公布日：2023.08.08
申請(qǐng)日：2023.04.27
分類號(hào)：C22B7/04(2006.01)I;C21B3/06(2006.01)I
摘要
本發(fā)明公開了一種危廢污泥電熱熔融資源化處理裝置，解決了現(xiàn)有危廢污泥中重金屬回收存在的設(shè)備投資和運(yùn)行成本高、回收率低、處理量小的問題。技術(shù)方案包括裝有感應(yīng)線圈、內(nèi)部設(shè)有坩堝的爐體，所述爐體頂部設(shè)進(jìn)料管和一次煙氣集氣罩，所述一次煙氣集氣罩連接一次煙氣管；側(cè)壁上設(shè)有熔渣出口，所述坩堝內(nèi)設(shè)有折流板組，所述折流板組與坩堝之間形成的折流通道連通所述熔渣出口，所述熔渣出口位于坩堝的中上段；所述坩堝和折流板組均為非金屬電熱材料。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、熱效率高、清潔環(huán)保、穩(wěn)定高效、成分可控、重金屬組分回收率高、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
權(quán)利要求書
1.一種危廢污泥電熱熔融資源化處理裝置，包括裝有感應(yīng)線圈、內(nèi)部設(shè)有坩堝的爐體，所述爐體頂部設(shè)進(jìn)料管和一次煙氣集氣罩，所述一次煙氣集氣罩連接一次煙氣管；側(cè)壁上設(shè)有熔渣出口，其特征在于，所述坩堝內(nèi)設(shè)有折流板組，所述折流板組與坩堝之間形成的折流通道連通所述熔渣出口，所述熔渣出口位于坩堝的中上段；所述坩堝和折流板組均為非金屬電熱材料；所述折流板組包括主折流板、中心折流板和下折流板，所述主折流板兩側(cè)固定在所述坩堝側(cè)壁上，上端靠近熔渣出口且高于熔渣出口，下端向下延伸到坩堝底部且與坩堝底部具有間距；中心折流板位于坩堝下段的中心線上，兩側(cè)固定在所述坩堝側(cè)壁上，下端與坩堝底部具有間距，主折流板與中心折流板平行，下端等高；所述下折流板位于主折流板和中心折流板之間，其下端固定在坩堝底部，兩側(cè)固定在所述坩堝側(cè)壁上；所述下折流板的中部高于兩側(cè)，且沿中心垂線對(duì)折一定角度形成俯視狀態(tài)下的人字形結(jié)構(gòu)；還包括有傾斜折流板，所述傾斜折流板的上端與所述主折流板接合固定，下端與中心折流板的上端接合固定，兩側(cè)固定在所述坩堝側(cè)壁上；所述熔渣出口的爐內(nèi)側(cè)分別設(shè)有左、右側(cè)板和頂板，所述左、右側(cè)板和頂板固定在坩堝側(cè)壁和主折流板之間，合圍成一個(gè)底部開口的隔離空間，所述左、右側(cè)板為非金屬電熱材料。
2.如權(quán)利要求1所述的危廢污泥電熱熔融資源化處理裝置，其特征在于，所述下折流板的下端對(duì)折處設(shè)有清渣導(dǎo)流孔。
3.如權(quán)利要求2所述的危廢污泥電熱熔融資源化處理裝置，其特征在于，所述傾斜折流板的上端部與所述主折流板的接合部位開有至少兩個(gè)排煙孔。
4.如權(quán)利要求1所述的危廢污泥電熱熔融資源化處理裝置，其特征在于，所述主折流板的上端還連接有半球冠形的隔料罩。
5.如權(quán)利要求4所述的危廢污泥電熱熔融資源化處理裝置，其特征在于，所述隔料罩上開有至少一個(gè)排煙孔。
6.如權(quán)利要求1所述的危廢污泥電熱熔融資源化處理裝置，其特征在于，所述進(jìn)料管穿過一次煙氣集氣罩伸入所述坩堝頂部中心處，所述一次煙氣集氣罩連接一次煙氣管。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的危廢污泥電熱熔融資源化處理裝置，其特征在于，所述熔渣出口的爐外側(cè)下方設(shè)有溜渣槽，以熔渣出口為中心，所述溜渣槽上方設(shè)有環(huán)形集氣罩。
