CN110175350A - 一种危险废弃物焚烧处置的配伍方法 - Google Patents

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张凯
吴明
章鹏飞
张天琦
李小乐
杨凯
李敏
汪浩
许继云
陈美园
邵哲如
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Abstract

本发明提供一种危险废弃物焚烧处置的配伍方法,所述方法包括:获取关于物料的已知参数;获取关于危险废弃物焚烧系统的已知参数;根据所述关于物料的已知参数和所述关于危险废弃物焚烧系统的已知参数确定配伍量约束条件、热值约束条件、污染排放约束条件以及相容性约束条件,并以日处理量作为目标函数计算每种物料的配伍量;根据所述配伍量进行配伍。根据本发明的危险废弃物焚烧处置的配伍方法将配伍过程中需重点考虑的事项进行参数化并转化为控制方程求解问题,通过合理的设计快速、合理地生成配伍方案,实现废弃物之间的最佳搭配。

Description

一种危险废弃物焚烧处置的配伍方法
技术领域
本发明涉及垃圾焚烧处理领域,具体而言涉及一种危险废弃物焚烧处置的配伍方法。
背景技术
危险废弃物来源广泛,来自化工、制药、造业、印染、冶金等行业,性质复杂多变。随着我国经济的快速发展,危险废弃物的产生量急剧增加。
在目前众多的危险废弃物处置技术中,焚烧处置可以有效破坏废弃物中的有毒有害有机废弃物,减少废弃物的体积和质量,有利于废弃物的最终安全处置,是实现危险废弃物减量化、无害化的最快捷、最有效的技术。其中回转窑焚烧是应用最多、最成熟的技术。为实现回转窑焚烧处置的安全稳定运行,危险废弃物预处理中的配伍过程极其重要。
通过配伍可保证焚烧物料性质的相对稳定,保障回转窑的稳定运行。目前危险废物焚烧处置厂的配伍过程基本依赖于工艺工程师。工艺工程师根据暂存库的物料数量与成分进行人工试算得出配伍方案。此方法耗费时间长,很大程度上取决于工艺工程师的技术水平,在众多配伍方案中无法得出最优的方案。
因此,提供一种危险废弃物焚烧处置的配伍方法,是目前亟待解决的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征,更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为了至少部分地解决上述问题,本发明公开了一种危险废弃物焚烧处置的配伍方法,其包括:
获取关于物料的已知参数,所述关于物料的已知参数包括每种物料的库存量、热值,以及每种物料中各成分的含量;
获取关于危险废弃物焚烧系统的已知参数,所述关于危险废弃物焚烧系统的已知参数包括焚烧炉的热负荷、设计天数、焚烧系统的日处理量,以及设计燃料的发热量,和设计燃料中各成分的含量;
根据所述关于物料的已知参数和所述关于危险废弃物焚烧系统的已知参数确定配伍量约束条件、热值约束条件、污染排放约束条件以及相容性约束条件,并以所述日处理量作为目标函数计算每种物料的配伍量;
根据所述配伍量进行配伍。
示例性地,所述每种物料中各成分的含量和所述设计燃料中各成分的含量分别包括:酸性污染物、磷、重金属以及互不相容的物质的含量。
示例性地,所述配伍量约束条件包括:
每种物料的配伍量不小于零;
每种物料的配伍量不大于其库存量;以及
所有物料的配伍量之和不大于设计天数与焚烧系统的日处理量的乘积。
示例性地,所述热值约束条件包括:
其中,Q0为设计燃料的发热量,mi为第i种物料的配伍量,Qi为第i种物料的热值。
示例性地,所述污染排放约束条件为:
其中,Wi为第i种物料的污染物的含量,W0为所述设计燃料中污染物的含量,mi为第i种物料的配伍量。
示例性地,所述相容性约束条件包括:若两种物料中分别包含两种互不相容的物质中的一种,则所述两种物料中至少有一种的配伍量为0,所述两种互不相容的物质包括:氧化剂与还原剂;卤化烃废物和含汞废物;卤化烃废物和含氰化物废物;卤化烃废物和含亚硝酸盐废物;卤化烃废物和氨水;卤化烃废物和含氯废液;和/或含硫废物和含汞废物。
示例性地,所述热值为低位热值。
根据本发明的危险废弃物焚烧处置的配伍方法将配伍过程中需重点考虑的事项进行参数化并转化为控制方程求解问题,通过合理的设计快速、合理地生成配伍方案,实现废弃物之间的最佳搭配。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述,用来解释本发明的原理。
附图中:
图1为根据本发明实施例的危险废弃物焚烧处置的配伍方法的工艺流程图。
具体实施方式
