CN111197754A - 基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统 - Google Patents

基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，包括回转窑和二燃室，所述回转窑窑尾与二燃室的下部密封连接；固态废物送入回转窑中焚烧，液态废物喷入回转窑和二燃室中焚烧，所述二燃室通过管道连接有二次风机和富氧制备设备，二次风机抽取的空气与富氧制备设备制备的富氧气体混合后送入二燃室中；本发明提高二燃室内燃烧环境的氧气含量、有效利用预热的技术手段，在保证二噁英等有害物质完全分解的条件下，有利于在余热利用系统中把烟气中氮氧化物去除，避免或显著降低了焚烧处理过程中二次环境污染物质的产生和排放，实现了危险废物最大减量化的高效绿色处理。

Description

基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处 理系统
技术领域
本发明涉及一种基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，用于对危险废物进行焚烧处理。
背景技术
经济的快速发展和工业化的迅速推进导致危险废物产量与日俱增，危险废物造成的环境污染对人类生存构成严重的威胁，成为当今世界各国面临的重大环境问题。作为“三废”(工业污染源产生的废水、废气和固体废弃物)中最难处理的污染物，危险废物是指列入国家危险废物名录或根据国家规定的危险废物鉴别标准和方法所判定的具有危险特性的废物，中国列入《国家危险废物名录》(2016年版)的危险废物被系统地分成46大类479小类，包括工业类型、医疗类型、社会类型危险废物。由于危险废物具有各种腐蚀性、急性毒性、进出毒性、反应性、传染性和放射性，会对生态环境和人类健康构成严重危害，并且在其产生、转移、处置或排放活动中，在时空上占据很大范围,其危害具有长期性和潜伏性。为此，1989年签订的《关于控制危险废物越境转移及其处置的巴塞尔公约》(简称“巴塞尔公约)”和2001年签订的《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》(简称“POPs公约”，POPs为Persistent Organic Pollutants的英文缩写)成为在全球范围内规范危险废物管理的核心文件，其中的相关要求和规定是世界各国开展危险废物管理实践的指南和依据，如POPs公约第5条附件C制定了《最佳可行技术与最佳环境实践导则》(简称“BAT/BEP导则”)。各国政府制定了严格的危险废物管理和处置的法律、法规、标准及规范，如美国的《资源保护与回收利用法》(RCRA)和《清洁空气法》(CAA)、《欧盟废物焚烧指令》(2000/76/EC)，日本《循环型社会形成促进法》、《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》等，以实现危险废物的环境无害化管理，保护人类健康和减少危险废物对环境破坏的目标。
危险废物处置需遵循“减量化、无害化、资源化”的原则，常用的危险废物处置方法包括焚烧法、填埋法、生物处理法、化学处理法、固化法等，其中焚烧处置和安全填埋是目前危险废物处理的主要方法。焚烧法处理是以一定的过量空气与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在高温下氧化、热解而被破坏，能在极大程度上实现无害化和减量化，同时还能回收余热，甚至可以发电。焚烧技术是BAT/BEP导则中所认定的最为成熟的危险废物处置技术,也是美国和WHO等国家和国际组织推荐优先使用的技术。有文献表明，我国90％以上的危险废物处置中心都采用了危险废物焚烧处置系统。
加强对危险废物焚烧处置污染控制和推进BAT技术应用是采用焚烧技术处置危险废物的关键。在危险废物焚烧处理技术和设备发展的历程中产生了多种不同炉型的焚烧处理技术和设备，如回转窑、液体注射炉、流化床、多层床焚烧炉、固定床焚烧炉等，其基本工艺组合形式为：预处理与进料系统→焚烧系统→余热利用系统→烟气净化系统，其中，焚烧系统和烟气净化系统是评价整个危险废物焚烧工艺的关键环节。回转窑焚烧炉因其技术成熟、运行稳定、适用性广，能处理除放射性废物和爆炸性废物之外的任何固态、液态、气态可燃危险废物，成为目前处理危险废物最为广泛、最为主流的危险废物处置炉型，其市场占有率约为85％，其中绝大多数为物料与烟气的流动方向相同的顺流式回转窑焚烧炉；而喷雾干燥塔结合布袋除尘器的脱酸除尘组合工艺是国内外烟气净化系统最为广泛采用的工艺技术。