8.如權(quán)利要求7所述的危廢污泥電熱熔融資源化處理裝置，其特征在于，所述環(huán)形集氣罩由內(nèi)環(huán)集氣罩和外環(huán)集氣罩組成，內(nèi)環(huán)集氣罩連接二次煙氣管，外環(huán)集氣罩連接三次煙氣管。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、熱效率高、清潔環(huán)保、穩(wěn)定高效、成分可控、重金屬組分回收率高、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的危廢污泥電熱熔融資源化處理裝置。
技術(shù)方案包括裝有感應(yīng)線圈、內(nèi)部設(shè)有坩堝的爐體，所述爐體頂部設(shè)進(jìn)料管和一次煙氣集氣罩，所述一次煙氣集氣罩連接一次煙氣管；側(cè)壁上設(shè)有熔渣出口，其特征在于，所述坩堝內(nèi)設(shè)有折流板組，所述折流板組與坩堝之間形成的折流通道連通所述熔渣出口，所述熔渣出口位于坩堝的中上段；所述坩堝和折流板組均為非金屬電熱材料。
所述折流板組包括主折流板、中心折流板和下折流板，所述主折流板兩側(cè)固定在所述坩堝側(cè)壁上，上端靠近熔渣出口且高于熔渣出口，下端向下延伸到坩堝底部且與坩堝底部具有間距；中心拆流板位于坩堝下段的中心線上，兩側(cè)固定在所述坩堝側(cè)壁上，下端與坩堝底部具有間距，主折流板與中心拆流板平行，下端等高；所述下折流板位于主折流板和中心折流板之間，其下端固定在坩堝底部，兩側(cè)固定在所述坩堝側(cè)壁上。
所述下折流板的中部高于兩側(cè)，且沿中心垂線對(duì)折一定角度形成俯視狀態(tài)下的人字形結(jié)構(gòu)。
所述下折流板的下端對(duì)折處設(shè)有清渣導(dǎo)流孔。
還包括有傾斜折流板，所述傾斜折流板的上端與所述主折流板接合固定，下端與中心折流板的上端接合固定，兩側(cè)固定在所述坩堝側(cè)壁上。
所述傾斜折流板的上端部與所述主折流板的接合部位開有至少兩個(gè)排煙孔。
所述主折流板的上端還連接有半球冠形的隔料罩。
所述隔料罩上開有至少一個(gè)排煙孔。
所述熔渣出口的爐內(nèi)側(cè)分別設(shè)有左、右側(cè)板和頂板，所述左、右側(cè)板和頂板固定在坩堝側(cè)壁和主折流板之間，合圍成一個(gè)底部開口的隔離空間，所述左、右側(cè)板為非金屬電熱材料。
所述進(jìn)料管穿過一次煙氣集氣罩伸入所述坩堝頂部中心處，所述一次煙氣集氣罩連接一次煙氣管。
所述熔渣出口的爐外側(cè)下方設(shè)有溜渣槽，以熔渣出口為中心，所述溜渣槽上方設(shè)有環(huán)形集氣罩。
所述環(huán)形集氣罩由內(nèi)環(huán)集氣罩和外環(huán)集氣罩組成，內(nèi)環(huán)集氣罩連接二次煙氣管，外環(huán)集氣罩連接三次煙氣管。
現(xiàn)有的危廢污泥熔融處理技術(shù)存在重金屬回收率低、熔融熱解煙氣余熱余能利用率低、污泥熔渣資源化利用附加值低以及投資大、運(yùn)行成本高等不足，本發(fā)明創(chuàng)造性的將在冶金行業(yè)使用的中頻感應(yīng)爐應(yīng)用于危廢污泥熔融處理，雖然中頻感應(yīng)爐在熔融處置危廢污泥時(shí)具有重金屬還原、從熔融渣分離等功能，但是，由于危廢污泥成分復(fù)雜，同時(shí)實(shí)際生產(chǎn)過程中受能耗和成本的制約，存在污泥球在中頻感應(yīng)爐熔融速率快與污泥中含有的揮發(fā)分熔融熱解逸出滯后的矛盾，與污泥中含有的重金屬還原滯后的矛盾，與熔融相中已還原重金屬液滴聚集長大滯后的矛盾，這些矛盾的存在導(dǎo)致熔融熱解煙氣難以集中捕集、熔融相中重金屬液滴難以從渣相中分離出來。
