CN113294790B - 一种危险废物玻璃化调控系统及方法 - Google Patents

一种危险废物玻璃化调控系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种危险废物玻璃化调控系统，包括液氮冷却子系统、烟气除尘子系统和能量回收子系统，液氮冷却子系统用于对危险废物熔融料的冷却；烟气除尘子系统用于对液氮冷却子系统中产生的尾气进行无害化处理；能量回收子系统用于对陶瓷膜过滤子系统中的热量进行回收再利用；本发明还提供了一种基于上述危险废物玻璃化调控系统的调控方法。通过本发明，实现危险废物熔融玻璃体的定向调控，提升危险废物熔融玻璃体的良品率，良品率可达100％；对危险废物熔融后的尾气过滤，实现尾气的无害化处理；实现了能量的回收利用，降低系统的耗能。

Description

一种危险废物玻璃化调控系统及方法
技术领域
本发明涉及危险废物熔融玻璃化技术领域，特别涉及一种危险废物玻璃化调控系统及方法。
背景技术
目前生活垃圾以及一些危险废物成为国家严格管控的有害废物，2019年全国城市生活垃圾清运量达到了24206.2万吨，生活垃圾处理处置问题备受关注。垃圾焚烧因具有减量化明显、占用土地资源少及可实现能源化的优势，逐渐成为我国生活垃圾等危险废物处置的主流方式之一，2019年因生活垃圾焚烧而产生的飞灰约365万吨。生活垃圾焚烧飞灰中含有苯并芘、苯并蒽、二噁英等有机污染物和Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Ni等重金属，是高度危险的固体废物。飞灰如果处置不当，会对环境造成严重毒害。因此生活垃圾焚烧飞灰处理处置问题备受关注，生活垃圾焚烧飞灰利用处置方式分为填埋和资源化两种方式。其中，安全填埋处置方式包括焚烧飞灰固化稳定化，但填埋会占据大量土地资源；资源化处理包括水泥窑协同处置和熔融玻璃化技术，熔融玻璃化技术是目前国内外一项比较先进的垃圾焚烧飞灰无害化资源化处理技术，相比于水泥窑协同处置因水泥建材老化而存在包含在水泥中的污染物具有生态风险劣势，熔融玻璃化技术有减量化、资源化和无害化优势，未来熔融玻璃化技术资源化处理生活垃圾焚烧飞灰将是发展的主流方向，但目前熔融玻璃化技术仍存在熔融产品质量不稳定、二次污染严重、能耗高等问题。
中国专利CN106196092B公开了垃圾焚烧炉飞灰高温熔融法处理的热能回收利用装置及方法，包括高温熔融炉、IHE、高温尾气散热器、熔渣冷却传送装置、烟气重金属脱除处理设备、垃圾焚烧锅炉、除尘器和烟囱，高温熔融炉的高温尾气经冷却后送入烟气重金属脱除处理设备处理，高温熔融炉中的熔渣经冷却后成玻璃体，随熔渣冷却传送装置的传送链条排出，高温尾气与熔渣中的热能均被回收入垃圾焚烧锅炉中利用。高温熔融法处理垃圾飞灰直接应用于垃圾焚烧锅炉，不仅大大降低了能耗成本，简化了尾气处理方式，也大大简化了系统，降低了一次投资成本，使得高温熔融法在垃圾焚烧锅炉上的应用不仅可实现飞灰的无害化处理，还具有良好的经济价值。
中国专利CN108043859A公开了一种生活垃圾焚烧飞灰无害化处理系统及方法，至少包括：飞灰预处理子系统，用于对生活垃圾焚烧所产生的飞灰进行多级水洗，获得飞灰滤渣；造粒子系统，用于将所述飞灰滤渣与配方添加材料进行混合，并进行造粒处理，形成飞灰颗粒；等离子体熔融处理子系统，用于对来自所述造粒子系统的飞灰颗粒进行等离子熔融处理，形成玻璃晶体并冷却；尾气处理子系统，用于对所述等离子体熔融处理子系统所产生的尾气进行无害化处理。能实现焚烧飞灰无害化、稳定化与资源化处置。