典型的回转窑焚烧系统由回转窑、二次燃烧室(简称为二燃室)组成，其工作过程为：经过预处理和配伍的各类危险废物通过不同的进料途径进入焚烧系统，在自身重力以及回转窑连续旋转的推动作用下，废物在回转窑内不断翻动与助燃空气充分接触，完成干燥(水份蒸发)、气化和燃烧过程，其中固体部分和部分热解气体在窑内完全焚烧，最后残渣自窑尾落入渣斗，由水封出渣机连续排出；而未完全燃烧的热解气随烟气进入二燃室，在二次风和补燃燃料的作用下，保持温度到1100℃以上，停留时间大于2秒，使烟气中未燃烬的有害物质在二燃室内得到充分燃烧。整个回转窑焚烧系统均始终在负压状态下运行，以防止有害气体逸出。危险废物回转窑焚烧处理实质上是一定的过量空气与被处理的有机废物在在回转窑、二燃室内焚烧进行氧化燃烧反应，焚烧供风量应以处理量与配伍后物料的组分分析为依据，考虑过剩空气系数后核算焚烧总需氧量与供风量。回转窑内一次风量的选择以满足热解废物、燃尽窑内固定碳、点燃部分挥发分为原则，以实现窑内物料中的固定碳组分燃尽、向二燃室提供挥发分、炭黑等热解产物作为燃料为目的，二燃室内二次风量与燃烧温度的选择以实现挥发分、炭黑等热解产物进行充分燃烧为目的。
作为危险废物处理的主要技术，回转窑焚烧处置技术因对物料适应性强、工作连续性好、操作简单、控制方便、使用寿命长、维修工作量少等优点而显示出其它处理设备所无法取代的优越性，在危险废物减量化和无害化处理方面发挥着重要的作用。然而，焚烧处置技术若应用和管理不当，在处置过程中产生焚烧烟气和灰渣(残渣与飞灰)等二次环境污染物质会严重威胁环境安全和人体健康，其中焚烧烟气中主要污染物质有不完全燃烧产物、颗粒物(烟尘)、酸性气体(SO2、NOx、HCl、HF等)、重金属(Hg、Cd、Pb等)及二噁英类物质。这也是世界各国不断推进立法，加强危险废物焚烧处置无害化管理的重要原因。
危险废物中存在烃类和芳香族高分子物质，在有氯元素和铜、铁、铝等金属元素存在的条件下经过非理想条件焚烧而产生的二噁英、HCB(六氯苯)、PCB(多氯联苯)等是POPs公约首批控制非故意生产的持久性有机污染物。二噁英是由一个或两个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环构成的两类物质：多氯二苯并二噁英(Polychlorinated dibenzo-p-dioxins，PCDDs)和与多氯二苯并呋喃(Poly chlorinated dibenzofurans，PCDFs)。由于二噁英是一种无色无味的脂溶性物质，极易在生物体内积累而具有不可逆的致畸、致癌、致突变的“三致”毒性，二噁英是迄今为止发现的毒性最大的、在全球范围内严重威胁环境安全和人体健康的物质。调查研究发现，环境中的二噁英主要来自于焚烧(其余的由化工制药、钢铁冶炼、造纸、汽车尾气等产生)，为了避免或减少危险废物焚烧过程中高危污染物的产生和排放，《巴塞尔公约》和POPs公约要求缔约国采用最佳可行技术(BAT)和最佳环境实践(BEP)，同时必须建立严格的排放标准和二次污染控制措施。
二噁英在850℃以上会很快分解，但在250℃～350℃温度下，在含铜、铁等金属化合物作催化剂和CO浓度较高的还原条件下很容易合成。根据二噁英的形成原理，防治二噁英污染的关键是控制危险废物焚烧工艺中二噁英的形成源、切断其形成途径及采取有效的尾气净化技术，因此可以从“燃烧前、燃烧中和燃烧后”三个环节对其实现全面控制。在危险废物焚烧处理中主要有三个与二噁英相关的阶段，分别为初始生成、高温分解和后期合成，其中一、三阶段都应尽量避免二噁英的产生，而高温分解则是消除二噁英的主要阶段。避免二噁英重新合成的主要方法是控制CO的浓度和烟气净化时要尽可能快速通过250℃～350℃温度区；而焚烧控制采取国际上通用的“3T+1E”原则使二噁英高温充分分解而消除。