CN113172072B - 一种以烧结和球团工序为中心的固废处置工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种以烧结和球团工序为中心的固废处置工艺，通过将多源固废经过分类及各自的预处理后，将预处理产生的预处理渣进入到烧结和球团工序进行终端的处置；同时预处理过程中产生的废气也可以汇入到烧结烟气中进行协同净化，进一步的预处理产生的废水也与烧结和球团工序废水进行统一的废水提盐资源化处理，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。
Description
技术领域
本发明涉及固废处理工艺，具体涉及一种以烧结和球团工序为中心的固废处置工艺；属于有机固废协同烧结、球团处理技术领域。
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。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。烧结球团工序引入废弃物，若引起烟气污染物浓度波动，现有烧结净化系统有能力消化。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，对烧结工序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，烧结工序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；而且，现有工艺中直接将固废掺杂到烧结工序，或者经过简单预处理掺杂到烧结工序，并没有将固废和烧结有机的结合，导致了现有工艺中的固废处理对烧结本身产生影响，影响烧结矿的品质。此外，在现有技术中，对固废的焚烧和热解工序没有具体研究，导致资源利用不合理。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种构建以烧结和球团工序为中心的固废处置工艺，通过将多源固废经过分类及根据固废本身特点选择合适的预处理后，将预处理产生的预处理渣进入到烧结和球团工序进行终端的处置；同时预处理过程中产生的废气也可以汇入到烧结烟气中进行协同净化，进一步的预处理产生的废水也进行统一的废水提盐资源化处理，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。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案具体如下：
一种以烧结和球团工序为中心的固废处置工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)固废分类：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、含铁低盐低锌固废、含铁高盐固废。
(2)固废预处理：步骤(1)对固废分类后，对每一类固废分别进行预处理，得到预处理渣、预处理废水、预处理废气、副产品。
(3)协同处置：将步骤(2)得到的预处理渣与烧结原料和/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。将预处理废气与烧结工序和/或球团工序产生的废气一并处理。将预处理废水与烧结工序和/或球团工序产生的废水一并处理。
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：
(a1)将含有有机碳的固废分为有机固废。
(a2)将含有锌的固废分为含铁高锌固废。
(a3)将含有氯的固废分为含铁高盐固废。
(a4)剩余的为含铁低盐低锌固废。
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。
在本发明的一种实施方案中，步骤(2)所述固废预处理具体包括：
(b1)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。
(b2)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/或将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。
在本发明的另一种实施方案中，步骤(2)所述固废预处理具体为：
(c1)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。
(c2)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。
(c3)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。
(c4)将含铁高盐固废经过水洗除盐、分离工序，得到含盐废水和分离滤渣。
(c5)将含铁低盐低锌固废直接与烧结原料和/或球团原料混合。
作为优选，控制热解焚烧工序的热解率为
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％。
作为优选，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
的热量被分配到热解气中，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％。
作为优选，该工艺还包括：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
作为优选，控制热解工序的工艺条件，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。
其中，
其中：t为高挥发分有机固废和/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和/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和/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和/或低挥发分有机固废充分燃烧所需的空气量。
作为优选，
其中：Q热解释放为高挥发分有机固废和/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和/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。
作为优选，Q总＝k1·m·q。其中：k1为高挥发分有机固废和/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和/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。
作为优选，
