CN113074373A - 一种水泥烧成协同处理多种废弃物的系统及处置工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泥烧成协同处理多种废弃物的系统及处置工艺，包括水泥烧成系统和回转式缓流预燃炉，回转式缓流预燃炉入口设有废弃物入口、水泥生料入口和气体入口，水泥生料入口为窑尾预热器中某一级预热器下料管的支管，气体入口为三次风管的支管；回转式缓流预燃炉利用内部设置的挡料圈延长废弃物在炉内的停留时间达到20～50min，保证废弃物在炉内达到最大燃尽率，预燃炉内设置扬料板强化物料与助燃空气的接触；回转式缓流预燃炉出口通过设有闸板阀的接口与分解炉相连，连接位置位于三次风管进入分解炉位置上方、且处于整个分解炉底部。本发明可处置不同热值不同特性的废弃物，且不影响水泥烧成系统正常运行。
Description
技术领域
本发明属于废弃物处理技术领域，特别是涉及一种水泥烧成协同处理多种废弃物的系统及处置工艺。
背景技术
水泥烧成系统拥有高温的煅烧环境及高温助燃空气，可为废弃物处置提供良好的焚烧条件，避免二噁英、VOC等二次污染的产生。废弃物焚烧后的废渣可直接进入水泥熟料中，达到完全无害化的废弃物处置。
另一方面，废弃物本身含水量较高，最高可达40％左右，生活垃圾等废弃物的尺寸在20～300mm(二维尺寸)之间，远大于常规燃料的尺寸且难以破碎。大量实验表明，废弃物由于自身尺寸、有机物含量等特性不同其燃尽时间在10～40min之间，需要利用水泥烧成系统中分解炉及回转窑等设备提供足够长的停留时间进行废弃物的焚烧消纳处置。
常规的水泥烧成协同处置废弃物的方法一般是将废弃物直接喂入分解炉内，废弃物在分解炉内进行烘干、气化及部分燃烧，部分燃烧后的废渣落入回转窑继续进行焚烧。物料在回转窑内的停留时间可达30min，而在分解炉内停留时间仅有5秒左右，因此大部分废弃物的燃烧及燃尽在回转窑内完成。由于废弃物的燃烧放热量较大，在回转窑内燃烧会导致水泥生料提前出现液相，在回转窑内出现物料结圈，长厚窑皮；同时部分废弃物被生料液相包裹进入熟料，影响熟料质量。处理废弃物会导致水泥烧成系统产量减少10～15％左右。
此外，常规的水泥烧成协同处置废弃物不能根据所处置废弃物的特性采用不同的工况进行设置，可调节性差，难以达到多种废弃物零排放处置的目的。
发明内容
本发明为解决废弃物协同处置对水泥烧成系统的影响、及针对不同种废弃物的处置问题，提供一种水泥烧成协同处理多种废弃物的系统及处置工艺，采用回转式缓流预燃炉对废弃物进行预燃烧处理，通过干燥、气化及部分燃烧大幅降低其体积，使一次燃烧后的废弃物残渣能够进入分解炉的主燃烧区域进行快速有效的燃烧，使得废弃物燃烧的热量能被分解炉内的物料吸收；并可适用不同种类的废弃物的处置。
本发明是这样实现的，一种水泥烧成协同处理多种废弃物的系统，包括水泥烧成系统和回转式缓流预燃炉，所述水泥烧成系统包括窑尾预热器、分解炉、回转窑、三次风管和冷却机；
所述回转式缓流预燃炉的入口设有两个物料入口和一个气体入口，其中一个物料入口为多种废弃物入口，另一个物料入口为水泥生料入口，回转式缓流预燃炉的水泥生料入口为水泥烧成系统窑尾预热器的某一级预热器下料管的支管，将一部分预热器中下料管中生料引至回转式缓流预燃炉内，使回转式缓流预燃炉出口处温度不超过1200℃；回转式缓流预燃炉的气体入口为水泥烧成系统的三次风管的支管，将一部分三次风引至回转式缓流预燃炉内，使回转式缓流预燃炉内的过量空气系数在0.7～1.1之间；
所述回转式缓流预燃炉出口通过设有闸板阀的接口与分解炉相连，将回转式缓流预燃炉与分解炉完全隔离，回转式缓流预燃炉与分解炉连接位置位于三次风管进入分解炉位置上方、且处于整个分解炉的底部。