“3T+1E”原则是指炉温(Temperature)、停留时间(Time)、搅动现象(Turbulence)和空气过剩系数(Excess air coefficient)综合控制的原则。停留时间和搅动现象主要与设备的设计有关(特别是二燃室的形状大小)，因此，焚烧系统中需要控制的两个主要因子为温度和空气供给量：(1)焚烧过程中二燃室烟气温度控制在1100℃以上，有利于二噁英和其他有害物质的完全分解，同时有利于在热能利用系统中把烟气中氮氧化物去除；(2)保证一定程度过量空气(空气过剩系数>1.1)的供给，使烟气中CO的浓度保持在较低水平，一定程度过量空气一方面可以避免在还原条件下烟气中二噁英的重新合成，保证电除尘器的安全(在电火花的作用下当CO浓度较高时会产生爆炸危险)；另一方面，二燃室中烟气中O2含量要保证>6％(一般为7％～8％之间)，同时保证出炉废渣灼减量低于5％，以避免危险废物因不完全燃烧而对环境造成二次污染。如果在焚烧系统高温区物料均匀、燃烧稳定、供氧充足、并且停留时间充分，那么从头合成形成二噁英的量将达到最小化，二噁英及其前体物将在二燃室被破坏而去除。
采用BAT技术的焚烧炉尾气二噁英排放应达到0.01～0.1ngTEQ/m3的水平，而0.1ngTEQ/m3的排放限值是BAT/BEP导则认为要实现的最低标准要求(UNEP Chemicals，2001)。根据检测机构的测试报道，颗粒物(烟尘)、酸性气体(SO2、NOx、HCl、HF等)、重金属(Hg、Cd、Pb等)等各项常规污染物均达到了相应的排放标准限值要求，但危险废物焚烧排放尾气中二噁英排放的达标压力较大，尤其是国内还有相当多的焚烧处置设施二噁英的环境排放远远大于现行《危险废物焚烧污染控制标准》(GB18484-2001)的0.5ngTEQ/m3的排放限值要求，与公约中BAT技术的焚烧炉尾气二噁英排放应达到0.01～0.1ngTEQ/m3水平的差距更大，因此，如何降低危险废物焚烧烟气中二噁英排放量是危险废物焚烧处理的关键。
危险废物回转窑焚烧处理工程中不仅容易出现窑尾积渣、耐火材料腐蚀严重等问题，而且存在的下列技术问题仍使其难以达到理想的污染物排放环保要求：(1)危险废物不充分燃烧：由于所焚烧的危险废物种类变化频繁、来源复杂，并且形态、尺寸、物理、化学特性等差别很大，在焚烧过程中易爆燃、回火，同时顺流式回转窑进料与送风方向一致使气-固混合不充分，导致回转窑内炉温不仅忽高忽低不稳定而且分布不均而出现低温区，极易出现燃烧不完全、燃烧不尽的现象(尤其是球状或桶状危险废物焚烧时容易滚出回转窑而无法完全燃烧)，导致环境污染物质(包括危险废物本身、二噁英及其前体物等因在低温区不完全燃烧而大量产生的二次污染物)难以完全破坏而去除。因此，除合理配伍外，对不适合直接入窑的物料需进行焚烧前预处理，使其在粒径、形态、水分、热值、挥发份等指标满足工艺配伍需求。然而，大型危险废料在预处理破碎过程中易产生火花，一般通过制氮系统在闸门和破碎机主机之间空间连续注入氮气，以彻底杜绝火灾产生隐患。(2)烟气净化系统的处理能力和热能综合利用问题：为了降低CO的含量以抑制二噁英合成并且达到二噁英高温充分氧化分解所需的温度，回转窑焚烧处理过程中需求大量的过剩空气及额外的助燃燃料(对湿度较大、可燃性较低的危险废物的处置因需要大量的燃料而使其成本居高不下)，从而产生大量的待处理尾气。焚烧系统中气体湍流程度高使大量待处理尾气中粉尘含量高，显著提高了烟气净化系统的处理能力要求。另一方面，在余热锅炉中进行脱硝处理的最佳温度远低于二燃室烟气出口处的温度(尿素最佳反应温度是在900℃左右，氨水最佳反应温度是在850℃左右)。在实际处理时一般选择在余热锅炉中间位置相应温度段喷入(在二燃室烟气出口管道上设置喷水或喷冷空气降低烟气温度的方式来实现最佳脱硝温度，但这样必然会损失一定的热能)，但不仅脱硝反应温度较难准确控制同时也造成脱硝过程缩短而需要加入更多量的还原剂(尿素或氨水)，无疑也增加了运行费用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，避免或显著降低了焚烧处理过程中二噁英等二次环境污染物质的产生和排放，降低了危险废物的进料要求和天然气等辅助燃料消耗成本，实现了危险废物最大减量化的高效绿色处理。
