CN106287736A - 一种固体废弃物处理工艺及处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固体废弃物处理技术领域，特别涉及一种固体废弃物处理工艺及其处理系统，本发明的处理工艺包括，将固物废弃物物料依次经多床炉进行干燥、热解和燃烧过程，通过半热解半燃烧释放的热量对物料进行干燥，并充分释放物料自身的热能，以减少物料干燥所需的能量消耗，然后通过预冷、洗涤，以降低热解燃烧的烟气温度和水蒸汽含量，并吸附烟气中的颗粒废物、水溶性污物和HCl等酸性气体，以降低烟气在燃烧炉中的能源消耗，净化燃烧尾气。因此，本发明的固体废弃物处理工艺及其处理系统，充分利用燃料自身热量和烟气余热，降低动力消耗，并实现燃烧尾气无害排放，工艺流程简单化，设备投入及后期维护费用少。

Description

一种固体废弃物处理工艺及处理系统

技术领域

本发明涉及固体废弃物处理技术领域，特别涉及一种固体废弃物处理工艺及处理系统。

背景技术

随着社会发展，以及人类对环境问题的重视，为减轻对自然环境压力，减少污染物排放的要求，对工业企业的环保要求不断提升。据统计，中国固废的年产生量在1000万吨左右，目前大多数固废排放企业采用“减量化+填埋”的处置方式，这种处理方法不仅占用大量的土地资源，而且严重地破坏生态环境，特别是污水侵入地下水，造成局部地下水资源难以复原的永久性危害。长期露天放置会挥发大量的废气和粉尘，对大气造成严重的污染。面对以上现实问题，在环保要求越来越严苛的情况下，开辟一条符合我国国情的工业固废无害化、减量化、资源化处理的新途径势在必行，刻不容缓。

目前部分工业企业已开始采用焚烧处理的方式处置化工固废。焚烧工艺的缺点之一是建设成本高，能耗及运行费用也较高；缺点之二是运行过程中产生的飞灰（含二噁英等有害成分）、恶臭等也会带来对环境的二次污染；缺点之三是焚烧烟气温度高，尾气处理的设备多、成本高。而部分固体废弃物的处理完全可以实现变废为宝，走上循环经济之路。在污泥、城市垃圾等众多固废中因含有大量的有机物质而具有较高的热值，奠定了具有资源化利用的潜在价值，也决定了固废无害化与资源化处理的可能性。因此，需要研发一种充分利用固废特性进行无害化、资源化处理的工艺，并同时能够适当降低投资成本，便于产业化推广应用。

发明内容

本发明针对现有技术中固体废弃物处理工艺存在的不足，提供一种燃料消耗少、对环境污染小，维护费用低的固体废弃物处理工艺。

本发明的目的是这样实现的，一种固体废弃物处理工艺， 其特征在于，包括如下步骤：

第1）步，通过物料输送系统将固体废弃物输入多床炉，所述多床炉的下层设有若干燃烧器，固体废弃物在多床炉内从上向下逐层下落过程中分别经过干燥、热解和燃烧过程，热解和燃烧后的烟气混合物从炉顶排出并经除尘系统除尘后输送至预冷器，热解后的残渣从炉底排出至残渣储槽；本步中物料在多床炉内自上而下逐步经历了干燥、热解及燃烧过程，同时此过程中产生的高温烟气由下而上从炉顶的排出。这一上一下的流动过程有效利用了高温气体的热能，利用固体废弃物自身燃烧的热量在干燥段对物料进行干燥。当固体废弃物自身热值较高时，系统稳定后，不需要多床炉提供额外辅助热源。当固体废弃物自身热值较低时，燃烧所释放的热量不足以提供固体废弃物干燥、热解所需的能量时，则通过多床炉的燃烧机额外补充适量的燃料。因此，通过本过程，可以明显减少废物处理过程中的燃料消耗。

第2）步，烟气混合物在预冷器内通过喷淋冷却水进行烟气降温和初步水洗处理，部分颗粒物和酸性污染物溶于水；从多床炉排出的烟气中，含水率很高，一般温度为200℃时，含水率最高可达60%以上，如果此高含水率烟气直接进入燃烧炉中将增加燃烧炉内的燃料消耗，通过此步冷却过程，将烟气冷却至60℃时，烟气中的大量水蒸汽被冷却成液态水，而烟气中的水蒸汽含量将降至该温度下的饱和浓度。

