CN106893610A - 一种可用于危险废物处理的集成高温气化装置 - Google Patents

一种可用于危险废物处理的集成高温气化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可用于危险废物处理的集成高温气化装置，包括螺旋进料机（2）、回转窑、燃烧室（7）、螺旋出渣机（14）、进气管组（9）；燃烧室（7）竖直设置，燃烧室（7）下端通过卸灰阀（13）连接所述螺旋出渣机（14），回转窑水平设置，回转窑后端密封连接在燃烧室（7）内，回转窑后端底部设有出料口（8），回转窑前端伸出燃烧室（7）外，回转窑前端设置螺旋进料机（2），燃烧室（7）下部连接所述进气管组（9）。本发明将回转窑后段置于燃烧室内，构成了气化反应的高温还原段，解决了现有技术中回转窑气化效率低的问题，通过窑内及燃烧室内气体及温度检测装置，在燃烧室底部进行补气设计，优化燃烧室内的温度分布及气体组分分布等，从而提高碳转化率。

Description

一种可用于危险废物处理的集成高温气化装置
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种用于危险废物处理的集成高温气化装置。
背景技术
危险废物处理通常采用高温焚烧的方式以达到有害危险物质的彻底分解，采用的技术是回转窑加二燃室，通过回收部分热量达到节能与环保共赢。
气化是含碳原料在欠氧环境下的非完全燃烧，生产可燃的合成气，合成气可直接用于燃烧，或经净化后用于发电，或生产甲烷、氢气，或进一步合成甲醇或烯烃。
气化技术具有传统焚烧处理不具备的优势如下：
1、原料来源广泛：如各种危险废弃物、废料、淤泥等，增加了这些资源的经济价值，降低了危废处理成本；
2、产品的灵活性：气化合成气可以转变成多种高附加值产品，可用于发电、产汽、合成油、基础化学原料、氢气等，企业可根据实际情况进行选择，做到经济效益最大化。
3、近零排放：气化技术可以适用当前最严格的环保要求，具有极低的NOx 排放、SO2排放、粉尘排放、重金属污染等。
4、效率高：气化技术可与先进发电技术联合，效率更高，单位价值更高，效率可由40%提高到60%。
除去发电和产汽用途，各种气化过程最核心的主线就是尽可能多的将原料化学能转化为产品化学能，这就要求尽量控制反应过程中的燃烧放热，使热量在反应过程中得到充分利用，提高碳转化率，提高CO、H2、CH4的产率等。
气化过程中，含碳废弃物经过烘干、干馏、热解、炭化、焦炭气化及完全燃烧等几个不同的阶段，合成气产品主要包括CH4、CO、H2、H2O、焦油等物质。
典型的气化过程有多段耦合气化、流化床气化、气流床气化、固定床气化、旋转窑炉气化等，各具特点，其中旋转窑炉气化与其他气化类型相比，具有适应任何规格类型燃料、制造运行费用低等优势，但由于以往的技术难于控制反应进程，使该炉型不能深度气化，未能大范围推广使用。
美国US 20130119315A1的专利（GAS DISTRIBUTOR FOR A ROTARY KILN）设计了一种旋转空气分配器，能有效提高了原料与空气的混合，提高了碳转化率，氧气分配喷嘴以不同的角度沿长度和周向进行布置，并在主轴内配有活塞调节装置，使氧气可以分布到需要的位置，不需要的位置也不让氧气进入。
