垃圾焙烧余热利用及尾气处理装置的制作方法

本实用新型涉及尾气净化处理技术领域，更具体的说，它涉及一种垃圾焙烧余热利用及尾气处理装置。

背景技术：

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0~2.0吨赤泥。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。为了减少污染，通常采用氯化焙烧对赤泥进行处理。

氯化焙烧是指在一定的条件下，借助于氯化剂的作用，使物料中的某些组分转变为气相或固相氯化物，以使有价金属和其他组分分离富集的过程；氯化焙烧所用的氯化剂主要有氯气、氯化氢等气态氯化剂和氯化钠、氯化镁、氯化钙、氯化铵等固态氯化剂。 在教科书《氯化冶金》(中南矿冶学院冶金教研室编，冶金出版社1978年出版)第160页叙述了氧化镍矿的氯化焙烧工艺，所用的氯化剂为氯气和氯化氢等气态氯化剂，氯化温度200-1000℃，但因为所用氯化剂腐蚀性大加之镍的氯化难以控制，最终没有形成工业化生产。

现有技术参考授权公告号为CN205323489U的中国实用新型专利，其公开了一种氯化焙烧法处理锂云母产生的尾气吸收净化设备，包括三个喷淋塔：一级喷淋塔、二级喷淋塔、三级喷淋塔；每个喷淋塔均设有玻璃钢塔壁，每个喷淋塔对应设置喷淋剂储槽，每个喷淋塔内填充有多孔材料，每个喷淋塔塔底设置有喷头，每个喷淋塔塔顶设置有除雾器；一级喷淋塔的下端设置进气口，三级喷淋塔的顶端通过出气口法兰接口与出气口连通；二级喷淋塔通过管道与一级喷淋塔的塔顶连通，三级喷淋塔通过管道与二级喷淋塔的塔顶连通。该实用新型中尾气依次通过三个喷淋塔，并在喷淋塔中与喷淋剂接触反应，除去氯气、三氧化硫等废气后排入大气；经喷淋吸收后所得的废酸可用于锂云母熟料的浸出反应，充分利用氯气，实现了含氯废气资源化利用。但是该实用新型存在以下不足：氯化焙烧产生的尾气温度一般高达600℃以上，直接采用喷淋塔去除有害气体时，尾气中的热量得不到有效利用，造成能源浪费。

授权公告号为CN103409615B的中国发明专利，其公开了一种矿物焙烧还原装置及其使用方法，其包括从上至下依次设置且相互连通的进料区、干燥预热区、焙烧氧化反应区、调压区、还原反应区、出料区与水封冷却区，在进料区设置有自动密封装置，在干燥预热区设置有抽真空的定向加压装置，在焙烧氧化反应区设置有燃烧剂添加装置，在调压区设置有多个调压风门，在还原反应区设置有还原剂添加装置。该实用新型设有定向加压装置，使装置内部产生负压，燃烧剂和还原剂分子流上型，矿物下行，形成对流运动，保证固相和气相转化亲和，在矿物始终在隔绝空气的状态下完成焙烧还原，还原区温度控制在750℃-1250℃。但是该实用新型存在以下不足：矿物在高温焙烧还原过程中产生大量烟尘尾气，这些尾气中含有大量有害气体如氯气、三氧化硫等，若不进行处理直接外排会严重超过废气排放标准，且造成环境污染，危害人体健康。

申请公布号为CN105671305A的中国发明专利申请，其公开了一种利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法，包括将红土镍矿原矿加工成直径小于1mm的矿粉；将矿粉与干燥剂混合搅拌进行干燥；将矿粉与碳质还原剂粉末搅拌均匀后，加入饱和盐卤水或盐卤粉搅拌均匀；将上述产物压制成球团或矿饼后，送入烧结炉中进行焙烧，焙烧温度为900-1200℃，焙烧时间为45-90分钟；焙烧完成后，对球团或矿饼进行水淬，水淬后研磨至颗粒直径小于0.5mm的矿粉，先强磁磁选出磁性矿粉，再从磁性矿粉中弱磁磁选出镍铁精粉。该实用新型申请能够提高镍铁的回收率，生产效率高，但存在以下不足：矿物球团或矿饼在烧结炉中焙烧时，会产生大量的高温烟尘尾气，尾气中含有大量有害气体如氯气，若不进行处理直接外排会严重超过废气排放标准，且造成环境污染。

