CN116555571A - 危废污泥电热熔融资源化处理装置 - Google Patents

危废污泥电热熔融资源化处理装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116555571A
CN116555571A CN202310474782.1A CN202310474782A CN116555571A CN 116555571 A CN116555571 A CN 116555571A CN 202310474782 A CN202310474782 A CN 202310474782A CN 116555571 A CN116555571 A CN 116555571A
Authority
CN
China
Prior art keywords
baffle plate
crucible
slag
flue gas
collecting hood
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310474782.1A
Other languages
English (en)
Inventor
倪从兵
吴高明
秦林波
吴晓晖
杜巧英
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WUHAN WUTUO TECHNOLOGY CO LTD
Shanghai Kaihong Environmental Protection Technology Co ltd
Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Original Assignee
WUHAN WUTUO TECHNOLOGY CO LTD
Shanghai Kaihong Environmental Protection Technology Co ltd
Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WUHAN WUTUO TECHNOLOGY CO LTD, Shanghai Kaihong Environmental Protection Technology Co ltd, Wuhan University of Science and Engineering WUSE filed Critical WUHAN WUTUO TECHNOLOGY CO LTD
Priority to CN202310474782.1A priority Critical patent/CN116555571A/zh
Publication of CN116555571A publication Critical patent/CN116555571A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/001—Dry processes
    • C22B7/003—Dry processes only remelting, e.g. of chips, borings, turnings; apparatus used therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B3/00—General features in the manufacture of pig-iron
    • C21B3/04—Recovery of by-products, e.g. slag
    • C21B3/06—Treatment of liquid slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/04—Working-up slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2400/00—Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/02—Physical or chemical treatment of slags

Abstract

本发明公开了一种危废污泥电热熔融资源化处理装置，解决了现有危废污泥中重金属回收存在的设备投资和运行成本高、回收率低、处理量小的问题。技术方案包括装有感应线圈、内部设有坩埚的炉体，所述炉体顶部设进料管和一次烟气集气罩，所述一次烟气集气罩连接一次烟气管；侧壁上设有熔渣出口，所述坩埚内设有折流板组，所述折流板组与坩埚之间形成的折流通道连通所述熔渣出口，所述熔渣出口位于坩埚的中上段；所述坩埚和折流板组均为非金属电热材料。本发明结构简单、热效率高、清洁环保、稳定高效、成分可控、重金属组分回收率高、可实现连续生产。

Description

危废污泥电热熔融资源化处理装置
技术领域
本发明属于危废处理领域，涉及到含重金属组分的危险废物高温熔融处置资源化利用，具体的说是一种用于含重金属组分回收的危废污泥电热熔融资源化处理装置。
背景技术
垃圾焚烧飞灰、电镀污泥、酸洗污泥和危险废物焚烧炉渣等是以无机组分主导的重金属类危险废物，属于HW17危险废弃物。该类危险废物具有组分复杂、污染物含量高、难以减容减量等特点,已成为无机危险废物减量、无害化处置管理的难题。目前,重金属类危险废物主要通过固化稳定处理后进行安全填埋,或通过水泥窑协同处置等建材、土木材料生产过程进行消纳。然而,安全填埋浪费土地资源且易产生次生危害,水泥窑协同处置需要预处理,容易产生预处理废水二次污染问题。因此,亟待寻求一种处置过程污染可控、污染物分布可控、处置产物可再利用的重金属类危险废物处置技术体系。
