CN206997329U - 一种工业固体废弃物的资源化处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工业固体废弃物的资源化处理系统。该资源化处理系统包括等离子体高温熔融炉、固废预处理装置、固废输送装置、气体循环装置、富氧制备装置以及副产品生产回收装置。该资源化处理系统不仅可以回收贵重金属，还可得到环境友好、附加值高的副产品，而且可大幅减少固体废弃物的体积，具有能耗低、不产生氮氧化物、完全避免二次污染、经济效益好等优点，具有广阔的应用前景。

Description

一种工业固体废弃物的资源化处理系统

技术领域

本实用新型涉及工业固体废弃物处理技术领域，特别是涉及一种用于富含金属或富含硅钙的工业固体废弃物的资源化处理系统。

背景技术

随着工业生产的发展，工业废物数量日益增加，尤其以冶金、火力发电、煤化工等行业的工业废物排放量最大。工业废物按其状态，主要分为工业固体废弃物、工业废水和工业废气。目前，大部分的工业固体废弃物最常见的处理方式为消极堆存。然而消极堆存工业固体废弃物不仅占用大量土地，而且大宗工业固体废弃物中含有的药剂(如浮选过程使用的)及铜、铅、锌、铬、镉、砷、汞等多种金属元素会随雨水流入附近河流或渗入地下，严重污染水源和土壤。消极堆存的粉末状废弃物会随风飞扬，还可能散发臭气或毒气，污染大气。此外，消极堆存的工业固体废弃物还有可能淤塞河道，污染水系，影响生物生长，危害人体健康。

因此，工业固体废弃物需要经过适当的工艺处理，最好能够成为工业原料或能源等，使其转化为工业可用物质，实现工业固体废弃物的资源化。如今，一些工业固体废弃物已被制成多种产品，如粉煤灰可制成水泥添加料、混凝土骨料、砖瓦、纤维、铸石等建筑材料；含金属的工业固体废弃物可用来提取铁、铝、铜、铅、锌等金属或钒、铀、锗、钼、钪、钛等稀有金属；高硅钙含量的工业固体废弃物可制造肥料、土壤改良剂等。随着环境污染日益加剧，国家采取了越来越严厉的环保政策，能使工业固体废物资源化的行业将进入黄金发展时期。与此同时，工业固体废物的资源化处理设备、资源回收再利用的方法等下游领域的投资价值将日益显现。

目前处理工业固体废弃物(如金属尾矿、金属矿渣、电厂灰渣、高炉渣)最常用的方法之一是加热熔融法。采用此方法可以回收固体废弃物中的金属，还可减少固体废弃物的体积，如目前回收有色金属渣中铅、锌的沸腾熔炼炉。

但是目前采用加热熔融法处理工业固体废弃物存在以下几个方面的主要问题，一是能耗高，此法处理废弃物的过程中需要使用大量燃料或电能，且对尾气携带的能量回收困难，装置投资大；二是处理过程中采用空气作为助燃剂，会产生硫化物、氮氧化物、固态灰渣等，需要进行处理，否则会造成二次污染；三是除了回收金属，其它资源化副产品附加值不高，使得回收经济性过低，甚至无经济性可言。

因此，节能、减排，副产品附加值是决定工业固体废弃物处理是否可行的关键。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种工业固体废弃物的资源化处理系统，通过重复使用固体废弃物中的可燃物、燃烧产生的高温气体等途径，降低能耗；通过氧气助燃、等离子体辅助补能等途径，实现加热熔融过程中的气氛可控，减少氮氧化物、固态灰渣的产生；通过将固体废弃物处理成金属副产品和环境友好的玻璃体、或保温棉等副产品，提高附加值，使工业固体废弃物资源化处理的经济性大大提高。