在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而,对于本领域技术人员而言显而易见的是,本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中,为了避免与本发明发生混淆,对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明,将在下列的描述中提出具体的实施方案,以便阐释本发明如何改进现有技术中存在的问题。显然,本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下,然而除了这些详细描述外,本发明还可以具有其他实施方式。
应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件,但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
如前所述,目前危险废物焚烧处置厂的配伍过程基本依赖于工艺工程师。工艺工程师根据暂存库的物料数量与成分进行人工试算得出配伍方案。此方法耗费时间长,很大程度上取决于工艺工程师的技术水平,在众多配伍方案中无法得出最优的方案。因此,目前缺少一种快速简单、合理有效的危险废弃物焚烧处置的配伍方法。
本发明基于此提出一种危险废弃物焚烧处置的配伍方法,将配伍过程中需重点考虑的事项进行参数化并转化为控制方程求解问题,通过合理的设计快速、合理地生成配伍方案,实现废弃物之间的最佳搭配。
为了彻底理解本发明,将在下列的描述中提出详细的结构及/或步骤,以便阐释本发明所提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下,然而除了这些详细描述以外,本发明还可以具有其他实施方式。
[示例性实施例]
下面结合图1对本发明一实施例的危险废弃物焚烧处置的配伍方法进行详细描述。
在本发明实施例中,配伍过程需考虑的原则包括:保证热值的稳定性、保证配伍数量的精确性、考虑危险废弃物之间的相容性、控制酸性污染物(S、N、Cl、F)的排放、控制重金属的排放、以及控制磷含量排放。
其中,保证热值的稳定性可以确保焚烧系统平稳运行;保证配伍数量的精确性可以使危险废弃物得到有效处理;考虑危险废弃物之间的相容性可以将性质互不相容的危险废弃物分隔开,避免互不相容的废弃物之间发生相互作用和反应而造成危险;控制酸性污染物、重金属磷含量排放可以减少对环境造成的污染。
具体地,首先,在步骤S110,获取关于物料的已知参数,所述关于物料的已知参数包括每种物料的库存量、热值,以及每种物料中各成分的含量。
作为示例,以Mi表示第i种物料的库存量,单位为吨/天(t/d);以Qi表示第i种物料的低位热值,kcal/kg。在本实施例中,以低位热值作为热值的计算标准,所述低位热值是单位新鲜垃圾燃烧时的发热量,又称有效发热量或净发热值。
每种物料中各成分的含量具体包括酸性污染物(S、N、Cl、F)的含量、磷的含量、重金属含量、以及互不相容的物质(例如氧化性物质和还原性物质的含量、卤化烃和含氰化物、卤化烃废物和氨水等等)的含量。
为了便于描述,在本实施例中,将第i种物料的S(硫)的百分含量表示为Si
将第i种物料的N(氮)的百分含量表示为Ni
将第i种物料的(磷)P的百分含量表示为Pi
将第i种物料的Cl(氯)的百分含量表示为Cli
将第i种物料的F(氟)的百分含量表示为Fi
将第i种物料的Cd+Th(镉和钍)的百分含量表示为CTi
将第i种物料的Hg(汞)的百分含量表示为Hi
将第i种物料的Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V(锑+砷+铅+铬+钴+铜+锰+镍+钒)的百分含量表示为HMi
将第i种物料的氧化性物质的百分含量表示为Oi
将第i种物料的还原性物质的百分含量表示为Rj
将第i种物料的卤化烃的百分含量表示为HHi
将第i种物料的氰化物的百分含量表示为CNi
将第i种物料的亚硝酸盐的百分含量表示为NIi
将第i种物料的氨水的百分含量表示为NHi
在步骤S120中,获取关于危险废弃物焚烧系统的已知参数,所述关于危险废弃物焚烧系统的已知参数包括焚烧炉的热负荷、设计天数、焚烧系统的日处理量,以及设计燃料的低位发热量,和设计燃料中各成分的含量。
其中,所述设计燃料物料的低位发热量和设计燃料中各成分的含量是根据产废调研结果得出的数据。设计燃料中各成分与步骤S110中获取的物料中的各成分相对应。
为了便于描述,将焚烧炉的热负荷表示为Qh,单位为kcal/h;
