CN111442651B - 一种基于水泥窑的飞灰二噁英去除系统及方法 - Google Patents

一种基于水泥窑的飞灰二噁英去除系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于水泥窑的飞灰二噁英去除系统及方法，充分利用原有水泥窑设备中窑尾烟室与多级预热器中最靠近窑尾烟室的底部一级预热器之间的压差，使飞灰除二噁英系统能够在设备现有压差的驱动下顺利运转而无需额外使用引风设备，整体结构成本低，便于在现有水泥窑上进行改造，飞灰再利用经济效益高。

Description

一种基于水泥窑的飞灰二噁英去除系统及方法
技术领域
本发明涉及环保设备技术领域，尤其涉及一种基于水泥窑的飞灰二噁英去除系统及方法。
背景技术
垃圾飞灰由于其含有较高的重金属和二恶英毒性等物质，属于危险废物。垃圾飞灰的传统处置方式是进入危险废物安全填埋场。近年来，对于垃圾飞灰的综合处置，我国取得了一些研究成果，由于垃圾焚烧而产生的垃圾飞灰的主要成分与水泥熟料基本相近，可以替代水泥生产中的部分原料(例如粘土，石灰石等)，如果能够有效去除飞灰中含有的二噁英等有毒有害物质，则可以实现飞灰的充分再利用，不仅减轻了废弃物处理压力，还可以降低水泥生产的原料成本。
基于上述期望，现有技术已经对飞灰作为水生产水泥原材料进行了一些技术探索，例如申请号2016101080394以及2016101082313的发明专利申请公开了一种将垃圾飞灰处置为水泥原料的方法，其中均有涉及分离飞灰中二噁英等有害物质的装置结构和方法，基本思想在于利用现有水泥窑并利用水泥窑自身运转产生的热风对飞灰中的二噁英等有害物质进行分离，再将分离了二噁英后的飞灰投入水泥窑参与水泥烧制生产。但上述方案忽略了系统整体运行过程中各设备之间的压差问题，其中所涉及使用的水泥窑现有设备两点之间的压差小于新增设备所产生阻力的额外压差需求，即水泥窑运转产生的热风无法通过设备之间压差直接进行期望的输送，而额外的引风设备不仅无法良好适应水泥窑的高烟气温度而且会增加系统整体的设备投入和设计难度，也会增加系统控制复杂性，致使这些现有技术实现的难度极大，不利于飞灰再利用的经济性。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提出一种基于水泥窑的飞灰二噁英去除系统及方法，通过对飞灰二噁英去除系统中各设备的布置实现通过原有水泥窑设备之间压差直接利用水泥窑运转产生的热风对飞灰进行处理，整体结构简单方便成本低，便于在现有水泥窑上进行改造，飞灰再利用经济效益高。
为实现以上目的，本发明所采用的技术方案包括：
一种基于水泥窑的飞灰二噁英去除系统，其特征在于，包括烟室热风取风管、二噁英去除管、换热脱附器、飞灰冷却机、飞灰入口以及至少一组脱销喷枪；
所述烟室热风取风管为一端带有缩口的管道，且所述烟室热风取风管的缩口端连接所述二噁英去除管底端，另一端连接水泥窑的窑尾烟室，窑尾烟室内的高温烟气通过所述烟室热风取风管经缩口以喷腾状进入所述二噁英去除管；所述烟室热风取风管内部设有耐火材料层；所述高温烟气为窑尾烟室内温度高于800℃的烟气；
所述二噁英去除管为垂直或立式倾斜安装的飞灰与高温烟气混合管，所述二噁英去除管底部连接有飞灰入口且所述飞灰入口所处位置高于所述烟室热风取风管的缩口端，所述飞灰入口设置有能够密闭飞灰入口的锁风喂料阀，飞灰在所述二噁英去除管输送过程中升温至800℃以上；所述二噁英去除管顶部与换热脱附器连通；所述二噁英去除管选取的长度和/或内部折流造型确保飞灰及高温烟气在所述二噁英去除管内的停留时间大于等于2秒；所述二噁英去除管内部设有耐火材料层；
