危险废物高温熔融处理装置及其工艺的制作方法

本发明属于危废处理设备领域，具体涉及一种危险废物高温熔融处理装置及其工艺。

背景技术：

危险废物处理领域一直存在一个难题，无法彻底地实现危险废物的无害化和资源化。为了解决这个问题，目前比较常见的技术为水泥窑协同处置，但由于需要控制水泥的品质，很多危险废物并不能进行水泥窑协同处置。在此基础上危险废物高温熔融技术因其无害化和资源化的特点被广泛关注，但根据现有的专利和应用案例查询发现存在以下问题，忽略物料自身特性和其中污染物对工艺的影响，不注重预处理，工艺路线单一，这也导致了目前应用案例少、处理物料范围窄，且大多仍处于试验阶段。

与cn201610849205.6相比，cn201610849205.6工艺为先焚烧后熔融，熔融的原始物料为焚烧废渣，这些特点和本发明有明显差别，首先本发明不存在焚烧工序，其余本发明熔融的原始物料非焚烧废渣。

因此，本发明根据实际运行经验出发，构建完善的危险废物高温熔融系统，包括破碎、均化、两段式烘干、烧结、配料、熔融、水淬、热回收、废气处理等工序。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决危险废物高温熔融过程中的短板，并提供一种危险废物高温熔融处理装置，从而使得危险废物高温熔融成为一种更稳定、适用范围更广泛的危险废物处理工艺。

本发明具体采用的技术方案如下：

一种危险废物高温熔融处理装置，其包括破碎装置、均化库、轨道式烘干窑、多段式剪切破碎烘干机、烧结机、高温熔融炉和水淬槽；所述破碎装置的出料口连接均化库，均化库中设有对物料进行匀化的匀化装置，均化库一侧设有料坑；所述的轨道式烘干窑顶部设有第一进料口和第一废气排放口，料坑处通过传送带连接轨道式烘干窑的第一进料口，轨道式烘干窑的底部设有第一出料口，窑体内部设有若干条用于传送物料的轨道，若干条轨道分层平行设置，且上下相邻的两条轨道运行方向相反，上方轨道末端落下的物料由下方轨道继续传送，第一出料口设置于最下方的轨道末端；所述的多段式剪切破碎烘干机顶部设有第二废气排放口和第二进料口，第一出料口落下的物料从第二进料口进入多段式剪切破碎烘干机中；多段式剪切破碎烘干机的竖向内腔通过交错的横向隔板分成若干破碎段，每段破碎段中均设有一个剪切破碎装置，从上一段破碎段落下的物料进入下一段破碎段的剪切破碎装置中，多段式剪切破碎烘干机底部设有第二出料口；所述烧结机的窑尾设有第三进料口，窑头设有第三出料口，第二出料口输出的物料通过传送带输送至第三进料口，进入烧结机窑体内部；所述的高温熔融炉顶部设有第四进料口和第四废气排放口，第三出料口通过给料装置连接第四进料口，高温熔融炉的第四进料口下方为熔池，且熔池中设有用于提供熔融热量的加热装置，熔池侧壁上设有第四出料口，第四出料口的末端位于水淬槽上方；水淬槽的侧壁上设有循环水进水口和循环水出水口，内腔设有排渣装置；所述烧结机和高温熔融炉中均设有回收烟气热量的热能交换器，轨道式烘干窑中设有第一鼓风机，多段式剪切破碎烘干机中设有第二鼓风机，烧结机中的热能交换器的热空气出口通过管道连接第一鼓风机的进气口，高温熔融炉中的热能交换器的热空气出口通过管道连接第二鼓风机的进气口。

优选的，所述的第一鼓风机设置于轨道式烘干窑中最下方的轨道末端一侧，第一鼓风机的鼓风方向与所述轨道上物料的行进方向相反。

优选的，所述的第二鼓风机设置于多段式剪切破碎烘干机中最下方的破碎段末端一侧，第二鼓风机的鼓风方向与所述破碎段中物料的行进方向相反。

优选的，所述的加热装置为与外部天然气供应装置相连的天然气燃烧补风集成管。

优选的，所述的均化库中设有机械抓斗和电铲。

优选的，所述的烧结机窑体架设于烧结机支撑座上。

优选的，还包括第一废气处理装置和第二废气处理装置，轨道式烘干窑和多段式剪切破碎烘干机中产生的废气均通过废气管道连接第二废气处理装置，烧结机和高温熔融炉中产生的废气均通过废气管道连接第一废气处理装置。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述危险废物高温熔融处理装置的危险废物高温熔融处理方法，其步骤如下：

