一种危险废物焚烧降氮方法及装置

技术领域

本发明属于危险废物处置利用技术领域，更具体地，涉及一种危险废物焚烧降氮方法及装置。

背景技术

随着工业的快速发展，生产过程排放的危险废物日益增多，据中国统计年鉴数据显示，2017年我国危险废物产品为6973万吨，预计到2020年，我国危险废物产量在9000万到1亿吨。根据《国家危险废物名录》(2016版)，我国危险废物分为46大类共479种，包括工业危险废物、医疗废物和其他社会源危险废物等；危险废物具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性或者感染性等一种或者多种危险特性。因此，需要对危险废物进行合理的处置，以减少对人体和环境的不利影响。

焚烧法处理危险废物是现有技术中众多处理方法中实现减量化、无害化和资源化最好的一种方法，对不同类型、不同物态(气态、液态、固态)的危险废物具有较好的适应性。目前国内大多采用回转窑焚烧炉对危险废物进行焚烧处理，回转窑焚烧炉一般包括回转窑和二燃室，在危险废物的焚烧过程中需要采用柴油、天然气等作为助燃燃料来维持危险废物的稳定燃烧及保持燃烧室的温度，这需要消耗大量的化石能源。同时，虽然危险废物种类繁多，不同危险废物的成分千差万别，但大都含有碳氢化合物、氮、硫、磷及卤素等，在焚烧过程中不可避免地会产生各种污染物如Sox、NOx、HF、HCl等酸性气体、二噁英类(PCDDs/PCDFs/PCBs)、重金属及粉尘等。现有的回转窑焚烧系统一般配置有完善的烟气净化装置如干式脱酸塔、布袋除尘器、静电除尘器、活性炭吸附塔、脱硫塔、脱硝装置、低温等离子反应装置等来实现对上述污染物的控制，但相关系统复杂，设备繁多，运行成本较高。

目前国家的环保政策越来越严格，对各种污染物的排放指标要求越来越高。针对回转窑烟气中的氮氧化物一般采用脱硝(SNCR/SCR)技术相结合的方式来达到相关标准的要求，其主要是通过燃烧后降氮，由于燃烧过程中产生的氮氧化物浓度较高，这就导致降氮设备较复杂以及运行成本较高；SNCR/SCR装置反应条件较苛刻，需要喷入如尿素或液氨等还原剂，容易产生氨逃逸，对后续设备造成腐蚀，排入大气后会形成二次污染；同时，SCR需要使用催化剂，其建设及运行成本远高于SNCR。

燃烧过程中氮氧化物(NOx)的生成机理有三种：(1)燃料型NOx，燃料中的有机氮直接被氧化生成，约占总NOx的70～90％；(2)热力型NOx，高温下空气中的N

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种危险废物焚烧降氮方法及装置，由此解决现有技术中危险废物焚烧过程中因氮氧化物生成量过大造成环境污染的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种危险废物焚烧降氮方法，所述方法包括以下步骤：

将废液水煤浆与气化剂反应生成具有还原性的混合气体，并收集气化反应后产生的残渣；

混合所述残渣与危险废物，使用所述混合气体作为助燃燃料，在缺氧环境下对所述残渣和所述危险废物进行焚烧，并收集焚烧后产生的烟气；

以所述混合气体为助燃燃料，对所述烟气进行焚烧，以降低氮氧化物的生成。

优选地，所述废液水煤浆包括：50～60重量份的煤粉；5～10重量份的废液；28～43重量份的水；2重量份的添加剂。

优选地，所述煤粉为烟煤煤粉或褐煤煤粉，所述煤粉的粒度为200～400目；

所述废液为废有机溶剂或废矿物油；

所述添加剂为分散剂、乳化剂和稳定剂三者的混合物。

优选地，所述气化反应的温度为1300～1400℃；所述气化剂为氧气、空气、水蒸气中的一种气体或者多种气体组合的气体。

按照本发明的另一方面，提供了一种危险废物焚烧降氮装置，该装置包括：辅助燃料气化单元和废物焚烧单元；

所述辅助燃料气化单元包括废液水煤浆储罐、气化炉和浆液泵；所述废液水煤浆储罐的出液口管道连接于所述气化炉上端的进液口，所述浆液泵设置于所述废液水煤浆储罐与所述气化炉之间；所述废液水煤浆储罐用于储存废液水煤浆，并通过浆液泵将所述废液水煤浆抽入所述气化炉；所述气化炉用于气化所述废液水煤浆，产生具有还原性的混合气体，并将所述混合气体作为助燃燃料通入所述废物焚烧单元；

