CN106642159A - 一种回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统、处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统，包括危废存储装置、危废分选装置、回转窑焚烧炉、等离子体气化炉、第一破碎给料机以及第二破碎给料机，危废分选装置将危废存储装置内的危险废弃物进行分类，将易处置的危废送入第一破碎给料机，将不易处置的危废送入第二破碎给料机；第一破碎给料机与回转窑焚烧炉进料口连接，第二破碎给料机与等离子体气化炉进料口连接。本发明通过合理的设计，利用回转窑和等离子体气化各自技术优势，实现了危废无害化处置，避免了二噁英和重金属污染问题，利用等离子体气化炉气化后生成合成气补充回转窑所需能量，同时通过余热锅炉的回收热量，实现系统高能量利用效率。

Description

一种回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统、处理 方法

技术领域

本发明属于固体危险废弃物无害化资源化处置领域，具体涉及一种回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统、处理方法。

背景技术

近年来，由于科技的迅猛发展和人类生活水平的提升，固体废弃物的产量越来越多，组成成分也越来越复杂。各国对固体废弃物的处理处置也是相当重视。随着我国综合实力的不断提高，我国已成为世界上最大的制造国。我国作为世界工厂，固体废弃物的产量更是不容忽视。

由于危险固体废弃物(以下简称危废)的种类繁多且成分复杂，我国在2008年8月1日公布制定了《国家危险废物名录》(该名录每年均有更新，最新版为2016版)，并将危废分为600多种，共47大类。这些物质或具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性或者感性、核放射性等一种或几种危险特性，需按照严格的处理危险废物的相关规定进行管理。危废如果处置不当，会给生态环境和人类健康带来不可逆转的巨大危害。如污染土壤和地下水后，人类一旦通过食物和水等长期摄入有毒物质，会造人体毒素的积聚，导致体内细胞的畸变和癌变。

由于危废不同于一般工业固体废弃物的特殊性，考虑其对人类和环境严重的影响，各国对危废的处理也是通过特殊的途径和方法，同时，对危废的处理处置是一个极具价值的全球性难题。

我国危废处理处置起步晚，与发达国家相比技术仍需改进，但随着我国对环境保护的重视和大力支持，我国的危废处理处置技术正逐渐走向成熟。

危废的处置主要包括安全焚烧、卫生填埋和海洋处置等。其中焚烧法是危废的最终处置技术中最有效的一种方法。通过焚烧炉的焚烧过程进一步将危废中有毒有害的有机成分消除，并实现减量化，其中产生的热源也可进行回收利用。但焚烧的过程中要注意气体的排放，安装废气处理装置，避免二次污染。卫生填埋是将最终不能再利用处置的部分进行固化填埋，其弊端是有造成地下水的污染的隐患。

目前我国危废焚烧法处置主要采用回转窑焚烧处置方法，回转窑式焚烧炉对焚烧物变化适应性强，回转窑焚烧主要有三种方式：灰渣式焚烧、熔渣式焚烧、热解式焚烧。

其中灰渣式焚烧炉(炉内温度800～900℃)，危废通过氧化熔烧达到销毁，回转窑窑尾排出的主要是灰渣，冷却后灰渣松散性较好，由于炉膛温度不高，危险废物对回转窑耐火材料的高温侵蚀性和氧化性不强，为此，耐火材料的使用寿命相对比较长，内炉体“挂壁”现象也不严重，但燃烧温度低，对于部分有机废物不能完全无害化处置。

熔渣式回转窑焚烧炉主要是处理一些单一的、毒性较强危废，温度一般在1500℃以上，目的是提高销毁率。由于处理对象各不相同，成分复杂，该类型焚烧炉温度控制较难，对操作要求较高。由于熔渣式回转窑焚烧炉炉膛温度较高，辅助燃料耗量增大，带来的最直接的后果是回转窑耐火材料、保温材料燃料消耗、机械损耗及操作难度均较高。