采用熔融方式无害化处理污泥，熔融固结生成的玻璃体结构可以有效固定重金属，利用高温(＞1500℃)可以分解污泥中的有机化合物、二噁英等有毒成分，防止其危害生态环境，得到的玻璃渣产物可以进一步资源化利用，因此高温熔融处理在重金属危废的无害化处理中受到广泛的重视【钱袁栋，马增益，张艺颗等.基于图像处理的重金属污泥熔融温度场研究.能源工程,2022年,第5期,48-52,67】。
高温熔融过程是指物料经过加热至高温后，物料中分子的热运动的动能增大，导致结晶破坏，物质由晶相变为液相，成为熔融状态。在熔融过程中，随着熔融时间的增加，物料逐步发生软化，混合物料中熔点较低的区域优先发生接近破坏熔化，并逐渐带动周边区域熔化流动。在这一过程中，物料由简单的非均相物理混合向均相混合转变。在高温下物料中的氧化硅、氧化铝会与物料中其他阳离子无机组分形成硅酸盐等较为稳定的物质。其中，重金属也可能生成重金属硅酸盐，从而实现重金属化学结合固化稳定。当完全熔融的物料排出熔炉后，经水淬或气冷等方式凝结成熔渣玻璃体。未发生化学结合固化稳定的重金属等污染物将会被包裹在熔渣玻璃体材质中，通过物理包裹形式实现固化稳定。
为了实现重金属的回收，在重金属类危险废物中掺入一定量的还原组分，如煤粉或焦粉，或其他含碳废弃物，混合后再进行熔融处理。危险废物中的重金属组分被还原成单质并与熔渣分离回收。
目前用于危险废物处置领域的熔融炉主要包括电阻式熔融炉和等离子体熔融炉。电阻式熔融炉通常将电极插入或接触物料，利用不同电极正负极差异，以熔融物料为媒介实现电流通过。当电流通过熔融物料时，因物料自身电阻作用而产生热量，提高物料温度实现高温熔融。
等离子体熔融炉利用电能激发等离子火炬，产生高温等离子体。高温等离子体在密闭熔炉内产生高温，对物料进行熔融处置，熔渣经水淬后成为玻璃态产物，重金属被有效固化，渗出率极低，可实现路基集料、建设用砂/卵石/碎石、水泥骨料、混凝土掺和料等建材领域资源化利用。
美国早于1986年即运用热等离子体熔融技术模拟处理放射性核废料，至今已建成多座热等离子体熔融处理厂，处理包括垃圾焚烧飞灰在内的各种危险废弃物。瑞士于1990年运用Retech′s PACT技术处理危废，而于1998年由DAE科技公司自主研发成功热等离子体发生系统，应用于包括垃圾焚烧飞灰在内的各种危险废弃物的溶融处理。其他国家如法国的Europlasma公司研发的等离子体喷枪技术、加拿大Resorotion Canda limited建成的日处理24t的等离子体培融炉、瑞典Scan Dust公司与B.U.S共同研发建成的5.5万吨/年的等离子体熔融炉、英国于1990年成功研制出的直流等离子体熔融技术、澳大利亚STL Limited开发的PLASCON等离子体熔融技术及以色列EER运用及开发的PGM技术，都显示等离子高温熔融技术以其减容率高、二噁英去除彻底、重金属有效分离等优势，正备受各国青睐。此外，Nishida等以生活垃圾焚烧飞灰为例，熔融产生的玻璃体材料，其性质相当稳定，二噁英的脱除率高达99.9％，重金属的浸出性也符合毒性浸出标准。熔融玻璃体残渣粉碎后作为水泥、沥青混合料，或制成透水砖等，具有一定的实用价值。
日本对高温熔融处理废弃物领域研究较早，并出台了一系列政策法规。2009年，日本发布《工业废物熔融处置产品质量管理手册》中对熔融产物的重金属浸出，以及熔融产物作为路基材料使用时重金属总量进行限制。重金属浸出及浸出总量列出了严格的限制指标，其中六铬浸出限制最高达到0.05mg/L，总汞浸出限值仅为0.0005mg/L，截止2013年日本已投入运行的垃圾气化熔融机组达到122座，年处理量达到691.6万吨。垃圾经过气化处理后得到的灰渣进入该气化炉底部的熔融区域。通过富氧空气、焦炭和垃圾中可燃组分反应提供热能，灰渣熔融区域温度可达到1800℃。灰渣中无机组分及金属等发生熔融，经水淬处理后得到熔渣，有害重金属被包裹在玻璃体结构中，重金属浸出符合相关标准。熔融后得到的熔渣材料性能良好，可以作为基建的填充材料使用【杨俊波,李军,苏明舟等.日本垃圾气化处理技术探讨.绿色科技.2016(2):146-147】。
日本富山县建有三座污泥熔融炉。污泥经干燥机处理至含水率为20％后，进入表面熔融炉在1300℃下进行高温熔融处置。熔渣透水性良好，强度合适，主要作为水管材料、路基材料或沥青混合物辅料使用。
日本川崎制铁所引进瑞士气化熔融技术，在日本千叶建设2座150t/d熔融炉。炉体从底部吹入氧气，与物料中可燃组分发生反应放热，将固体废物中金属和无机组分进行熔融。熔融中心温度达到2000℃。物料熔融后流入1600℃的均质炉进行保温均质分布，随后经过水淬系统冷却得到熔融玻璃渣。该系统得到的熔融渣中Pb、Cd和Hg等均符合土壤排放标准，残渣可作为路基材料使用【谭铁鹏.日本的下水污泥熔融处理及炉灰的建材资源比.环境科技,1996(1):87-92】。
国内危险废物熔融技术研究起步较晚，赵光杰等在本世纪开展了电热式熔融固化垃圾焚烧飞灰的实验研究，采用快速升温管式炉，将装满飞灰的刚玉圆盘放入炉内，接通电源加热炉内飞灰。管式炉最高工作温度1600℃，最大升温速率20℃/mi n。实验发现飞灰在1200℃左右开始熔融，到1290℃左右全部变成液相，可以流动【赵光杰，李海滨，赵增立等.电热式熔融固化垃圾焚烧飞灰的实验研究.可再生能源,2005.5(总第123期):44-46】。胡明团队用等离子体熔融炉对危险废物焚烧灰渣进行中试熔融处置指出，埋弧与开弧对熔渣的成分和晶体结构影响不大，熔渣中重金属浸出低于国家标准限值，二次飞灰产生率为7.5％，其主要成分为NaC l【胡明,虎训,邵哲如,等.等离子体熔融危废焚烧灰渣中试试验研究.工业加热,2018(02):18-24】。周昊研究了添加剂对废弃SCR催化剂熔融的影响。当添加剂的质量分数为40％时(Fe2O3、S iO2、CaO和Al2O3的质量分数分别为31.2％、2.64％、5.2％、0.96％)，熔渣中重金属N i、As、Se、Cu和Mn的浸出质量浓度分别减小了98.6％、68.0％、96.8％、11.1％和77.3％【周昊,国旭涛,周明熙.