[發明專利]一種高溫等離子體熔融處理危廢物飛灰、殘渣工藝及系統

在審

• 申請號: 201910178156.1
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN109967489A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 陸駿;尹曉偉
• 申請（專利權）人: 陸駿
• 主分類號: B09B3/00
• 分類號: B09B3/00;B09B5/00
• 代理公司: 北京君華知識產權代理事務所(普通合伙) 11515
• 代理人: 朱慶華

1.一種高溫等離子體無害化處理危廢物飛灰、殘渣工藝，其特征在于，包括如下步驟:

(a)危廢物料預處理系統

將外單位運送來的飛灰(01)進入儲灰罐(02)暫存起來,之后由專用輸送裝置送入成型機(03)輥壓成球型或擠壓成塊狀物料,再經輸送機送進振動篩(04)內篩選分離，符合成型規格參數的物料輸送到中轉倉(10)內待處理；不符合要求的細灰物料(05)返回到上道工序的成型機(03)內待處理；

將外單位運送來的危廢物殘渣(06)進入專用儲存庫(08)暫存起來,接著由輸送機送入破碎機(09)破碎處理后，再經輸送機輸送至殘渣中轉倉(10)內待處理；

將外購來的廢玻璃(07)送進廢玻璃儲存庫(08)暫存起來,接著由輸送機送入破碎機(09)破碎處理后，再經輸送機輸送至廢玻璃中轉倉(10)內待處理；

(b)計量稱重輸送給料系統

根據實際工況要求所設定的工藝參數，將上述三種不同物料的專用中轉倉(10)，以及其他微量元素分別在計量稱重配送裝置(11)內完成計量稱重配比的混合攪拌作業，再由專用輸送給料機(12)向高溫等離子體熔融爐膛(13)進行均勻輸送喂料；

(c)高溫等離子體熔融處理系統

由輸送給料機(12)投放至高溫等離子體熔融爐膛(13)內的上述三種混合物料,瞬間將所有的有機物分解成不凝性氣體，以及水溶液分子汽化；無機物及重金屬在熔融淺坩堝內熔融成半流體，貴重高密度金屬及普通金屬分層次沉積在專門的坩堝容器內定期排放回收，低密度非金屬半流體通過上述坩堝頂部溢流槽滲出來經高溫等離子熔融體爐膛(13)的底部溢流管流出；所述半流體進入玻璃體收集箱(14)冷卻后形成玻璃體，然后外運至安全區域存放，所述含粉塵高溫煙氣、不凝性氣體、汽化水分子等氣相物質進入二燃室(15)待處理；

所述與高溫等離子體熔融爐膛(13)相配套的輔機及控制系統有:等離子體發生器(1301)、等離子體電源及測控裝置(1302)、制氮設備(1303)和安全防爆裝置(1304)等，所述高溫等離子體熔融爐膛(15)頂部設置N組等離子體發生器(1301)向爐膛內的熔融淺坩堝反應區和熔融半流體通道的兩單元提供熱能；

所述高溫等離子體熔融爐膛(13)設有安全防爆裝置(1304)，與輸送給料機(12)、等離子體發生器(1301)、二燃室(15)及其高溫煙氣風道和玻璃體出渣風道的煙氣氣路六者相聯通，所述高溫等離子體熔融爐膛(13)與等離子體電源及測控裝置(1302)、制氮設備(1303)、等離子體發生器(1301)四者相連接；

(d)微波等離子體二燃室焚燒處理裝置

上述高溫等離子體熔融爐膛(13)內產生的高溫廢氣進入二燃室(15)，由微波等離子體(也可用直流逆變高溫等離子體)提供大于1500度作為焚燒熱能，迫使二惡英等污染物的分子鏈受熱斷裂達到無害化處置的目的，所述二燃室(15)內生成的粗顆粒物由其下部的排灰口進入飛灰收集箱(24)；另有一些細顆粒物飛灰隨高溫煙氣流進入鍋爐(16)爐膛內待處理；