该工业固体废弃物的资源化处理系统，包括

用来燃烧粉末状工业固体废弃物，并将其熔化为熔融体的等离子体高温熔融炉，

用来将工业固体废弃物处理成粉末状，同时产生水汽和尾气的固废预处理装置，

用来输送粉末状工业固体废弃物的固废输送装置，

用来回收并利用等离子体高温熔融炉和固废预处理装置产生气体的能量的气体循环装置，

用来制备富氧空气的富氧制备装置，以及

用来回收并利用熔融体的副产品生产回收装置；

其中，固废预处理装置、固废输送装置、等离子体高温熔融炉和副产品生产回收装置的固体管路依次相连，富氧制备装置、等离子体高温熔融炉、气体循环装置和固废输送装置的气体管路依次相连，固废预处理装置产生的尾气与固废输送装置的气体管路相连，固废预处理装置产生的水汽与气体循环装置的气体管路相连。

所述等离子体高温熔融炉包括炉体，炉体上部设置的高温气体排放口，炉体中部设置的固废粉体输入喷嘴和富氧气输入喷嘴，炉体下部设置的液态金属排出口和非金属熔体排出口。

所述等离子体高温熔融炉还包括安装在炉体顶部的等离子体枪。

所述等离子体枪为直流转移弧或非转移弧等离子体枪。

所述固废预处理装置包括用来干燥工业固体废弃物的干燥设备和用来将干燥后的工业固体废弃物研磨成粉末状的研磨机，干燥设备设有热源入口、水汽出口、尾气出口和干燥物料出口，研磨机设有物料入口和粉体出口，干燥设备的干燥物料出口与研磨机的物料入口相连。

所述固废输送装置包括粉料固废仓和位于粉料固废仓正下方的料封泵，粉料固废仓设有粉体入口和粉料固废出口，粉体入口与所述研磨机的粉体出口相通，粉料固废出口经料封泵与等离子体高温熔融炉的固废粉体输入喷嘴相连，所述干燥设备的尾气出口与料封泵相通。

所述气体循环装置包括喷水冷却器、气/汽混合器和离心风机；喷水冷却器的高温气体入口与等离子体高温熔融炉的高温气体排放口相连，喷水冷却器的冷却气体出口和干燥设备的水汽出口均连至气/汽混合器，气/汽混合器上设置的混合气出口经离心风机一部分通入料封泵，另一部分通入干燥设备的热源入口。

所述富氧制备装置的富氧空气出口与等离子体高温熔融炉的富氧气输入喷嘴相连，所述富氧为氧气含量为95％的富氧空气。

所述副产品生产回收装置包括工业岩棉生产设备和/或金属回收设备，工业岩棉生产设备与非金属熔体排出口相连，金属回收设备与液态金属排出口相连。

所述金属回收设备为工业钢锭模或铁水模。

与现有技术相比，用本实用新型提供的工业固体废弃物的资源化处理系统处理富含金属的工业固体废弃物，不仅可以回收贵重金属，还可得到环境友好的玻璃体作为副产品，而且可大幅减少固体废弃物的体积；用该系统来处理硅钙类物质的工业固体废弃物时，可得到高附加值的副产品保温棉，而且由于处理过程中充分利用工业固体废弃物中的可燃物能量以及系统本身排放尾气中的能量，能耗大幅度降低。本实用新型的资源化处理系统采用氧气和系统自身排放尾气为载气，加热熔融过程中没有氮氧化物产生，完全避免二次污染。因此，本实用新型的资源化处理系统具有能耗低、完全无二次污染、经济效益好等优点，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1所示为本实用新型资源化处理系统处理工业固体废弃物的流程图。

1-等离子体高温熔融炉，1-1：高温气体排放口，1-2：固废粉体输入喷嘴，1-3：富氧气输入喷嘴，1-4：液态金属排出口，1-5：非金属熔体排出口；2-固废预处理装置，2-1：干燥设备，2-2：研磨机；3-固废输送装置，3-1：粉料固废仓，3-2：料封泵；4-气体循环装置，4-1：喷水冷却器，4-2：气/汽混合器，4-3：离心风机；5-富氧制备装置；6-副产品生产回收装置，6-1：工业岩棉生产设备，6-2：金属回收设备；7-等离子体枪。