不同添加剂对废弃SCR催化剂熔融无害化处理的影响.动力工程学报,2017(12):999-1006】。刘金和等通过采用气化熔融工艺处置综合危险废物的工程应用，结果表明：该工艺具有燃料消耗少、烟气量及飞灰产生量低、二噁英少、热灼减率低及最终玻璃化产物无需填埋等优点；灰渣热灼减率、烟气污染物(包括NOx及二噁英等)等排放数值等均满足《危险废物焚烧污染控制标准》；气化灰渣高温熔融后形成玻璃化产物的玻璃体含量、酸溶失率及重金属浸出毒性等均满足《固体废物玻璃化处理产物技术要求》，无需填埋且可资源化利用【刘金和,马明水,王明飞.气化熔融工艺处置危险废物的应用.环境科技.2022,35(02):47-51】。刘新等探讨了热等离子体熔融玻璃化的作用机理及主要影响因素，将飞灰经热等离子体玻璃化熔融处理，研究发现飞灰中的重金属得到有效固化，有毒有害有机物得到有效分解，飞灰熔渣结构致密，具有很好的资源化利用潜力。但Cl-腐蚀、能耗高的问题仍是等离子体飞灰熔融技术工业化利用进程中亟待解决的问题【刘新,李哲,李娟娟.热等离子体技术在飞灰熔融处理中的应用.煤炭与化工.2022,45(11):158-160】。王卫明等本发明了一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法，将生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥经过预处理同时控制含水量，在熔融炉进行高温气化熔融处理、在熔渣调质炉进行调质后急冷成型、在二燃室中进行燃烧处理，最后进行烟气净化、二次飞灰处理与资源化利用【一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法.申请号202210742039.5】。
在对危废污泥熔融处置过程中，要实现污泥中重金属的分离回收，了解重金属的迁移规律至关重要。王勤等采用直流双阳极等离子体炬熔融飞灰，发现玻璃体中重金属大部分被固定，二噁英分解率约91.6％。同时分析了SiO2和CaO对重金属浸出浓度和固化率的影响，结果表明，SiO2和CaO含量的提升可以增加重金属固化率，CaO能抑制重金属Cu、Zn、Cd和Pb挥发。SiO2能降低玻璃体重金属浸出浓度【Wang Q,Yan J,Chi Y,et al.Applicationof thermal plasma to vitrify flyash from municipal solid waste incinerators[J].Chemosphere,2010,78(5):626-630】。Peng Zhao等研制了100kW等离子体直流电弧装置，着重考察冷却方式(水冷、空冷、混合冷却)对飞灰熔融后熔渣特性的影响。结果表明，水冷和混合冷却均能使结晶和重金属的抗浸出得到改善。其中，SiO2是形成玻璃体熔渣的基体，向飞灰加入适量的SiO2既可以降低熔融温度又可促进玻璃体熔渣的生成，且SiO2的占比直接影响重金属的浸出浓度【Zhao P,Ni G,Jiang Y,et al.Destruction of inorganicmunicipal solid waste incinerator fly ash in a DC arc plasma furnace[J].Journal of Hazardous Materials,2010,181(1-3):580-585】。
这些研究表明，危废污泥熔融处置对重金属具有很好的固化效果，这也进一步表明了重金属从污泥熔融态中分离的效果差。这些研究结果也表明了尽管电阻式熔融炉和等离子体熔融炉对危废污泥进行高温熔融处理具有很好的重金属固化效果，但在对重金属回收利用方面效果较差，甚至电阻式熔融炉和等离子体熔融炉工艺本身无法实现重金属与熔渣的分离回收。
田艳锦等对危险废物焚烧炉渣进行了熔融试验，熔融温度为1350℃，熔融时间为30min。研究结果表明，熔融炉渣对重金属有较好的固化效果，但重金属是炉渣资源化利用的重要限制性因素之一【田艳锦，苏秀凤,孙振国,等.危险废物焚烧炉渣的熔融与资源化研究.中国资源综合利用.2021,39(05):21-23】，所以对危险废物中重金属的高效分离，可有效拓宽熔融渣的资源化利用途径。
要实现危废污泥在熔融处置过程中对其所含的重金属回收分离，必须保证污泥熔融过程中重金属具有分离的如下条件：
(1)重金属在熔融体中必须已还原为单质态；
(2)单质态的重金属必须为液相；
(3)分布在熔融体中的单质态重金属小液滴有相互接触长得的机会；
(4)分布在熔融体中的单质态重金属小液滴与熔之间具有足够的分离时间。
另外，采用电阻式熔融炉和等离子体熔融炉对危废污泥进行熔融处理过程中，产生的热解气体含有大量的有机污染物以及二噁英类污染物，热解气如何高效的收集、处置，并资源化利用，进而降低熔融处理成本已成为电热熔融法推广应用的瓶颈因素之一。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、热效率高、清洁环保、稳定高效、成分可控、重金属组分回收率高、可实现连续生产的危废污泥电热熔融资源化处理装置。
技术方案包括装有感应线圈、内部设有坩埚的炉体，所述炉体顶部设进料管和一次烟气集气罩，所述一次烟气集气罩连接一次烟气管；侧壁上设有熔渣出口，其特征在于，所述坩埚内设有折流板组，所述折流板组与坩埚之间形成的折流通道连通所述熔渣出口，所述熔渣出口位于坩埚的中上段；所述坩埚和折流板组均为非金属电热材料。
所述折流板组包括主折流板、中心折流板和下折流板，所述主折流板两侧固定在所述坩埚侧壁上，上端靠近熔渣出口且高于熔渣出口，下端向下延伸到坩埚底部且与坩埚底部具有间距；中心拆流板位于坩埚下段的中心线上，两侧固定在所述坩埚侧壁上，下端与坩埚底部具有间距，主折流板与中心拆流板平行，下端等高；所述下折流板位于主折流板和中心折流板之间，其下端固定在坩埚底部，两侧固定在所述坩埚侧壁上。
