CN106196094B - 一种源头减少焚烧炉二噁英生成的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金行业烟气治理领域，旨在提供一种源头减少焚烧炉二噁英生成的方法。该方法包括：将钢铁生产过程中所产生的污泥或杂废油作为焚烧物料，与来源于水处理装置的废弃阴离子树脂掺混搅匀，得到焚烧混合料；该焚烧混合料中，树脂的质量占焚烧物料的20％～40％；将焚烧混合料送至焚烧炉进行焚烧，并在二燃室进一步分解焚烧；焚烧产生的废气进入稳定器急速冷却后，送至除尘器去除粉尘、SO2污染物，实现最终排放；本发明抑制二噁英生成的效果非常显著，与不添加阴离子树脂而单独对焚烧物料进行焚烧相比，可以减少70％以上的二噁英生成量。可以同时用于处置水处理装置的废弃树脂，能够大幅降低废弃处置综合成本，同时可节约煤气用量70％以上。

Description

一种源头减少焚烧炉二噁英生成的方法
技术领域
本发明涉及冶金行业烟气治理领域，尤其涉及一种源头减少焚烧炉二噁英生成的方法，属于冶金废气处理及相关废气处理领域。
背景技术
一些钢铁企业内部配置回转窑等污泥焚烧设备的目的是对各分厂发生的污泥、浮渣、牛脂、杂废油进行无机化处理。烧后的残渣含铁成份很高，约占60～80％，可以烧结加工成球团矿，变废为宝。但是回转窑焚烧产生的废气中可能会含有二噁英等污染物质。二噁英作为持久性有机污染物，不仅毒性强，而且能够致癌和致畸变，并具有遗传效应。
目前，国内外对二噁英污染物的治理有吸附和分解两种方法，如：联合脱NOx的催化氧化降解技术，布袋除尘中的催化降解技术，疏水性分子筛、沸石及碳纳米管吸附技术，移动床、连续式和填充床活性炭吸附技术，湿法和干法洗涤技术等。其中，催化降解法能够彻底分解二噁英，但是存在催化剂成本较高，并且废弃后的催化剂还存在如何处置的问题。
物理吸附及洗涤法相对较简单，但是仅对二噁英起到分离富集作用，也存在失活吸附剂的二次处理问题。此外用于二噁英吸附的有效吸附剂主要是活性碳，但制作活性碳需要消耗大量的木材和优质煤，且其目前市场价格在7000--11000元/吨。这些技术手段均属于末端烟气治理技术，投资和运行成本都代价不菲。
中国专利申请《一种抑制二噁英类生成的方法》(201010117335.3)，用氧化镁作为抑制二噁英类合成反应的物质，将氧化镁粉碎、干燥，使其粒径小于1毫米，放置于反应装置中，在200摄氏度以上，与多氯酚和多氯苯等二噁英类前生体发生作用，降解二噁英类前驱物，抑制前驱物合成二噁英类，从而控制二噁英类的生成。然而该方法说明文件以及实施案例中都没有提到氧化镁的具体加入量和明确的加入方式，对于工业应用带来较大的不确定性且氧化镁的投入也增加了废弃物处理成本。
中国专利《抑制烟气中二噁英再合成的骤冷装置》(201320402771.4)，公开了一种抑制烟气中二噁英再合成的骤冷装置，高温烟气经温度为-60℃～-120℃、气压为1.6～2.0kPa的冷空气吸热冷却后在2～3秒内从1000℃以上骤降为250℃以下，从而最大限度地抑制烟气中二噁英的再合成。专利《一种抑制焚烧烟气中产生二噁英的装置》(201220444793.2)，同样也是一种对二燃室之后的高温烟气进行极冷的手段，在不产生二噁英的安全温度区间范围，采用余热回收方式先将来自焚烧炉的高温烟气降至中温段，然后在生成二噁英的敏感温度区域实施急冷降温，保证排放的焚烧烟气中二噁英的含量低于国家标准规定的控制指标。上述这些专利都是对焚烧炉二燃室出口的高温烟气通过不同的手段进行极冷，以避开二噁英生成区间，从而减少二噁英的生成，但都需要增加相应的设备或装置，增加运行成本。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种源头减少焚烧炉二噁英生成的方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种源头减少焚烧炉二噁英生成的方法，包括下述步骤：
将来源于水处理装置的废弃阴离子树脂与焚烧物料掺混搅匀，得到焚烧混合料；在焚烧混合料中，树脂的质量占焚烧物料的20％～40％；将焚烧混合料送至焚烧炉进行焚烧，并在二燃室进一步分解焚烧；焚烧产生的废气进入稳定器急速冷却后，送至除尘器去除粉尘、SO2污染物，实现最终排放；
