CN116174453B - 一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置，飞灰中持久性有机污染物解毒处理技术领域。包括处理箱体；所述处理箱体内设置有转动罐以及控制转动罐的转速处于5‑10 r/min的转速控制单元，所述转动罐的一端设置有带密封门的开口，转动罐的罐体上设置有若干排气口；所述处理箱体的底部设置有连接至垃圾焚烧炉烟道的进风管，处理箱体的顶部设置有排气管，所述进风管和排气管上设置有控制处理箱体内的真空度处于500±50 Pa的真空度控制单元；还包括温度控制单元，控制处理箱体内的温度处于400±10℃。本发明可实现持久性有机污染物低温热解技术的工业化应用，推动垃圾焚烧飞灰多元无害化处理。
Description
技术领域
本发明涉及飞灰中持久性有机污染物解毒处理技术领域，尤其涉及一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置。
背景技术
焚烧技术因具有减量化、减容化及资源化等优点，近几年成为我国生活垃圾无害化处理的主流技术，但所产生的飞灰也越来越多。垃圾焚烧飞灰是指生活垃圾焚烧过程中烟气净化系统的捕集物和烟道及烟囱底部沉降的底灰，其中含有大量毒性和污染特性极强的物质，如重金属、持久性有机污染物等，已被列入国家危险废物名录，编号HW18。
目前，垃圾焚烧飞灰的主要处置工艺为“稳定化固化+填埋”，该工艺并没有降解飞灰中的持久性有机污染物，而只是将其封存起来。随着时间的推移，封存的持久性有机污染物会不断浸出，对环境和人身健康造成严重伤害。其中，二噁英是一类典型的持久性有机污染物，在自然界中难以降解，具有不可逆的致畸、致癌和致突变的“三致”特性。HJ 1134—2020《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范（试行）》规定“飞灰处理产物中二噁英类残留的总量应不超过50 ng-TEQ/kg”。因此，持久性有机污染物的降解是制约垃圾焚烧飞灰多元无害化处理的重要因素。
飞灰中二噁英的常用处置技术有高温热分解、机械化学法、水热法、光催化降解和低温降解技术等。其中，低温热解技术具有降解效率高、耗能低以及成本低等优点备受关注，最早由德国教授Hagenmaier提出。为了确保二噁英有效降解，他认为必须满足以下条件：1、缺氧条件；2、反应温度在250-400 ℃之间；3、停留时间为1 h；4、排放温度低于60 ℃。但是，其苛刻条件限制了该技术的大规模飞灰处置，通常是在反应器中和载气的辅助下少量间歇处置，存在飞灰进出料过程复杂、效果不佳及处理成本高等问题，难以实现工业化应用。
发明内容
为了解决背景技术中提到的至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置，可实现持久性有机污染物低温热解技术的工业化应用，推动垃圾焚烧飞灰多元无害化处理。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置，包括处理箱体；所述处理箱体内设置有转动罐以及控制转动罐的转速处于5-10 r/min的转速控制单元，所述转动罐的一端设置有带密封门的开口，转动罐的罐体上设置有若干排气口；所述处理箱体的底部设置有连接至垃圾焚烧炉烟道的进风管，处理箱体的顶部设置有排气管，所述进风管和排气管上设置有控制处理箱体内的真空度处于500±50 Pa的真空度控制单元；还包括温度控制单元，控制处理箱体内的温度处于400±10 ℃。
进一步的，所述处理箱体外设置有用于控制处理箱体转动的变频电机，所述转速控制单元包括与所述变频电机连接的转速控制器，通过控制变频电机的功率将转动罐的转速控制在5-10 r/min的范围内。
进一步的，所述真空度控制单元设置于排气管下方，用于调整引风机的功率，当处理箱体内的真空度高于550Pa时，真空度控制单元降低引风机的功率，使处理箱体内的真空度降低，当处理箱体内的真空度低于450Pa时，真空度控制单元增大引风机的功率，使处理箱体内真空度始终保持稳定，处于500±50Pa的范围。