第3）步，经预冷器降温处理的烟气和冷却水一同从预冷器底部出口管道进入湿式洗涤塔，进行废气污染物洗涤及气液分离处理，将烟气中的颗粒废物和水溶性污物分离，不溶于水及未燃尽的有机和可燃废气导入RTO蓄热式燃烧炉；经洗涤后的液体从洗涤塔底部排出至循环水槽；经过预冷器冷却的烟气随后导入洗涤塔中进行全面的烟气洗涤过程，洗涤塔中的填料或筛板设计使烟气与洗涤液进行充分接触，烟气中的飞灰等粒状物会被水滴捕捉而从烟气中分离，水溶性的气态污染物(如SO2、HCl等)及重金属离子均会溶于洗涤水中，经过洗涤塔处理的烟气中仅剩下不溶于水且未能燃尽的有机或可燃气体，以便于随后导入蓄热式燃烧炉中进行彻底的焚烧处理。

第4）步，经洗涤处理的废气在RTO蓄热式燃烧炉中进行充分燃烧后将符合排放标准的尾气排入大气中。

所述步骤1）中向多床炉内添加物料时先将多床炉内的燃烧机通入启动燃料点燃，将多床炉的各层炉温预热至450℃—600℃；然后通过物料输送系统将固体废弃物物料从炉顶的进料口匀速加入，物料在多床炉内由上而下逐层下落，而炉内烟气则由下而上流动，物料与烟气接触过程中被干燥蒸出水气随着烟气一同从顶部烟气出口带出多床炉；经过干燥的物料在下落过程中温度逐步升高直至在燃烧层被点燃，并持续燃烧释放出热能进行部分燃焼部分热解的自加热的热解反应。

进一步的，所述多床炉经预热后正常添料运行时燃烧段的热解温度为450℃—650℃，调节多床炉的输料速度，燃烧机的开度，使物料在多床炉内经热解后排出的热解残渣符合排放标准，多床炉顶部烟气的排放温度为180℃—200℃。

进一步的，所述步骤2）中预冷器出口的温度为60-65℃。

为便于实现烟气的彻底洗涤，所述步骤3）中的湿式洗涤塔采用水洗、碱洗、酸洗洗涤方式的一种或组合，所述洗涤后的烟气排出温度小于40℃。

为便于充分燃烧，所述步骤4）中RTO蓄热式燃烧炉的燃烧室内的温度为850℃—1000℃，排气温度为90℃—100℃。

本发明还提供一种固体废弃物处理系统，依次包括污泥储槽、物料输送系统、多床炉、残渣储槽，预冷器、湿式洗涤塔和RTO蓄热式燃烧炉；所述多床炉的顶端设有进料口和排烟口，底部设有排渣口，多床炉内自上而下设有若干层炉床，并依次包括干燥段、热解段和燃烧段，所述燃烧段的各炉床之间分别设有燃烧器，多床炉垂直方向的中心转动连接有中轴，中轴上各炉床上侧连接有耙臂，耙臂下侧设有耙齿，各相邻层炉床的外周或中心交替设有下料口。

为便于对多床炉排出的烟气进行除尘，所述多床炉的排烟口与预冷器进口之间设有二级旋风除尘器，所述预冷器为喷水式预冷器，包括与旋风除尘器出烟口连接的进气口，喷液口和气液排出口，所述气液排出口与湿式洗涤塔连接。

作为本发明的改进，所述湿式洗涤塔内设有吸附填料层，所述吸附填料层下侧设有进料口、吸附填料层上侧和下侧分别设有洗涤水添加口，其中上侧的洗涤水添加口上还旁通连接有酸液添加管路和碱液添加路管，所述洗涤塔的底部设有与循环水槽连接的排液口，所述循环水槽与换热器和洗涤塔形成洗涤水循环回路，所述换热器还与冷却塔形成热交换循环。