所述焚烧物料是指钢铁生产过程中所产生的污泥或杂废油；所述污泥是热轧污泥、连铸污泥、冷轧污泥或冷轧污泥乳化液中的一种或几种的混合物；在使用前应作脱水处理，将污泥的含水量控制在60％以下。
本发明中，控制焚烧炉内的温度在600-700℃，二燃室中的温度在700-900℃；所述急速冷却是指在5s的时间内将废气温度降至280℃。
本发明中，在向焚烧炉中投放焚烧混合料的过程中，向焚烧炉和二燃室中持续引入空气和煤气作为助燃气体，空气和煤气的体积比为5∶1；助燃气体的引入量与焚烧混合料的投放量关系为：焚烧炉中为1250Nm3/t，二燃室中为125Nm3/t。
本发明进一步提供了一种用于实现前述方法的源头减少焚烧炉二噁英生成的装置，
包括焚烧炉；该装置还包括：
分别用于存储废弃阴离子树脂与焚烧物料的两个焚烧物料槽；
用于运输和掺混废弃阴离子树脂与焚烧物料的输送带；
用于焚烧废弃阴离子树脂与焚烧物料的焚烧炉及二燃室；
用于冷却焚烧废气的稳定器；和
用于除尘及排放的除尘器、引风机及烟囱；
焚烧物料槽、输送带、焚烧炉、二燃室、稳定器、除尘器、引风机和烟囱依次布置。
本发明中，所述焚烧炉是回转式焚烧炉。
本发明中，所述除尘器的下方设置除尘灰集料斗。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、由于焚烧物料分解、燃烧充分，本发明中抑制二噁英生成的效果非常显著。与不添加阴离子树脂而单独对焚烧物料进行焚烧相比，可以减少70％以上的二噁英生成量，大大节约二噁英减排控制成本。
2、本发明可以同时用于处置水处理装置的废弃树脂，而该树脂原来必须按照危险废弃物委托有资质的单位进行处置，因而能够大幅降低废弃处置综合成本。
3、本发明将焚烧物料与树脂掺混后使用，树脂可作为燃料提供焚烧时所需的热量；与单独使用焚烧物料相比，本发明可节约煤气用量70％以上。
附图说明
图1为本发明的装置流程图。
图中附图标记：1、一号焚烧物料槽；2、输送带；3、二号焚烧物料槽；4、输送带；5、回转式焚烧炉；6、二燃室；7、稳定器；8、除尘器；9、除尘灰集料斗；10、烟囱。
具体实施方式
下面结合附图1，对本发明进行详细阐述。
发明原理描述：
本发明所用装置流程如图1所示。树脂以及焚烧物料分别储存于一号焚烧物料槽1和二号焚烧物料槽3，两种物料通过控制下料时间和频率，可以控制两种物料的掺烧比，并达到初步混合的效果。树脂与焚烧物料两种物料按照0.2～0.4∶1的掺烧比，通过传输带1和4送入焚烧炉5进行焚烧。输送过程中由于两种物料的物性不同可以自然达到充分混匀的目的。回转窑焚烧炉中，焚烧混合料进入炉内首先受到辅助燃烧器火焰和高温窑壁的热辐射而完成加热、水分蒸发和可燃物析出的过程。随着温度的进一步升高，固态物质开始分解燃烧。焚烧物料中气态成分和固态物质析出的可燃气体在高温状态也会快速分解燃烧。在回转窑内，焚烧物料中的无机可燃成分以及树脂被充分燃烧，加入树脂后，所释放的热量足以维持窑内的温度，物料中长链环状物质会被分解成短链物质进入二燃室6再进一步分解焚烧。之后废气进入稳定器7进行急速冷却，避免二噁英等有机污染物的再次生成，随后经过除尘器8等烟气常规处理装备后去除粉尘、SO2等污染物后排放。
实施例1：
本实施例为实验室试验，废弃阴离子树脂从水处理企业的现场装袋，选用钢铁生产企业现场物料中的热轧污泥作为原始物料，与废弃树脂进行掺烧后进行二噁英生成能力测试。热轧污泥在使用前应作脱水处理，将含水量控制在60％以下；然后通过破碎机破碎，过100目筛。将废弃阴离子树脂与焚烧物料掺混搅匀，得到焚烧混合料。按照现场回转窑的布温，将三段管式炉温度设定在850℃，650℃，350℃，以模拟回转窑从燃烧到烟气冷却的温度梯度。入炉气氛模拟现场气氛，为气体公司所购的标准空气。污泥燃烧反应迅速，反应时间设定在45min，保证污泥的完全燃烧。气体流量根据现场实际数据和实验室工况计算所得，设定为500ml/min。实验室通过XAD-2树脂和甲苯洗气瓶对二噁英进行吸附，然后将其混合采用USEPA 1613方法进行预处理，预处理过程添加13C进行内标。样品经过索提、酸洗、过柱、氮吹后浓缩至样品瓶，最后采用日本JEOL公司的JMS–800D高分辨色谱和高分辨质谱(HRGC/HRMS)检测样品中的二噁英含量。
