CN106987275A - 工业废弃物的高温等离子体气化熔融处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业废弃物的高温等离子体气化熔融处理系统及方法，包括等离子气化单元以及余热回收单元，所述等离子气化单元包括等离子气化炉以及二燃室，所述余热回收单元包括与二燃室产生的高温烟气相通的余热换热器，所述处理系统还包括烟气处理单元以及污泥干化系统。该处理系统的处理过程包括：a、对除污泥外的其它工业废弃物进行等离子气化处理，处理产生的底部熔浆排出回收再利用，对处理产生的合成气进行再燃烧形成高温烟气；b、对步骤a中所产生的高温烟气进行换热降温处理；c、对步骤a中降温后的烟气进行烟气处理，处理后的烟气外排。本发明的处理系统及方法可实现工业废弃物的减量化、无害化、稳定化以及资源化处理。

Description

工业废弃物的高温等离子体气化熔融处理系统及方法
技术领域
本发明涉及一种工业废弃物的高温等离子气化熔融处理系统及方法，属于环保技术领域。
背景技术
现有化工、医药等行业产生的大量污泥以及其它固体废弃物大都属于危险废弃物，针对这些废弃物，主要采用填埋或是焚烧的方式进行处理。然而，对于填埋式处理，填埋场必须远离居民区，且填埋场防渗处理要求高，处置不好容易造成地下水污染，此外，填埋在地下的废弃物，有可能分解产生易燃、易爆或有毒气体，危害环境甚至人身健康。再者，填埋处理需要占用大量的土地，后期维护成本及风险较高。而对于焚烧处理，其主要采用回转窑、炉排炉以及循环流化床等工艺，焚烧温度在850℃-950℃之间，根据危险废物目录中的规定，危险废物焚烧、热解等处置过程中产生的底渣和飞灰还是属于危险废物，因此焚烧处理只能做到减量化处理，而未做到无害化处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工业废弃物的高温等离子体气化熔融处理系统，可实现工业废弃物的减量化、无害化处理以及资源化利用。此外，本发明的另一目的在于提供一种工业废弃物的高温等离子体气化熔融处理方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种工业废弃物的高温等离子体气化熔融处理系统，包括等离子气化单元以及余热回收单元，其中：所述等离子气化单元包括等离子气化炉以及与等离子气化炉的合成气出口相通的二燃室，所述余热回收单元包括与二燃室产生的高温烟气相通的余热换热器，所述处理系统还包括用于处理余热换热器换热产生的烟气的烟气处理单元。
优选的是：所述处理系统还包括污泥干化系统，所述污泥干化系统包括污泥薄层干化机，所述污泥干化系统的干污泥出口与等离子气化炉相通。
优选的是：所述余热换热系统的蒸汽出口与污泥干化系统相通。
优选的是：所述污泥干化系统包括闪蒸器，所述污泥干化系统产生的蒸汽凝液经闪蒸器加热后返回至余热回收系统中。
优选的是：所述二燃室与所述余热换热器之间的烟道上设置有SNCR脱硝装置。
优选的是：所述烟气处理单元包括旋风除尘器、空气急冷器、布袋除尘器、碱洗脱硫塔、湿式电除尘器以及活性炭吸附塔。
优选的是，所述湿式电除尘器与活性炭吸附塔之间还设有升温器。
优选的是：所述空气急冷器中通入有常温空气，所述常温空气经空气急冷器加热后作为预热空气分别进入到等离子气化炉、二燃室以及升温器中。
本发明的另一目的，一种工业废弃物的高温等离子体气化熔融处理方法，其包括以下处理步骤：
a、对除污泥外的其它工业废弃物进行等离子气化处理，处理产生的底部熔浆排出回收再利用，对处理产生的合成气进行再燃烧形成高温烟气；
b、对步骤a中所产生的高温烟气进行换热降温处理；
c、对步骤a中降温后的烟气进行烟气处理，其中，所述烟气处理包括旋风除尘处理、急冷处理、布袋除尘处理、碱洗脱硫处理、湿式电除尘处理以及活性炭吸附处理，处理后的烟气外排。
优选的是：所述处理步骤还包括污泥的薄层干化处理以使得污泥的含水量降至30％以下，干化处理产生的干污泥进入到步骤a中进行等离子气化处理，干化处理产生的蒸汽凝液经加热后进入到步骤b中用作换热降温处理的热源；并且，步骤b中换热降温处理产生的高温蒸汽进入到薄层干化处理中用作干化处理的热源。