具体实施方式

本实用新型提供的工业固体废弃物的资源化处理系统，如图1所示，包括等离子体高温熔融炉1、固废预处理装置2、固废输送装置3、气体循环装置4、富氧制备装置5和副产品生产回收装置6。

等离子体高温熔融炉1包括炉体1-6，炉体1-6由耐火材料内衬和碳钢外壳组成，可耐温1500-1600℃。炉体1-6顶部安装有等离子体枪7，等离子体枪7为直流转移弧或非转移弧等离子体枪，等离子枪产生的高温气体喷入炉内；如果固体废弃物中可燃物含量高，等离子枪系统7可间歇使用或不用。炉体1-6上部设有高温气体排放口1-1，炉体1-6中部设有固废粉体输入喷嘴1-2和富氧气输入喷嘴1-3，炉体1-6下部设有液态金属排出口1-4和非金属熔体排出口1-5。

固废预处理装置2包括依次连接的干燥设备2-1和研磨机2-2，干燥设备2-1先通过加热的方式把固体废弃物(以下简称“固废”)干燥至含水率小于8％，再送至研磨机2-2中研磨成粒度小于1mm的粉体。固废在干燥设备中干燥时，固废中的水分被蒸发形成低温的水汽，而用来加热固废的热源气体在加热完固废后作为尾气排出。

固废输送装置3包括一粉料固废包3-1和位于粉料固废包3-1正下方并与其粉料固废出口相连的料封泵3-2。粉料固废包3-1的粉料固废入口与固废预处理装置2中的研磨机2-2出口相连，使研磨机研磨后的粉体排入固废输送装置3中的粉料固废包内3-1内，然后经料封泵3-2输送至等离子体高温熔融炉1，由固废粉体输入喷嘴1-2喷入炉体内。料封泵3-2与固废预处理装置2中干燥设备2-1的尾气出口相连，尾气作为载气将粉料固废输送至等离子体高温熔融炉1内。

气体循环装置4包括依次连接的喷水冷却器4-1、气/汽混合器4-2和离心风机4-3。喷水冷却器4-1的出水口与等离子体高温熔融炉1的高温气体排放口1-1相连，当等离子体高温熔融炉产生的高温气体排至喷水冷却器4-1中时，喷水冷却器的出水口向高温气体喷水，降低气体温度，使气体的温度符合气/汽混合器4-2对进气气流的温度要求。高温气体经喷水冷却器4-1降低温度后进入气/汽混合器4-2，气/汽混合器4-2还与固废预处理装置2中干燥设备2-1的水汽出口相连，降温后的高温气体与水汽在气/汽混合器4-2中混合后进入离心风机4-3，得到混合气；混合气一部分被送入干燥设备2-1作为干燥固废的热源气体用来加热固废，使固废中的水分蒸发，起到干燥的目的；另一部分的混合气送入固废输送装置3中的料封泵3-2作为载气，与干燥设备2-1排出的尾气一同作为载气用来将粉料固废输送至等离子体高温熔融炉1。

富氧制备装置5为工业PSA(Pressure Swing Adsorption,变压吸附)富氧生产装置，能够提供氧气含量为95％的富氧空气，该装置制备出的富氧空气出口与等离子体高温熔融炉1的富氧气输入喷嘴1-3相连，为炉体内固废的燃烧助燃。

副产品生产回收装置6包括工业岩棉生产设备6-1和金属回收设备6-2，金属回收设备6-2与液态金属排出口1-4相连，用来回收金属，可以是工业钢锭模或铁水模。工业岩棉生产设备6-1与非金属熔体排出口1-5相连，用来将非金属熔体加工成工业岩棉，实现废物利用，变废为宝。