为解决上述技术问题，本发明的基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，包括回转窑和二级燃烧室(简称二燃室)，所述回转窑窑尾与二燃室的下部密封连接；固态废物送入回转窑中焚烧，液态废物喷入回转窑和二燃室中焚烧；所述回转窑通过管道连接一次风机，一次风机抽取的空气送入回转窑中；所述二燃室通过管道连接二次风机和富氧制备设备，二次风机抽取的空气与富氧制备设备制备的富氧气体混合后送入二燃室中。
所述二次风机抽取的空气与富氧制备设备制备的富氧气体混合后通过二燃室壁上一排主进风通道和位于主进风通道上方的至少一排辅助进风通道送入二燃室中，其中进入主进风通道的富氧热风占二次风总风量(即二次风机抽取的空气与富氧制备设备制备的富氧气体混合后的风量)的70％～80％。所述主进风通道、辅助进风通道均包括至少三个进风口，所述进风口在二燃室内壁以相同时针方向切向均布(即进风口位于二燃室内壁切向且均分分布，同时进风口具有相同的时针圆周切向方向，使进风口气流旋向相同)。液态废物喷入二燃室的喷入口位于主进风通道和辅助进风通道之间。作为优选，所述辅助进风通道为一排，所述辅助进风通道与主进风通道之间间距为回转窑顶部与二燃室烟气排出口之间距离的1/5～1/4，辅助进风通道的进风口和主进风通道的进风口错位分布。所述主进风通道的进风口与二燃室中轴线垂直，所述辅助进风通道的进风口由外向内向下倾斜，辅助进风通道的进风口与水平面之间的夹角为5～15°,所述辅助进风通道的进风口截面积为主进风通道的进风口截面积的1/8～1/16。
作为一个优选，所述富氧制备设备为变压吸附制氧装置，变压吸附制氧装置排出的富氮气体通过管道引入至固态废物破碎装置中，以确保在惰性气体环境实施破碎处理而避免引发火灾事故。
作为另一个优选，所述富氧制备设备为膜制氧装置。由于膜制氧装置排出的气体中氮纯度相对低，同样为了确保在惰性气体环境实施破碎处理而避免引发火灾事故，需要通过制氮机产出氮气通过管道经集气罐引入至固态废物破碎装置中。此时，制氮机排出的富氧气体与膜制氧装置所产生的富氧气体(纯度为30％～40％)汇合，与二次风机抽取的空气混合后送入二燃室中。
所述二燃室的烟气出口连接换热室，所述二次风机抽取的空气与富氧制备设备制备的富氧气体混合后进入换热室，经换热室内高温烟气加热后送入二燃室中。所述二燃室的烟气排出口通过换热室连接余热锅炉，所述余热锅炉的烟气出口连接烟气净化系统，进入所述余热锅炉的烟气经换热后通入烟气净化系统。
当所述烟气净化系统脱硝脱硫装置采用臭氧氧化脱硝工艺时，所述烟气净化系统包括依次相连的急冷塔、干法脱酸塔、布袋除尘器、脱硝脱硫装置、烟气加热器、尾排风机以及排放烟囱。此时，所述富氧制备设备与臭氧发生器连接，臭氧发生器与脱硝脱硫装置连接，所述富氧制备设备产生的氧气作为臭氧发生器的制备原料，臭氧发生器制备的臭氧进入到脱硝脱硫装置中。
当烟气净化系统的脱硝脱硫装置采用选择性催化还原脱硝工艺时，所述烟气净化系统包括依次相连的急冷塔、干法脱酸塔、布袋除尘器、烟气加热器、脱硝脱硫装置、尾排风机以及排放烟囱。
以上所述余热锅炉的蒸汽出口与烟气加热器连接，余热锅炉的蒸汽作为烟气加热器的热源。当烟气净化系统的脱硝脱硫装置采用选择性催化还原脱硝工艺时，余热锅炉蒸汽出口的高温蒸汽通过保温管道输送至烟气加热器，加热入口烟气到催化剂有效工作温度范围：240℃～270℃。
作为优选，所述一次风机、二次风机与空气预热器连接，一次风机抽取的空气经空气预热器预热后送入回转窑中，二次风机抽取的空气经空气预热器预热后与富氧制备设备制备的富氧气体混合后(可以通过换热室进一步加热后)送入二燃室中。此时，二燃室的烟气排出口通过换热室连接余热锅炉，所述余热锅炉的蒸汽出口与空气预热器连接，为空气预热器提供热源。
为了便与余热锅炉与其他部件连接，余热锅炉通过分气缸连接空气预热器、烟气净化系统的烟气加热器。
与现有技术相比，本发明的技术优势和有益效果在于：