在上述技术方案中，优选的，所述三次风管总管道、三次风支管管道上分别设有阀门。
在上述技术方案中，优选的，所述回转式缓流预燃炉出口处设有温度传感器及气体成分传感器。
在上述技术方案中，优选的，所述回转式缓流预燃炉出口设有圆变方的接口，所述闸板阀设置于方管段。
在上述技术方案中，优选的，所述回转式缓流预燃炉采用回转窑结构形式且倾斜布置，倾角为2～3°，回转式缓流预燃炉的入口高度高于出口高度，回转式缓流预燃炉的转速为0.4～4rpm。
在上述技术方案中，优选的，所述回转式缓流预燃炉内利用保温砖或耐高温材料砌筑有挡料圈及扬料板，挡料圈及扬料板可在1200℃的环境下工作，扬料板用于对窑内的物料进行翻转，挡料圈用于提高物料在回转窑内的停留时间。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述挡料圈高度为回转式缓流预燃炉直径的7～9％，扬料板高度为200～400mm，扬料板位于回转式缓流预燃炉前半段，挡料圈位于回转式缓流预燃炉后半段。
在上述技术方案中，优选的，所述废弃物由螺旋双铰刀输送设备送入或直接由下料管道喂入回转式缓流预燃炉的废弃物入口，喂料设备根据喂入废弃物水分及粘度不同进行选择。
采用上述系统进行水泥烧成协同处理多种废弃物的处置工艺，该工艺采用首先在回转式缓流预燃炉内对废弃物进行干燥、气化及部分燃烧处理，然后再将未燃尽的废弃物残渣直接送入分解炉，使废弃物残渣随上升气流进入分解炉的主燃烧区进行集中燃烧，提高废弃物残渣燃尽率同时为分解炉内物料分解提供热量；
对废弃物的干燥、气化及部分燃烧通过将一部分三次风引至回转式缓流预燃炉内以及将某一级预热器下料管的一部分生料引至回转式缓流预燃炉内来实现，控制回转式缓流预燃炉内的过量空气系数在0.7～1.1之间，为还原气氛燃烧，出口处烟气O2含量不高于0.5％，CO不超过5％，回转式缓流预燃炉出口处温度不超过1200℃，废弃物在回转式缓流预燃炉内停留时间在20～50min，废弃物部分燃烧的燃尽率达到10～50％。
在上述技术方案中，优选的，进入回转式缓流预燃炉的生料选用窑尾预热器中倒数第二级预热器下料管的生料，五级预热器系统为C4级预热器，六级预热器系统为C5级预热器。
在上述技术方案中，优选的，根据废弃物的水分含量来控制回转式缓流预燃炉的转速和废弃物在回转式缓流预燃炉内的停留时间，如表1所示：
表1不同废弃物水分条件下的回转式缓流预燃炉设置
| 废弃物水分(％) | 回转窑转速(rpm) | 停留时间(s) |
| 0～10 | 2.5～3 | 1200 |
| 10～20 | 1.5～2 | 1800 |
| 20～30 | 0.8～1.2 | 2400 |
根据废弃物的热值来控制回转式缓流预燃炉内的过量空气系数和回转式缓流预燃炉出口CO含量，如表2所示：
表2不同废弃物热值条件下的回转式缓流预燃炉设置
| 废弃物热值(kcal/kg) | 过量空气系数 | 预燃炉出口CO(％) |
| 2000～3000 | 1 | 0.05～0.2 |
| 3000～4000 | 0.9 | 0.4～1 |
| 4000～5000 | 0.7 | 1～2 |
本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明采用回转式缓流预燃炉对废弃物进行预燃烧处理，通过干燥、气化及部分燃烧大幅降低了废弃物体积，一次燃烧后的废弃物残渣直接进入分解炉后随上升气流进入主燃烧区域可进行快速有效的燃烧，提高了废弃物燃尽率同时为分解炉内物料分解提供热量；可处置危险废弃物、生活垃圾、工业垃圾等不同热值不同特性的废弃物，且不影响水泥烧成系统正常运行。
2、本发明的回转式缓流预燃炉可处理最大400t/d废弃物(对应5000t/d水泥烧成系统)，可调节范围大，适应性强，废弃物替代燃料利用率最高可达50％。
