CN113122709A - 一种保障铁品位的固废、烧结、球团协同处置工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种保障铁品位的固废、烧结、球团协同处置工艺,根据固废预处理后得到的焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣,以及烧结原料、球团原料中各自的铁的含量,控制焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料的添加量,从而控制混合后的混合料中的铁的质量含量满足实际工况对铁的质量含量的生产需求,进而实现多种固废的协同处理,最终实现多种固废的全流程处置,彻底消除固废对环境的影响和二次污染的风险。而保证了烧结和/或球团产品的品质。
Description
技术领域
本发明涉及固废处理工艺,具体涉及一种保障铁品位的固废、烧结、球团协同处置工艺;属于有机固废协同烧结、球团处理的技术领域。
背景技术
固体废物是人们在正常生产、生活中产生的、并失去了原有使用价值的废弃物质。固体废物特别是危险废物集中处置设施由于选址难、运行成本高,邻避效应严重等,导致固体废物处置能力缺口严重。当前,我国固体废物大量堆存已经使脆弱的环境承载力难以支撑,成为“邻避”事件的主要诱因。实现固废源头减量、资源化利用与无害化处置成为当前迫切和重大的民生需求。因此,探寻多源固废协同资源化处置技术新路径,是当前固废处置技术发展的重要方向。
所谓多源固废协同资源化处置,是将多源固废进行分类,并以一定的方式进行预处理和配伍后,加入到现有的工业生产流程中,通过对生产工艺的热工制度和污染排放进行适当调控,在不影响原生产工艺的产品产量、质量和污染物排放的前提下,对固废中的资源和能源进行合理化利用,并对固废中的有害物质进行无害化处置。
现阶段,在钢铁工艺流程中,烧结工序和球团工序在固废协同处置方面的优势主要体现在以下几个方面:①烟气治理容量大,烟气净化系统工艺成熟,可达到标准排放,甚至超低排放。在烧结工序、球团工序引入废弃物(固废或固废预处理产物),若引起烟气污染物浓度波动,现有烧结、球团烟气净化系统、水处理系统有能力消化。②烧结工序和球团工序对原料粒度适应性强。对于过细或过粗的粒级,现有工艺中有混匀制粒装置和破碎设备。若水分超过10%,需干燥处理。如超细颗粒比例过大,需增设专门的制粒工艺。③对原料化学成分波动接受度高。以磁铁矿为主的原料,TFe含量范围为60~67%,波动范围±0.5%;以赤铁矿为主的原料,TFe含量范围为55~65%,波动范围±0.5%。S的波动范围为0.10~0.40%,P的波动范围为0.05~0.20%,其它杂质元素的波动范围接受度亦较高。④烧结球团工序具有规模大、原料适应性强、温度高的特点。引入废弃物占比小,对烧结和球团工序影响可控。以固废配比1%计算,单台660m2烧结机固废最大消纳量可达7~10万吨/年。
在现有的技术中,固废处置流程往往不完善、不闭环,如:有机固废特别是危废的焚烧残渣及飞灰还是危废,其中含有较多的重金属元素,仍然具有浸出毒性。目前的焚烧残渣和飞灰往往是用水泥、石灰、水进行简单的稳定固化,然后进行安全填埋,这样的处置工艺是对残渣资源的浪费,也并没有完全消除其环境影响,仍然具有二次污染的风险。
在烧结协同处置固废方面,已有专利提到了部分工艺,如专利文献CN101476032中提到将城市生活垃圾焚烧飞灰以3~15%的重量比掺杂到烧结原料中,制成含铁料小球参与烧结。专利文献CN1052716248中提到将含水率为20~50%的重金属污泥与钙基固氟剂混匀、干燥、粉碎得到钙基污泥后掺杂到烧结原料中,经烧结过程与高炉冶炼的协同处置,使大部分金属元素得到有效回收。专利文献CN201210370837中提到了将含铁固废提前分类和预处理之后,参与烧结生产,对含铁固废中的铁元素进行了有效回收。上述的专利文献中仅仅涉及单一的固废处置,处置的固废类别十分有限,不能适应钢铁厂纷繁复杂的固废产量,烧结和球团工序在钢铁厂固废处置中的作用和地位没有得到充分的发挥。
此外,现有技术中处理固废,仅仅考虑固废自身的特点,没有结合烧结工序和球团工序对原料的要求,由于固废中铁含量波动性较大,导致因为固废的处理,影响烧结工序和球团工序原有的产品质量。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种保障铁品位的固废、烧结、球团协同处置工艺。有机固废进行焚烧或热解会产生焚烧渣或热解渣,含铁高锌固废经过还原脱锌会得到还原渣,含铁高盐固废进行水洗提盐工序后会得到滤渣。这些固废预处理渣的含铁品位也有高低,波动性较大,本发明根据它们含铁量多少而决定加入到烧结原料和/或球团原料混合中的比例,使得混合后的混合料中的总铁含量能够满足工况生产需求,进而实现多种固废的协同处理,最终实现多种固废的全流程处置,彻底消除固废对环境的影响和二次污染的风险。而又保证了烧结和/或球团产品的品质。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案具体如下所述:
一种保障铁品位的固废、烧结、球团协同处置工艺,该工艺包括以下步骤:
(1)固废:将钢铁企业固废和/或城市市政固废进行分类,分为有机固废、含铁高锌固废、含铁高盐固废。
(2)固废预处理:
a)将有机固废进行焚烧工序得到焚烧渣,和/或,将有机固废进行热解工序得到热解渣。
b)将含铁高锌固废经过还原脱锌工序,得到还原渣和含锌副产品。
c)将含铁高盐固废进行水洗提盐工序,得到含盐水和滤渣。
(3)协同处置:将步骤(2)得到的焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣,连同烧结原料和/或球团原料混合,然后将混合后的混合料输送至烧结工序和/或球团工序。
其中,控制混合后的混合料中的铁的质量含量高于P0%。P0为55,优选P0为57,更优选P0为60。
作为优选,混合后的混合料中焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣的总质量含量低于M%,该总质量含量基于混合后的混合料的总质量。M为5,优选M为3,更优选M为2。
作为优选,根据焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料中各自的铁的含量,控制焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料的添加量,从而控制混合后的混合料中的铁的质量含量P%满足P0%的范围要求。具体为:
其中:mfs为焚烧渣的物料质量,mrj为热解渣的物料质量,mhy为还原渣的物料质量,mlz为滤渣的物料质量,myl为烧结原料和/或球团原料的物料质量,Pfs为焚烧渣中的铁的含量,Prj为热解渣中的铁的含量,Phy为还原渣中的铁的含量,Plz为滤渣中的铁的含量,Pyl为烧结原料和/或球团原料中的铁的含量。
作为优选,根据焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料中各自的铁的含量,控制焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料的添加量,使其同时满足:
作为优选,所述钢铁企业固废和/或城市市政固废为含有有机碳(可燃烧的碳)的固废和/或含铁的固废。步骤(1)所述固废分类具体为:对固废进行成分检测,检测包括工业分析、元素分析、热值分析。其中:工业分析包括干基挥发分含量检测、水分含量检测、灰分含量检测。所述元素分析包括铁含量检测、锌含量检测、氯含量检测。所述热值分析为对固废的燃烧热值进行检测。依据成分检测的结果,固废分类的顺序为:
(101)将含有有机碳的固废分为有机固废。
(102)将含有锌的固废分为含铁高锌固废。
(103)将含有氯的固废分为含铁高盐固废。
作为优选,根据有机固废中干基挥发分的含量,将有机固废分为高挥发分有机固废和低挥发分有机固废。作为优选,有机固废中干基挥发分的质量百分数含量大于等于H0%的有机固废为高挥发分有机固废,有机固废中干基挥发分的质量百分数含量小于H0%的有机固废为低挥发分有机固废。
作为优选,所述含铁高锌固废中锌的质量百分数含量高于Z0%。
作为优选,所述含铁高盐固废中氯的质量百分数含量高于C0%。
其中:H0为6-12,优选为7-10。Z0为1-6,优选为2-4。C0为0.5-5,优选为1-3。
作为优选,该工艺还包括:
(a1)将高挥发分有机固废经过氧化焚烧工序,得到焚烧渣和高温烟气。焚烧渣与烧结原料和/或球团原料混合,进入烧结和/或球团工序。