优选的是：步骤a的等离子气化处理中加入有还原剂和/或助熔剂，其中，所述还原剂为焦炭，其加入量不高于所处理的物料量的10％；所述助熔剂为石灰石和/或废玻璃，且其加入量不高于所处理的物料量的5％。
本发明的有益效果在于，本发明的处理系统及方法，通过对工业废弃物的高温等离子气化熔融处理，可实现工业废弃物的减量化、无害化、稳定化以及资源化处理。而针对含有污泥的工业废弃物，本发明的处理系统及方法通过等离子气化熔融处理和的污泥干化处理相结合的方法，可有效解决污泥以及其它废物的处理问题，且本发明的污泥干化处理采用间接干燥方式，产生的臭气量小，且产生的臭气全部进入到高温等离子处理单元中进行处理，无臭气外排。处理成本低，解决了污泥等工业废弃物的填埋和焚烧二次污染问题，不仅适用于处理化工、医药等各工业行业产生的污泥，也可适用于处理工业企业所产生的其它工业废弃物，包括各种固体废弃物、液体废弃物以及气体废弃物，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1示出了本发明所述的工业废弃物的高温等离子体气化熔融处理系统的方框原理示意图；
图2根据本发明的一种实施方式，示出了本发明所述的工业废弃物的高温等离子体气化熔融处理方法的详细工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1和图2所示，本发明所述的高温等离子体气化熔融处理系统，包括通过管道依次连通的等离子气化单元、余热回收单元以及烟气处理单元，其中，所述等离子气化单元包括刮板机、等离子气化炉、二燃室以及排渣单元，工业废物经过刮板机进入到等离子气化炉中，且所述等离子气化炉还配备有等离子炬以产生等离子体并使得工业废物在等离子气化炉中发生等离子气化反应生成CO、H2、CH4等合成气，随后合成气经过二燃室再燃以将合成气中的有机成分、CO和H2混合气氧化成CO2和H2O，并释放大量的热。所述余热回收单元包括余热换热器，二燃室产生的含有大量热能的高温烟气进入到余热换热器中以回收烟气中的大部分热量。进一步地，所述二燃室与所述余热换热器之间的烟道上设置有SNCR脱硝装置，以有效脱除烟气中的氮氧化物。
所述烟气处理单元包括依次设置的旋风除尘器、空气急冷器、布袋除尘器、碱洗脱硫塔、湿式电除尘器以及活性炭吸附塔，以对经余热换热器换热后的烟气进行旋风除尘、急冷、布袋除尘、碱洗脱硫、湿式电除尘以及活性炭吸附等处理以使得其最终能通过烟囱直接排放至大气中。
当本发明所述的处理系统用于处理污泥时，所述处理系统还可包括污泥干化系统，所述污泥干化系统包括污泥薄层干化机，污泥经过污泥薄层干化机干化处理后经刮板机进入到等离子气化炉中并进行如上所述的后续处理。进一步地，所述余热回收系统经换热产生的蒸汽进入到所述污泥干化系统中供所述污泥薄层干化机用于对污泥进行干化处理。更进一步地，所述污泥干化处理系统还包括闪蒸器，污泥干化系统干化处理过程中产生的蒸汽凝液经闪蒸器加热后返回至余热回收系统中供余热换热器使用。
具体地，如图2所示，本发明如上所述的处理系统处理工业废弃物的过程包括：工业废物经刮板机进入到等离子气化炉中进行等离子处理。根据进料物料热值可通过刮板机向等离子气化炉中同时加入还原剂以确保等离子气化炉内部等达到稳定的气化条件，且所加入的还原剂还可作为气化炉中的床层。在本发明中，可采用焦炭作为还原剂，等离子气化炉内氧过量时，可通过焦炭达到还原性气氛，并且，焦炭热值较高，可补充等离子气化炉的热量输入，降低等离子炬的电能输入。此外，采用焦炭作为床层，由于焦炭密度低，其漂浮在熔池上面，处理物料则会落到焦炭床层上进行气化处理。根据所处理的物料的量，所述还原剂的加入量一般不高于所述物料量的10％。等离子气化过程属于缺氧气化而非燃烧，等离子气化炉底部熔融区温度可达到1450-1600℃，其上部气化区域可达1200℃以上。在等离子气化过程中，还可向所述等离子气化炉中通入预热空气，以提高处理单元的热效率。在等离子气化炉的底部，工业废物中的无机物被熔融成为熔浆态并通过排渣单元排出，其经冷却处理后可得到产品，根据该产品的物料成分可得到无毒无害的玻璃化渣，其可作为沙石骨料用于筑路，也可制成泡沫玻璃或者保温岩棉等。