现有技术中，对危险废物熔融后的玻璃化产品中玻璃体质量的调控存在欠缺，亟需设计一种危险废物玻璃化调控系统，来解决了危险废物熔融玻璃化产品中玻璃体含量不稳定问题，同时解决熔融后尾气处理和系统高能耗的问题，可为开发低耗、清洁、稳定运行的危险废物玻璃化技术提供技术支撑。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种危险废物玻璃化调控系统及方法，可以实现危险废物熔融后玻璃化产品定向调控，减少二次污染，降低能耗。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种危险废物玻璃化调控系统，至少包括：液氮冷却子系统、烟气除尘子系统和能量回收子系统，其中：
所述液氮冷却子系统包括液氮冷却腔室、液氮冷却腔室外保温层和红外热成像测温装置，所述液氮冷却腔室设置熔融料进口、液氮进口、进气口、出气口和冷却物流水线，所述熔融料进口通过管路连接上游的熔融炉，所述液氮进口通过管路连接液氮储存室，所述进气口通过管路连接鼓风机，所述出气口通过管路连接烟气除尘子系统；所述冷却物流水线设置在所述液氮冷却腔室的底部，与所述熔融料进口连通；所述液氮腔室外保温层与液氮冷却腔室相连，为所述液氮冷却腔室减少与周边环境的热传导；所述红外热成像测温装置设置在液氮冷却腔室顶部，实时监测液氮冷却腔室及熔融物料的温度变化；
所述烟气除尘子系统用于对所述液氮冷却子系统中产生的高温尾气进行无害化处理；包括陶瓷膜过滤腔室、粉尘检测系统、气泵和布袋除尘器；所述陶瓷膜过滤腔室包括6组高温陶瓷过滤膜，通过管路连接液氮冷却反应腔室的出气口；液氮冷却反应腔室的高温尾气，经陶瓷膜过滤腔室过滤后，进入粉尘检测系统检测达标后排出；在陶瓷膜未过滤状态下，陶瓷膜过滤腔室的出气管连接气泵进行反冲洗，反冲洗后的料渣经布袋除尘器收集，收集后的粉尘重新进行熔融。
所述能量回收子系统包括换热室和预热腔室，换热室设置冷气进气管、换热器和热气出气管，换热器与陶瓷膜过滤子系统接触；预热腔室包括冷气出口和热气进口，预热腔室与高温熔融炉连接；所述冷气进气管连接预热腔室的冷气出口，所述热气出气管连接预热腔室的热气进口；通过换热室和预热腔室之间的气流循环，将烟气除尘子系统中的热量交换到预热腔室中对熔融原材料进行预热；所述换热室和预热腔室中均设置温度传感器、流量传感器和流速传感器。
进一步地，所述液氮冷却子系统还包括控温系统和液氮流量阀。
相应地，本发明还提供上述危险废物调控系统的调控方法，包括如下步骤：
S1、危险废物经过高温熔融炉熔融后，出料至液氮冷却子系统，液氮从液氮储存室中流入液氮冷却腔室中对熔融料进行快速冷却，通入液氮的重量(吨)为熔融物体积(立方米)的5-30倍，进入液氮冷却腔室中的熔融物体积由进料口自动测得；熔融料的温度由500℃-2000℃迅速冷却。液氮吸热气化为氮气，鼓风机提供气流增加液氮气化后的氮气的循环；熔融料冷却后形成玻璃体，玻璃体经冷却物流水线至液氮冷却子系统之外。
S2、液氮冷却子系统中产生的尾气经液氮冷却腔室的出气口导入陶瓷膜过滤腔室中，陶瓷膜过滤腔室对尾气进行过滤截留，过滤后的尾气进入粉尘检测系统经检测达标后排至空气中。
S3、液氮冷却系统中的尾气导入烟气除尘子系统中进行过滤的同时，换热器将尾气的热量交换到预热腔室内的气流中，预热腔室对熔融原材料进行预热。
S4、在陶瓷膜过滤腔室在未进行过滤的状态下，陶瓷膜过滤腔室的出气管连接气泵，依靠气泵输送的气流对陶瓷膜上过滤截留的粉尘进行反冲洗，反冲洗后的粉尘通过布袋除尘器进行收集。
本发明的有益效果为：
1.本发明通过设置液氮冷却子系统，使用液氮对熔融后的熔融料进行冷却，由于液氮的温度为-196℃，而现有技术中使用的冷却媒是水或者风，因此本发明相比于现有技术的冷却方式能够使熔融料得到更快的冷却；本发明将液氮的重量控制在熔融料体积的5-30倍，使熔融料尚未结晶时已被冷却，进而获得玻璃态物质。采用液氮冷却熔融料形成的玻璃态物质中玻璃体的含量大于99％，远远高于使用空气冷却、水淬和强制风冷形成的玻璃态物质中玻璃体的含量；现有技术中采用空气冷却、水淬和强制风冷冷却熔融料形成的玻璃态物质良品率一般只有60％，本发明采用液氮冷却熔融料形成的玻璃态物质良品率高达100％(玻璃态产品的玻璃体含量大于85％，制得的玻璃态产品即为合格)，因此本发明可实现危险废物熔融玻璃体的定向调控，提升危险废物熔融玻璃态产品的良品率。