(a2)将低挥发分有机固废经过氧化焚烧工序,得到焚烧渣和高温烟气。焚烧渣与烧结原料和/或球团原料混合,进入烧结和/或球团工序。或者,将低挥发分有机固废直接作为焚烧渣与烧结原料和/或球团原料混合。
作为优选,控制氧化焚烧工序的焚烧程度为γ1,使得:所述高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废经过氧化焚烧工序后,焚烧渣中的干基挥发分的质量百分数含量小于5%,优选为小于4%。或者
所述氧化焚烧为可控焚烧。所述可控焚烧为控制氧化焚烧工序的工艺条件,从而控制氧化焚烧的焚烧程度。作为优选,通过控制高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废在氧化焚烧工序中的输氧量、焚烧时间、焚烧温度,控制氧化焚烧工序的焚烧程度为γ2。γ2为使得高温烟气中可燃物充分烧净的焚烧程度的值,γ2∈[0,1];γ2为0,表示高温烟气中的可燃物为最大值,为最小焚烧程度;γ2为1,表示高温烟气中的可燃物为最小值,为最大焚烧程度。
作为优选,该工艺还包括:比较γ1和γ2的大小,得出γ=MAX(γ1,γ2),式中,MAX函数为取大值函数。控制氧化焚烧工序的实际焚烧程度为γ。
作为优选,该工艺还包括:
(b1)将高挥发分有机固废经过热解工序,得到热解渣和热解气。热解渣与烧结原料和/或球团原料混合,进入烧结和/或球团工序。热解气输送至烧结机,通过喷吹的方式喷在烧结机内烧结混合料的料面,用作烧结燃料。或者,将热解气输送至球团工序中,用作球团氧化焙烧的燃料。
(b2)将低挥发分有机固废经过热解工序,得到热解渣和热解气。热解渣与烧结原料和/或球团原料混合,进入烧结和/或球团工序。热解气输送至烧结机,通过喷吹的方式喷在烧结机内烧结混合料的料面,用作烧结燃料。或者,将热解气输送至球团工序中,用作球团氧化焙烧的燃料。
通过控制高挥发分有机固废和/或将低挥发分有机固废在热解工序中的工艺条件,控制热解工序的热解率为。使得高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废经过热解后,高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的总热量中占比为的热量分配到热解气中,剩余的热量留存在热解渣中。其中:为使得热解气和残渣加入烧结工序或球团工序后,使烧结工序或球团工序的节碳量最大时的热量分配比,为60%-95%,优选为70%-92%,更优选为80-90%。
作为优选,将有机固废、含铁高锌固废混合得到混合固废,将混合固废经过还原回转窑处理。在此过程中,利用有机固废中的能量还原含锌固废中的锌,同时有机固废得到热解,减少有机固废中的挥发分。
作为优选,混合固废经过还原回转窑处理,得到热解渣和还原气。其中:热解渣与烧结原料和/或球团原料混合,进入烧结和/或球团工序。还原气经过除锌后输送至烧结机,通过喷吹的方式喷在烧结机内烧结混合料的料面,用作烧结燃料。或者,将还原气经过除锌后输送至球团工序中,用作球团氧化焙烧的燃料。
作为优选,所述焚烧工序和/或热解工序通过回转窑进行。该回转窑包括窑头、窑身以及窑尾和轴式进风管道。所述窑头上设置有物料入口通道和窑头进风通道。所述窑身包括炉衬和炉膛。所述窑尾上设置有排料口。所述轴式进风管道贯穿窑头或窑尾后伸入至炉膛内。所述轴式进风管道的出风口位于炉膛内。该回转窑的炉膛沿轴线方向分为n段腔室。所述轴式进风管道在每一段炉膛的腔室内均设有出风孔,其中:n为2-10,优选为3-8。
作为优选,该回转窑还设有n根所述轴式进风管道,每一根轴式进风管道均对应一段炉膛的腔室。即每一段炉膛的腔室内均对应有一根独立的轴式进风管道,该轴式进风管道的出风口位于该段炉膛的腔室内。每一根所述轴式进风管道对应的炉膛的腔室内,所述轴式进风管道位于该段炉膛的腔室内的该部分的管壁上设有出风孔。所述轴式进风管道的进风口位于窑头或窑尾的外侧,每一根所述轴式进风管道上均独立设有风量调节阀。
作为优选,每一根所述轴式进风管道靠近进风口的一端设有风量调节阀。所述轴式进风管道的内壁设置有高度不同的径向螺纹和/或轴向螺纹。该回转窑包括有多个所述温度检测探头。多个温度检测探头均匀地分布设置在炉膛内。
作为优选,有机固废进行焚烧工序或热解工序,具体为:
c1)根据物料的走向,有机固废经由物料入口通道投放至炉膛内进行热解和/或焚烧处理。同时助燃空气经由窑头进风通道进入炉膛内为有机固废的热解和/或焚烧提供氧气。完成热解和/或焚烧后的物料残渣和烟气经由排料口排出。
c2)有机固废在炉膛内热解和/或焚烧时,通过实时检测炉膛内温度的变化情况,同时控制经由轴式进风管道向炉膛内补充助燃气体的量,从而实现控制氧化焚烧工序的焚烧程度或者控制热解工序的实际热解率。
c3)在回转窑旋转预处理物料的过程中,通过实时检测炉膛内不同热解和/或焚烧区域温度的变化情况,轴式进风管道对炉膛内的不同热解和/或焚烧区域进行补风。
作为优选,步骤c2)具体为:
c201)通过多个所述温度检测探头实时监测炉膛内不同热解和/或焚烧区域的焚烧温度为Ti,℃;i为1、2、3、……、x中的任一整数。x为温度检测探头的总个数。炉膛内热解和/或焚烧的平均温度记为Tp,℃。则:
Tp=(T1+T2+T3+...+Tx)/x...式III。
ST=[(T1-Tp)2+(T2-Tp)2+(T3-Tp)2+...(Tx-Tp)2]/x...式IV。
式IV中,ST为热解和/或焚烧温度的方差。
c202)根据焚烧程度或热解率的需要,设定炉膛内热解和/或焚烧的理想温度为Ta,℃,理想温度波动温值为C。则:
当Tp<(Ta-C)时,通过物料入口通道增加炉膛内的有机固废投放量或在物料投放量不变的前提下投入热值更大的有机固废,使得Tp=(Ta±C)。
当Tp>(Ta+C)时,通过物料入口通道降低炉膛内的有机固废投放量或在物料投放量不变的前提下投入热值更小的有机固废,使得Tp=(Ta±C)。
当Tp=(Ta±C)时,进行步骤c203):
c203)设定系统理想温度方差为STa,则:
当ST≤STa时,系统维持当前状态继续运行(不做任何调节)。
当ST>STa时,则依次进行如下计算:
Ty=丨Ti-Tp丨...式V。
式V中,Ty为各个温度检测点的温度与平均温度差的绝对值。
作为优选,取Ty最大时所相对应的温度值Ti,进行判定:
c203a)当Ti>Tp时,降低该处对应的轴式进风管道的进风量直至该温度点的Ti=(Ta±C)。
c203b)当Ti<Tp时,增加该处对应的轴式进风管道的进风量直至该温度点的Ti=(Ta±C)。
根据c203a)或c203b)完成调节后,则返回步骤c201),继续监测。
作为优选,在步骤c202)中,当Tp<(Ta-C)时,通过物料入口通道增加炉膛内的有机固废投放量或在有机固废投放量不变的前提下投入热值更大的有机固废为分步进行。当Tp>(Ta+C)时,通过物料入口通道降低炉膛内的有机固废投放量为或在有机固废投放量不变的前提下投入热值更小的有机固废为分步进行。
其中,每步增加或降低的有机固废的调整量为k%,基于单次有机固废投放总质量的百分比。所述k的取值为1-15,优选为2-12,更优选为3-9。或
每步投入热值更大或更小的有机固废的热值调整量为g%,基于单次有机固废投放总热值的百分比。所述g的取值为1-15,优选为2-12,更优选为3-9。和/或
在步骤c203)中,当ST>STa时,通过轴式进风管道降低或增加的进风量为分步进行,每步降低或增加的进风调整量为f%,基于总进风量的百分比。所述f的取值为1-10,优选为2-8,更优选为3-5。
在本发明中,钢铁企业固废和/或城市市政固废的焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣中的含铁量各不相同,而在烧结工序和/或球团工序的原料中可以焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣获得混合料,则混合料中添加的焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣的总质量最大限度为M%(该总质量含量基于混合后的混合料的总质量。M为5,优选M为3,更优选M为2)。同时,为了满足烧结原料和/或球团原料对铁品位的需求,因此需根据焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料中各自的铁的含量,控制焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料的添加量,从而控制混合后的混合料中的铁的质量含量(P%)满足实际工况对铁的质量含量(P0%)的范围要求。具体为:
其中:mfs为焚烧渣的物料质量,mrj为热解渣的物料质量,mhy为还原渣的物料质量,mlz为滤渣的物料质量,myl为烧结原料和/或球团原料的物料质量,Pfs为焚烧渣中的铁的含量,Prj为热解渣中的铁的含量,Phy为还原渣中的铁的含量,Plz为滤渣中的铁的含量,Pyl为烧结原料和/或球团原料中的铁的含量。根据焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料中各自的铁的含量,控制焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料的添加量,使其同时满足:
现有技术中,将固废经过预处理直接与烧结原料或球团原料直接混合,由于固废中铁含量的波动较大,如果加入的固废中铁的含量过高或者过低;第一,将影响烧结工序得到的烧结矿或球团工序得到的球团矿的品质;第二,由于铁含量波动大,影响烧结工序和球团工序的工艺,包括影响烟气的成分变化、水分的含量变化等,这将影响烧结工序和球团工序后续的烟气净化工艺和废水处理工艺;因此,固废中铁含量的变化将带来较大的影响。
本发明充分考虑固废的特点,有机结合不同固废产生固废渣的特性,检测不同固废产生的固废渣中的铁含量,保证烧结工序和球团工序正常运行的前提下,控制固废渣的加入量,同时配伍不同的固废渣,保证铁含量的稳定,从而实现多种固废的协同处理。最终实现多种固废的全流程处置,彻底消除固废对环境的影响和二次污染的风险,同时保证了烧结工序和球团工序产品的品质。
在本发明中,将固废进行分类,分为有机固废、含铁高锌固废、含铁高盐固废;对分类后的固废分别独立的进行预处理:将有机固废进行焚烧工序得到焚烧渣,或者将有机固废进行热解工序得到热解渣;将含铁高锌固废经过还原脱锌工序得到还原渣;将含铁高盐固废进行水洗提盐工序,得到含盐水和滤渣。根据预处理后预处理渣中的铁含量多少特点,将焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣协同烧结原料或球团原料进行处理,从而有效的控制了进入烧结工序的烧结混合料或进入球团工序的球团混合原料中的铁含量。通过焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣的协调配比,在保证不影响原有烧结工序、球团工序本身的前提下,增大了固废渣的处理量,通过合理的配伍,保证固废渣加入总量符合要求的前提下,依据铁含量的要求,实现对固废的处理能力最大化。
在现有的有机固废焚烧和/或热解技术,通常是将有机固废在热处理过程中给予充足的空气,将固废中的有机物进行充分焚烧和/或热解,再将焚烧渣或热解渣进行稳定固化后安全填埋。仅仅做到了减量化处理,无法实现有机固废的彻底消除。本发明中将焚烧渣或热解渣进入烧结或球团工序中协同处置。因此可以对焚烧渣或热解渣中的有机物进行一定程度的保留,以便于在后续烧结或球团工序中进行利用,进而降低烧结工序或球团工序的燃料配入量,降低成本。在有机固废的实际焚烧和/或热解过程中,在此过程中气体可燃物从有机固废中析出,由于固体的燃烧速率大大低于气体的燃烧速度,因此可以控制合理的燃烧温度、燃烧时间、供氧量等,进而保证气体可燃物充分燃烧或者将可燃气体输送至烧结工序和/球团工序用作燃料,同时固体残渣仍然残留一部分有机可燃物,并与烧结原料和/或球团原料进行混合。
在本发明中,所述有机固废为含有有机碳(可燃烧的碳)的固废。控制氧化焚烧工序的焚烧程度为γ1或者控制热解焚烧工序的热解程度为,使得:所述有机固废经过氧化焚烧工序和/或热解焚烧工序后,焚烧渣和/或热解渣中的干基挥发分的质量百分数含量小于5%,优选为小于4%。所述氧化焚烧和/或热解焚烧为可控焚烧和/或可控热解。所述可控焚烧为控制氧化焚烧工序的工艺条件,从而控制氧化焚烧的焚烧程度。一般通过控制有机固废在氧化焚烧工序中的输氧量、焚烧时间、焚烧温度,控制氧化焚烧工序的焚烧程度为γ2。其中γ2为使得高温烟气中可燃物充分烧净的值,γ2∈[0,1];γ2为0,表示高温烟气中的可燃物为最大值,为最小焚烧程度;γ2为1,表示高温烟气中的可燃物为最小值,为最大焚烧程度。所述可控热解为通过控制有机固废在热解工序中的工艺条件,控制热解工序的热解率为。使得有机固废经过热解后,有机固废的总热量中占比为的热量分配到热解气中,剩余的热量留存在热解渣中。其中:为使得热解气和残渣加入烧结工序和/或球团工序后,使烧结工序和/或球团工序的节碳量最大时的热量分配比。一般的,为60%-95%,优选为70%-92%,更优选为80-90%。
进一步地,通过比较γ1和γ2的大小,得出γ=MAX(γ1,γ2),式中,MAX函数为取大值函数。控制氧化焚烧工序的实际焚烧程度为γ。或者,通过比较和的大小,得出 ,式中,MAX函数为取大值函数。控制热解工序的实际热解率为。通过控制有机固废的焚烧程度和/或热解程度,进而控制焚烧渣和/或热解渣中的热值,使得焚烧渣和/或热解渣与烧结原料和/或球团原料混合后,能够降低烧结工序和/或球团工序的燃料消耗,同时还不会影响烧结和/或球团产品的质量。同时,还原气经过除锌后输送至烧结机,通过喷吹的方式喷在烧结机内烧结混合料的料面,用作烧结燃料;或者,将还原气经过除锌后输送至球团工序中,用作球团氧化焙烧的燃料。进一步降低烧结工序和/或球团工序的燃料消耗,同时实现有机固废的彻底消除处理。
在本发明中,根据有机固废中干基挥发分的含量,将有机固废分为高挥发分有机固废和低挥发分有机固废。有机固废中干基挥发分的质量百分数含量大于等于H0%(H0为6-12,优选为7-10)的有机固废为高挥发分有机固废,有机固废中干基挥发分的质量百分数含量小于H0%的有机固废为低挥发分有机固废。其中,高挥发分有机固废必须经过焚烧和/或热解处理后,将热解渣进入到烧结原料和/或球团原料中。对于低挥发分有机固废,可以经过焚烧和/或热解处理,也可以根据工况需求,将低挥发分有机固废直接与烧结原料和/或球团原料进行混合,一方面,可以降低焚烧/热解压力,提高控制焚烧程度和/或热解程度的精确性。另一方面,可以提高加入到烧结原料和/或球团原料的热值,降低烧结和/或球团的燃料消耗。
热解残渣可以混入烧结原料(或球团原料)在烧结工序(或球团氧化工序)中,为烧结提供能量,节约焦炭;热解气可以喷入烧结料面(或氧化球团回转窑中),也能节约焦炭。但是同样的热量以热解气喷吹的形式与以热解渣配入的形式相比,节约的焦炭更多;但是热量全部转移到热解气喷入而热解渣没有热量(即气体100%,残渣0),也不可取,因为热解渣孔隙率高,在改善烧结料层透气性也有好处。因此,存在一个最佳的固废热量分配比例,使热量以热解气和热解渣两种方式同时给入烧结工序(或球团工序)时,节碳总量达到最大。如图5所示,通过实验研究表明,当热解气补充热量占到80-90%、热解残渣补充热量为10-20%时,单位质量的原料消耗的总焦炭是最少的;也就是说,控制烧结或球团工序的固废补热过程中,80-90%来源于热解气补热,10-20%来源热解残渣,此时实现燃料的最节约状态。
在本发明中,根据烧结工序和球团工序的需求,在不影响烧结工序和球团工序自身的前提下,设定添加焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣的质量之和低于M%。然后根据焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料中各自的铁含量,控制焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料的添加量,从而控制混合后的混合料中的铁的质量含量满足烧结工序和球团工序的条件,从而保证烧结矿和球团矿的品质。
在本发明中,为使得高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废在热解过程中,高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的总热量中占比为的热量进入到热解气中。而热解率则与热解时间、热解温度、有机固废的粒径大小以及热解时的氧气输入量等综合相关,即用函数关系可表示为:。其中:t为热解时间,h。T为热解温度,℃。D为进入热解工序的高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的平均粒径,mm。n2为热解工序中的输氧量,m3。且n2<nmax,nmax为进入热解工序中高挥发分有机固废和/或将低挥发分有机固废充分燃烧的需氧量。
