CN110038371A - 等离子体气化熔融危险废弃物处置***及工艺 - Google Patents

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Abstract

提供等离子体气化熔融危险废弃物处置***及工艺，其中的***包括等离子体气化熔融炉、余热锅炉、洗涤塔、除尘装置以及排气装置，等离子体气化熔融炉对破碎后的危险废弃物进行熔融处理，余热锅炉回收所述等离子体气化熔融炉排出的合成气体的显热；洗涤塔对经过所述余热锅炉的所述合成气体进行降温、脱酸、除尘，除尘装置对所述水洗塔排出的合成气体进行进一步除尘；排气装置包括火炬或燃气锅炉，所述火炬对经过所述除尘装置的合成气体进行燃烧处理，所述燃气锅炉对经过所述除尘装置的气体进行化学能回收。

Description

等离子体气化熔融危险废弃物处置***及工艺
技术领域
本发明涉及等离子体气化熔融危险废弃物处置***及工艺。
背景技术
一种固体废物集中处理的等离子体气化熔融***，包括等离子体气化熔融炉，等离子体气化熔融炉的合成气出口连接有二燃室，二燃室的高温烟气出口依次连接有余热回收***和烟气净化***。
在此类***中，使用等离子体气化熔融危险废弃物后，直接将等离子体气化炉出口的合成气在二燃室中燃烬。烟气经余热锅炉换热后烟气温度下降至500℃左右后进入急冷半干脱酸塔，烟气在此过程中完成急冷(烟气温度由500℃下降至200℃)和脱酸，然后烟气分别进入干式脱酸塔和带有活性炭喷射装置的布袋除尘器在此过程中完成脱酸除尘与吸附(重金属与二恶英)，烟气最后进入湿式洗涤塔进一步完成脱酸后经复杂的烟气加热装置(消白烟)由烟囱排放。
发明人通过对该***进行分析后发现其存在如下问题。
等离子炉出口的合成气直接在二燃室中燃烬，会存在一些问题。第一，在燃烬过程中由于使用空气，不可避免地会在此过程中生成热力学NOx，增加后续的脱硝负担。第二，焚烧方案仅由余热锅炉收集烟气在1100-500℃区间内的烟气显热，对于烟气的能量回收率低。
在后续的烟气净化过程中由于急冷半干过程中使用碱液对烟气进行降温使得烟气温度在1s内由500℃降低到200℃以下，该过程对于控制要求极高，既要将烟气温度极速降低，又不能因为喷入过量水分造成“湿壁”引起塔体腐蚀，而且在急冷过程中所使用的小颗粒的雾化碱液由高品质的雾化喷头在高压下产生，雾化喷头在使用过程中不可避免地因机械摩擦或结垢造成堵塞，因此需要频繁维护和更换。
再者，在此工艺路线中急冷半干和干法所采用的碱会以颗粒物的形式进入布袋除尘器，并且需要喷入活性炭吸附重金属，人为地增加烟气中的颗粒物浓度增加了布袋除尘器的处置负荷。烟气中大多数的易挥发性重金属仍然在布袋除尘器所排出的二次飞灰中，这些飞灰需要进一步处置。而且由于现阶段布袋大多含有PTFE材料，在经过2-3年使用后这些布袋也需要经过焚烧进行处置，处置过程中会有F(氟)元素的释放，因而增大了烟气净化的难度及***的防腐要求。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种等离子体气化熔融危险废弃物处置***，其可以解决至少一个前述问题，例如提高能量回收或避免脱硝负担过重。
本发明的另一个目的是提供一种等离子体气化熔融危险废弃物处置工艺。
第1方案是提供一种等离子体气化熔融危险废弃物处置***，包括等离子体气化熔融炉、余热锅炉、洗涤塔、除尘装置以及排气装置，等离子体气化熔融炉对破碎后的危险废弃物进行熔融处理，余热锅炉回收所述等离子体气化熔融炉排出的合成气体的显热；洗涤塔对经过所述余热锅炉的所述合成气体进行降温、脱酸、除尘，除尘装置对所述水洗塔排出的合成气体进行进一步除尘；排气装置包括火炬或燃气锅炉，所述火炬对经过所述除尘装置的合成气体进行燃烧处理，所述燃气锅炉对经过所述除尘装置的气体进行化学能回收。