热解式回转窑焚烧窑内温度控制在700℃～800℃，由于危废在回转窑内热解气化产生可燃气体进入二燃室燃烧，可以大大降低耗油量，另外由于温度低，热损失少，烟气量是三种处理工艺为最低，随之装机容量降低，运行成本大大降低，但是其缺点是灰渣残留量高，灰渣焚烧不彻底。

针对危废焚烧处理过程中存在的问题，我国技术人员展开了广泛而丰富的研究。

公开号为CN 1566751 A的发明专利公布了一种回转窑垃圾气化、炭灰共融的多级焚烧方法及系统，其提出将垃圾在回转窑部分气化、气化后燃气进入高温熔融式燃烧炉，利用燃气燃烧后能量将垃圾残余物熔融处置。本发明专利虽能做到一定程度的垃圾无害化处置，但处理低热值危废时，燃气热值低，无法满足气化残余物熔融温度需求，且采用燃烧法熔融存在烟气污染物(如氮氧化物)含量高、热能利用率低等缺点。

公开号为CN 104976622 A的发明专利公布了一种回转窑气化、等离子熔融的生活垃圾分类气化系统，其提出将生活垃圾先经回转窑气化、在经等离子体气化熔融灰渣的技术方案，该方案具有提高能量利用率，减少二噁英及重金属二次污染问题的优势。但该系统回转窑仅采用等离子体气化炉出口燃气作为回转窑热量来源，当入炉废物成分波动时，会导致回转窑热量不足，气化不能正常进行；此外，该发明专利冷萃后玻璃体存在利用去向问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有的危废处理系统存在的危废处理成本高、处理不彻底的问题。

为此，本发明提供了一种回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统、处理方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统，包括危废存储装置，还包括危废分选装置、回转窑焚烧炉、等离子体气化炉、第一破碎给料机以及第二破碎给料机，所述危废分选装置将危废存储装置内的危险废弃物进行分类，将易处置的危废送入第一破碎给料机，将不易处置的危废送入第二破碎给料机；所述第一破碎给料机与回转窑焚烧炉进料口连接，所述第二破碎给料机与等离子体气化炉进料口连接。

作为本发明的进一步限定，所述等离子体气化炉产生的合成气通过合成气管道送入回转窑焚烧炉内燃烧利用。

作为本发明的进一步限定，所述回转窑焚烧炉处理后的低渣进入所述等离子体气化炉熔融处置。

作为本发明的进一步限定，所述等离子体气化炉进料口还连接有配伍系统，所述配伍系统用于调节待进入等离子体气化炉内危废的成分与特性。

作为本发明的进一步限定，所述等离子体气化炉出料口连接一用于实现危废资源化利用的熔融玻璃体拉丝装置。

作为本发明的进一步限定，所述等离子体气化炉设有等离子体炬配给系统，所述等离子体炬配给系统包括用于等离子体炬冷却的去离子冷却水系统、用于生成等离子体炬的净化压缩空气以及高频电源。

作为本发明的进一步限定，所述回转窑焚烧炉连接一燃油燃烧器，所述燃油燃烧器通过燃油储存供应系统供给燃油燃烧，所述燃油燃烧器用于满足回转窑焚烧炉的内部温度。

作为本发明的进一步限定，所述回转窑焚烧炉的烟气经余热锅炉回收利用，通过烟气净化系统净化后排放。

一种危废处理方法，危废存储装置中的危废进入危废分选装置进行分选，该分选方法是：将低热值、有机物含量低、对生物危害性小或熔融点较高的物质经第一破碎给料机破碎后送入回转窑焚烧炉焚烧；将高有机质、高多氯联苯、对生物有毒害重金属或玻璃类危废经第二破碎机破碎后送入等离子体气化炉处置。

作为本发明的进一步限定，所述等离子体气化炉产生的合成气通过合成气管道送入回转窑焚烧炉内燃烧利用；所述回转窑焚烧炉处理后的低渣进入所述等离子体气化炉熔融处置。

本发明的有益效果：

1.本发明实现了固体危险废弃物无害化、资源化处置，运行可靠性高，经济性好，并解决了回转窑在处置危废时存在的易在炉体后部板结、堵塞的难题；熔融玻璃体采用拉丝工艺制成玻璃纤维，易于回收利用；处理完成后烟气经净化处理达标排放；