综上，亟需设计一种有效利用冶金垃圾焙烧尾气余热并进行尾气净化的设备，减少铝工业产生的赤泥垃圾对环境污染。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种垃圾焙烧余热利用及尾气处理装置，尾气经过垃圾预热设备、一级处理设备和二级处理设备后，除去尾气中的粉尘和有害气体，尾气与垃圾预热设备热交换对矿物进行预热，在尾气净化时提高热量利用，节省能源。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种垃圾焙烧余热利用及尾气处理装置，包括连通的垃圾预热设备、一级处理设备和二级处理设备；所述垃圾预热设备包括套管，在套管内同轴转动连接有两端敞口的滚筒，滚筒的一端连接有带动滚筒转动驱动机构，套管与滚筒之间形成封闭空腔，套管上设有与封闭空腔连通的进气口和出气口；所述一级处理设备包括内部中空的壳体，壳体的一端设有进风口和另一端设有出风口，壳体内固设有隔板，隔板上形成有用于气体螺旋流动的风道，风道与进风口和出风口连通，进风口与出气口连通；所述二级处理设备包括喷淋塔和位于喷淋塔内的喷淋机构。

通过采用上述技术方案，尾渣或者矿粒倒入垃圾预热设备中，氯化焙烧产生的尾气从进气口通入到封闭空腔中并从出气口排出，使得高温尾气与尾渣或矿粒充分热交换，这样尾渣或矿粒在进行氯化焙烧前提高温度，减少氯化焙烧时原料吸热，节省能源。

降温后的尾气进入到一级处理设备，尾气在隔板的风道中旋转上升，尾气中的粉尘颗粒在离心力作用下吸附在壳体上，除尘后的气流从出风口进入到二级处理设备，喷淋机构喷出液体与尾气中含有的有害气体如氯气、氯化氢、三氧化硫气体等反应，将有害气体净化，排出干净的空气，减少环境污染。

本实用新型进一步设置为：所述滚筒的内壁和外壁沿其轴向分别设有螺旋形的叶片，滚筒内外两组叶片的螺旋方向相反。

通过采用上述技术方案，当滚筒转动时，滚筒内壁的叶片和外壁的叶片驱动物料移动的方向相反，内壁的叶片带动矿料自出气口向进气口方向移动，外壁的叶片带动尾气自进气口向出气口方向移动，加速尾气的流动。此外，由于尾气与矿料移动方向相反，二者热交换更好。

本实用新型进一步设置为：所述壳体侧壁上设有盘管。

通过采用上述技术方案，盘管可以连接外部的冷水和生活用水管，尾气与盘管中的冷水进行热交换，使得冷水加热以便用于生活热水，节省能源；同时冷水对尾气进行冷却，使得后续排出的气体温度较低，减少气体热量造成的温室效应。

本实用新型进一步设置为：所述壳体呈圆柱状，进风口入射方向与进风口所在位置的壳体径向呈夹角α设置，进风口入射方向与壳体轴线呈夹角β设置。

通过采用上述技术方案，气体高速喷入到壳体内部时，更容易螺旋上升，有利于除尘的同时为气体排出提供动力。

本实用新型进一步设置为：所述出风口位于壳体轴线上，隔板呈圆管状并固定在出风口与进风口之间，隔板的侧壁上沿壳体轴向开设有出气缝。

通过采用上述技术方案，高速气体沿着壳体内壁旋转时，粉尘颗粒被离心吸附在壳体内壁上，干净的气体从出气缝中进入到隔板内部，然后经出风口排出，除尘效果好。

本实用新型进一步设置为：所述出气缝有两条，所述隔板由两条出气缝分割成两个中心对称设置的横截面呈圆弧形的片体，两个片体的轴心线位于壳体的同一直径上且与壳体的中心轴线不共线，所述片体靠近壳体轴线的一侧向壳体轴心方向翘边设置。