以上各种技术改进均是围绕着优化空气分配进行的，或者通过优化空气分配满足各段反应的需求，或者通过搅动物料促进气固相的传热传质。但都还存在着各种不足，旋转空气分配器在一定程度上优化了空气分配，但与主床层物料的混合仍不够充分，还是优先与气相空间组分发生反应，提升碳转化率不足，且又额外增加了旋转部件，使密封问题更加突出。耐火材料上嵌入金属分配通道的空气分配技术也在一定程度上促进了混合，但由于壳体的旋转，较大比例的空气仍然是先进入气相空间并与气相组分混合反应。壳体上安装物料搅拌提升装置有效促进了物料的混合，但仍面临窑头窑尾密封的问题。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高温、高效、低成本、可控性能好、高气化率的可用于危险废物处理的集成高温气化装置。本发明提供的可用于危险废物处理的集成高温气化装置，将回转窑后段置于燃烧室内，构成了气化反应的高温还原段，解决了现有技术中回转窑气化效率低的问题，通过窑内及燃烧室内气体及温度检测装置，在燃烧室底部进行补气设计，优化燃烧室内的温度分布及气体组分分布等，从而提高碳转化率。
本发明提供的可用于危险废物处理的集成高温气化装置，其结构包括：
燃烧室侧壁上方通过密封装置安装回转窑壳体，回转窑的后半部分位于燃烧室内，回转窑的前半部分位于燃烧室外。
进一步地，所述回转窑的前半部分设有窑头罩、止回轮和驱动齿轮，窑头罩与回转窑的壳体密封连接，窑头罩前端设置有进料机。
进一步地，所述燃烧室外回转窑的前半部分具有绝热内衬，而所述位于燃烧室内的回转窑后半部分不需要绝热内衬。
进一步地，所述灰渣燃烬区内具有多个温度检测器，通过检测灰渣区温度场，判断灰渣的燃烬率。
进一步地，所述回转窑前端的窑头罩设置有密闭进料装置。
进一步地，所述进气与点火装置位于燃烧室底部，进气与点火装置由多个进气管、气体喷嘴和点火器构成。
进一步地，所述燃烧室的底部设置有封闭的出渣装置。
进一步地，所述的窑内出气管口位于回转窑内的燃烧室高温区。
进一步地，所述的燃烧室及窑内气体检测器，主要检测氧气及二氧化碳含量，据此调节进气组分，能够在保证灰渣燃烬率的基础上，优化气化反应后产品气的气体成分。
与现有技术相比，本发明提供的可用于危险废物处理的集成高温气化装置，具有以下有益效果：
（1）在回转窑的低温区域进行密封，而高温区域位于燃烧室内，不需要密封，从而降低了密封的技术难度与成本。
（2）燃烧室外回转窑的前半部分具有绝热内衬，而所述位于燃烧室内的回转窑后半部分不需要绝热内衬，从而降低了隔热技术的难度与成本。
（3）灰渣燃烬区内设置了多个温度检测器，通过检测灰渣区温度场，判断灰渣的燃烬率，调节燃烧室底部的进气与点火装置，从而大大提高碳转化率。
（4）窑内出气管口位于回转窑内的燃烧室高温区，可以降低粗产品气中的焦油、二恶英等有害物质含量。
（5）通过燃烧室及窑内气体检测器，主要检测氧气及二氧化碳含量，据此调节进气组分，能够在保证灰渣燃烬率的基础上，优化气化反应后产品气的气体成分。
本发明可用于有机污染物、污泥、油渣、工业催化剂等各类可燃危险废物的高温氧化气化处理，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的用于危险废物处理的集成高温气化装置实施例1的结构示意图；
图2是本发明的用于危险废物处理的集成高温气化装置实施例2的结构示意图；
图3是本发明的用于危险废物处理的集成高温气化装置实施例3的结构示意图；
图中标号：图中标号：1为进料斗，2为螺旋进料机，3为窑头罩，4为回转窑的支撑件，5为回转窑的齿轮带，6为燃烧室密封带，7为燃烧室，8为出料口，9为辅助可燃气、氮气、空气、氧气和水蒸汽的进气管组，10为燃烧室内气体成分检测装置，11为灰渣燃烬区温度检测装置，12为回转窑内温度检测装置，13为卸灰阀，14为螺旋出渣机，15为气体喷嘴及点火装置，16为窑内出气管口，17为壳体，18为合成气出口，19为阻气板，20为烘干及干馏气出口，21为干馏气除尘与冷凝除水装置。
