CN208357448U - 危险固体废物等离子体无害化处理*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种危险固体废物等离子体无害化处理***，其包括进给***、等离子体气化熔融炉、重整燃烧室、热交换***、烟气治理***和排气***，其中等离子体气化熔融炉和重整燃烧室均设置有等离子体炬。本实用新型的***可有利地用于固定重金属等有毒有害物质，其重金属浸出浓度远远低于毒性浸出标准，可作为建筑材料或者路基材料使用，并且无飞灰二次污染，同时有效地控制剧毒气体(例如，二噁英、臭气)的生成，并能够使得到的烟气中的有害成分降至更低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种危险固体废物无害化处理***，特别涉及一种危险废物等离子体无害化处理***。
背景技术
随着工业化进程的加速，经济的高速发展，人民生活水平普遍提高，城镇常住人口迅速增长，在消耗能源和资源的同时，也产生了大量的城市生活垃圾。由于城市生活垃圾产量增长迅速，加上我国对城市生活垃圾的管理控制起步较晚，因此城市生活垃圾的无害化处理率还较低，远远不能满足人们对良好生态环境的要求。由于大量的生活垃圾被露天堆放或者简易填埋，已经给人类的生存环境带来巨大危害。
经过长期的研究和实践形成了多种方法和途径，目前普遍使用的城市生活垃圾处理技术主要分为三大类：资源回收处理、生物法处理(填埋、堆肥)和热处理(焚烧、热解气化)。
等离子体被定义为带电和中性粒子的类群气体，它们表现出集体行为。等离子体可根据电离程度和重粒子与电子之间的温度差异，将等离子体分为非热等离子体和热等离子体。热等离子体的特点是在重粒子和电子温度之间近似相等，具有高温、高能量密度等诸多优点。电产生的热等离子体可以达到10000℃以上的温度，可以裂解任何有机物，由于这个原因，热等离子体技术已应用于废物处理。
例如，CN107816720A公开了一种危废物焚烧干化一体化处理***，其包括危险废物预处理***、焚烧***及干化***；所述危险废物预处理***包括依次相连的预处理冲洗区、分析鉴别区及危险废物储存区。其中所述焚烧***包括二燃室，但是危险废物中的有害成分仍然不能完全去除。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种危险固体废物等离子体无害化处理***，其具有更高的有害成分去除率。具体地，本实用新型的危险固体废物等离子体无害化处理***包括进给***、等离子体气化熔融炉、重整燃烧室、热交换***、烟气治理***和排气***，其中：
所述进给***用于将所述危险固体废物进给至所述等离子体气化熔融炉；
所述等离子体气化熔融炉设置等离子体炬，用于使所述危险固体废物熔融气化，得到熔融体渣和烟气；
所述重整燃烧室设置等离子体炬，用于处理所述烟气得到重整烟气；
所述热交换***用于将所述重整烟气的热量交换至循环水***，同时得到冷却烟气；
所述烟气治理***用于净化所述冷却烟气得到净化空气；
所述排气***用于排出所述净化空气。
在某些实施方案中，本实用新型的***进一步包括熔融体渣处理装置，用于接收所述熔融体渣。
在某些实施方案中，本实用新型的***进一步包括存储室，用于存储待处理的危险固体废物。
在某些实施方案中，本实用新型的***进一步包括化验分析室，用于分析危险固体废物。
在某些实施方案中，本实用新型的***进一步包括供气***，用于向所述等离子体气化熔融炉供气。
在某些实施方案中，本实用新型的***进一步包括将所述热交换***中的至少部分重整烟气循环至所述等离子体气化熔融炉。
在某些实施方案中，本实用新型的***进一步包括将所述烟气治理***中的烟气循环至所述等离子体气化熔融炉。
在某些实施方案中，所述烟气治理***包括急冷装置、脱酸装置和吸附装置。
在某些实施方案中，所述排气***包括引风机和烟囱。
在某些实施方案中，本实用新型的***进一步包括污水处理***。
本实用新型的***在垃圾处理过程中具有更高的二噁英等有害成分的去除率，尾气安全达标排放到大气。另外，等离子体气化熔融装置产生的急冷熔渣，玻璃态熔渣远远低于以上危险废物浸出毒性标准，真正实现了危险废物零排放。
附图说明
图1为本实用新型一种示例性危险固体废物等离子体无害化处理***的示意图。
附图标记说明