所述换热脱附器顶部设置有气体出口、底部设置有固体/粉体出口，所述换热脱附器的气体出口连接水泥窑的多级预热器中最靠近窑尾烟室的底部一级预热器或底部一级预热器的烟气管道，所述换热脱附器的固体/粉体出口连接飞灰冷却机；
所述飞灰冷却机为气体媒介热交换装置；
所述脱销喷枪设置在所述换热脱附器与最靠近窑尾烟室的底部一级预热器之间任意气体管道位置和/或所述二噁英去除管与所述换热脱附器之间连接位置，通过喷入脱硝剂去除高温烟气所含氮氧化物。
进一步地，所述系统还包括防止二噁英再合成装置，所述防止二噁英再合成装置为水泥窑进料与热烟气之间的换热装置，所述防止二噁英再合成装置设置在水泥窑的多级预热器中最远离窑尾烟室的顶部一级预热器与烟气出口之间。
进一步地，所述系统还包括飞灰终端处理装置，所述飞灰终端处理装置连接所述飞灰冷却机并对经飞灰冷却机冷却处理后的飞灰进行终端处理。
进一步地，所述经换热脱附器收集到的飞灰通过带有锁风阀的单向管道直接进入窑尾烟室。
进一步地，所述飞灰冷却机的气体出口连接水泥窑的分解炉，冷却飞灰后升温的气体进入分解炉。
一种基于水泥窑的飞灰二噁英去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、水泥窑正常运行过程中，高温烟气由窑尾烟室经烟室热风取风管进入二噁英去除管底部，同时飞灰经飞灰入口投入二噁英去除管底部；
S2、高温烟气与飞灰在二噁英去除管内混合并停留2秒及以上，且高温烟气带动飞灰由二噁英去除管底部向二噁英去除管顶部输送；
S3、高温烟气与飞灰由二噁英去除管顶部进入换热脱附器进行分离，分离后的高温烟气进入水泥窑的多级预热器中最靠近窑尾烟室的底部一级预热器，分离后的飞灰进入飞灰冷却机；
S4、飞灰在飞灰冷却机内冷却。
进一步地，所述方法还包括以下步骤：S5、高温烟气由烟气出口排放之前通过防止二噁英再合成装置在2秒内降温至小于等于250℃。
进一步地，所述方法还包括以下步骤：S6、经换热脱附器收集到的飞灰通过带有锁风阀的单向管道直接进入窑尾烟室，和/或，经飞灰冷却机冷却处理后的飞灰进入飞灰终端处理装置。
进一步地，所述步骤S3还包括使用脱销喷枪对由二噁英去除管顶部进入换热脱附器的高温烟气与飞灰进行脱销操作，和/或，使用脱销喷枪对分离后的高温烟气进行脱销操作。
进一步地，所述方法还包括以下步骤：S7、经过飞灰冷却机换热升温之后的气体通过单向管道进入分解炉。
本发明的有益效果为：
采用本发明所述基于水泥窑的飞灰二噁英去除系统及方法，充分利用原有水泥窑设备中窑尾烟室与多级预热器中最靠近窑尾烟室的底部一级预热器之间的压差，高温烟气在压差作用下直接进入二噁英去除管，飞灰经所述飞灰入口从所述二噁英去除管底部进入并在高温烟气推动下向所述二噁英去除管顶部输送同时升温，升温后的飞灰及高温烟气由二噁英去除管顶部经连接管道由换热脱附器的烟气入口进入换热脱附器，使飞灰去除二噁英系统能够在设备现有压差的驱动下顺利运转而无需额外使用引风设备，能够在现有设备的基础上仅通过简单改造即可投入生产；通过窑尾烟气引出的高温烟气处理飞灰，温度全程保持在二噁英的分解温度713℃以上，结合二噁英去除管的长度和/或内部折流设计确保足够的停留时间，使飞灰内二噁英彻底有效分解；系统中加入额外的脱销喷枪，布置在用于处理飞灰的旁路上，可以保证用于处理飞灰的高温烟气中所含氮氧化物不会直接排放入外界环境，避免污染的产生。
附图说明
图1为本发明基于水泥窑的飞灰二噁英去除系统示意图。
