝的水泥窑处置半固态废物的预处理装置。

本发明的又一目的是提供一种利用上述装置在水泥窑处置半固态废物的预处理过程中添加脱硝还原剂以兼顾水泥窑尾气氮氧化物减排的方法。

为实现上述目的，本发明提供的预处理装置，包括：

一翻斗机，用于将物料倒入斗式提升机的料斗内，斗式提升机连接一固态和半固态还原剂储罐；

斗式提升机将物料倒入喂料机内，喂料机底板设有格栅结构，对应锤式破碎机内，喂料机或锤式破碎机的入料口连接废液箱，锤式破碎机的入料口连接液态还原剂储罐；

锤式破碎机的出料口下方为无轴双螺旋输送机，无轴双螺旋输送机的出料端对应大倾角重型振动筛；

大倾角重型振动筛的下方为双螺旋搅拌接料槽，双螺旋搅拌接料槽通过无阻塞泥浆泵组连接真空储料罐，真空储料罐上部连接液态还原剂储罐；

大倾角重型振动筛的一端连接裙边皮带机，裙边皮带机的上方设有除铁器。

所述的预处理装置中，翻斗机、喂料机和大倾角重型振动筛的上方各设有集气罩，集气罩通过净化器连接风机，风机连接至烟囱。

所述的预处理装置中，喂料机的上部设有恒流阀。

所述的预处理装置中，喂料机的入料口与废液箱之间设有废液泵，锤式破碎机的入料口与液态还原剂储罐之间设有液态还原剂泵。

所述的预处理装置中，真空储料罐内设置搅拌桨，真空储料罐底部设置排放口。

所述的预处理装置中，除铁器和大倾角重型振动筛相应地各设有废料箱。

所述的预处理装置中，双螺旋搅拌接料槽设有酸碱检测仪、粘度计和氨氮检测仪，并设有取样口。

本发明提供的利用上述装置进行半固态废物的预处理方法：

1)将半固态废物倒入翻斗机内；

2)翻斗机将物料倒入斗式提升机的料斗内，由斗式提升机将物料倒入喂料机内；

3)物料经喂料机均匀喂入锤式破碎机内被破碎打散，使粘稠状的物料在被破碎打散的同时失去粘稠性，还原剂被打散的同时与物料充分混合均匀；

4)被锤式破碎机打散破碎的物通过无轴双螺旋输送机进行搅拌混合后输送至大倾角重型振动筛，大倾角重型振动筛的筛下物落入双螺旋搅拌接料槽，并由无阻塞泥浆泵组泵送至真空储料罐中储存；大倾角重型振动筛的筛上物由除铁器进行除铁，与其它杂物分离后分别落入各自的废料箱中储存；

所述的预处理方法中，双螺旋搅拌接料槽上设有酸碱检测仪、粘度计、氨氮检测仪和取样口，并根据物料酸碱度、粘度、烧失量的检测结果添加不同的添加剂，将物料的总氨基氮含量控制在2-4％；添加的步骤和添加剂的种类分别是：

步骤1)中向半固态废物中添加固态、半固态还原剂；

步骤2)中向喂料机内添加废液，或在步骤3)中向锤式破碎机内添加废液，以调节物料的含固率、流动性和组分，并对锤式破碎机进行冷却；

步骤3)中向锤式破碎机内添加液态还原剂；

步骤4)中向真空储料罐内添加液态还原剂。

所述的预处理方法中，各步骤中产生的废气由集气罩收集及净化后排放至大气中。

与现有技术相比，本发明具有以下效果：

1)本发明可处理较难直接入窑焚烧处置的半固态工业废物。预处理产物具有性能稳定、成分均匀可控、物理形态单一等特点，便于水泥窑处置。

2)本发明采用固态、半固态、液态物质作为脱硝还原剂，突破传统SNCR还原剂为氨水或尿素溶液等液态物质，降低了脱硝成本及还原剂配置过程的氨逃逸；通过添加含氮废物来脱硝，能够最大限度的保护环境，能够以废治废。

3)本发明在预处理工艺流程的前段、中段、后段三个位置添加脱硝还原剂。其中，前段位于上料位置，固态、半固态还原剂由此添加，保证后期能够经过破碎、搅拌等工序而均匀；中段位于破碎机上游，液态还原剂主要由此添加；后段位于预处理产物收集罐，添加液态还原剂调节产物还原剂含量，保证预处理产物中还原剂达到预定稳定含量。