1-等离子体气化熔融炉、2-进给***、3-重整燃烧室、4-存储室、5-热交换***、6-化验分析室、7-烟气治理***、8-烟囱、9-引风机、10-吸附装置、11-脱酸装置、12-急冷装置、13-重整室用等离子体炬、14-循环水***、15-供气***、16-熔融炉用等离子体炬、17-熔融体渣处理装置、18-控制***、19-数据采集与分析***、20-安监***、21-供电***、22-供气进口。
具体实施方式
现详细说明本实用新型的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本实用新型的限制，而应理解为是对本实用新型的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本实用新型中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本实用新型。另外，对于本实用新型中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本实用新型内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
本实用新型所述的“固体废物”有时简称为“固废”，是指在生产、生活和其他活动过程中产生的丧失原有的利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固体、半固体。按来源分类，固体废物可包括工业固体废物、城市垃圾、农业废弃物和放射性固体。按化学成分分类，固体废物可包括有机废物和无机废物。按危害状况分类，固体废物可包括有害废物和一般废物。优选地，本实用新型的固体废物为有机废物。有机废物是指以有机物为主要成分的废物，但这并不意味着有机废物不包含任何无机成分。优选地，本实用新型的有机废物包含20重量％以下，优选15重量％以下的无机成分，例如无机盐类和灰尘等。更优选地，固体废物为危险固体废物，例如含有重金属和有机毒害物的固体废物。还优选地，本发明的危险废物包括通过下述标准之一鉴定的废物：危险废物鉴别技术规范HJ/T 298-2007、危险废物鉴别标准通则GB5085.7-2007、危险废物鉴别标准毒性物质含量鉴别GB5085.6-2007、危险废物鉴别标准反应性鉴别GB5085.5-2007、危险废物鉴别标准易燃性鉴别GB5085.4-2007、危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别GB5085.3-2007、危险废物鉴别标准急性毒性初筛GB5085.2-2007、危险废物鉴别标准腐蚀性鉴别GB5085.1-2007。
本实用新型的“危险废物等离子体无害化处理***”有时简称“***”或“大***”，是指由不同装置、设备或子***组成的组合。除非另有说明，否则本实用新型中构成***的装置、设备或子***为本领域内已知的，可通过常规方式，例如购买获得。本实用新型中“子***”是指构成本实用新型所述“大***”的一部分。本实用新型中，各“子***”之间可通过管路、电路等物理方式连接，也可通过其他方式连接。
本发明的***具有两级处理功能。本发明中所述的“处理”是指高温(例如，950℃以上)下对废物的处理。可选地，处理包含气化和熔融的含义。本发明的等离子体气化熔融炉用于一级处理，得到熔融体渣和烟气，重整燃烧室用于进一步对烟气进行二级处理。本发明的***可有利地固化重金属等有毒有害物质，同时有效地控制剧毒气体(例如，二噁英)的生成，并能够使得到的烟气中的有害成分降至更低。本发明通过采用等离子体高温技术，并通过合理设计***的组成及结构，从而提高了烟气中残留有害成分的去除率，特别是彻底摧毁呋喃和二噁英等有毒有害物质。
下面对本实用新型的***进行详细说明。
本实用新型的危险固体废物等离子体无害化处理***包括进给***、等离子体气化熔融炉、重整燃烧室、热交换***、烟气治理***和排气***。可选地，本实用新型的***还包括熔融体渣处理装置、存储室、化验分析室、供气***、控制***、数据采集与分析***、安监***和供电***等。下面详细说明各子***或设备或装置。
[进给***]
本实用新型中的进给***用于将危险固体废物进给至等离子体气化熔融炉。优选地，进给***可包括危险固废的接收和缓存功能。在某些实施方案中，其主要由暂存、粉碎配伍和送料等设备组成。可使用本领域内已知的任何进给***。
[等离子体气化熔融炉]
本实用新型的等离子体气化熔融炉设置等离子体炬，用于使危险固体废物熔融气化，得到熔融体渣和烟气，其是灰渣熔融工艺的主要设备。等离子体炬的设置位置和数量不特别限定，可根据需要而调整。优选地，等离子体炬的数量为偶数。优选地，等离子体气化熔融炉为钢板筒体内衬耐火材料。等离子体气化熔融炉能够有效的破坏灰渣中的二噁英等有害成分，同时等离子体气化熔融炉能够将灰渣中的有害重金属元素固化为玻璃态熔渣。固化后的玻璃塔熔渣可以作为建筑和铺路材料使用。等离子体气化熔融炉中得到的烟气(本文有时也称作“气体”)进入重整燃烧室。
[重整燃烧室]
本实用新型的重整燃烧室设置有等离子体炬，用于对得到的烟气进行重整，得到重整烟气。等离子体炬的设置位置和数量不特别限定，可根据需要而调整。优选地，等离子体炬的数量为偶数。优选地，等离子体炬设置于重整燃烧室的前端，从而更有利于对烟气进行重整，去除未裂解充分的有害物质。
优选地，重整燃烧室还设置有空气进气口，通过动力装置，例如风机将新鲜空气通过管道送入重整燃烧室使裂解后的混合气体充分燃烧。重整燃烧室内高温燃烧彻底分解等离子体气化熔融炉内未分解的有害气体。
[热交换***]
本实用新型的热交换***用于将重整烟气的热量交换至循环水***，同时得到冷却烟气。热交换***包括换热器管束。重整燃烧室的出口高温烟气经过换热器，与换热器管束进行换热，烟气温度降低到500℃以上，优选600℃以上，循环水通过换热器冷却后循环使用。需要说明的是控制热交换***中烟气的温度为500℃以上是重要。如果此时温度过低，则不利于最终所得气体中有害成分，特别是二噁英的降低。
[烟气治理***]
本实用新型的烟气治理***用于净化所述冷却烟气得到净化空气。优选地，烟气治理***包括选自由旋风除尘器(或旋风集尘器)、急冷装置、脱酸装置、布袋除尘器和吸附装置组成的组中的至少一种设备。
本实用新型中，旋风除尘器为初级除尘装置，专门用于去除烟气中的大颗粒粉尘，除尘效率达90％。旋风除尘器优选设计为具有采用高效、低阻力结构，其具有大流量、高流速、低阻力的特点，除尘效率高，除去烟气中大颗粒粉尘。
本实用新型发现急冷装置的设置不仅使烟气快速冷却至低温，更为重要的是急冷装置的设置避免了二噁英类物质在250-500℃温度区间的再次生成。优选地，急冷装置设置为在<1s的急冷时间内使烟气温度降至200℃以下，优选180℃以下，更优选170℃以下。更优选地，急冷装置包括急冷喷雾装置。此时，用于烟气的迅速降温，且水雾与烟气在一起混合下落过程中，完成汽化，底部不会有污水产生。进一步优选地，急冷装置采用雾化喷头直接冷却的方式，流经装置内的烟气直接与雾化后喷入的液体接触，传质速度和传热速度较快，喷入的液体迅速汽化带走大量的热量，烟气温度得以迅速降低到200℃以下，从而可避免二噁英类物质的再次生成。优选地，急冷装置设置为可控制烟气进入除尘器的温度，通过控制急冷装置的喷液量来保证布袋进口烟气温度在200℃以下，防止进烟气过高或者过低影响布袋除尘器的运行。
本实用新型中，脱酸装置用于脱除烟气中的大部分酸性物质和超细粉尘。优选地，脱酸装置湿法洗涤脱酸净化装置，其优选设计于布袋除尘器后。这是因为考虑到酸性气体的含量较高，为确保环保排放达标，此设计可用来提高尾气净化效率。
本实用新型中，布袋除尘器用于脱除烟气中的粉尘颗粒。布袋除尘器优选为能够去除粉尘粒径在0.05μm以上，除尘效率可达99％以上的布袋除尘器。更优选由PTFE+PTFE覆膜材料制成的布袋除尘器。这是因为此材料制得的除尘器具有耐高温、耐酸碱性、耐水解性、抗氧化性的优点。除尘设备中，袋式除尘器相比其它除尘设备更具优势，特别是在采用干法或者半干法脱酸工艺中，袋式除尘器不仅作为除尘设备，也是去除烟气中其它有害物质的反应装置，是尾气处理的关键设备。合理选择和设计袋式除尘器的过滤风速、滤袋材料、清灰方式和控制技术都将影响烟气净化效果。
本实用新型中，活性炭吸附装置用于吸附烟气中残留的二噁英类物质和汞。优选地，在袋式除尘器之后的烟气管路上设有活性炭吸附装置，更优选地，活性炭用高压空气输送。在某些实施方案中，活性炭吸附装置设置为通过变频控制活性炭的输送量，向烟气中添加粉状活性炭，在低温(200℃)下二噁英类物质极易被活性炭吸附，活性炭通过文氏管切相喷入后在烟道中同烟气混合，进行初步吸附，混合后的烟气均匀进入袋式除尘器，活性炭颗粒被吸附到滤袋表面，在滤袋表面继续吸附有害物质，显著的提高了二噁英类物质和汞的去除率。
[排气***]
本实用新型中排气***优选包括引风机和烟囱。可使用本领域已知的任何排气***。
引风机包括叶轮、机壳、进风口、调节门、转动组等。为考虑风机的经济性。引风机与负压检测仪连锁，自动调整转速以确保炉内负压。采用高温防腐材料制作，变频控制，可根据需要调节风机转速，可节约能源35％。引风机的风量与风压按烟气量和***设备阻力降选型，并配有20％的裕量。
烟囱可使用本领域内已知的任何烟囱，优选采用根据《危险废物焚烧污染控制标准》(GB18484-2001)设计的烟囱。优选地，烟囱材质包括Q235-B和内衬玻璃钢，确保烟囱的使用寿命。烟囱的设计符合整套设备使用工况。按《固体污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T16157-1996)的要求，设置永久采样孔，并安装用于采样和测量的设施。烟囱顶部设置避雷针，与地面避雷装置相连，接地电阻小于4Ω。
[熔融体渣处理装置]
本实用新型的熔融体渣处理装置为可选装置，其用于接收回收熔融体渣。优选地，熔融体渣处理装置设置于等离子体气化熔融炉下方。本实用新型的***得到的熔融体渣对重金属有很好的固定效果，其重金属浸出浓度远远低于毒性浸出标准，可作为建筑材料或者路基材料使用。经熔融处理后熔渣的致密性大大提高，达到减容效果，减轻填埋处置的占地负担。
[存储室]
本实用新型的存储室为可选装置，用于存储危险固体废物，其设置于进给***的前端。优选地，其设计为可根据进给***的进料情况而自动开启存储室开口。本实用新型可使用本领域已知的任何存储室。
[化验分析室]
本实用新型的化验分析室为可选装置，用于分析危险固体废物。其设置为可从存储室或进给***取样，并进行化验分析。本实用新型可使用已知的任何化验分析室。
[供气***]
本实用新型的供气***为可选装置，用于向等离子体气化熔融炉供气。优选地，供气***包括空气送风和压缩空气***。空气送风***由低噪音高压风机输送入燃烧室，空气通过特殊的喷风嘴多段供入重整燃烧室，提供燃烧所需空气量。送风***包括由鼓风机通过管道引入重整燃烧室。风机采用变频电机，风量可调，与炉膛温度连锁，风量自动调节。压缩空气***主要是用于仪器、仪表、火焰检知器、雾化用压缩空气的供给与控制。
[污水处理***]
本实用新型的***中还可包括污水处理***。为保证全厂用水设备的供应和废水外排的达标排放，单独设置水处理单元。工艺路线中废水主要由湿法脱酸装置产生的高浓度NaCl溶液。脱酸废水含有的杂质主要为固体悬浮物、氯化物以及微量重金属，其中很多物质为国家环保标准中要求严格控制的第一类污染物，废水必须经过处理才能进行排放。工艺路线可选择性设置1套完整的化学水处理***，通过氧化、中和、沉淀、凝聚等方法去除废水中的污染物。
[供电***]
本实用新型中，供电***可采用本领域已知的任何***。优选地，供电***的电气部分设计为按照实际耗电量按总功率的80％计算得到。
[控制***]
本实用新型中，可使用任何类型的控制***。其为本领域内已知的***。优选地，控制***为自控***，其包括气化熔融设备运行控制***(包括进料控制***、气化状态自动控制、烟气冷却***自动控制、烟气净化自动控制、辅助控制***和紧急排放控制)、报警***、应急安全防爆***以及辅助工程控制***等。
需要说明的是，在某些实施方案中，为了进一步控制所得烟气中有害成分的含量，可包括将热交换***中的至少部分重整烟气(特别是包含颗粒物的烟气部分)循环至等离子体气化熔融炉。可选地，进一步包括将烟气治理***中的烟气(特别是包含颗粒物的烟气部分)循环至等离子体气化熔融炉。
实施例1-危险固体废物等离子体无害化处理***1
图1为一种示例性危险固体废物等离子体无害化处理***的示意图。如图1所示，本实施例的***包括化验分析室6、存储室4、进给***2、等离子体气化熔融炉1、重整燃烧室3、热交换***5、烟气治理***7和排气***。
化验分析室6设计为从存储室4取样，并进行化验分析。存储室4内置危险固体废物，并设计为根据需要将所需量的危险固体废物供至进给***2。进给***2将危险固体废物供给至等离子体气化熔融炉1。等离子体气化熔融炉1在其下方设置有等离子体炬16和供气进口22，供气进口连接供气***15。
重整燃烧室3在下方设置等离子体炬23。重整得到的烟气通过管道进入热交换***5，并在此将热量传递至循环水***14，同时控制烟气的温度为500℃以上。另外，热交换***5中的部分烟气通过管道循环回等离子体气化熔融炉1进行进一步高温处理。热交换***5中的部分烟气通过管道进入烟气治理***7。烟气治理***7包括急冷装置12、脱酸装置11和吸附装置10。经烟气治理***7处理得到净化气体，进入排气***，其包括引风机9、烟囱8，从而将气体排出至大气。