2.本发明设置烟气除尘子系统，包括陶瓷膜过滤腔室、粉尘检测系统、气泵和布袋除尘器；所述陶瓷膜过滤腔室包括6组陶瓷过滤膜，陶瓷过滤膜具有耐高温耐腐蚀和微孔过滤截留功能，液氮冷却反应腔室的高温尾气，经陶瓷膜过滤腔室过滤后，进入粉尘检测系统检测达标后排出；在陶瓷膜未过滤状态下，陶瓷膜过滤腔室的出气管连接气泵进行反冲洗，反冲洗后的料渣经布袋除尘器收集，收集后的粉尘重新进行熔融；实现对危险废物熔融后的尾气过滤，实现尾气的无害化处理。
3.本发明设置能量回收子系统，包括换热室和预热腔室，换热器将液氮冷却子系统中的高温尾气的热量交换到预热腔室中，实现了能量的回收利用，降低系统的耗能。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚的描述，显然，所描述的实施例并不是本发明的全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明提供一种危险废物玻璃化调控系统，至少包括：液氮冷却子系统、烟气除尘子系统和能量回收子系统，其中：
所述液氮冷却子系统用于对上游熔融料进行冷却，获得玻璃化产品；包括液氮冷却腔室、液氮冷却腔室外保温层和红外热成像测温装置，液氮冷却腔室设置熔融料进口、液氮进口、进气口、出气口、冷却物流水线，所述熔融料进口通过管路连接上游的高温熔融炉，液氮进口通过管路连接液氮储存室，进气口通过管路连接鼓风机，出气口通过管路连接烟气除尘子系统；冷却物流水线设置在液氮冷却腔室下部，与熔融料进口连通；所述液氮冷却腔室顶部还设置红外热成像测温仪和压力传感器；所述液氮腔室外保温层与液氮冷却腔室相连，为所述液氮冷却腔室减少与周边环境的热传导；所述红外热成像测温装置设置在液氮冷却腔室顶部，实时监测液氮冷却腔室及熔融物料的温度变化。
进一步地，所述液氮冷却子系统还包括液氮流量阀和控温系统，用于液氮冷却速度的控制。
所述烟气除尘子系统用于对所述液氮冷却子系统中产生的高温尾气进行无害化处理；包括陶瓷膜过滤腔室、粉尘检测系统、气泵和布袋除尘器；所述高温陶瓷膜过滤腔室包括6组陶瓷过滤膜，通过管路连接液氮冷却反应腔室的出气口；液氮冷却反应腔室的高温尾气，经陶瓷膜过滤腔室过滤后，进入粉尘检测系统检测达标后排出；在陶瓷膜未过滤状态下，陶瓷膜过滤腔室的出气管连接气泵进行反冲洗，反冲洗后的料渣经布袋除尘器收集，收集后的粉尘重新进行熔融。
所述能量回收子系统包括换热室和预热腔室，换热室设置冷气进气管、换热器和热气出气管，换热器与烟气除尘子系统接触；预热腔室包括冷气出口和热气进口，预热腔室与高温熔融炉连接；所述冷气进气管连接预热腔室的冷气出口，所述热气出气管连接预热腔室的热气进口；通过换热室和预热腔室之间的气流循环，将高温烟气除尘子系统中的热量交换到预热腔室中对熔融原材料进行预热；所述换热室和预热腔室中均设置温度传感器、流量传感器和流速传感器。
相应地，本发明还提供上述危险废物调控系统的调控方法，包括如下步骤：
S1、危险废物经过高温熔融炉熔融后，出料至液氮冷却子系统，液氮从液氮储存室中流入液氮冷却腔室中对熔融料进行快速冷却，通入液氮的重量(吨)为熔融物体积(立方米)的5-30倍，进入液氮冷却腔室中的熔融物体积由进料口自动测得；冷却过程中液氮吸热气化为氮气，鼓风机提供气流增加液氮气化后的氮气的循环；熔融料冷却后形成玻璃体，玻璃体经冷却物流水线至液氮冷却子系统之外。
S2、液氮冷却子系统中产生的尾气经液氮冷却腔室的出气口导入陶瓷膜过滤腔室中，陶瓷膜过滤腔室对尾气进行过滤截留，截留粉尘，重金属等，陶瓷膜孔径选择100nm-100um，过滤后的尾气进入粉尘检测系统经检测达标后排至空气中；检测不达标的尾气重新进入烟气除尘子系统。