3、本发明在回转式缓流预燃炉内，废弃物完成干燥、气化及部分燃烧过程，部分燃烧后燃尽率根据需要可在10～50％范围内调节；利用回转式缓流预燃炉内布置的扬料板及挡料圈可使废弃物在回转式缓流预燃炉内停留时间在20～50min范围调节。
4、本发明通过回转式缓流预燃炉出口处设置的温度检测及气体成分检测控制回转式缓流预燃炉气体入口的三次风支管阀门开度，控制回转式缓流预燃炉内为还原气氛燃烧，出口处烟气O2含量不高于0.5％，CO不超过5％，可保证回转式缓流预燃炉内废弃物气化及部分燃烧，同时不会出现液相导致回转窑内结圈物料堵塞的情况；根据温度控制需要，还可以将某一级预热器(优选的为倒数第二级)的下料通过下料支管分一定比例进入回转式缓流预燃炉，在废弃物部分燃烧后燃尽率较高的状态下保证回转式缓流预燃炉出口温度不超过1200℃。
5、本发明利用回转式缓流预燃炉本身的转速、扬料板高度等参数调节，根据所处置废弃物的特性不同可采用不同的工况进行设置，可达到多种不同废弃物零排放处置的目的。
6、本发明利用回转式缓流预燃炉的扬料板和挡料圈来增加物料与空气的接触及增大停留时间，优选的扬料板和挡料圈采用耐高温浇筑料砌筑。
7、本发明的回转式缓流预燃炉出口处设有闸板阀，可与水泥烧成系统完全切断，独立进行检修和调整而不影响水泥烧成系统的运行。
附图说明
图1是本发明的实施例提供的水泥烧成协同处理多种废弃物的系统的结构示意图；
图2是本发明的实施例提供的回转式缓流预燃炉废弃物由螺旋双铰刀输送设备送入的结构布置示意图；
图3是本发明的实施例提供的回转式缓流预燃炉废弃物直接由下料管道喂入的结构布置示意图；
图4是本发明的实施例提供的回转式缓流预燃炉内扬料板结构布置示意图；
图5是本发明的实施例提供的回转式缓流预燃炉内扬料板及挡料圈的结构示意图。
图中：1、窑尾预热器；2、分解炉；3、回转窑；4、三次风管；5、冷却机；6、回转式缓流预燃炉；7、下料支管；8、三次风支管；9、温度传感器及气体成分传感器；10、螺旋双铰刀输送设备；11、挡料圈；12、扬料板；13、闸板阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，并配合附图对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1～5，本发明的实施例提供一种水泥烧成协同处理多种废弃物的系统，包括水泥烧成系统和回转式缓流预燃炉6，所述水泥烧成系统包括窑尾预热器1、分解炉2、回转窑3、三次风管4和冷却机5；回转式缓流预燃炉6可通过改造加入原始水泥烧成系统也可在水泥烧成系统新建时添加。
所述回转式缓流预燃炉6的入口设有两个物料入口和一个气体入口，其中一个物料入口为多种废弃物入口，所述废弃物由螺旋双铰刀输送设备10送入(参见图2)或直接由下料管道喂入(参见图3)回转式缓流预燃炉6的废弃物入口，具体喂入方式根据废弃物的水分含量、粘度进行选择。另一个物料入口为水泥生料入口，回转式缓流预燃炉6的水泥生料入口为水泥烧成系统窑尾预热器1的倒数第二级预热器下料管的支管(即下料支管7)，将一部分预热器下料管中生料引至回转式缓流预燃炉6内，从水泥烧成系统窑尾预热器1的某一级预热器(优选的为倒数第二级，五级预热器时为C4，六级预热器时为C5)下料管内分一部分生料进入回转式缓流预燃炉6，使回转式缓流预燃炉6出口处温度不超过1200℃。回转式缓流预燃炉6的气体入口为水泥烧成系统的三次风管4的支管(即三次风支管8)，将一部分三次风引至回转式缓流预燃炉6内，使回转式缓流预燃炉6内的过量空气系数在0.7～1.1之间，三次风为冷却机5排出的高温空气一般进入分解炉2提供助燃作用，温度在900℃或以上，设立支管取一部分三次风进入回转式缓流预燃炉6为废弃物燃烧提供助燃空气。