在本发明中，还可通过刮板机向等离子气化炉内添加石灰石、废玻璃等作为助熔剂，以有效降低熔池的熔点并增加熔池的流动性，调整等离子气化炉底部熔浆的出渣形态，更好地形成玻璃化渣。根据所处理的物料的量，所述助熔剂的加入量一般不高于所述物料量的5％。等离子气化炉上部的气化区域气化反应生成CO、H2、CH4等合成气，随后合成气进入二燃室再燃烧以将合成气中的有机成分、CO和H2混合气氧化成CO2和H2O，并释放大量的热；其中，所述二燃室的温度高于1100℃，合成气在二燃室内的停留时间大于2s。并且，在燃烧过程中，也可向所述二燃室内通入预热空气。
经二燃室再燃烧形成的高温烟气进入到余热换热器中以回收高温烟气中所携带的大部分热量。进一步地，所述二燃室与所述余热换热器之间的烟道上设置有SNCR脱硝装置，并向所述SNCR脱硝装置中喷入氨水，以有效脱除烟气中的氮氧化物。
经余热换热器降温后的烟气进入到旋风除尘器中进行除尘处理，处理产生的飞灰可回收并定期再次送入到等离子气化炉内进行处理。经旋风除尘器除尘处理后的温度高于500℃的烟气进入到空气急冷器中进行强制空气冷却处理，使得烟气温度在1s内急冷由500℃以上急冷至200℃以下，以避免二噁英的生成。同时，通入到所述空气急冷器中的常温空气被加热得到的预热空气可分别进入到等离子气化炉以及二燃室中作为如上所述的预热空气。
经空气急冷器急冷至200℃以下的烟气进入到布袋除尘器中进行净化处理，进一步地，所述布袋除尘器中还可通入活性炭和氢氧化钙粉末，所述活性炭和氢氧化钙粉末在布袋除尘器中与烟气充分接触，以吸附烟气中夹带的二噁英和呋喃，并去除部分二氧化硫等酸性气体。所述布袋除尘器中处理产生的飞灰可回收并定期再次送入到等离子气化炉内进行处理。
经布袋除尘器净化处理后的烟气进入到碱洗脱硫塔中进行碱洗脱硫处理，以有效降低烟气中二氧化硫、氯化氢等酸性气体的含量，同时还可以去除烟气中的部分粉尘。
随后，烟气进入到湿式电除尘器中，以有效去除烟气中的微小颗粒，确保烟气中的颗粒物含量低于5mg/Nm3，达到超低排放要求。
经湿式电除尘器处理后的烟气进入到活性炭吸附塔中进行活性炭吸附处理，进一步地，在本发明中，所述湿式电除尘器与活性炭吸附塔之间还可设置一升温器，湿式电除尘器出来的温度低于100℃的烟气先经升温器升温至100℃以上后再进入活性炭吸附塔进行吸附处理。更进一步地，所述升温器中通入有空气急冷器换热产生的预热空气，以便于与烟气在升温器中进行换热节省能源，经换热后的烟气可直接排放。活性炭吸附塔作为有效的烟气处理设备，其可以吸附烟气中颗粒物等有害物质，保证烟气的合格排放。
经活性炭吸附塔吸附处理后的烟气在引风机的作用下可通过烟囱直接排入大气。引风机的使用可保证整个系统为负压系统，以确保烟气不会通过烟道和设备向外排放。同时，为监控烟气排放数据，还可在烟囱上设置烟气在线监测组件，以实施检测烟气排放数据。本领域技术人员可以理解的是，根据处理过程中所产生的烟气的特性，本发明的烟气处理系统的各处理单元可进行相应地调整，以满足不同的烟气处理要求并使其满足国家相关标准贵方的排放要求。
当工业废弃物中含有污泥时，所述处理系统还可包括污泥干化系统，所述污泥干化系统包括污泥薄层干化机。污泥进入到污泥薄层干化机中进行干化处理，使得干化后的污泥含水率降至30％以下。随后，所述污泥可通过刮板机进入到等离子气化炉中进行如上所述的后续处理。或者，所述污泥干化系统还了包括螺旋水冷却器，干化后的污泥进入到螺旋水冷器中冷却后进入到干污泥料仓中存储，当干污泥料仓中存储有一定量的干污泥后可通过刮板机进入到等离子气化炉中进行如上所述的后续处理。进一步地，所述余热换热器中经换热产生的高温蒸汽可进入到所述污泥干化系统中用于污泥的干化处理。并且，所述污泥干化处理系统还包括闪蒸器，所述污泥干化系统的干化处理过程中产生的蒸汽凝液经闪蒸器加热后返回至余热回收系统中供余热换热器使用。更进一步地，所述闪蒸器和余热换热器之间还设有软水箱，所述软水箱中定期补充有脱盐水，经闪蒸器加热后的热水先进入软水箱中进行脱盐处理后再进入余热换热器中，以实现软水的循环利用。此外，所述污泥干化系统还可包括臭气洗涤器，污泥薄层干化机干化处理过程中产生的臭气进入臭气洗涤器中进行洗涤除臭，洗涤后的臭气进入二燃室中进行焚烧处理，洗涤产生的干化凝水进入污水处理厂处理。
