一种废弃物高温空气/水蒸气气化燃烧熔融系统的制作方法

本发明主要应用于环保技术领域，医疗垃圾、危废等废弃物的处置领域，具体涉及一种高能源利用效率、高效清洁的废弃物气化处理系统及处理方法。

背景技术

工业上通常采用焚烧处理废弃物，但是医疗垃圾、工业废液废渣等危险废弃物因为较生活垃圾等普通废弃物有较高比重的pvc或者苯环结构物质，在采用焚烧处理时，其燃烧烟气以及底渣中的污染物浓度更高、种类更多。比如，医疗垃圾焚烧未经处理的烟气中氯化氢的浓度可高达7000mg/nm3，二恶英的浓度比生活垃圾焚烧也要高一到两个数量级。

因此，医疗垃圾等危险废弃物的处理需要采用不同的工艺设计和污染物脱除技术。例如，危废在回转窑中一次焚烧后，需要在下游的燃烧室中进行二次燃烧，二次燃烧的温度要求控制在1100°c以上，以实现对二恶英污染物的有效脱除。对于热值较低或者波动较大的废弃物，为达到1100-1200°c的炉内温度，需要借助于烧嘴和等离子炬提供辅助能源。此外，焚烧产生的底灰和飞灰等固体副产物也广泛采用等离子炬熔融技术进行处理。

污染物脱除技术通过提供辅助能源来实现，如果能源没有在烟气后处理系统中得到高效地回用，那么系统能源效率会降低，将极大地影响了技术经济性。焚烧高温烟气经过余热锅炉产生蒸汽，可以用于汽轮机发电，或印染厂等工业系统。但是，受制于废弃物焚烧烟气对锅炉管道极强的腐蚀作用，蒸汽系统的发电效率也远低于燃煤或者燃气透平发电系统。废弃物处理系统也难于达到生活垃圾、燃煤等系统的规模，因此，工业上往往不采用废弃物烟气预热发电，而是生产低压低温蒸汽供给其他工业需求。目前工业上危废处理工艺系统，并未解决系统能源效率低、高品位能源电能消耗过大的问题。

技术实现要素：

本发明的是针对传统废弃物焚烧系统在综合考虑污染物副产品高效脱除后存在能源消耗大、效率低的问题，提出一种基于高温蓄热式烟气热回用的新的废弃物气化燃烧熔融系统，以实现在废物处理过程中污染物的高效处理的同时，能源效率的显著提高。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：一种废弃物高温空气/水蒸气气化燃烧熔融系统，包括废弃物高温气化燃烧熔融装置、烟气高温除尘及余热利用装置和烟气净化处理装置；所述废弃物高温气化熔融燃烧装置的出口连通烟气高温除尘及余热利用装置，所述烟气高温除尘及余热利用装置的出口连通烟气净化处理装置。

进一步地，所述的废弃物高温气化燃烧熔融装置包括废弃物进料系统、高温空气/水蒸气气化炉、等离子体灰熔融炉、高温旋风除尘器和合成气燃烧室；所述的废弃物进料系统设置于高温空气/水蒸气气化炉的上方，将废弃物投入所述的高温空气/水蒸气气化炉内；所述的等离子体灰熔融炉与高温空气/水蒸气气化炉连接，用于熔融高温空气/水蒸气气化炉产生的灰飞；等离子体灰熔融炉的底部设置有玻璃熔融灰渣出口；高温空气/水蒸气气化炉设置有合成气出口；所述的合成气出口依次与所述的高温旋风除尘器和合成气燃烧室连接；所述高温旋风除尘器的底部设置有灰尘排出口；所述等离子体灰熔融炉上设置有旋风除尘器灰进口；所述的灰尘排出口与所述的旋风除尘器灰进口连接。