所述下折流板的中部高于两侧，且沿中心垂线对折一定角度形成俯视状态下的人字形结构。
所述下折流板的下端对折处设有清渣导流孔。
还包括有倾斜折流板，所述倾斜折流板的上端与所述主折流板接合固定，下端与中心折流板的上端接合固定，两侧固定在所述坩埚侧壁上。
所述倾斜折流板的上端部与所述主折流板的接合部位开有至少两个排烟孔。
所述主折流板的上端还连接有半球冠形的隔料罩。
所述隔料罩上开有至少一个排烟孔。
所述熔渣出口的炉内侧分别设有左、右侧板和顶板，所述左、右侧板和顶板固定在坩埚侧壁和主折流板之间，合围成一个底部开口的隔离空间，所述左、右侧板为非金属电热材料。
所述进料管穿过一次烟气集气罩伸入所述坩埚顶部中心处，所述一次烟气集气罩连接一次烟气管。
所述熔渣出口的炉外侧下方设有溜渣槽，以熔渣出口为中心，所述溜渣槽上方设有环形集气罩。
所述环形集气罩由内环集气罩和外环集气罩组成，内环集气罩连接二次烟气管，外环集气罩连接三次烟气管。
现有的危废污泥熔融处理技术存在重金属回收率低、熔融热解烟气余热余能利用率低、污泥熔渣资源化利用附加值低以及投资大、运行成本高等不足，本发明创造性的将在冶金行业使用的中频感应炉应用于危废污泥熔融处理，虽然中频感应炉在熔融处置危废污泥时具有重金属还原、从熔融渣分离等功能，但是，由于危废污泥成分复杂，同时实际生产过程中受能耗和成本的制约，存在污泥球在中频感应炉熔融速率快与污泥中含有的挥发分熔融热解逸出滞后的矛盾，与污泥中含有的重金属还原滞后的矛盾，与熔融相中已还原重金属液滴聚集长大滞后的矛盾，这些矛盾的存在导致熔融热解烟气难以集中捕集、熔融相中重金属液滴难以从渣相中分离出来。
为了解决危废污泥内所含的挥发组分在熔融热解过程挥发不充分随熔渣流出时产生烟尘污染环境、危废污泥熔融相内的重金属还原为单质态不充分随熔渣排出后存在二次污染、分布在污泥熔融渣中的单质态重金属液滴聚集长大从渣相中分离出来需要较长停留时间导致熔融炉生产能力下降等问题，在现有的中频热解炉的基础上作了如下改进：
在坩埚内设置折流板组，所述坩埚和折流板组均为非金属电热材料，可实现电磁感应发热，如碳化硅陶瓷材料。污泥料球中含有的电磁感应发热组分在中频感应电流作用下被加热，同时非金属电热材料制成的坩埚以及坩埚内的构件在中频感应电流作用下快速升温加热，除对熔融渣相中的重金属强化分离外，还能快速升温加热污泥。所述折流板组包括主折流板、中心折流板和下折流板，结合折流板组和熔融相流动方向将炉内依次划为预热区、软熔区、熔融区、分离区和出渣区；由进料管投入炉内的污泥料球，在热解气及坩埚和折流板的加热作用下升温熔化由预热区进入软融区、熔融区，经中心折流板进入分离区，并在中心折流板、下折流板及主折流板多次折流充分暴露熔融渣相中的重金属液滴，多次折流给熔融渣相创造多次穿过沉积在炉底部的重金属液相层，受表面张力的作用，提高暴露的重金属液滴被重金属液相层吸收的概率。
进一步的，所述下折流板的中部高于两侧，且沿中心垂线对折一定角度形成俯视状态下的人字形结构。采用中间高两端低的结构有利于炉内熔融液相的停留时间均匀化，有利于熔融液相中的挥发分和重金属小液滴从熔融液相中分离出来。因为熔融液相经过中心折流板下方间隙进入中心折流板和下折流板之间的区域时，位于坩埚中心区域的熔融液相到熔融渣出口管的距离比坩埚周向附近区域的熔融液相到熔融渣出口管的距离要短，坩埚中心区域的熔融液相经由熔融渣出口流出的时间短，坩埚周向附近区域的熔融液相经由熔融渣出口流出的时间长，由此导致炉内熔融液相流动存在死角，降低了坩埚的有效利用率，不利于熔融液相中挥发组分的有效逸出，不利于熔融液相中重金属小液滴的分离。因将下折流板设置成中间高两端低，且沿中心垂线对折一定角度形成俯视状态下的人字形结构，有利于坩埚周向附近区域的熔融液相较快流入主折流板与熔融渣出口之间的熔融区，提高熔融液相在坩埚内流动的均匀性。同时设计成人字型，也有利于将坩埚周向附近区域的熔融液相引流到坩埚中心区域，加强熔融液相混合效果。
进一步的，下折流板下端设置清渣导流孔，具有如下技术效果：
(1)有利于污泥熔融液相中的重金属小液滴的分离。设置的清渣导流孔可以保持下折流板两边金属液相液面的等高，避免投加污泥球初期受投加的污泥球的压迫，金属液相压入下折流板与熔融渣出口之间的熔融区无法返回，导致污泥熔融液相经过中心折流板下沿缝隙时，污泥熔融液相与金属液相接触时间缩短，降低了金属液相吸收污泥熔融液相包裹的重金属小液滴的概率，不利于污泥熔融液中的重金属小液滴的分离。
(2)在金属液相中形成一定的回流，提高炉内熔融液相的混合效果。设置清渣导流孔后，从下折流板上沿流到下折流板与熔融渣出口之间熔融区的金属液相通过清渣导流孔又流回下折流板与中心折流板之间的熔融区，形成了回流，有利于炉内熔融液相的混合。
(3)设置的清渣导流孔可以保证热解炉倾斜清渣时，能彻底倾倒出残留的污泥液相和金属液相。
进一步地，设置倾斜折流板，所述倾斜折流板的倾斜角度优选为45－60°，同时在倾斜折流板上开设排烟孔，及时排出聚集在倾斜折流板下方逸出的挥发组分，避免气体占用坩埚内的有效空间所导致的污泥熔融液相在坩埚内的停留时间缩短，有利于污泥熔融液相中挥发组分的逸出和污泥熔融液相中重金属小液滴的还原分离。另外，当加入的污泥球熔点温度较高时，由于受电磁感应、集肤效应作用，熔融渣相比固态污泥更易升温，则在同样功率下倾斜折流板下方的熔融渣相更易吸收能量升温，较高温度的熔融渣相则穿过倾斜折流板排烟孔进入倾斜折流板上方，增加了熔点温度较高的危废污泥球软融区内的液相量，也有利于危废污泥球吸收能量升温。
进一步地，在隔料罩上部开设隔料罩排烟孔，引出进入出渣区的熔融渣相逸出的挥发组分，减少从熔融渣出口管逸出的烟气量，改善操作环境；更有效的是通过隔料罩排烟孔形成出渣区的负压状态，有利于熔融渣相中挥发组分的逸出，减少了随熔融渣相带出的挥发组分量，提高了挥发组分的回收利用率。