S3、液氮冷却系统中的尾气导入陶瓷膜过滤子系统中进行过滤的同时，换热器将尾气的热量交换到预热腔室内的气流中，预热腔室对熔融原材料进行预热。
S4、在陶瓷膜过滤腔室在未进行过滤的状态下，陶瓷膜过滤腔室的出气管连接气泵，气泵压力选择范围为0.6Mpa-160Mpa，依靠气泵输送的气流对陶瓷膜上过滤截留的粉尘进行反冲洗，反冲洗后的粉尘通过布袋除尘器进行收集。
实施例1
本实施例中熔融料温度为1500℃，所述陶瓷过滤膜孔径为1um，所述气泵压力值为50MPa；按照上述的一种危险废物玻璃化调控方法，液氮的使用量为熔融物体积的20倍，首先对熔融料进行快速冷却，将熔融料的温度在2分钟内降低至500℃，冷却速度为500℃/min，保证玻璃体的形成；然后停止液氮的供应，保温10分钟，再次进行通入液氮进行冷却，在5分钟内将熔融料温度降低至100℃，冷却速度控制在100℃/min-150℃/min，保证玻璃态产品的良品率；测得熔融料冷却后的玻璃态产品的玻璃体含量为99％以上，制得的玻璃态产品良品率为100％。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：液氮的使用量重量为熔融料体积的5倍，首先对熔融料进行快速冷却，将熔融料的温度在2分钟内降低至700℃，冷却速度为400℃/min，然后停止液氮的供应，保温10分钟，再次进行通入液氮进行冷却，在5分钟内将熔融料温度降低至100℃，冷却速度控制在100℃/min-150℃/min；测得熔融料冷却后的玻璃态产品的玻璃体含量为93％以上，制得的玻璃态产品良品率为100％。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：液氮的使用量重量为熔融料体积的30倍，首先对熔融料进行快速冷却，将熔融料的温度在2分钟内降低至400℃，冷却速度为550℃/min，然后停止液氮的供应，保温10分钟，再次进行通入液氮进行冷却，在5分钟内将熔融料温度降低至100℃，冷却速度控制在100℃/min-150℃/min；测得熔融料冷却后的玻璃态产品的玻璃体含量为92％以上，制得的玻璃态产品良品率为100％。
对比例1
本实施例与实施例1的不同之处在于：液氮的使用量重量为熔融料体积的40倍，对熔融料进行快速冷却，将熔融料的温度在2分钟内降低至200℃，冷却速度为650℃/min；保温10分钟，再次进行通入液氮进行冷却，在5分钟内将熔融料温度降低至100℃，冷却速度控制在100℃/min-150℃/min；测得熔融料冷却后的玻璃态产品的玻璃体含量为75-87％，制得的玻璃态产品良品率为60％。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于：液氮的使用量重量为熔融料体积的2倍，首先对熔融料进行快速冷却，将熔融料的温度在2分钟内降低至1000℃，冷却速度为250℃/min；保温10分钟，之后进行风冷，将熔融料温度冷却至100℃，冷却速度为30℃/min-50℃/min；测得熔融料冷却后的玻璃态产品的玻璃体含量为79-88％，制得的玻璃态产品良品率为70％。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处在于：首先对熔融料进行快速冷却，将熔融料的温度在1分钟内降低至800℃，冷却速度为700℃/min；保温5分钟，再次进行通入液氮进行冷却，在10分钟内将熔融料温度降低至100℃，冷却速度控制在50℃/min-100℃/min；测得熔融料冷却后的玻璃态产品的玻璃体含量为81-86％，制得的玻璃态产品良品率为62％。
综上可知，本发明使用液氮对危险废物熔融料进行快速冷却，可使熔融料尚未结晶之前已冷却为玻璃态，从而获得具有更高玻璃体含量的玻璃态产品，获得更高的玻璃态产品良品率。
以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种危险废物玻璃化调控系统，至少包括：液氮冷却子系统、烟气除尘子系统和能量回收子系统，其特征在于：