将设计天数表示为T;
将日处理量表示为D0,单位为吨/天(t/d);
将设计燃料的低位发热量表示为Q0,单位为kcal/kg;
将设计燃料的S的百分含量表示为S0
将设计燃料的N的百分含量表示为N0
将设计燃料的P的百分含量P0
将设计燃料的Cl的百分含量表示为Cl0
将设计燃料的F的百分含量表示为F0
将设计燃料的Cd+Th的百分含量表示为CT0
将设计燃料的Hg的百分含量表示为H0
将设计燃料的Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V的百分含量表示为HM0
本发明实施例对S110和S120的执行顺序不作限定,例如可以先执行步骤S110再执行步骤S120,或者可以先执行步骤S110再执行步骤S120,或同时执行二者。
接着,在步骤S130中,根据所述关于物料的已知参数和所述关于危险废弃物焚烧系统的已知参数确定配伍量约束条件、热值约束条件、污染排放约束条件以及相容性约束条件,并以日处理量作为目标函数计算每种物料的配伍量。
其中,所述配伍量约束条件至少包括:1)每种物料的配伍量不小于零,即mi≥0;2)每种物料的配伍量不大于其库存量,即mi≤Mi;以及,3)所有物料的配伍量之和不大于设计天数与焚烧系统的日处理量的乘积,进一步地,所有物料的配伍量之和等于设计天数与焚烧系统的日处理量的乘积,即从而实现配伍量的最优化。
所述热值约束条件为:即使最终配伍获得的物料的热值在设计燃料热值的一定范围内,通过控制物料的热值可以保证热值的稳定性,从而保证焚烧系统平稳运行。
污染排放约束条件为:其中。Wi为第i种物料的污染物W的含量,W0为设计燃料中的污染物W的含量,W可以为任意一种酸性污染物(S、N、Cl、F)、磷或重金属。具体地,
相容性约束条件即配伍方案中不能含有互不相容的物质,以避免互不相容的物质之间发生相互作用和反应而造成危险。
具体地,由于氧化剂与还原剂物质混合时可能引起强列爆炸性的反应及产生热能,两者不相容,为保证相容性,则∑Oi×∑Ri=0;即,假如选择了一种物料含有氧化剂,为避免发生危险,必须选择不含还原剂的物料(即其含量为0)。
除此之外,由于卤化烃废物和含汞废物不相容,为保证相容性,则∑HHi×∑Hi=0;即当含有卤化烃废物和含汞废物中的一种时,需保证另一种的含量为0。
由于卤化烃废物和含氰化物废物的物质不相容,为保证相容性,则∑HHi×∑CNi=0;即当含有卤化烃废物和含氰化物废物中的一种时,需保证另一种的含量为0。
因卤化烃废物和含亚硝酸盐废物不相容,为保证相容性,则∑HHi×∑NIi=0;即当含有卤化烃废物和含亚硝酸盐废物中的一种时,需保证另一种的含量为0。
因卤化烃废物和氨水不相容,为保证相容性,则∑HHi×∑NHi=0;即当含有卤化烃废物和氨水中的一种时,需保证另一种的含量为0。
因卤化烃废物和含氯废液不相容,为保证相容性,则∑HHi×∑Cli=0;即当含有卤化烃废物和含氯废液中的一种时,需保证另一种的含量为0。
因含硫废物和含汞废物不相容,为保证相容性,则∑Si×∑Hi=0;即当含有含硫废物和含汞废物中的一种时,需保证另一种的含量为0。
需要注意的是,上述列举的互不相容的物质仅是示例性的,除此之外,其他互不相容的物质也需满足所述相容性约束条件。
上文描述了配伍量约束条件、热值约束条件、污染排放约束条件以及相容性约束条件,其中的变量参数为mi,即第i种物料的配伍量,最后,根据上述约束条件,以所述日处理量D0作为目标函数计算每种物料的配伍量。
最后,执行步骤S140,根据所述配伍量进行配伍。
具体地,在生成配伍方案之后,可通过向配伍装置下发指令以进行配伍。所述配伍装置包括固体废物配伍机构和废液配伍机构。其中,固体废物配伍机构包括多个贮池、起重机、计量料仓、板喂机和进料装置,贮池用于储放固体废物,固体废物由起重机抓入回转窑焚烧炉的进料斗中,回转窑焚烧炉的进料斗通过板喂机与计量料仓连接,计量料仓用于对固体废物的重量进行计量,计量料仓安装有用于将固体废物推入到回转窑焚烧炉的进料装置,进料装置包括液压进料推杆;所述废液配伍机构包括用于储存废液的多个贮罐,贮罐通过管路连接焚烧系统,所述管路上设有泵体和计量装置。
示例性地,所述焚烧系统包括回转窑焚烧炉和二次燃烧室,回转窑焚烧炉的排烟口通过烟气管道连接二次燃烧室,回转窑焚烧炉内的高温烟气在二次燃烧室内再次燃烧,使烟气中的微量有机物及二噁英得以充分分解和全部焚毁,保证进入焚烧系统的危险废物充分燃烧完全。