为便于降低多床炉排渣的温度，所述多床炉的排渣口与残渣储槽之间设有螺旋出料冷却器连接。

附图说明

图1为本发明的固体废弃物处理工艺的流程图。

其中，1污泥储池；2多床炉；201排烟口；202排渣口；203耙臂；204中轴；205助燃管道；206燃料添加管道；207燃烧器；3螺旋出料冷却器；4二级旋风除尘器；5预冷器；6湿式洗涤塔；7冷却塔；8 RTO蓄热式燃烧炉；9残渣储槽；10循环水槽；11冷却器；12碱液槽。

具体实施方式

如图1所述为本发明的固体废弃物处理工艺及系统的流程，发明还提供一种固体废弃物处理系统，依次包括污泥储槽1、物料输送系统、多床炉2、残渣储槽9，预冷器5、湿式洗涤塔6和RTO蓄热式燃烧炉8；多床炉2的顶端设有进料口和排烟口201，底部设有排渣口202，多床炉2内自上而下设有若干层炉床，并依次包括干燥层、热解层和燃烧层，燃烧层的各炉床之间分别设有燃烧器207，每个燃烧器上连接有与风机连接的助燃管道205和燃料添加管道206，多床炉2垂直方向的中心转动连接有中轴204，该中轴204通过底部设置的驱动部件驱动转动，中轴204上各炉床上侧连接有耙臂203，耙臂203下侧设有耙齿，各相邻层炉床的外周或中心交替设有下料口。另外，为便于中轴204的冷却，中轴204为中空结构，中轴底端连接有冷却风机，以便于实现中轴的降温冷却。

为便于对多床炉2排出的烟气进行除尘，多床炉2的排烟口201与预冷器5进口之间设有二级旋风除尘器4，以除去烟气中的飞灰；预冷器5为喷水式预冷器，包括与二级旋风除尘器4出烟口连接的进气口，冷却液喷液口和气液排出口，经冷却水冷却的烟气与冷却水的气液混合物经气液排出口与湿式洗涤塔6连接，进行气液分离和吸附洗涤。

作为本发明的改进，本发明的湿式洗涤塔6内设有吸附填料层，吸附填料层下侧设有进料口、吸附填料层上侧和下侧分别设有洗涤水添加口，并分别连接洗涤水添加管路601，其中上侧的洗涤水添加管路602上还旁通连接有碱液添加路管602，该碱液添加路管602与碱液槽12连接，根据处理需要，还可以旁通设置酸液添加管路，混式洗涤塔的底部设有与循环水槽10连接的排液口，循环水槽10与换热器11和湿式洗涤塔6形成洗涤水循环回路，换热器11还与冷却塔7形成热交换循环，以便于对循环水槽10中的水进行冷却处理进行循环利用。经冷却的循环水也用于供给预冷器的喷淋冷却水。

为便于降低多床炉2排渣的温度，多床炉2的排渣口与残渣储槽9之间设有螺旋出料冷却器连接3，对多床炉排出的热解残渣进行降温处理，以便于残渣的排放或再利用。

利用本发明的上述固体废弃物处理系统进行固体废弃物处理的工艺，具体包括如下步骤：

第1）步，开通燃烧器207的助燃管道205和燃料添加管道206，并启动燃烧器207，将多床炉2的各层炉温预热至450℃—600℃；然后通过物料输送系统将污泥储池1内固体废弃物以一定的速度输入多床炉1，固体废弃物在多床炉内通过各层耙臂203的耙料作用，从上向下逐层下落，分别经过干燥、热解和燃烧过程，热解和燃烧后的烟气混合物从炉顶排出并输送至二级旋风除尘器，进行除尘后进入预冷器，热解后的残渣从炉底排出至残渣储槽；本步中物料在多床炉内自上而下逐步经历了干燥、热解及燃烧过程，同时此过程中产生的高温烟气由下而上从炉顶的排出。这一上一下的流动过程有效利用了高温气体的热能，利用自身污泥自身燃烧的热量在干燥段对物料进行干燥。当固体废弃物自身热值较高时，系统稳定后，不需要多床炉提供额外辅助热源。当固体废弃物自身热值较低时，燃烧所释放的热量不足以提供固体废弃物干燥、热解所需的能量时，则通过多床炉的燃烧机额外补充适量的燃料。因此，通过本过程，可以明显减少废物处理过程中的燃料消耗。为便于维持多床炉正常运行，多床炉2预热后正常填料运行时，根据固体废弃物热值含量的不同，燃烧段的热解温度设该置为450℃—650℃，根据排渣物的含量及烟气的排出温度，调节多床炉的输料速度，燃烧机的开度，使物料在多床炉内经热解后排出的热解残渣符合排放标准，多床炉顶部烟气的排放温度为180℃—200℃。