為了解決危廢污泥內(nèi)所含的揮發(fā)組分在熔融熱解過程揮發(fā)不充分隨熔渣流出時(shí)產(chǎn)生煙塵污染環(huán)境、危廢污泥熔融相內(nèi)的重金屬還原為單質(zhì)態(tài)不充分隨熔渣排出后存在二次污染、分布在污泥熔融渣中的單質(zhì)態(tài)重金屬液滴聚集長大從渣相中分離出來需要較長停留時(shí)間導(dǎo)致熔融爐生產(chǎn)能力下降等問題，在現(xiàn)有的中頻熱解爐的基礎(chǔ)上作了如下改進(jìn)：
在坩堝內(nèi)設(shè)置折流板組，所述坩堝和折流板組均為非金屬電熱材料，可實(shí)現(xiàn)電磁感應(yīng)發(fā)熱，如碳化硅陶瓷材料。污泥料球中含有的電磁感應(yīng)發(fā)熱組分在中頻感應(yīng)電流作用下被加熱，同時(shí)非金屬電熱材料制成的坩堝以及坩堝內(nèi)的構(gòu)件在中頻感應(yīng)電流作用下快速升溫加熱，除對(duì)熔融渣相中的重金屬強(qiáng)化分離外，還能快速升溫加熱污泥。所述折流板組包括主折流板、中心折流板和下折流板，結(jié)合折流板組和熔融相流動(dòng)方向?qū)t內(nèi)依次劃為預(yù)熱區(qū)、軟熔區(qū)、熔融區(qū)、分離區(qū)和出渣區(qū)；由進(jìn)料管投入爐內(nèi)的污泥料球，在熱解氣及坩堝和折流板的加熱作用下升溫熔化由預(yù)熱區(qū)進(jìn)入軟融區(qū)、熔融區(qū)，經(jīng)中心折流板進(jìn)入分離區(qū)，并在中心折流板、下折流板及主折流板多次折流充分暴露熔融渣相中的重金屬液滴，多次折流給熔融渣相創(chuàng)造多次穿過沉積在爐底部的重金屬液相層，受表面張力的作用，提高暴露的重金屬液滴被重金屬液相層吸收的概率。
進(jìn)一步的，所述下折流板的中部高于兩側(cè)，且沿中心垂線對(duì)折一定角度形成俯視狀態(tài)下的人字形結(jié)構(gòu)。采用中間高兩端低的結(jié)構(gòu)有利于爐內(nèi)熔融液相的停留時(shí)間均勻化，有利于熔融液相中的揮發(fā)分和重金屬小液滴從熔融液相中分離出來。因?yàn)槿廴谝合嘟?jīng)過中心折流板下方間隙進(jìn)入中心折流板和下折流板之間的區(qū)域時(shí)，位于坩堝中心區(qū)域的熔融液相到熔融渣出口管的距離比坩堝周向附近區(qū)域的熔融液相到熔融渣出口管的距離要短，坩堝中心區(qū)域的熔融液相經(jīng)由熔融渣出口流出的時(shí)間短，坩堝周向附近區(qū)域的熔融液相經(jīng)由熔融渣出口流出的時(shí)間長，由此導(dǎo)致爐內(nèi)熔融液相流動(dòng)存在死角，降低了坩堝的有效利用率，不利于熔融液相中揮發(fā)組分的有效逸出，不利于熔融液相中重金屬小液滴的分離。因?qū)⑾抡哿靼逶O(shè)置成中間高兩端低，且沿中心垂線對(duì)折一定角度形成俯視狀態(tài)下的人字形結(jié)構(gòu)，有利于坩堝周向附近區(qū)域的熔融液相較快流入主折流板與熔融渣出口之間的熔融區(qū)，提高熔融液相在坩堝內(nèi)流動(dòng)的均勻性。同時(shí)設(shè)計(jì)成人字型，也有利于將坩堝周向附近區(qū)域的熔融液相引流到坩堝中心區(qū)域，加強(qiáng)熔融液相混合效果。
進(jìn)一步的，下折流板下端設(shè)置清渣導(dǎo)流孔，具有如下技術(shù)效果：