(1)二燃室是回转窑焚烧处理系统中确保二噁英完全分解的最终也是最核心的部件，本发明采用基于二燃室富氧热风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理，与普通回转窑焚烧处理系统相比，一方面，二燃室内液态废物喷入二燃室的喷入口位于主进风通道和辅助进风通道之间，富氧送风焚烧释放出比普通燃烧更多的热能、减少了加热空气中氮气而消耗的热量，从而使二燃室内焚烧温度迅速提升至1100℃～1200℃，提高了二燃室高温区的有效高度，更有利于二噁英等POPs污染物在二燃室内高温充分氧化燃烧；同时降低了额外的助燃燃料的加入量和危险废物配伍时的热值要求，在二燃室喷入的液态废料既可喷入高热值废液(20～32MJ/kg)，也可加入部分中热值废液(12～25MJ/kg)；另一方面，采用二燃室内含氧量远高于空气的二次富氧热风，降低了烟气中CO含量以抑制二噁英合成。此外，富氧送风还降低了二燃室焚烧过程中二次风机抽取的空气需求量，从而减少了后续待净化处理的烟气总量。
(2)二燃室内焚烧烟气的温度、氧含量和停留时间是影响二噁英能否完全分解去除的三个关键因素。主进风通道的气体占第二助燃气体的70％～80％，主进风通道的富氧送风提高了进入二燃室的回转窑未分解废物和喷入的液态废物的燃烧强度和温升速度。辅助进风通道与主进风通道之间间距为回转窑顶部与二燃室烟气排出口之间距离的1/5～1/4，如果间距低于上述范围下限，从辅助进风通道进入的助燃气体将直接吹向正在燃烧的液态废物，难以有效提高二燃室内烟气的扰动、湍流度，同样，如果间距高于上述范围上限，从辅助进风通道进入的助燃气体将在较短的时间内从二燃室的烟气排出口排出，因而难以充分保证二燃室内烟气在二燃室上升过程内中具有足够高的氧含量；辅助进风通道的进风口由外向内向下倾斜，辅助进风通道的进风口与水平面之间的夹角为5～15°，辅助进风通道的进风口截面积为主进风通道的进风口截面积的1/8～1/16，能够确保辅助进风通道进风口处的助燃气体具有比主进风通道进入二燃室的助燃气体更大的风速，并与下面燃烧产生烟气汇合，从而提高了二燃室内烟气的扰动、湍流度，延长了二燃室内烟气的停留时间；主进风通道、辅助进风通道的进风口在二燃室内壁上下错位并以相同时针方向切向均布，造成在二燃室内形成旋风式燃烧，从而避免了室内烟气温度分布不均而出现低温区的情况。本发明中主进风通道和辅助进风通道设计所达成的目标有利于实现二噁英的完全分解去除，确保了二燃室内二噁英等POPs污染物完全氧化分解。
(3)本发明所提出的系统中，二燃室烟气排出口通过换热室与余热锅炉相接，这样不仅充分利用二燃室烟气余热再次加热进入二燃室的富氧风而提高二燃室烟气温度，而且降低了进入余热锅炉的烟气温度，使余热锅炉中还原剂喷口的位置上移，提高了脱硝反应的行程，有利于烟气中氮氧化物在预热锅炉内去除，从而显著提高了余热锅炉的脱硝效果。
(4)与现有回转窑焚烧系统相比，在本发明所提出的系统中设备和余热的综合利用率更高，大大降低了系统的运行成本。富氧制备设备不仅为二燃室提供富氧气源及臭氧发生器的气体源，而且排放的富氮气体还作为固态废物破碎装置中的避免惰性气体源；余热锅炉产生的蒸汽为一次风机、二次风机抽取的空气进行预热，同时还是烟气净化系统中烟气再加热及废液的伴热热源。
(5)与现有回转窑焚烧系统相比，本发明所提出的系统在环境污染物质排放量达到了排放标准的下限值要求(二噁英排放实现低于0.1ngTEQ/m3水平)前提下，危险废物处置量可提高12％～20％，同时，二次富氧热风采用产生氧气浓度不高的变压吸附制氧或膜制氧工业化生产装置，制氧单位能耗远小于深冷法制氧设备(变压吸附法制氧电耗一般在0.32kWh/m3～0.37kWh/m3，而膜制氧设备的能耗更低)，其综合成本低，可实现系统的高效绿色运行。此外，本发明所提出的系统可以直接利用现有的回转窑焚烧系统进行升级改造，易于实现规模化推广应用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明脱硝脱硫处理采用臭氧氧化脱硝工艺时的示意图。
图2为本发明脱硝脱硫处理采用选择性催化剂脱硝工艺时的示意图。
图3为本发明二燃室示意图。
图4为二燃室的进风通道示意图。
具体实施方式
如图1-4所示，基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统包括依次相连的预处理与进料系统、回转窑焚烧系统、余热利用系统和烟气净化系统。
(1)预处理与进料系统。