第2）步，烟气混合物在预冷器内通过喷淋冷却水进行烟气降温处理，一般可将烟气的温度冷却至60—65℃，同时部分颗粒物和酸性污染物溶于水；经喷淋冷却后的烟气和水的气液混合物从预冷器底部的气液排出口排入混式洗涤塔。从多床炉排出的烟气中，含水率很高，一般温度为200℃时，含水率最高达到%以上，如果此高含水率烟气直接进入燃烧炉中将增加燃烧炉的燃料消耗，通过此步冷却过程，将烟气冷却至60℃时，烟气中的大量水蒸汽被冷却成液态水，而烟气中的水蒸汽含量将降至该温度下的饱和浓度20%左右。

第3）步，经预冷器降温处理的烟气和冷却水的汽液混合物进入湿式洗涤塔，进行废气污染物洗涤及气液分离处理，将烟气中的颗粒废物和水溶性污物分离，同时，通过添加碱性洗液以中介烟气中的酸性及重金属离子，不溶于水及未燃尽的有机和可燃废气导入RTO蓄热式燃烧炉。经洗涤后的液体从洗涤塔底部排出至循环水槽；经过预冷器冷却的烟气随后导入洗涤塔中进行全面的烟气洗涤过程，洗涤塔中的填料或筛板设计使烟气与洗涤液进行充分接触，烟气中的飞灰等粒状物会被水滴捕捉而从烟气中分离，水溶性的气态污染物(如SO2、HCl等)及重金属离子均会溶于洗涤水中，经过洗涤塔处理的烟气中仅剩下不溶于水且未能燃尽的有机或可燃气体，并且温度降至40℃以下，随后导入燃烧炉中进行彻底的焚烧处理。

第4）步，经洗涤处理的废气在RTO蓄热式燃烧炉中进行充分燃烧后将符合排放标准的尾气排入大气中。为便于充分燃烧， RTO蓄热式燃烧炉的燃烧室内的温度为850℃—1000℃，排气温度为90℃—100℃。进入燃烧炉的烟气经前段的除尘、预冷、水洗过程，使燃烧后的尾气中的灰尘、酸性气本和重金属排放大大降低。由于污泥在多段炉中燃烧不可避免的会产生少量二噁英，在蓄热式燃烧炉中燃烧温度达到850℃，烟气在其中停留 2s 以上，二噁英在燃烧室中即分解，由于在蓄热式燃烧炉前设置有水洗系统，已将烟气中的 Cl及重金属去除，而这两种元素被认为是二噁英在450℃—250℃再合成的介质。因此烟气在RTO 中降温过程中二噁英再合成的几率很小，从而保证了尾气中二噁英的达标排放。

实施例1

采用本发明的上述固体废弃物处理系统进行造纸污泥的处理为例，以70T/D的污泥处理量进行工艺实施，其中待处理的造纸污泥的含水率为约60%。进行上述工艺过程的处理时，污泥在多床炉中热解燃烧段的温度为500℃，湿式洗涤塔中的的洗液采用水洗+碱洗；RTO蓄热式燃烧炉燃烧室的温度为850℃。本实施工艺中的成本消耗计算如下：经处理75%的污泥本身的热值在多床炉中释放出来， 出口温度 200C 的条件时， 每吨含水率 60%污泥所需的燃料量为 8.6 标方(8.6 x 4.1 = 35.3 元/吨)， 多床炉排出的烟气经过预产冷和洗涤后在洗涤塔中会被冷凝下来， 多床炉出来的烟气水含量从 47%， 经过预冷洗涤后烟气中的含水量达到 60℃ 时的饱和浓度 20%， 此时每小时有将近 1548kg 的水被冷凝下来不进入到后端的 RTO 燃烧， 经估算每吨污泥在后端的 RTO蓄热式燃烧炉的燃料用量为2 标方(2 x 4.1 =8.2 元/吨)。