所述熔渣出口管的炉内侧分别设有左、右侧板和顶板，所述左、右侧板和顶板固定在坩埚侧壁和主折流板之间，合围成一个底部开口的隔离空间，隔断出渣区熔融渣相中逸出的挥发组分进入熔融渣出口管的通道；排渣时，熔融渣相由底部开口进入熔融渣出口管排出炉外。同时左、右侧板均为非金属电热材料，可对该区域进行局部加热，提高熔融渣相温度，降低熔融渣相粘度，有利于残留重金属液相的沉降分离，有利于残留的挥发组分的逸出进入负压环境的出渣区。在熔融渣出口正常出料时，能形成熔融渣相液封，也提高系统的操作弹性。
进一步的，以烟气产生源熔融渣出口为中心设置环形集气罩，对污染组分浓度高的烟气通过内环集气罩收集进入二次烟气管引入二燃室，再次焚烧后余热利用，回收了烟气的可燃组分的热焓；而逸出到内环集气罩外围的烟气污染组分浓度低，通过外环集气罩收集进入三次烟气管引到环境烟气除尘器内除尘后外排。当熔融渣出口管排出的烟气量较小内环集气罩全部能够收集时，可关停三次烟气管连接的除尘风机，节省运行成本。内环集气罩收集的烟气量根据二燃室所需的助燃空气量设定，通过二次烟气风机调控。
本发明中，熔融渣出口设置坩埚中上部，可以实现连续生产，边进料、边出料，同时增加坩埚内储存的熔融液相量，延长熔融液相在坩埚内的停留时间，有利于熔融后的重金属液滴从熔融渣中沉降分离。
进一步地，本发明方案的中频感应炉启动前要向炉内投加底料，投加的底料量应满足底料熔融后形成的液相液面覆盖下折流板的最低侧，即覆盖下拆流板两侧固定在坩埚侧壁端的高度，如此有利于危废污泥熔渣内包裹的重金属小液滴在金属液相里富集。因为污泥熔渣在其上方加入的污泥球的压迫下，经中心折流板下沿的间隙进入倾斜折流板下方，此时污泥熔渣穿过金属液相层，一旦熔渣相内微细的重金属小液滴暴露在金属液里，受表面张力的作用，极易被金属液相吸收进入液相主体，从而有利于熔渣相内微细的重金属小液滴从熔渣中分离出来。
有益效果：
1)有效回收危废污泥中的重金属组分，实现危废污泥中重金属组分的资源化回收利用。通过设置多级折流板，并利用折流板在感应电流作用下升温快的优势，加热熔融渣相，提高熔融渣相温度，降低其粘度，提高重金属的分离效果。同时通过折流作用，增加熔融渣相中熔融态的重金属液滴暴露在坩埚底部的重金属液相的概率，进而增加受表面张力作用而被吸收的概率。
2)增加了污泥熔融渣的资源化利用途径。由于重金属组分的高效分离，降低了渣相中的重金属含量，降低了重金属的危害，拓宽了渣相的利用渠道。
3)提高了危废污泥中的挥发组分的回收利用率。通过多级折流板的设置，在提高分离区的温度同时，增加熔融渣相扰动程度，有利于熔融渣相中挥发组分的逸出。
4)提高系统安全性、生产控制稳定性。通过隔烟左右侧板等设置封闭区域，隔断了外界与烟气系统的通道，减少空气进入烟气系统；通过隔烟左右侧板浸没入熔融渣相液面以下，形成液封，防御烟气系统压力波动。
5)提高熔融炉热效率和生产效率。通过设置折流板组增加炉内软熔区和熔融区发热面积，加速污泥中的挥发分在软熔区和熔融区逸出向上预热污泥球，形成污泥球含有的挥发分在软熔区和熔融区进一步逸出的良性循环。
6)有效回收烟气余热余能，降低烟气排放量。通过设置环形集气罩，对污染组分浓度高的烟气通过内环集气罩收集作为二燃室的助燃空气，并完成取代原来进入二燃室的助燃空气，回收了烟气中可燃组分的热焓，降低了烟气外排量。
本发明热解炉结构简单、污泥中的重金属组分回收效率达80％以上，可实现连续生产，烟气分质回收利用，对环境友好、设备投资和运行成本低。
附图说明
图1为本发明热解炉的主视半剖示意图；
图2为图1中A-A剖视图；
图3为图1中B-B剖视图；
图4为图1中的C-C剖视图；
图5为下折流板4.1主视图；
图6为下折流板4.1俯视图。
其中，1、炉体；2、感应线圈；3、坩埚；4、折流板组、4.1、下折流板；4.2、中心折流板；4.3、倾斜折流板；4.4、主折流板；5、污泥球；6、炉体保温层；7、隔料罩；8、排烟孔；9、进料管；10、一次烟气管；11、三次烟气管；12、一次烟气集气罩；13、二次烟气管；14、外环集气罩；15、内环集气罩；16、喷渣挡墙；17、熔渣出口；18、溜渣槽；19、顶板；20、左侧板；21、右侧板；22、清渣导流孔；23、排烟孔；24、环境烟气除尘风机；25、二次烟气风机；26、熔融渣相液面。
图1中，①预热区；②软熔区；③熔融区；④分离区；⑤出渣区；⑥隔离区。
具体实施方式
下面结合附图对热解炉作进一步解释说明：
参见附图，本发明热解炉包括装有感应线圈2、内部设有坩埚3的炉体1，所述炉体1顶部设进料管9和一次烟气集气罩12，所述进料管9穿过一次烟气集气罩12伸入所述坩埚3顶部中心处，所述一次烟气集气罩12连接一次烟气管10；侧壁上设有熔渣出口17，所述坩埚3内设有折流板组4，所述折流板组4与坩埚3之间形成的折流通道连通所述熔渣出口17，优选的，所述熔渣出口17位于坩埚的中上段；所述坩埚和折流板组均为非金属电热材料。
所述折流板组4包括主折流板4.4、中心折流板4.2、下折流板4.1和倾斜折流板4.3。
所述主折流板4.4两侧固定在所述坩埚3侧壁上，上端靠近熔渣出口17(主折流板4.4与熔渣出口17的间距优选为100－150mm)且高于熔渣出口17，下端延伸到坩埚3底部且与坩埚3底部具有间距(优选为100－150mm)；所述主折流板4的上端和坩埚3侧壁之间还连接有半球冠形的隔料罩7，所述隔料罩7顶部开有至少一个排烟孔8。
中心拆流板4.2位于坩埚3下段的中心线上，两侧固定在所述坩埚3侧壁上，下端与坩埚3底部具有间距(优选100－150mm)；主折流板4.4与中心拆流板4.2平行，下端等高。
所述下折流板4.1位于主折流板4.4和中心折流板4.2之间，其下端固定在坩埚3底部，两侧固定在所述坩埚侧壁3上，所述下折流板4.1的中部高于两侧(优选两侧高200－250mm)，且沿中心垂线对折一定角度形成俯视状态下的人字形结构，人字形的顶朝向熔渣出口17方向，所述下折流板4.1的下端对折处设有清渣导流孔22。