进一步地，高温空气/水蒸气气化炉和所述等离子体灰熔融炉可为上下一体式结构，也可为分离式结构。

进一步地，所述的等离子体灰熔融炉装有等离子体炬和大功率烧嘴。

进一步地，所述的烟气高温除尘及余热利用装置包括烟气高温除尘和蓄热式烟气热回用装置、余热锅炉；所述的烟气高温除尘和蓄热式烟气热回用装置的烟气出口与余热锅炉连接。

进一步地，所述的烟气高温除尘和蓄热式烟气热回用装置包括装置本体；装置本体内设置有两个以上的操作室；每个操作室的下部安装有高温除尘装置，上部安装有高温蓄热式烟气热回用蓄热体；所述装置本体的下部设置有高温烟气进口，底部设置有高温空气/水蒸气出口；所述装置本体的上部设置有低温烟气出口，顶部设置有空气供风入口和低压低温蒸汽入口；所述的高温烟气进口与燃烧室连接；所述的高温空气/水蒸气出口与等离子体灰熔融炉连接；所述的低温烟气出口与余热锅炉连接；所述的空气供风入口与空气供风风机连接；所述的低压低温蒸汽入口与所述的余热锅炉连接；两个操作室中一个操作室用于脱除烟气颗粒物粉尘，并冷却高温烟气，另一个操作室用于预热空气和水蒸气，预热后的空气和水蒸气对高温除尘装置进行吹扫，脱除沉积的粉尘。

进一步地，所述高温烟气进口、低温烟气出口、空气供风入口和低压低温蒸汽入口的气流介质通过高温端换向阀门和低温端换向阀，切换来进行调节；高温端换向阀门和低温端换向阀；切换到烟气通路状态，高温烟气进入并依次通过高温除尘装置和高温蓄热式烟气热回用蓄热体，从低温烟气出口排出；换向阀切换到空气/水蒸气通路，空气和低压低温水蒸气依次通过高温蓄热式烟气热回用蓄热体和高温除尘装置，从高温空气/水蒸气出口排出。

进一步地，所述余热锅炉为火管锅炉，用于实现烟气在450-250°c温度区段的快速急冷，同时产生低压低温蒸汽。

进一步地，所述的烟气净化处理装置包括脱酸反应器、布袋除尘器、高级氧化室、减温塔、湿式静电除尘器、除雾器、脱酸反应器、布袋除尘器、减温塔和湿式静电除尘器依次连接；湿式静电除尘器通过引风机与烟囱连接；所述布袋除尘器的底部与等离子体灰熔融炉连接，将布袋除尘器底部收集的飞灰，输入到等离子体灰熔融炉中进行熔融。

本发明的一种废弃物高温空气/水蒸气气化燃烧熔融方法，包括如下几个步骤：

1）废弃物通过废弃物进料系统从高温空气/水蒸气气化炉的顶部进料，在高温空气/水蒸气气化炉内与高温空气/水蒸气气化剂充分接触反应，料层气化温度1000°c以上，高温空气/水蒸气气化炉的出口温度800°c以上，炉内产生焦油含量低的高品质合成气从顶部出来，其他不可燃物残余物从高温空气/水蒸气气化炉的底部排出，进入等离子体灰熔融炉；进行熔融转化未无害的玻璃体；

2）经过步骤1）产生的合成气在高温旋风除尘器内脱尘后，进入燃烧室，燃烧室燃烧温度控制在1100°c以上，通过合理布风保证空气和合成气的充分混合，烟气在燃烧室内停留时间控制在2s以上；高温旋风除尘器内的残余物进入等离子体灰熔融炉，进行熔融转化未无害的玻璃体；

3）经2）产生的高温烟气在烟气高温除尘装置中进一步除尘，并通过高温蓄热式烟气热回用蓄热体降温，烟气热量保存在蓄热材料中，冷却后的烟气进入到余热锅炉进一步冷却，产生低压低温蒸汽；

4）经3）冷却的烟气进入到脱酸反应器中与酸性气体吸收剂反应脱酸，并通过布袋除尘器脱除吸收剂和飞灰；布袋除尘器脱收集的灰飞进入等离子体灰熔融炉进行熔融转化未无害的玻璃体；

5）经4）净化后的烟气在高级氧化室内脱除二恶英、硫化物或其他污染物，然后经过减温塔内碱液水洗降温、湿式静电除尘器捕捉残余污染物，实现烟气的深度净化；

6）步骤3）中所产生的低温低压蒸汽通入到高温蓄热式烟气热回用蓄热体预热到高温，反吹和清洁高温除尘装置，部分进入到等离子体灰熔融炉中，部分直接进入高温空气水蒸气气化炉；所携带的灰颗粒同飞灰底灰在等离子体熔融炉中熔融转化成无害的玻璃体熔渣；