2.本发明结合回转窑焚烧炉和等离子体气化炉各自技术优势，真正做到危废无害化处置：会回转窑焚烧处置危废具有处理种类多，适应性强的特点，但同时具有能量消耗高，污染物(特别是二噁英)消除效率低，燃烧低熔点物质如玻璃时回在炉尾结焦结渣等缺点；等离子体气化炉具有高温(5000℃以上)、低氧处置特点，可实现危废中有机物完全裂解、气化为合成气，无机物熔融为玻璃体态物质，实现无害化处置，但同时在处置低热值危废时能耗较高，运行经济性低；

3.本发明在进行完全危废处置同时，实现能量分级利用，利用效率高，回收效能好。本发明能量高效利用主要体现在两个方面：(1)在危废分选时，将高热值、高有机质危废送入等离子体气化炉气化处理，利用等离子体制造的超高温、超低氧环境，将有机质最大程度裂解气化为小分子合成气，对于此部分合成气，现有技术基本是采用二燃室将其燃烧后在回收热能，本系统让此部分合成气通过合成气烧嘴送入回转窑炉内，利用其燃烧热能补充维持回转窑炉内温度所需热量，一方面节约了燃油消耗，另一方面由于去掉了二次燃烧炉，简化了系统；(2)回转窑内燃烧后的高温烟气送入后端，采用余热锅炉系统回收烟气中热量用于产生蒸汽供工艺用或推动汽轮机发电；

4.本发明真正实现了危废资源化利用，危废中有机质，可燃成分完全分解、燃烧转化为高温烟气并回收热能；危废中无机物、重金属等成分形成熔融玻璃态物质后，通过玻璃体拉丝设备制成丝状玻璃纤维，可用于制造保温材料、隔热材料等，产品附加值高；

5.本发明的回转窑焚烧炉燃烧后高温烟气经过烟气净化系统中急冷脱酸、活性炭吸附、布袋除尘、湿塔碱洗、再热升温后可满足相关排放标准，实现达标排放，不会对环境造成二次污染；

6.本发明可高度集成化，撬装化，安装方便，自动化程度高。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中：1.危废储存设备；2.危废分选装置；3.回转窑焚烧炉；31.第一破碎给料机；32.燃油储存供应系统；33.余热锅炉；34.烟气净化系统；35.烟囱；4.等离子体气化炉；41.第二破碎给料机；42.配伍系统；43.等离子体炬配给系统；44.熔融玻璃体拉丝装置。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

一种回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统，包括危废存储装置、危废分选装置2、回转窑焚烧炉3、等离子体气化炉4、第一破碎给料机31以及第二破碎给料机41，所述危废分选装置2将危废存储装置内的危险废弃物进行分类，将易处置的危废送入第一破碎给料机31，将不易处置的危废送入第二破碎给料机41；所述第一破碎给料机31与回转窑焚烧炉3进料口连接，所述第二破碎给料机41与等离子体气化炉4进料口连接。所述等离子体气化炉4产生的合成气通过合成气管道送入回转窑焚烧炉3内燃烧利用。

所述回转窑焚烧炉3处理后的低渣进入所述等离子体气化炉4熔融处置。所述等离子体气化炉4进料口还连接有配伍系统42，所述配伍系统42用于调节待进入等离子体气化炉4内危废的成分与特性。所述等离子体气化炉4出料口连接一用于实现危废资源化利用的熔融玻璃体拉丝装置44。所述等离子体气化炉4设有等离子体炬配给系统43，所述等离子体炬配给系统43包括用于等离子体炬冷却的去离子冷却水系统、用于生成等离子体炬的净化压缩空气以及高频电源。所述回转窑焚烧炉3连接一燃油燃烧器，所述燃油燃烧器通过燃油储存供应系统32供给燃油燃烧，所述燃油燃烧器用于满足回转窑焚烧炉3的内部温度。所述回转窑焚烧炉3的烟气经余热锅炉33回收利用，通过烟气净化系统34净化后排放。