附图编号说明：1-烟室热风取风管、2-二噁英去除管、3-换热脱附器、4-飞灰冷却机、5-飞灰入口、6-脱销喷枪、7-防止二噁英再合成装置、8-飞灰终端处理装置、9-窑尾烟室、10-底部一级预热器、11-顶部一级预热器、12-分解炉。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明的内容，将结合附图和实施例详细说明。
如图1所示为本发明基于水泥窑的飞灰二噁英去除系统示意图，包括烟室热风取风管1、二噁英去除管2、换热脱附器3、飞灰冷却机4、飞灰入口5、防止二噁英再合成装置7以及至少一组脱销喷枪6。所述烟室热风取风管1为一端带有缩口的管道，且所述烟室热风取风管1的缩口端连接所述二噁英去除管2底端，另一端连接水泥窑的窑尾烟室9，窑尾烟室9内的高温烟气通过所述烟室热风取风管1经缩口以喷腾状进入所述二噁英去除管2，优选地所述烟室热风取风管1与窑尾烟室9之间的连接口在垂直高度上低于所述二噁英去除管2底端，使高温烟气在烟室热风取风管1内运动更顺畅；所述烟室热风取风管1内部设有耐火材料；所述高温烟气为窑尾烟室9内温度高于800℃的烟气。所述二噁英去除管2为垂直或立式倾斜安装的飞灰与高温烟气混合管，且内部同样设有耐火材料层，飞灰入口5位于所述二噁英去除管2底部且所处位置高于所述烟室热风取风管1的缩口端，所述飞灰入口5设置有能够密闭飞灰入口5的锁风喂料阀，飞灰经所述飞灰入口5进入并在高温烟气推动下向所述二噁英去除管2顶部输送，同时飞灰在输送过程中升温至800℃以上；二噁英去除管2顶部与换热脱附器3连通，优选与换热脱附器3的顶部连通，或者通过二噁英去除管2顶部与换热脱附器3顶部之间的管道连通；升温后的飞灰中二噁英被分解去除，再与高温烟气一起由所述二噁英去除管2顶部经连接管道由换热脱附器的烟气入口进入换热脱附器3，所述二噁英去除管2与所述换热脱附器3之间的连接管道长度应尽可能的短以降低管道上的热量损失和阻力增加，即所述二噁英去除管2与所述换热脱附器3优选地固定设置安装在临近的位置，所述换热脱附器3的具体烟气入口位置取决于所选用换热脱附器3的具体类型，例如当所述换热脱附器3选用旋风分离器时，高温烟气与飞灰由旋风分离器的侧面靠近顶部位置进入；所述二噁英去除管2选择的长度和/或内部折流造型保证飞灰及高温烟气混合在所述二噁英去除管2内的停留时间大于等于2秒，使飞灰中二噁英被完全分解，例如当所述二噁英去除管2内部为直通结构时，二噁英去除管2选取的长度除以高温烟气的最大流速应不小于2秒，而当二噁英去除管2内部具有折流造型时，二噁英去除管2选取的长度可以适当减小但必须保证经过折流造型后的内部气体通路长度除以高温烟气的最大流速应不小于2秒。所述换热脱附器3具有分离飞灰与高温烟气的功能，分离后的高温烟气由所述换热脱附器3顶部的气体出口排出、飞灰由换热脱附器3底部的固体/粉体出口排出，其气体出口连接水泥窑的多级预热器中最靠近窑尾烟室的底部一级预热器10或底部一级预热器10的烟气管道，所述换热脱附器3的固体/粉体出口(即飞灰的出口)连接飞灰冷却机4。所述飞灰冷却机4为气体媒介热交换装置，可以为接触式热交换装置或非接触式热交换装置；经换热脱附器3分离收集到的飞灰通过带有锁风阀的单向管道直接进入窑尾烟室9，和/或，经飞灰冷却机4冷却处理后的飞灰进入飞灰终端处理装置8，所述飞灰终端处理装置8连接所述飞灰冷却机4并对经飞灰冷却机4冷却处理后的飞灰进行终端处理，例如采用水洗飞灰装置对飞灰进行水洗操作；所述飞灰冷却机4的气体出口连接水泥窑的分解炉12，冷却飞灰后升温的气体进入分解炉12以充分回收利用热量。