进一步的，所述温度控制单元包括用于连接进风管和排气管的尾气旁路管道、设置于尾气旁路管道上的控制流量阀、设置于转动罐外壁的若干温度传感器以及温控仪；当温度传感器检测到的温度平均值高于410℃时，温控仪增大流量控制阀的开度，将排气管中更多的温度较低的装置尾气与进风管内的烟气混合，降低引入处理箱体内的烟气温度；当温度传感器检测到的温度平均值低于390℃时，温控仪降低流量控制阀的开度，将排气管中更少的温度较低的装置尾气与进风管内的烟气混合，升高引入处理箱体内的烟气温度；使处理箱体内温度始终保持稳定，处于400±10 ℃的范围。
进一步的，所述温度控制单元还包括设置于进风管内的热电阻加热器；若温度传感器检测到的温度平均值达到385℃，温控仪开启热电阻加热器，加热烟气；若温度传感器检测到的温度平均值达到395℃，温控仪关闭热电阻加热器。
进一步的，所述垃圾焚烧炉烟道设置于所述尾气旁路管道一侧，垃圾焚烧炉烟道与排气管连接处设置有烟气净化装置。
进一步的，所述转动罐的开口上方设置有飞灰进料口，所述飞灰进料口内设置有挡板和振动装置。
进一步的，所述转动罐的开口下方设置有飞灰出料口。
进一步的，所述排气口上设置有防尘网。
进一步的，所述转动罐内固定设置有桨叶。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明的间壁换热式飞灰低温热解脱毒装置，与现有技术相比，利用垃圾焚烧厂现有中温焚烧烟气作为热源并自动控制运行温度和箱内真空度，对垃圾焚烧飞灰进行大规模低成本处置，去除飞灰中的持久性有机污染物，反应后的尾气经尾气外排单元送至垃圾焚烧厂的烟气净化装置；一方面可以充分利用垃圾焚烧烟气热量，保持飞灰中持久性有机污染物的高效脱除，实现资源的高效合理利用，另一方面可以减少尾气的二次污染，避免持久性有机污染物对环境和人身健康造成危害；
（2）本发明的间壁换热式飞灰低温热解脱毒装置，垃圾焚烧飞灰从进料口在重力的作用下落入转动罐体中不断翻转，在垃圾焚烧厂现有中温焚烧烟气的加热作用下实现持久性有机污染物的低温分解，除去持久性有机污染物的飞灰在转动罐体的反转作用下从出料口排出，垃圾焚烧飞灰在转动罐体中的持续翻转使飞灰加热充分，可提高持久性有机污染物的去除效率；
（3）本发明的间壁换热式飞灰低温热解脱毒装置，无须载气辅助、急冷等条件，低温去除飞灰中持久性有机污染物，可实现持久性有机污染物低温热解技术的大规模工业化应用；同时本发明设计合理，结果简单，操作方便，实用性强，对于飞灰中持久性有机污染物解毒处理领域具有重要意义，推动垃圾焚烧飞灰多元无害化处理，推广前景广阔。
附图说明
图1为本发明一实施例的整体结构示意图。
图2为本发明一实施例的左视图。
图3为本发明处理温度与持久性有机污染物去除率和装置能耗的关系图。
图中：1、处理箱体；2、飞灰进料口；3、密封门；4、飞灰出料口；5、固定轴；6、排气口；7、转动罐；8、转动轴；9、排气管；10、引风机；11、变频电机；12、转速控制器；13、进风管；14、风机；15、真空度控制单元；16、尾气旁路管道；17、流量控制阀；18、温控仪；19、热电阻加热器；20、烟气净化装置；21、垃圾焚烧炉烟道。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本实施例提供一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置，包括处理箱体1，解毒单元、高温烟气引入单元、尾气外排单元、温度控制单元和真空度控制单元。
所述解毒单元包括处理箱体1内设置的转动罐7以及控制转动罐7的转速处于5-10r/min的转速控制单元，所述转动罐7的一端设置有带密封门3的开口。所述处理箱体外设置有用于控制处理箱体转动的变频电机11，所述转速控制单元包括与所述变频电机连接的转速控制器12，通过控制变频电机11的功率将转动罐的转速控制在5-10 r/min的范围内。
具体的，所述转动罐7设于处理箱体1的中部，与水平线呈10-15度的夹角，所述转动罐7内部固定设有桨叶，所述转动罐右侧设有密封门3，以防止装置运行中外部空气进入转动罐7，所述转动罐7由固定轴5和转动轴8进行固定，所述转动轴8与变频电机11输出端相连接，由变频电机11进行驱动，所述变频电机11的功率由转速控制器12调整，使得转动罐体7的转速处于5-10 r/min内或使得转动罐体7反转。
所述转动罐7的开口上方设置有飞灰进料口2，且飞灰进料口2位于处理箱体1外，所述飞灰进料口2下方设有挡板和振动装置，以控制进料速度和方便飞灰下料；
