CN112781056A - 一种用于处理含固危险废物的焚烧装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于处理含固危险废物的焚烧装置，包括：燃烧室，其内壁设有耐火材料；燃烧室自上而下依次包含拱顶段、直筒段以及锥底段；直筒段两端分别与拱顶段和锥底段连通。喷嘴，其数量为一个且设置于拱顶段，用于向燃烧室中喷射浆体状的所述含固危险废物、燃料以及富氧气体。激冷室，其与燃烧室的锥底段连接处设有冷却单元；该激冷室内壁设有激冷辅助单元；该激冷室上部侧壁设有气相出口，底部设有液固排放口。本发明还公开了一种应用上述焚烧装置回收含固危险废物中金属元素的方法。本发明的装置及方法既可有效回收含固危险废物中的金属元素，又可实现安全环保的气体排放。
Description
技术领域
本发明涉及危险废物无害化处理技术领域，特别涉及一种用于处理含固危险废物的焚烧装置、方法。
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，正确的处理含固危险废物，并回收其中的金属元素，具有显著的经济与社会意义。
CN108341644A公开了一种废催化剂中重金属的固化方法，该方法包括将废催化剂进行研磨形成粉料，废催化剂中含有重金属；将固化剂、掺合料、助剂、该废催化剂粉料与水进行混合，得到混合料；将混合料密封，并陈化；将陈化后的混合料压制成型，得到砖坯，将砖坯进行养护，得到含有重金属的免烧砖，从而将危险废物进行固化处理。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中进行高温熔炼，再通过烟气处理、窑渣处理等无害化处理，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。
CN108546569A公开了一种气流床气化炉及气化方法，使用该气流床气化炉及气化方法制得的合成气中甲烷的含量进一步提高，且比煤耗及比氧耗进一步降低。但该方法主要用于煤炭气化生成合成气，不适用于处理固体废物。
因此，亟需一种既安全又能有效回收金属元素的危险废物的处置设备和方法，从而显著提高经济和社会价值。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既可有效处理含固危险废物又能降低二次污染风险的焚烧装置，从而克服现有技术中含固危险废物处理不当导致无害化处理效率不高的缺点。
本发明的另一目的在于提供一种应用上述焚烧装置处理含固危险废物的方法，可对含固危险废物中的金属元素进行有效回收。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种用于处理含固危险废物的焚烧装置，该装置包括：燃烧室，其内壁设有耐火材料，该燃烧室自上而下依次包含拱顶段、直筒段以及锥底段，直筒段两端分别与拱顶段和锥底段连通；喷嘴，其数量为一个且设置于拱顶段，用于向燃烧室中喷射浆体状的所述含固危险废物、燃料以及富氧气体；以及激冷室，其与燃烧室的锥底段连接处设有冷却单元；该激冷室内壁设有激冷辅助单元；该激冷室上部侧壁设有气相出口，底部设有液固排放口。
进一步，上述技术方案中，喷嘴可设于拱顶段的顶部。
进一步，上述技术方案中，喷嘴伸入燃烧室内，喷嘴可设置成沿轴向从内向外依次为：第一通道，其内设有点火枪；第二通道，其用于通入燃料；第三通道，其用于通入浆体状的含固危险废物；以及第四通道，其用于通入富氧气体。
进一步，上述技术方案中，冷却单元可以包括激冷环，该激冷环与下降管连接，下降管上端与燃烧室连通，下端与激冷室连通。
进一步，上述技术方案中，激冷辅助单元可以为充填冷却水的冷却夹套，冷却水入口设于激冷室侧壁下部。
进一步，上述技术方案中，燃烧室内可设置多个热电偶接口，用于安装高温热电偶来测量和监控燃烧室内的温度。
进一步，上述技术方案中，耐火材料可以设置为从外到内依次包括隔热涂层、耐高温层和耐磨蚀层。
进一步，上述技术方案中，直筒段的高度可以为燃烧室直径的2-10倍。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种处理含固危险废物的方法，该方法使用前述焚烧装置，并包括如下步骤：将浆体状的含固危险废物、燃料和富氧气体通过喷嘴以雾化状态喷入到燃烧室内燃烧以进行氧化反应；氧化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，混合物沿下降管流至激冷室，金属氧化物通过激冷室内的激冷辅助单元进一步冷却后从液固排放口排出；氧化反应生成的气体经激冷室冷却后，通过气相出口排出。