1)将待处置的危险废物从破碎装置的进料口输入，对粒径大于3毫米的物料进行破碎；

2)将破碎后的物料输入均化库中，与均化库内的其他待处置物料按预设配比均化；

3)将所得均化后的物料输入轨道式烘干窑的第一进料口，使物料在轨道的带动下从第一进料口逐层输送至第一出料口，且在输送过程中，利用第一鼓风机沿物料输送方向逆向鼓入热风，所述的热风由烧结机中的热能交换器提供；

4)将轨道式烘干窑的第一出料口输出的物料再次从第二进料口输入多段式剪切破碎烘干机，物料在重力作用下落至最上方一层破碎段，并被该破碎段的剪切破碎装置剪切破碎；破碎后的物料在横向隔板的导向下继续落入下一破碎段，并被该段的剪切破碎装置继续剪切破碎；最终物料从最下方的第二出料口输出；在物料下落过程中，利用第二鼓风机沿物料的输送方向逆向鼓入热风，所述的热风由高温熔融炉中的热能交换器提供；

5)将第二出料口输出的烘干破碎后的物料，通过传送带提升后从第三进料口输入烧结机，在烧结机窑体内对物料进行烧结，烧结完毕的物料从第三出料口输出；

6)将第三出料口输出的烧结后物料和其他补充组分按配比混匀后，通过给料装置定量输送至高温熔融炉中，物料从第四进料口进入熔池并在加热装置的加热下实现熔融，熔融后的物料从第四出料口排出；

7)将第四出料口排出的熔融物料自流进入水淬槽中，通过快速冷却形成玻璃颗粒；水淬过程中，通过循环水进水口和循环水出水口进行水淬槽内的冷却水循环；

8)轨道式烘干窑和多段式剪切破碎烘干机中产生的废气均通过废气管道输入第二废气处理装置中进行处理；烧结机和高温熔融炉中产生的废气均通过废气管道输入第一废气处理装置中进行处理。

优选的，所述的第一废气处理装置中对废气进行二次燃烧、急冷、脱硝、脱硫、脱酸、除尘后排放，所述的第二废气处理装置中对废气进行冷凝和除尘处理。

优选的，所述危险废物为《国家危险废物名录》中的含硅、含碱金属或可燃类危险废物；步骤1)中破碎后物料的粒径小于3毫米；步骤2)中均化后的混合物料的含水率为25％～70％；步骤3)中轨道式烘干窑烘干后物料含水率在20％～35％之间，烘干温度为200℃～300℃，停留时间为1～1.5小时；步骤4)中多段式剪切破碎烘干机烘干破碎后的混合物料含水率在10％～15％之间，粒径在10～20mm之间，烘干温度为300℃～500℃，停留时间为0.8～1.2小时；步骤5)中物料的烧结时间为1～2小时，烧结温度为800℃～1100℃；步骤6)中所述其他补充组分占比为烧结物料的10％～25％，补充组分的含水率小于10％，补充组分成分为固体燃料、可燃类危险废物和富含硅、碱金属的物料，其中硅和碱金属的比例在30％～45％之间；步骤6)中高温熔融炉内物料的停留时间为2～4小时，熔融温度为1200℃～1500℃；步骤7)中水淬槽内的水温通过冷却水循环控制在50℃以下。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过破碎和均化可以提高物料的均匀性，从而使得烧结和高温熔融的效果得到提升；烘干和烧结后可以有效去除物料中的有机物、水分使得进入高温熔融的物料特性波动较小、后续工艺稳定，通过二次配料可以大幅度降低烧结过程的结皮的风险。使得高温熔融成为一种处理范围广、运行稳定的工艺。

由于危险废物大多成分复杂，且不同危险废物特性差异显著，因此本发明设置破碎和均化工段，使得进入后续工序的物料相对稳定；危险废物大多含水率高于60％，大量水分进入高温工段会增大能耗，因此设置了烘干，而烘干容易造成物料板结，在后半段设置了剪切破碎；部分危险废物含有氟氯等卤素和有机污染物，这部分物质在烧结环节能够得到有效的脱除，减轻了后续熔融环节的压力，延长了熔融设备的寿命，确保了烟气的稳定排放；通过烘干、烧结、熔融后的危险废物，其主要成分为氧化物，合理配比后可通过水淬形成玻璃体，实现无害化。

附图说明

图1危险废物高温熔融系统的结构示意图；

图2轨道式烘干窑俯视结构示意图；

图3轨道式烘干窑侧视结构示意图；

图4多段式剪切破碎烘干机结构示意图；

图5烧结机结构示意图；

图6高温熔融炉和水淬槽结果示意图。

其中，附图标记：破碎装置1、均化库2、料坑3、轨道式烘干窑4、多段式剪切破碎烘干机5、烧结机6、给料装置7、高温熔融炉8、水淬槽9、第一热风管10、第二热风管11、第一废气处理装置12、第二废气处理装置13、第一进料口14、第一废气排放口15、轨道16、第一鼓风机17、第一出料口18、第二废气排放口19、第二进料口20、剪切破碎装置21、第二鼓风机22、第二出料口23、第三进料口24、烧结机支撑座25、烧结机窑体26、第三出料口27、第四进料口28、第四废气排放口29、加热装置30、熔池31、第四出料口32、水淬槽33、循环水进水口34、循环水出水口35、排渣装置36。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，为本发明一实施例中的危险废物高温熔融处理装置整体结构示意图。该处理装置的主要结构包括破碎装置1、均化库2、轨道式烘干窑4、多段式剪切破碎烘干机5、烧结机6、高温熔融炉8和水淬槽9。

破碎装置1可以是破碎机等设备，其破碎的出料粒度可调节。破碎装置1的出料口通过传送带连接均化库2入口，均化库2为一个用于对物料进行匀化处理的构筑物，其内部中设有对物料进行匀化的匀化装置。均化库2内可存储已经经过匀化的物料，也可以存储无需破碎但需要进行后续烘干、烧结、熔融处理的物料。匀化装置可以是能够实现搅拌混合功能的设备，本实施例中采用机械抓斗和电铲。均化库2一侧设有防止已匀化物料的料坑3，料坑3处设有一条传送带，已经经过匀化的物料通过抓斗放到传送带上输送至后续工序中。均化库2后续设置两段式烘干装置，第一段为轨道式烘干窑4，第二段为多段式剪切破碎烘干机5。

如图2和3所示，轨道式烘干窑4为一个用于对物料进行烘干的窑体，其顶部设有第一进料口14和第一废气排放口15，料坑3处通过传送带连接轨道式烘干窑4的第一进料口14，经过匀化的物料可以从第一进料口14进入窑内。轨道式烘干窑4的底部设有第一出料口18，窑体内部设有多条用于传送物料的轨道16，本实施例中共3条。3条轨道16分层平行设置，且上下相邻的两条轨道16运行方向相反，上方轨道16末端物料落下的位置具有弧形的导板，将物料导向下方轨道16前段，由此上方轨道16末端落下的物料可以由下方轨道16继续传送。第一出料口18设置于最下方的轨道16末端，物料可以从轨道处直接从第一出料口18输出。轨道式烘干窑4内的烘干作用是通过热风实现的，在轨道式烘干窑4中最下方的轨道16末端一侧设有一个第一鼓风机17，第一鼓风机17的鼓风方向与轨道16上物料的行进方向相反，热空气从最下方的轨道16末端处吹入，然后逆向吹至轨道16前端后，再次转向180°进入上一层轨道16，最终从第一废气排放口15排出。轨道式烘干窑4中热风的热量可由本装置后续工段中的烧结机6提供，具体形式后续将详细描述。

多段式剪切破碎烘干机5设置于轨道式烘干窑4的下方。如图4所示，轨道式烘干窑4为一个竖向的窑体，其顶部设有第二废气排放口19和第二进料口20。第二进料口20刚好设置于第一出料口18下方，从轨道式烘干窑4的第一出料口18落下的物料可从第二进料口20直接落入多段式剪切破碎烘干机5中。多段式剪切破碎烘干机5的竖向窑体内腔内设多条横向隔板，横向隔板在竖向窑体的侧壁上交错布置，形成“之”字形的流通通道，两条横向隔板之间作为一段破碎段。横向隔板应具有一定的坡度，使得物料能够在重力作用下自行滑落。每段破碎段中均设有一个剪切破碎装置21，剪切破碎装置21可以是剪切破碎机，也可以直接是高速旋转的破碎刀片。从上一段破碎段落下的物料进入下一段破碎段的剪切破碎装置21中，进而被进一步破碎，解决第一段轨道式烘干窑4烘干过程中对物料造成的板结现象。多段式剪切破碎烘干机5底部设有第二出料口23，经过二次烘干破碎的物料从该口排出。多段式剪切破碎烘干机5内的烘干作用是通过热风实现的。多段式剪切破碎烘干机5最下方的破碎段中一侧设有第二鼓风机22，第二鼓风机22的鼓风方向与破碎段中物料的行进方向相反，第二鼓风机22吹出的热风沿“之”字形的流通通道逐层向上流动，最终从第二废气排放口19排出。多段式剪切破碎烘干机5中热风的热量可由本装置后续工段中的高温熔融炉8提供，具体形式后续将详细描述。