预处理与进料系统包括固态废物破碎装置11、固态废物配伍装置12、废物输送机构13、液态废物过滤静置与雾化喷射装置14。固态废物依次经过固态废物破碎装置11、固态废物配伍装置12和废物输送机构13，固态废物破碎装置11将大型固态废物破碎成碎块，破碎后的固态废物经过固态废物配伍装置12与半固态废物配伍并混合均匀，然后经废物输送机构13输送至回转窑21。液态废物过滤静置与雾化喷射装置14将液态废物过滤静置后通过液态废物喷头141喷入回转窑21和二燃室22中焚烧。
废物输送机构13向回转窑21输送物料，如废物输送机构13由提升机、料斗、两级级密封门、给料机和水冷夹套组成，通过提升机将配伍混合均匀的废物送至料斗，经过两级密封门，由给料机送入回转窑21中焚烧，给料机通过水冷夹套与回转窑21连接，保障废物的正常进料。液态废物过滤静置与雾化喷射装置14将液态废物过滤静置后雾化并直接喷入回转窑21和二燃室22中，其中二燃室22喷入中高或高热值液态废物。
(2)回转窑焚烧系统。
回转窑焚烧系统包括回转窑21、二燃室22(即二级燃烧室)、辅助燃料供给装置23、送风装置，回转窑21窑尾与二燃室22的下部密封连接。辅助燃料供给装置23为回转窑21和二燃室22提供辅助燃料，即向回转窑21和二燃室22引入辅助燃料，辅助燃料为天然气、液化石油气、燃料油。送风装置由富氧制备设备242、一次风机251、二次风机252、空气预热器26、换热室27组成，分别为回转窑21和二燃室22供风。其中，一次风机251抽取的冷空气经空气预热器26预热后(温度为140℃～180℃)通过保温管道送入回转窑21中，回转窑21焚烧温度控制在900℃～1000℃，窑尾出口氧含量应控制在2％～3％。二次风机252所抽取的空气经空气预热器26预热后与富氧制备设备242制备的富氧气体混合后进入换热室27，经高温烟气进一步加热后(温度为180℃～220℃)通过保温管道送入二燃室22中，送入二燃室22的二次风的富氧浓度为23％～28％。二燃室22烟气温度控制在1100℃～1200℃，二燃室22出口烟气氧含量应控制在7％～9％。
具体地，二次风机252抽取的空气与富氧制备设备242制备的富氧气体混合后通过二燃室22壁上一排主进风通道281和一排辅助进风通道282(辅助进风通道282可以为多排)送入二燃室22中，一排辅助进风通道282位于主进风通道281，液态废物喷入二燃室22的喷入口位于主进风通道281和辅助进风通道282之间。辅助进风通道282与主进风通道281之间间距H为回转窑21顶部与二燃室22烟气排出口之间距离的1/5～1/4，辅助进风通道282的进风口和主进风通道281的进风口错位分布。主进风通道281的进风口283与二燃室22中轴线垂直，辅助进风通道282的进风口283由外向内向下倾斜，辅助进风通道282的进风口283与水平面之间的夹角α为5～15°,辅助进风通道282的进风口截面积为主进风通道281的进风口截面积的1/8～1/16。主进风通道281和一排辅助进风通道282均包括三个进风口283(进风通道的进风口283数量至少为三个)，如图3、4所示，一排进风通道的三个进风口283在二燃室22壁的同一高度上均匀分布，进风口283位于二燃室22内壁的切向上，主进风通道281和辅助进风通道282的进风口283具有相同的时针圆周切向方向，如图4所示，使气流旋向相同。针对每个进风通道，二次风机252所抽取的空气经空气预热器26预热后与富氧制备设备242制备的富氧气体混合后进入换热室27加热后，分为三个管道分别进入进风口283。
换热室27出风管内设分流隔板(在换热室27出风管内用隔板分流，辅助进风通道282和主进风通道281各自的进风量(风量分配)不会受到或者很难受到空气入炉时的干扰)，换热室27出风口分别经独立的管道连接上下分布的辅助进风通道282和主进风通道281，将经换热室27预热的富氧热风送入二燃室22中，进入主进风通道281的富氧热风占二次风总风量(即经换热室27预热后的富氧热风)的70％～80％。
作为一个实施例，富氧制备设备242采用变压吸附制氧装置时，其生产的纯度为80％～90％的低压氧从其吸附塔吸送混入经空气预热器26预热的二次风机252所抽取的空气中，其排出的富氮气体通过管道经集气罐引入至固态废物破碎装置11中，以确保在惰性气体环境实施破碎处理而避免引发火灾事故。