具体实施方式
一种可用于危险废物处理的集成高温气化装置，其特征在于，所述集成高温气化装置包括螺旋进料机2、回转窑、燃烧室7、螺旋出渣机14、进气管组9；
燃烧室7竖直设置，燃烧室7下端通过卸灰阀13连接所述螺旋出渣机14，回转窑水平设置，回转窑后端密封连接在燃烧室7内，回转窑后端底部设有出料口8，回转窑前端伸出燃烧室7外，回转窑前端设置螺旋进料机2，燃烧室7下部连接所述进气管组9。
位于燃烧室7外回转窑上设有具有绝热内衬，位于燃烧室7内的回转窑后端无需绝热内衬。
燃烧室7包括上圆柱部、中部倒圆锥部、下圆柱部，燃烧室7上圆柱部内设置所述回转窑，燃烧室7内的回转窑后端设有温度检测装置12；中部倒圆锥部、下圆柱部组成灰渣燃烬区，灰渣燃烬区内设有多个温度检测装置11，温度检测装置11通过检测灰渣区温度场，判断灰渣的燃烬率。
燃烧室7底部设置有进气与点火装置，进气与点火装置由多个进气管组9、气体喷嘴和点火器15构成。
回转窑内的燃烧室7高温区设有窑内出气管口16。
燃烧室7内的回转窑后端设有燃烧室内气体成分检测装置10，用于检测氧气及二氧化碳含量，据此调节进气组分，在保证灰渣燃烬率的基础上，优化气化反应后产品气的气体成分。
燃烧室7外的回转窑前端设有窑头罩3、支撑件4和齿轮带5，窑头罩3设置在螺旋进料机2与回转窑之间，窑头罩3与回转窑壳体17密封连接，螺旋进料机2上设有进料斗1。
燃烧室7外的回转窑中段设有阻气装置19。
上述集成高温气化装置还设有烘干及干馏气出气管20，烘干及干馏气出气管20为L形，烘干及干馏气出气管20下端伸入所述回转窑内部中段，烘干及干馏气出气管20上端伸出回转窑前端外，烘干及干馏气出气管20上端通过干馏气除尘与冷却出水装置21连接所述进气管组9。
实施例1
如图1所示，本发明的一个实施例的用于废弃油渣的高温气化处理。
分析测得废油渣的含水量为2.87%，挥发份24.05%，固定碳27.67%，灰份45.41%，热值3384.49kcal/kg.
从分析单看，废油渣的含水量低，灰份高，热值高。
废油渣原料经吊装卸料进入进料斗1，经螺旋进料机2通过窑头罩3挤入回转窑中，在位于燃烧室外的回转窑的前端通过回转窑后端的高温传热对进入的原料进行烘干及挥发份的干馏，干馏出来的可燃气体快速进入燃烧室7中与燃烧室内的氧气发生快速燃烧反应，烘干及干馏后的物料及水蒸汽在回转窑后端高温区1100℃与燃烧室7中的燃烧后生成物二氧化碳反应生成一氧化碳及氢气，没有反应完全的含炭残渣通过回转窑的出料口8落入燃烧室7中继续燃烧，通过燃烧室内气体成分检测装置10及回转窑内温度检测装置12控制氧气和水蒸汽的进气管9内的氧气和水蒸汽流量及配比，以达到所需要的成品气成份，成品气通过窑内出气管口16到达合成气出口18。通过灰渣燃烬区温度检测装置11测得的灰渣区温度场，可以推测出灰渣燃烬率，控制氧气和水蒸汽的进气管9内的氧气流量，以控制灰渣中的残碳含量，燃烬后的灰渣通过卸灰阀13及螺旋出渣机14排出。
回转窑的前半部分设有窑头罩、止回轮和驱动齿轮，窑头罩与回转窑的壳体密封连接， 燃烧室侧壁上方通过密封装置安装回转窑壳体。
为了防止气体泄漏，回转窑前端的窑头罩3设有密封带，燃烧室与回转窑的连接处设有燃烧室密封带6。
为了防止热量损失，位于燃烧室外回转窑的前半部分以及燃烧室具有绝热内衬，而位于燃烧室内的回转窑后半部分不需要绝热内衬。与通常的焚烧技术相比较，有绝热内衬量减少了1/4左右。
实施例2
如图2所示，本发明的一个实施例的用于活性污泥的高温气化处理。
活性污泥化验结果：含水量为20.48%，挥发份5.29%，固定碳24.25%，灰份49.98%，热值2166.99kcal/kg.
