危险废弃物无害化处理方法及装置与流程

本发明涉及危险废物处理技术领域，尤其涉及一种危险废弃物无害化处理方法及装置。

背景技术：

随着工业的发展，工业生产过程排放的危险废物日益增多。据估计，全世界每年的危险废物产生量为3.3亿吨。危险废物带来严重污染和潜在的严重影响，同时危险废物的处置费用高昂，因此寻找适宜的危险废物处理方法迫在眉睫。

目前，对于危险废物处理常用的方式为物理填埋法，它通过浓缩或相变改变废物的结构，使之成为便于运输、贮存、利用或处置的形态，包括压实、破碎、分选、增稠、吸附、萃取等方法，最终将其填埋于地下，但是其不能实现危险废物无害化和资源化处理目的。

对飞灰、重金属污泥等危险废物进行处理还采用传统焚烧方法，然而传统焚烧方法处理程度不彻底，产物不稳定，难以实现资源化利用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种危险废弃物无害化处理方法及危险废弃物无害化处理装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种危险废弃物无害化处理方法，包括以下步骤：

s1、将危险废弃物通过进料口送进烧结炉本体进行850℃-1000℃的烧结，实现所述危险废弃物中的二噁英类污染物的分解，重金属的初步固定；

s2、烧结后的产物通过送料单元送至熔融炉本体内进行1300℃-1600℃的高温熔融处理，形成玻璃态的产物，并且彻底固定其中的重金属；

s3、高温熔融处理后的产物经所述熔融炉本体上的出料口排出。

优选地，步骤s1中，所述危险废弃物烧结时，产生的气体进入所述烧结炉本体内下方的第二燃烧室，经排烟烟道排出；

步骤s2中，烧结后的产物从所述烧结炉本体内上方的第一燃烧室送至熔融炉本体。

本发明还提供一种危险废弃物无害化处理装置，包括相接并相连通的烧结炉本体和熔融炉本体、分别设置在所述烧结炉本体和熔融炉本体上的进料口和出料口、设置在所述烧结炉本体上的燃烧器、对应所述进料口设置在所述烧结炉本体内的送料单元、以及设置在所述熔融炉本体上的等离子体发生器；所述熔融炉本体内的工作温度高于所述烧结炉本体内的工作温度；

危险废弃物经所述进料口进入所述烧结炉本体内，烧结处理后在所述送料单元传送下进入所述熔融炉本体内进行高温熔融处理，处理后的产物经所述出料口排出。

优选地，所述烧结炉本体内设有上下分布的第一燃烧室和第二燃烧室；所述第一燃烧室和第二燃烧室之间设有连通两者的开口；所述进料口连通所述第一燃烧室，所述送料单元设置在所述第一燃烧室内；

所述烧结炉本体上设有分别连通所述第一燃烧室和第二燃烧室的第一风管和第二风管、设有连通所述第二燃烧室的排烟烟道。

优选地，所述烧结炉本体内设有马弗板，所述马弗板将所述烧结炉本体内部空间隔成所述第一燃烧室和第二燃烧室；所述开口位于所述马弗板一端和所述烧结炉本体内壁之间。

优选地，所述进料口为斜向延伸的喇叭口结构。

优选地，所述送料单元包括数个托辊以及绕覆在数个所述托辊外周的网带；数个所述托辊沿所述烧结炉本体长度方向间隔排布。

优选地，所述熔融炉本体的两侧分别设有安装所述等离子体发生器的接口。

优选地，所述熔融炉本体为阶梯式熔融炉。

优选地，所述熔融炉本体内的阶梯处设有推杆单元；所述推杆单元的推料方向朝向所述出料口。

优选地，所述推杆单元包括推杆以及设置在推杆一端端部上的推头；所述推头位于所述熔融炉本体内，所述推杆另一端伸出所述熔融炉本体；

所述熔融炉本体内对应所述推杆设有可拆卸的异形耐火砖，所述推杆可移动穿设其中，并且所述推杆和所述异形耐火砖之间填充有陶瓷纤维。

本发明的有益效果：采用烧结+熔融复合工艺，解决了单一烧结处理程度不彻底及单一处理能耗高等问题，实现工业领域中产生的飞灰和重金属污泥等危险废弃物的无害化和减量化处理，处理后的产物可以资源化利用，无需进入填埋场，节约了宝贵的土地资源，实现了经济利益和环保效益的完美结合。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的危险废弃物无害化处理装置的结构示意图；