所述废物焚烧单元包括回转窑和二次燃烧室，所述回转窑的窑腔与所述二次燃烧室的室腔连通；所述回转窑用于燃烧所述混合气体并在缺氧环境下将危险废物进行焚烧，将产生的烟气通入所述二次燃烧室；所述二次燃烧室用于燃烧所述混合气体，控制所述二次燃烧室的温度并燃烧所述烟气，以降低氮氧化物的生成。

优选地，所述气化炉包括反应室、浆液雾化喷嘴、第一温度传感器、混合气体出口和出渣口；

所述浆液雾化喷嘴设置于所述反应室上端，用于雾化所述废液水煤浆后与气化剂反应使所述废液水煤浆气化以得到所述混合气体；所述混合气体出口设置于所述反应室的侧面，用于将所述混合气体通入所述回转窑内；所述出渣口设置于所述反应室的下端，并与所述回转窑的固态废物进料机构相连，所述出渣口用于将所述废液水煤浆气化残渣通入所述回转窑进行焚烧；所述第一温度传感器设置于所述反应室的侧面，用于监测所述反应室内的反应温度。

优选地，所述回转窑包括液态废物进料机构、半固态废物进料机构、固态废物进料机构、第一助燃燃烧器、一次风机、第一氧量传感器和第二温度传感器；

所述液态废物进料机构、所述第一助燃燃烧器、所述半固态废物进料机构和所述固态废物进料机构依次设置于所述回转窑的一端，所述液态废物进料机构、所述半固态废物进料机构和所述固态废物进料机构用于单独或相互配合向所述回转窑内通入废料；所述第一助燃燃烧器用于收集并燃烧所述混合气体，焚烧危险废物；

所述一次风机设置于所述回转窑的进风口，用于调整风量以维持所述回转窑内的过剩空气系数；

所述第一氧量传感器和所述第二温度传感器分别用于监测所述回转窑内的氧气量和温度。

优选地，所述二次燃烧室包括第二助燃燃烧器、烟气出口、风冷除渣机、二次风机、紧急排放口、第二氧量传感器和第三温度传感器；

所述第二助燃燃烧器设置于所述二次燃烧室的侧面，用于收集并燃烧所述混合气体，焚烧所述烟气；所述烟气出口设置于所述二次燃烧室的上端，用于将抑制氮氧化物生成后的气体排出；所述二次风机设置于所述风冷除渣机的一侧，用于调整风量以维持所述二次燃烧室内的过剩空气系数；所述风冷除渣机设置于所述二次燃烧室的底部，用于使所述二次风机通入的空气吸收废渣的温度以使所述空气升高从而控制所述二次燃烧室内的温度；

所述第二氧量传感器和所述第三温度传感器设置于所述二次燃烧室的侧面，分别用于监测所述二次燃烧室内的氧气量和温度；

所述紧急排放口设置于所述二次燃烧室的上部，用于排放废气。

优选地，所述回转窑内的温度为800～900℃；通过调整所述一次风机的风量维持所述回转窑内的过剩空气系数为0.7～0.9。

优选地，所述二次燃烧室内的温度为1100～1200℃；通过调整所述二次风机的风量维持所述二次燃烧室内的过剩空气系数为1.05～1.15。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明利用废液水煤浆气化产生的具有还原性混合气体作为助燃燃料，可以抑制危险废物焚烧过程中氮氧化物的形成，从源头降低氮氧化物的生成量，降低率高达50％以上，大大减轻了后续烟气净化设备的降氮压力，减少相关设备的投入，简化脱硝系统，减少喷氨量，降低运行成本；

