CN116498973B - Pta副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及固液废弃物焚烧处置技术领域，特别是PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统。高粘度含碱有机废水通过增压泵送入超声雾化装置内部旋流液相通道，高粘度含碱有机固废通过柱塞泵泵送至超声雾化装置内部固相通道，高压液相向外旋流对固废进行初步冲击破碎，最外围布置一圈气相喷环，对内部气液混合破碎后的固液混合态进行二次高压破碎雾化，此外喷枪中心还设有超声发生器对物料进行深度破碎，物料最终粒径≤50μm，进而保证实现99.99%的焚毁率及稳燃，且因热值提高可减少90%以上的助燃物料投加量，降低了运行成本。

Description

PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统

技术领域

本申请涉及废弃物焚烧处置技术领域，特别是PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统。

背景技术

工业生产中会产生大量的固态和液态废弃物，例如PTA行业的废水，传统的处理工艺为生化处理，处置成本高。废液浓缩后采用焚烧处置的方式，因快捷方便，且成本相对，得到了快速的推广普及。例如申请人的在先申请，公开号：CN114183758B，名称：一种低热值煤气焚烧废弃物的装置，该发明的主燃料采用低热值煤气，进一步降低了运营成本。

然而现有技术的装置均针对单一形态废弃物而设计的焚烧装置，对于PTA行业来说，其不仅产生有机含碱废液，其还产生固态废弃物，如果利用现有技术的装置，普遍的方法是将固废溶解成废液再进行焚烧处置，这样会消耗更多的助燃物料以及更多的工业水。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，为此，本申请提出了PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统，其可实现固液废弃物同时入炉焚烧，且因热值提高可减少90%以上的助燃物料投加量，降低了运行成本。

本申请提出了PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统，所述处理系统的超声雾化喷枪25包括连通的物料输送段和破碎雾化段，破碎雾化段进一步包括初步破碎雾化区14与超声破碎雾化区17；物料输送段包括四种通道，即位于超声雾化喷枪25轴心的超声发生器安装通道1和外侧的三相流体通道，超声发生器安装通道1深入超声破碎雾化区17且其端部设超声发生器15，三相流体通道由内到外依次为液相旋流喷管3、固相输送通道5、气环通道6；所述液相旋流喷管3、固相输送通道5分别包括至少两个，液相旋流喷管3倾斜螺旋环绕超声发生器安装通道1布设，液相旋流喷管3末端的液相高射喷嘴11对准固相输送通道5末端的固相出口12方向，固相出口12朝超声雾化喷枪25轴心内斜切，气环通道6尾部为气环鸭嘴型喷口13并包裹其内侧的通道出口。

特别的，所述液相旋流喷管3倾斜角度为30°；固相出口12朝轴心内45°斜切。

特别的，所述PTA装置副产的废液浓度为40%～60%，液相高射喷嘴11流速为10m/s～20m/s。

特别的，所述PTA装置副产的固废呈膏状，含水10%～30%，高压送至固相进料环管4，固相出口12流速0.1m/s～0.3m/s。

特别的，所述气环鸭嘴型喷口13部位气相流速大于等于100m/s。

特别的，所述初步破碎雾化区14与超声破碎雾化区17长度比为（2～5）：1，液相旋流喷管3包括六个，固相输送通道5包括十个。

特别的，所述超声发生器15的工作频率为100KHz～200KHz，喷枪口18的物料流速控制为100m/s～200m/s。

特别的，所述处理系统包括碱回收炉27，碱回收炉27顶部设有辅助燃烧器26，碱回收炉27侧壁的上部设有超声雾化喷枪25。

特别的，所述碱回收炉27的运行温度大于等于1100℃，超声雾化喷枪25的数量根据总处理量配置，单只超声雾化喷枪25的最大处理能力3t/h，其中固相0～1t/h，液相0～2t/h。

特别的，所述超声雾化喷枪25设计选型配比为固相0.5t/h、液相1.5t/h。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件可任意组合，即得本申请各优选实例。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：本申请提出的PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统，主要适用PTA或其它化工装置中产生的含碱有机废液和固废。固态和液态废弃物在本装置中相互冲击共同破碎雾化，通过水力冲击、气相冲击及超声破碎三重措施，可使固废及废液的粒径雾化至50μm以下，可实现99.99%的焚毁率及稳燃，且因热值提高可减少90%以上的助燃物料投加量，进一步降低了运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是根据本申请一个实施例的PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统的超声雾化喷枪结构示意图。