通过采用上述技术方案，气体可以从两个出气缝分流进入到隔板内并旋转，除尘效果更佳。

本实用新型进一步设置为：所述隔板横截面呈螺线形，出风口位于螺线形的中央。

通过采用上述技术方案，尾气在隔板内螺旋上升的距离增加，提高尾气离心除尘的能力，使得排出的气体含尘量更低。

本实用新型进一步设置为：所述二级处理设备还包括设置于喷淋塔底部的蓄液池，蓄液池上设有补液管和回流管，回流管通过水泵与喷淋机构连通。

通过采用上述技术方案，喷淋机构喷出的液体与有害气体反应后落入蓄液池内，回流管使得未反应完的液体重新经过喷淋机构喷出与有害气体反应，提高利用率。补液管可以及时补充所需液体。

本实用新型进一步设置为：所述处理系统还包括三级处理设备，所述三级处理设备包括与喷淋塔连通的盛有碱性吸收剂的反应釜，反应釜上设有排气管。

通过采用上述技术方案，经过二级处理设备净化后的无尘气体中即使含有少量的氯气或氯化氢气体，残余有害气体与碱性吸收剂反应被吸收，干净的空气从排气管排出，减少对空气造成的污染。

本实用新型进一步设置为：所述蓄液池中的液体为氨水，所述碱性吸收剂为石灰乳。

通过采用上述技术方案，氨水与有害气体反应后形成的液体处理后可以得到NH4Cl晶体，石灰乳与有害气体反应后形成的固体经过处理后可以得到CaCl2，NH4Cl和CaCl2均能够作为氯化焙烧的固态氯化剂，产生副产品，降低尾气处理成本。

综上所述，本实用新型相比于现有技术具有以下有益效果：

1.氯化焙烧后的高温有害尾气用作对待焙烧的垃圾进行预热，充分利用尾气预热，节约能源；

2.一级处理设备对尾气进行除尘的同时，能够利用尾气的预热加热冷水以提供生活用热水，节约能源；此外，冷水对尾气进行冷却，使得后续排出的气体温度较低，减少气体热量造成的温室效应；

3.二级处理设备对尾气中的有害气体进行净化，同时反应后的废液能够处理得到副产品NH4Cl晶体，作为氯化焙烧的固态氯化剂，降低尾气处理成本；

4.三级处理设备对尾气中残留的有害气体进行净化处理，使得排出的气体为干净空气，保护环境；同时反应后的固体经过处理后可以得到CaCl2，作为氯化焙烧的固态氯化剂，降低尾气处理成本。

附图说明

图1为实施例一的轴测图；

图2为实施例一显示垃圾预热设备内部结构在图1中A-A向的剖视图；

图3为实施例一凸显套管和滚筒连接密封结构在图2中B部的放大图；

图4为实施例一凸显一级处理设备和二级处理设备内部结构在图1中C-C向的剖视图；

图5为实施例一凸显隔板结构在图4中D-D向的剖视图；

图6为实施例一尾气处理流程图；

图7为实施例二中凸显隔板结构的剖视图。

附图标记：1、垃圾预热设备；11、基座；12、套管；121、进气口；122、出气口；123、滑槽；13、滚筒；131、输料叶片；132、输气叶片；133、滑块；134、密封环；14、进料斗；141、导流板；15、驱动机构；151、电机；152、主动带轮；153、皮带；154、从动带轮；2、一级处理设备；21、支架；22、风机；23、外壳；231、出风口；232、漏斗；2321、底盖；24、内壳；25、盘管；26、隔板；3、二级处理设备；31、喷淋塔；311、进气管；312、出气管；32、喷淋机构；33、过滤网；34、积水板；35、蓄液池；351、回流管；4、三级处理设备；41、反应釜；411、排气管；42、搅拌机构。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例一：一种垃圾焙烧余热利用及尾气处理装置，如图1所示，包括串联连接的垃圾预热设备1、一级处理设备2、二级处理设备3和三级处理设备4，高温尾气依次经过垃圾预热设备1时与矿物进行热交换以对矿物进行加热，降温后的尾气进入到一级处理设备2进行除尘和热交换，含尘较少的低温气体进入二级处理设备3除去有害气体，净化后的气体再进入到三级处理设备4进行二次吸收净化，然后排出干净空气，减少环境污染。