活性污泥含水量高，灰份高，热值低。
为了适应活性污泥含水量高的特点，在燃烧室外的回转窑的中段加装阻气装置。在活性污泥原料经吊装卸料进入进料斗1，经螺旋进料机2通过窑头罩3挤入回转窑后，通过回转窑后端的高温传热对进入的原料进行烘干及挥发份的干馏，干馏出来的大量水蒸汽及可燃气体由于阻气装置19而无法直接进入燃烧室7中，返回窑头罩的烘干及干馏气出口21经过冷凝装置21除去过量的水蒸汽以后，通过氧气和水蒸汽的进气管组9送入燃烧室内进行气体燃烧反应，烘干及干馏后的物料通过阻气装置19在回转窑后端高温区1100℃与燃烧室7中产生的二氧化碳及水蒸汽反应生成一氧化碳及氢气，没有反应完全的含炭残渣通过回转窑的出料口8落入燃烧室7中继续燃烧，通过燃烧室内气体成分检测装置10及回转窑内温度检测装置12控制氧气和水蒸汽的进气管9内的氧气和水蒸汽流量及配比，以达到所需要的成品气成份，成品气通过窑内出气管口16到达合成气出口18。通过灰渣燃烬区温度检测装置11测得的灰渣区温度场，可以推测出灰渣燃烬率，控制氧气和水蒸汽的进气管9内的氧气流量，以控制灰渣中的残碳含量，燃烬后的灰渣通过卸灰阀13及螺旋出渣机14排出。
实施例3
如图3所示，本发明的一个实施例的用于对苯二甲酸PTA废渣的高温气化处理。
本实施例使用的PTA废渣的含水量为5.428%，挥发份为63.62%，固定碳为22.17%，灰份8.79%，热值4956.43 kcal/kg.
PTA废渣的特点是含水量低，灰份低，挥发份高，热值高。
PTA废渣原料经吊装卸料进入进料斗1，经螺旋进料机2通过窑头罩3挤入回转窑中，在位于燃烧室外的回转窑的前端通过回转窑后端的高温传热对进入的原料进行烘干及挥发份的干馏，干馏出来的可燃气体由于阻气装置19而无法直接进入燃烧室7中，返回窑头罩的烘干及干馏气出口21经过除尘后，通过氧气和水蒸汽的进气管组9送入燃烧室内进行燃烧反应，烘干及干馏后的物料通过阻气装置19在回转窑后端高温区1100℃与燃烧室7中的二氧化碳及水蒸汽反应生成一氧化碳及氢气，没有反应完全的含炭残渣通过回转窑的出料口8落入燃烧室7中继续燃烧，通过燃烧室内气体成分检测装置10及回转窑内温度检测装置12控制氧气和水蒸汽的进气管组9内的氧气和水蒸汽流量及配比，以达到所需要的成品气成份，成品气通过窑内出气管口16到达合成气出口18。通过灰渣燃烬区温度检测装置11测得的灰渣区温度场，可以推测出灰渣燃烬率，控制氧气和水蒸汽的进气管组9内的氧气流量，以控制灰渣中的残碳含量，燃烬后的灰渣通过卸灰阀13及螺旋出渣机14排出。
同现有的焚烧气化技术相比，本发明采用的回转窑嵌入燃烧室结构，解决了高温回转窑的绝热难题，降低了回转窑的密封难度，燃烧室中部倒圆锥部、下圆柱部组成灰渣燃烬区，灰渣燃烬区内设有多个温度检测装置11，温度检测装置11通过检测灰渣区温度场，判断灰渣的燃烬率，对未燃烬的灰渣，通过加大供氧量或同时辅助可燃气，可以提高灰渣的碳转化率，易于自动控制，可高效生成合成气，具有出渣系统流畅、污染排放指标低的优点，具有广阔的应用前景。本发明可用于有机污染物、污泥、油渣、工业催化剂等各类可燃危险废物的高温氧化气化处理。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种可用于危险废物处理的集成高温气化装置，其特征在于，所述集成高温气化装置包括螺旋进料机（2）、回转窑、燃烧室（7）、螺旋出渣机（14）、进气管组（9）；