图2是根据本申请一个实施例的超声雾化喷枪的左视图以及进料管方位示意图。

图3是根据本申请一个实施例的超声雾化喷枪的局部视图。

图4是根据本申请一个实施例的超声雾化喷枪的局部剖视图。

图5是根据本申请一个实施例的超声雾化喷枪的液相旋流喷管的螺旋造型示意图。

图6是根据本申请一个实施例的PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统的示意图。

其中，1-超声发生器安装通道；2-液相进料环管；3-液相旋流喷管；4-固相进料环管；5-固相输送通道；6-气环通道；7-气环支撑段；8-液相进料连接管；9-固相进料连接管；10-气相进料连接管；11-液相高射喷嘴；12-固相出口；13-气环鸭嘴型喷口；14-初步破碎雾化区；15-超声发生器；16-超声通道密封圈；17-超声破碎雾化区；18-喷枪口；19-液相进口法兰；20-固相进口法兰；21-气相进口法兰；22-移动法兰；23-套管法兰；24-喷枪套管；25-超声雾化喷枪；26-辅助燃烧器；27-碱回收炉。

具体实施方式

下面结合本申请的附图，对本申请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申请的一部分实施例，旨在用于解释发明构思。基于本申请的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

描述所用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

除非另有明确的规定和限定，描述所用术语“相连”、“连通”等应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接、电连接；可以是直接相连、通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在实施例中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“之上”、“之下”或“上面”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”或“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”或“下面”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之下”、“下方”或“下面”可是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

描述所用术语“一个具体实施例”意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

参考图1至图5，本申请的一个具体实施例提出了PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统，所述装置包括超声雾化喷枪25，超声雾化喷枪25包括连通的两段，两段分别为物料输送段和破碎雾化段，破碎雾化段又包括初步破碎雾化区14与超声破碎雾化区17。

物料输送段包括位于超声雾化喷枪25轴心的超声发生器安装通道1，所述超声发生器安装通道1深入破碎雾化段的超声破碎雾化区17，超声发生器安装通道1端部设超声发生器15，端部由超声通道密封圈16密封。物料输送段还包括超声发生器安装通道1外侧的三相流体通道，三相流体通道由内到外依次为液相旋流喷管3、固相输送通道5、气环通道6。所述固相输送通道5包括十个，固相输送通道5一端与固相进料环管4相接，另一端为固相出口12，固相出口12朝轴心内45°斜切。所述液相旋流喷管3包括六个，液相旋流喷管3一端与液相进料环管2相接，另一端为液相高射喷嘴11。六个液相旋流喷管3倾斜螺旋环绕超声发生器安装通道1布设，液相旋流喷管3倾斜角度30°并对准固相出口12方向。所述气环通道6一端与气相进料管10相接，另一端为气环鸭嘴型喷口13，气环通道6内设至少两个气环支撑段7，气环支撑段7连接气环通道6的内壁和外壁，进而使气环通道6更佳稳固。

所述装置的液相进料方式为：PTA装置副产的有机含碱废液浓度为40%～60%，通过高压给料泵输送至液相进料环管2，给料压力为3～6MPa，给料压力根据含水量调节，含水越高，废液给料压力越小。液相进料环管2将废液均匀分配至六个液相旋流喷管3，进而液相高射喷嘴11出口废液成30°向外喷射，冲击固相出口12，液相高射喷嘴流速10～20m/s。

所述装置的固相进料方式为：PTA装置副产有机含碱固废呈膏状，含10～30%的水，通过高压柱塞泵输送至固相进料环管4，柱塞出力10～15MPa，给料压力1MPa。固相进料环管4将膏状固废均匀分配至十个固相输送通道5内，通过固相出口12将固废送入喷枪内的初步破碎雾化区14。固废出来的瞬间呈微喷射状，喷口流速0.1～0.3m/s。

所述装置的气相进料方式为：高压蒸汽或压缩空气通过气相进料管10进入喷枪内部气环通道6，经过气环通道6均布整个气场由气环尾部气环鸭嘴型喷口13收缩高速喷入初步破碎雾化区14。气环鸭嘴型喷口13部位气相流速大于等于100m/s。高速气体在初步破碎雾化区14内形成了由强到弱的一圈气墙，来碰撞冲击由内向外扩散的固液双相废弃物，同时通过气相将物料往喷枪出口方向输送。