图2是图1所示危险废弃物无害化处理装置的左视图；

图3是图1所示危险废弃物无害化处理装置中推杆单元的放大结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1、2所示，本发明一实施例的危险废弃物无害化处理装置，包括相接并相连通的烧结炉本体10和熔融炉本体20、分别设置在烧结炉本体10和熔融炉本体20上的进料口31和出料口32、设置在烧结炉本体10上的燃烧器30、对应进料口31设置在烧结炉本体10内的送料单元40、以及设置在熔融炉本体20上的等离子体发生器(未图示)。危险废弃物经进料口31进入烧结炉本体10内，烧结处理后在送料单元40传送下进入熔融炉本体20内进行高温熔融处理，处理后的产物经出料口32排出。

烧结炉本体10的烧结目的在于将危险废弃物中的二噁英类有机污染物进行分解和重金属进行初步固定。熔融炉本体20结合其上的等离子体发生器利用等离子体具有的高温特性，将二噁英类有机污染物彻底分解，将烧结后的危险废弃物熔融形成一种完全惰性和无毒性、渗透性极低的玻璃态固化体(玻璃态产物)，在实现减容(减容率约1/3-1/2)的同时，将重金属及其他有害元素彻底固定在si-o网格中。

熔融炉本体20内的工作温度高于烧结炉本体10内的工作温度。作为选择，烧结炉本体10内的工作温度为850℃-1000℃，熔融炉本体20内的工作温度为1300℃-1600℃。

优选地，烧结炉本体10为隧道窑式烧结炉，熔融炉本体20为阶梯式熔融炉。熔融炉本体20采用阶梯式的目的是通过废弃物的层层翻转实现均匀受热，提高其传热效率。

烧结炉本体10和熔融炉本体20的外壳采用性能良好的耐火及保温材料制成，确保炉体表面温度低于60℃。

具体地，又如图1所示，烧结炉本体10内设有上下分布的第一燃烧室11和第二燃烧室12。进料口31连通第一燃烧室11，送料单元40设置在第一燃烧室11内，从而危险废弃物通过进料口31进入第一燃烧室11内进行烧结处理，并在送料单元40的传送下前进，以送至熔融炉本体20内。

第一燃烧室11和第二燃烧室12之间设有连通两者的开口13，相对于整个烧结炉本体10温度高低分布而言，开口13位于其中的低温段。在第一燃烧室11内烧结处理产生的烟气以及未燃尽物质可共同通过开口13进入到第二燃室12，进行完全燃烧，烟气停留时间>2s。

其中，烧结炉本体10上设有分别连通第一燃烧室11和第二燃烧室12的第一风管14和第二风管15、设有连通第二燃烧室12的排烟烟道16。第一风管14和第二风管15的设置用于往烧结炉本体10内通入助燃空气。助燃空气的流动过程实际是一道气幕，能阻止热风往外排出。

在烧结炉本体10内，通过燃烧器30对危险废弃物表层进行点燃，随后在助燃空气作用下，废弃物发生层层烧结，实现其中二噁英类污染物的分解和重金属的初步固定。在第二燃烧室12内的烟气等可通过排烟烟道16排出；烟气出口处，可设置变频控制排烟引风机，提供出口负压动力。

排烟烟道16等直径设置，防止灰尘的沉积堵塞；采用性能良好的耐火冷却材料制成，使排烟烟道16外表面温度低于60℃。另外，充分考虑热膨胀问题，采用膨胀节设计；还可再设置1个取样接口，用来抽取烟气，检测其成分。

作为一种优选实施方式，烧结炉本体10内可设有马弗板17，马弗板17将烧结炉本体10内部空间隔成第一燃烧室11和第二燃烧室12；开口13位于马弗板17一端和烧结炉本体10内壁之间。马弗板17由耐火材料制成，耐高温同时具有良好的传热作用，对下方第二燃烧室12起到加热保温作用。

进料口31可形成在连接在烧结炉本体10的管道上，其为斜向延伸的喇叭口结构，一方面对管道内堆积的废弃物进行了“释压”，另一方面对堆叠废弃物进行了重整，使其尽可能形成梯形结构，便于输送。废弃物的连续堆积，也起到了将炉内环境与外界环境隔离的作用。

燃烧器30采用天然气为燃料，天然气热值高，燃烧稳定。燃烧器30在烧结炉本体10上的布局按照左右交错原则，每个燃烧器30对面的烧结炉本体10壁面设有观察孔，用于观察火焰和物料情况。

