CN107243500A - 一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置及其解毒方法 - Google Patents
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Abstract
一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置，包括旋风熔融炉本体、旋风分离器、冷却池、用于输送铬渣和含SiO2的添加剂的给料仓以及用于输送煤粉的煤粉仓，所述旋风熔融炉本体顶部设置有一次风入风口和喷燃器，旋风熔融炉本体上还设置有二次风入风口；旋风熔融炉本体的下端连接有排渣管，旋风熔融炉本体中燃烧后的炉渣经排渣管排入冷却池；旋风分离器的上端通过烟道连通有布袋除尘器，布袋除尘器还通过引风机连通有烟囱，在烟道内依次设置有过热器、省煤器和空气预热器。本发明添加剂选用含SiO2的添加剂，尤其是沙子和石英砂，显著提高铬渣与煤粉灰熔点，从而促使Cr6+在高温区完全还原，避免铬渣与煤粉在低温区熔融，出现解毒不完全现象。
Description
技术领域
本发明涉及工业危险废弃物无害化处理和资源化利用领域，具体的说是一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置及其解毒方法。
背景技术
铬渣主要来源于铬及铬盐的生产过程产生的有毒废渣，铬渣的性质随着原料和铬盐生产工艺的不同而不同，根据国家危险废物名录，铬渣被列为危险固体废物。目前，全国铬渣总产生量约630万吨，未解毒的320万吨，这些铬渣的无序堆存，造成地表水、地下水和土壤环境的严重污染。Cr(VI)具有很高的流动性和很强的毒性，且对生物体具有致癌作用。Cr(Ⅲ)的流动性较低，是人体必需的微量元素之一，但过多食用也会对人体造成危害。因此，铬渣被认为是一种危险废物，需要对其进行无害化处理。
铬渣的毒性在于Cr(VI)的强氧化性，主要以Cr2O4和CrO4 2-两种形式存在，目前铬渣的解毒方法主要有干法解毒与湿法解毒两种。湿法解毒即添加化学试剂到铬渣中使Cr6+还原成Cr3+的方法，但试剂量消耗大、成本高并易造成二次污染；干法解毒法即熔融固化法，在高温条件下，除Cr6+被还原外，含铬矿物质包覆于玻璃熔融体中，该解毒法解毒彻底，并且经退火后转化为稳定的玻璃固化体并加以二次利用为路基材料、水泥掺混料等。
专利申请号2013105117163介绍了一种流化床式铬渣热解无害化工艺。生物质与铬渣混合进入到高温流化床热解炉中，生物质快速熔融热解并释放出大量热解气体，从而将Cr(VI)还原，同时热解残炭流化过程中附着在铬渣表面，避免还原的Cr（III）被二次氧化；铬渣也将产生的热解气进行有效的催化裂解，防止大量高污染焦油气的产生，该工艺缩短了反应时间，尾气可二次利用。但也有一些缺陷，比如生物质流化床的投资、运行成本问题较高，燃烧效率相对较低等缺点，限制了生物质流化床的大规模应用，进而影响到无法处理大规模铬渣的问题。
发明内容
本发明提供了一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置及其解毒方法，采用旋风处理工艺对铬渣进行稳定/固定化处理，通过调整工艺参数，将有毒的铬渣废弃物经过高温熔融处理后包容固化于硅铝酸盐晶格中，使铬渣得到有效地无害化处理经济环保，该方法节能高效、操作方便，可规模化应用，具有良好的经济和环境效益。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置，包括旋风熔融炉本体、旋风分离器、冷却池、用于输送铬渣和含SiO2的添加剂的给料仓以及用于输送煤粉的煤粉仓，旋风熔融炉本体的上部设置有出气口，旋风熔融炉本体的中部设置有进料口，旋风分离器的气体入口与旋风熔融炉本体的出气口连通，旋风分离器的排灰口与旋风熔融炉本体进料口连通，所述旋风熔融炉本体顶部设置有一次风入风口和喷燃器，旋风熔融炉本体上还设置有二次风入风口，二次风入风口设置在一次风入风口与出气口之间；所述旋风熔融炉本体与给料仓和煤粉仓连通，旋风熔融炉本体的下端连接有排渣管，旋风熔融炉本体中燃烧后的炉渣经排渣管排入冷却池；旋风分离器的上端通过烟道连通有布袋除尘器，布袋除尘器还通过引风机连通有烟囱，在烟道内依次设置有过热器、省煤器和空气预热器。