所述倾斜折流板4.3的上端固定在所述主折流板4.4上，下端与中心折流板4.2的上端连接，两侧固定在所述坩埚3侧壁上，其倾斜角度优选为45－60°。所述倾斜折流板4.3的上段与主折流板4接合端两侧开有排烟孔23。
所述熔渣出口17的炉内侧分别设有左、右侧板20、21和顶板19，所述左、右侧板20、21和顶板19固定在坩埚3侧壁和主折流板4.4之间，在熔渣出口17的周部合围成一个底部开口的隔离空间，该底部开口向下浸没在炉内熔渣液相内，一方的侧向通过熔渣出口17连通炉外。
所述熔渣出口17的炉外侧下方设有溜渣槽18，所述溜渣槽18上方设有以熔渣出口17为中心的环形集气罩，所述环形集气罩由内环集气罩15和外环集气罩14组成，内环集气罩15经二气烟气管13、二气烟气风机25连接二燃室，外环集气罩14经三次烟气管11、环境烟气除尘风机24连接环境烟气除尘器；所述内环集气罩15的外侧还设有喷渣挡墙16。
所述坩埚3、折流板组4和左、右侧板20、21均为非金属电热材料，可以在感应线圈2通电条件下感应发热，具体材料本领域技术人员可根据作业条件合理选择，如碳化硅陶瓷材料，所述隔料罩7和顶板19为常规耐火材料。
方法实施例：
本实施例中，所述危废污泥来自冶金行业钢板表面处理工序的废水污泥。
一、向危废污泥中掺入造渣组分和还原组分后制备成污泥球5；所述造渣原理和还原过程均为现有技术，本领域技术人员可根据污泥中含有的挥发组分及重金属含量，通过查阅文献合理选择合适的造渣剂(如铝矾土)、还原剂(如煤粉或焦粉，或其他含碳废弃物)及添加量，这里不作特别限定。本实施例中，所述造渣组分为铝矾土，添加量为污泥球总量的5－8％(重量比)；所述还原组分为焦粉，添加量污泥球总量的0.5－0.8％(重量比)。
二、向炉内投加底料，所述底料为不含挥发组分的污泥高温熔融热解急冷后的玻璃渣、冶金炉渣或废金属等，投加量为熔融后形成的液相的液面不低于下折流板4.1两侧的高度；
三、启动本发明热解炉，当炉内温度升到1300℃时，将污泥球经进料管9连接连续的投入炉内，在中频电流的集肤效应下，污泥球在炉内由上至下依次经过预热区①和软熔区②进入炉底的熔融区③，不断加热升温、软化、熔化成熔融渣相，危废污泥中含有的重金属组分被还原熔融与所述熔融渣相分离沉积到炉底，穿过金属液相层，在表面张力作用下被金属液相吸收，融融渣相继续穿过主折流板4.4和中心折流板4.2之间的分离区④、经主折流板4.4与炉壁之间的出渣区⑤，最后由左、右侧板20、21和顶板19合围成的隔离区⑥，经过熔渣出口17排出炉外的溜渣槽18中，再流入冷却水池急冷成玻璃态渣资源化利用；
其中，分离区④中逸出的挥发份由倾斜折流板4.3上的排烟孔23排入熔融区③，出渣区⑤中逸出的挥发份由隔料罩7上的排烟孔8排入预热区①。
四、炉内的烟气向上经一次烟气集气罩12收集后由一次烟气管10排出进入二燃室焚烧；溜渣槽18前段中熔融渣相逸出的烟气由内环集气罩15收集后经二次烟气管13排出进二燃室，溜渣槽18后段中熔融渣相逸出的烟气由外环集气罩14收集后经三次烟气管11排出进环境烟尘除尘器。
五、采用二次烟气风机25替代二燃室助燃空气风机，将内环集气罩15收集的烟气取代二燃室的助燃空气。内环集气罩15收集的烟气量根据二燃室所需的助燃空气量进行调节，由熔渣出口17和溜渣槽18区域逸出的烟气首先通过内环集气罩15收集，未捕集部分通过外环集气罩14进一步捕集。
上述过程为连续运行状态。
进一步的，本发明热解炉可设称重装置，随污泥球带入重金属组分在坩埚3下部的重金属液相的吸收下不断富集，重金属液相量不断增加，通过称重装置感应出重金属液相沉积重量变化，当沉积量达到设定值时，停炉倾倒出部分重金属液相，留下能覆盖下折流板4.1高度的余量即可。
本实施例中，采用本发明热解炉对危废污泥进行处理的方法，传统的电阻式熔融炉和等离子体熔融炉方法相比，可提高重金属的回收率，回收率达80％以上。

Claims (12)

1.一种危废污泥电热熔融资源化处理装置，包括装有感应线圈、内部设有坩埚的炉体，所述炉体顶部设进料管和一次烟气集气罩，所述一次烟气集气罩连接一次烟气管；侧壁上设有熔渣出口，其特征在于，所述坩埚内设有折流板组，所述折流板组与坩埚之间形成的折流通道连通所述熔渣出口，所述熔渣出口位于坩埚的中上段；所述坩埚和折流板组均为非金属电热材料。
2.如权利要求1所述的危废污泥电热熔融资源化处理装置，其特征在于，所述折流板组包括主折流板、中心折流板和下折流板，所述主折流板两侧固定在所述坩埚侧壁上，上端靠近熔渣出口且高于熔渣出口，下端向下延伸到坩埚底部且与坩埚底部具有间距；中心拆流板位于坩埚下段的中心线上，两侧固定在所述坩埚侧壁上，下端与坩埚底部具有间距，主折流板与中心拆流板平行，下端等高；所述下折流板位于主折流板和中心折流板之间，其下端固定在坩埚底部，两侧固定在所述坩埚侧壁上。
3.如权利要求1所述的危废污泥电热熔融资源化处理装置，其特征在于，所述下折流板的中部高于两侧，且沿中心垂线对折一定角度形成俯视状态下的人字形结构。
4.如权利要求3所述的危废污泥电热熔融资源化处理装置，其特征在于，所述下折流板的下端对折处设有清渣导流孔。
5.如权利要求2所述的危废污泥电热熔融资源化处理装置，其特征在于，还包括有倾斜折流板，所述倾斜折流板的上端与所述主折流板接合固定，下端与中心折流板的上端接合固定，两侧固定在所述坩埚侧壁上。
6.如权利要求5所述的危废污泥电热熔融资源化处理装置，其特征在于，所述倾斜折流板的上端部与所述主折流板的接合部位开有至少两个排烟孔。
7.如权利要求2所述的危废污泥电热熔融资源化处理装置，其特征在于，所述主折流板的上端还连接有半球冠形的隔料罩。
8.如权利要求7所述的危废污泥电热熔融资源化处理装置，其特征在于，所述隔料罩上开有至少一个排烟孔。