在所述***的一个实施方式中，所述洗涤塔包括文丘里湿式急冷脱酸塔。
在所述***的一个实施方式中，所述洗涤塔包括两级水洗塔，其中第一级水洗塔为文丘里湿式急冷脱酸塔，第二级水洗塔对第一级水洗塔排出的合成气体进行二次水洗。
在所述***的一个实施方式中，该***还包括压滤机，对所述洗涤塔的塔底溶液压滤后以回收固体。
在所述***的一个实施方式中，所述除尘装置为湿式除尘器。
在所述***的一个实施方式中，所述排气装置还包括干燥合成气体的干燥塔、对经由所述干燥塔干燥后的合成气体进行增压的增压机、将增压后的合成气体进行储存的气储罐，由所述气储罐向所述燃气锅炉供应燃气。
第2方式提供一种等离子体气化熔融危险废弃物处置工艺，采用等离子体气化熔融炉对破碎后的危险废弃物进行熔融处理，所述等离子体气化熔融炉内的温度范围控制在1200-1600℃之间，控制炉内氧含量低于1％，将炉内产生的合成气在炉内停留时间超过3s；将所述等离子体气化熔融炉排出的合成气引导至余热锅炉，采用所述余热锅炉回收合成气的显热；采用洗涤塔对经由所述余热锅炉的合成气进行降温、脱酸、除尘，将合成气温度降至100摄氏度以下；采用除尘器对经过洗涤塔的合成气进行除尘处理；将经过除尘后的合成气通过火炬进行燃烧或者经由燃气锅炉进行化学能回收。
在所述的工艺的一个实施方式中，采用两级水洗塔进行所述降温、脱酸、除尘，其中第一级水洗塔的气液比为3-10L/m3，将排出的合成气体温度控制在100摄氏度以下，第二级水洗塔的气液比为1.5-8L/m3，两级水洗塔的循环液的pH值控制在8-11.5。
在所述的工艺的一个实施方式中，所述除尘器为湿式除尘器，至少针对合成气体中的粒径为0.5um的微细颗粒物进行除尘。
在所述的工艺的一个实施方式中，将经过除尘的合成气体进行干燥、增压、储存后，再输送到燃气锅炉进行化学能回收，燃气锅炉的排气温度大于150摄氏度。
在前述方案中，不设置二燃室，而是直接用余热锅炉对合成气体的显热进行回收，然后对合成气体进行降温、脱酸、除尘，并且利用燃气锅炉将干净的气体的化学能进行回收，因此能够最大程度地做到能量回收，并且***在等离子炉内最大限度地降低二恶英和NOx的生成，在后期在燃气锅炉内采用低氮燃烧的方式降低了NOx的再生成，烟气中的NOx低于排放浓度可以省去脱硝环节，节约了投资成本和运行成本。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1是根据一个或多个实施方式的可移动式危险废弃物处置工艺的流程图。
图2为一个或多个实施方式的文丘里洗涤塔的整体结构示意图。
图3为图2中导流结构的平面结构示意图。
图4为图3中扩散管形成导流的状态示意图。
具体实施方式
下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。
如图1所示，等离子体气化熔融危险废弃物处置***选择性地包括破碎机1，其用于将危险废弃物破碎至一定尺寸，例如破碎至100-500mm，可以选用已有的四轴破碎机。
该***还选择性地包括进料器2，进料器2用于将破碎后的危险废弃物输送至等离子提气化熔融炉3，进料器可以选用已有的螺旋进料器或者液压进料器。
在该***中，等离子体气化熔融炉3为核心设备，其中的热能由等离子体矩产生，等离子炬的介质气为空气、氮气、H2、天然气等，但炉内气氛为厌氧气氛，通畅炉内含氧量低于1％，由等离子体矩产生的炉内温度可以控制在1200-1600℃之间，可以将所有的危险废弃物进行熔融处理，无需燃烧的情况下，热裂解危险废弃物，产生熔渣和合成气体，熔渣为玻璃体物质，可以充当耐火材料、水泥原料等，而合成气体中大部分为氢气等可燃性气体，其可用作清洁燃料。