所述二燃室(15)與高溫等離子體熔融爐膛(13)、等離子體發生器(1301)、安全防爆裝置(1304)、鍋爐(16)和飛灰收集箱(24)的煙氣氣路六者相聯通，所述二燃室(15)與等離子體發生器(1301)、安全防爆裝置(1304)、等離子體電源及測控裝置(1302)、制氮設備(1303)五者相連接；

(e)鍋爐及氣-氣換熱器冷卻除塵系統

(1)鍋爐單元:由上述二燃室(15)出口端輸送出來的高溫煙氣進入余熱鍋爐(16)爐膛中,將工業軟化水(1602)加熱至180℃的蒸汽(1603)作為后道工序的烘干、供暖，洗澡等之用，所述余熱鍋爐(16)排放出來的粉塵物進入飛灰收集箱(24)待處理，所述SNCR脫硝裝置(1601)為選擇性非催化還原法在無催化劑的作用下，向爐膛溫度850～1000℃區域噴射(噴8％氨水、汽化尿素)還原劑，將高溫煙氣中的氮氧化物還原為無害的氮氣和水，還原劑只和高溫煙氣中的NOx反應，一般不與氧反應。SNCR常用于鍋爐爐膛，將NOx排放量降至大約200mg/Nm3，脫硝效率30～60％，投資費用較低；

(2)氣-氣換熱器單元：上述余熱鍋爐(16)排放出來的800℃高溫煙氣進入氣-氣換熱器(17)中,將外界的環境溫度20℃冷空氣(1701)換熱至200～400℃熱空氣(1702)，作為烘干、供暖之用，所述氣-氣換熱器(17)排放出來的粉塵物進入飛灰收集箱(24)待處理，所述氣-氣換熱器(17)輸出的小于350℃高溫煙氣進入循環流化床裝置(18)中待處理；

(f)循環流化床半干法脫硫脫酸、吸附二惡英裝置

由上述氣-氣換熱器(17)輸出的小于350℃高溫煙氣，從循環流化床(18)底部進入爐膛內的沸騰流態化區域，在石英砂傳熱載體的催化擾動下，與投送進來的半干式石灰漿完成酸堿中和化學反應，其脫硫脫酸效果明顯，半干式石灰漿按照設定量的1:1.4～1.6比例投放，來確保上述循環流化床(18)爐膛內的堿性藥劑滿足其酸堿中和化學反應所需求的用量；同時在一定程度上還須增強多種堿性氧化物的粉塵飛灰濃度、密度與渦流度來抑制PCDD/Fs的形成與排放；同時投放的半干式石灰石漿(氧化鈣)與高溫煙氣中的酸性物質發生化學反應，生成的鈣化合物(CaCO3、CaSO3、CaSO4、Ca(ClO)2等)里的H2O水分子會迅速汽化爆裂逃離，導致鈣化合物體內留下了大量的超細微水分子洞穴(也可以理解為H2O分子篩)；其比表面積遠大于活性炭的比表面積成為吸附氣態二惡英，重金屬砷(As)、硒(Se)、汞(Hg)等有害物質的理想藏身場所，吸附率達到60～70％，

在石英砂作為催化介質的流態化床與投放的石灰漿進行充分接觸后，必然有一部分石灰粉塵顆粒被高流速的高溫煙氣帶走，所以在循環流化床(18)的煙氣出口端增設了旋風分離收集器(1802)；將多余逃逸的石灰粉收集后,再次投放到流化床爐膛里,繼續重復上述酸堿中和化學反應的工序，由此稱之為循環流化床脫硫、吸附二惡英裝置，所述消石灰加藥裝置(1801)是根據循環流化床(18)內自動檢測得到的酸堿性濃度數據反饋給智能化控制中心，由數據執行器按照指令調節向爐膛內自動投送消石灰的輸送給料量，來確保爐膛內的堿性濃度指標符合設計的技術參數要求，所述流化床(18)排放出的粉塵物進入飛灰收集箱(24)待處理；

(g)文丘里干法脫硫脫酸、吸附二惡英裝置

所述循環流化床(18)的煙氣出口端排放出的高溫煙氣進入文丘里干法脫硫裝置(19)中，繼續將煙氣中殘留的酸性物質與碳酸氫鈉粉末進行酸堿中和化學反應；目的是確保送入陶瓷纖維濾管除塵器(20)內的高溫煙氣中不能夠存在超標量的酸性物質,給其觸媒/催化劑產生HCL、SO2中毒事件，