烧结机6设置于多段式剪切破碎烘干机5的下游。如图5所示，烧结机为回转窑，烧结机6的窑尾设有第三进料口24，窑头设有第三出料口27。多段式剪切破碎烘干机5的第二出料口23由于位置较低，因此其输出的物料需首先通过传送带提升，再输送至第三进料口24，进入烧结机窑体26内部。烧结机窑体26具有一定的倾斜度，窑头较低，窑尾较高，使得物料能够在窑体内自行流动。烧结机窑体26内可通过天然气进行加热，当然也可以采用其他加热烧结方式。烧结机窑体26架设于烧结机支撑座25上，实现架空支撑。

如图6所示，高温熔融炉8用于对经过烘干、破碎、烧结的物料进行熔融处理。高温熔融炉8的外壳采用耐高温材料制成，顶部设有第四进料口28和第四废气排放口29。烧结机6的第三出料口27连接给料装置7的进料口，由给料装置7控制向高温熔融炉8的进料量。由于熔融过程中，可能需要添加其他组分的物质，因此给料装置7可以设有额外的多个加料口，将物料混合后再输送至高温熔融炉8。给料装置7的出料口连接高温熔融炉8的第四进料口28，第四进料口28下方为用于对物料进行熔融的熔池31，且熔池31中设有用于提供熔融热量的加热装置30。加热装置30可以是任何能够使得物料熔融的装置，可以是明火也可以是电加热等，在本实施例中，加热装置30采用天然气燃烧补风集成管，集成管入口与外部天然气供应装置相连。天然气燃烧补风集成管是带有补风功能的天然气燃烧管，外部天然气供应装置供应的天然气与空气可一并进入管内，然后从管嘴处喷出，以喷射火焰的形式对物料进行加热熔融。熔融的物料存储在熔池31内，熔池31侧壁上一定高度处设有第四出料口32。第四出料口32是一条耐高温的管道，管道末端位于水淬槽33上方，熔融液可直接在重力作用下落入敞口的水淬槽33中。水淬槽33是一个敞口的槽体，其侧壁上设有循环水进水口34和循环水出水口35，可通过水泵将冷却水输入循环水进水口34，然后从循环水出水口35排出，实现循环保持内部水温。水淬槽33在使用过程中，会出现部分残渣的沉淀，因此其内腔中需要设有排渣装置36。排渣装置36可采用现有技术中的各种排渣设备。

另外，本发明中由于烧结机6和高温熔融炉8均有外部能源输入，其排放的烟气中会存在较多的热量，此部分热量可以用于轨道式烘干窑4和多段式剪切破碎烘干机5的两段式烘干过程。其具体实现方式为：在烧结机6和高温熔融炉8的内腔中均设有热能交换器，对烟气热量进行回收烟气热量，热能交换器可以是管板换热器、板翅式换热器等结构。外部冷空气输入热能交换器的换热管中，通过换热管壁与外部的热烟气进行换热，然后再从热空气出口输出。如前所述，轨道式烘干窑4中设有第一鼓风机17，多段式剪切破碎烘干机5中设有第二鼓风机22，因此烧结机6中的热能交换器的热空气出口通过第二热风管11连接第一鼓风机17的进气口，高温熔融炉8中的热能交换器的热空气出口通过第一热风管10连接第二鼓风机22的进气口。通过第一鼓风机17和第二鼓风机22的负压抽吸，产生吸引力，将热空气不断输入各烘干段中，实现烟气余热利用。

另外，由于该处理装置的处置过程中会产生大量的烟气，因此需要设置第一废气处理装置12和第二废气处理装置13。第一废气处理装置12和第二废气处理装置13可以是相同的，也可以是不同的，其选型需要根据不同废气的性质进行确定。一般而言，轨道式烘干窑4和多段式剪切破碎烘干机5中产生的废气性质相似，两者均通过废气管道连接第二废气处理装置13；烧结机6和高温熔融炉8中产生的废气成分较为复杂，两者均通过废气管道连接第一废气处理装置12。在本实施例中，第一废气处理装置12中包括冷凝器、二燃室、急冷设施、脱硝设施、脱硫设施、脱酸设施和除尘设施，第二废气处理装置13中包括冷凝器和除尘设施。