所述转动罐7的开口下方设置有飞灰出料口4，所述飞灰出料口4设于转动罐7下方且位于处理箱体1外。
转动罐7的罐体上设置有若干排气口6，所述排气口6设于转动罐7四周且位于处理箱体1内，共布置四圈，每圈布置12-16个，所述排气口7上设有防尘网，所述转动罐7外壁装有多个温度传感器，以实时监测装置的运行温度。
所述高温烟气引入单元设于处理箱体1的底部，包括进风管13和风机14，所述风机14设于处理箱体1外，所述进风管13与垃圾焚烧炉烟道20相连接，采用垃圾焚烧厂现有中温焚烧烟气（500-550 ℃）作为热源，对垃圾焚烧飞灰进行连续性处置，去除飞灰中的持久性有机污染物，所述进风管13装有气体流量计，以实时监测装置的进气量；
所述尾气外排单元设于处理箱体1的顶部，包括排气管9和引风机10，所述引风机10设于处理箱体1外，引风机10的连续工作使尾气不断外排和处理箱体1内保持负压状态，以致转动罐7内处于接近无氧条件且热解脱附产生的气体及时外排，所述处理箱体1内装有真空表，以实时监测箱内真空度，所述排气管9装有气体流量计，以实时监测装置的排气量。
所述进风管和排气管上设置有控制处理箱体内的真空度处于500±50 Pa的真空度控制单元15。所述真空度控制单元15设于排气管9下方，根据处理箱体1的真空度自动调整引风机10功率，当处理箱体内的真空度高于550 Pa时，真空度控制单元15自动缓慢降低引风机10的功率，使箱内真空度降低至设定值（如500Pa），随后引风机10的功率保持稳定，当真空度低于450 Pa时，真空度控制单元15自动缓慢增大引风机10的功率，使箱内真空度升高至设定值（如500Pa），随后引风机10的功率保持稳定，使箱内真空度始终保持稳定，处于500±50 Pa的范围内，使转动罐7内始终处于无氧条件且热解脱附产生的气体及时外排。
本实施例还包括温度控制单元，控制处理箱体1内的温度处于400±10 ℃。所述温度控制单元包括用于连接进风管13和排气管9的尾气旁路管道16、设置于尾气旁路管道16上的控制流量阀17、设置于转动罐7外壁的若干温度传感器以及温控仪18。
所述温控仪18根据转动罐体7温度自动调整流量控制阀17的开度。具体的，当温度传感器的平均值高于410℃时，温控仪18自动缓慢持续增大流量控制阀17的开度，增大排气管9中温度较低的装置尾气与烟气的混合量，降低引入烟气的温度，从而使转动罐7温度降低至设定温度（如400℃），随后流量控制阀17的开度保持稳定，当温度传感器的平均值低于390℃时，温控仪18自动缓慢持续降低流量控制阀17的开度，减少排气管9中温度较低的装置尾气与烟气的混合量，增加引入烟气的温度，从而使转动罐7温度上升至设定温度（如400℃），随后流量控制阀17的开度保持稳定；使处理箱体内温度始终保持稳定，处于400±10℃的范围。
在另一实施例中，所述温度控制单元还包括设置于进风管13内的热电阻加热器19；当温度传感器的平均值低于385℃时，温控仪18自动开启热电阻加热器19，利用电能加热烟气，若转动罐体温度7升高至395℃时，随后关闭热电阻加热器19，确保转动罐体7内部温度始终保持稳定。使所述一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置始终在最优工况下运行，以保证飞灰中持久性有机污染物的高效脱除。
本领域技术人员都知道，随着温度的提升，持久性有机污染物去除率会上升，但是相对的，系统的整体能耗也会相应提升。如图3所示，在300℃到500℃温度范围内，本实施例的持久性有机污染物去除率和能耗之间的关系，由图中可以看出，在400℃上下，持久性有机污染物去除率的提升速度开始降低，而能耗的提升速度开始逐渐提升。因此，本申请将温度控制在400±10 ℃的范围内，有利于在保证持久性有机污染物去除率的基础上，尽可能降低能耗。
所述垃圾焚烧炉烟道21设置于所述尾气旁路管道16一侧，垃圾焚烧炉烟道21与排气管9连接处设置有烟气净化装置20，防止尾气造成二次污染。