其中：A为修正系数。t为高挥发分有机固废和/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和/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和/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和/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。
经换算：
即，根据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，通过控制热解工序中的高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的热解时间t、高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的热解温度T和热解工序的空气通入量n2，精准控制高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废通过热解工序，使高挥发分有机固废和/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。
在任一种上述的实施方案中，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，利用有机固废中的部分能量还原含铁高锌固废中的锌，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。或者，还原气经过除锌后进行余热利用。
在现有技术中，固废处置流程往往不完善、不闭环；有机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，仍然有二次污染的风险。而在烧结协同处置固废方面，往往仅仅涉及单一的固废与烧结进行协同处置，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。
在本发明中，首先，针对钢铁企业固废和/或城市市政固废的多源化、复杂成分的特性，结合烧结和球团工序的处置及容纳并消化固废的特点，将多源化、复杂成分的固废进行分类(例如分为有机固废、含铁高锌固废、含铁低盐低锌固废、含铁高盐固废)。通过将分类后的固废分别进行预处理后，并将预处理产生的预处理渣进入到烧结和球团工序进行终端的处置(例如将得到的预处理渣与烧结原料和/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)；同时预处理过程中产生的废气也可以汇入到烧结烟气和/或球团废气中进行协同净化；进一步的预处理产生的废水也可以与烧结工序和/或球团工序产生的废水一并进行统一的废水提盐资源化处理，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。
在本发明中，钢铁企业固废和/或城市市政固废一般为含有有机碳(可燃烧的碳)的固废和/或含铁的固废。按照固废的成分的差异将这些固废按序进行划分：将含有有机碳的固废分为有机固废，将含有锌的固废分为含铁高锌固废，将含有氯的固废分为含铁高盐固废，剩余的为含铁低盐低锌固废。固废分类的具体流程为：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。通过成分检测的结果，将固废按序分类，然后根据固废所含主要成分的不同，将不同的固废采取相应的预处理，进而得到预处理废渣、预处理废水、预处理废气；最后分别将这些废渣、废水、废气分别进入到烧结和/或球团工序的不同工段中，以最大化的对这些废渣、废水、废气进行容纳消化，并且不会影响到原本烧结和/或球团工序的正常运行及产品质量，甚至还能够起到良好的辅助促进作用(例如含碳量高的渣相参与烧结混料，降低了原本烧结料的内配煤量，又或者将还原性气相(主要含CO、甲烷等)作为烧结和/或球团的燃料进行利用等)，实现变废为宝的技术效果。
进一步地，在本发明中，根据有机固废中干基挥发分的含量，又可以将有机固废分为高挥发分有机固废和低挥发分有机固废。分类依据为：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。其中H0取值为6-12，优选为7-10。一般的，有机固废的成分还是较为复杂，通过实验发现，根据烧结和/或球团工序的特点，将有机固废按照挥发分的高低进行分类和处理。一方面，可以提高预处理效率，即针对不同挥发分含量采取相应的预处理方式，以实现资源的富集和再利用。另一方面，可以更好的使得预处理后的产物(例如预处理渣参与烧结和造球，还原性气相作为烧结和/或球团用燃料)能够更好的配比到烧结和/或球团工序中去，以最大化的避免有机固废预处理后的二次污染。
同理，在本发明中，将固废中锌的质量百分数含量高于Z0％的固废划为含铁高锌固废，其中Z0取值为1-6，优选为2-4。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。还原渣与烧结原料和/或球团原料进行混合。将固废中氯的质量百分数含量高于C0％的固废划为含铁高盐固废，其中C0取值为0.5-5，优选为1-3。将含铁高盐固废经过水洗除盐、分离工序，得到含盐废水和分离滤渣。废水与烧结工序和/或球团工序产生的废水进行统一的废水提盐资源化处理，分离滤渣同样与烧结原料和/或球团原料进行混合。而对于含铁低盐低锌固废，则将其直接与烧结原料和/或球团原料混合。
在本发明中，由于有机固废中含有较多的挥发成分(例如当有机固废为生物质、塑料材质等，其挥发分含量较高，通常高于50％)，因此不能直接作为辅料添加到烧结原料和/或球团原料的混合料中去，因此，通过采用氧化焚烧的方式对有机固废进行预处理，获得的焚烧渣作为辅料添加到烧结原料和/或球团原料进行混合，而焚烧烟气通过余热利用后则与烧结工序和或球团工序的产生的烟气进行混合集中处理。其中将高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废均经过氧化焚烧工序，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，对于低挥发分的有机固废，还可直接将低挥发分有机固废与烧结原料和/或球团原料混合。这样可以极大的提高焚烧处理的效率，降低了焚烧处理的压力。