参考图2和图3，垃圾预热设备1包括基座11，在基座11上固定有轴向水平设置的套管12，套管12内部同轴转动连接有滚筒13，滚筒13的两端敞口，滚筒13的一端连接有进料斗14，滚筒13的另一端连接有驱动机构15，进料斗14固定在基座11上，滚筒13与进料斗14通过轴承转动连接。

套管12和滚筒13可以采用不锈钢制作，套管12内壁和滚筒13外壁可以镀一层石墨层，以增加套管12和滚筒13的耐酸腐蚀能力，石墨层增加滚筒13的热传导性，提高热交换能力。滚筒13内壁设有顺时针螺旋分布的输料叶片131。进料斗14的底端固设有倾斜的导流板141，以方便矿料沿着导流板141流动到滚筒13中。

驱动机构15包括安装在基座11上的电机151、固定在电机151的输出轴端部的主动带轮152、套设固定在滚筒13远离进料斗14一端的从动带轮154以及传动连接主动带轮152和从动带轮154的皮带153。电机151工作通过带传动机构带动滚筒13转动，则从进料斗14进入的矿料被转动输送到滚筒13的另一端。

套管12与滚筒13之间形成封闭空腔，在套管12上设有与封闭空腔连通的进气口121和出气口122，进气口121和出气口122分别位于套管12的两端，出气口122可以是靠近进料斗14一端设置。

这样尾气从进气口121进入密闭空腔中然后从出气口122排出时，由于刚进入的尾气温度高，经过热交换后的尾气温度较低，因此在滚筒13上沿其轴线方向自进料斗14一端向另一端温度逐渐升高，提高矿物预热效果。

滚筒13的外壁上固设有逆时针螺旋分布的输气叶片132，这样当滚筒13转动时，输气叶片132和输料叶片131驱动物料移动的方向相反，输料叶片131带动矿料自进料斗14向驱动机构15方向移动，输气叶片132带动尾气自驱动机构15向进料斗14方向移动，加速尾气的流动。此外，由于尾气与矿料移动方向相反，二者热交换更好。

参考图2和图3，套管12的端部向轴线方向弯折形成有滑槽123，在滚筒13的端部固定有滑块133，滑块133与滑槽123配合并相对滑动。在滚筒13外壁上位于滑块133远离封闭空腔的一侧套设固定有密封环134，密封环134可以是橡胶垫，以提高套管12与滚筒13连接处的密封性，防止密闭空腔中的有害气体逸出。

参考图4和图5，一级处理设备2包括支架21和固定支撑在支架21上的壳体，壳体底端连接有风机22，风机22的进口与出气口122连接；壳体包括同轴套设的外壳23和内壳24，在壳体的顶端位于轴线处设有出风口231，在壳体的侧壁底部设有进风口，进风口与风机22的出口连接；在壳体的底端设有漏斗232，漏斗232底部敞口并螺纹连接有底盖2321；在壳体的顶壁沿轴线延伸固定有隔板26，隔板26呈圆管状，隔板26的侧壁上沿壳体轴向开设有出气缝，出气缝有两条，隔板26由两条出气缝分割成两个中心对称设置的横截面呈圆弧形的片体，两个片体的轴心线位于壳体的同一直径上且与壳体的中心轴线不共线，片体靠近壳体轴线的一侧向壳体轴心方向翘边设置。

隔板26与内壳24之间形成环形的风道，进风口的出风方向与该位置的径向呈锐角夹角α设置，并且进风口的出风方向倾斜向上与壳体的轴线呈锐角夹角β设置。这样尾气在风机22的作用下高速吹入到壳体中，高速气流在内壳24和隔板26内壁高速旋转螺旋上升，尾气中含有的粉尘颗粒在离心作用下附着在内壳24和隔板26侧壁上，较为干净的气流从出风口231排出。附着在内壳24和隔板26侧壁上的灰尘在重力作用下落到下方的漏斗232上聚集，根据需要定期打开底盖2321清理灰尘即可。由于这些灰尘中含有部分金属颗粒，灰尘可以回收处理。