本发明实施例的各个模块可以以硬件实现,或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现,或者以它们的组合实现。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如,计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上,或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的程序可以从因特网网站上下载得到,或者在存储载体上提供,或者以任何其他形式提供。
根据本发明实施例的危险废弃物焚烧处置的配伍方法具有如下优点:
1、将配伍过程各项参数的约束条件及计算方法,可适应多种危险废物;
2、通过将工程实际温度抽象为控制方程求解问题,快速完成配伍过程,得出最优配伍方案,保证焚烧工况的安全稳定;
3、通过将配伍过程由人工试算转化为科学理论求解,减少了对工艺工程师技术水平的依赖,使配伍过程更科学合理有效。
除非另有定义,本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的,不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件,也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施例中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施例,除非该特征在该另一个实施例中不适用或是另有说明。
本发明已经通过上述实施例进行了说明,但应当理解的是,上述实施例只是用于举例和说明的目的,而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是,本发明并不局限于上述实施例,根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改,这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (7)

1.一种危险废弃物焚烧处置的配伍方法,其特征在于,所述方法包括:
获取关于物料的已知参数,所述关于物料的已知参数包括每种物料的库存量、热值,以及每种物料中各成分的含量;
获取关于危险废弃物焚烧系统的已知参数,所述关于危险废弃物焚烧系统的已知参数包括焚烧炉的热负荷、设计天数、焚烧系统的日处理量,以及设计燃料的发热量,和设计燃料中各成分的含量;
根据所述关于物料的已知参数和所述关于危险废弃物焚烧系统的已知参数确定配伍量约束条件、热值约束条件、污染排放约束条件以及相容性约束条件,并以所述日处理量作为目标函数计算每种物料的配伍量;
根据所述配伍量进行配伍。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述每种物料中各成分的含量和所述设计燃料中各成分的含量分别包括:酸性污染物、磷、重金属以及互不相容的物质的含量。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述配伍量约束条件包括:
每种物料的配伍量不小于零;
每种物料的配伍量不大于其库存量;以及
所有物料的配伍量之和不大于设计天数与焚烧系统的日处理量的乘积。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述热值约束条件包括:
其中,Q0为设计燃料的发热量,mi为第i种物料的配伍量,Qi为第i种物料的热值。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述污染排放约束条件为:
其中,Wi为第i种物料的污染物的含量,W0为所述设计燃料中污染物的含量,mi为第i种物料的配伍量。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述相容性约束条件包括:若两种物料中分别包含两种互不相容的物质中的一种,则所述两种物料中至少有一种的配伍量为0,所述两种互不相容的物质包括:
氧化剂与还原剂;
卤化烃废物和含汞废物;
卤化烃废物和含氰化物废物;
卤化烃废物和含亚硝酸盐废物;
卤化烃废物和氨水;
卤化烃废物和含氯废液;和/或
含硫废物和含汞废物。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述热值为低位热值。
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