在本发明中，所述氧化焚烧可分为基于干基挥发分的氧化焚烧和可控氧化焚烧。当采用的是基于干基挥发分的氧化焚烧时，需使得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％)。以确保焚烧渣作为辅料添加到烧结原料和/或球团原料的混合料中去后不会影响烧结和/或球团的产品品质。此状态下的焚烧程度记为γ1。而当采用的是可控氧化焚烧时，同样为使得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％)，只是其是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、焚烧温度等，进而控制氧化焚烧工序的焚烧程度为γ2。进一步地，还通过比较γ1和γ2的大小，并取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。即使得采用氧化焚烧处理有机固废时，焚烧渣始终满足可以直接参与烧结原料和/或球团原料的配料，而不会影响最终的烧结和/或球团的产品质量。
在本发明中，有机固废的预处理还可采用热解的方式进行预处理。通过对高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废均采用热解的方式进行减量碳化和热质分配，获得热解渣和热解气。将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。而将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。由于有机固废中含有大量挥发分有机质，通过热解的方式，能够最大程度的将这些热解质进行气化，获得可以再利用的热解气，热解气可输送到烧结工序和/或球团工序中进行再利用；高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废同时处理，减量化效果好，并使得热解气的热值更高，更有利于参与到烧结工序和/或球团工序。同时，残留的热解渣可直接参与烧结原料和/或球团原料的配料，也不会影响最终的烧结和/或球团的产品质量。
在本发明中，有机固废的预处理热解可分为基于干基挥发分的热解和可控热解。当采用的是基于干基挥发分的热解时，需使得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％)。以确保焚烧渣作为辅料添加到烧结原料和/或球团原料的混合料中去后不会影响烧结和/或球团的产品品质。此状态下的热解炉记为
而当采用的是可控热解时，为使得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
的热量被分配到热解气中，剩余的热量留存在热解渣中。
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％。进一步地，还通过比较
和
的大小，并取
式中，MAX函数为取大值函数。控制热解工序的实际热解率为
即使得采用氧化焚烧处理有机固废时，焚烧渣始终满足可以直接参与烧结原料和/或球团原料的配料，而不会影响最终的烧结和/或球团的产品质量，同时热解气也能够满足作为烧结工序和/或球团工序的燃料使用。进而使得使烧结工序或球团工序的节碳量最大。
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7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，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空气输入量等综合相关，即用函数关系可表示为：
其中：t为高挥发分有机固废和/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和/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和/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和/或将低挥发分有机固废充分燃烧的所需的空气量。
进一步地，由于
其中：Q热解释放为高挥发分有机固废和/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和/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和/或低挥发分有机固废的加入量(质量)、高挥发分有机固废和/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和/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和/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和/或低挥发分有机固废的热解时间、高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的粒径、热解时的空气通入量、高挥发分有机固废和/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和/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和/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和/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和/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和/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和热解工序的空气通入量n2，精准控制高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废通过热解工序，使高挥发分有机固废和/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，还将有机固废、含铁高锌固废混合进行协同处理。即将含有机固废、含铁高锌固废的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铁高锌固废中的锌，同时有机固废得到热解，减少有机固废中的挥发分。进一步地，混合固废经过还原回转窑处理后，得到热解渣和还原气(含CO、甲烷等)。热解渣可直接参与烧结原料和/或球团原料混合，进入烧结工序和/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。
在本发明中，固废包括钢铁企业固废和城市市政固废。首先，根据固废自身的特点对固废进行分类；然后，根据固废的成分特点以及烧结、球团工序对原料的需求，采用相应的预处理；再将预处理后的渣、废水、废气，结合烧结工序、球团工序的特点，进行相应的协同处理，从而达到固废再利用、并且无害化处理的目的和效果。