使用本实用新型的资源化处理系统处理工业固体废弃物的工作原理为：

将工业固体废弃物投入固废预处理装置2中，先经干燥设备2-1干燥，再经研磨机2-1研磨成粉体；粉体排至固废输送装置3中的粉料固废仓3-1中，在料封泵3-2的作用下，经固废粉体输入喷嘴1-2进入等离子体高温熔融炉1内，同时富氧制备装置5制备的富氧气体也经富氧气输入喷嘴1-3进入等离子体高温熔融炉1内；在等离子枪系统7提供的高温作用以及富氧制备装置5提供的富氧空气的作用下，固废粉体中的可燃物完全燃烧，释放能量，同时不可燃物熔化成熔融体。对于富含金属的固废来说，熔融体分为金属熔体和非金属残渣熔体，其中金属熔体比重大，在炉体底部，非金属熔体浮在金属熔体上，打开炉体底部的液态金属排出口1-4，先将金属熔体排入金属回收设备6-2，金属得到回收；剩下的非金属熔体在等离子体高温熔融炉1内经调质、冷却后得到玻璃体由液态金属排出口1-4排出，玻璃体对环境友好，不会造成二次污染，且体积小，还可作为筑路材料。对于富含硅钙类的固废来说，熔融体在等离子体高温熔融炉1内经调质后由非金属熔体排出口1-5排入岩棉生产设备6-1制成保温棉。

等离子体高温熔融炉1在固废燃烧时会产生高温气体，由于高温气体的温度太高(1500℃左右)，必须先经喷水冷却器4-1冷却降温后(1000℃左右)才能进入下一设备，于是高温气体由高温气体排放口1-1排至气体循环装置4的喷水冷却器4-1中，高温气体经冷却器4-1喷出的水降低温度后，排至气/汽混合器4-2中，与此同时干燥设备2-1在干燥固废时产生的水汽(110℃左右)也排至气/汽混合器4-2中，与冷却后的高温气体混合，成为600-700℃的气流并一同排至离心风机4-3，最后在离心风机4-3的作用下，一部分进入固废预处理装置2的干燥设备2-1中，作为热源为干燥设备2-1提供干燥固废所需的热量，另一部分进入固废输送装置3的料封泵3-2中，作为载气在其携带作用下将固废粉体经固废粉体输入喷嘴1-2送至等离子体高温熔融炉1内，进行燃烧和熔融。固废在干燥设备2-1干燥的过程中，水分蒸发形成水汽进入气/汽混合器4-2与冷却后的高温气体混合，热源气体完成加热固废后作为尾气与离心风机4-3的另一路气体一同排入料封泵3-2中作为固废粉体的载气。

在本实用新型提出的工业固体废弃物的资源化处理系统的基础上，进行工业固体废弃物的资源化处理方法，具体包括以下步骤：

(1)、将工业固体废弃物排入固废预处理装置2中，先经干燥设备2-1干燥至固废的含水量小于8％，再经研磨机2-2将固废研磨成粒度小于1mm的粉体；干燥产生的水汽排入气体循环系统4的气/汽混合器4-2；

(2)、在气体循环系统4和干燥设备共同提供的载气作用下，步骤(1)的粉体经固废输送装置3排至等离子体高温熔融炉1中，固废在富氧制备装置5提供的富氧气体作用下进行燃烧；

(3)、固废中的可燃物燃烧完全，产生高温气体排入气体循环系统4；固废中的不可燃物熔化成熔融体，排至副产品生产回收装置；

(4)、气体循环装置4利用喷水冷却器4-1将高温气体冷却，并与步骤(1)的水汽在气/汽混合器4-2混合得到混合气，一部分混合气输送至固废预处理装置2，用于干燥固废，干燥完固废后与另一部分混合气一同输送至固废输送装置3，作为载气用于将步骤(1)的粉体输送至等离子体高温熔融炉1；

(5)、若排至副产品生产回收装置的熔融体富含金属，则将熔融体分为金属熔体和非金属残渣熔体，金属熔体注入金属回收设备回收金属，非金属残渣熔体调质冷却后得到玻璃体；若排至副产品生产回收装置的熔融体富含硅钙类物质，将熔融体调质后排入工业岩棉生产设备制成保温棉。