在等离子体气化熔融炉3的下游侧设置余热锅炉4，将合成气体引导经过余热锅炉4，将合成气体中的显热进行回收，通常可以将合成气体从1200℃降低到500℃。
在余热锅炉4的下游侧设置洗涤塔，其利用合成气与稀碱液间的接触，而将合成气中的污染物传送到液体中，然后再将合成气与稀碱液分离，达到清净合成气的目的。一种优选方式是两级水洗塔5。两级水洗塔5的第一级水洗塔优选为文丘里湿式急冷脱酸塔，或者其它构型的水洗塔，其中的液气比控制在3-10L/m3，将合成气温度降低至100℃以下，例如将合成气温度从500摄氏度降低到100摄氏度以下。第一级水洗塔向引入的烟气喷入大量的稀碱液，在降温的同时起到脱酸、除尘的效果。合成气体中的酸性物质例如HCl、H2S与稀碱液进行化学反应而被脱除，另外合成气体中易于挥发的重金属被大量水洗涤后在塔底循环液中以溶液或者固态形式存在，可以通过调节两级水洗塔的塔底循环液51的pH值在8-11.5之间在塔底形成沉淀物，将塔底循环液经过压滤机12进行压滤后，就可以进行固体回收。第二级水洗塔同样也可以采用文丘里湿式急冷脱酸塔或者其它构型的水洗塔，对经过第一级水洗塔的合成气体进行二次洗涤，进一步降温、脱酸、除尘，其中的液气比大概控制在1.5-8L/m3，合成气温度降至60摄氏度左右。第一级、第二级水洗塔可以共用塔底循环液，共用稀碱液16的供应源。
文丘里湿式急冷脱酸塔文丘里湿式急冷脱酸塔的一种示意性结构如图2至图4所示，包括依次连通的入口管41、收缩管42、喉管48以及扩散管43，入口管41内穿设有调节器，调节器可上下调节地穿设至喉管48处并喷水，扩散管43与喉管48之间设有导流结构49，扩散管43通向水过滤单元。较为优选地，收缩管42与喉管48一体连接。调节器用于向喉管48处喷水，其也可由其它的供水装置替代。
其中，水过滤单元包括水箱44，扩散管43的末端通向水箱44，水箱44上设有废气出口410，扩散管43末端略浸入水箱44液面下，使废气经过二次洗涤，水箱44设计有一定的容积，用以为循环水提供缓存空间并沉淀、排出其中的尘粒。
结合图2和图3所示，导流结构49固定安装于扩散管43与喉管48衔接的始端内，导流结构49包括多块螺旋转动的导流叶片490或导流板。
参照图2，入口管1的侧部设有废气入口411，其上部设有安装座412，调节器45的上端安装于安装座412进而调节器45可旋转和上下运动。或者，所示调节器45的上端可固定安装于安装座412上。
进一步地，安装座412上设有执行器46，通过执行器46控制调节器5进行旋转和上下运动。
同时，调节器45的上端设有旋转接头47，通过旋转接头47接入外接的液体管道，旋转接头可使调节器45旋转时外接的液体管道保持不旋转。
另一方面，调节器45的下端设有喷射口，喷射口沿径向喷射。较为优选地，调节器45具有流线外形。
以此，调节器45采用流线外形以降低阻力。调节器45旋转运动可加强喉管48气液流的扰动和混合；调节器45的上下运动根据工况的变化而调节，以调整喉管48处缝隙的大小和流速，从而保证除尘效率。调节器45(可以是喷水管)采用高速径向喷射，其液体的雾化不是由高速气流产生的，而是由液体喷嘴形成的，喉部只是提供气液间的密切接触。
回到图1，在洗涤塔5的下游侧设置除尘器，除尘器的优选方式是湿式除尘器6，湿式除尘器6通过喷淋水17形成水膜，利用不导电的非金属材料做集尘极，也可以使用耐腐蚀材料直接做集尘极，沉集在极板上的粉尘可以通过水将其冲洗下来，洗涤后的粉尘同样可以通过压滤机12进行压滤，然后进行重金属13回收。洗涤塔和除尘器处产生的废水通过压滤机12进行重金属回收后，进行废液14的处置，废液14的处置方式可以通过污水管道排放到污水工厂进行处理。
一种可选的实施方式是在除尘器的排气管道中设置氧气传感器，以检测合成气中的氧气浓度。