针对烧结工序的要求，作为原料的固废预处理渣中的挥发分含量有要求，挥发分过高，导致烧结速度过快，影响烧结原料熔融结块；过多热量被挥发分带走而导致烧结原料中热量不足；同时挥发分进入烧结烟气中，在后续的烟气净化过程中针对挥发分的处理极其困难，导致排放不达标。因此，输送至烧结工序的原料，对原料中的挥发分有严格的上限要求。在本发明中，根据有机固废中干基挥发分的含量多少，将有机固废分为高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废。针对不同挥发分含量的有机固废进行不同的预处理，同时，通过控制预处理的工艺条件，从而达到控制进入烧结工序的原料中挥发分的目的，进而保证烧结工序得到产品的品质，以及排放烟气的要求。
在烧结工序和球团工序中，锌对烧结矿和球团矿影响较大，高含锌的固废直接配入烧结或球团工序将使锌不断循环富集，导致高炉锌负荷超标，对生产顺行和安全长寿造成危害。在本发明中，将锌含量高的固废进行单独分类，将含锌固废进行有针对性的预处理，降低或者除去固废中的锌含量，从而保证进入烧结工序和球团工序的原料中的锌含量，进而保证烧结矿和球团矿的品质。
在烧结工序和球团工序中，氯对烧结矿和球团矿影响较大，固废中大量氯元素的存在会增加烟气中二噁英和HCl的生成，增加烟气净化的成本，同时容易导致设备腐蚀，缩短设备寿命。在本发明中，将氯含量高的固废进行单独分类，将含氯固废进行有针对性的预处理，降低或者除去固废中的氯含量，从而保证进入烧结工序和球团工序的原料中的氯含量，进而保证烧结矿和球团矿的品质。
在本发明中，可以通过焚烧或热解处理有机固废(高挥发分有机固废和/或将低挥发分有机固废)中的挥发分，通过控制焚烧的焚烧程度，达到控制焚烧渣中的干基挥发分的含量；或控制热解的热解程度，达到控制热解渣中的干基挥发分的含量。
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和/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和热解工序的空气通入量n2，即可精准控制高挥发分有机固废和/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和/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：本发明提出了构建以烧结工序和/或球团工序为中心的钢铁固废处置工艺，将钢铁厂产生的多源固废进行分类并采用不同的预处理方式后，最后进入烧结工序和/或球团工序进行终端的处置，将预处理产生的预处理渣进入到烧结和球团工序进行终端的处置；同时预处理过程中产生的废气也可以汇入到烧结烟气中进行协同净化，进一步的预处理产生的废水也进行统一的废水提盐资源化处理，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。
2：本发明还将有机固废和含铁高锌固废混合进行协同处理，利用有机固废中的能量还原含铁高锌固废中的锌，同时有机固废得到热解，减少有机固废中的挥发分。进一步地，混合固废经过还原回转窑处理后，得到热解渣和还原气(含CO、甲烷等)。热解渣和还原气最后又返回到烧结工序和/或球团工序中，起到烧结工序和/或球团工序减碳的效果，以及有机固废和含铁高锌固废协同处理的资源化利用。
附图说明
图1为本发明的以烧结和球团工序为中心的固废处置工艺流程图。
图2为本发明固废分类流程图。
图3为本发明固废分类标准及分类预处理流程图。
图4为本发明高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废氧化焚烧处理流程图。
图5为本发明高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废热解处理流程图。
图6为本发明有机固废和含铁高锌固废协同处理流程图。
图7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。
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
一种以烧结和球团工序为中心的固废处置工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)固废分类：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、含铁低盐低锌固废、含铁高盐固废。
(2)固废预处理：步骤(1)对固废分类后，对每一类固废分别进行预处理，得到预处理渣、预处理废水、预处理废气、副产品。
(3)协同处置：将步骤(2)得到的预处理渣与烧结原料和球团原料混合，然后将混合后的混合料输送至烧结工序和球团工序。将预处理废气与烧结工序和球团工序产生的废气一并处理。将预处理废水与烧结工序和球团工序产生的废水一并处理。
实施例2
重复实施例1，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：
(a1)将含有有机碳的固废分为有机固废。
(a2)将含有锌的固废分为含铁高锌固废。
(a3)将含有氯的固废分为含铁高盐固废。
(a4)剩余的为含铁低盐低锌固废。
实施例3
重复实施例2，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6。Z0为2。C0为0.8。
实施例4
重复实施例2，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9。Z0为3。C0为1.2。
实施例5
重复实施例3，步骤(2)所述固废预处理包括：
(b1)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。
(b2)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6
重复实施例4，只是步骤(2)所述固废预处理包括：
(b1)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。
(b2)将低挥发分有机固废直接与烧结原料和球团原料混合。
实施例7
重复实施例5，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将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8
重复实施例6，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将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4％。
实施例9
重复实施例7，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，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。