2、本发明利用废有机溶剂或废矿物油与煤粉、水及添加剂制备废液水煤浆，实现危险废液资源化利用途径的多元化，变废为宝的同时可以避免危险废液对环境造成的污染问题；

3、本发明利用废液水煤浆气化产生的可燃性混合气体代替柴油或天然气等传统燃料作为回转窑和二次燃烧室的助燃燃料，节约了传统化石能源，降低危险废物的焚烧成本；

4、本发明将废液水煤浆气化后产生的残渣继续输送至回转窑中进行焚烧处理，提高了能量的转化效率，实现对废液水煤浆气化产物的闭环完全利用和无害化处理。

附图说明

图1是本发明的实施例中危险废物焚烧降氮装置的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：辅助燃料气化单元1；废物焚烧单元2；气化炉101；反应室102；浆液雾化喷嘴103；第一温度传感器104；混合气体出口105；出渣口106；废液水煤浆储罐107；浆液泵108；回转窑201；二次燃烧室202；液态废物进料机构203；半固态废物进料机构204；固态废物进料机构205；第一助燃燃烧器206；一次风机207；第一氧量传感器208；第二温度传感器209；第二助燃燃烧器210；紧急排放口211；烟气出口212；第二氧量传感器213；第三温度传感器214；风冷除渣机215；二次风机216。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明的一个实施例提出一种危险废物焚烧降氮方法，具体包括以下步骤：

S1，将废液水煤浆与气化剂反应生成具有还原性的混合气体，并收集气化反应后产生的残渣。

具体的，将废液水煤浆通入气化炉中与气化剂反应产生具有还原性的混合气体分别通入回转窑和二次燃烧室，并将气化产生的残渣输送至所述回转窑内。

具体的，所述废液水煤浆包括：50～60重量份的煤粉；5～10重量份的废液；28～43重量份的水；2重量份的添加剂。

具体的，所述煤粉为烟煤煤粉或褐煤煤粉，所述煤粉的粒度为200～400目；所述废液为废有机溶剂或废矿物油；所述添加剂为分散剂、乳化剂和稳定剂三者的混合物。

具体的，所述反应室内的温度为1300～1400℃；所述气化剂为氧气、空气、水蒸气中的一种气体或者多种气体组合的气体。

具体的，所述混合气体为氢气和一氧化碳的混合气体。

S2，混合所述残渣与危险废物，使用所述混合气体作为助燃燃料，在缺氧环境下对所述残渣和所述危险废物进行焚烧，并收集焚烧后产生的烟气。

具体的，燃烧通入所述回转窑内的混合气体，在缺氧环境下对所述回转窑内待焚烧废物和所述残渣进行焚烧，将产生的烟气通入所述二次燃烧室内。

所述回转窑内的温度为800～900℃；通过调整一次风机的风量维持所述回转窑内的过剩空气系数为0.7～0.9。

S3，以所述混合气体为助燃燃料，控制温度在1200℃以下，对所述烟气进行焚烧，以降低氮氧化物的生成。

具体的，燃烧通入所述二次燃烧室内的混合气体，将所述二次燃烧室内的温度控制在1200℃以下，对所述烟气进行焚烧，以降低氮氧化物的生成。

具体的，所述二次燃烧室内的温度为1100～1200℃；通过调整二次风机的风量维持所述二次燃烧室内的过剩空气系数为1.05～1.15，以保证完全燃烧。

更进一步的说明，本发明的另一个实施例中，所述废液水煤浆由50重量份粒度为200-400目的烟煤、10重量份的由醇/醚/醛/酯组成的废有机溶剂、38重量份的水、2重量份的分散剂、乳化剂和稳定剂组成，所述气化剂为氧气；废有机溶剂水煤浆与氧气进入温度为1300-1400℃气化炉反应室，反应形成主要成分为H

更进一步的说明，本发明的另一个实施例中，所述废液水煤浆由60重量份粒度为200-400目的褐煤、8重量份的废机油、30重量份的水、2重量份的分散剂、乳化剂和稳定剂组成，所述气化剂为氧气；废机油水煤浆氧气进入温度为1300-1400℃气化炉反应室，反应形成主要成分为H