4)本发明将还原剂随预处理产物由污泥泵送系统直接送入窑尾烟室至分解炉喷煤嘴以下的区域，避免了传统喷射入分解炉时分散及均匀性难题；不需要额外的还原剂喷射装置，降低了建设成本。

附图说明

图1是本发明的装置示意图。

图2是本发明的工艺流程示意图。

附图中符号说明：

1-翻斗机；2-除铁器；3-斗式提升机；4-恒流阀；5-喂料机；6-锤式破碎机；7-无轴双螺旋输送机；8-大倾角重型振动筛；9-裙边皮带机；10-除铁器；11-废料箱；12-废料箱；13-废液箱；14-废液泵；15-双螺旋搅拌接料槽；16-无阻塞泥浆泵组；17-真空储料罐；18-真空机组；19-集气罩；20-净化器；21-风机；22-烟囱；23-搅拌运输罐车；24-固态、半固态还原剂储罐；25-液态还原剂储罐；26-液态还原剂泵。

具体实施方式

本发明在解决半固态废物处置技术难题的同时，改变SNCR技术还原剂传统的存在形态和入窑方式，使水泥窑减排与利废相结合。

本发明针对水泥窑协同处置含杂物多、粘稠等半固态工业废物，以及水泥窑烟气脱硝，提出一种将两者有机结合的新型预处理方法，突破半固态废物处理和烟气脱硝限制瓶颈，并将其有机结合。根据半固态工业废物的组成、化学成分、含杂物种类和含量、氨基氮等理化性能指标，设计一套半固态废物预处理生产线，不同种类半固态废物按照一定比例复配，经过破碎、筛分、磁选、搅拌、添加还原剂、检测等处理，制备出性能稳定、组分均匀的预处理成品。同时，在半固态废物预处理过程的前段、中段和末段等多个位置添加还原剂，通过预处理过程中的破碎和搅拌，使还原剂与半固态物质充分均匀混合，所制备的预处理产物能满足污泥泵送系统要求，达到入窑和燃烧都稳定持续；脱硝还原剂能够合理调节、均匀入窑，能够部分或全部替代SNCR的还原剂喷射入窑，起到降低氮氧化物排放的效果；还原剂随半固态废物从分解炉中部到窑尾之间区域进入系统，通过炉内气体的旋流、喷腾而与生成的氮氧化物充分混合，解决了还原剂喷射入窑时分散及均匀性难题；减少传统还原剂尿素溶液或氨水用量，降低了喷液体导致的窑系统热量损失和稳定性问题，节约的热量可以用于处置更多废物(增加废液处置量)。

本发明提供了一种兼顾脱硝的水泥窑处置半固态废物的预处理方法，能够突破半固态废物预处理的技术瓶颈，打破水泥窑烟气脱硝还原剂传统的存在形态和入窑方式，将水泥窑协同处置废物和烟气脱硝有机结合。

请参阅图1，是本发明的装置示意图，图2是本发明的工艺流程示意图。

本发明的预处理装置包括：上料系统、破碎系统、筛分系统、收集系统、还原剂添加系统、检测系统和废气净化系统。

上料系统包括：翻斗机1、一次除铁器2、斗式提升机3、恒流阀4、废液泵11、废液箱12等，半固态废物经上料系统输送至破碎系统。

破碎系统包括：喂料机5、高速切削锤式破碎机6、无轴双螺旋输送机7等。

筛分系统包括：大倾角重型振动筛8等。

收集系统包括：双螺旋搅拌接料槽15、无阻塞泥浆泵组16、真空储料罐17、裙边皮带机9、二次除铁器10、废料箱11、搅拌运输罐车23等。

还原剂添加系统包括：固态、半固态还原剂储罐24、液态还原剂储罐25、液态还原剂泵26。

检测系统包括：酸碱检测仪、粘度计、氨氮检测仪等。

废气净化系统包括：集气罩19、净化器20、风机21、管线等。

下面结合图1和图2，对本发明的预处理装置及预处理方法作详细说明。

按一定比例将不同物化特性的半固态废物依次倒入物料接受装置的翻斗机1内，根据氮含量及添加比例，由固态、半固态还原剂储罐24将固态、半固态还原剂添加到翻斗机1内，此处的添加称为前段添加，固态或半固态还原剂包括尿素、废尿素等)。翻斗机1设置有格栅，筛除偶然出现的超大块杂物进入系统，防止其对后续设备造成损坏。格栅位置设有除铁器2，避免大块铁进入破碎系统产生破坏。翻斗机1内物料装满之后将物料倒入斗式提升机3的料斗内。在斗式提升机3提升过程中，便可以向翻斗机1中再次添加物料，提高了投料速度。