进一步地,由于其中:Q热解释放为高挥发分有机固废或低挥发分有机固废在热解过程中通过热解进入热解气中的热量。Q总为高挥发分有机固废或低挥发分有机固废的总热量,即高挥发分有机固废和/或将低挥发分有机固废充分燃烧所放出的热量。
需要说明的是,Q总与高挥发分有机固废或低挥发分有机固废的加入量(质量)、高挥发分有机固废或低挥发分有机固废的平均单位热值以及燃烧效率综合相关,即用函数关系可表示为::Q总=k1·m·q。其中:k1为高挥发分有机固废或低挥发分有机固废的燃烧效率系数,取值为0.8-1。m为进入热解工序中高挥发分有机固废或低挥发分有机固废的质量,kg。q为高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的平均热值,J/kg。
还需要说明的是,Q热解释放与高挥发分有机固废或低挥发分有机固废的热解时间、高挥发分有机固废或低挥发分有机固废的粒径、热解时的空气通入量、高挥发分有机固废或低挥发分有机固废充分燃烧的需氧量等综合相关,即用函数关系可表示为::其中:A为修正系数。t为高挥发分有机固废或低挥发分有机固废的热解时间,h。T为高挥发分有机固废或低挥发分有机固废的热解温度,℃。D为进入热解工序的高挥发分有机固废或低挥发分有机固废的平均粒径,mm。n2为热解工序中的空气通入量,m3。且n2<nmax,nmax为进入热解工序中高挥发分有机固废或低挥发分有机固废充分燃烧所需的空气量。a为粒径修正系数,取值为-0.05~-0.15。b为氧量修正系数,取值为0.3-1。
综上所述,经过换算,即得:即,根据进入热解工序的高挥发分有机固废或低挥发分有机固废的平均粒径,通过控制热解工序中的热解时间t、热解温度T和热解工序的氧气通入量n2,精准控制高挥发分有机固废或低挥发分有机固废通过热解工序,使高挥发分有机固废或低挥发分有机固废中比例为的热量分配到热解气中,剩余的热量留存在热解渣中。一般来说,存在的最优值使得烧结工序和/或球团工序节碳效果达到最优;同时,热解工况同时要求能够实现热解渣中的干基挥发分的质量百分数含量小于5%(优选为小于4%),以满足烧结工序和/或球团工序入炉要求。由热解条件调节, ,此时为最优值。
在本发明中,本发明提出了一种具有回转窑炉膛温度检测机制和轴式窑身进风机制的焚烧或热解的回转窑系统,能够检测炉膛内各个区域的温度分布,并实现了通过窑身进风控制,同时根据当前检测到的炉膛内温度分布状况进而对窑身进风机制进行实时调节,实现了窑温的精准控制,提高了有机固废焚烧程度或热解率调控的精准性和灵活性。
在本发明中,为了有效调节回转窑炉膛内的温度,本发明所述回转窑的窑头上分别设置有互不相通的物料入口通道和窑头进风通道分别进行物料(有机固废)投放和助燃空气输送,同时在回转窑的窑头或窑尾上贯穿设置有具有出风孔的轴式进风管道,轴式进风管道同时从窑头或窑尾进风口进风,在轴式进风管道进风口处均设置有节气阀门(风量调节阀),通过调节节气阀门的开合度进而实现控制轴式进风管道的进风量的大小,进而实现对窑内温度的调控,提高对回转窑焚烧程度或热解率控制的精确性。
在本发明中,由于轴式进风管道为具有一定腔室的且管身带有出风孔的送风管道,助燃风从轴式进风管道两端的进风口进入轴式进风管道内,助燃风从进风口流至管道中心的过程中,助燃风不断通过设置在轴式进风管道身上的出风孔对炉膛内实现送风。在本发明中可通过设置有多根所述轴式进风管道分别独立的对炉膛内不同焚烧区域实施精确独立的控风机制。进而实现控制炉膛内物料的焚烧或热解程度。需要说明的是,多根所述轴式进风管道的进风口均进行独立进风的控制机制,相互间互不影响。同时为进一步提高焚烧或热解的效果,回转窑的炉衬由具有保温效果材质构成,所述炉衬厚度为3-50cm(优选为5-30cm,更优选为8-15cm),所述炉衬完全包覆了所述炉膛,降低热损失。也避免了向外界排放过多的热辐射。
在本发明中,还可以在第一轴式进风管道(贯穿整个炉膛的轴式进风管道)的管腔内设置挡风盲板,可在轴向方向上(窑头至窑尾的方向上)将的轴式进风管道的管腔分隔成多段出风段腔室(挡风盲板可以设置有多个,例如设置有3个挡风盲板时,将轴式进风管道分隔成互不窜风的出风一段、出风二段、出风三段和出风四段),挡风盲板还可以防止不同出风段腔室窜风。通过在每一个出风段腔室均设置有一个单独的轴式进风管道的出风口,进而实现对轴式进风管道不同出风段腔室进风的目的。然后再通过轴式进风管道不同出风段腔室对炉膛内不同的焚烧区域实现送风。
进一步地,当第一轴式进风管道的管腔被分割隔成多少个出风段腔室时,则可设置有多少个轴式进风管道(为区别第一轴式进风管道,此处分别为第二、第三...第M轴式进风管道。M的数值等于出风段腔室的数值)对不同的出风段腔室进行独立送风。送风量的多少可由不同的出风段腔室对应的轴式进风风管道的节气阀门的开合度进行调节。从而实现炉膛内进风量的合理配送,进而实现物料的充分燃烧。一般地,多个轴式进风管道可以是并列的套接在第一轴式进风管道内,即多个轴式进风管道同时套接在第一轴式进风管道内,多个轴式进风管道相互间平行设计,多个轴式进风管道伸入至第一轴式进风管道内的长度不同(分别伸入至不同的出风段腔室内)。或者多个轴式进风管道依次套接在第一轴式进风管道内,即第二个轴式进风管道套接在第一轴式进风管道内,第三轴式进风风管道套接在第二轴式进风管道内,依次类推,多个轴式进风管道伸入至轴式进风管道内的长度不同(分别伸入至不同的出风段腔室内)。或者多个轴式进风管道并列设置在第一轴式进风管道外部的炉膛内,不同的轴式进风管道的出风口对应炉膛内不同的燃烧区域。多个轴式进风管道的数量可根据实际工况或者轴式进风管道的长度进行合理设计。
在本发明中,通过对轴式进风管道在回转窑的轴线方向上(窑头至窑尾方向上)进行分段独立进风设置,实现了对回转窑的炉膛内不同燃烧区域补风的目的。从而使得在回转窑内物料所处的炉膛内的任意区域均实现了独立进风机制,极大的提高了对回转窑内焚烧程度或热解程度的精确控制。
在本发明中,在靠近窑头一端,由于窑头设置有窑头进风通道(一次进风);因此窑头进风量主要由窑头进风通道进行控制,因此在靠近窑头端的轴式进风管道上相当一段窑身上并未开设有出风孔。同时通过该段未开设有出风孔的轴式进风管道的助燃风能够被窑头焚烧或热解区域进行预热,有助于对远离窑头端的炉膛内物料的燃烧或热解(降低该处温度损失)。进一步地,还通过在轴式进风管道内设置高度不同的径向螺纹或横向螺纹,进而实现助燃风的强化扰动和换热效果。
在本发明中,应当指出,轴式进风管道沿窑身至窑头方向形成了多个出风控制段(即从窑头至窑尾方向上不同轴式进风管道的出风段腔室所控制的炉膛实际进风段),在实际操作中可根据窑身尺寸、轴式进风管道的长度及二次风量的大小,进而选择二次风控制段数量(相对于窑头进风通道的进风为一次进风,多个轴式进风管道的进风均为二次进风),理论上,二次风控制段数量越多,对回转窑温度的控制就会更精准。
进一步地,在本发明中,以二次进风分4个出风控制段为例(即第一轴式进风管道的两个进风口均只设置有一个轴式进风管道,即第二轴式进风管道和第三轴式进风管道,总的二次进风口数为4个),4个出风控制段的风流量分别为Q1~Q4,对应的每一段炉膛内相应焚烧或热解区域的温度为T1~T4,窑头进风通道进风的风流量为Q0,各出风控制段出风口风量占总风量的比例分别为a0~a4,传统回转窑中,为了保证物料充分燃烧或热解、灼减率达标,窑内空气总量一般大大高于理论空气量,过量空气系数一般为2.0~2.5,采用轴式窑身进风装置后,由于各出风控制段风量分布更均匀,过量空气系数可以降为1.5~1.8。各进段风量占比如下表所示:(此处仅作为一个较佳实施例的示例,不能作为对本发明方案限制的依据)
进风位置 | 字母 | 占比 |
窑头 | a<sub>0</sub> | 0.3~0.4 |
窑身出风控制段1 | a<sub>1</sub> | 0.18~0.25 |
窑身出风控制段2 | a<sub>2</sub> | 0.1~0.2 |
窑身出风控制段3 | a<sub>3</sub> | 0.1~0.15 |
窑身出风控制段4 | a<sub>4</sub> | 0.1~0.15 |
在本发明中,进行步骤c201)通过在炉膛内设置有多个所述温度检测探头实时监测炉膛内轴式进风管道内不同出风段腔室所对应的焚烧或热解区域的温度为Ti,℃;i为1、2、3、……、x中的任一整数。x为温度检测探头的总个数。炉膛内的平均温度记为Tp,℃。则:
Tp=(T1+T2+T3+...+Tx)/x...式III。
ST=[(T1-Tp)2+(T2-Tp)2+(T3-Tp)2+...(Tx-Tp)2]/x...式IV。
式IV中,ST为焚烧温度的方差。
c202)根据焚烧程度或热解率的需要,设定炉膛内理想温度(指的是调节为不同焚程度或热解程度时的温度)为Ta,℃,理想温度波动温值为C。则:
当Tp<(Ta-C)时,通过物料入口通道增加炉膛内的有机固废投放量或在有机固废投放量不变的前提下投入热值更大的有机固废,使得Tp=(Ta±C)。
当Tp>(Ta+C)时,通过物料入口通道降低炉膛内的有机固废投放量或在有机固废投放量不变的前提下投入热值更小的有机固废,(调节入炉物料热值:回转窑入炉物料是通过配伍而成的混合物料,因此也可以通过调整配伍方案的方式,直接调节入炉物料的热值),使得Tp=(Ta±C)。
当Tp=(Ta±C)时,进行步骤c203)。
c203)设定系统理想温度方差为STa,则
当ST≤STa时,系统维持当前状态继续运行,不做任何调节。
当ST>STa时,则依次进行如下计算:
Ty=丨Ti-Tp丨...式V。
式V中,Ty为各个温度检测点的温度与平均温度差的绝对值。
取Ty最大时所相对应的温度值Ti,进行判定:
当Ti>Tp时,降低该处对应的轴式进风管道的进风量直至该温度点的Ti=(Ta±C)。
当Ti<Tp时,增加该处对应的轴式进风管道的进风量直至该温度点的Ti=(Ta±C)。
完成调节后,则返回步骤c201),继续监测。
进一步地,在步骤c202)中,当Tp<(Ta-C)时,通过物料入口通道增加炉膛内的有机固废投放量或在有机固废投放量不变的前提下投入热值更大的有机固废为分步进行。当Tp>(Ta+C)时,通过物料入口通道降低炉膛内的有机固废投放量或在有机固废投放量不变的前提下投入热值更小的有机固废为分步进行。
其中,每步增加或降低的物料的调整量为k%,基于单次有机固废投放总质量的百分比。所述k的取值为1-15,优选为2-12,更优选为3-9。较佳的调节建议如下:总有机固废调节百分比为负值表示降低物料投放量,为正值表示增加有机固废投放量。(此处不能作为对本发明方案限制的依据)
Tp-Ta | 物料调节百分比k% |
>150℃ | -15~-12% |
100~150℃ | -12~-9% |
60~100℃ | -9~-6% |
20~60℃ | -6~-3% |
-60~-20℃ | +3~+6% |
-100~-60℃ | +6~+9% |
-150~-100℃ | +9~+12% |
<-150℃ | +12~+15% |
或,投入热值更大或更小的有机固废的热值调整量为g%,基于单次有机固废投放总热值的百分比。所述g的取值为1-15,优选为2-12,更优选为3-9。较佳的调节建议如下:总物料调节百分比为负值表示降低有机固废的热值,为正值表示增加有机固废的热值。(此处不能作为对本发明方案限制的依据)
进一步地,在步骤c203)中,当ST>STa时,通过扬料板出风段腔室降低或增加的进风量为分步进行,每步降低或增加的进风调整量f%,基于总进风量的百分比。所述f的取值为1-10,优选为2-8,更优选为3-5。较佳的调节建议如下:进风量调节百分比为负值表示降低进风量,为正值表示增加进风量。(此处不能作为对本发明方案限制的依据)
Ty-Ta | 气量调节百分比f% |
>100℃ | -10% |
80~100℃ | -8% |
50~80℃ | -5% |
20~50℃ | -3% |
-50~-20℃ | +3% |
-80~-50℃ | +5% |
-100~-80℃ | +8% |
<-100℃ | +10% |
在本发明中,所述回转窑的窑长和外径可根据实际工况进行设计。例如所述回转窑的炉长为3-30m,优选为5-25m,更优选为8-20m。所述回转窑的外径为1-10m,优选为2-8m,更优选为3-8m。此处仅为本发明较佳设计的例举,不能依此作为对本发明方案限制的依据。所述轴式进风管道的管径为0.1-4m,优选为0.3-3m,更优选为0.5-2m。所述出风孔的孔径为0.5-10cm,优选为1-8cm,更优选为1.5-5cm。
进一步地,本发明所述回转窑的投料量为800-6000kg/h,优选为1200-5000kg/h,更优选为1500-4000kg/h。所述回转窑的旋转速度为1-6r/min,优选为1.5-5r/min,更优选为2-4r/min。
原料在烧结工序或球团工序中,经过烧结或氧化焙烧,在这一过程中,烧结或氧化焙烧的热量来自两部分:其中一部分来自于原料中的内配碳,即原料自身内含有一部分燃料,供烧结或氧化焙烧;另一部分来自于烧结工序或球团工序过程中的外部供热,例如原料在烧结机内进行烧结,通过向烧结机内喷吹燃气;或者原料在回转窑内进行氧化焙烧,向回转窑内喷入煤粉或燃气。有机固废中含有大量的可燃碳,可以用作燃料。有机固废在焚烧或热解过程中,有机固废中的可燃碳会进行焚烧或热解,可燃物首先进入气体中,随着焚烧或热解的进行,可燃物会进一步反应。本发明将有机固废进行热解处理,第一,减少有机固废中的挥发分,保证热解渣进入烧结工序或球团工序中对原料中挥发分的要求;第二,将有机固废中的可燃物(具有热值的成分)进行热解,使得有机固废中一部分热量通过热解进入热解气中。通过不断实验研究,发明人巧妙的发现,在烧结工序或球团工序中,单位质量原料进行烧结或氧化焙烧所需的热量是一定的,但是热量的来源不同,消耗的燃料也不相同。也就是说,热量的来源不同,该热量用于烧结或氧化焙烧的利用率不相同。调节原料中的燃料、烧结工序或球团工序中的燃料比例,可以实现热量的不同程度利用效率。通过实验研究,如图7所示,当烧结工序或球团工序中的供热量占比达到80-90%、原料中内配燃料供热量占比为10-20%时,热量利用率最高,消耗的总燃料量最少,节碳量达到最大值。
因此,在本发明中,在保证热解渣能够满足进入烧结工序和球团工序的要求下,通过调节工序中的工艺条件,控制热解工序的热解率为;使得高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废经过热解后,高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的总热量中比例的热量分配到热解气中,剩余的热量留存在热解渣中;其中:为使得热解气和残渣加入烧结工序或球团工序后,使烧结工序或球团工序的节碳量最大时的热量分配比,为60%-95%,优选为70%-92%;更有为80-90%。分配到热解气中的热量输送至烧结机,通过喷吹的方式喷在烧结机内烧结混合料的料面,用作烧结燃料;或者,将热解气输送至球团工序中,用作球团氧化焙烧的燃料;用作原料在烧结或氧化焙烧的外部供热;留存在热解渣中热量即为原料中内配燃料。通过该工艺,从而实现了有机固废中热量的最大化利用,最大程度的节约燃料。
进一步的,通过发明人的研究和实验,得出热解程度的控制与热解时间、热解温度、进入热解工序的高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的平均粒径、热解工序中的输氧量直接相关。在实施本方案时,根据进入热解工序的高挥发分有机固废或低挥发分有机固废的平均粒径,通过控制热解工序中的热解时间t、热解温度T和热解工序的氧气通入量n2,即可精准控制高挥发分有机固废或低挥发分有机固废的热解程度。通过热解工序,可实现使高挥发分有机固废或低挥发分有机固废中比例为的热量分配到热解气中,剩余的热量留存在热解渣中。具体控制为:
在本发明中,当有机固废为生物质、塑料材质等易热解固废,其挥发分含量较高(通常高于50%),且高温下易挥发,则a=-0.06~-0.08,b=0.6~0.7;当有机固废为焦油渣等中等热解难度固废,挥发分含量20~50%,则a=-0.08~-0.10,b=0.5~0.6;当有机固废为含油污泥等难热解固废,其挥发分含量10~20%,且高温下不易挥发,则a=-0.10~-0.13,b=0.3~0.5。A为修正系数,取值为0.5-1。
与现有技术相比较,本发明的有益技术效果如下:
1、本发明的一种保障铁品位的固废、烧结、球团协同处置工艺,根据焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣的各自的含铁量的不同,决定各自加入到烧结原料和/或球团原料中的比例,使得混合后的混合料中的总铁含量能够满足工况生产需求。进而实现在保障铁品位的前提下进行多种固废的协同处理,最终实现多种固废的全流程处置,彻底消除固废对环境的影响和二次污染的风险。而又不会影响烧结和/和球团产品的质量。
2、本发明采用回转窑焚烧和/或热解系统对有机固废进行热解和/或焚烧;该回转窑采用了轴式窑身分段进风的机制,通过轴式进风管道同时对炉膛内不同区域的物料的燃烧进行送风,实现了窑身二次进风和要窑头一次进风的有机结合,极大地提高了有机固废的焚烧和/或热解效率及效果,极大的提高了有机固废的减量化处理效果,同时也能够实现对焚烧程或热解程度的有机调控。