作为另一个实施例，富氧制备设备242采用膜制氧装置时，膜制氧装置所产生的纯度为30％～40％的富氧气体与二次风机252抽取的空气(经空气预热器26预热)混合后送入二燃室22中。此时，固态废物破碎装置11连接制氮机241(如图1所示)，制氮机241产出的氮气通过管道经集气罐引入至固态废物破碎装置11中，以确保在惰性气体环境实施破碎处理而避免引发火灾事故。制氮机241排出的富氧气体、二次风机252抽取的空气与膜制氧装置制备的富氧气体混合后(经换热室预热)送入二燃室22中。
(3)余热利用系统。
余热利用系统包括余热锅炉31、分气缸(也称分汽缸)32。二燃室22烟气排出口通过换热室27与余热锅炉31相接，余热锅炉31产生的过热蒸汽汇入分气缸32。余热锅炉31采用膜式水冷壁结构，在烟气温度降温至合适脱硝反应温度时，通过还原剂雾化喷射装置进行还原剂雾化喷射(通过还原剂喷口311喷射)，还原剂为尿素或氨水。所述余热锅炉31中还原剂喷入炉膛的位置为900℃～1050℃的区域。余热锅炉31生成的高温蒸汽通过保温管道输送至分气缸32，分气缸32的蒸汽通过保温管道输送至空气换热室26中。进入余热锅炉31的烟气经换热后通入烟气净化系统。
(4)烟气净化系统。
当烟气净化系统脱硝脱硫装置采用臭氧氧化脱硝工艺时，如图1所示，烟气净化系统包括依次相连的急冷塔41、干法脱酸塔42、布袋除尘器43、脱硝脱硫装置44、烟气加热器46、尾排风机以及排放烟囱47。余热锅炉31的烟气出口直接与急冷塔41连接，急冷塔41进口烟气温度580℃±10℃，出口温度185℃±5℃。急冷塔41出口的烟气依次经干法脱酸塔42干法脱酸和布袋除尘器43除尘，布袋除尘后烟气出口温度为160℃～170℃。布袋除尘后烟气通过脱硝脱硫装置44进行脱硝脱硫处理。此时，富氧制备设备242与臭氧发生器441连接，臭氧发生器441与脱硝脱硫装置46连接，富氧制备设备242产生的氧气作为臭氧发生器441的制备原料，臭氧发生器441制备的臭氧进入到脱硝脱硫装置46中。通过脱硝脱硫装置44的烟气经静电除尘器45除尘后进入烟气加热器46加热，使排放温度高于烟气露点。加温后的烟气经过尾排风机送至排放烟囱47高空排放，排放烟囱47处烟气温度为125℃±5℃。
当烟气净化系统的脱硝脱硫装置采用选择性催化还原脱硝工艺时，如图2所示，所述烟气净化系统包括依次相连的急冷塔41、干法脱酸塔42、布袋除尘器43、烟气加热器46、脱硝脱硫装置44、尾排风机以及排放烟囱47。余热锅炉31的烟气出口直接与急冷塔41连接，急冷塔41进口烟气温度580℃±10℃，出口温度185℃±5℃。急冷塔41出口的烟气依次经干法脱酸塔42干法脱酸和布袋除尘器43除尘，布袋除尘后烟气出口温度为160℃～170℃。布袋除尘后烟气输送至烟气加热器46，加热入口烟气到催化剂有效工作温度范围：240℃～270℃，进行脱硝脱硫。通过脱硝脱硫装置44的烟气经静电除尘器45除尘后，经过尾排风机送至排放烟囱47高空排放，排放烟囱47处烟气温度为125℃±5℃。
上述烟气净化系统的烟气加热器46均与分气缸32(分气缸32与余热锅炉31的蒸汽出口连接)连接，分气缸32高温蒸汽通过保温管道输送至烟气加热器46。
本发明系统通过提高二燃室22内燃烧环境氧气含量、有效利用预热的技术手段，在保证二噁英等有害物质完全分解的条件下，有利于在余热利用系统中把烟气中氮氧化物去除，避免或显著降低了焚烧处理过程中二次环境污染物质的产生和排放，降低了危险废物的进料要求和天然气等辅助燃料消耗成本，实现了危险废物最大减量化的高效绿色处理。
上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，包括回转窑和二燃室，所述回转窑窑尾与二燃室的下部密封连接；固态废物送入回转窑中焚烧，液态废物喷入回转窑和二燃室中焚烧，其特征在于：所述二燃室通过管道连接二次风机和富氧制备设备，二次风机抽取的空气与富氧制备设备制备的富氧气体混合后送入二燃室中。
2.根据权利要求1所述的基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，其特征在于：所述二次风机抽取的空气与富氧制备设备制备的富氧气体混合后通过二燃室壁上一排主进风通道和位于主进风通道上方的至少一排辅助进风通道送入二燃室中；所述主进风通道、辅助进风通道均包括至少三个进风口，所述进风口在二燃室内壁以相同时针方向切向均布；液态废物喷入二燃室的喷入口位于主进风通道和辅助进风通道之间。
