CN109054874B - 基于转炉烟尘余热利用的医疗垃圾处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于转炉烟尘余热利用的医疗垃圾处理方法，解决了现有医疗垃圾处理困难、污染环境等问题。技术方案包括转炉冶炼过程以及转炉烟尘余热回收和净化过程，所述转炉冶炼过程的吹氧冶炼阶段中，转炉冶炼产生的烟尘由转炉顶部的活动罩裙及转炉烟罩收集后，经汽化冷却烟道进入流化床气化器内，与从流化床气化器中上部注入的医疗垃圾逆向接触换热，对医疗垃圾进行高温热解气化,气化气和烟尘的混合气由流化床气化器顶部排出进入后续的转炉烟尘余热回收和净化过程。本发明工艺简单、投资省、运行成本低，无害化处理医疗垃圾的同时还可有效回收转炉烟尘的显热、提高煤气产量、节能降耗。

Description

基于转炉烟尘余热利用的医疗垃圾处理方法

技术领域

本发明涉及医疗废弃物处理及冶金节能环保领域,具体的说是一种基于转炉烟尘余热利用的医疗垃圾处理方法。

背景技术

医疗垃圾通常带有大量的细菌和病毒,是首要的危险废物,具有极强的传染性、生物毒性和腐蚀性，未经处理或处理不彻底的医疗废物任意堆放，极易造成对水体、土壤和空气的污染，对人体产生直接危害。随着医疗事业的发展,新技术、新药品、新疾病的出现,医疗垃圾无论在种类还是数量上,都发生着极大的变化。医疗废物处理问题已成为全世界关注的热点，国际上视医疗废物为“顶级危险”和“致命杀手”，我国也在《危险垃圾名录》中将其列为1号危险垃圾。因此，加强对医疗废物规范化的管理和无害化处理，无论是从保护环境还是从疾病预防和控制都具有极其重要的意义。

医疗废物的处理技术在我国还处于摸索阶段，目前常用的处理技术是高温处理法。医疗垃圾经高温处理后，不仅对细菌和病毒有效、彻底的杀灭，还实现了垃圾的极大减量。采用高温处理的具体方案主要有焚烧法、热解汽化法。

热解法和焚烧法是2个完全不同的过程。焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量热量，焚烧的主要产物是二氧化碳和水；而热解的产物主要是可燃的低分子化合物：气态的有氢气、甲烷、一氧化碳；液态的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等；固态的主要是焦炭或炭黑。另外，焚烧产生的热量大的可以用于发电，产生热量小的只可供加热水或产生蒸汽，适于就近利用，而热解的产物是燃料油及燃料气，便于贮藏和远距离输送。

与焚烧法相比，高温热解汽化具有以下3个特点：

1)医疗废物热解法所焚烧的是裂解气与裂解焦，裂解气中的可燃气体作为热解焚烧的燃料，其运行成本大大低于常规焚烧法。另外，热解法所需的空气系数较小，产生的烟气量大大减少，所需的烟气净化装置也较小，因此总体费用比常规焚烧法低。

2)传统的焚烧处理法，由于是富氧燃烧，很容易产生二噁英。热解法是在缺氧和除去氯等酸性气体条件下进行的，大大抑制了二噁英的生成，所以热解法比传统焚烧法的二噁英生成量要大为减少。

3)该法适用范围广，对生活、医疗废物不需要预处理，不需要分类，直接投入炉内进行处理即可。

热解汽化处理医疗垃圾虽然符合减量化、无害化、资源化的发展方向，具有能源回收率高、产生二次污染小、综合经济效益好等优点。但实际操作过程中，由于需要提供高温热源，同时对后续热解气需净化处理，导致热解汽化处理医疗垃圾工艺路线长，投资大，系统复杂，特别是在需要单独建设高温热源发生装置时，会配套建设额外的烟气净化装置。所以在选择热解汽化处理医疗垃圾工艺时，若能借助周边环境存在的高温热源，将极大降低投资和运行成本。若能同时借助周边环境存在的煤气净化装置，将使医疗热解汽化处理工艺极大简化。