3、本发明所述焚烧和/或热解的回转窑系统中,采用轴式窑身多级进气和多点温度检测的方式,使窑体温度分布更加均匀,且温度分布的调节更加灵活,大大提高了对焚烧程度和/或热解程度的控制效率和准确性。
4、本发明所述焚烧和/或热解的回转窑系统结构简单,易操作,温度分布可控性强,对焚烧程度和/或热解程度的调节时效性高,准确性强;同时也消除了传统回转窑的温度过高和过低区域的出现,还从机理上减少了回转窑结窑现象的发生,减少了系统故障率。
附图说明
图1为本发明的保障铁品位的固废、烧结、球团协同处置工艺的流程图。
图2为本发明固废分类流程图。
图3为本发明有机固废氧化焚烧处理流程图。
图4为本发明有机固废热解处理流程图。
图5为热解气所含热量在原固废总热量中的占比与烧结工序节碳量的关系曲线图。
图6为本发明预处理回转窑系统的结构示意图。
图7为本发明预处理回转窑具有4根轴式进风管道时的结构示意图。
图8为本发明所述预处理回转窑炉膛内温度控制流程图。
附图标记:1:窑头;2:窑身;3:窑尾;4:轴式进风管道;101:物料入口通道;102:窑头进风通道;201:炉衬;202:炉膛;203:温度检测探头;301:排料口;401:出风孔;402:风量调节阀。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行举例说明,本发明请求保护的范围包括但不限于以下实施例。
实施例1
如图1所示,一种保障铁品位的固废、烧结、球团协同处置工艺,该工艺包括以下步骤:
(1)固废:将钢铁企业固废和城市市政固废进行分类,分为有机固废、含铁高锌固废、含铁高盐固废。
(2)固废预处理:
a)将有机固废进行焚烧工序得到焚烧渣和将有机固废进行热解工序得到热解渣。
b)将含铁高锌固废经过还原脱锌工序,得到还原渣和含锌副产品。
c)将含铁高盐固废进行水洗提盐工序,得到含盐水和滤渣。
(3)协同处置:将步骤(2)得到的焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣,连同烧结原料混合,然后将混合后的混合料输送至烧结工序。
其中,控制混合后的混合料中的铁的质量含量高于P0%。P0为45。混合后的混合料中焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣的总质量含量低于M%,该总质量含量基于混合后的混合料的总质量。M为4。
实施例2
重复实施例1,只是将步骤(2)得到的焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣,连同球团原料混合,然后将混合后的混合料输送至球团工序。P0为50,M为4.5。
实施例3
重复实施例2,只是根据焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料中各自的铁的含量,控制焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料的添加量,从而控制混合后的混合料中的铁的质量含量P%满足P0%的范围要求。具体为:
其中:mfs为焚烧渣的物料质量,mrj为热解渣的物料质量,mhy为还原渣的物料质量,mlz为滤渣的物料质量,myl为烧结原料和球团原料的物料质量,Pfs为焚烧渣中的铁的含量,Prj为热解渣中的铁的含量,Phy为还原渣中的铁的含量,Plz为滤渣中的铁的含量,Pyl为烧结原料和球团原料中的铁的含量。
实施例4
重复实施例3,只是根据焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料中各自的铁的含量,控制焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣、烧结原料、球团原料的添加量,使其同时满足:
实施例5
重复实施例4,如图2所示,只是所述钢铁企业固废和城市市政固废为含有有机碳(可燃烧的碳)的固废和含铁的固废。步骤(1)所述固废分类具体为:对固废进行成分检测,检测包括工业分析、元素分析、热值分析。其中:工业分析包括干基挥发分含量检测、水分含量检测、灰分含量检测。所述元素分析包括铁含量检测、锌含量检测、氯含量检测。所述热值分析为对固废的燃烧热值进行检测。依据成分检测的结果,固废分类的顺序为:
(101)将含有有机碳的固废分为有机固废。
(102)将含有锌的固废分为含铁高锌固废。
(103)将含有氯的固废分为含铁高盐固废。
实施例6
重复实施例5,只是根据有机固废中干基挥发分的含量,将有机固废分为高挥发分有机固废和低挥发分有机固废。有机固废中干基挥发分的质量百分数含量大于等于H0%的有机固废为高挥发分有机固废,有机固废中干基挥发分的质量百分数含量小于H0%的有机固废为低挥发分有机固废。所述含铁高锌固废中锌的质量百分数含量高于Z0%。所述含铁高盐固废中氯的质量百分数含量高于C0%。
其中:H0为7.5,Z0为3.5,C0为0.7。
实施例7
重复实施例6,只是H0为8.5,Z0为4.5,C0为1.5。
实施例8
重复实施例7,只是该工艺还包括:
(a1)将高挥发分有机固废经过氧化焚烧工序,得到焚烧渣和高温烟气。焚烧渣与烧结原料和球团原料混合,进入烧结和球团工序。
(a2)将低挥发分有机固废经过氧化焚烧工序,得到焚烧渣和高温烟气。焚烧渣与烧结原料和球团原料混合,进入烧结和球团工序。
实施例9
重复实施例8,只是将低挥发分有机固废直接作为焚烧渣与烧结原料和球团原料混合。
实施例10
重复实施例9,如图3所示,只是控制氧化焚烧工序的焚烧程度为γ1,使得:所述高挥发分有机固废和低挥发分有机固废经过氧化焚烧工序后,焚烧渣中的干基挥发分的质量百分数含量小于5%。
实施例11
重复实施例10,只是焚烧渣中的干基挥发分的质量百分数含量小于4%。
实施例12
重复实施例9,如图4所示,只是所述氧化焚烧为可控焚烧。所述可控焚烧为控制氧化焚烧工序的工艺条件,从而控制氧化焚烧的焚烧程度。通过控制高挥发分有机固废和低挥发分有机固废在氧化焚烧工序中的输氧量、焚烧时间、焚烧温度,控制氧化焚烧工序的焚烧程度为γ2。γ2为使得高温烟气中可燃物充分烧净的焚烧程度的值。该工艺还包括:比较γ1和γ2的大小,得出γ=MAX(γ1,γ2),式中,MAX函数为取大值函数。控制氧化焚烧工序的实际焚烧程度为γ。
实施例13
重复实施例12,只是该工艺还包括:
(b1)将高挥发分有机固废经过热解工序,得到热解渣和热解气。热解渣与烧结原料混合,进入烧结工序。热解气输送至烧结机,通过喷吹的方式喷在烧结机内烧结混合料的料面,用作烧结燃料。
(b2)将低挥发分有机固废经过热解工序,得到热解渣和热解气。热解渣与烧结原料混合,进入烧结工序。热解气输送至烧结机,通过喷吹的方式喷在烧结机内烧结混合料的料面,用作烧结燃料。
实施例14
重复实施例12,只是该工艺还包括:
(b1)将高挥发分有机固废经过热解工序,得到热解渣和热解气。热解渣与球团原料混合,进入球团工序。热解气输送至烧结机,将热解气输送至球团工序中,用作球团氧化焙烧的燃料。
(b2)将低挥发分有机固废经过热解工序,得到热解渣和热解气。热解渣与球团原料混合,进入球团工序。将热解气输送至球团工序中,用作球团氧化焙烧的燃料。
实施例15
实施例16
重复实施例15,只是热解渣中的干基挥发分的质量百分数含量小于4%。
实施例17
重复实施例16,如图4所示,只是通过控制高挥发分有机固废和将低挥发分有机固废在热解工序中的工艺条件,控制热解工序的热解率为。使得高挥发分有机固废和低挥发分有机固废经过热解后,高挥发分有机固废和低挥发分有机固废的总热量中占比为的热量分配到热解气中,剩余的热量留存在热解渣中。其中:为使得热解气和残渣加入烧结工序和球团工序后,使烧结工序和球团工序的节碳量最大时的热量分配比,为80%。
实施例18
实施例19
重复实施例18,只是将有机固废、含铁高锌固废混合得到混合固废,将混合固废经过还原回转窑处理。在此过程中,利用有机固废中的能量还原含锌固废中的锌,同时有机固废得到热解,减少有机固废中的挥发分。
实施例20
重复实施例19,只是混合固废经过还原回转窑处理,得到热解渣和还原气。其中:热解渣与烧结原料混合,进入烧结工序。还原气经过除锌后输送至烧结机,通过喷吹的方式喷在烧结机内烧结混合料的料面,用作烧结燃料。
实施例21
重复实施例19,只是混合固废经过还原回转窑处理,得到热解渣和还原气。其中:热解渣与球团原料混合,进入球团工序。将还原气经过除锌后输送至球团工序中,用作球团氧化焙烧的燃料。
实施例22