进一步，上述技术方案中，燃烧室的反应温度可以控制为1100-1500℃，压力为-0.1～1MPa，停留时间大于2s，富氧气体的氧气浓度为18-100体积％。
进一步，上述技术方案中，浆体可由含固危险废物、水及表面活性剂配制而成；燃料可以采用为气体燃料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明采用密闭进料和密闭燃烧，且通过炉内负压的控制，可有效防止焚烧过程中污染物的逃逸；
2)通过冷却单元的设置，采用水激冷方式可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，而且提高了含金属元素固态物的回收率；通过激冷辅助单元的设置可进一步提高冷却效果，有效避免炉内超温。
3)采用流化方式，在满足反应物停留时间的前提下，可有效提高焚烧效率；
4)转动设备少，设备故障率低，可有效降低运行成本。
上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
图1是本发明用于处理含固危险废物的焚烧装置的结构示意图。
主要附图标记说明：
1-上壳体，10-燃烧室，11-拱顶段，110-耐火材料拱顶段，12-直筒段，120-耐火材料直筒段，13-锥底段，130-耐火材料锥底段，131-出渣口；
2-下壳体，20-激冷室，201-气相出口，202-冷却水入口，203-液固排放口，204-冷却夹套；
3-喷嘴；
4-热电偶接口；
5-激冷环；
6-下降管；
A-含固危险废物；B-燃料；C-富氧气体。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
如图1所示，根据本发明具体实施方式的用于处理含固危险废物的焚烧装置，该焚烧装置主要由喷嘴3及焚烧炉组成，焚烧炉由燃烧室10和激冷室20组成。燃烧室10由上壳体1围合而成，激冷室20由下壳体2围合而成，上、下壳体采用密闭连接或一体成型。燃烧室10的内壁设有耐火材料，该燃烧室10自上而下依次包含拱顶段11、直筒段12以及锥底段13。直筒段12的两端分别与拱顶段11和锥底段13连通。直筒段12的高度为燃烧室10直径的2到10倍，优选4-8倍。相应地，每段内壁均设有耐火材料，参见图1中的耐火材料拱顶段110、耐火材料直筒段120以及耐火材料锥底段130。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，耐火材料从该焚烧炉的内壁到该燃烧室(即从外到内)依次包括隔热涂层、耐高温层和耐磨蚀层。
优选而非限制性地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，燃烧室10内设置多个热电偶接口4，用于安装高温热电偶来测量和监控燃烧室10内的温度。
进一步如图1所示，激冷室20位于燃烧室10出渣口131的下方，激冷室20与燃烧室10的锥底段13连接处设有冷却单元。优选而非限制性地，冷却单元可以采用激冷环5，激冷环5设于锥底段13的底部。激冷环5下方连接下降管6。下降管6的上端通过出渣口131与燃烧室10连通，下与激冷室20连通。来自燃烧室10的燃烧生成的固态物和气体在燃烧室10与激冷室20连接处与激冷环5喷出的雾化水混合，自下降管6流至激冷室20，固态物在激冷室20充分冷却后从焚烧炉底部的液固排放口203排出。激冷室20上部侧壁设有气相出口201，燃烧生成的气体经激冷室20水浴后经气相出口201排出并后续处理后达标排放。焚烧炉为负压，可有效避免污染物逃逸。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，为了避免激冷室20超温，在激冷室20内壁可以设置激冷辅助单元，优选而非限制性地，该激冷辅助单元可以是冷却夹套204，采用冷却水降温，通过冷却水入口202将水注入，降温后的冷却水可循环回收，也可直接溢流至激冷室20。优选而非限制性地，冷却水入口202设于激冷室20的侧壁下部。当然也可以采用本领域的其他冷却方式，只要能起到辅助炉内冷却的作用即可。
优选而非限制性地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，除设置下降管6外，还可以在下降管6的外侧设置上升管(图中未示出)，可以有效延长冷却时间，提高冷却效率。在该上升管的底部还可以设置集气罩(图中未示出)，这样可以将气体有效集中。