本申请通过高压、高流速的废水对外围固废进行第一次冲击，固废出料的低流速相对废液来水是相对静止状态，液相对固相产生冲击力同时固相也反作用力于液相，两相碰撞产生初次破碎雾化，形成500μm以下粒径。液相向外旋流冲击同时裹挟破碎后的固相往外移动，在固相喷枪外侧布置的气环鸭嘴型喷口13，高速喷出的高压气相对向外扩散的固液双相物料形成冲击，同时将物料撞击回内部，与由内向外的物料形成二次碰撞，通过液固两相在初步破碎雾化区14内的往复碰撞将物料破碎至100μm以下。高压气相在近喷枪口附近形成的高压气墙可防止物料向外扩散，高压气墙随着远离喷口的位置逐步减弱，整个固态物料在内外之间往复碰撞，整个碰撞过程中三相流体慢慢往前移动进入超声破碎雾化区17。超声破碎雾化区17中安装有对物料进行超声破碎的超声发生器15，超声发生器15的工作频率为100～200KHz，通过超声波使物料内部发生共振形成深度破碎，使物料破碎雾化至50μm以下，完成雾化的介质通过喷枪口18高速喷射入炉，形成扇形扩散，喷枪口18的物料流速控制为100m/s～200m/s。

PTA装置副产含碱有机废液和固废通过泵高压输送至本申请的喷枪对应的液相和固相通道内。通过喷枪内液、固、气三相机械碰撞雾化及尾部超声雾化使物料粒径小于等于50μm，雾化后的物料进入碱回收炉27内焚毁以回收钠盐。物料雾化颗粒的大小将影响焚烧效率、出渣纯度等，本申请的物料雾化至50μm以下可以保证化工危废物料在后续碱回收炉27内达到完全焚烧及99.99%的焚毁率。

参考图1和图6，本申请的一个具体实施例提出了PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统，所述装置包括碱回收炉27，碱回收炉27上部的侧壁设有超声雾化喷枪25，喷枪套管24一端与碱回收炉27的外壁固定连接，喷枪套管24的另一端与套管法兰23固定连接，移动法兰22与套管法兰23配合后螺栓对接，移动法兰22根部通过螺栓与超声雾化喷枪25连接，移动法兰22与超声雾化喷枪25连接的位置可灵活调整，喷枪套管24的长度同样可灵活调整，以留下的足够的操作空间。超声雾化喷枪25的数量根据总处理量配置，优选的可单独配置一支作为备用。单只超声雾化喷枪25最大处理能力3t/h，其中固相0～1t/h，液相0～2t/h，优选的，超声雾化喷枪25设计选型配比为固相0.5t/h、液相1.5t/h。碱回收炉27顶部配置辅助燃烧器26，辅助燃烧器26为整个焚烧过程补充助燃物料，保持碱回收炉27的焚毁温度在1100℃以上，助燃物料主要作用为启炉点火升温、长明灯及稳燃，本申请靠固废本身热值即可使焚烧温度达到1100℃以上，系统投运稳定后助燃物料的投加量基本可以忽略。

PTA装置副产的含碱有机固废与废液分别通过泵送至超声雾化喷枪25，通过超声雾化喷枪25的三相雾化及超声雾化作用将物料雾化至50μm以下的粒径，雾化后的物料进入碱回收炉27内焚毁。其中高压固相输送管路上配置高压补水，保持固相含水10～30%，避免含水过低导致输送阻力增大，从而导致固废输送柱塞泵的负荷增大，补水开关通过柱塞泵出口管道压力联锁控制，压力超过5MPa时开始补水，压力越高补水量越大，通过补水来润滑固废，消除后续堵管情况。

实施1：某300万吨PTA废水零排资源化项目。

表1-PTA废水及固废

	水源	流量（t/h）	固含量	干基
					1	R2R废水	18	20%	3.6
2	RO浓排	150	0.30%	0.45
					3	生化固废	3	90%	2.7

上表序1与序2废水先经过蒸发浓缩，浓缩至50%浓度后进入进料罐，后续由废液泵输送至超声雾化喷枪25雾化后入炉焚烧。上表序3固废直接由柱塞泵高压泵送至超声雾化喷枪25雾化后入炉焚烧。PTA装置副产废液及固废通过超声雾化喷枪25雾化至50μm后进入焚烧炉焚烧，液相：PTA废水→蒸发浓缩→进料罐→废液泵→超声雾化喷枪25（液相）→入炉焚烧；固相：PTA固废→固废干仓→柱塞泵→超声雾化喷枪25（固相）→入炉焚烧。