作为一种优选方案，二次风入风口呈多列间隔均布在旋风熔融炉本体的周面上，每列二次风入风口至少均布两排。
利用如上所述的一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置的解毒方法，包括如下步骤：
步骤一、将铬渣粉碎并与含SiO2的添加剂混合均匀后，由给料仓输送至旋风熔融炉本体中；煤粉经煤粉仓输送至旋风熔融炉本体中，并与经给料仓输送的铬渣和含SiO2的添加剂掺混，得混合物，备用；
步骤二、通过一次风入风口和二次风入风口，向旋风熔融炉本体中通入旋转的空气流，使步骤一所得混合物在旋风熔融炉本体内旋转并燃烧；
步骤三、利用旋风分离器捕捉未燃烧完全的燃料，并从旋风分离器的排灰口返回旋风熔融炉本体进行二次燃烧；
步骤四、将旋风分离器捕捉后剩余烟气依次通过设置在烟道中的过热器、省煤器和空气预热器，进入布袋除尘器，过滤掉飞灰后经引风机进入烟囱，排向大气；
步骤五、将步骤二经旋风熔融炉熔融本体后的炉渣经炉膛底部的排渣管排放至冷却池中进行冷却。
作为一种优选方案，步骤一中，煤粉、铬渣、含SiO2的添加剂的质量比为36：4-9：1。
作为一种优选方案，所述含SiO2的添加剂为沙子或者石英砂。
作为一种优选方案，步骤二所述旋风熔融炉本体1内反应温度为1650-1800℃，反应时间为2-4h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明借助旋风熔融炉温度高、旋流燃烧强度高的特点，将铬渣、含SiO2的添加剂、煤粉充分混合后送入高温旋风熔融炉内燃烧，将旋风熔融炉内反应温度控制在1650-1800℃，含Cr矿渣在熔融处理过程中将Cr(VI)还原成稳定的Cr（III），通过工艺控制，将铬渣中Cr6+解毒还原彻底，退火后的玻璃固化体经过处理可二次利用，此工艺可以处理大规模铬渣污染物，而且铬渣本身含有的Cr是一种强氧化剂，有助燃作用，可以提高煤粉的燃烧效率，炉内的主要还原反应如下：Cr6++C→Cr3++CO,Cr3++C→Cr+CO，该工艺具有经济环保，节能高效、操作方便，可规模化应用等优点，具有良好的经济和环境效益；
（2）铬渣属高碱性物质，其熔点较低，铬渣与煤粉配比应控制在1:9为限，使得铬渣占总混合物的比重应以9%-20%为宜，不宜过高，以免引起旋风熔融炉结渣；含SiO2的添加剂与铬渣配比选择为1:4可以显著提高铬渣与煤粉灰熔点，因此煤粉、铬渣、添加剂的质量配比选择为36:4:1，可以使铬渣在高温条件下解毒完全。经本发明工艺处理后，铬渣中的六价铬有99%以上被还原为稳定无毒的三价铬，解毒效果明显，为铬渣的无害化处理提供了新思路，在一定程度上解决了铬渣的大量堆存、污染当地环境等难题；
（3）本发明中，含Cr矿渣在熔融处理过程中将Cr(VI)还原成稳定的Cr（III），利用旋风分离器捕捉未燃烧完全的燃料从旋风分离器的排灰口返回旋风熔融炉本体继续燃烧，同时铬渣借助炉内还原气氛及高温被还原和熔融，熔渣经水淬固化成玻璃体，将含Cr矿物质包裹于其中，防止浸出，从而达到无害化处理的目的；
（4）本发明添加剂选用含SiO2的添加剂，尤其是沙子和石英砂，作为其主要组分的酸性氧化物SiO2可以显著提高铬渣与煤粉灰熔点，从而促使Cr6+在高温区完全还原，避免铬渣与煤粉在低温区熔融，出现解毒不完全现象，含SiO2的添加剂的加入，促使铬渣解毒更完全；
（5）经旋风熔融炉熔融后的炉渣经炉膛底部的排渣管排放至冷却池进行冷却，经过冷却池冷却的铬渣可以回收利用，用作建筑材料、混凝土骨料和路基材料等。
附图说明
图1为本发明一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置整体结构示意图；