由于危险废物大多成分复杂，且不同危险废物特性差异显著，因此本发明的处理装置中预先设置了破碎和均化工段，使得进入后续工序的物料相对稳定。另外，危险废物大多含水率高于60％，大量水分进入高温工段会增大能耗，因此设置了两段式烘干。将烘干过程分为两段式的原因是首次烘干过程中，此类物料容易产生板结现象，对后续烧结过程产生不利影响，因此在烘干的后半段设置了剪切破碎。另外，部分危险废物含有氟氯等卤素和有机污染物，这部分物质在烧结环节能够得到有效的脱除，减轻了后续熔融环节的压力，延长了熔融设备的寿命，确保了烟气的稳定排放。通过烘干、烧结、熔融后的危险废物，其主要成分为氧化物，合理配比后可通过水淬可形成玻璃体，实现无害化。

本发明中，所处理的危险废物为《国家危险废物名录(2016版)》中的含硅、含碱金属或可燃类危险废物，这些废渣经过合理配比，可形成玻璃熔融体，其中含硅、含碱金属可以是焚烧行业废渣、冶金行业废渣，可燃类危险废物中的有机物可在高温情况下燃烧，减少能源消耗。

基于上述危险废物高温熔融处理装置，还可以提供一种危险废物高温熔融处理方法，其具体步骤如下：

1)将待处置的危险废物从破碎装置1的进料口输入，对粒径大于3毫米的物料进行破碎，无需破碎的物料可跳过破碎步骤。

2)将破碎后的物料输入均化库2中，与均化库2内的其他待处置物料按预设配比均化。

3)将所得均化后的物料输入轨道式烘干窑4的第一进料口14，使物料在轨道16的带动下从第一进料口14逐层输送至第一出料口18，且在输送过程中，利用第一鼓风机17沿物料输送方向逆向鼓入热风，热风由烧结机6中的热能交换器提供。

4)将轨道式烘干窑4的第一出料口18输出的物料再次从第二进料口20输入多段式剪切破碎烘干机5，物料在重力作用下落至最上方一层破碎段，并被该破碎段的剪切破碎装置21剪切破碎；破碎后的物料在横向隔板的导向下继续落入下一破碎段，并被该段的剪切破碎装置21继续剪切破碎；最终物料从最下方的第二出料口23输出；在物料下落过程中，利用第二鼓风机22沿物料的输送方向逆向鼓入热风，热风由高温熔融炉8中的热能交换器提供。

5)将第二出料口23输出的烘干破碎后的物料，通过传送带提升后从第三进料口24输入烧结机6，在烧结机窑体26内对物料进行烧结，烧结完毕的物料从第三出料口27输出；烧结所需热量由物料中的可燃组分和外加天然气提供。

6)将第三出料口27输出的烧结后物料和其他补充组分按配比混匀后，通过给料装置7定量输送至高温熔融炉8中，物料从第四进料口28进入熔池31并在加热装置30的加热下实现熔融，熔融后的物料从第四出料口32排出。

7)将第四出料口32排出的熔融物料自流进入水淬槽33中，通过快速冷却形成玻璃颗粒；水淬过程中，通过循环水进水口34和循环水出水口35进行水淬槽33内的冷却水循环。

8)轨道式烘干窑4和多段式剪切破碎烘干机5中产生的废气均通过废气管道输入第二废气处理装置13中进行处理；烧结机6和高温熔融炉8中产生的废气均通过废气管道输入第一废气处理装置12中进行处理。其中，第一废气处理装置12中对废气进行二次燃烧、急冷、脱硝、脱硫、脱酸、除尘后排放，所述的第二废气处理装置13中对废气进行冷凝和除尘处理。

在本实施例中，各步骤的具体参数可控制如下：

步骤1)中破碎后物料的粒径小于3毫米。步骤2)中均化后的混合物料的含水率为25％～70％。步骤3)中轨道式烘干窑4烘干后物料含水率在20％～35％之间，烘干温度为200℃～300℃，停留时间为1～1.5小时。步骤4)中多段式剪切破碎烘干机5烘干破碎后的混合物料含水率在10％～15％之间，粒径在10～20mm之间，烘干温度为300℃～500℃，停留时间为0.8～1.2小时。步骤5)中物料的烧结时间为1～2小时，烧结温度为800℃～1100℃。步骤6)中所述其他补充组分占比为烧结物料的10％～25％，补充组分的含水率小于10％，补充组分成分为固体燃料、可燃类危险废物和富含硅、碱金属的物料，其中硅和碱金属的比例在30％～45％之间。步骤6)中高温熔融炉8内物料的停留时间为2～4小时，熔融温度为1200℃～1500℃。步骤7)中水淬槽33内的水温通过冷却水循环控制在50℃以下。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。