以下结合具体实施例，更具体地说明本实用新型的内容，并对本实用新型作进一步阐述，但这些实施例绝非对本实用新型进行限制。

实施例一：

处理富含硅钙物质的湿态工业固废(由于其中不含有金属，不用分离金属和非金属熔融体，燃烧后直接用来制备保温棉)，且含有足够的可燃物(如煤气化产生的气化灰渣)，不需要等离子体枪提供额外能量。整个处理系统由等离子体高温熔融炉1、固废预处理系统2、固废输送装置3、气体循环装置4、富氧制备装置5和工业岩棉生产设备6-1组成。

处理方法为：先在等离子体高温熔融炉内投入焦炭，并利用富氧制备装置5产生的富氧气体使焦炭燃烧，然后加入炉渣，使炉膛内温度达到1300-1500℃，炉渣完全熔化，在炉内形成熔融池，并将产生的高温气体持续排至气体循环装置4的喷水冷却器4-1，高温气体经喷水冷却后进入气体循环装置4的气/汽混合器4-2，并与其中的水汽混合形成混合气。在离心风机4-3的作用下一部分混合气通入固废预处理系统2的干燥设备2-1，作为干燥过程的热源气体。待处理的湿态工业固废采用输送皮带或螺旋输送机送入固废预处理系统2的干燥设备2-1中，在混合气作用下被干燥至含水量小于8％，再经研磨机研磨成粒度小于1mm的粉体后，进入固废输送装置3中的粉料固废仓3-1。干燥过程中湿态工业固废中的水分蒸发形成水汽，水汽采用引风机引到气体循环装置4的气/汽混合器4-2，与经喷水冷却的高温气体混合以降低高温气体的温度，混合后的混合气温度为600-700℃，满足固废预处理系统2对热源气体的温度要求。混合气在干燥完湿态工业固废后，与气/汽混合器4-2的另一部分混合气(即没有通入干燥设备2-1的混合气)一同驱动料封泵3-2，将粉料固废仓3-1中的固废粉体送至安装在等离子体高温熔融炉1上的固废粉体输入喷嘴，然后喷入炉内进行燃烧和熔融。当熔融炉1内部温度足够高且稳定时，停止加入焦炭，系统维持自热平衡，不需要外加能量。当熔融炉1内的熔融体达到炉膛容积额定量时，熔融体经安装在熔融炉1上的非金属熔体排出口排出，进入工业岩棉生产设备6-1，生产出符合国家标准的保温棉。

实施例2：

处理富含金属的工业固废，由于其中可燃物含量少，需要等离子体枪7提供能量。

整个处理系统由等离子体高温熔融炉1、固废预处理系统2、固废输送装置3、气体循环装置4、富氧制备装置5、金属回收设备6-2，以及安装在熔融炉1上的等离子体枪7。

处理方法为：先在等离子体高温熔融炉内投入焦炭，并利用富氧制备装置5产生的富氧气体使焦炭燃烧，然后加入炉渣，使炉膛内温度达到1300-1500℃，炉渣完全熔化，在炉内形成熔融池，并将产生的高温气体持续排至气体循环装置4的喷水冷却器4-1，高温气体经喷水冷却后进入气体循环装置4的气/汽混合器4-2，并与其中的水汽混合形成混合气。在离心风机4-3的作用下一部分混合气通入固废预处理系统2的干燥设备2-1，作为干燥过程的热源气体。待处理的工业固废采用输送皮带或螺旋输送机送入固废预处理系统2的干燥设备2-1中，在混合气作用下被干燥至含水量小于8％，再经研磨机研磨成粒度小于1mm的粉体后，进入固废输送装置3中的粉料固废仓3-1。干燥过程中湿态工业固废中的水分蒸发形成水汽，水汽采用引风机引到气体循环装置4的气/汽混合器4-2，与经喷水冷却的高温气体混合以降低高温气体的温度，混合后的混合气温度为600-700℃，满足固废预处理系统2对热源气体的温度要求。混合气在干燥完湿态工业固废后，与气/汽混合器4-2的另一部分混合气(即没有通入干燥设备2-1的混合气)一同驱动料封泵3-2，将粉料固废仓3-1中的固废粉体送至安装在等离子体高温熔融炉1上的固废粉体输入喷嘴，然后喷入炉内进行燃烧和熔融。当熔融炉1内需要强还原气氛回收金属时，停止加入焦炭和富氧气体，启动等离子体枪7，补充能量，维持系统热平衡。当熔融炉1内的熔融体达到炉膛容积额定量时，金属熔体经安装在熔融炉1上的液态金属排出口排出，进入金属回收设备6-2，铸成金属锭；金属熔体排出完毕后，非金属残渣熔体也由液态金属排出口排出，冷却后形成玻璃体，可作为路基材料。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种工业固体废弃物的资源化处理系统，其特征在于，包括