3.根据权利要求2所述的基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，其特征在于：所述辅助进风通道为一排，所述辅助进风通道与主进风通道之间间距为回转窑顶部与二燃室烟气排出口之间距离的1/5～1/4，辅助进风通道的进风口和主进风通道的进风口错位分布；所述主进风通道的进风口与二燃室中轴线垂直，所述辅助进风通道的进风口由外向内向下倾斜，辅助进风通道的进风口与水平面之间的夹角为5～15°,所述辅助进风通道的进风口截面积为主进风通道的进风口截面积的1/8～1/16。
4.根据权利要求1所述的基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，其特征在于：所述富氧制备设备为变压吸附制氧装置，变压吸附制氧装置排出的富氮气体通过管道引入至固态废物破碎装置中。
5.根据权利要求1所述的基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，其特征在于：所述富氧制备设备为膜制氧装置。
6.根据权利要求1所述的基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，其特征在于：所述二燃室的烟气出口连接换热室，所述二次风机抽取的空气与富氧制备设备制备的富氧气体混合后进入换热室，经换热室内高温烟气加热后送入二燃室中。
7.根据权利要求6所述的基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，其特征在于：所述二燃室的烟气排出口通过换热室连接余热锅炉，所述余热锅炉的烟气出口连接烟气净化系统，进入所述余热锅炉的烟气经换热后通入烟气净化系统。
8.根据权利要求7所述的基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，其特征在于：所述烟气净化系统包括依次相连的急冷塔、干法脱酸塔、布袋除尘器、脱硝脱硫装置、烟气加热器、尾排风机以及排放烟囱。
9.根据权利要求8所述的基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，其特征在于：所述富氧制备设备与臭氧发生器连接，臭氧发生器与脱硝脱硫装置连接，所述富氧制备设备产生的氧气作为臭氧发生器的制备原料，臭氧发生器制备的臭氧进入到脱硝脱硫装置中。
10.根据权利要求7所述的基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，其特征在于：所述烟气净化系统包括依次相连的急冷塔、干法脱酸塔、布袋除尘器、烟气加热器、脱硝脱硫装置、尾排风机以及排放烟囱。
11.根据权利要求8、9或10所述的基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，其特征在于：所述余热锅炉的蒸汽出口与烟气加热器连接。
12.根据权利要求1所述的基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，其特征在于：所述回转窑通过管道连接一次风机，一次风机抽取的空气送入回转窑中。
13.根据权利要求12所述的基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，其特征在于：所述一次风机、二次风机与空气预热器连接，一次风机抽取的空气经空气预热器预热后送入回转窑中，二次风机抽取的空气经空气预热器预热后与富氧制备设备制备的富氧气体混合后送入二燃室中。
14.根据权利要求13所述的基于二次燃烧室富氧送风的绿色高效危险废物回转窑焚烧处理系统，其特征在于：所述二燃室的烟气排出口通过换热室连接余热锅炉，所述余热锅炉的蒸汽出口与空气预热器连接。
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CN113970101A (zh) * 2020-07-22 2022-01-25 中冶长天国际工程有限责任公司 一种危险废物热解焚烧系统及其温度控制方法

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