其中，本发明的烟气净化系统34含急冷脱酸、活性炭吸附、布袋除尘、湿塔碱洗、再热升温五个工艺工程，可除去完全燃烧后烟气中二噁英、重金属、酸性气体、粉尘微小颗粒物等，最终实现烟气达标排放。

本发明还公开了一种危废处理方法，该方法具体是：危废存储装置中的危废进入危废分选装置2进行分选，该分选方法是：将低热值、有机物含量低、对生物危害性小或熔融点较高的物质经第一破碎给料机31破碎后送入回转窑焚烧炉3焚烧；将高有机质、高多氯联苯、对生物有毒害重金属或玻璃类危废经第二破碎机破碎后送入等离子体气化炉4处置。其中，所述等离子体气化炉4产生的合成气通过合成气管道送入回转窑焚烧炉3内燃烧利用；所述回转窑焚烧炉3处理后的低渣进入所述等离子体气化炉4熔融处置。

下面详细说明本发明的结构：

一种回转窑与等离子体气化协同资源化危废处置系统，包括危废储存设备1，危废自动分选，自动破碎给料(分入回转窑和等离子体气化炉4两套自动破碎给料系统)，回转窑焚烧炉3系统，等离子体气化炉4系统，余热锅炉33，烟气净化系统34，烟囱组成。所述的回转窑焚烧炉3系统含附属系统有：燃油储存供应系统32，燃油燃烧器系统，合成气烧嘴系统；所述的等离子体气化炉4系统含附属系统有等离子体炬配给系统43，紧急排放口，等离子体炬，熔融玻璃体拉丝设备。所述的危废自动分选系统包含机械手、滚筒筛、三级分离装置、密度分选机、弹跳及等设备，可实现危废分类，分类方式为：低位发热值低于6000kj/kg，有机物含量低、或不含多虑联苯类物质，或对生物无毒性重金属(如铁、铜等)类危废进入回转窑焚烧炉3系统焚烧处置；低位发热值高于6000kj/kg，或多氯联苯类有机物，或对生物有毒性重金属(如汞、镉、铅等)，或还有玻璃类危废进入等离子体气化炉4系统处置。所述的自动破碎、给料机采用多轴破碎机给入危废进行破碎至不大于0.1m*0.1m*0.1m形状通过螺旋给料机或斗式提升机给入后端回转窑焚烧炉3系统和离子体气化炉系统处置。所述的燃油燃烧器通过燃油储存供应系统32供给燃油燃烧，满足回转窑内部温度为1000～1200℃。所述的回转窑焚烧炉3系统处理完成后低渣进入等离子体气化炉4系统熔融处置。所述的等离子体炬配给系统43包含去离子冷却水系统，用于等离子体炬冷却；净化压缩空气，用于生成等离子体炬；高频电源。所述的离子体气化炉系统顶部设置紧急排放口用于在紧急情况排放气化合成气，正常情况下，气化合成气通过合成气烧嘴供入回转窑焚烧炉3系统，补充回转窑焚烧所需热量。所述的配伍系统42采用人工加自动配伍方式，作用为调节进入离子体气化炉系统危废成分与特性，如要调节入炉危废热值、酸碱性、熔融浆液流动特性，同事满足熔融玻璃体拉丝设备工艺需求，配伍原料包括石灰石、焦炭、碎玻璃等。所述的离子体气化炉系统处置后熔融玻璃体物质有熔融玻璃体拉丝设备制成丝状玻璃纤维物质，实现危废资源化利用。所述的烟气净化系统34含急冷脱酸、活性炭吸附、布袋除尘、湿塔碱洗、再热升温五个工艺工程，可除去完全燃烧后烟气中二噁英、重金属、酸性气体、粉尘微小颗粒物等，最终实现烟气达标排放。