斗式提升机3将物料提升至喂料机5高度后，将物料倒入喂料机5内。喂料机5上部设置有恒流阀4，使物料的流量初步均匀。物料经喂料机5均匀喂入锤式破碎机6内，喂料机5底板部分设有格栅结构，物料中的大部分流动性好的成液态状废物通过筛孔和溜子进入无轴双螺旋输送机7。

喂料机5或锤式破碎机6的入料口设置有废液箱13和废液泵14作为废液配入系统，此处的添加称为中段添加，根据不同的物料配合比例，储存在废液箱13内的废液通过废液泵14输送进入喂料机5或锤式破碎机6入料口，其作用是根据预处理的物料，调节物料的含固率、流动性和组分等物化特性，并实现锤式破碎机6冷却，同时在破碎过程中形成水蒸气惰性气氛，避免在空气气氛下因过热产生爆炸，避免引入其它惰性气体而产生的高成本。

锤式破碎机6上还设有液态还原剂添加系统，液态还原剂包括尿素溶液、废尿素溶液或其它液态含氮废物。其中，尿素溶液指用采购的尿素配制的溶液；废尿素溶液是指收集来的废尿素配制的溶液，或者收集的含尿素废液；其它液态含氮废物是指含氨基氮的液态废物。根据不同的液态还原剂及物料配合比例，通过液态还原剂泵26将液态还原剂储罐25中的还原剂输送进入高速切削锤式破碎机6入料口。液态还原剂添加系统除了添加还原剂外，还能替代废液系统的作用。物料进入锤式破碎机6后被打散、破碎、混合。块状半固态物料在锤式破碎机6的作用下被破碎打散。粘稠状物料被破碎打散的同时与其它物料混合失去粘稠性。半固态废物中混入的固态块状杂物经锤式破碎机6破碎成小尺寸固态杂物。化学特性不均一的半固态杂物被打散的同时与其它半固态废物充分混合。还原剂被打散的同时与物料充分混合均匀。

物料经锤式破碎机6打散破碎通过无轴双螺旋输送机7输送至大倾角重型振动筛8。无轴双螺旋输送机7采用无轴双螺旋结构，在避免堵塞的同时，可以对物料进行初步的搅拌混合。

物料经大倾角重型振动筛8筛分，其中的筛下物落入双螺旋搅拌接料槽15，并由无阻塞泥浆泵组16泵送至真空储料罐17中储存。为防止预处理产物在真空储料罐17内沉积，真空储料罐17内设置有搅拌桨。筛上物由裙边皮带机9输送至除铁器10位置进行除铁，去除较小尺寸铁块，落入废料箱12，其它杂物(塑料带、布料等)落入废料箱11储存。

真空储料罐17底部设置有排放口，预处理产物排入搅拌运输罐车23，由搅拌运输罐车23转运至水泥厂污泥泵送系统，进行最终处置。

真空储料罐17上部设置有液态还原剂入口，此处的添加称为末段添加，主要作用是根据检查结果调整还原剂浓度，以控制产物中总氨基氮含量在2-4％左右。检测系统显示氨基氮含量较低时，若还在持续上料，则可考虑从前段、中段及末段添加投入还原剂，优先考虑前段添加及中段添加；系统上料结束则从末段添加液态还原剂，以保证成品氨基氮含量在预定范围内。

在双螺旋搅拌接料槽15位置设置酸碱检测仪、粘度计、氨氮检测仪等，并设有取样口，实现对预处理产物的酸碱度、粘度、烧失量等物化性能的及时检测，并根据检测结果适时调整不同半固态废物及还原剂的配合比例，以满足回转窑焚烧物料要求。

在整个工艺废气产生点设置多个集气罩，实现废气收集及净化处置。各废气产生点的废气在风机21的作用下，通过集气罩19和管道进入净化器20，废气净化主要采用活性炭干式吸附的方式，净化废气由烟囱22排放至大气中。