重复实施例21,如图6所示,只是有机固废的预处理(包括热解处理和焚烧处理)通过回转窑进行。该回转窑包括窑头1、窑身2以及窑尾3和轴式进风管道4。所述窑头1上设置有物料入口通道101和窑头进风通道102。所述窑身2包括炉衬201和炉膛202。所述窑尾3上设置有排料口301。所述轴式进风管道4贯穿窑头1或窑尾3后伸入至炉膛202内。所述轴式进风管道4的出风口位于炉膛202内。该回转窑的炉膛202沿轴线方向分为n段腔室。所述轴式进风管道4在每一段炉膛202的腔室内均设有出风孔,其中:n为3。
实施例23
重复实施例20,只是n为4。
实施例24
重复实施例23,只是该回转窑还设有n根所述轴式进风管道4,每一根轴式进风管道4均对应一段炉膛202的腔室。即每一段炉膛202的腔室内均对应有一根独立的轴式进风管道4,该轴式进风管道4的出风口位于该段炉膛202的腔室内。每一根所述轴式进风管道4对应的炉膛202的腔室内,所述轴式进风管道4位于该段炉膛202的腔室内的该部分的管壁上设有出风孔401。所述轴式进风管道4的进风口位于窑头1或窑尾3的外侧,每一根所述轴式进风管道4上均独立设有风量调节阀402。
实施例25
重复实施例24,如图2所示,只是每一根所述轴式进风管道靠近进风口的一端设有风量调节阀402。所述轴式进风管道4的内壁设置有高度不同的径向螺纹或轴向螺纹。该回转窑包括有多个所述温度检测探头203。多个温度检测探头203均匀地分布设置在炉膛202内。
实施例26
重复实施例25,有机固废进行焚烧工序,具体为:
c1)根据物料的走向,有机固废经由物料入口通道101投放至炉膛202内进行焚烧处理。同时助燃空气经由窑头进风通道102进入炉膛202内为有机固废的焚烧提供氧气。完成焚烧后的物料残渣和烟气经由排料口301排出。
c2)有机固废在炉膛202内焚烧时,通过实时检测炉膛202内温度的变化情况,同时控制经由轴式进风管道4向炉膛202内补充助燃气体的量,从而实现控制氧化焚烧工序的实际焚烧程度。
c3)在回转窑旋转焚烧物料的过程中,通过实时检测炉膛202内不同焚烧区域温度的变化情况,轴式进风管道4对炉膛202内的不同焚烧区域进行补风。
实施例27
重复实施例25,有机固废进行热解工序,具体为:
c1)根据物料的走向,有机固废经由物料入口通道101投放至炉膛202内进行热解处理。同时助燃空气经由窑头进风通道102进入炉膛202内为有机固废的热解提供氧气。完成热解后的物料残渣和烟气经由排料口301排出。
c2)有机固废在炉膛202内热解时,通过实时检测炉膛202内温度的变化情况,经由轴式进风管道4向炉膛202内补充助燃气体,从而实现控制热解工序的实际热解率。
c3)在回转窑旋转热解物料的过程中,通过实时检测炉膛202内不同热解区域温度的变化情况,轴式进风管道4对炉膛202内的不同热解区域进行补风。
实施例28
重复实施例27,如图8所示,只是步骤c2)具体为:
c201)通过多个所述温度检测探头203实时监测炉膛202内不同预处理区域的焚烧温度为Ti,℃;i为1、2、3、……、x中的任一整数。x为温度检测探头203的总个数。炉膛202内预处理的平均温度记为Tp,℃。则:
Tp=(T1+T2+T3+...+Tx)/x...式III。
ST=[(T1-Tp)2+(T2-Tp)2+(T3-Tp)2+...(Tx-Tp)2]/x...式IV。
式IV中,ST为预处理温度的方差。
c202)根据焚烧程度或热解率的需要,设定炉膛202内预处理的理想温度为Ta,℃,理想温度波动温值为C。则:
当Tp<(Ta-C)时,通过物料入口通道101增加炉膛202内的有机固废投放量或在物料投放量不变的前提下投入热值更大的有机固废,使得Tp=(Ta±C)。
当Tp>(Ta+C)时,通过物料入口通道101降低炉膛202内的有机固废投放量或在物料投放量不变的前提下投入热值更小的有机固废,使得Tp=(Ta±C)。
当Tp=(Ta±C)时,进行步骤c203):
c203)设定系统理想温度方差为STa,则:
当ST≤STa时,系统维持当前状态继续运行,不做任何调节。
当ST>STa时,则依次进行如下计算:
Ty=丨Ti-Tp丨...式V。
式V中,Ty为各个温度检测点的温度与平均温度差的绝对值。
取Ty最大时所相对应的温度值Ti,进行判定:
c203a)当Ti>Tp时,降低该处对应的轴式进风管道4的进风量直至该温度点的Ti=(Ta±C)。
c203b)当Ti<Tp时,增加该处对应的轴式进风管道4的进风量直至该温度点的Ti=(Ta±C)。
根据c203a)或c203b)完成调节后,则返回步骤c201),继续监测。
实施例29
重复实施例28,只是在步骤c202)中,当Tp<(Ta-C)时,通过物料入口通道101增加炉膛202内的有机固废投放量或在有机固废投放量不变的前提下投入热值更大的有机固废为分步进行。当Tp>(Ta+C)时,通过物料入口通道101降低炉膛202内的有机固废投放量为或在有机固废投放量不变的前提下投入热值更小的有机固废为分步进行。
其中,每步增加或降低的有机固废的调整量为k%,基于单次有机固废投放总质量的百分比。所述k的取值为8。
实施例30
重复实施例28,只是每步投入热值更大或更小的有机固废的热值调整量为g%,基于单次有机固废投放总热值的百分比。所述g的取值为5。
实施例31
重复实施例30,只是在步骤c203)中,当ST>STa时,通过轴式进风管道4降低或增加的进风量为分步进行,每步降低或增加的进风调整量为f%,基于总进风量的百分比。所述f的取值为6。
应用实施例2
采用实施例17的技术方案,采用相同的烧结原料、球团原料、有机固废,仅调整热解率,从而调整被分配到热解气中的热量,进行不同的实验,结果如下:
从上述实验可以看出,当有机固废进行热解工序时,控制热解率为85%,将热解产生的热解气输送至烧结工序或球团工序,将热解渣混入烧结原料或球团原料,此状态下节约的燃料(焦炭或燃气)的量达到最大值。
Claims (20)
1.一种保障铁品位的固废、烧结、球团协同处置工艺,该工艺包括以下步骤:
(1)固废:将钢铁企业固废和/或城市市政固废进行分类,分为有机固废、含铁高锌固废、含铁高盐固废;
(2)固废预处理:
a)将有机固废进行焚烧工序得到焚烧渣,和/或,将有机固废进行热解工序得到热解渣;
b)将含铁高锌固废经过还原脱锌工序,得到还原渣和含锌副产品;
c)将含铁高盐固废进行水洗提盐工序,得到含盐水和滤渣;
(3)协同处置:将步骤(2)得到的焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣,连同烧结原料和/或球团原料混合,然后将混合后的混合料输送至烧结工序和/或球团工序;
其中,控制混合后的混合料中的铁的质量含量高于P0%;P0为55,优选P0为57,更优选P0为60。
2.根据权利要求1所述的固废、烧结、球团协同处置工艺,其特征在于:混合后的混合料中焚烧渣、热解渣、还原渣、滤渣的总质量含量低于M%,该总质量含量基于混合后的混合料的总质量;M为5,优选M为3,更优选M为2。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的固废、烧结、球团协同处置工艺,其特征在于:所述钢铁企业固废和/或城市市政固废为含有有机碳(可燃烧的碳)的固废和/或含铁的固废;步骤(1)所述固废分类具体为:对固废进行成分检测,检测包括工业分析、元素分析、热值分析;其中:工业分析包括干基挥发分含量检测、水分含量检测、灰分含量检测;所述元素分析包括铁含量检测、锌含量检测、氯含量检测;所述热值分析为对固废的燃烧热值进行检测;依据成分检测的结果,固废分类的顺序为:
(101)将含有有机碳的固废分为有机固废;
(102)将含有锌的固废分为含铁高锌固废;
(103)将含有氯的固废分为含铁高盐固废。
6.根据权利要求5所述的固废、烧结、球团协同处置工艺,其特征在于:根据有机固废中干基挥发分的含量,将有机固废分为高挥发分有机固废和低挥发分有机固废;作为优选,有机固废中干基挥发分的质量百分数含量大于等于H0%的有机固废为高挥发分有机固废,有机固废中干基挥发分的质量百分数含量小于H0%的有机固废为低挥发分有机固废;和/或
所述含铁高锌固废中锌的质量百分数含量高于Z0%;和/或
所述含铁高盐固废中氯的质量百分数含量高于C0%;
其中:H0为6-12,优选为7-10;Z0为1-6,优选为2-4;C0为0.5-5,优选为1-3。
7.根据权利要求6所述的固废处置工艺,其特征在于:
(a1)将高挥发分有机固废经过氧化焚烧工序,得到焚烧渣和高温烟气;焚烧渣与烧结原料和/或球团原料混合,进入烧结和/或球团工序;
(a2)将低挥发分有机固废经过氧化焚烧工序,得到焚烧渣和高温烟气;焚烧渣与烧结原料和/或球团原料混合,进入烧结和/或球团工序;或者,将低挥发分有机固废直接作为焚烧渣与烧结原料和/或球团原料混合。