本发明的回转窑与等离子体气化协同资源化危废处置系统，其工作过程为：危废由专用设备运输来后先进入危废储存设备1暂时储存，随后进入自动分选设备进行分选，分选结果为：低热值、有机物含量低、含对生物危害性小、熔融点较高的物质通过自动破碎、给料系统破碎为不大于0.1m*0.1m*0.1m形状后送入回转窑焚烧炉3焚烧系统焚烧；高有机质、高多氯联苯、对生物有毒害重金属、玻璃类含量危废通过自动破碎、给料系统破碎为不大于0.1m*0.1m*0.1m形状后经配伍系统42配伍满足要求后送入等离子体气化炉4系统处置。进入等离子体气化炉4系统处置的危废在等离子体形成的超高为(5000℃以上)、低氧化气氛环境中进行处置，其中有机成分裂解气化为合成气，由合成气管道和合成气烧嘴送入回转窑焚烧系统燃烧利用；无机物、重金属等成分与配伍物质一同形成熔融玻璃态物质经熔融玻璃体拉丝设备制成丝状玻璃体物质从而实现资源化利用。

进入回转窑焚烧炉3焚烧系统的低热值危废在燃油燃烧器及合成气烧嘴提供的能源燃烧形成的热环境下燃烧处置，其中可燃成分和挥发性成分与燃烧所需空气一起形成高温烟气，经余热锅炉33回收热量后进入烟气净化系统34进行处理，烟气净化处理包含急冷脱酸，活性炭吸附脱出重金属、二噁英等，布袋除尘除去颗粒物，湿塔碱洗脱出剩余酸性气体，再热升温提升烟气排烟温度并改善排烟感官效果后经由烟囱达标排放。焚烧炉燃烧后灰渣及参与物质送入9等离子体气化炉4系统共同熔融处置。

本系统部分主要工艺参数为：自动分选后热值低于6000kj/kg，有机物(含多氯联苯物质)含量低于5％的危废进入回转窑焚烧炉3系统处置，其余进入等离子体气化炉4系统处置；回转窑焚烧系统炉内正常运行温度为1100℃±50℃，炉内负压-10～-100Pa；等离子体气化炉4系统炉内温度最高温度5000℃，正常运行熔融玻璃态层温度2000℃±150℃，合成气出口温度为1200℃±50℃，炉内负压-10～-100Pa；余热锅炉33系统出入口烟气温度分别为1200℃±100℃/500℃±50℃，急冷脱酸塔后烟气温度160℃±5℃，湿法脱酸后烟气温度约为55℃±5℃，最终烟气排放温度80℃±5℃，各类污染物成分满足《危险废物焚烧污染控制标准》GB18484-2001相关要求。

本发明能够结合回转窑焚烧炉3和等离子体气化炉4各自技术优势，真正做到危废无害化处置：会回转窑焚烧处置危废具有处理种类多，适应性强的特点，但同时具有能量消耗高，污染物(特别是二噁英)消除效率低，燃烧低熔点物质如玻璃时回在炉尾结焦结渣等缺点；等离子体气化炉4具有高温(5000℃以上)、低氧处置特点，可实现危废中有机物完全裂解、气化为合成气，无机物熔融为玻璃体态物质，实现无害化处置，但同时在处置低热值危废时能耗较高，运行经济性低。

本发明将两种炉型有机结合，协同处置，取各自之长补彼此之短，危废来料通过自动分选系统分为低热值、有机物含量低、含对生物危害性小、熔融点较高的物质进入回转窑焚烧炉3焚烧，在无害化处理同时，不会产生炉尾结焦结渣的问题；高有机质、高多氯联苯、对生物有毒害重金属、玻璃类含量危废进入等离子体气化炉4，有机质完全气化裂解，无机质，非挥发性重金属熔融为玻璃态物质，由于进入等离子体气化炉4危废热值含量高，亦避免产生运行成本过高的问题。