燃烧室（7）竖直设置，燃烧室（7）下端通过卸灰阀（13）连接所述螺旋出渣机（14），回转窑水平设置，回转窑后端密封连接在燃烧室（7）内，回转窑后端底部设有出料口（8），回转窑前端伸出燃烧室（7）外，回转窑前端设置螺旋进料机（2），燃烧室（7）下部连接所述进气管组（9）。
2.根据权利要求1所述的可用于危险废物处理的集成高温气化装置，其特征在于，位于燃烧室（7）外回转窑上设有具有绝热内衬，位于燃烧室（7）内的回转窑后端无需绝热内衬。
3.根据权利要求1或2所述的可用于危险废物处理的集成高温气化装置，其特征在于，所述燃烧室（7）包括上圆柱部、中部倒圆锥部、下圆柱部，燃烧室（7）上圆柱部内设置所述回转窑，燃烧室（7）内的回转窑后端设有温度检测装置（12）；中部倒圆锥部、下圆柱部组成灰渣燃烬区，灰渣燃烬区内设有多个温度检测装置（11），温度检测装置（11）通过检测灰渣区温度场，判断灰渣的燃烬率。
4.根据权利要求1所述的可用于危险废物处理的集成高温气化装置，其特征在于，所述燃烧室（7）底部设置有进气与点火装置，进气与点火装置由多个进气管组（9）、气体喷嘴和点火器（15）构成。
5.根据权利要求1所述的可用于危险废物处理的集成高温气化装置，其特征在于，所述回转窑内的燃烧室（7）高温区设有窑内出气管口（16）。
6.根据权利要求1所述的可用于危险废物处理的集成高温气化装置，其特征在于，所述燃烧室（7）内的回转窑后端设有燃烧室内气体成分检测装置（10），用于检测氧气及二氧化碳含量，据此调节进气组分，在保证灰渣燃烬率的基础上，优化气化反应后产品气的气体成分。
7.根据权利要求1所述的可用于危险废物处理的集成高温气化装置，其特征在于，所述燃烧室（7）外的回转窑前端设有窑头罩（3）、支撑件（4）和齿轮带（5），窑头罩（3）设置在螺旋进料机（2）与回转窑之间，窑头罩（3）与回转窑壳体（17）密封连接，螺旋进料机（2）上设有进料斗（1）。
8.根据权利要求1所述的可用于危险废物处理的集成高温气化装置，其特征在于，所述燃烧室（7）外的回转窑中段设有阻气装置（19）。
9.根据权利要求1所述的可用于危险废物处理的集成高温气化装置，其特征在于，设有烘干及干馏气出气管（20），烘干及干馏气出气管（20）为L形，烘干及干馏气出气管（20）下端伸入所述回转窑内部中段，烘干及干馏气出气管（20）上端伸出回转窑前端外，烘干及干馏气出气管（20）上端通过干馏气除尘与冷却出水装置（21）连接所述进气管组（9）。
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