所述液氮冷却子系统包括液氮冷却腔室、液氮冷却腔室外保温层，所述液氮冷却腔室设置熔融料进口、液氮进口、进气口、出气口和冷却物流水线，所述熔融料进口通过管路连接上游的熔融炉，所述液氮进口通过管路连接液氮储存室，所述进气口通过管路连接鼓风机，所述出气口通过管路连接烟气除尘子系统；所述冷却物流水线设置在所述液氮冷却腔室的底部，与所述熔融料进口连通；所述液氮冷却腔室外保温层与液氮冷却腔室相连，用于减少所述液氮冷却腔室与周边环境的热传导；
所述烟气除尘子系统包括陶瓷膜过滤腔室、粉尘检测系统、气泵和布袋除尘器；所述陶瓷膜过滤腔室通过管路连接所述液氮冷却腔室的出气口；所述液氮冷却腔室的尾气，经所述陶瓷膜过滤腔室过滤后，进入所述粉尘检测系统检测达标后排出；在所述陶瓷膜过滤腔室未过滤状态下，所述陶瓷膜过滤腔室的出气管连接所述气泵进行反冲洗，反冲洗后的料渣经所述布袋除尘器收集，收集后的粉尘重新进行熔融；
所述能量回收子系统包括换热室和预热腔室，所述换热室设置冷气进气管、换热器和热气出气管，所述换热器与所述烟气除尘子系统接触；所述预热腔室包括冷气出口和热气进口，所述预热腔室与熔融炉连接；所述冷气进气管连接所述预热腔室的所述冷气出口，所述热气出气管连接所述预热腔室的所述热气进口；通过所述换热室和所述预热腔室之间的气流循环，将所述烟气除尘子系统中的热量交换到所述预热腔室中对熔融原材料进行预热。
2.根据权利要求1所述的危险废物玻璃化调控系统，其特征在于：所述液氮冷却子系统还包括控温系统和液氮流量阀。
3.根据权利要求1所述的危险废物玻璃化调控系统，其特征在于：所述液氮冷却子系统还包括红外热成像测温装置，所述红外热成像测温装置设置在液氮冷却腔室顶部，实时监测液氮冷却腔室及熔融物料的温度变化。
4.根据权利要求1所述的危险废物玻璃化调控系统，其特征在于：所述陶瓷膜过滤腔室包括六组陶瓷过滤膜。
5.根据权利要求4所述的危险废物玻璃化调控系统，其特征在于：所述陶瓷过滤膜的孔径范围为100nm-100um。
6.根据权利要求1所述的危险废物玻璃化调控系统，其特征在于：所述换热室和所述预热腔室中均设置温度传感器、流量传感器和流速传感器。
7.根据权利要求1所述的危险废物玻璃化调控系统，其特征在于：气泵的压力值为0.6Mpa-160Mpa。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的危险废物玻璃化调控系统的调控方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、危险废物经过熔融炉熔融后，出料至所述液氮冷却子系统，液氮从液氮储存室中流入液氮冷却腔室中对熔融料进行冷却；液氮吸热气化为氮气，鼓风机提供气流增加液氮气化后的氮气的循环；熔融料冷却后形成玻璃体，玻璃体经所述冷却物流水线被送至液氮冷却子系统之外；
S2、所述液氮冷却子系统中产生的尾气经所述液氮冷却腔室的出气口导入所述陶瓷膜过滤腔室中，所述陶瓷膜过滤腔室对尾气进行过滤截留，过滤后的尾气进入所述粉尘检测系统经检测达标后排至空气中；
S3、所述液氮冷却系统中的尾气导入所述烟气除尘子系统中进行过滤的同时，所述换热器将尾气的热量交换到所述预热腔室内的气流中，所述预热腔室对熔融原材料进行预热；
S4、所述陶瓷膜过滤腔室在未进行过滤的状态下，所述陶瓷膜过滤腔室的出气管连接所述气泵，依靠所述气泵输送的气流对所述陶瓷膜过滤腔室过滤截留的粉尘进行反冲洗，反冲洗后的粉尘通过所述布袋除尘器进行收集。
9.根据权利要求8所述的调控方法，其特征在于：使用液氮的重量与熔融料体积的比例为5-30。
10.根据权利要求9所述的调控方法，其特征在于：使用液氮的重量与熔融料体积的比例为10-28。
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