表1为热轧污泥在不同废弃树脂添加量下17种有毒二噁英的生成总量和毒性当量值。从表中可以看出，随着树脂添加量从5wt.％提高到10wt.％，17种有毒二噁英的生成总量的抑制率从84.1％提高到了98.4％，而二噁英的总毒性当量抑制率也从81.0％提高到了98.9％。当树脂添加量达到10％时，二噁英的生成总量和毒性当量达到了0.5g热轧污泥焚烧生成二噁英的低值水平。可见增加污泥处置负荷的同时添加部分树脂可以将二噁英的排放值稳定在较低水平。
表1热轧污泥添加废弃树脂生成的17种有毒二噁英含量及总毒性当量
实施例2：
本实施例为现场实际生产应用，所用装置流程如图1所示。
焚烧炉原烧物料为热轧污泥。所用树脂为用于生产纯水的废弃阴离子树脂，来源于水厂强阴塔废旧树脂更换。原废旧树脂作为危废处理。树脂运至焚烧炉现场后，人工破袋，翻斗车转运，倾泻于一号焚烧物料槽1备用。热轧污泥在使用前应作脱水处理，将含水量控制在60％以下，然后存于二号焚烧物料槽3。生产期间人工控制树脂加料频率。加料频率通过焚烧试验确定，最终定为12分/3秒(间隔时间/加料时间)，同时热轧污泥给料频率为3分/10秒(间隔时间/加料时间)，树脂与污泥的最终掺烧比例为(1:3)。物料进入输送带后，经由螺旋输送机定量送至进炉皮带，被送入焚烧炉。在此过程中，物料经过反复输送、搅拌，从而得到充分混匀。尾气监测位于排放烟囱上，分别采集掺烧树脂前后的样品，带回实验室进行二噁英分析。
表2为掺烧树脂后排放烟气中的二噁英浓度变化。试验结果表明工业实际效果要低于实验室研究结果，但是仍能看出废弃树脂对二噁英的生成有明显的抑制效果，二噁英的总毒性当量从0.0221ng TEQ/m3降至0.0055ng TEQ/m3，抑制率高达75％。与此同时，煤气用量从原来的400m3/h，降为100m3/h，减少煤气用量达75％。
表2废弃树脂恶添加对现场二噁英排放的影响
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种源头减少焚烧炉二噁英生成的方法，其特征在于，包括下述步骤：
将来源于水处理装置的废弃阴离子树脂与焚烧物料掺混搅匀，得到焚烧混合料；该焚烧混合料中，树脂的质量占焚烧物料的20％～40％；将焚烧混合料送至焚烧炉进行焚烧，并在二燃室进一步分解焚烧；焚烧产生的废气进入稳定器急速冷却后，送至除尘器去除粉尘、SO2污染物，实现最终排放；
所述焚烧物料是指钢铁生产过程中所产生的污泥或杂废油；所述污泥是热轧污泥、连铸污泥、冷轧污泥或冷轧污泥乳化液中的一种或几种的混合物；在使用前应作脱水处理，将污泥的含水量控制在60％以下；
控制焚烧炉内的温度在600-700℃，二燃室中的温度在700-900℃；所述急速冷却是指在5s的时间内将废气温度降至280℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在向焚烧炉中投放焚烧混合料的过程中，向焚烧炉和二燃室中持续引入空气和煤气作为助燃气体，空气和煤气的体积比为5∶1；助燃气体的引入量与焚烧混合料的投放量关系为：焚烧炉中为1250Nm3/t，二燃室中和为125Nm3/t。
3.一种用于实现权利要求1所述方法的源头减少焚烧炉二噁英生成的装置，包括焚烧炉，其特征在于，该装置还包括：
分别用于存储废弃阴离子树脂与焚烧物料的两个焚烧物料槽；
用于运输和掺混废弃阴离子树脂与焚烧物料的输送带；
用于焚烧废弃阴离子树脂与焚烧物料的焚烧炉及二燃室；
用于冷却焚烧废气的稳定器；和
用于除尘及排放的除尘器、引风机及烟囱；
焚烧物料槽、输送带、焚烧炉、二燃室、稳定器、除尘器、引风机和烟囱依次布置；
所述焚烧炉是回转式焚烧炉。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述除尘器的下方设置除尘灰集料斗。
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