现有水泥窑的脱销装置的喷点一般设置在分解炉，因在本发明中部分窑尾的高温烟气会绕过分解炉直接由二噁英去除管2进入预热器，所以需要额外增加至少一组脱销喷枪6，所述脱销喷枪6设置在所述换热脱附器3与最靠近窑尾烟室的底部一级预热器10之间任意气体管道位置和/或所述二噁英去除管2与所述换热脱附器3之间连接位置，通过喷入脱硝剂去除高温烟气所含氮氧化物。所述防止二噁英再合成装置7为水泥窑进料与热烟气之间的换热装置，可以选用接触式换热装置利用热烟气与低温的水泥窑进料直接接触传热，或，选用非接触式换热装置利用热烟气与低温水泥窑进料之间的导热材料进行非接触传热；所述防止二噁英再合成装置7设置在水泥窑的多级预热器中最远离窑尾烟室的顶部一级预热器11与烟气出口之间，通过热交换将烟气温度迅速降低至250℃以下，远小于二噁英再合成所需时间2秒，避免二噁英的再合成。
原有水泥窑窑尾烟室9与最靠近窑尾烟室的底部一级预热器10之间的压差约为1400Pa，本发明所述的基于水泥窑的飞灰二噁英去除系统全部新产生的阻力约为1000Pa，原有水泥窑设备的压差完全能够满足新加入设备的运行需要。
本发明还涉及一种基于水泥窑的飞灰二噁英去除方法，包括以下步骤：
S1、水泥窑正常运行过程中，高温烟气由窑尾烟室9经烟室热风取风管1进入二噁英去除管2底部，同时飞灰经飞灰入口5投入二噁英去除管2底部；
S2、高温烟气与飞灰在二噁英去除管2内混合并停留2秒及以上，且高温烟气带动飞灰由二噁英去除管2底部向二噁英去除管2顶部输送；
S3、高温烟气与飞灰由二噁英去除管2顶部进入换热脱附器3进行分离，分离后的高温烟气进入水泥窑的多级预热器中最靠近窑尾烟室的底部一级预热器10，分离后的飞灰进入飞灰冷却机4；同时使用脱销喷枪6对由二噁英去除管2顶部进入换热脱附器3的高温烟气与飞灰进行脱销操作，和/或，使用脱销喷枪6对分离后的高温烟气进行脱销操作；
S4、飞灰在飞灰冷却机4内冷却；
S5、高温烟气由烟气出口排放之前通过防止二噁英再合成装置7在2秒内降温至250℃以下，防止二噁英再次合成；
S6、经换热脱附器3收集到的飞灰通过带有锁风阀的单向管道直接进入窑尾烟室9，和/或，经飞灰冷却机4冷却处理后的飞灰进入飞灰终端处理装置6。
S7、经过飞灰冷却机4换热升温之后的气体通过单向管道进入分解炉12。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换等都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于水泥窑的飞灰二噁英去除系统，其特征在于，包括烟室热风取风管、二噁英去除管、换热脱附器、飞灰冷却机、飞灰入口以及至少一组脱销喷枪；
所述烟室热风取风管为一端带有缩口的管道，且所述烟室热风取风管的缩口端连接所述二噁英去除管底端，另一端连接水泥窑的窑尾烟室，所述烟室热风取风管与窑尾烟室之间的连接口在垂直高度上低于所述二噁英去除管底端，窑尾烟室内的高温烟气通过所述烟室热风取风管经缩口以喷腾状进入所述二噁英去除管；所述烟室热风取风管内部设有耐火材料层；所述高温烟气为窑尾烟室内温度高于800℃的烟气；
所述二噁英去除管为垂直或立式倾斜安装的飞灰与高温烟气混合管，所述二噁英去除管底部连接有飞灰入口且所述飞灰入口所处位置高于所述烟室热风取风管的缩口端，所述飞灰入口设置有能够密闭飞灰入口的锁风喂料阀，飞灰在所述二噁英去除管输送过程中升温至800℃以上；所述二噁英去除管顶部与换热脱附器连通；所述二噁英去除管选取的长度和/或内部折流造型确保飞灰及高温烟气在所述二噁英去除管内的停留时间大于等于2秒；所述二噁英去除管内部设有耐火材料层；