9.如权利要求2所述的危废污泥电热熔融资源化处理装置，其特征在于，所述熔渣出口的炉内侧分别设有左、右侧板和顶板，所述左、右侧板和顶板固定在坩埚侧壁和主折流板之间，合围成一个底部开口的隔离空间，所述左、右侧板为非金属电热材料。
10.如权利要求2所述的危废污泥电热熔融资源化处理装置，其特征在于，所述进料管穿过一次烟气集气罩伸入所述坩埚顶部中心处，所述一次烟气集气罩连接一次烟气管。
11.如权利要求1-10任一项所述的危废污泥电热熔融资源化处理装置，其特征在于，所述熔渣出口的炉外侧下方设有溜渣槽，以熔渣出口为中心，所述溜渣槽上方设有环形集气罩。
12.如权利要求11所述的危废污泥电热熔融资源化处理装置，其特征在于，所述环形集气罩由内环集气罩和外环集气罩组成，内环集气罩连接二次烟气管，外环集气罩连接三次烟气管。
CN202310474782.1A 2023-04-27 2023-04-27 危废污泥电热熔融资源化处理装置 Pending CN116555571A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310474782.1A CN116555571A (zh) 2023-04-27 2023-04-27 危废污泥电热熔融资源化处理装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310474782.1A CN116555571A (zh) 2023-04-27 2023-04-27 危废污泥电热熔融资源化处理装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116555571A true CN116555571A (zh) 2023-08-08

Family

ID=87490888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310474782.1A Pending CN116555571A (zh) 2023-04-27 2023-04-27 危废污泥电热熔融资源化处理装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116555571A (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB162802A (en) * 1920-02-05 1921-05-05 Herbert Alfred Williams Improvements relating to the utilisation of combustible gases for heating furnaces and for other purposes
EP0684054A1 (de) * 1994-05-26 1995-11-29 Metallgesellschaft Ag Verfahren und Vorrichtung zum Einschmelzen von Asbest und/oder asbesthaltigem Material
KR200231985Y1 (ko) * 2001-02-26 2001-07-19 주식회사 이앤이 브라운 가스를 이용한 용융처리 장치
EP1126039A1 (en) * 2000-02-17 2001-08-22 John A. Vallomy Method and apparatus for reductively processing the liquid slag and the baghouse dust of the electric arc furnace
JP2008096098A (ja) * 2006-09-11 2008-04-24 Best System Co Ltd 廃棄アスベスト溶融炉
CN201473502U (zh) * 2009-06-18 2010-05-19 扬州工业职业技术学院 户用生物质气化炉燃气焦油净化装置
WO2015018905A1 (fr) * 2013-08-08 2015-02-12 Areva Nc Procede et installation d'incineration, fusion et vitrification de dechets organiques et metalliques
CN106765146A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 重庆科技学院 基于废弃物气化熔融燃烧的二次污染物控制系统
CN206338815U (zh) * 2016-12-21 2017-07-18 天和控股（武汉）有限公司 回转窑、等离子熔融炉组合式危险废物处置装置
WO2018014363A1 (zh) * 2016-07-18 2018-01-25 东北大学 一种含钛混合熔渣熔融还原回收与调质处理的方法
CN208170392U (zh) * 2017-12-11 2018-11-30 中广核研究院有限公司 废弃物熔融炉
CN208382172U (zh) * 2018-05-18 2019-01-15 光大环保技术研究院（南京）有限公司 一种飞灰底渣处理设备
CN113182311A (zh) * 2020-12-28 2021-07-30 航天推进技术研究院 基于中温热解与等离子高温熔融的危废处理系统及方法
CN115899709A (zh) * 2022-11-24 2023-04-04 重庆科技学院 一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置及方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB162802A (en) * 1920-02-05 1921-05-05 Herbert Alfred Williams Improvements relating to the utilisation of combustible gases for heating furnaces and for other purposes