在钢铁冶金行业，转炉炼钢过程产生的转炉烟尘温度在1600℃以上，由于该烟尘含有大量的CO，在炼钢工序建有转炉烟尘的净化回收系统。结合医疗垃圾热解汽化处理工艺，若能利用高温转炉烟尘作为医疗垃圾热解汽化热源，不仅可高效回收烟尘余热，还有效降低了医疗处理的投资。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、投资省、运行成本低、无害化处理医疗垃圾、有效回收转炉烟尘显热、提高煤气产量、节能降耗的基于转炉烟尘余热利用的医疗垃圾处理方法。

所述技术方案包括转炉冶炼过程以及转炉烟尘余热回收和净化过程，所述转炉冶炼过程为溅渣护炉、倒渣、加料、吹氧冶炼、出钢水阶段的周期性重复过程,所述吹氧冶炼阶段中，转炉冶炼产生的烟尘由转炉顶部的活动罩裙及转炉烟罩收集后，经汽化冷却烟道进入流化床气化器内，与从流化床气化器中上部注入的医疗垃圾逆向接触换热，对医疗垃圾进行高温热解气化,气化气和烟尘的混合气由流化床气化器顶部排出进入后续的转炉烟尘余热回收和净化过程。

进一步地，出流化床气化器的混合气送入冷料预热器，与贮存于冷料预热器内的炼钢冷料接触换热，换热后的烟尘由冷料预热器排出进入后续转炉烟尘余热回收和净化过程，冷料预热器内炼钢冷料换热后在下一个转炉冶炼过程出料送入转炉内；所述冷料预热器进料及换热过程为间隙式交替进行，其中进料过程错开转炉冶炼过程的吹氧冶炼阶段。

进一步地，所述冷料预热器包括一台或串联的两台及以上冷料预热器。

进一步地，当冷料预热器为串联的两台及以上时，第一台冷料预热器内的冷料为炼钢废钢，第二台及后续的冷料预热器内的炼钢冷料为石灰石、白云石或萤石中的至少一种。

进一步地，出流化床气化器的混合气经蓄热室或经燃烧室调节温度后再进入冷料预热器，所述进入冷料预热器的混合气温度控制在800-1000℃。

进一步地，当设置蓄热室时，在吹氧冶炼初期，不向流化床气化器添加医疗垃圾，烟尘直接穿过流化床气化器进入蓄热室加热蓄热体，待出蓄热室的烟尘温度达到1000℃时，向流化床气化器加入医疗垃圾，当蓄热室出口烟尘温度低于800℃时，减少医疗垃圾进料量或停止进料，待蓄热室出口烟尘温度达到1000℃时，再次进料或加大进料量；当设置燃烧室时，转炉开始吹氧冶炼的同时，向流化床气化器加入医疗垃圾，控制医疗垃圾加入速度，保证出燃烧室的混合气温度在800-1000℃之间，当混合气温度小于800℃时，开启燃烧室，补充空气，燃烧部分混合气，提升烟尘温度，当混合气温度达到1000℃时，停止向燃烧室补充空气，燃烧室停止燃烧。

进一步地，出蓄热室的混合气经旋风除尘后再送入冷料预热器，或者出流化床气化器的混合气经旋风除尘后，再经过燃烧室进入冷料预热器；所述旋风除尘后收集的灰渣回送流化床气化器内。

进一步地，所述冷料预热器顶部设进料口、底部设出料口，中部设环型烟道，所述进料口设有密封盖，加料完成后盖上密封盖，所述冷料预热器内部为空腔，所述空腔内在环型烟道上沿布置倒园台状环型隔板，所述环型隔板将冷料预热器内部空腔分为两段，上段为预存段，下段为加热段，所述加热段下部设烟尘进口、上部环型烟道区域设烟尘出口，所述预存段下部设氮气进口，在向冷料预热器加料及转炉冶炼过程中,所述氮气进口同步通入氮气。