实施例10
重复实施例9，只是比较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11
重复实施例3，只是步骤(2)所述固废预处理具体为：
(c1)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。
(c2)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。
(c3)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。
(c4)将含铁高盐固废经过水洗除盐、分离工序，得到含盐废水和分离滤渣。
(c5)将含铁低盐低锌固废直接与烧结原料和球团原料混合。
实施例12
重复实施例4，只是步骤(2)所述固废预处理具体为：
(c1)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。将热解气输送至球团工序中，用作球团氧化焙烧的燃料。
(c2)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。
(c3)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。
(c4)将含铁高盐固废经过水洗除盐、分离工序，得到含盐废水和分离滤渣。
(c5)将含铁低盐低锌固废直接与烧结原料和球团原料混合。
实施例13
重复实施例11，只是控制热解焚烧工序的热解率为
使得：所述高挥发分有机固废和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％。
实施例14
重复实施例12，只是控制热解焚烧工序的热解率为
使得：所述高挥发分有机固废和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4％。
实施例15
重复实施例13，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
的热量被分配到热解气中，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，使烧结工序的节碳量最大时的热量分配比，
为80％。
实施例16
重复实施例15，只是
为85％。
实施例17
重复实施例14，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
的热量被分配到热解气中，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球团工序，使球团工序的节碳量最大时的热量分配比，
为82％。
实施例18
重复实施例17，只是
为90％。
实施例19
重复实施例15，只是比较
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
实施例20
重复实施例18，只是比较
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
实施例21
重复实施例16，只是控制热解工序的工艺条件，使得高挥发分有机固废和低挥发分有机固废在热解过程中，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
的热量进入到热解气中。
实施例22
重复实施例17，只是控制热解工序的工艺条件，使得高挥发分有机固废和低挥发分有机固废在热解过程中，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
的热量进入到热解气中。
实施例23
重复实施例22，只是
其中：t为高挥发分有机固废和/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和/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和/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和/或将低挥发分有机固废充分燃烧所需的空气量。
实施例24
重复实施例23，只是
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将低挥发分有机固废充分燃烧所放出的热量。
实施例25
重复实施例24，只是Q总＝k1·m·q。其中：k1为高挥发分有机固废和/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和/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。
实施例26
重复实施例25，只是
其中：A为修正系数，取值为0.8。t为高挥发分有机固废和/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和/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和/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和/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-0.08。b为氧量修正系数，取值为0.4。
实施例27
重复实施例26，只是a取值为-0.1。b取值为0.6。
实施例28
重复实施例26，只是
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高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的热解时间t、高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的热解温度T和热解工序的空气通入量n2，精准控制高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废通过热解工序，使高挥发分有机固废和/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。
实施例29
重复实施例27，只是
即，根据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，通过控制热解工序中的高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的热解时间t、高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的热解温度T和热解工序的空气通入量n2，精准控制高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废通过热解工序，使高挥发分有机固废和/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。