动力方面总用电量消耗由原来的 211.7kW 降至140.2kW， 以每吨电费 43.3 元，初步计算每吨能耗费用为 86.8 元， 加上RTO蓄热式燃烧炉的燃料消耗，每吨的处理成本可降至100元以下。

实施例2

本实施例处理的固物废弃物为高盐废水结晶盐晶体，为工业废水经处理后蒸发结晶所得的，处理中，多床炉热解段的温度为450℃，结晶盐中含高热值物质较少，该设计温度使得结晶盐能够分解燃烧即可；湿式洗涤塔采用水洗系统；

结晶固体中所含酸性物质、碱性物质较少，在经过冷却和水洗之后烟气中99%的污染物（颗粒物、重金属、氯化物、Voc、硫化物）被水洗分离；RTO蓄热式燃烧炉的燃烧室的温度为900℃，并通过控制进气量保持废气停留时间为达到2s。本处理工艺中的高盐废水结晶物多被定性杂盐，一般交给第三方处理，有的甚至直接填埋，产生二次污染。通过本发明的处理工艺，可将杂盐提纯，多床炉的出料产物符合工GB/T 5462-2003业盐标准，真正实现高盐废水“零排放”和资源优化利用。

实施例3

本实施例采用上述处理工艺进行化工污泥的处理：一般化工污泥中成分较为复杂，所含氯化物、氰化物、硫化物、重金属等污染物较多。而此类污泥处理后产生二噁英的条件为：要有形成二噁英的基本元素如：碳、氧、氯、氢或前驱物，一定的温度范围（250—450℃）、金属催化剂、氧化所需的氧气。

采用本发明的处理工艺进行处理时，多床炉热解段温度为650℃，使得污泥充分热解燃烧，使氯化物、硫化物等污染物变成气态进行后序的烟气处理；烟气进预冷器进行预冷降温处理，同时部分颗粒物和酸性污染物可溶于水，预冷器排出的汽液混合物再引入混式洗涤塔中，依次采用碱液洗涤、酸液洗涤和水洗洗涤：碱性的洗涤液在洗涤塔中与烟气充分接触将烟气中的酸性气体吸收并中和在洗涤水中，然后再经酸液洗涤塔、水洗洗涤塔处理；RTO蓄热式燃烧炉燃烧室温度设定为1000℃，确保烟气停留时间大于2秒。使有机物完全转化为无害的CO₂及H₂O，并充分破坏可能产生的二噁英与二噁英前驱物。由于本实施例的热解过程是在还原气氛下进行，能有效的抑制二噁英的合成；其次，经过预冷、洗涤净化处理后的热解烟气不存在具有二噁英形成的催化作用的物质（金属或其氧化物），使其后序的高温燃烧过程是一个彻底而洁净的氧化过程。另外，多床炉热解燃烧后排出的残渣是完全惰性，疏松和干燥的物质，富含钾和磷，具多极高的再利用价值。

对本实施例中热解排出的残渣进行成分分析，分析结果如表1所述。从表1的数据可以知道，化工污泥热解后的残渣中的有害物质的浸出量很少，符合德国一类填埋物标准。并且废渣的物理特性有利于填埋场的稳定。

热解残渣的物理构造使它可作为添加剂用于沥青生产，以降低相应生产原料的消耗。

热解残渣因有害物质含量少和刚度可被用于填充地下开挖点或堆积，因残渣富含无机物，也可在土地返垦中用作底层填料。

另外，热解残渣含磷量很高，可在肥料生产中用来代替矿山采集的磷矿石，此过程可实现大量二氧化碳减排。

表1。

Claims (10)

1.一种固体废弃物处理工艺， 其特征在于，包括如下步骤：

1）通过物料输送系统将固体废弃物输入多床炉，所述多床炉的下层设有若干燃烧器，固体废弃物在多床炉内从上向下逐层下落过程中分别经过干燥、热解和燃烧过程，热解和燃烧后的烟气混合物从炉顶排出经除尘系统除尘后输送至预冷器，热解后的残渣从炉底排出至残渣储槽；