进一步地，通过调节汽化冷却烟道的冷却水量，控制进入流化床气化器的烟尘温度为1300-1500℃；通过调节流化床气化器的医疗垃圾进料量或冷料预器的贮料量来控制出最后一台冷料预热器的混合气温度在200－250℃。

针对背景技术中存在的问题，发明人进行了如下改进：

(1)在转炉上方转炉烟尘汽化冷却烟道旁边设置处置医疗垃圾的流化床气化器，将医疗垃圾引入流化床气化器，同时将汽化冷却烟道出来的1300-1500℃高温转炉烟尘引入流化床气化器内对医疗垃圾进行热解气化，生成煤气的同时，高温烟尘可以对医疗垃圾中的有毒有害物质可以彻底消毒，气化后的残渣为一般固体废弃物，彻底解决了医疗垃圾的减量化和无害化，实现医疗垃圾的资源化。

(2)为了保证对医疗垃圾进行有效、彻底灭菌消毒，控制出流化床气化器的混合气温度在800-1000℃。为了杜绝可能存在的混合气混合不均匀或气化温度过低，导致局部混合气未经800℃的高温灭菌离开流化床气化器，发明人在流化床气化器后增设了蓄热室或燃烧室，以保证医疗垃圾在足够的烟气温度下热解气化，并确保离开流化床气化器的混合气全部经过800℃左右的高温灭菌。设置蓄热室时，在吹氧冶炼初期，不向流化床气化器添加医疗垃圾，利用转炉烟尘的余热加热蓄热体到1000℃左右，保证后续混合气的高温灭菌。

(3)出流化床气化器的混合气夹带有含铁粉尘、焦油、残炭等，温度控制在800℃以上，既保证了混合气的高温灭菌，还有效控制了石墨的形成，避免了后续系统的堵塞。出流化床气化器的混合气送入后续的冷料预热器继续预热冷料，进一步回收利用烟尘的余热，拦截夹带的含铁粉尘、焦油、残炭等。冷料预热后，提高了入转炉冷料的温度，可增加废钢冷料加入量，提高废钢比。同时，拦截下来的含铁粉尘随冷料一同进入转炉，回收了转炉烟尘中的铁素资源，吨钢降低铁损10kg以上，废钢比提高10％左右。

(4)根据转炉炼钢的热平衡，冷料预热器可以设置一台或串联的两台以上，利用串联的多台冷料预热器对不同的冷料进行预热，优选第一台冷料预热器内的冷料为废钢，第二台及后续的冷料预热器内的冷料为石灰石、白云石或萤石等几种炼钢冷料中的至少一种。第一台内放置废钢，主要原因为：①废钢内夹带有油、脂等有机物，这些有机物含有硫组分，需较高温度对其热解气化，并脱硫；②废钢的导热性远优于石灰石，可以快速降低混合气温度，减少系统阻力；③当流化床气化器运行波动导致进入冷料预热器的混合气温度超过1000℃时，通过与废钢换热降温后，可保证与石灰石换热的混合气温度低于石灰石的分解温度，避免石灰石在冷料预热器内受热分解。

(5)医疗垃圾在流化床气化器内，利用高温转炉烟尘进行热解气化，充分回收利用了医疗垃圾中的有机物资源，增加了煤气量，消耗了转炉烟尘收集过程漏入的氧气，提高煤气的安全性。在冷料预热器内对废钢冷料进行约1000℃的高温隔空预处理时，充分热解气化了废钢中带入的油、脂等有机组分，回收了这些有机组分的化学能，同时降低了入炉废钢中带入的硫含量，减少了废钢冷料入炉二次烟尘产生量，彻底杜绝了转炉炼钢时爆发性烟尘污染。

(6)冷料预热器的进料过程和换热过程两个阶段恰好与转炉冶炼过程节拍一致，在转炉冶炼过程的吹氧冶炼阶段对冷料预热器内的冷料进行接触换热，而冷料预热器的进料过程则错开转炉冶炼的吹氧冶炼阶段，烟尘显热利用率高、安全性好、不存在工艺流程的不匹配问题，特别适用于转炉炼钢工艺。

(7)发明人对所述冷料预热器的结构进行优化设计，顶部设进料口、底部设出料口，中部设环型烟道，采用顶部进料、底部出料的结构形式使炼钢冷料与混合气逆向接触换热，提高换热效率，所述进料口设有密封混合气外溢的密封盖，所述冷料预热器内部为空腔，所述空腔内在环型烟道上沿布置环型隔板(优选为倒园台状)，所述环型隔板将冷料预热器内部空腔分为两段，上段为预存段，下段为加热段，所述加热段下部设烟尘进口、加热段上部环型烟道区域设烟尘出口，混合气对加热段内的冷料加热后由环型烟道汇集排出，所述倒园台状环型隔板阻挡混合气进入预存段，所述预存段贮存的冷料对混合气起着料封作用，所述预存段下部设氮气进口，在向冷料预热器进料及转炉冶炼过程通入氮气防爆。

综上，本发明工艺简单，充分利用了转炉烟尘的显热气化医疗垃圾、预热冷料，吨钢回收热量0.1GJ以上，高效回收转炉烟尘中的铁素资源，吨钢回收量10kg以上，降低了转炉烟尘处理的成本、彻底杜绝了转炉炼钢加料时的爆发性烟尘污染，提高系统的安全稳定性。同时，还充分利用了炼钢工序转炉煤气净化回收系统，回收净化医疗垃圾的热解气。对年产1000万吨钢的炼钢厂来说，与现有的转炉煤气除尘工艺(干法或湿法)相比，年产生净效益5亿元以上，年回收转炉烟尘余热100万GJ以上，年减排二氧化碳约10万吨，年减少铁损(回收铁素)10万吨以上，年可处理医疗垃圾约2万吨，年回收高热值热解气300万m³以上。

附图说明

图1为本发明实施例1的工艺流程图；

图2为本发明实施例2的工艺流程图；

图3为本发明实施例3的工艺流程图。

其中，1-转炉、1.1-转炉烟罩、1.2-活动罩裙、2-流化床气化器、3-旋风除尘器、4-蓄热室、5-燃烧室、6-冷料预热器、6.1-环型烟道、6.2-进料口、6.3-出料口、6.4-烟尘进口、6.5-烟尘出口、6.6-氮气进口、6.7-预存段、6.8-加热段、6.9-环形隔板、7-重力除尘器、8-余热锅炉、9-除尘器、10-煤气引风机、11-切换器、12-放散塔、13-煤气柜、14-汽化冷却烟道、15-贮渣罐。

具体实施方式

实施例1：

参见图1，转炉冶炼过程为溅渣护炉、倒渣、加料、吹氧冶炼、出钢水阶段的周期性重复过程,所述吹氧冶炼阶段中，转炉1冶炼产生的约1600℃的烟尘由转炉1顶部的活动罩裙1.2及转炉烟罩1.1收集后，经汽化冷却烟道14降温至1300-1500℃进入流化床气化器2内，与从流化床气化器2中上部注入的医疗垃圾逆向接触换热，对医疗垃圾进行高温气化,气化气和烟尘的混合气由流化床气化器2顶部进入蓄热室4，气化后的灰渣下落至底部排出送入贮渣罐15或转炉1；混合气在蓄热室4内进一步消毒灭菌，并控制温度在800-1000℃，彻底分解混合气中可能存在的有毒有害物质后送入冷料预热器6；

在吹氧冶炼初期，先不向流化床气化器2添加医疗垃圾，转炉1的烟尘直接穿过流化床气化器2进入蓄热室4加热蓄热体，待蓄热室4的出口烟尘温度达到1000℃时，向流化床气化器2加入医疗垃圾，当蓄热室4出口烟尘温度低于800℃时，减少医疗垃圾进料量或停止进料，待蓄热室出口烟尘温度重新达到1000℃时，再次进料或加大进料量。即控制向流化床气化器2投入医疗垃圾的时机和量时，要首先保证出蓄热室4的烟尘(或混合气)温度在800-1000℃。