实施例30
重复实施例29，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铁高锌固废中的锌，同时有机固废得到热解，减少有机固废中的挥发分。
实施例31
重复实施例30，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32
重复实施例30，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。
应用实施例1
一种以烧结和球团工序为中心的固废处置工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)将含有有机碳的固废分为有机固废，并且将有机固废中干基挥发分的质量百分数含量大于等于8％的有机固废为高挥发分有机固废；将有机固废中干基挥发分的质量百分数含量小于8％的有机固废为低挥发分有机固废。含铁高锌固废中锌的质量百分数含量高于2.5％。含铁高盐固废中氯的质量百分数含量高于1.5％。剩余固废为含铁低盐低锌固废。
(2)所述高挥发分有机固废为焦油渣，干基挥发分40％；所述低挥发分有机固废为废活性炭粉，干基挥发分5％；将焦油渣和废活性炭粉均经过氧化焚烧工序。
基于干基挥发分的氧化焚烧时，通过计算，控制焦油渣氧化焚烧工序的焚烧程度γ1高为0.6，控制废活性炭粉氧化焚烧工序的焚烧程度γ1低为0.9，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4％。
氧化焚烧为可控焚烧时：通过计算，控制焦油渣氧化焚烧工序的焚烧程度γ2高为0.8，控制废活性炭粉氧化焚烧工序的焚烧程度γ2低为0.7，使得高温烟气中可燃物充分烧净。γ高＝MAX(γ1高，γ2高)，式中，MAX函数为取大值函数。即控制焦油渣氧化焚烧工序的实际焚烧程度γ高为0.8。γ低＝MAX(γ1低，γ2低)，式中，MAX函数为取大值函数。控制废活性炭粉氧化焚烧工序的实际焚烧程度γ低为0.9。
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。
将含铁高盐固废经过水洗除盐、分离工序，得到含盐废水和分离滤渣。
将含铁低盐低锌固废直接与烧结原料混合。
(3)协将步骤(2)得到的预处理渣与烧结原料混合，然后将混合后的混合料输送至烧结工序。将预处理废气与烧结工序产生的废气一并处理。将预处理废水与烧结工序产生的废水一并处理。
应用实施例2
一种以烧结和球团工序为中心的固废处置工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)将含有有机碳的固废分为有机固废，并且将有机固废中干基挥发分的质量百分数含量大于等于8％的有机固废为高挥发分有机固废；将有机固废中干基挥发分的质量百分数含量小于8％的有机固废为低挥发分有机固废。含铁高锌固废中锌的质量百分数含量高于2.5％。含铁高盐固废中氯的质量百分数含量高于1.5％。剩余固废为含铁低盐低锌固废。
(2)所述高挥发分有机固废为焦油渣，干基挥发分40％；将焦油渣经过热解工序：基于干基挥发分的热解时，热解率为
使得：所述高挥发分有机固废和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％。热解为可控热解时：热解率为
使得热解渣和热解气同时进入烧结利用时使烧结节能效果达到最优时的值。
式中，MAX函数为取大值函数。控制热解工序的实际热解率为
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。
将含铁高盐固废经过水洗除盐、分离工序，得到含盐废水和分离滤渣。
将含铁低盐低锌固废直接与球团原料混合。
(3)协将步骤(2)得到的预处理渣与球团原料混合，然后将混合后的混合料输送至球团工序。将预处理废气与球团工序产生的废气一并处理。将预处理废水与球团工序产生的废水一并处理。
其中，热解时间t＝0.35h。热解温度T＝612℃。进入热解工序的高挥发分有机固废和低挥发分有机固废的平均粒径D＝5mm。热解工序中的输氧量n2＝1.95m3(每公斤焦油渣)。进入热解工序中高挥发分有机固废和将低挥发分有机固废充分燃烧的需氧量nmax＝3.38m3(每公斤焦油渣)。高挥发分有机固废的燃烧效率系数k1取值为0.85。进入热解工序中高挥发分有机固废的质量m＝500kg/h。高挥发分有机固废和低挥发分有机固废的平均热值q＝21453J/kg。粒径修正系数a取值为-0.08。则氧量修正系数b取值为0.5。修正系数A取1.10。。则
Q总＝k1·m·q＝9.11GJ/h；
由于：
则经换算得：
由于
故
将高挥发分有机固废和将低挥发分有机固废均经过热解工序使得实际热解率
应用实施例3
一种以烧结和球团工序为中心的固废处置工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)将含有有机碳的固废分为有机固废，并且将有机固废中干基挥发分的质量百分数含量大于等于8％的有机固废为高挥发分有机固废；将有机固废中干基挥发分的质量百分数含量小于7％的有机固废为低挥发分有机固废。含铁高锌固废中锌的质量百分数含量高于2.8％。含铁高盐固废中氯的质量百分数含量高于1.3％。剩余固废为含铁低盐低锌固废。
(2)所述低挥发分有机固废为废活性炭粉，干基挥发分5％；将废活性炭粉经过热解工序：基于干基挥发分的热解时，热解率为
使得：所述废活性炭粉经过热解工序后，热解渣中的干基挥发分的质量百分数含量小于4.5％。热解为可控热解时：热解率为
式中，MAX函数为取大值函数。控制热解工序的实际热解率为
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。
将含铁高盐固废经过水洗除盐、分离工序，得到含盐废水和分离滤渣。
将含铁低盐低锌固废直接与烧结原料混合。
(3)协将步骤(2)得到的预处理渣与烧结原料混合，然后将混合后的混合料输送至烧结工序。将预处理废气与烧结工序产生的废气一并处理。将预处理废水与烧结工序产生的废水一并处理。
其中，热解时间t＝0.55h。热解温度T＝588℃。进入热解工序的高挥发分有机固废和低挥发分有机固废的平均粒径D＝0.1mm。热解工序中的输氧量n2＝1.04m3(每千克活性炭粉)。进入热解工序中废活性炭粉充分燃烧的需氧量nmax＝3.54m3(每公斤活性炭粉)。废活性炭粉的燃烧效率系数k1取值为0.8。进入热解工序中废活性炭粉的质量m＝500kg/h。废活性炭粉的平均热值q＝18571J/kg。粒径修正系数a取值为-0.11。则氧量修正系数b取值为0.8。修正系数A取0.95。则