进一步如图1所示，本发明的实施方式采用单喷嘴结构，喷嘴3设置于拱顶段11，优选设置于拱顶段11的顶部，用于向燃烧室10中喷射浆体状的含固危险废物A、燃料B以及富氧气体C。含固危险废物A的浆体、燃料B(可采用气体燃料)与富氧气体C(可采用空气或富氧空气)进入喷嘴3，喷嘴3伸入燃烧室10内，喷嘴3沿轴向从内向外依次设有第一通道、第二通道、第三通道和第四通道(图中未示出各通道)，第一通道内设有点火枪，第二通道用于通入燃料B，第三通道用于通入浆体状的含固危险废物A，第四通道用于通入富氧气体C。喷嘴3中的不同通道自上而下喷入焚烧炉的燃烧室10，浆体状的含固危险废物A在富氧气体C的剪切力作用下充分雾化，并与富氧气体C、燃料B充分混合后进行燃烧反应，燃烧温度为1100～1500℃，燃烧压力为-0.1～1MPa，停留时间大于2s，富氧气体的氧气浓度为18～100体积％。
浆体状的含固危险废物A由含固危险废物、水及表面活性剂配制而成，浆体、燃料与富氧气体经由喷嘴3雾化后进入焚烧炉，喷嘴3在焚烧炉顶部伸入燃烧室内，自上往下喷射。喷嘴3沿轴向从内向外设多个通道，富氧气体、浆体、燃料连续进入，确保浆体雾化均匀，浆体、燃料与富氧气体混合均匀。
以下实施例1-3为装置实施例。
实施例1
实施例1采用单喷嘴结构，喷嘴3设置于拱顶段11的顶部，用于向燃烧室10中喷射浆体状的含铜危险废物、燃料以及富氧空气。含铜危险废物的浆体、燃料(采用气体燃料)与富氧空气进入喷嘴3，喷嘴3伸入燃烧室10内，喷嘴3沿轴向从内向外依次设有第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，第一通道内设有点火枪，第二通道用于通入燃料，第三通道用于通入浆体状的含铜危险废物，第四通道用于通入富氧空气。喷嘴3中的不同通道自上而下喷入焚烧炉的燃烧室10，浆体状的含铜危险废物在富氧空气的剪切力作用下充分雾化，并与富氧空气、燃料充分混合后进行燃烧反应，燃烧温度为1150℃，燃烧压力为-0.005MPa，停留时间2.5s，富氧空气的氧气浓度为21体积％。
通过实施例1的焚烧装置将含铜危险废物进行处理后，金属的回收率达到95％左右，排放的气体满足环保要求。
实施例2
实施例2仍然采用实施例1的单喷嘴结构，相同的部分在此不再赘述，与实施例1不同的是：燃烧温度为1200℃。
通过实施例2的焚烧装置将含铜危险废物进行处理后，金属的回收率达到96％左右，排放的气体满足环保要求。
实施例3
实施例3仍然采用实施例1的单喷嘴结构，相同的部分在此不再赘述，与实施例1不同的是：燃烧温度为1250℃。
通过实施例3的焚烧装置将含铜危险废物进行处理后，金属的回收率达到97％左右，排放的气体满足环保要求。
结合图1所示，在本发明处理含固危险废物的方法的一个或多个实施方式中，该方法使用前述具体的焚烧装置，并包括如下步骤：将浆体状的含固危险废物A、燃料B和富氧气体C通过喷嘴3以雾化状态喷入到燃烧室内燃烧以进行氧化反应。浆体可由含固危险废物、水及表面活性剂配制而成，燃料可以为气体燃料。燃烧室的反应温度可以控制在1100-1500℃，压力可以控制在-0.1～1MPa，停留时间大于2s，富氧气体的氧气浓度控制在18-100体积％。氧化反应生成的金属氧化物和气体在燃烧室10与激冷室20连接处与冷却单元中喷出的水混合，混合物沿下降管6流至激冷室20，金属氧化物通过激冷室20内的激冷辅助单元进一步冷却后从液固排放口203排出，氧化反应生成的气体经激冷室20冷却后，通过气相出口201排出。
上述冷却单元可以采用前述装置实施例中激冷环5连接下降管6的方式，也可以采用激冷环5连接下降管6和上升管的方式；激冷辅助单元可以采用冷却夹套204的方式，通过冷却水给炉内降温。通过激冷环喷洒冷却水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，从而有效避免二次污染。
另外，含固危险废物A可以为含铜危险废物、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。燃料B为本领域通常使用的各种燃料，例如可以为天然气、液化石油气、瓦斯和燃料油等，优选采用气体燃料。
表面活性剂可以采用本领域常规的阳离子表面活性剂、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。阳离子表面活性剂，例如可使用烷基铵盐，氨基醇脂肪酸衍生物等。阴离子表面活性剂，例如可使用烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、磷酸酯等。两性离子表面活性剂，例如可使用丙氨酸等。非离子表面活性剂，例如可使用脂肪酸酰胺衍生物、多价醇衍生物等。
以下实施例4-6为方法实施例。
实施例4