外壳23与内壳24之间的夹层中环绕固定有盘管25，盘管25的一端穿过外壳23连接外部冷水源如自来水管，盘管25的另一端穿过外壳23连接外部的生活用热水管。这样尾气与盘管25中的冷水进行热交换，使得冷水加热以便用于生活热水，节省能源；同时冷水对尾气进行冷却，使得后续排出的气体温度较低，减少气体热量造成的温室效应。

参考图4，二级处理设备3包括喷淋塔31和安装在喷淋塔31顶端的喷淋机构32，喷淋塔31的侧壁下方设有进气管311，喷淋塔31的侧壁上方设有出气管312，进气管311与出风口231通过管道连通；喷淋机构32包括花洒喷头，花洒喷头通过管道和水泵连接外部的氨水源。喷淋机构32喷出氨水在喷淋塔31内形成水雾，气体中含有的大量的氯气、氯化氢以及三氧化硫与氨水发生化学反应被净化。在喷淋塔31的顶部还固定有过滤网33，以防止尾气中的颗粒上浮堵住喷淋机构32，延长喷淋机构32的使用寿命。

在喷淋塔31的底部固定有漏斗状的积水板34，积水板34将喷淋塔31底部分隔成蓄液池35，蓄液池35的底部连接有回流管351，回流管351可以与喷淋机构32连接，以便使得氨水充分反应。为了及时补充氨水，在蓄液池35上可以连接补液管（图中未显示）。

参考图4，初步净化的气体从出气管312进入到三级处理设备4，三级处理设备4包括反应釜41和安装在反应釜41底部的搅拌机构42，出气管312的末端伸入到反应釜41底部。在反应釜41中可以盛装碱性吸收剂，如石灰乳或者饱和石灰水。反应釜41的顶端设有排气管411。搅拌机构42包括安装在反应釜41底端的搅拌电机（图中未显示）和固定在搅拌电机输出轴端部的搅拌叶片。从出气管312流出的气体中即使含有少量氯气或氯化氢气体，这部分有害气体会被石灰乳吸收，搅拌机构使得出气管312端部的碱性物质充足，以提高吸收效果，使得从排气管411排出干净的空气。

该冶金余热利用及尾气处理装置的工作原理如下：

参考图6，尾渣或者矿粒倒入垃圾预热设备1中，氯化焙烧产生的尾气通入到垃圾预热设备1，使得高温尾气与尾渣或矿粒充分热交换，这样尾渣或矿粒在进行氯化焙烧前提高温度，减少氯化焙烧时原料吸热，节省能源。

降温后的尾气进入到一级处理设备2，尾气经过一级处理设备2除去含有的粉尘颗粒。此外，尾气与盘管25中的冷水发生热交换，使得冷水形成供生活用热水，节省能源。同时尾气温度进一步下降，使得后期排出的气体温度较低，减少产生温室效应的可能。

除去粉尘后的尾气进入到二级处理设备3，喷淋机构32喷出氨水与尾气中含有的有害气体如氯气、氯化氢、三氧化硫气体等反应，反应后的废液收集到蓄液池35中。根据需要可以对蓄液池35内的废液进行过滤，然后加入稀盐酸调节PH至中性，废液中此时的离子主要为NH4⁺、Cl^-、SO4^2-，然后向废液中添加BaCl2至刚好不产生白色沉淀为止，此时液体中的SO4^2-与Ba²⁺反应形成BaSO4沉淀，然后过滤并对液体结晶处理得到NH4Cl晶体，NH4Cl可以作为一种氯化焙烧的固态氯化剂，节省生产成本。

无尘气体进入三级处理设备4，无尘气体中含有少量的氯气或氯化氢气体与石灰乳反应被吸收，干净的空气从排气管排出，减少对空气造成的污染。

将反应后的膏状石灰乳使用工具球团处理并干燥，得到CaCl2颗粒，CaCl2可以作为一种氯化焙烧的固态氯化剂，节省生产成本。

实施例二：一种冶金余热利用及尾气处理装置，如图7所示，与实施例一的不同之处在于，隔板26的横截面呈螺旋线形，与实施例一相比优点在于，尾气在隔板26内螺旋上升的距离增加，提高尾气离心除尘的能力，使得排出的气体含尘量更低。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。