出蓄热室4的混合气(800-1000℃)送入冷料预热器6，与贮存于冷料预热器6内的炼钢冷料(本实施例中为废钢)接触换热、回收混合气的余热，同时截留混合气中夹带的含铁粉尘、焦油、残炭等。在下一个冶炼周期向转炉加入废钢时，这些截留下的含铁粉尘、焦油、残炭等随废钢一同由冷料预热器6的出料口6.3经计量后出料后送入转炉1；换热后的混合气由冷料预热器6排出进入后续转炉烟尘余热回收和净化过程。

所述冷料预热器6进料及换热过程为间隙式交替进行，进料过程错开转炉冶炼过程的吹氧冶炼阶段。即吹氧冶炼阶段时，混合气由烟尘进口6.4连续进入冷料预热器6与废钢进行换热的过程称之为换热过程，此时不可向冷料预热器6内进料，但可以同步出料；冷料预热器6内无混合气通入换热时(非吹氧冶炼阶段)才可以进料，进料过程中通入氮气，此时也可以同步出料。

所述转炉烟尘余热回收和净化过程中：出冷料预热器6的混合气经重力除尘器7一次除尘后，再经余热锅炉8回收余热降温至150-200℃，再经除尘器9二次除尘后经煤气引风机10加压后，再经切换器11送至煤气柜13贮存，多余气体还经切换器11送放散塔12外排，外排气体满足环保要求。

所述冷料预热器6顶部设进料口6.2、底部设出料口6.3，中间设环型烟道6.1，所述进料口6.2设有密封盖，加盖完成后盖上密封盖，所述冷料预热器6内部为空腔，所述空腔内在环型烟道6.1上沿布置环型隔板6.9，所述环型隔板6.9将冷料预热器内部空腔分为两段，上段为预存段6.7，下段为加热段6.8，所述加热段6.8下部设烟尘进口6.4、上部环型烟道6.1区域设烟尘出口6.5，所述预存段6.7下部设氮气进口6.6。在冷料预热器6中：炼钢冷料由进料口6.2加入冷料预热器6的加热段6.8和预热段6.7，加料过程中氮气进口6.6通入氮气保护，加料完成后，关闭进料口6.2处的密封盖；降温后的烟尘由加热段6.8下部的烟尘进口6.4引入与加热段6.8内的炼钢冷料直接换热，同时对预热段6.7的炼钢冷料热辐射，换热后的烟尘经环形烟道6.9由烟尘出口6.5排出，同时预热段6.7的氮气进口6.6向预热段通入氮气对预热段6.7的物料形成料封，保证烟尘在仅热段6.8内流动，充分与预热段6.8内的冷料换热。实施例2

参见图2，与实施例1不同的是：出蓄热室4的混合气先经旋风除尘器3除尘后再送入冷料预热器6，旋风除尘器3收集的灰渣回送流化床气化器2内；所述冷料预热器6为串联的两台，第一台冷料预热器6内的炼钢冷料为废钢，第二台冷料预热器6内的炼钢冷料为石灰石。除尘后的混合气先经第一台冷料预热器6与废钢换热降温至900℃以下，再送入第二冷料预热器6内与石灰石接触换热降温至200－250℃后由冷料预热器6排出进入后续转炉烟尘余热回收和净化过程。其余同实施例1。

实施例3

参见图3，与实施例1不同的是：将蓄热室4替换为燃烧室5，出流化床反应器的的混合气先经旋风除尘器3除尘后再经燃烧室5送入冷料预热器6中，控制进入冷料预热器6的混合气温度在800-1000℃。当设置燃烧室5时，转炉开始吹氧冶炼阶段的同时，向流化床气化器4加入医疗垃圾，该加料过程可连续或间隙进行，控制医疗垃圾加入速度，保证出燃烧室5的混合气温度在800-1000℃之间，当混合气温度小于800℃时，开启燃烧室5补充空气，燃烧部分混合气，提升混合气温度，当混合气温度达到1000℃时，停止向燃烧室5补充空气，燃烧室5停止燃烧。其余同实施例1。

Claims (7)