EP0684054A1 (de) * 1994-05-26 1995-11-29 Metallgesellschaft Ag Verfahren und Vorrichtung zum Einschmelzen von Asbest und/oder asbesthaltigem Material
EP1126039A1 (en) * 2000-02-17 2001-08-22 John A. Vallomy Method and apparatus for reductively processing the liquid slag and the baghouse dust of the electric arc furnace
KR200231985Y1 (ko) * 2001-02-26 2001-07-19 주식회사 이앤이 브라운 가스를 이용한 용융처리 장치
JP2008096098A (ja) * 2006-09-11 2008-04-24 Best System Co Ltd 廃棄アスベスト溶融炉
CN201473502U (zh) * 2009-06-18 2010-05-19 扬州工业职业技术学院 户用生物质气化炉燃气焦油净化装置
WO2015018905A1 (fr) * 2013-08-08 2015-02-12 Areva Nc Procede et installation d'incineration, fusion et vitrification de dechets organiques et metalliques
WO2018014363A1 (zh) * 2016-07-18 2018-01-25 东北大学 一种含钛混合熔渣熔融还原回收与调质处理的方法
CN206338815U (zh) * 2016-12-21 2017-07-18 天和控股（武汉）有限公司 回转窑、等离子熔融炉组合式危险废物处置装置
CN106765146A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 重庆科技学院 基于废弃物气化熔融燃烧的二次污染物控制系统
CN208170392U (zh) * 2017-12-11 2018-11-30 中广核研究院有限公司 废弃物熔融炉
CN208382172U (zh) * 2018-05-18 2019-01-15 光大环保技术研究院（南京）有限公司 一种飞灰底渣处理设备
CN113182311A (zh) * 2020-12-28 2021-07-30 航天推进技术研究院 基于中温热解与等离子高温熔融的危废处理系统及方法
CN115899709A (zh) * 2022-11-24 2023-04-04 重庆科技学院 一种连续处理危险废弃物的热等离子体装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108380642B (zh) 一种危险废物的熔融处置方法
CN211247720U (zh) 等离子体熔融玻璃化的装置和垃圾焚烧飞灰处理系统
CN100552296C (zh) 电弧熔融处理系统及其处理垃圾焚烧灰的方法
CN107363072B (zh) 废物的熔池熔炼方法
CN112642842B (zh) 一种高温熔融及全资源分类回收处理生活垃圾焚烧飞灰的方法和系统
US5925165A (en) Process and apparatus for the 3-stage treatment of solid residues from refuse incineration plants
CN112628747A (zh) 一种危险废物无害化处置集成系统
CN107338358A (zh) 焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法
CN106563690A (zh) 基于等离子弧技术的飞灰等离子熔融炉
CN111336526A (zh) 一种多电极等离子熔融炉
CN207610218U (zh) 一种危险废弃物玻璃化处理的等离子炉
CN112209616A (zh) 一种热等离子体炬高温熔融工艺及其系统
CN111336525A (zh) 一种等离子熔融危险废弃物处理系统及处理方法
CN112441759A (zh) 一种低能耗、资源化、环保处置垃圾焚烧飞灰的方法和装置
CN105945028B (zh) 生活垃圾焚烧再生利用工艺
CN112474706A (zh) 一种熔融态灰渣的渣处理系统及方法
CN116555571A (zh) 危废污泥电热熔融资源化处理装置
CN116678002A (zh) 危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置
CN116354572A (zh) 基于重金属组分回收的危废污泥高温熔融处理方法
CN112355033B (zh) 一种热等离子体炬高温熔融系统
CN206496356U (zh) 一种无害化危险废物焚烧处理系统
KR20130096889A (ko) 플라즈마 용융로 분위기 조절을 위한 가스 공급시스템 및 이를 이용한 폐기물 처리시스템
CN105062562A (zh) 处理危险废弃物的等离子气化炉及工艺
CN214370216U (zh) 一种危险废物无害化处置集成系统
JP4817569B2 (ja) 有機性廃棄物の溶融分留装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination