一种烟气回流式水泥窑协同处置高温预处理系统及方法

技术领域

本发明涉及危废处置领域，尤其是一种烟气回流式水泥窑协同处置高温预处理系统及方法。

背景技术

在水泥窑分解炉旁增加外挂炉对有机危废进行高温预处理，得到的炉渣体积显著减小，性质也较稳定，再进行投加入窑，可以避免对水泥生产造成的影响，从而使水泥窑协同处置危废的能力翻倍。目前该技术主要为国外引进的阶梯炉、热盘炉等，国内部分水泥设计院和环保公司也在开发该技术，但还未有成熟的工艺和装备。我国危险废物来源广泛，种类繁多，性质也差别很大。为了适应危废性质波动，外挂炉应该采用大容积的形式，但是受空间和成本限制，往往有效容积较小，系统缓冲能力差。现有设备对危废的适应能力欠缺，热工控制系统复杂。危废在外挂炉内通常以空气或三次风为助燃气体，进行的是过氧燃烧，产生烟气量大，且容易生成NOx，对水泥窑尾气处理系统造成冲击。此外，现有外挂炉主要采用圆盘转动或依靠重力和风力进行搅拌，危废在外挂炉内部分散效果不佳，得到的炉渣容易结块，影响后续协同处置。

发明内容

为解决上述问题，本发明的第一个目的是提供一种烟气回流式水泥窑协同处置高温预处理系统，该系统可实现有机危废高温减量化预处理，得到粒径均一的预处理产物，缓冲能力强，操作控制方便，NOx的产生量少。

为本发明的目的，采用以下技术方案予以实施：

一种烟气回流式水泥窑协同处置高温预处理系统，包括外挂炉、危废进料装置、卸料器、输送机、除尘器、控制阀、换热器、引风机、回流风机、送风机；外挂炉为立式，外挂炉上部为炉体，下部为卸料槽；炉体的顶部设置有危废进料装置，炉体上部设置有烟气出口，炉体的下部设置有烟气进口和三次风进口；卸料槽的底部设置有卸料口，卸料口上设置有卸料器，卸料器的下部通过管道连接输送机；

烟气出口通过管道连接除尘器的进口，除尘器下部的除尘颗粒出口通过管道与输送机连接，在除尘器和输送机之间的管道上设置有控制阀；

换热器内设置有热介质管和冷介质管，热介质管的入口通过管道与除尘器上部的气体出口连接，热介质管的出口通过管道与引风机连接，引风机的出口通过管道连接水泥窑分解炉；换热器与引风机之间的管道上连接支管，支管的出口连接回流风机的入口，回流风机的出口通过管道连接烟气进口；

冷介质管的入口连接送风机，送风机的入口与大气连接；冷介质管的出口通过管道与回流风机出口处的管道连通；

回流风机出口风量与送风机出口风量标况体积比为0.5：1~2：1。

三次风进口上连接三次风管，三次风管用于连接水泥窑。

作为优选，外挂炉包括格栅板、下料阀、搅拌转轴、转轴驱动装置、搅拌器、固定刮刀和泄爆管；炉体内壁沿长度方向固定设置有多个格栅板，格栅板的一侧设置有下料口，下料口上设置有控制下料口开合的下料阀；炉体内部设置有竖向的搅拌转轴，搅拌转轴的下端位于卸料槽的底部，搅拌转轴的中部穿过多个格栅板，搅拌转轴的上部连接有驱动搅拌转轴绕其轴线旋转的转轴驱动装置，转轴驱动装置固定安装在炉体的顶部；沿搅拌转轴的长度方向上固定安装有多个搅拌器，每个搅拌器均对应设置在一个格栅板的上方；炉体内壁上还设置有多层刮刀组件，刮刀组件的层数与搅拌器数量一致，每层刮刀组件的位置与搅拌器相对应，每层刮刀组件包括多个沿圆周方向均匀分布的固定刮刀；炉体顶部还设置有泄爆管。

作为优选，格栅板水平设置，上方的下料口和下方的下料口之间相互错开。

作为优选，转轴驱动装置采用电机。

作为优选，搅拌器包括上下对齐的两层，每层至少包括均匀分布的三个叶片；固定刮刀位于上下两层之间。

作为优选，卸料口有两个。

作为优选，危废进料装置包括进料管、第一进料阀和第二进料阀；进料管竖向设置在炉体的顶部，进料管上从上到下依次设置有第一进料阀和第二进料阀。

作为优选，除尘器有两个且相互并联。

作为优选，控制阀包括沿输送方向依次设置的手动阀和电动阀。

本发明的第二个目的是提供一种烟气回流式水泥窑协同处置高温预处理方法。

一种烟气回流式水泥窑协同处置高温预处理方法，自三次风管引入水泥窑中的高温三次风，从三次风进口通入外挂炉，利用三次风的高温加热炉温，同时利用送风机混入部分空气；危险废物从进料管投加时，第一进料阀打开，第二进料阀关闭，危险废物全部进入第一进料阀和第二进料阀之间的空间后，关闭第一进料阀，再打开第二进料阀，危险废物通过第二进料阀进入外挂炉内，关闭第二进料阀，准备下一次进料；危险废物在炉内热空气作用下燃烧，产生烟气和热量；烟气在引风机作用下，从烟气出口排出外挂炉，在旋风除尘器中除尘后进入换热器，通过换热器和空气进行换热，降低温度，防止对风机造成损坏；换热之后的烟气部分通过回流风机和空气混合，剩余烟气通过引风机进入水泥窑分解炉二次焚烧；烟气出口温度稳定上升后，逐步减少引入三次风直至停止，依靠危险废物燃烧产生的热量加热炉体；危险废物在格栅板上和热气体逆流接触，在搅拌器、固定刮刀和上升气流的共同作用下分散成小颗粒；在离心力作用下靠向炉内壁，开启下料阀后，小颗粒进入下一层格栅板或卸料槽；卸料槽内的炉渣和旋风除尘后的除尘灰通过重力作用落到输送机上，通过输送机将炉渣和除尘灰投加进水泥窑窑尾，在水泥窑窑尾进行协同处置。

综上所述，本发明的优点是：

1.高温烟气和空气换热、混合之后的助燃空气温度较高、气体氧含量降低，使危险废物在低氧条件下维持燃烧，由于氧浓度较低，降低了燃烧反应速率和火焰温度，部分发生热解反应，产生的NOx显著减小。

2. 由于采用烟气回流逆流接触，气体流量增大，有利于实现危险废物的气力搅拌，也使得外挂炉系统缓冲能力增强。

3.危险废物在外挂炉内分层多次搅拌加热燃烧，停留时间易于控制，得到的产物形态稳定均一。

4.炉内助燃气体穿过格栅板的孔隙上升和危险废物逆流接触，维持危险废物燃烧。危险废物在格栅板上通过搅拌器、固定刮刀和上升气流的共同作用下分散成小颗粒，避免结块。

附图说明

图1为烟气回流式水泥窑协同处置高温预处理系统的结构示意图。

图2为外挂炉内部的结构示意图。

图3为图2中A-A处的剖视图。

具体实施方式

如图1所示，一种烟气回流式水泥窑协同处置高温预处理系统，包括外挂炉1、危废进料装置2、卸料器3、输送机4、除尘器5、控制阀6、换热器7、引风机8、回流风机9、送风机10。外挂炉1为立式，外挂炉1上部为圆柱形的炉体101，下部为圆锥形的卸料槽102，斜边角度为60~70度。炉体101的顶部设置有危废进料装置2，炉体101上部设置有烟气出口1011，炉体101的下部设置有烟气进口1012和三次风进口1013。卸料槽102的底部设置有两个卸料口1021，卸料口1021上设置有卸料器3，卸料器3用于控制卸料动作。卸料器3的下部通过管道连接输送机4。烟气出口1011通过管道连接除尘器5的进口，除尘器5有两个且相互并联，除尘器5优选为旋风除尘器。除尘器5下部的除尘颗粒出口通过管道与输送机4连接，在除尘器5和输送机4之间的管道上设置有控制阀6。控制阀6包括沿输送方向依次设置的手动阀601和电动阀602，用以控制除尘颗粒的排放。

换热器7采用间接式换热，换热器7内设置有热介质管和冷介质管，热介质管的入口通过管道与除尘器5上部的气体出口连接，热介质管的出口通过管道与引风机8连接，引风机8的出口通过管道连接水泥窑分解炉。换热器7与引风机8之间的管道上连接支管11，支管11的出口连接回流风机9的入口，回流风机9的出口通过管道连接烟气进口1012。冷介质管的入口连接送风机10，送风机10的入口与大气连接。冷介质管的出口通过管道与回流风机9出口处的管道连通。回流风机9出口风量与送风机10出口风量标况体积比为0.5：1~2：1。

三次风进口1013上连接三次风管，三次风管用于连接水泥窑。

如图2和图3所示，外挂炉1包括格栅板103、下料阀104、搅拌转轴105、转轴驱动装置106、搅拌器107、固定刮刀108和泄爆管109。炉体101内壁沿长度方向固定设置有多个格栅板103，格栅板103水平设置，格栅板103的一侧设置有下料口，上方的下料口和下方的下料口之间相互错开。下料口上设置有控制下料口开合的下料阀104。炉体101内部设置有竖向的搅拌转轴105，搅拌转轴105的下端位于卸料槽102的底部，搅拌转轴105的中部穿过多个格栅板103，搅拌转轴105的上部连接有驱动搅拌转轴105绕其轴线旋转的转轴驱动装置106，转轴驱动装置106固定安装在炉体101的顶部。转轴驱动装置106采用电机，搅拌转轴105的转速优选为6 r/min。沿搅拌转轴105的长度方向上固定安装有多个搅拌器107，每个搅拌器107均对应设置在一个格栅板103的上方。炉体101内壁上还设置有多层刮刀组件，刮刀组件的层数与搅拌器107数量一致，刮刀组件的层数优选为3层。每层刮刀组件的位置与搅拌器107相对应，每层刮刀组件包括多个沿圆周方向均匀分布的固定刮刀108，每层刮刀组件的数量优选为4~6个。搅拌器107包括上下对齐的两层，每层至少包括均匀分布的三个叶片。固定刮刀108位于上下两层之间。炉体101顶部还设置有泄爆管109。

危废进料装置2包括进料管201、第一进料阀202和第二进料阀203。进料管201竖向设置在炉体101的顶部，进料管201上从上到下依次设置有第一进料阀202和第二进料阀203。

上述系统工作方式如下：自水泥窑三次风管引入高温三次风（900℃），从三次风进口1013通入外挂炉1，利用三次风的高温加热炉温。同时利用送风机10混入部分空气。危险废物从进料管201投加时，第一进料阀202打开，第二进料阀203关闭。危险废物全部进入第一进料阀202和第二进料阀203之间的空间后，关闭第一进料阀202，再打开第二进料阀203。危险废物通过第二进料阀203进入外挂炉1内，关闭第二进料阀203，准备下一次进料。危险废物在炉内热空气作用下燃烧，产生烟气和热量。烟气在引风机8作用下排出外挂炉1，在旋风除尘器5中除尘后进入换热器7，通过换热器7和空气进行换热，降低温度，防止对风机造成损坏。换热之后的烟气部分通过回流风机9和空气混合，剩余烟气通过引风机8进入水泥窑分解炉二次焚烧。烟气出口温度稳定上升后，逐步减少引入三次风直至停止，依靠危险废物燃烧产生的热量加热炉体。危险废物在格栅板103上和热气体逆流接触，在搅拌器107、固定刮刀108和上升气流的共同作用下分散成小颗粒。在离心力作用下靠向炉内壁，开启下料阀104后进入下一层格栅板103或卸料槽102。最下层危险废物在混合气体作用下发生低氧燃烧，烟气温度升高氧含量降低。中间层危险废物发生热解和焚烧反应。最上层危险废物主要为干化和热解过程，烟气温度下降。卸料槽102内的炉渣和旋风除尘后的除尘灰通过重力作用落到输送机4上，通过输送机4将炉渣和除尘灰投加进水泥窑窑尾，在水泥窑窑尾进行协同处置。

优选的，当外挂炉出口烟气达到500℃时，开启送风机和回流风机，逐步减少引入三次风直至停止，依靠危险废物燃烧产生的热量加热炉温。

回流烟气和空气混合形成助燃空气，两者风量标况体积比为0.5:1~2:1，助燃空气氧含量为7%~16%。通过调节回流烟气和空气的风量来控制炉内燃烧情况。

上述系统的优点是：

1.高温烟气和空气换热、混合之后的助燃空气温度较高、气体氧含量降低，使危险废物在低氧条件下维持燃烧，由于氧浓度较低，降低了燃烧反应速率和火焰温度，部分发生热解反应，产生的NOx显著减小。

2. 由于采用烟气回流逆流接触，气体流量增大，有利于实现危险废物的气力搅拌，也使得外挂炉系统缓冲能力增强。

3. 危险废物在外挂炉内分层多次搅拌加热燃烧，停留时间易于控制，得到的产物形态稳定均一。

4.炉内助燃气体穿过格栅板的孔隙上升和危险废物逆流接触，维持危险废物燃烧。危险废物在格栅板上通过搅拌器、固定刮刀和上升气流的共同作用下分散成小颗粒，避免结块。