1.一种基于转炉烟尘余热利用的医疗垃圾处理方法,包括转炉冶炼过程以及转炉烟尘余热回收和净化过程，所述转炉冶炼过程为溅渣护炉、倒渣、加料、吹氧冶炼、出钢水阶段的周期性重复过程,其特征在于，所述吹氧冶炼阶段中，转炉冶炼产生的烟尘由转炉顶部的活动罩裙及转炉烟罩收集后，经汽化冷却烟道进入流化床气化器内，与从流化床气化器中上部注入的医疗垃圾逆向接触换热，对医疗垃圾进行高温热解气化,气化气和烟尘的混合气由流化床气化器顶部排出送入冷料预热器，与贮存于冷料预热器内的炼钢冷料接触换热，换热后的烟尘由冷料预热器排出进入后续转炉烟尘余热回收和净化过程，冷料预热器内炼钢冷料换热后在下一个转炉冶炼过程出料送入转炉内；所述冷料预热器进料及换热过程为间隙式交替进行，其进料过程错开转炉冶炼过程的吹氧冶炼阶段；

出流化床气化器的混合气经蓄热室或经燃烧室调节温度后再进入冷料预热器，所述进入冷料预热器的混合气温度控制在800-1000℃。

2.如权利要求1所述的基于转炉烟尘余热利用的医疗垃圾处理方法,其特征在于，所述冷料预热器包括一台或串联的两台及以上冷料预热器。

3.如权利要求2所述的基于转炉烟尘余热利用的医疗垃圾处理方法，其特征在于，当冷料预热器为串联的两台及以上时，第一台冷料预热器内的炼钢冷料为废钢，第二台及后续的冷料预热器内的炼钢冷料为石灰石、白云石或萤石中的至少一种。

4.如权利要求1所述的基于转炉烟尘余热利用的医疗垃圾处理方法,其特征在于，当设置蓄热室时，在吹氧冶炼初期，不向流化床气化器添加医疗垃圾，烟尘直接穿过流化床气化器进入蓄热室加热蓄热体，待出蓄热室的烟尘温度达到1000℃时，向流化床气化器加入医疗垃圾，当蓄热室出口烟尘温度低于800℃时，减少医疗垃圾进料量或停止进料，待蓄热室出口烟尘温度达到1000℃时，再次进料或加大进料量；当设置燃烧室时，转炉开始吹氧冶炼的同时，向流化床气化器加入医疗垃圾，控制医疗垃圾加入速度，保证出燃烧室的混合气温度在800-1000℃之间，当混合气温度小于800℃时，开启燃烧室，补充空气，燃烧部分混合气，提升混合气温度，当混合气温度达到1000℃时，停止向燃烧室补充空气，燃烧室停止燃烧。

5.如权利要求1或4所述的基于转炉烟尘余热利用的医疗垃圾处理方法,其特征在于，出蓄热室的混合气经旋风除尘后再送入冷料预热器，或者出流化床气化器的混合气经旋风除尘后，再经过燃烧室进入冷料预热器；所述旋风除尘后收集的灰渣回送流化床气化器内。

6.如权利要求1-3任一项所述的基于转炉烟尘余热利用的医疗垃圾处理方法,其特征在于，所述冷料预热器顶部设进料口、底部设出料口，中部设环型烟道，所述进料口设有密封盖，加料完成后盖上密封盖，所述冷料预热器内部为空腔，所述空腔内在环型烟道上沿布置环型隔板，所述环型隔板将冷料预热器内部空腔分为两段，上段为预存段，下段为加热段，所述加热段下部设烟尘进口，位于加热段上部的环型烟道区域设烟尘出口，所述预存段下部设氮气进口，在向冷料预热器加料及转炉冶炼过程中,所述氮气进口同步通入氮气。

7.如权利要求1-3任一项所述的基于转炉烟尘余热利用的医疗垃圾处理方法,其特征在于，通过调节汽化冷却烟道的冷却水量，控制进入流化床气化器的烟尘温度为1300-1500℃；通过调节流化床气化器的医疗垃圾进料量或冷料预器的贮料量来控制出最后一台冷料预热器的混合气温度在200－250℃。

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