本实施例的***在等离子体气化熔融炉1的下方还设置有熔融体渣处理装置17，其用于处理和回收熔融体渣。此外，还包括控制***18、数据采集与分析***19、安监***20、供电***21。
实施例2-危险固体废物等离子体无害化处理***2
除了不包括控制***18、数据采集与分析***19、安监***20、供电***21以外，其余组成与实施例1相同。
实施例3-危险固体废物等离子体无害化处理***3
除了不包括控制***18、数据采集与分析***19、安监***20、供电***21，以及供气***15以外，其余组成与实施例1相同。
实施例4-本实用新型的***的运行方式
以实施例3的***为例，说明本实用新型的***的运行方式。具体如下：
(1)首先将引风机9打开，吸除炉内残留气体与其它易燃易爆气体，防止点火后***。
(2)等离子体炬16将炉内温度慢慢升高。
(3)固废由斗式提升机或螺旋给料机经液压推送进料装置进入气化熔融炉1内进行熔融气化热解。
(4)合成气在重整燃烧室3燃烧，一方面使合成气中的微量有机物及未完全热解的二噁英得以充分分解，分解效率超过99.99％，另一方面合成气中的H2和CO充分燃烧生成H2O和CO2。
(5)重整燃烧室出来的烟气进入换热***5，与换热器管束进行换热，烟气温度降低到500℃以上，循环水通过换热器冷却后循环使用。
(6)换热***出口烟气进入烟气治理***，去除烟气中残留的少量二噁英、酸性物质和烟尘。
(7)最终干净气体由引风机9、烟囱10排入大气。
(8)重整燃烧室、旋风除尘器、换热器和布袋除尘器产生的颗粒通过风机送入等离子体气化熔融炉内，颗粒经等离子加热融化后进入熔融炉底部的水淬机，水淬机产生的玻璃渣进行回收利用。
在不背离本实用新型的范围或精神的情况下，可对本实用新型说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本实用新型的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
Claims (10)
1.一种危险固体废物等离子体无害化处理***，其特征在于，包括进给***、等离子体气化熔融炉、重整燃烧室、热交换***、烟气治理***和排气***，其中：
所述进给***用于将所述危险固体废物进给至所述等离子体气化熔融炉；
所述等离子体气化熔融炉设置等离子体炬，用于使所述危险固体废物熔融气化，得到熔融体渣和烟气；
所述重整燃烧室设置等离子体炬，用于处理所述烟气得到重整烟气；
所述热交换***用于将所述重整烟气的热量交换至循环水***，同时得到冷却烟气；
所述烟气治理***用于净化所述冷却烟气得到净化空气；
所述排气***用于排出所述净化空气。
2.根据权利要求1所述的危险固体废物等离子体无害化处理***，其特征在于，进一步包括熔融体渣处理装置，用于接收所述熔融体渣。
3.根据权利要求1所述的危险固体废物等离子体无害化处理***，其特征在于，进一步包括存储室，用于存储待处理的危险固体废物。
4.根据权利要求1所述的危险固体废物等离子体无害化处理***，其特征在于，进一步包括化验分析室，用于分析危险固体废物。
5.根据权利要求1所述的危险固体废物等离子体无害化处理***，其特征在于，进一步包括供气***，用于向所述等离子体气化熔融炉供气。
6.根据权利要求1所述的危险固体废物等离子体无害化处理***，其特征在于，进一步包括将所述热交换***中的至少部分重整烟气循环至所述等离子体气化熔融炉。
7.根据权利要求1所述的危险固体废物等离子体无害化处理***，其特征在于，进一步包括将所述烟气治理***中的烟气循环至所述等离子体气化熔融炉。
8.根据权利要求1所述的危险固体废物等离子体无害化处理***，其特征在于，所述烟气治理***包括急冷装置、脱酸装置和吸附装置。
9.根据权利要求1所述的危险固体废物等离子体无害化处理***，其特征在于，所述排气***包括引风机和烟囱。
10.根据权利要求1所述的危险固体废物等离子体无害化处理***，其特征在于，进一步包括污水处理***。
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