进炉废液总量8.1t/h（50%浓度），进炉固废总量3t/h（90%浓度）。本项目焚烧炉顶一共配置7支超声雾化喷枪25，其中1支备用。单支喷枪处理量废液1～2t/h，固废0.3～0.6t/h。喷枪出口雾化粒径≤50μm。

废液泵流量10m³/h，扬程400m，保持超声雾化喷枪25液相进口水压3MPa以上。柱塞泵推力10MPa，超声雾化喷枪25固相进口压力0.5～1MPa。固废输送母管上设高压补水，补水通过柱塞泵出口管道压力联锁控制，压力超过5MPa时开始补水，压力越高补水量越大，通过补水来润滑固废，消除后续堵管情况。

喷枪整体外径108mm，物料输送段长度约800mm，破碎雾化段长度约860mm，喷枪总长度1660mm。喷枪物料输送段由内到外分4通道：第一通道为超声发生器安装通道1，直通内径11mm；第二通道为液相旋流喷管3，由六根内径为7mm的圆管旋转延伸组成（详见图4），液相高射喷嘴11切圆向外；第三通为固相输送通道，由十根内径15mm的竖直圆管组成，固相出口朝内45°斜切；第四通道为气环通道6，气环宽度4.5mm，气环鸭嘴型喷口13收缩至1mm，形成超高速通道。喷枪破碎雾化段前600mm空间组成液、固、气三相碰撞破碎区，后200mm空间由超声发生器发出超声对物料进行深度破碎雾化至50μm以下后通过喷枪喷入焚烧炉内焚毁。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制。在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请范围内。

Claims (5)

1. PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统，其特征在于：所述处理系统包括碱回收炉（27），碱回收炉（27）侧壁的上部设有超声雾化喷枪（25），超声雾化喷枪（25）包括连通的物料输送段和破碎雾化段，破碎雾化段包括初步破碎雾化区（14）与超声破碎雾化区（17）；物料输送段内设有四种通道，即位于超声雾化喷枪（25）轴心的超声发生器安装通道（1）和外侧的三相流体通道，超声发生器安装通道（1）深入超声破碎雾化区（17）且其端部设超声发生器（15），三相流体通道由内到外依次为液相旋流喷管（3）、固相输送通道（5）、气环通道（6）；液相旋流喷管（3）倾斜螺旋环绕超声发生器安装通道（1），液相旋流喷管（3）末端的液相高射喷嘴（11）对准固相输送通道（5）末端的固相出口（12）方向，气环通道（6）尾部为气环鸭嘴型喷口（13）并包裹其内侧的通道出口；所述固相出口（12）朝超声雾化喷枪（25）轴心内斜切；液态废弃物浓度为40%～60%，液相高射喷嘴（11）流速为10m/s～20m/s；固态废弃物呈膏状，含水10%～30%，固相出口（12）流速0.1m/s～0.3m/s；所述气环鸭嘴型喷口（13）部的气相流速大于等于100m/s；所述初步破碎雾化区（14）与超声破碎雾化区（17）长度比为（2～5）：1；所述超声发生器（15）的工作频率为100KHz～200KHz，超声雾化喷枪（25）的喷枪口（18）的物料流速控制为100m/s～200m/s；所述超声雾化喷枪（25）设计选型配比为固相0.5t/h、液相1.5t/h。

2.根据权利要求1所述的PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统，其特征在于：所述液相旋流喷管（3）倾斜角度为30°。

3.根据权利要求1所述的PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统，其特征在于：所述固相出口（12）朝超声雾化喷枪（25）轴心内45°斜切。

4.根据权利要求1所述的PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统，其特征在于：所述液相旋流喷管（3）包括六个，固相输送通道（5）包括十个。

5.根据权利要求1所述的PTA副产固态和液态废弃物混合焚烧处理系统，其特征在于：所述碱回收炉（27）顶部设有辅助燃烧器（26），碱回收炉（27）的运行温度大于等于1100℃，超声雾化喷枪（25）的数量根据总处理量配置，单只超声雾化喷枪（25）的最大处理能力3t/h，其中固相0～1t/h，液相0～2t/h。