本发明的处理系统及方法，通过等离子气化熔融处理，可实现工业废弃物的减量化、无害化、稳定化以及资源化处理。而通过等离子气化熔融处理和的污泥干化处理相结合的方法，可有效解决污泥以及其它废物的处理问题，处理成本低，解决了污泥等工业废弃物的填埋和焚烧二次污染问题，具有广阔的市场应用前景。
本发明已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。申请人的意图是所有这些变化和增加落在了本发明权利要求的保护范围中。本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明，其并非意在对发明进行限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均与本发明所属领域的一般技术人员的理解相同。公知的功能或结构出于简要和清楚的考虑或不再赘述。

Claims (10)

1.一种工业废弃物的高温等离子体气化熔融处理系统，包括等离子气化单元以及余热回收单元，其特征在于：所述等离子气化单元包括等离子气化炉以及与等离子气化炉的合成气出口相通的二燃室，所述余热回收单元包括与二燃室产生的高温烟气相通的余热换热器，所述处理系统还包括用于处理余热换热器换热产生的烟气的烟气处理单元。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于：所述处理系统还包括污泥干化系统，所述污泥干化系统包括污泥薄层干化机，所述污泥干化系统的干污泥出口与等离子气化炉相通。
3.根据权利要求2所述的处理系统，其特征在于：所述余热换热系统的蒸汽出口与污泥干化系统相通。
4.根据权利要求2所述的处理系统，其特征在于：所述污泥干化系统包括闪蒸器，所述污泥干化系统产生的蒸汽凝液经闪蒸器加热后返回至余热回收系统中。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的处理系统，其特征在于：所述二燃室与所述余热换热器之间的烟道上设置有SNCR脱硝装置。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的处理系统，其特征在于：所述烟气处理单元包括旋风除尘器、空气急冷器、布袋除尘器、碱洗脱硫塔、湿式电除尘器以及活性炭吸附塔；优选的是，所述湿式电除尘器与活性炭吸附塔之间还设有升温器。
7.根据权利要求6所述的处理系统，其特征在于：所述空气急冷器中通入有常温空气，所述常温空气经空气急冷器加热后作为预热空气分别进入到等离子气化炉、二燃室以及升温器中。
8.一种工业废弃物的高温等离子体气化熔融处理方法，其特征在于：包括以下处理步骤：
a、对除污泥外的其它工业废弃物进行等离子气化处理，处理产生的底部熔浆排出回收再利用，对处理产生的合成气进行再燃烧形成高温烟气；
b、对步骤a中所产生的高温烟气进行换热降温处理；
c、对步骤a中降温后的烟气进行烟气处理，其中，所述烟气处理包括旋风除尘处理、急冷处理、布袋除尘处理、碱洗脱硫处理、湿式电除尘处理以及活性炭吸附处理，处理后的烟气外排。
9.根据权利要求8所述的处理方法，其特征在于：所述处理步骤还包括污泥的薄层干化处理以使得污泥的含水量降至30％以下，干化处理产生的干污泥进入到步骤a中进行等离子气化处理，干化处理产生的蒸汽凝液经加热后进入到步骤b中用作换热降温处理的热源；并且，步骤b中换热降温处理产生的高温蒸汽进入到薄层干化处理中用作干化处理的热源。
10.根据权利要求8或9所述的处理方法，其特征在于：步骤a的等离子气化处理中加入有还原剂和/或助熔剂，其中，所述还原剂为焦炭，其加入量不高于所处理的物料量的10％；所述助熔剂为石灰石和/或废玻璃，且其加入量不高于所处理的物料量的5％。
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