附图标记：1、旋风熔融炉本体，101、一次风入风口，102、二次风入风口，103、喷燃器，104、排渣管，105、出气口，106、进料口，2、给料仓，3、煤粉仓、4、冷却池，5、旋风分离器，6、烟道，7、过热器，8、省煤器，9、空气预热器，10、除尘器，11、引风机，12、烟囱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置，如图1所示，包括旋风熔融炉本体1、旋风分离器5、冷却池4、用于输送铬渣和含SiO2的添加剂的给料仓2以及用于输送煤粉的煤粉仓3，旋风熔融炉本体1的上部设置有出气口105，旋风熔融炉本体1的中部设置有进料口106，旋风分离器5的气体入口与旋风熔融炉本体1的出气口105连通，旋风分离器5的排灰口与旋风熔融炉本体1进料口106连通，所述旋风熔融炉本体1顶部设置有一次风入风口101和喷燃器103，旋风熔融炉本体1上还设置有二次风入风口102，二次风入风口102设置在一次风入风口101与出气口105之间；所述旋风熔融炉本体1与给料仓2和煤粉仓3连通，旋风熔融炉本体1的下端连接有排渣管104，旋风熔融炉本体1中燃烧后的炉渣经排渣管104排入冷却池4；旋风分离器5的上端通过烟道6连通有布袋除尘器10，布袋除尘器10还通过引风机11连通有烟囱12，在烟道6内依次设置有过热器7、省煤器8和空气预热器9。
图1是本发明一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置整体结构示意图，如图1所示，旋风熔融炉本体1内利用高速旋转的空气流使燃料高速度旋转并强烈燃烧，在气流的高速旋转作用将燃料抛向筒壁，燃料在筒壁和筒壁附近的空间内燃烧，形成一个温度很高的区域，使灰渣熔化而粘在筒壁上，气流与粘附在液态渣膜上的燃料之间有很高的相对速度，促使燃料与空气充分混合，因此旋风熔融炉本体1有很高的燃烧强度，同时通过一次风入风口101和二次风入风口102，向旋风熔融炉本体1中通入旋转的空气流，在一次风、二次风的作用下，促使铬渣反应完全、解毒彻底，熔融后的炉渣经炉膛底部的排渣管排放。
二次风入风口102呈多列间隔均布在旋风熔融炉本体1的周面上，每列二次风入风口102至少均布两排，在本发明优选的实施例中，每列二次风入风口102均布三排二次风入风口102，具体结构如图1所示。
利用如上所述的一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置的解毒方法，包括如下步骤：
步骤一、将铬渣粉碎并与含SiO2的添加剂混合均匀后，由给料仓2输送至旋风熔融炉本体1中；煤粉经煤粉仓3输送至旋风熔融炉本体1中，并与经给料仓2输送的铬渣和含SiO2的添加剂掺混，得混合物，备用，作为优选的，煤粉、铬渣、含SiO2的添加剂的质量比为36：4-9：1；
步骤二、通过一次风入风口101和二次风入风口102，向旋风熔融炉本体1中通入旋转的空气流，旋风熔融炉本体1内反应温度为1650-1800℃，反应时间为2-4h，使步骤一所得混合物在旋风熔融炉本体1内旋转并燃烧，含Cr矿渣在熔融处理过程中将Cr(VI)还原成稳定的Cr（III）；
步骤三、利用旋风分离器5捕捉未燃烧完全的燃料，并从旋风分离器5的排灰口返回旋风熔融炉本体1进行二次燃烧；
步骤四、将旋风分离器5捕捉后剩余烟气依次通过设置在烟道6中的过热器7、省煤器8和空气预热器9，进入布袋除尘器10，过滤掉飞灰后经引风机11进入烟囱12，排向大气；
步骤五、将步骤二经旋风熔融炉熔融本体1后的炉渣经炉膛底部的排渣管104排放至冷却池4中进行冷却，铬渣借助炉内还原气氛及高温被还原和熔融，炉渣经水淬固化成玻璃体，将含Cr矿物质包裹于其中，防止浸出；
作为优选的，本发明所述含SiO2的添加剂为沙子或者石英砂。
实施例一：
一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置的解毒方法，其方法及所使用的解毒装置如上所述，其中，SiO2的添加剂为沙子；步骤一所述煤粉、铬渣、含SiO2的添加剂的质量比为36：4：1；步骤二所述旋风熔融炉本体1内反应温度为1650℃，反应时间为2h。
实施例二：
一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置的解毒方法，其方法及所使用的解毒装置如上所述，其中，SiO2的添加剂为石英砂；步骤一所述煤粉、铬渣、含SiO2的添加剂的质量比为36：9：1；步骤二所述旋风熔融炉本体1内反应温度为1800℃，反应时间为4h。
实施例三：