Q总＝k1·m·q＝6.50G/h；
由于：
则经换算得：
由于
故
将高挥发分有机固废和将低挥发分有机固废均经过热解工序使得实际热解率
采用应用实施例2和应用实施例3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 (14)
1.一种以烧结和球团工序为中心的固废处置工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)固废分类：将钢铁企业固废和/或城市市政固废进行分类，对固废进行成分检测，依据成分检测的结果，固废分类的顺序为：(a1)将含有有机碳的固废分为有机固废；(a2)将含有锌的固废分为含铁高锌固废；(a3)将含有氯的固废分为含铁高盐固废；(a4)剩余的为含铁低盐低锌固废；进一步地，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；
(2)固废预处理：步骤(1)对固废分类后，对每一类固废分别进行预处理，得到预处理渣、预处理废水、预处理废气、副产品；其中：
(b1)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；
(b2)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与烧结原料和/或球团原料混合；
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/或将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％；
(3)协同处置：将步骤(2)得到的预处理渣与烧结原料和/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；将预处理废气与烧结工序和/或球团工序产生的废气一并处理；将预处理废水与烧结工序和/或球团工序产生的废水一并处理。
2.根据权利要求1所述的固废处置工艺，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的固废和/或含铁的固废；步骤(1)所述检测包括工业分析、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。
3.根据权利要求1所述的固废处置工艺，其特征在于：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；Z0为1-6；C0为0.5-5。
4.根据权利要求3所述的固废处置工艺，其特征在于：H0为7-10；Z0为2-4；C0为1-3。
5.根据权利要求1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/或将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；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。
6.根据权利要求5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。
7.根据权利要求1所述的固废处置工艺，其特征在于：步骤(2)所述固废预处理具体为：
(c1)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；
(c2)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；
(c3)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；
(c4)将含铁高盐固废经过水洗除盐、分离工序，得到含盐废水和分离滤渣；
(c5)将含铁低盐低锌固废直接与烧结原料和/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：控制热解焚烧工序的热解率为
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％；或者
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
的热量被分配到热解气中，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％。
9.根据权利要求8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率为
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4％；或者
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
为70％-92％。
10.根据权利要求8或9所述的固废处置工艺，其特征在于：该工艺还包括：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
11.根据权利要求8或9所述的固废处置工艺，其特征在于：控制热解工序的工艺条件，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；其中：
12.根据权利要求11所述的固废处置工艺，其特征在于：
Q总＝k1·m·q；其中：k1为高挥发分有机固废和/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和/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；
经换算：
即，根据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，通过控制热解工序中的高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的热解时间t、高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废的热解温度T和热解工序的空气通入量n2，精准控制高挥发分有机固废和/或低挥发分有机固废通过热解工序，使高挥发分有机固废和/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。
13.根据权利要求1-9、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铁高锌固废中的锌，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。
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