在除尘器的下游侧设置排气装置，排气装置有两种设置方式，一种是设置火炬11，将经过除尘的合成气体经过火炬11进行燃烧，通常根据合成气体的含氧量进行分析，如果含氧量过高，不利于存储，有爆燃风险时，采用火炬11进行燃烧。另一种是设置气体干燥塔7、增压气体8、合成气储罐9，将经过除尘后的合成气进行含氧量分析，若其中的含氧量较低，经过气体干燥塔7进行干燥，再经过增压气体8进行增压，最后存储在储罐9中。储罐9向燃气锅炉10供应合成气体，在燃气锅炉10中，合成气体燃烧，利用其化学能进行能力回收，燃烧后的合成气体通过烟囱101排放，从烟囱101排放出的排气温度通常＞150℃，在燃气过滤10中的合成气体的燃烧为低氮燃烧，并且燃烧产生的物质通常为水或二氧化碳，其中的微粒物或氮氧化物极低，可以达到有关标准规定的排放要求。
图1所示的***的工作原理为：
危险废弃物在经过配伍后进入破碎机1破碎至100-500mm的尺寸后由进料器2输送至等离子体气化熔融炉3，在等离子体气化熔融炉3内危险废弃物发生气化熔融，等离子体气化熔融炉内的温度范围在1200-1600℃之间，同时控制炉内氧含量低于1％，炉内产生的合成气在炉内停留时间超过3s，对等离子体气化熔融炉3出口的合成气1200-500℃之间的显热用余热锅炉4进行回收，合成气进入两级水洗塔5，其中的一级为文丘里湿式急冷脱酸塔，在文丘里湿式急冷脱酸塔内直接用稀碱液16将合成气进行湿式急冷脱酸，将合成气温度直接由500℃降至100℃以下，优选的液气比为3-10L/m3，同时对合成气中的酸性物质(HCl、H2S)和颗粒物进行一次脱除，而合成气中易挥发性的重金属大量水被洗涤后在塔底液中以溶液或固态形式存在，通过调节塔底液的pH值在8-11.5之间在塔底形成沉淀，经压滤机12压滤后可进一步进行回收固体，然后合成气进入第二级洗涤塔进行二次洗涤，同样在第二级洗涤塔的塔内用稀碱液二次水洗，优选的液气比为1.5-8L/m3，将合成气温度降至60℃左右，进一步将酸性气体(H2S、HCl)和颗粒物进行脱除，同时合成气中的重金属化合物被进一步洗涤下来，通过调节二次洗涤塔塔底液的pH值在8-11.5之间，让其以沉淀的形式在塔底富集，经压滤机12压滤后可进一步回收固体。经过二次洗涤塔后的合成气进入湿式除尘器6，合成气中的低至0.5um的微细颗粒物(水滴、气溶胶等)被进一步脱除，在湿式除尘器6中产生的废液同样可以由压滤机12压滤后进行固体或重金属13的回收。在两级水洗塔、湿式除尘器处产生的废液通过压滤机12压滤后，将废液排放到污水管道，由污水处理厂进行处置。然后合成气通常会经过气体干燥塔7脱除气体中的水分增加合成气的品质，由增压气机8加压至10KPa后进入合成气储罐9。合成气由合成气储罐9进入燃气锅炉10低氮燃烧，回收合成气的化学能，燃烧后的烟气进入烟囱101排烟温度＞150℃。如果合成气体中的含氧量过高，存在爆燃风险，在除尘器的下游侧引导合成气体至火炬11进行燃烧。合成气中含氧量过高通常是***上游由于密封问题导致引入了空气，在密封性能达标的情况下，合成气中含氧量不会过高，从而不会存在爆燃隐患。
通过前述描述，还可以理解到一种等离子体气化熔融危险废弃物处置工艺，其采用等离子体气化熔融炉3对破碎后的危险废弃物进行熔融处理，所述等离子体气化熔融炉内的温度范围控制在1200-1600℃之间，控制炉内氧含量低于1％，将炉内产生的合成气在炉内停留时间超过3s；
然后将所述等离子体气化熔融炉排出的合成气引导至余热锅炉4，采用所述余热锅炉回收合成气的显热；
然后采用洗涤塔5对经由所述余热锅炉的合成气进行降温、脱酸、除尘，将合成气温度降至100摄氏度以下；
接下来采用除尘器6对经过洗涤塔的合成气进行除尘处理；
最后将经过除尘后的合成气通过火炬进行燃烧或者经由燃气锅炉进行化学能回收。
前述实施方式的有益效果体现在：
1.采用余热锅炉和燃气锅炉的方式将能量回收做到最大化，相对于设置二燃室燃烧后，再进行能量回收的方式，增加热能回收10-30％；