所述文丘里干法脫硫脫酸方式，采用在文丘里喉管高流速位置設有碳酸氫鈉加藥裝置(1901)的噴射窗口，保證碳酸氫鈉粉末與煙氣中酸性物質在文丘里干法脫硫裝置(19)中的筒體內，有足夠的停留時間及大渦流度擾流板的作用下得到充分混合，同時達到高效率的酸堿中和化學反應的脫硫脫酸目的，同時上道工序中逃逸出來的消石灰粉繼續在文丘里干式脫硫裝置內發生酸堿中和化學反應；同時其中鈣化合物的比表面積的分子洞穴繼續吸附二惡英，重金屬砷(As)、硒(Se)、汞(Hg) 等有害物質，

所述在上述設有碳酸氫鈉加藥裝置(1901)噴射窗口的正對面處，同樣設置一個活性炭加藥裝置(1902)的噴射窗口；特殊設計結構的干法脫硫脫酸裝置(19)能夠滿足活性炭需要大渦流度與停留時間的技術條件，以實現高效率地吸附二惡英，重金屬砷(As)、硒(Se)、汞(Hg)等有害物質的效果，

所述文丘里干式脫硫脫酸裝置(19)的高溫煙氣出口端輸出的高溫煙氣進入陶瓷纖維濾管除塵器(20)內待處理，所述文丘里干式脫硫脫酸裝置(19)的顆?；覊m收集倉里排放出的粉塵物進入飛灰收集箱(24)待處理，

(h)陶瓷纖維濾管除塵器除塵、脫硫脫硝、消除二惡英裝置；

上述文丘里干法脫硫脫酸裝置(19)的高溫煙氣出口端輸出的含塵高溫煙氣送入陶瓷纖維濾管除塵器(20)內，進行除塵、脫硫脫酸、消除氮氧化物和二惡英等有害氣體的處置作業，

所述陶瓷纖維濾管材質由硅酸鋁纖維及無機黏著劑組成,化學穩定性好，可在250～375度溫度環境內進行經濟運行，粉塵過濾效率小于5mg/Nm3，所述每一根濾管外面形成圓柱狀夾套筒體式的消石灰濾餅為一個獨立的反應固定床，并能將其高溫煙氣造成擾流無序的運動軌跡；由此幾百甚至幾千根單體的陶瓷纖維濾管組合成一個陶瓷纖維濾管除塵器(20),其有效空間是個很好的脫硫脫酸反應室，通過噴射小蘇打碳酸氫鈉(NaHCO3)堿劑粉末與高溫煙氣進行充分的酸堿中和化學反應，氯化氫去除率高達97％；硫氧化物去除率高達95％；

所述采用(SCR)選擇性催化還原法，將8％氨水還原劑噴射到陶瓷纖維濾管除塵器(20)的煙氣反應室內；在230～400℃煙氣環境溫度下，以釩鈦系觸媒(催化劑)作為載體介質進行催化加速化學反應，使得氮氧化物選擇性還原為無害化的N2和H2O；脫硝效率大于85％。

所述在釩鈦鎢催化劑的作用下，迫使二惡英和3％的氧氣進行化學反應，被分解為CO2、H2O、HCl等無毒物質排出，二惡英去除效率>91.7％；

所述陶瓷纖維濾管除塵器(20)的底部收集倉排放出的粉塵物進入飛灰收集箱(24)待處理，所述陶瓷纖維濾管除塵器(20)出口端輸出的尾氣進入引風機(21)待處理；

(i)排煙系統

上述陶瓷纖維管除塵器(20)輸出的符合地方相關廢氣環保排放標準的150～170℃潔凈尾氣，由引風機(21)輸送至煙囪(22)排入大氣。煙氣在線監測裝置(23)檢測排放煙氣中的煙塵、二氧化硫、氯化氫、一氧化碳、氮氧化物、含氧率、二氧化碳等。