7）步骤5）中的高温空气/水蒸气在等离子体熔融炉中被预热到更高温度，从气化炉底部进入气化炉参与气化反应。

本发明采用烟气高温除尘及余热利用系统，实现烟气降温，并将回收的热量预热和生产高温空气/水蒸气气化剂，提高系统整体能源效率。

本发明采用等离子体高温气化燃烧熔融系统，实现废弃物的高效气化、合成气低污染燃烧、底灰和飞灰的等离子体熔融无害化处理。对于生活垃圾等常规废弃物，后处理系统采用脱酸反应器和布袋除尘器就可以满足要求。对于含氯高的危废，需要结合湿法脱酸工艺对hcl等酸性组分进行深度脱除。

有益效果：本发明采用烟气高温除尘及余热利用系统和等离子体高温气化燃烧熔融系统，通过回收高温烟气余热预热获取高温水蒸气空气气化剂，实现高温空气/水蒸气气化,物料气化效率高；得益于高温气化剂携带的显热，气化所需空气量降低，合成气的热值增加，焦油含量降低；此外，能量的高效利用也降低了等离子体灰熔融炉和合成气催化燃烧过程中对辅助燃料的需求，提升了系统的能源效率；高温空气/水蒸气气化过程中炉内气化剂和温度分布均匀，极大地抑制了二恶英等污染物的生成。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的废弃物高温空气/水蒸气气化燃烧熔融系统示意图。

图2为烟气高温除尘和蓄热式烟气热回用装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，为本发明的一种废弃物高温空气/水蒸气气化燃烧熔融系统，包括废弃物高温气化燃烧熔融装置、烟气高温除尘及余热利用装置和烟气净化处理装置；所述废弃物高温气化熔融燃烧装置的出口连通烟气高温除尘及余热利用装置，所述烟气高温除尘及余热利用装置的出口连通烟气净化处理装置。

废弃物高温气化燃烧熔融装置包括废弃物进料系统（包括上料机4和料斗和破碎给料装置3）、高温空气/水蒸气气化炉1、等离子体灰熔融炉2、高温旋风除尘器5和合成气燃烧室6和燃烧室风机14，燃烧室风机14与废弃物进料系统连接。本发明的所述的废弃物进料系统设置于高温空气/水蒸气气化炉的上方，将废弃物投入所述的高温空气/水蒸气气化炉1内；所述的等离子体灰熔融炉2与高温空气/水蒸气气化炉1连接，用于熔融高温空气/水蒸气气化炉产生的灰飞。高温空气/水蒸气气化炉1和所述等离子体灰熔融炉2可为上下一体式结构，也可为分离式结构。等离子体灰熔融炉2装有等离子体炬和大功率烧嘴。等离子体灰熔融炉的底部设置有玻璃熔融灰渣出口21、旋风除尘器灰进口20、高温空气/水蒸气进口53、烟气高温除尘粉尘进口24、布袋除尘器飞灰进口25；旋风除尘器灰进口20、高温空气/水蒸气进口53、烟气高温除尘粉尘进口24、布袋除尘器飞灰进口25分别与旋风除尘器、蓄热式烟气热回用装置高温空气/水蒸气出口23、蓄热式烟气热回用装置高温空气/水蒸气吹灰出口以及布袋除尘器连接。

高温空气/水蒸气气化炉上设置有合成气出口；所述的合成气出口依次与所述的高温旋风除尘器5和合成气燃烧室6连接；

本发明的烟气高温除尘及余热利用装置包括烟气高温除尘和蓄热式烟气热回用装置7和余热锅炉8。烟气高温除尘和蓄热式烟气热回用装置包括装置本体；装置本体内设置有两个以上的操作室；每个操作室的下部安装有高温除尘装置34和43，上部安装有高温蓄热式烟气热回用蓄热体35和42；所述装置本体的下部设置有高温烟气进口37，底部设置有高温空气/水蒸气出口39；所述装置本体的上部设置有低温烟气出口36，顶部设置有空气供风入口40和低压低温蒸汽入口38；所述的高温烟气进口37与燃烧室连接；所述的高温空气/水蒸气出口39和粉尘出口与等离子体灰熔融炉的高温空气/水蒸气进口23和烟气高温除尘粉尘进口24连接；所述的低温烟气出口36与余热锅炉8连接；所述的空气供风入口40与空气供风风机15连接；所述的低压低温蒸汽入口38与所述的余热锅炉8连接；两个操作室中一个操作室用于脱除烟气颗粒物粉尘，并冷却高温烟气，另一个操作室用于预热空气和水蒸气，预热后的空气和水蒸气对高温除尘装置进行吹扫，脱除沉积的粉尘。两个操作室实现交替循环工作。