具体使用时，启动变频电机11驱动转动轴8，使转动罐体7不断旋转，然后开启转速控制器12，保证转动罐7的转速处于5-10 r/min内，同时打开风机14和流量控制阀17引入垃圾焚烧炉厂现有中温焚烧烟气（500-550 ℃）对转动罐7进行预热，随后将飞灰通过进料口2投入，利用进料口2下方的挡板和振动装置控制进料速度，待进料完成后，关闭密封门3，同时打开引风机10，调整处理箱体1内部压力，使其呈负压状态，然后打开温控仪18和真空度控制单元15，使所述一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置始终在最优工况（400±10 ℃、500±50 Pa）下运行，以保证飞灰中持久性有机污染物的高效脱除，飞灰随着转动罐7不断翻转，在高温烟气的加热作用下实现持久性有机污染物的热解或脱附，待飞灰在转动罐体7中翻转1-1.5小时后，转速控制器12使转动罐体7反转，外排除去持久性有机污染物的飞灰，并从出料口4排出，待飞灰排出完毕后，便开启下批次飞灰处理，从进料口2投入未处理的飞灰。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (8)
1.一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置，其特征在于，包括处理箱体；所述处理箱体内设置有转动罐以及控制转动罐的转速处于5-10 r/min的转速控制单元，所述转动罐的一端设置有带密封门的开口，转动罐的罐体上设置有若干排气口；所述处理箱体的底部设置有连接至垃圾焚烧炉烟道的进风管，处理箱体的顶部设置有排气管，所述进风管和排气管上设置有控制处理箱体内的真空度处于500±50 Pa的真空度控制单元；还包括温度控制单元，控制处理箱体内的温度处于400±10 ℃；
所述温度控制单元包括用于连接进风管和排气管的尾气旁路管道、设置于尾气旁路管道上的控制流量阀、设置于转动罐外壁的若干温度传感器以及温控仪；当温度传感器检测到的温度平均值高于410℃时，温控仪增大流量控制阀的开度，将排气管中更多的温度较低的装置尾气与进风管内的烟气混合，降低引入处理箱体内的烟气温度；当温度传感器检测到的温度平均值低于390℃时，温控仪降低流量控制阀的开度，将排气管中更少的温度较低的装置尾气与进风管内的烟气混合，升高引入处理箱体内的烟气温度；使处理箱体内温度始终保持稳定，处于400±10 ℃的范围；
所述真空度控制单元设置于排气管下方，用于调整引风机的功率，当处理箱体内的真空度高于550Pa时，真空度控制单元降低引风机的功率，使处理箱体内的真空度降低，当处理箱体内的真空度低于450Pa时，真空度控制单元增大引风机的功率，使处理箱体内真空度始终保持稳定，处于500±50Pa的范围。
2.根据权利要求1所述的一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置，其特征在于，所述处理箱体外设置有用于控制处理箱体转动的变频电机，所述转速控制单元包括与所述变频电机连接的转速控制器，通过控制变频电机的功率将转动罐的转速控制在5-10 r/min的范围内。
3.根据权利要求1所述的一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置，其特征在于，所述温度控制单元还包括设置于进风管内的热电阻加热器；若温度传感器检测到的温度平均值达到385℃，温控仪开启热电阻加热器，加热烟气；若温度传感器检测到的温度平均值达到395℃，温控仪关闭热电阻加热器。
4.根据权利要求1所述的一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置，其特征在于，所述垃圾焚烧炉烟道设置于所述尾气旁路管道一侧，垃圾焚烧炉烟道与排气管连接处设置有烟气净化装置。
5.根据权利要求1所述的一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置，其特征在于，所述转动罐的开口上方设置有飞灰进料口，所述飞灰进料口内设置有挡板和振动装置。
6.根据权利要求1或5所述的一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置，其特征在于，所述转动罐的开口下方设置有飞灰出料口。
7.根据权利要求1所述的一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置，其特征在于，所述排气口上设置有防尘网。
8.根据权利要求1所述的一种间壁换热的飞灰低温热解脱毒装置，其特征在于，所述转动罐内固定设置有桨叶。
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