所述换热脱附器顶部设置有气体出口、底部设置有固体/粉体出口，所述换热脱附器的气体出口连接水泥窑的多级预热器中最靠近窑尾烟室的底部一级预热器或底部一级预热器的烟气管道，所述换热脱附器的固体/粉体出口连接飞灰冷却机；
所述飞灰冷却机为气体媒介热交换装置；
所述脱销喷枪设置在所述换热脱附器与最靠近窑尾烟室的底部一级预热器之间任意气体管道位置和/或所述二噁英去除管与所述换热脱附器之间连接位置，通过喷入脱硝剂去除高温烟气所含氮氧化物。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括防止二噁英再合成装置，所述防止二噁英再合成装置为水泥窑进料与热烟气之间的换热装置，所述防止二噁英再合成装置设置在水泥窑的多级预热器中最远离窑尾烟室的顶部一级预热器与烟气出口之间。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括飞灰终端处理装置，所述飞灰终端处理装置连接所述飞灰冷却机并对经飞灰冷却机冷却处理后的飞灰进行终端处理。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述经换热脱附器收集到的飞灰通过带有锁风阀的单向管道直接进入窑尾烟室。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述飞灰冷却机的气体出口连接水泥窑的分解炉，冷却飞灰后升温的气体进入分解炉。
6.一种基于水泥窑的飞灰二噁英去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、水泥窑正常运行过程中，高温烟气由窑尾烟室经烟室热风取风管进入二噁英去除管底部，烟室热风取风管与窑尾烟室之间的连接口在垂直高度上低于二噁英去除管底端，同时飞灰经飞灰入口投入二噁英去除管底部；
S2、高温烟气与飞灰在二噁英去除管内混合并停留2秒及以上，且高温烟气带动飞灰由二噁英去除管底部向二噁英去除管顶部输送；
S3、高温烟气与飞灰由二噁英去除管顶部进入换热脱附器进行分离，分离后的高温烟气进入水泥窑的多级预热器中最靠近窑尾烟室的底部一级预热器，分离后的飞灰进入飞灰冷却机；
S4、飞灰在飞灰冷却机内冷却。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：S5、高温烟气由烟气出口排放之前通过防止二噁英再合成装置在2秒内降温至小于等于250℃。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：S6、经换热脱附器收集到的飞灰通过带有锁风阀的单向管道直接进入窑尾烟室，和/或，经飞灰冷却机冷却处理后的飞灰进入飞灰终端处理装置。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S3还包括使用脱销喷枪对由二噁英去除管顶部进入换热脱附器的高温烟气与飞灰进行脱销操作，和/或，使用脱销喷枪对分离后的高温烟气进行脱销操作。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：S7、经过飞灰冷却机换热升温之后的气体通过单向管道进入分解炉。
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