如图1所示，本发明的另一个实施例提出一种危险废物焚烧降氮装置，该装置包括：辅助燃料气化单元1和废物焚烧单元2；所述辅助燃料气化单元1包括气化炉101、反应室102、浆液雾化喷嘴103、第一温度传感器104、混合气体出口105、出渣口106、废液水煤浆储罐107和浆液泵108。所述废液水煤浆储罐107连接于所述浆液雾化喷嘴103，所述废液水煤浆储罐107用于将水、煤粉、废液和添加剂进行混合形成废液水煤浆，通过所述浆液泵108输送至所述浆液雾化喷嘴103。所述浆液雾化喷嘴103的一侧设有气化剂的通道。需要说明的是，所述气化剂为氧气、空气、水蒸气中的一种气体或者多种气体组合的气体，所述浆液雾化喷嘴103将浆液雾化喷出，在一定的温度环境下与气化剂反应，生成具有还原性的混合气体。具体的，所述混合气体为氢气与一氧化碳的混合气体。所述反应室102的侧端设有一个混合气体出口105，需要说明的是，由于所述废液水煤浆与气化剂在所述反应室内102反应会产生残渣，混合气体可以通过所述混合气体出口105排出，所述残渣通过自由落体掉入位于所述反应室102底端的所述出渣口106中。

更进一步的说明，所述反应室102的侧壁还安装有第一温度传感器104，所述第一温度传感器104用于监测所述反应102内的实时温度，并将温度数据反馈至操作人员。

更进一步的说明，所述废物焚烧单元2包括：回转窑201、二次燃烧室202、液态废物进料机构203、半固态废物进料机构204、固态废物进料机构205、第一助燃燃烧器206、一次风机207、第一氧量传感器208、第二温度传感器209、第二助燃燃烧器210、紧急排放口211、烟气出口212、第二氧量传感器213、第三温度传感器214、风冷除渣机215和二次风机216。本发明中，通过两步对焚烧的危险废物进行降氮处理，即降低生成气体中氮氧化物的含量。如图1所示，从所述混合气体出口105排出的所述混合气体分别通入所述第一助燃燃烧器206和所述第二助燃燃烧器210中，作为助燃的燃料，相比于现有技术中采用传统的化石燃料如石油、天然气等，降低了危险废物的焚烧成本，同时也防止对资源的过度开采。同时，所述反应室102中废液水煤浆气化过程中产生的残渣也通过所述固态废物进料机构205输送至所述回转窑201中，形成了对所述废液水煤浆气化的产物完全利用以及无害化处理。

更进一步的说明，本发明中设有三个废物进料通道，分别为气态、半固态以及固态，相比于传统一个进料装置来讲，本发明可以更好的将危险废物加以区分，根据危险废物物理状态不同对焚烧温度以及焚烧环境进行调整；并且本发明可以根据实际情况单独驱动进料装置或者进料装置之间进行相互配合向所述回转窑201内输送危险废物。

更进一步的说明，所述一次风机207设置于所述回转窑201的窑头，所述一次风机207用于调整所述回转窑201的进风量以维持所述回转窑201内的过剩空气系数。具体的，所述第一氧量传感器208用于实时监测所述回转窑201内的氧气含量，所述第二温度传感器209用于实时监测所述回转窑201内的温度。

更进一步的说明，所述回转窑201与所述二次燃烧室202连通，所述第二助燃燃烧器210设置于所述二次燃烧室202的侧面，所述第二助燃燃烧器210用于收集并燃烧所述混合气体对所述烟气进行焚烧；所述烟气出口212设置于所述二次燃烧室202的上端，所述烟气出口212用于将抑制氮氧化物生成后的气体排出，所述二次风机216设置于所述风冷除渣机215的一侧，所述二次风机216用于调整所述二次燃烧室202的进风量以维持所述二次燃烧室202内的过剩空气系数；所述风冷除渣机215设置于所述二次燃烧室202的底部，所述风冷除渣机215用于使所述二次风机216通入的空气吸收废渣的温度以使所述空气升高从而控制所述二次燃烧室202内的温度。

更进一步的说明，所述第二氧量传感器213和所述第三温度传感器214分别安装于所述二次燃烧室202的侧端，所述第二氧量传感器213用于监测所述二次燃烧室202内的氧气含量，所述第三温度传感器214用于监测所述二次燃烧室202内的温度。所述紧急排放口211设置于所述二次燃烧室202的顶端，所述紧急排放口211用于在紧急情况下如烟气出口212堵塞或者二次燃烧室202内气压过高，可以快速打开排放气体，保证焚烧处理过程中的生产安全。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。