所述回转式缓流预燃炉6出口经过设有闸板阀13的接口与分解炉2相连，废弃物干燥及燃烧后的气体和废渣都直接进入分解炉2，可实现燃烧废气的二次燃烧以及废弃物残渣的燃尽，回转式缓流预燃炉6与分解炉2连接位置位于三次风管4进入分解炉2位置上方、且处于整个分解炉2的底部。回转式缓流预燃炉6出口设有圆变方的接口，闸板阀13设置于方管段，预燃炉出口处的闸板阀13可将回转式缓流预燃炉6与分解炉2完全切断，预燃炉可独立进行检修和调整而不影响水泥烧成系统的运行。
优选的，所述三次风管4管道、三次风支管8管道上分别设有阀门，通过控制阀门开度，可调节进入回转式缓流预燃炉6的三次风空气量，控制回转式缓流预燃炉6内过量空气系数在0.7～1.1之间，为还原气氛燃烧，出口处烟气O2含量不高于0.5％，CO不超过5％。
优选的，所述回转式缓流预燃炉6出口处设有温度传感器及气体成分传感器9，根据所测的温度和气体成分调整三次风支管8上阀门开度以及倒数第二级预热器的下料支管7分料比例。
优选的，所述回转式缓流预燃炉6采用回转窑结构形式且倾斜布置，为圆柱形水平方向轴向转动的窑体，倾角为2～3°，回转式缓流预燃炉6的入口高度高于出口高度。
优选的，参见图4和图5，所述回转式缓流预燃炉6内利用保温砖砌筑有挡料圈11及扬料板12，挡料圈11及扬料板12可在1200℃的环境下工作，使废弃物在回转式缓流预燃炉6内停留时间在20～50min范围调节；扬料板12用于对窑内的物料进行翻转，挡料圈11用于提高物料在回转窑3内的停留时间。所述挡料圈11高度为回转式缓流预燃炉6直径的7～9％，扬料板12高度为200～400mm，扬料板12位于回转式缓流预燃炉6前半段，挡料圈11位于回转式缓流预燃炉6后半段。
采用上述系统进行水泥烧成协同处理多种废弃物的处置工艺，该工艺采用首先在回转式缓流预燃炉6内对废弃物进行干燥、气化及部分燃烧处理，然后再将未燃尽的废弃物残渣直接送入分解炉2，使废弃物残渣随上升气流进入分解炉2的主燃烧区进行集中燃烧，提高废弃物残渣燃尽率同时为分解炉2内物料分解提供热量；
对废弃物的干燥、气化及部分燃烧通过将一部分三次风引至回转式缓流预燃炉6内以及将倒数第二级预热器下料管的一部分生料引至回转式缓流预燃炉6内来实现，使回转式缓流预燃炉6出口处温度不超过1200℃，回转式缓流预燃炉6的转速为0.4～4rpm，转速在0.4～4rpm范围内无级可调，回转式缓流预燃炉6转速根据所需要的废弃物停留时间进行调节，废弃物在回转式缓流预燃炉6内停留时间在20～50min，废弃物部分燃烧的燃尽率达到10～50％。
具体的，根据废弃物的水分含量来控制回转式缓流预燃炉6的转速和废弃物在回转式缓流预燃炉6内的停留时间，如表1所示：
表1不同废弃物水分条件下的回转式缓流预燃炉6设置
| 废弃物水分(％) | 回转窑3转速(rpm) | 停留时间(s) |
| 0～10 | 2.5～3 | 1200 |
| 10～20 | 1.5～2 | 1800 |
| 20～30 | 0.8～1.2 | 2400 |
根据废弃物的热值来控制回转式缓流预燃炉6内的过量空气系数和回转式缓流预燃炉6出口CO含量，如表2所示：
表2不同废弃物热值条件下的回转式缓流预燃炉6设置
| 废弃物热值(kcal/kg) | 过量空气系数 | 预燃炉出口CO(％) |
| 2000～3000 | 1.0 | 0.05～0.2 |
| 3000～4000 | 0.9 | 0.4～1 |
| 4000～5000 | 0.7 | 1～2 |
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种水泥烧成协同处理多种废弃物的系统，其特征在于，包括水泥烧成系统和回转式缓流预燃炉，所述水泥烧成系统包括窑尾预热器、分解炉、回转窑、三次风管和冷却机；