应用例

(1)选择中国某汽车公司在工件喷涂过程中产生的废漆渣，呈半固态，存在较多大块状漆渣，大块状漆渣尺寸为400mm左右，含水率为56.72％，其中混入铁皮、铁块、塑料袋、废手套、擦机器布、废编制袋等杂质。选择中国某化工企业废尿素，尿素含量50％左右，其余50％主要是固体粉末状杂质。

(2)通过此系统进行预处理，漆渣混合少量废尿素进入接料斗。为调节产物浓度，在处理过程中混入部分废乳化液，得到浆状半固态产物，氨基氮含量3％，颗粒粒径小于5mm，其中粒径小于3mm颗粒占75％以上。废漆渣中的铁皮、铁块、塑料袋、废手套、擦机器布、废编制袋等被彻底分离。系统处理能力可达3t/h，预处理产物经转运后可直接通过污泥泵系统输送至水泥窑内，进行焚烧处置。在线烟气监测氮氧化物含量由原来280mg/m³左右，降低到了200mg/m³左右；氨水喷射量降低了52％。

Claims (10)

1.一种兼顾脱硝的水泥窑处置半固态废物的预处理装置，包括：

一翻斗机，用于将物料倒入斗式提升机的料斗内，斗式提升机连接一固态和半固态还原剂储罐；

斗式提升机将物料倒入喂料机内，喂料机底板设有格栅结构，对应锤式破碎机内，喂料机或锤式破碎机的入料口连接废液箱，锤式破碎机的入料口连接液态还原剂储罐；

锤式破碎机的出料口下方为无轴双螺旋输送机，无轴双螺旋输送机的出料端对应大倾角重型振动筛；

大倾角重型振动筛的下方为双螺旋搅拌接料槽，双螺旋搅拌接料槽通过无阻塞泥浆泵组连接真空储料罐，真空储料罐上部连接液态还原剂储罐；

大倾角重型振动筛的一端连接裙边皮带机，裙边皮带机的上方设有除铁器。

2.根据权利要求1所述的预处理装置，其中，翻斗机、喂料机和大倾角重型振动筛的上方各设有集气罩，集气罩通过净化器连接风机，风机连接至烟囱。

3.根据权利要求1所述的预处理装置，其中，喂料机的上部设有恒流阀。

4.根据权利要求1所述的预处理装置，其中，喂料机的入料口与废液箱之间设有废液泵，锤式破碎机的入料口与液态还原剂储罐之间设有液态还原剂泵。

5.根据权利要求1所述的预处理装置，其中，真空储料罐内设置搅拌桨，真空储料罐底部设置排放口。

6.根据权利要求1所述的预处理装置，其中，除铁器和大倾角重型振动筛相应地各设有废料箱。

7.根据权利要求1所述的预处理装置，其中，双螺旋搅拌接料槽设有酸碱检测仪、粘度计和氨氮检测仪，并设有取样口。

8.利用权利要求1所述装置进行半固态废物的预处理方法：

1)将半固态废物倒入翻斗机内；

2)翻斗机将物料倒入斗式提升机的料斗内，由斗式提升机将物料倒入喂料机内；

3)物料经喂料机均匀喂入锤式破碎机内被破碎打散，使粘稠状的物料在被破碎打散的同时失去粘稠性，还原剂被打散的同时与物料充分混合均匀；

4)被锤式破碎机打散破碎的物通过无轴双螺旋输送机进行搅拌混合后输送至大倾角重型振动筛，大倾角重型振动筛的筛下物落入双螺旋搅拌接料槽，并由无阻塞泥浆泵组泵送至真空储料罐中储存；大倾角重型振动筛的筛上物由除铁器进行除铁，与其它杂物分离后分别落入各自的废料箱中储存。

9.根据权利要求8所述的预处理方法，其中，双螺旋搅拌接料槽上设有酸碱检测仪、粘度计、氨氮检测仪和取样口，并根据物料酸碱度、粘度、烧失量的检测结果添加不同的添加剂，将物料的总氨基氮含量控制在2-4％；添加的步骤和添加剂的种类分别是：

步骤1)中向半固态废物中添加固态、半固态还原剂；

步骤2)中向喂料机内添加废液，或在步骤3)中向锤式破碎机内添加废液，以调节物料的含固率、流动性和组分，并对锤式破碎机进行冷却；

步骤3)中向锤式破碎机内添加液态还原剂；

步骤4)中向真空储料罐内添加液态还原剂。

10.根据权利要求8所述的预处理方法，其中，各步骤中产生的废气由集气罩收集及净化后排放至大气中。