送料单元40可包括数个托辊41以及绕覆在数个托辊41外周的网带42；数个托辊41沿烧结炉本体10长度方向间隔排布。托辊41采用陶瓷辊筒，一方面它能承受废弃物的重量，另一方面它能承受烧结过程中的高温而不损坏。

网带42采用314不锈钢材料制成。网带42可采用铰链结构，铰链结构在通风方面有优势，便于废弃物热交换。结合废弃物输送高度，网带42侧边可设置有挡板，高度参考实际废弃物输送高度；挡板为合页式带冲孔结构，以方便在网带42的首尾托辊41处旋转掉头。

在熔融炉本体20上，等离子体发生器作为其核心部件，提供熔融所需的外热源，其主要由等离子体发生器本体、制氮系统和冷却水系统、等离子电源等组成，其中等离子体发生器本体通过电弧加热工作气体(空气和氮气)，使其电离产生等离子体，进而通过焦耳效应产生高温。

在熔融炉本体20中，利用等离子体技术进行熔融处理，因等离子体弧温度极高、能量集中的特性，能使危险废弃物中的二噁英类有机污染物迅速分解，无机产物则形成玻璃态产物，对重金属实现了彻底有效固定。玻璃态产物能够作为建材资源化利用，不但减轻了土地填埋负荷，而且实现了一定的经济利益。

对应等离子体发生器，熔融炉本体20上设有接口21供其安装。为使熔融炉本体20内温度分布均匀，熔融炉本体20的两侧分别设有接口21。

对于熔融炉本体20为阶梯式熔融炉，熔融炉本体20内的阶梯处还设有推杆单元50；推杆单元50的推料方向朝向出料口32，可将熔融处理后的产物往出料口32方向推移。

结合图1、3，推杆单元50可包括推杆51以及设置在推杆51一端端部的推头52；推头52位于熔融炉本体20内，推杆51另一端伸出熔融炉本体20，可连接驱动机构。推头52及行程工作面主要采用耐火材料。推头52在制作定形时，预埋有卡扣，从而便于与推杆51连接。推杆51及推头52采用模块化设计，可在日常生产中更换。

进一步地，熔融炉本体20内对应推杆51还可设有可拆卸的异形耐火砖53，推杆51可移动穿设其中，并且推杆51和异形耐火砖53之间填充有陶瓷纤维54。

本发明的危险废弃物无害化处理方法，可采用上述的处理装置实现。参考图1、2，该处理方法可包括以下步骤：

s1、将危险废弃物通过进料口31送进烧结炉本体10进行850℃-1000℃的烧结，实现危险废弃物中的二噁英类污染物的分解，重金属的初步固定。

其中，危险废弃物烧结时，主要在烧结炉本体10内位于上方的第一燃烧室11内进行，废弃物烧结产生的烟气以及未燃尽物质可共同通过开口13进入烧结炉本体10内下方的第二燃烧室12，最后可经排烟烟道16排出。

s2、烧结后的产物通过送料单元40送至熔融炉本体20内进行1300℃-1600℃的高温熔融处理，形成玻璃态的产物，并且彻底固定其中的重金属。

步骤s2中，步骤s1烧结后的产物从烧结炉本体10内上方的第一燃烧室11送至熔融炉本体20。

s3、高温熔融处理后的产物经熔融炉本体20上的出料口32排出。

在熔融处理中，等离子体发生器作为其核心部件，提供熔融所需的外热源；利用等离子体具有的高温特性，将二噁英类有机污染物彻底分解，将烧结后的危险废弃物熔融形成一种完全惰性和无毒性、渗透性极低的玻璃态固化体，在实现减容(减容率约1/3-1/2)的同时，将重金属及其他有害元素彻底固定在si-o网格中，浸出率远低于国家规定标准。因此，经等离子烧结熔融产物能够达到国家建材标准，用于制砖、铺路等，从而实现资源化利用。

熔融炉本体20为阶梯式，其中阶梯处还设有推杆单元50，对废弃物进行层层翻转，实现均匀受热，提高其传热效率。并且推杆单元50还有助于将产物推移至出料口32。

下表1为本发明处理得到的熔融玻璃体重金属浸出率与国标对比。

表1.飞灰、飞灰熔融玻璃体重金属浸出率与国标对比表

由上述表1数据对比可知，经本发明处理得到的飞灰、飞灰熔融玻璃体重金属浸出率远低于国家规定标准，可进行资源化利用。

综上，本发明将烧结和熔融结合，将飞灰、重金属污泥等危险废弃物处理成玻璃态产物，不仅实现了危险废弃物的无害化和减量化处理，而且产物可作为建材等资源化利用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。