2.在等离子体熔融炉内最大限度地降低二恶英和NOx的生成，在后期在燃气锅炉内采用低氮燃烧的方式降低了NOx的再生成，烟气中的NOx低于排放浓度可以省去脱硝环节，节约了投资成本和运行成本；
3.采用湿式急冷方式避免了频繁更换多流体雾化喷嘴的使用，同时极大简化了***的控制和运行维护成本；
4.采用大量水洗的方式将合成气中的重金属和颗粒物洗涤至塔底，有利于重金属经压滤后回收利用；
5.不需要活性炭吸附重金属，节约了运行成本；
6.使用湿式除尘器代替布袋除尘器可以避免二次飞灰的产生同时也避免了布袋的更换与处置。
7.末端采用合成气在燃气锅炉内燃烧回收化学能，燃烧后的合成气排烟温度在>150℃，避免了同类产品因为烟气消白再加热的能耗和设备，节约了投资成本和运行成本。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.等离子体气化熔融危险废弃物处置***，包括：
等离子体气化熔融炉，对破碎后的危险废弃物进行熔融处理；
余热锅炉，回收所述等离子体气化熔融炉排出的合成气体的显热；
其特征在于，该***还包括：
洗涤塔，对经过所述余热锅炉的所述合成气体进行降温、脱酸、除尘；
除尘装置，对所述洗涤塔排出的合成气体进行进一步除尘；以及
排气装置，包括火炬或燃气锅炉，所述火炬对经过所述除尘装置的合成气体进行燃烧处理，所述燃气锅炉对经过所述除尘装置的气体进行化学能回收。
2.如权利要求1所述的等离子体气化熔融危险废弃物处置***，其特征在于，所述洗涤塔包括文丘里湿式急冷脱酸塔。
3.如权利要求1所述的等离子体气化熔融危险废弃物处置***，其特征在于，所述洗涤塔包括两级水洗塔，其中第一级水洗塔为文丘里湿式急冷脱酸塔，第二级水洗塔对第一级水洗塔排出的合成气体进行二次水洗。
4.如权利要求3所述的等离子体气化熔融危险废弃物处置***，其特征在于，该***还包括压滤机，对所述洗涤塔的塔底溶液压滤后以回收固体。
5.如权利要求1所述的等离子体气化熔融危险废弃物处置***，其特征在于，所述除尘装置为湿式除尘器。
6.如权利要求1所述的等离子体气化熔融危险废弃物处置***，其特征在于，所述排气装置还包括干燥合成气体的干燥塔、对经由所述干燥塔干燥后的合成气体进行增压的增压机、将增压后的合成气体进行储存的气储罐，由所述气储罐向所述燃气锅炉供应燃气。
7.一种等离子体气化熔融危险废弃物处置工艺，其特征在于，
采用等离子体气化熔融炉对破碎后的危险废弃物进行熔融处理，所述等离子体气化熔融炉内的温度范围控制在1200-1600℃之间，控制炉内氧含量低于1％，将炉内产生的合成气在炉内停留时间超过3s；
将所述等离子体气化熔融炉排出的合成气引导至余热锅炉，采用所述余热锅炉回收合成气的显热；
采用洗涤塔对经由所述余热锅炉的合成气进行降温、脱酸、除尘，将合成气温度降至100摄氏度以下；
采用除尘器对经过洗涤塔的合成气进行除尘处理；
将经过除尘后的合成气通过火炬进行燃烧或者经由燃气锅炉进行化学能回收。
8.如权利要求7所述的工艺，其特征在于，采用两级水洗塔进行所述降温、脱酸、除尘，其中第一级水洗塔的气液比为3-10L/m3，将排出的合成气体温度控制在100摄氏度以下，第二级水洗塔的气液比为1.5-8L/m3，两级水洗塔的循环液的pH值控制在8-11.5。
9.如权利要求7所述的工艺，其特征在于，所述除尘器为湿式除尘器，至少针对合成气体中的粒径为0.5um的微细颗粒物进行除尘。
10.如权利要求7所述的工艺，其特征在于，将经过除尘的合成气体进行干燥、增压、储存后，再输送到燃气锅炉进行化学能回收，燃气锅炉的排气温度大于150摄氏度。
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