本发明在进行完全危废处置同时，能量分级利用，利用效率高，回收效能好。本系统能量高效利用主要体现在两个方面：(1)在危废分选时，将高热值、高有机质危废送入等离子体气化炉4气化处理，利用等离子体制造的超高温、超低氧环境，将有机质最大程度裂解气化为小分子合成气，对于此部分合成气，现有技术基本是采用二燃室将其燃烧后在回收热能，本系统让此部分合成气通过合成气烧嘴送入回转窑炉内，利用其燃烧热能补充维持回转窑炉内温度所需热量，一方面节约了燃油消耗，另一方面由于去掉了二次燃烧炉，简化了系统；(2)回转窑内燃烧后的高温烟气送入后端，采用余热锅炉33系统回收烟气中热量用于产生蒸汽供工艺用或推动汽轮机发电。

本系统真正实现了危废资源化利用，危废中有机质，可燃成分完全分解、燃烧转化为高温烟气并回收热能；危废中无机物、重金属等成分形成熔融玻璃态物质后，通过玻璃体拉丝设备制成丝状玻璃纤维，可用于制造保温材料、隔热材料等，产品附加值高；本系统燃烧后高温烟气经过烟气净化系统34中急冷脱酸、活性炭吸附、布袋除尘、湿塔碱洗、再热升温后可满足相关排放标准，实现达标排放，不会对环境造成二次污染；本系统可高度集成化，撬装化，安装方便，自动化程度高。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统，包括危废存储装置，其特征在于，还包括危废分选装置、回转窑焚烧炉、等离子体气化炉、第一破碎给料机以及第二破碎给料机，所述危废分选装置将危废存储装置内的危险废弃物进行分类，将易处置的危废送入第一破碎给料机，将不易处置的危废送入第二破碎给料机；所述第一破碎给料机与回转窑焚烧炉进料口连接，所述第二破碎给料机与等离子体气化炉进料口连接。

2.如权利要求1所述的回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统，其特征在于，所述等离子体气化炉产生的合成气通过合成气管道送入回转窑焚烧炉内燃烧利用。

3.如权利要求1或2所述的回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统，其特征在于，所述回转窑焚烧炉处理后的低渣进入所述等离子体气化炉熔融处置。

4.如权利要求1所述的回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统，其特征在于，所述等离子体气化炉进料口还连接有配伍系统，所述配伍系统用于调节待进入等离子体气化炉内危废的成分与特性。

5.如权利要求4所述的回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统，其特征在于，所述等离子体气化炉出料口连接一用于实现危废资源化利用的熔融玻璃体拉丝装置。

6.如权利要求1、2、4或5所述的回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统，其特征在于，所述等离子体气化炉设有等离子体炬配给系统，所述等离子体炬配给系统包括用于等离子体炬冷却的去离子冷却水系统、用于生成等离子体炬的净化压缩空气以及高频电源。

7.如权利要求1所述的回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统，其特征在于，所述回转窑焚烧炉连接一燃油燃烧器，所述燃油燃烧器通过燃油储存供应系统供给燃油燃烧，所述燃油燃烧器用于满足回转窑焚烧炉的内部温度。

8.如权利要求1或7所述的回转窑与等离子体气化协同资源化危废处理系统，其特征在于，所述回转窑焚烧炉的烟气经余热锅炉回收利用，通过烟气净化系统净化后排放。

9.一种危废处理方法，其特征在于，危废存储装置中的危废进入危废分选装置进行分选，该分选方法是：将低热值、有机物含量低、对生物危害性小或熔融点较高的物质经第一破碎给料机破碎后送入回转窑焚烧炉焚烧；将高有机质、高多氯联苯、对生物有毒害重金属或玻璃类危废经第二破碎机破碎后送入等离子体气化炉处置。

10.如权利要求9所述的危废处理方法，其特征在于，所述等离子体气化炉产生的合成气通过合成气管道送入回转窑焚烧炉内燃烧利用；所述回转窑焚烧炉处理后的低渣进入所述等离子体气化炉熔融处置。