8.根据权利要求7所述的固废处置工艺,其特征在于:控制氧化焚烧工序的焚烧程度为γ1,使得:所述高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废经过氧化焚烧工序后,焚烧渣中的干基挥发分的质量百分数含量小于5%,优选为小于4%;或者
所述氧化焚烧为可控焚烧;所述可控焚烧为控制氧化焚烧工序的工艺条件,从而控制氧化焚烧的焚烧程度;作为优选,通过控制高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废在氧化焚烧工序中的输氧量、焚烧时间、焚烧温度,控制氧化焚烧工序的焚烧程度为γ2;γ2为使得高温烟气中可燃物充分烧净的焚烧程度的值,γ2∈[0,1];γ2为0,表示高温烟气中的可燃物为最大值,为最小焚烧程度;γ2为1,表示高温烟气中的可燃物为最小值,为最大焚烧程度。
9.根据权利要求8所述的固废处置工艺,其特征在于:该工艺还包括:比较γ1和γ2的大小,得出γ=MAX(γ1,γ2),式中,MAX函数为取大值函数;控制氧化焚烧工序的实际焚烧程度为γ。
10.根据权利要求6所述的固废处置工艺,其特征在于:
(b1)将高挥发分有机固废经过热解工序,得到热解渣和热解气;热解渣与烧结原料和/或球团原料混合,进入烧结和/或球团工序;热解气输送至烧结机,通过喷吹的方式喷在烧结机内烧结混合料的料面,用作烧结燃料;或者,将热解气输送至球团工序中,用作球团氧化焙烧的燃料;
(b2)将低挥发分有机固废经过热解工序,得到热解渣和热解气;热解渣与烧结原料和/或球团原料混合,进入烧结和/或球团工序;热解气输送至烧结机,通过喷吹的方式喷在烧结机内烧结混合料的料面,用作烧结燃料;或者,将热解气输送至球团工序中,用作球团氧化焙烧的燃料。
11.根据权利要求10所述的固废处置工艺,其特征在于:控制热解焚烧工序的热解程度为使得:所述高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废经过热解工序后,热解渣中的干基挥发分的质量百分数含量小于5%,优选为小于4%;或者
13.根据权利要求1-12中任一项所述的固废处置工艺,其特征在于:将有机固废、含铁高锌固废混合得到混合固废,将混合固废经过还原回转窑处理;在此过程中,利用有机固废中的能量还原含锌固废中的锌,同时有机固废得到热解,减少有机固废中的挥发分。
14.根据权利要求13所述的固废处置工艺,其特征在于:混合固废经过还原回转窑处理,得到热解渣和还原气;其中:热解渣与烧结原料和/或球团原料混合,进入烧结和/或球团工序;还原气经过除锌后输送至烧结机,通过喷吹的方式喷在烧结机内烧结混合料的料面,用作烧结燃料;或者,将还原气经过除锌后输送至球团工序中,用作球团氧化焙烧的燃料。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的固废、烧结、球团协同处置工艺,其特征在于:所述焚烧工序和/或热解工序通过回转窑进行;该回转窑包括窑头(1)、窑身(2)以及窑尾(3)和轴式进风管道(4);所述窑头(1)上设置有物料入口通道(101)和窑头进风通道(102);所述窑身(2)包括炉衬(201)和炉膛(202);所述窑尾(3)上设置有排料口(301);所述轴式进风管道(4)贯穿窑头(1)或窑尾(3)后伸入至炉膛(202)内;所述轴式进风管道(4)的出风口位于炉膛(202)内;该回转窑的炉膛(202)沿轴线方向分为n段腔室;所述轴式进风管道(4)在每一段炉膛(202)的腔室内均设有出风孔,其中:n为2-10,优选为3-8。
16.根据权利要求15所述的固废、烧结、球团协同处置工艺,其特征在于:该回转窑还设有n根所述轴式进风管道(4),每一根轴式进风管道(4)均对应一段炉膛(202)的腔室;即每一段炉膛(202)的腔室内均对应有一根独立的轴式进风管道(4),该轴式进风管道(4)的出风口位于该段炉膛(202)的腔室内;每一根所述轴式进风管道(4)对应的炉膛(202)的腔室内,所述轴式进风管道(4)位于该段炉膛(202)的腔室内的该部分的管壁上设有出风孔(401);所述轴式进风管道(4)的进风口位于窑头(1)或窑尾(3)的外侧,每一根所述轴式进风管道(4)上均独立设有风量调节阀(402)。
17.根据权利要求16所述的固废、烧结、球团协同处置工艺,其特征在于:每一根所述轴式进风管道靠近进风口的一端设有风量调节阀(402);所述轴式进风管道(4)的内壁设置有高度不同的径向螺纹和/或轴向螺纹;该回转窑包括有多个所述温度检测探头(203);多个温度检测探头(203)均匀地分布设置在炉膛(202)内。
18.根据权利要求17所述的固废、烧结、球团协同处置工艺,其特征在于:有机固废进行焚烧工序或热解工序,具体为:
c1)根据物料的走向,有机固废经由物料入口通道(101)投放至炉膛(202)内进行热解和/或焚烧处理;同时助燃空气经由窑头进风通道(102)进入炉膛(202)内为有机固废的热解和/或焚烧提供氧气;完成热解和/或焚烧后的物料残渣和烟气经由排料口(301)排出;
c2)有机固废在炉膛(202)内热解和/或焚烧时,通过实时检测炉膛(202)内温度的变化情况,同时控制经由轴式进风管道(4)向炉膛(202)内补充助燃气体的量,从而实现控制氧化焚烧工序的焚烧程度或者控制热解工序的实际热解率;
c3)在回转窑旋转预处理物料的过程中,通过实时检测炉膛(202)内不同热解和/或焚烧区域温度的变化情况,轴式进风管道(4)对炉膛(202)内的不同热解和/或焚烧区域进行补风。
19.根据权利要求18所述的固废、烧结、球团协同处置工艺,其特征在于:步骤c2)具体为:
c201)通过多个所述温度检测探头(203)实时监测炉膛(202)内不同热解和/或焚烧区域的焚烧温度为Ti,℃;i为1、2、3、……、x中的任一整数;x为温度检测探头(203)的总个数;炉膛(202)内热解和/或焚烧的平均温度记为Tp,℃;则:
Tp=(T1+T2+T3+...+Tx)/x...式III;
ST=[(T1-Tp)2+(T2-Tp)2+(T3-Tp)2+...(Tx-Tp)2]/x...式IV;
式IV中,ST为热解和/或焚烧温度的方差;
c202)根据焚烧程度或热解率的需要,设定炉膛(202)内热解和/或焚烧的理想温度为Ta,℃,理想温度波动温值为C;则:
当Tp<(Ta-C)时,通过物料入口通道(101)增加炉膛(202)内的有机固废投放量或在物料投放量不变的前提下投入热值更大的有机固废,使得Tp=(Ta±C);
当Tp>(Ta+C)时,通过物料入口通道(101)降低炉膛(202)内的有机固废投放量或在物料投放量不变的前提下投入热值更小的有机固废,使得Tp=(Ta±C);
当Tp=(Ta±C)时,进行步骤c203):
c203)设定系统理想温度方差为STa,则:
当ST≤STa时,系统维持当前状态继续运行;
当ST>STa时,则依次进行如下计算:
Ty=丨Ti-Tp丨...式V;
式V中,Ty为各个温度检测点的温度与平均温度差的绝对值;
取Ty最大时所相对应的温度值Ti,进行判定:
c203a)当Ti>Tp时,降低该处对应的轴式进风管道(4)的进风量直至该温度点的Ti=(Ta±C);
c203b)当Ti<Tp时,增加该处对应的轴式进风管道(4)的进风量直至该温度点的Ti=(Ta±C);
根据c203a)或c203b)完成调节后,则返回步骤c201),继续监测。
20.根据权利要求19所述的固废、烧结、球团协同处置工艺,其特征在于:在步骤c202)中,当Tp<(Ta-C)时,通过物料入口通道(101)增加炉膛(202)内的有机固废投放量或在有机固废投放量不变的前提下投入热值更大的有机固废为分步进行;当Tp>(Ta+C)时,通过物料入口通道(101)降低炉膛(202)内的有机固废投放量为或在有机固废投放量不变的前提下投入热值更小的有机固废为分步进行;
其中,每步增加或降低的有机固废的调整量为k%,基于单次有机固废投放总质量的百分比;所述k的取值为1-15,优选为2-12,更优选为3-9;或
每步投入热值更大或更小的有机固废的热值调整量为g%,基于单次有机固废投放总热值的百分比;所述g的取值为1-15,优选为2-12,更优选为3-9;和/或
在步骤c203)中,当ST>STa时,通过轴式进风管道(4)降低或增加的进风量为分步进行,每步降低或增加的进风调整量为f%,基于总进风量的百分比;所述f的取值为1-10,优选为2-8,更优选为3-5。
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