2）烟气混合物在预冷器内通过喷淋冷却水进行烟气降温及初步水洗处理，同时部分颗粒物和酸性污染物溶于水；

3）经预冷器降温处理的烟气和冷却水一同从预冷器的底部出口管道进入湿式洗涤塔，进行烟气污染物洗涤及气液分离处理，将烟气中的颗粒废物和水溶性污物分离，不溶于水及未燃尽的有机和可燃废气导入RTO蓄热式燃烧炉；经洗涤后的液体从洗涤塔底部排出至循环水槽；

4）经洗涤处理的废气在RTO蓄热式燃烧炉中进行充分燃烧后排放。

2.根据权利要求1所述的固体废弃物处理工艺，其特征在于，所述步骤1）中向多床炉内添加物料时先将多床炉内的燃烧机通入启动燃料点燃，将多床炉的各层炉温预热至450℃—600℃；然后通过物料输送系统将固体废弃物物料从炉顶的进料口匀速加入，物料在多床炉内由上而下逐层下落，而炉内烟气则由下而上流动，物料与烟气接触过程中被干燥蒸出水气随着烟气一同从顶部烟气出口带出多床炉；经过干燥的物料在下落过程中温度逐步升高直至在燃烧层被点燃，并持续燃烧释放出热能进行部分燃焼部分热解的自加热的热解反应。

3.根据权利要求2所述的固体废弃物处理工艺，其特征在于，所述多床炉预预热后正常填料运行时燃烧段的热解温度为450℃—650℃，调节多床炉的输料速度，燃烧机的开度，使物料在多床炉内经热解后排出的热解残渣符合排放标准，多床炉顶部烟气的排放温度为180℃—200℃。

4.根据权利要求1所述的固体废弃物处理工艺，其特征在于，所述步骤2）中预冷器出口的温度为60—65℃。

5.根据权利要求1所述的固体废弃物处理工艺，其特征在于，所述步骤3）中的湿式洗涤塔采用水洗、碱洗、酸洗洗涤方式的一种或组合，所述洗涤后的烟气排出温度小于40℃。

6.根据权利要求1所述的固体废弃物处理工艺，其特征在于，所述步骤4）中RTO蓄热式燃烧炉的燃烧室内的温度为850℃—1000℃，排气温度为90℃—100℃。

7.一种固体废弃物处理系统，其特征在于，依次包括污泥储槽、物料输送系统、多床炉、残渣储槽，预冷器、湿式洗涤塔和RTO蓄热式燃烧炉；所述多床炉的顶端设有进料口和排烟口，底部设有排渣口，多床炉内自上而下设有若干层炉床，并依次包括干燥段、热解段和燃烧段，所述燃烧段的各炉床之间分别设有燃烧器，多床炉垂直方向的中心转动连接有中轴，中轴上各炉床上侧连接有耙臂，耙臂下侧设有耙齿，各相邻层炉床的外周或中心交替设有下料口。

8.根据权利要求7所述的固体废弃物处理系统，其特征在于，所述多床炉的排烟口与预冷器进口之间设有二级旋风除尘器，所述预冷器为喷水式预冷器，包括与旋风除尘器出烟口连接的进气口，喷液口和气液排出口，所述气液排出口与湿式洗涤塔连接。

9.根据权利要求7所述的固体废弃物处理系统，其特征在于，所述湿式洗涤塔内设有吸附填料层，所述吸附填料层下侧设有进料口、吸附填料层上侧和下侧分别设有洗涤水添加口，其中上侧的洗涤水添加口上还旁通连接有碱液添加路管和酸液添加管路，所述洗涤塔的底部设有与循环水槽连接的排液口，所述循环水槽与换热器和洗涤塔形成洗涤水循环回路，所述换热器还与冷却塔形成热交换循环。

10.根据权利要求7所述的固体废弃物处理系统，其特征在于，所述多床炉的排渣口与残渣储槽之间设有螺旋出料冷却器连接。