所述回转式缓流预燃炉的入口设有两个物料入口和一个气体入口，其中一个物料入口为多种废弃物入口，另一个物料入口为水泥生料入口，回转式缓流预燃炉的水泥生料入口为水泥烧成系统窑尾预热器的某一级预热器下料管的支管，将一部分预热器下料管中生料引至回转式缓流预燃炉内，使回转式缓流预燃炉出口处温度不超过1200℃；回转式缓流预燃炉的气体入口为水泥烧成系统的三次风管的支管，将一部分三次风引至回转式缓流预燃炉内，使回转式缓流预燃炉内的过量空气系数在0.7～1.1之间；
所述回转式缓流预燃炉出口通过设有闸板阀的接口与分解炉相连，可将回转式缓流预燃炉与分解炉完全隔离，回转式缓流预燃炉与分解炉连接位置位于三次风管进入分解炉位置上方、且处于整个分解炉的底部。
2.根据权利要求1所述的水泥烧成协同处理多种废弃物的系统，其特征在于，所述三次风管总管道、三次风支管管道上分别设有阀门；回转式缓流预燃炉出口设有圆变方的接口，所述闸板阀设置于方管段；回转式缓流预燃炉出口处设有温度传感器及气体成分传感器。
3.根据权利要求1所述的水泥烧成协同处理多种废弃物的系统，其特征在于，所述回转式缓流预燃炉采用回转窑结构形式且倾斜布置，倾角为2～3°，回转式缓流预燃炉的入口高度高于出口高度，回转式缓流预燃炉的转速为0.4～4rpm。
4.根据权利要求1所述的水泥烧成协同处理多种废弃物的系统，其特征在于，所述回转式缓流预燃炉内利用保温砖或耐高温材料砌筑有挡料圈及扬料板，扬料板用于对窑内的物料进行翻转，挡料圈用于提高物料在回转窑内的停留时间，使得物料停留时间达到20～50min，挡料圈高度为回转式缓流预燃炉直径的7～9％，扬料板高度为200～400mm，扬料板位于回转式缓流预燃炉前半段，挡料圈位于回转式缓流预燃炉后半段。
5.根据权利要求1所述的水泥烧成协同处理多种废弃物的系统，其特征在于，所述废弃物由螺旋双铰刀输送设备送入或直接由下料管道喂入回转式缓流预燃炉的废弃物入口。
6.一种水泥烧成协同处理多种废弃物的处置工艺，其特征在于，应用权利要求1至5中任一项所述的水泥烧成协同处理多种废弃物的系统，所述处置工艺采用首先在回转式缓流预燃炉内对废弃物进行干燥、气化及部分燃烧处理，然后再将未燃尽的废弃物残渣直接送入分解炉，使废弃物残渣随上升气流进入分解炉的主燃烧区进行集中燃烧，提高废弃物残渣燃尽率同时为分解炉内物料分解提供热量；
对废弃物的干燥、气化及部分燃烧通过将一部分三次风引至回转式缓流预燃炉内以及将某一级预热器下料管的一部分生料引至回转式缓流预燃炉内来实现，控制回转式缓流预燃炉内的过量空气系数在0.7～1.1之间，为还原气氛燃烧，出口处烟气中O2含量不高于0.5％，CO不超过5％，回转式缓流预燃炉出口处温度不超过1200℃，回转式缓流预燃炉的转速为0.4～4rpm，废弃物在回转式缓流预燃炉内停留时间在20～50min范围内，废弃物部分燃烧的燃尽率达到10～50％。
7.根据权利要求6所述的水泥烧成协同处理多种废弃物的处置工艺，其特征在于，进入回转式缓流预燃炉的生料选用窑尾预热器中倒数第二级预热器下料管的生料。
8.根据权利要求6所述的水泥烧成协同处理多种废弃物的处置工艺，其特征在于，根据废弃物的水分含量来控制回转式缓流预燃炉的转速和废弃物在回转式缓流预燃炉内的停留时间，如表1所示：
表1不同废弃物水分条件下的回转式缓流预燃炉设置
根据废弃物的热值来控制回转式缓流预燃炉内的过量空气系数和回转式缓流预燃炉出口CO含量，如表2所示：
表2不同废弃物热值条件下的回转式缓流预燃炉设置
。
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