用来燃烧粉末状工业固体废弃物，并将其熔化为熔融体的等离子体高温熔融炉，

用来将工业固体废弃物处理成粉末状，同时产生水汽和尾气的固废预处理装置，

用来输送粉末状工业固体废弃物的固废输送装置，

用来回收并利用等离子体高温熔融炉和固废预处理装置产生气体的能量的气体循环装置，

用来制备富氧空气的富氧制备装置，以及

用来回收并利用熔融体的副产品生产回收装置；

其中，固废预处理装置、固废输送装置、等离子体高温熔融炉和副产品生产回收装置的固体管路依次相连，富氧制备装置、等离子体高温熔融炉、气体循环装置和固废输送装置的气体管路依次相连，固废预处理装置产生的尾气与固废输送装置的气体管路相连，固废预处理装置产生的水汽与气体循环装置的气体管路相连。

2.根据权利要求1所述资源化处理系统，其特征在于，所述等离子体高温熔融炉包括炉体，炉体上部设置的高温气体排放口，炉体中部设置的固废粉体输入喷嘴和富氧气输入喷嘴，炉体下部设置的液态金属排出口和非金属熔体排出口。

3.根据权利要求2所述资源化处理系统，其特征在于，所述等离子体高温熔融炉还包括安装在炉体顶部的等离子体枪。

4.根据权利要求3所述资源化处理系统，其特征在于，所述等离子体枪为直流转移弧或非转移弧等离子体枪。

5.根据权利要求4所述资源化处理系统，其特征在于，所述固废预处理装置包括用来干燥工业固体废弃物的干燥设备和用来将干燥后的工业固体废弃物研磨成粉末状的研磨机，干燥设备设有热源入口、水汽出口、尾气出口和干燥物料出口，研磨机设有物料入口和粉体出口，干燥设备的干燥物料出口与研磨机的物料入口相连。

6.根据权利要求5所述资源化处理系统，其特征在于，所述固废输送装置包括粉料固废仓和位于粉料固废仓正下方的料封泵，粉料固废仓设有粉体入口和粉料固废出口，粉体入口与所述研磨机的粉体出口相通，粉料固废出口经料封泵与等离子体高温熔融炉的固废粉体输入喷嘴相连，所述干燥设备的尾气出口与料封泵相通。

7.根据权利要求6所述资源化处理系统，其特征在于，所述气体循环装置包括喷水冷却器、气/汽混合器和离心风机；喷水冷却器的高温气体入口与等离子体高温熔融炉的高温气体排放口相连，喷水冷却器的冷却气体出口和干燥设备的水汽出口均连至气/汽混合器，气/汽混合器上设置的混合气出口经离心风机一部分通入料封泵，另一部分通入干燥设备的热源入口。

8.根据权利要求7所述资源化处理系统，其特征在于，所述富氧制备装置的富氧空气出口与等离子体高温熔融炉的富氧气输入喷嘴相连。

9.根据权利要求2-8任一所述资源化处理系统，其特征在于，所述副产品生产回收装置包括工业岩棉生产设备和/或金属回收设备，工业岩棉生产设备与非金属熔体排出口相连，金属回收设备与液态金属排出口相连。

10.根据权利要求9所述资源化处理系统，其特征在于，所述金属回收设备为工业钢锭模或铁水模。