实施例4使用前述实施例1且日处理量10吨含铜危险废物的焚烧装置，并包括如下步骤：将浆体状的含铜危险废物、燃料和富氧空气通过喷嘴3以雾化状态喷入到燃烧室内燃烧以进行氧化反应。浆体由含铜危险废物、水及表面活性剂配制而成，表面活性剂采用烷基铵盐，燃料采用气体燃料。燃烧室的反应温度控制在1150℃，压力控制在-0.005MPa，停留时间2.5s，富氧空气的氧气浓度控制在21体积％。氧化反应生成的含铜氧化物和气体在燃烧室10与激冷室20连接处与冷却单元中喷出的水混合，混合物沿下降管6流至激冷室20，含铜氧化物通过激冷室20内的激冷辅助单元进一步冷却后从液固排放口203排出，氧化反应生成的气体经激冷室20冷却后，通过气相出口201排出。
通过实施例4的方法将含铜危险废物进行处理后，金属的回收率达到95％左右，排放的气体满足环保要求。
实施例5
实施例5仍然采用实施例4的方法，相同的部分在此不再赘述，与实施例4不同的是：日处理量15吨，燃烧室的反应温度控制在1200℃左右。
通过实施例5的方法将含铜危险废物进行处理后，金属的回收率达到96％左右，排放的气体满足环保要求。
实施例6
实施例6仍然采用实施例4的方法，相同的部分在此不再赘述，与实施例4不同的是：日处理量20吨，燃烧室的反应温度控制在1250℃左右。
通过实施例6的方法将含铜危险废物进行处理后，金属的回收率达到97％左右，排放的气体满足环保要求。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种用于处理含固危险废物的焚烧装置，其特征在于，包括：
燃烧室，其内壁设有耐火材料；该燃烧室自上而下依次包含拱顶段、直筒段以及锥底段；所述直筒段两端分别与所述拱顶段和锥底段连通；
喷嘴，其数量为一个且设置于所述拱顶段，用于向所述燃烧室中喷射浆体状的所述含固危险废物、燃料以及富氧气体；
激冷室，其与所述燃烧室的锥底段连接处设有冷却单元；该激冷室内壁设有激冷辅助单元；该激冷室上部侧壁设有气相出口，底部设有液固排放口。
2.根据权利要求1所述的用于处理含固危险废物的焚烧装置，其特征在于，所述喷嘴设于所述拱顶段的顶部。
3.根据权利要求2所述的用于处理含固危险废物的焚烧装置，其特征在于，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，其内设有点火枪；
第二通道，其用于通入所述燃料；
第三通道，其用于通入浆体状的所述含固危险废物；
第四通道，其用于通入所述富氧气体。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的用于处理含固危险废物的焚烧装置，其特征在于，所述冷却单元包括激冷环，该激冷环与下降管连接，所述下降管上端与所述燃烧室连通，下端与所述激冷室连通。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的用于处理含固危险废物的焚烧装置，其特征在于，所述激冷辅助单元为充填冷却水的冷却夹套，冷却水入口设于所述激冷室侧壁下部。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的用于处理含固危险废物的焚烧装fwd特征在于，所述燃烧室内设置多个热电偶接口，用于安装高温热电偶来测量和监控所述燃烧室内的温度。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的用于处理含固危险废物的焚烧装置，其特征在于，所述耐火材料从外到内依次包括隔热涂层、耐高温层和耐磨蚀层。
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的用于处理含固危险废物的焚烧装置，其特征在于，所述直筒段的高度为燃烧室直径的2-10倍。
9.一种处理含固危险废物的方法，其特征在于，该方法使用权利要求1-8中任意一项所述的焚烧装置，包括如下步骤：
将浆体状的含固危险废物、燃料和富氧气体通过喷嘴以雾化状态喷入到燃烧室内燃烧以进行氧化反应；
氧化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，混合物沿下降管流至激冷室，金属氧化物通过激冷室内的激冷辅助单元进一步冷却后从液固排放口排出；
氧化反应生成的气体经激冷室冷却后，通过气相出口排出。
10.根据权利要求9所述的处理含固危险废物的方法，其特征在于，所述燃烧室的反应温度为1100-1500℃，压力为-0.1～1MPa，停留时间大于2s，富氧气体的氧气浓度为18-100体积％。
11.根据权利要求9所述的处理含固危险废物的方法，其特征在于，所述浆体由含固危险废物、水及表面活性剂配制而成；所述燃料为气体燃料。
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