CN112303641A - 用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置、回收方法和应用 - Google Patents

用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置、回收方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及危险废物无害化处理技术领域，公开了一种用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置、回收含固废物中金属元素的方法和应用。该水冷壁式焚烧装置包括：密闭连接的上壳体和下壳体、喷嘴以及二次空气喷嘴，该上壳体围绕形成有一燃烧室，包括一拱顶段、一直筒段和一锥底段；所述下壳体内形成有激冷室，所述锥底段设置有冷却单元和与所述冷却单元相连接的下降管，所述下降管的一端通过所述出渣口与所述燃烧室连通，另一端与所述激冷室连通；所述喷嘴设置在所述拱顶段上，所述二次空气喷嘴设置在所述直筒段上。根据本发明，能够提供一种可避免二次污染且金属氧化物的回收率高的用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置。

Description

用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置、回收方 法和应用
技术领域
本发明涉及危险废物无害化处理技术领域，具体涉及一种用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置、使用该装置的回收含固废物中金属元素的方法和应用。
背景技术
近年来，危险废物的处置成为全世界的热门话题。危险废物如果处置不当，可能引起严重的环境与生态问题。同时，大部分危险废物中含有贵金属元素，具有较强的回收价值。因此，正确的处理含固废物，并回收其中的金属元素，具有显著的经济与社会意义。
CN108443901A公开了一种废催化剂中重金属的固化方法，该方法将废催化剂通过研磨制粉、添加固化剂制成免烧砖，从而将危险废物进行固化处理。但是此种方法未将危险废物进行无害化处理。
CN108456781A公开了一种利用高温回转窑熔炼回收多金属固体废物的方法，该方法将危险废物和无烟煤进行混合后引入回转窑进行无害化处理，然后通过精炼回收金属。此种处理方法存在如下问题：一是回转窑密封性不好，存在污染物逃逸的现象；二是焚烧后的产物通过自然冷却的方式进行缓慢降温，二噁英的生成温度区间为200-500℃，燃烧产物在在降温过程中将有二噁英生成，存在环境二次污染问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的含固废物无害化处理不彻底、焚烧过程产生二次污染、金属回收率低等问题，提供一种可避免二次污染且金属氧化物的回收率高的用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置，以及使用该装置的回收含固废物中金属元素的方法和应用。
为了实现上述目的，本发明第一方面，提供一种用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置，该水冷壁式焚烧装置包括：密闭连接的上壳体和下壳体、喷嘴以及二次空气喷嘴，所述上壳体包括外壳和内壳，外壳和内壳之间设置有水冷单元，所述上壳体围绕形成有一燃烧室，且包括一拱顶段、一直筒段和一锥底段，所述直筒段的两端分别于所述拱顶段和所述锥底段相连接，所述锥底段底部具有出渣口；所述下壳体内形成有激冷室，所述下壳体的上部侧壁上设有气相出口，所述下壳体的底部设有液固排放口，且所述锥底段设置有冷却单元和与所述冷却单元相连接的下降管，所述下降管的一端通过所述出渣口与所述燃烧室连通，另一端与所述激冷室连通；所述喷嘴设置在所述拱顶段上，所述二次空气喷嘴设置在所述直筒段上。
优选地，所述喷嘴设置在所述拱顶段顶部，所述二次空气喷嘴设置在所述直筒段中部。
优选地，所述喷嘴伸入所述燃烧室内，且所述喷嘴沿轴向从内向外依次为第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，第一通道内设有点火枪且用于通入燃料，第二通道用于通入富氧气体，第三通道用于通入含固废物浆体，第四通道用于通入富氧气体。
优选地，所述二次空气喷嘴沿垂直方向伸入所述燃烧室内，所述二次空气喷嘴为单通道，用于通入空气。
优选地，所述内壳包括顺次连接的上水冷壁、主水冷壁(、下水冷壁，上水冷壁设在燃烧室的上部，围绕喷嘴设置，下水冷壁设在燃烧室的下部，围绕出渣口设置。
优选地，所述水冷单元包括：多个冷却水管，其沿内壳的周向间隔设置且贴合在内壳的外表面，相邻两个冷却水管之间连接有散热鳍片；上集箱和下集箱，上集箱设在内壳的上方且分别与多个冷却水管的上端相连，所述下集箱设在内壳的下方且分别与多个冷却水管的下端相连，上集水箱上设有冷却水出口，下集水箱上设有冷却水进口。
优选地，所述冷却单元为激冷环，所述激冷环用于向进入所述下降管的物料喷洒冷却介质。
优选地，所述直筒段的高度为所述燃烧室的直径的1-6倍。
根据本发明第二方面，提供一种回收含固废物中金属元素的方法，该方法使用本发明的用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置，其特征在于，该方法包括：将含固废物浆体、燃料和富氧气体通过喷嘴以雾化状态喷入到所述燃烧室内进行燃烧反应，且在燃烧过程中通过二次空气喷嘴导入空气，燃烧反应生成的金属氧化物和气体在燃烧室与激冷室连接处与冷却单元中喷出的水混合，沿着下降管流至激冷室，金属氧化物在激冷室进一步冷却后从液固排放口排出。
优选地，燃烧反应生成的气体经激冷室冷却后，通过气相出口排出。
优选地，所述燃烧反应的条件包括：燃烧室反应温度为1100-1500℃，压力为0.01-1MPa，停留时间大于2s，富氧气体的氧气浓度为18-100体积％。
根据本发明的第三方面，提供本发明的用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置在回收含固废物中的金属元素中的应用。
通过上述技术方案，可以进行密闭进料和密闭燃烧，可有效防止焚烧过程中污染物的逃逸；采用水激冷方式将燃烧产物迅速降至200℃以下，不仅从根本上杜绝二噁英的产生，而且提高了金属氧化物的回收率。
附图说明
图1是本发明的用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置的结构示意图。
附图标记说明
A、浆体进料 B、空气进料
C、燃料进料 D、固液出料
E、气相出料
1、喷嘴 2、拱顶段
3、直筒段 4、外壳
5、内壳/水冷壁 6、上壳体
7、锥体段 8、下壳体
9、焚烧装置 10、上水冷壁
11、中水冷壁 12、下水冷壁
13、排渣口 14、激冷环
15、下降管 16、激冷室
17、燃烧室 18、固液排放口
19、气相出口 20、二次空气喷嘴
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
根据本发明的第一方面，如图1所示，本发明提供一种用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置9，该装置9包括：密闭连接上壳体6和下壳体8、喷嘴(1)以及二次空气喷嘴(20)，所述上壳体6包括外壳4和内壳5，外壳4和内壳5之间设置有水冷单元，所述上壳体6围绕形成有一燃烧室17，且包括一拱顶段2、一直筒段3和一锥底段7，所述直筒段3的两端分别于所述拱顶段2和所述锥底段7相连接，所述锥底段7底部具有出渣口13；所述下壳体8内形成有激冷室13，所述下壳体8的上部侧壁上设有气相出口19，所述下壳体的底部设有液固排放口18，且所述锥底段7设置有冷却单元14和与所述冷却单元14相连接的下降管15，所述下降管15的一端通过所述出渣口13与所述燃烧室17连通，另一端与所述激冷室16连通；所述喷嘴1设置在所述拱顶段2上，所述二次空气喷嘴设置在直筒段3上。
根据本发明，优选地，所述喷嘴1设置在所述拱顶段2顶部，所述二次空气喷嘴20设置在所述直筒段3中部。
根据本发明，优选地，所述喷嘴1伸入所述燃烧室17内，且所述喷嘴1沿轴向从内向外依次为第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，第一通道内设有点火枪且用于通入燃料，第二通道用于通入富氧气体，第三通道用于通入含固废物浆体，第四通道用于通入富氧气体。通过喷嘴1的结构，使得浆体雾化充分，进而提高了转化率，另一方面用于提供浆体燃烧所需的氧化剂，这样可以将焚烧装置的点火、烘炉和运行等喷嘴集中在同一喷嘴内完成，避免了更换喷嘴，减少开车投料的工作量。
根据本发明，优选地，所述二次空气喷嘴20设置在所述直筒段3中部，沿垂直方向伸入燃烧室17内，所述二次空气喷嘴20为单通道喷嘴，用于通入空气。通过补充空气，能够使燃烧更为充分，提高焚烧效率，并且可以在满足燃烧的基础上，尽量降低尾气中氧含量，从而降低焚烧过程中NOx的生成。
优选地，所述二次空气喷嘴20优选为2个以上，更优选为2-4个。
在本发明的一个优选的实施方式中，所述二次空气喷嘴20为2个，相对地设置在所述直筒段3中部。
根据本发明，上壳体6和下壳体8密闭连接即可，可以采用本领域各种连接方式进行连接，例如可以进行焊接、螺接等进行连接，也可以使上壳体6和下壳体8一体形成。
根据本发明，优选地，所述内壳5包括顺次连接的上水冷壁10、主水冷壁11、下水冷壁12，上水冷壁10设在燃烧室17的上部，围绕喷嘴1设置，下水冷壁12设在燃烧室17的下部，围绕出渣口13设置。
根据本发明，所述水冷单元可以为本领域通常使用的各种用于水冷的各种结构，优选地，所述水冷单元包括：多个冷却水管，其沿内壳的周向间隔设置且贴合在内壳的外表面，相邻两个冷却水管之间连接有散热鳍片；上集箱和下集箱，上集箱设在内壳的上方且分别与多个冷却水管的上端相连，所述下集箱设在内壳的下方且分别与多个冷却水管的下端相连，上集水箱上设有冷却水出口，下集水箱上设有冷却水进口。
根据本发明，燃烧反应生成的金属氧化物和气体在燃烧室17与激冷室16连接处通过冷却单元14进行冷却，优选地，冷却单元14的冷却使金属氧化物和气体的温度为200℃以下。通过冷却单元14的冷却使金属氧化物和气体的温度为200℃以下，能够避免二噁英的生成，避免二次污染。
根据本发明，优选地，所述冷却单元14为激冷环，所述激冷环用于向进入所述下降管15的物料喷洒冷却介质，所述冷却介质优选为水，通过激冷环喷洒冷却介质能够快速地将金属氧化物和气体降温到200℃以下，能够避免二噁英的生成，避免二次污染。
根据本发明，优选地，所述直筒段3的高度为所述燃烧室17的直径的1-5倍，优选为2-5倍，更优选为2-3倍。
根据本发明的第二方面，本发明还提供一种回收含固废物中金属元素的方法，该方法使用本发明的用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置，该方法包括，将含固废物浆体、燃料和富氧气体通过喷嘴1以雾化状态喷入到所述燃烧室17内进行燃烧反应，且在燃烧过程中通过二次空气喷嘴20导入空气，燃烧反应生成的金属氧化物和气体在燃烧室17与激冷室16连接处与冷却单元14中喷出的水混合，沿着下降管15流至激冷室16，金属氧化物在激冷室16进一步冷却后从液固排放口18排出。
根据本发明的方法，通过在燃烧过程中通过二次空气喷嘴20导入空气，能够保证燃烧充分进行，提高焚烧效率，并且可以在满足燃烧的基础上，尽量降低尾气中氧含量，从而降低焚烧过程中NOx的生成。
根据本发明的方法，所述燃料可以为天然气、液化气、瓦斯和燃料油等。
根据本发明的方法，优选地，该方法还包括：燃烧反应生成的气体经激冷室16冷却后，通过气相出口19排出。
根据本发明的方法，优选地，金属氧化物在激冷室16冷却至小于200℃后从液固排放口18排出。通过在激冷室16中将反应产物快速冷却至小于200℃，可以避免二噁英的产生。
根据本发明的方法，优选地，所述含固废物浆体的固含量为10-80重量％，优选为20-60重量％。
上述含固废物浆体可以通过将含固废物在表面活性剂的作用下与水混合来制备得到。也即，所述含固废物浆体可以通过将含固废物、水、表面活性剂混合打浆而成。作为所述表面活性剂可以为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂中的至少一种。
作为上述阳离子表面活性剂，例如可举出：烷基铵盐，氨基醇脂肪酸衍生物，聚胺脂肪酸衍生物、咪唑啉等的铵盐型及烷基三甲基铵盐、二烷基二甲基铵盐、烷基二甲基苄铵盐、吡啶鎓盐、烷基异喹啉鎓盐、苄乙胺等。
作为上述阴离子表面活性剂，例如可举出：烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、磷酸酯等。
作为所述两性表面活性剂，例如可举出：丙氨酸、十二(氨基乙基)甘氨酸、二(辛基氨基乙基)甘氨酸及N-烷基-N,N二甲基铵甜菜碱等。
作为所述非离子表面活性剂，例如可举出：脂肪酸酰胺衍生物、多价醇衍生物等。
在本发明的一个优选的实施方式中，通过将含固废物在40重量％的十二烷基磺酸钠溶液的作用下与水混合来制备得到含固废物浆体。
根据本发明的方法，优选地，所述含固废物为含铜危险废物、含铋危险废物、含铁危险废物、含钼危险废物、含锌危险废物、含铬危险废物、含铍危险废物和含铅危险废物中的一种或多种。
根据本发明的方法，优选地，所述富氧气体为氧气体积含量为18体积％以上的气体或混合气体；更优选地，所述富氧气体的氧气体积含量为18-100体积％。从容易获得和降低成本方面来考试，所述富氧气体优选为空气。
根据本发明的方法，优选地，所述燃烧反应的条件包括：燃烧室反应温度为1100-1500℃，压力为0.01-1MPa，停留时间大于2s，富氧气体的氧气浓度为18-100体积％；更优选地，所述燃烧反应的条件包括：燃烧室反应温度为1100-1300℃，压力为0.1-1MPa，停留时间2-5s，富氧气体的氧气浓度为18-30体积％。
根据本发明的第三方面，本发明还提供本发明的用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置在回收含固废物中的金属元素中的应用。
以下，将通过实施例对本发明进行详细地说明，但本发明并不仅限于下述实施例。
以下实施例中，所述含固废物浆体是将含固废物、水和40重量％的十二烷基磺酸钠溶液混合打浆而成，其固含量为25重量％，十二烷基磺酸钠含量为0.2重量％。
实施例1
本实施例在图1所示的水冷壁式焚烧装置中实施。
如图1所示，该装置9包括：密闭连接的上壳体6和下壳体8、喷嘴1以及二次喷嘴20，所述上壳体6包括外壳4和内壳5，外壳4和内壳5之间设置有水冷单元，所述上壳体6围绕形成有一燃烧室17，且包括一拱顶段2、一直筒段3和一锥底段7，所述直筒段3的两端分别于所述拱顶段2和所述锥底段7相连接，所述锥底段7底部具有出渣口13；所述下壳体8内形成有激冷室16，所述下壳体8的上部侧壁上设有气相出口19，所述下壳体的底部设有液固排放口18，且所述锥底段7设置有冷却单元14(具体为激冷环)和与所述冷却单元14相连接的下降管15，所述下降管15的一端通过所述出渣口13与所述燃烧室17连通，另一端与所述激冷室16连通；所述喷嘴1设置在所述拱顶段2顶部；所述二次空气喷嘴为2个，相对地设置在所述直筒段3中部。
所述内壳5包括顺次连接的上水冷壁10、主水冷壁11、下水冷壁12，上水冷壁10设在燃烧室17的上部，围绕喷嘴1设置，下水冷壁12设在燃烧室17的下部，围绕出渣口13设置。所述水冷单元包括：多个冷却水管，其沿内壳5的周向间隔设置且贴合在内壳5的外表面，相邻两个冷却水管之间连接有散热鳍片；上集箱和下集箱，上集箱设在内壳5的上方且分别与多个冷却水管的上端相连，所述下集箱设在内壳5的下方且分别与多个冷却水管的下端相连，上集水箱上设有冷却水出口，下集水箱上设有冷却水进口。
所述喷嘴1伸入所述燃烧室17内，且所述喷嘴1沿轴向从内向外依次为第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，第一通道内设有点火枪且通入燃料(具体为天然气)，第二通道通入富氧气体(具体为空气)，第三通道通入含固废物浆体，第四通道通入富氧气体(具体为空气)。所述二次空气喷嘴20设置在所述直筒段3中部，沿垂直方向伸入燃烧室17内，所述二次空气喷嘴20为单通道喷嘴，通入空气，使充分燃烧。
所述直筒段3的高度为所述燃烧室17的直径的2.3倍。
将含固废物浆体(含固废物为含乙炔铜的废催化剂)、燃料和空气通过喷嘴1以雾化状态喷入到所述燃烧室17内进行燃烧反应，燃烧过程中通过二次空气喷嘴21导入空气，燃烧反应生成的金属氧化物和气体在燃烧室17与激冷室16连接处与冷却单元14中喷出的水混合，沿着下降管15流至激冷室16，金属氧化物在激冷室16冷却至小于200℃后从液固排放口18排出，燃烧反应生成的气体经激冷室16冷却后，通过气相出口19排出。
所述燃烧反应的条件为：燃烧室反应温度为1200℃，压力为0.1MPa，停留时间为2s，富氧气体为空气(氧气体积含量为21体积％)。
结果：通过上述方法将含铜危险废物进行处理后，金属的回收率为96.8％，排放的气体无二噁英且满足环保要求。
实施例2
按照实施例1的方法进行，不同的是，所述燃烧反应的条件为：燃烧室反应温度为1300℃，压力为0.15MPa，停留时间为3s，富氧气体为氧气体积含量为30体积％的空气和氧气的混合气体；所述直筒段3的高度为所述燃烧室17的直径的2.0倍。
结果：通过上述方法将含铜危险废物进行处理后，金属的回收率为98.6％，排放的气体无二噁英且满足环保要求。
实施例3
按照实施例1的方法进行，不同的是，含固废物浆料为含铋废物浆料(含固废物为含铂、钯、镍的加氢废催化剂)；所述燃烧反应的条件为：燃烧室反应温度为1150℃，压力为1MPa，停留时间为5s，富氧气体为氧气体积含量为30体积％的空气和氧气的混合气体；所述直筒段3的高度为所述燃烧室17的直径的3.0倍。
结果：通过上述方法将含铜危险废物进行处理后，金属的回收率为98.5％，排放的气体无二噁英且满足环保要求。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置，其特征在于，该水冷壁式焚烧装置包括：密闭连接的上壳体(6)和下壳体(8)、喷嘴(1)以及二次空气喷嘴(20)，
所述上壳体(6)包括外壳(4)和内壳(5)，外壳(4)和内壳(5)之间设置有水冷单元，所述上壳体(6)围绕形成有一燃烧室(17)，且包括一拱顶段(2)、一直筒段(3)和一锥底段(7)，所述直筒段(3)的两端分别于所述拱顶段(2)和所述锥底段(7)相连接，所述锥底段(7)底部具有出渣口(13)；
所述下壳体(8)内形成有激冷室(16)，所述下壳体(8)的上部侧壁上设有气相出口(19)，所述下壳体的底部设有液固排放口(18)，且所述锥底段(7)设置有冷却单元(14)和与所述冷却单元(14)相连接的下降管(15)，所述下降管(15)的一端通过所述出渣口(13)与所述燃烧室(17)连通，另一端与所述激冷室(16)连通；
所述喷嘴(1)设置在所述拱顶段(2)上，所述二次空气喷嘴(20)设置在所述直筒段(3)上。
2.根据权利要求1所述的水冷壁式焚烧装置，其中，所述喷嘴(1)设置在所述拱顶段(2)顶部，所述二次空气喷嘴(20)设置在所述直筒段(3)中部。
3.根据权利要求2所述的水冷壁式焚烧装置，其中，所述喷嘴(1)伸入所述燃烧室(17)内，且所述喷嘴(1)沿轴向从内向外依次为第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，第一通道内设有点火枪且用于通入燃料，第二通道用于通入富氧气体，第三通道用于通入含固废物浆体，第四通道用于通入富氧气体。
4.根据权利要求2所述的水冷壁式焚烧装置，其中，所述二次空气喷嘴(20)沿垂直方向伸入所述燃烧室(17)内，所述二次空气喷嘴(20)为单通道，用于通入空气。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的水冷壁式焚烧装置，其中，所述内壳(5)包括顺次连接的上水冷壁(10)、主水冷壁(11)、下水冷壁(12)，上水冷壁(10)设在燃烧室(17)的上部，围绕喷嘴(1)设置，下水冷壁(12)设在燃烧室(17)的下部，围绕出渣口(13)设置。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的水冷壁式焚烧装置，其中，所述水冷单元包括：
多个冷却水管，其沿内壳的周向间隔设置且贴合在内壳的外表面，相邻两个冷却水管之间连接有散热鳍片；上集箱和下集箱，上集箱设在内壳的上方且分别与多个冷却水管的上端相连，所述下集箱设在内壳的下方且分别与多个冷却水管的下端相连，上集水箱上设有冷却水出口，下集水箱上设有冷却水进口。
7.根据权利要求1-4中任意一项所述的水冷壁式焚烧装置，其中，所述冷却单元(14)为激冷环，所述激冷环用于向进入所述下降管(15)的物料喷洒冷却介质。
8.根据权利要求1-4中任意一项所述的水冷壁式焚烧装置，其中，所述直筒段(3)的高度为所述燃烧室(17)的直径的1-6倍。
9.一种回收含固废物中金属元素的方法，该方法使用权利要求1-8中任意一项所述的用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置，其特征在于，该方法包括：将含固废物浆体、燃料和富氧气体通过喷嘴(1)以雾化状态喷入到所述燃烧室(17)内进行燃烧反应，且在燃烧过程中通过二次空气喷嘴(20)导入空气，燃烧反应生成的金属氧化物和气体在燃烧室(17)与激冷室(16)连接处与冷却单元(14)中喷出的水混合，沿着下降管(15)流至激冷室(16)，金属氧化物在激冷室(16)进一步冷却后从液固排放口(18)排出。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，燃烧反应生成的气体经激冷室(16)冷却后，通过气相出口(19)排出。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述燃烧反应的条件包括：燃烧室反应温度为1100-1500℃，压力为0.01-1MPa，停留时间大于2s，富氧气体的氧气浓度为18-100体积％。
12.权利要求1-8中任意一项所述的用于回收含固废物中金属元素的水冷壁式焚烧装置在回收含固废物中的金属元素中的应用。
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