本发明的高温烟气进口37、低温烟气出口36、空气供风入口40和低压低温蒸汽入口38的气流介质通过高温端换向阀门31和32和低温端换向阀30和33，切换来进行调节；换向阀32和33；切换到烟气通路状态，高温烟气进入并依次通过高温除尘装置和高温蓄热式烟气热回用蓄热体，从低温烟气出口36排出；换向阀切换到空气/水蒸气通路，空气和低压低温水蒸气依次通过高温蓄热式烟气热回用蓄热体和高温除尘装置，从高温空气/水蒸气出口39排出。在一定的运行时间之后，换向阀32和33切换到空气/水蒸气通路状态，换向阀30和31切换到烟气通路状态，如此切换实现连续工作。本发明的余热锅炉为火管锅炉，供入去离子水29，用于实现烟气在450-250°c温度区段的快速急冷，同时产生低压低温蒸汽。

本发明的烟气净化处理装置脱酸反应器9、布袋除尘器10、高级氧化室51、减温塔22和湿式静电除尘器12；脱酸反应器9、布袋除尘器10、减温塔22、湿式静电除尘器12和除雾器52依次连接；湿式静电除尘器12通过引风机16与烟囱13连接；所述脱酸反应器为干式反应器。所述布袋除尘器10的底部与等离子体灰熔融炉连接，将布袋除尘器底部收集的飞灰，输入到等离子体灰熔融炉中进行熔融。高级氧化室51，可通过低温等离子体产生氧化剂，也可直接通入臭氧、过氧化氢等氧化剂。所述减温塔采用碱液循环，碱液为一定浓度naoh溶液。

本发明的一种废弃物高温空气/水蒸气气化燃烧熔融方法，包括如下几个步骤：

1）废弃物通过废弃物进料系统从高温空气/水蒸气气化炉的顶部进料，在高温空气/水蒸气气化炉内与高温空气/水蒸气气化剂充分接触反应，料层气化温度1000°c以上，高温空气/水蒸气气化炉的出口温度800°c以上，炉内产生焦油含量低的高品质合成气从顶部出来，其他不可燃物残余物从高温空气/水蒸气气化炉的底部排出，进入等离子体灰熔融炉；进行熔融转化未无害的玻璃体；

2）经过步骤1）产生的合成气在高温旋风除尘器内脱尘后，进入燃烧室，燃烧室燃烧温度控制在1100°c以上，通过合理布风保证空气和合成气的充分混合，烟气在燃烧室内停留时间控制在2s以上；高温旋风除尘器内的残余物进入等离子体灰熔融炉，进行熔融转化未无害的玻璃体；

3）经2）产生的高温烟气在烟气高温除尘装置中进一步除尘，并通过高温蓄热式烟气热回用蓄热体降温，烟气热量保存在蓄热材料中，冷却后的烟气进入到余热锅炉进一步冷却，产生低压低温蒸汽；

4）经3）冷却的烟气进入到脱酸反应器中与酸性气体吸收剂反应脱酸，并通过布袋除尘器脱除吸收剂和飞灰；布袋除尘器脱收集的灰飞进入等离子体灰熔融炉进行熔融转化未无害的玻璃体；

5）经4）净化后的烟气在高级氧化室内脱除二恶英、硫化物或其他污染物，然后经过减温塔内碱液水洗降温、湿式静电除尘器捕捉残余污染物，实现烟气的深度净化；

6）步骤3）中所产生的低温低压蒸汽通入到高温蓄热式烟气热回用蓄热体预热到高温，反吹和清洁高温除尘装置，部分进入到等离子体灰熔融炉中，部分直接进入高温空气水蒸气气化炉；所携带的灰颗粒同飞灰底灰在等离子体熔融炉中熔融转化成无害的玻璃体熔渣；

7）步骤5）中的高温空气/水蒸气在等离子体熔融炉中被预热到更高温度，从气化炉底部进入气化炉参与气化反应。

上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。