一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置的解毒方法，其方法及所使用的解毒装置如上所述，其中，SiO2的添加剂为石英砂；步骤一所述煤粉、铬渣、含SiO2的添加剂的质量比为36：7：1；步骤二所述旋风熔融炉本体1内反应温度为1700℃，反应时间为3h。
试验研究数据
表1为铬渣、煤粉及旋风熔融炉掺烧铬渣后取样飞灰成分分析。如表1所示，铬渣中Cr2O3、Cr6+质量比分别为3.53%(单位：Wt.%)、3772%(单位：mg/kg)，掺烧后检测飞灰发现两者含量为0.183%、34.01%，其中有毒六价铬（Cr6+）下降幅度为99%以上，下降幅度明显，说明该工艺方法无害化处理铬渣具有实用性，并且为大规模处理铬渣提供了保障。
Claims (6)
1.一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置，包括旋风熔融炉本体（1）、旋风分离器（5）、冷却池（4）、用于输送铬渣和含SiO2的添加剂的给料仓（2）以及用于输送煤粉的煤粉仓（3），旋风熔融炉本体（1）的上部设置有出气口（105），旋风熔融炉本体（1）的中部设置有进料口（106），旋风分离器（5）的气体入口与旋风熔融炉本体（1）的出气口（105）连通，旋风分离器（5）的排灰口与旋风熔融炉本体（1）进料口（106）连通，其特征在于：所述旋风熔融炉本体（1）顶部设置有一次风入风口（101）和喷燃器（103），旋风熔融炉本体（1）上还设置有二次风入风口（102），二次风入风口（102）设置在一次风入风口（101）与出气口（105）之间；所述旋风熔融炉本体（1）与给料仓（2）和煤粉仓（3）连通，旋风熔融炉本体（1）的下端连接有排渣管（104），旋风熔融炉本体（1）中燃烧后的炉渣经排渣管（104）排入冷却池（4）；旋风分离器（5）的上端通过烟道（6）连通有布袋除尘器（10），布袋除尘器（10）还通过引风机（11）连通有烟囱（12），在烟道（6）内依次设置有过热器（7）、省煤器（8）和空气预热器（9）。
2.根据权利要求1所述的一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置，其特征在于：二次风入风口（102）呈多列间隔均布在旋风熔融炉本体（1）的周面上，每列二次风入风口（102）至少均布两排。
3.利用权利要求1所述的一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置的解毒方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将铬渣粉碎并与含SiO2的添加剂混合均匀后，由给料仓（2）输送至旋风熔融炉本体（1）中；煤粉经煤粉仓（3）输送至旋风熔融炉本体（1）中，并与经给料仓（2）输送的铬渣和含SiO2的添加剂掺混，得混合物，备用；
步骤二、通过一次风入风口（101）和二次风入风口（102），向旋风熔融炉本体（1）中通入旋转的空气流，使步骤一所得混合物在旋风熔融炉本体（1）内旋转并燃烧；
步骤三、利用旋风分离器（5）捕捉未燃烧完全的燃料，并从旋风分离器（5）的排灰口返回旋风熔融炉本体（1）进行二次燃烧；
步骤四、将旋风分离器（5）捕捉后剩余烟气依次通过设置在烟道（6）中的过热器（7）、省煤器（8）和空气预热器（9），进入布袋除尘器（10），过滤掉飞灰后经引风机（11）进入烟囱（12），排向大气；
步骤五、将步骤二经旋风熔融炉熔融本体（1）后的炉渣经炉膛底部的排渣管（104）排放至冷却池（4）中进行冷却。
4.根据权利要求3所述的一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置的解毒方法，其特征在于：步骤一中，煤粉、铬渣、含SiO2的添加剂的质量比为36：4-9：1。
5.根据权利要求3所述的一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置的解毒方法，其特征在于：所述含SiO2的添加剂为沙子或者石英砂。
6.根据权利要求3所述的一种高温旋风熔融式铬渣解毒装置的解毒方法，其特征在于：步骤二所述旋风熔融炉本体（1）内反应温度为1650-1800℃，反应时间为2-4h。
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