(1)有利于污泥熔融液相中的重金屬小液滴的分離。設(shè)置的清渣導(dǎo)流孔可以保持下折流板兩邊金屬液相液面的等高，避免投加污泥球初期受投加的污泥球的壓迫，金屬液相壓入下折流板與熔融渣出口之間的熔融區(qū)無法返回，導(dǎo)致污泥熔融液相經(jīng)過中心折流板下沿縫隙時(shí)，污泥熔融液相與金屬液相接觸時(shí)間縮短，降低了金屬液相吸收污泥熔融液相包裹的重金屬小液滴的概率，不利于污泥熔融液中的重金屬小液滴的分離。
(2)在金屬液相中形成一定的回流，提高爐內(nèi)熔融液相的混合效果。設(shè)置清渣導(dǎo)流孔后，從下折流板上沿流到下折流板與熔融渣出口之間熔融區(qū)的金屬液相通過清渣導(dǎo)流孔又流回下折流板與中心折流板之間的熔融區(qū)，形成了回流，有利于爐內(nèi)熔融液相的混合。
(3)設(shè)置的清渣導(dǎo)流孔可以保證熱解爐傾斜清渣時(shí)，能徹底傾倒出殘留的污泥液相和金屬液相。
進(jìn)一步地，設(shè)置傾斜折流板，所述傾斜折流板的傾斜角度優(yōu)選為45－60°，同時(shí)在傾斜折流板上開設(shè)排煙孔，及時(shí)排出聚集在傾斜折流板下方逸出的揮發(fā)組分，避免氣體占用坩堝內(nèi)的有效空間所導(dǎo)致的污泥熔融液相在坩堝內(nèi)的停留時(shí)間縮短，有利于污泥熔融液相中揮發(fā)組分的逸出和污泥熔融液相中重金屬小液滴的還原分離。另外，當(dāng)加入的污泥球熔點(diǎn)溫度較高時(shí)，由于受電磁感應(yīng)、集膚效應(yīng)作用，熔融渣相比固態(tài)污泥更易升溫，則在同樣功率下傾斜折流板下方的熔融渣相更易吸收能量升溫，較高溫度的熔融渣相則穿過傾斜折流板排煙孔進(jìn)入傾斜折流板上方，增加了熔點(diǎn)溫度較高的危廢污泥球軟融區(qū)內(nèi)的液相量，也有利于危廢污泥球吸收能量升溫。
進(jìn)一步地，在隔料罩上部開設(shè)隔料罩排煙孔，引出進(jìn)入出渣區(qū)的熔融渣相逸出的揮發(fā)組分，減少從熔融渣出口管逸出的煙氣量，改善操作環(huán)境；更有效的是通過隔料罩排煙孔形成出渣區(qū)的負(fù)壓狀態(tài)，有利于熔融渣相中揮發(fā)組分的逸出，減少了隨熔融渣相帶出的揮發(fā)組分量，提高了揮發(fā)組分的回收利用率。
所述熔渣出口管的爐內(nèi)側(cè)分別設(shè)有左、右側(cè)板和頂板，所述左、右側(cè)板和頂板固定在坩堝側(cè)壁和主折流板之間，合圍成一個(gè)底部開口的隔離空間，隔斷出渣區(qū)熔融渣相中逸出的揮發(fā)組分進(jìn)入熔融渣出口管的通道；排渣時(shí)，熔融渣相由底部開口進(jìn)入熔融渣出口管排出爐外。同時(shí)左、右側(cè)板均為非金屬電熱材料，可對(duì)該區(qū)域進(jìn)行局部加熱，提高熔融渣相溫度，降低熔融渣相粘度，有利于殘留重金屬液相的沉降分離，有利于殘留的揮發(fā)組分的逸出進(jìn)入負(fù)壓環(huán)境的出渣區(qū)。在熔融渣出口正常出料時(shí)，能形成熔融渣相液封，也提高系統(tǒng)的操作彈性。
進(jìn)一步的，以煙氣產(chǎn)生源熔融渣出口為中心設(shè)置環(huán)形集氣罩，對(duì)污染組分濃度高的煙氣通過內(nèi)環(huán)集氣罩收集進(jìn)入二次煙氣管引入二燃室，再次焚燒后余熱利用，回收了煙氣的可燃組分的熱焓；而逸出到內(nèi)環(huán)集氣罩外圍的煙氣污染組分濃度低，通過外環(huán)集氣罩收集進(jìn)入三次煙氣管引到環(huán)境煙氣除塵器內(nèi)除塵后外排。當(dāng)熔融渣出口管排出的煙氣量較小內(nèi)環(huán)集氣罩全部能夠收集時(shí)，可關(guān)停三次煙氣管連接的除塵風(fēng)機(jī)，節(jié)省運(yùn)行成本。內(nèi)環(huán)集氣罩收集的煙氣量根據(jù)二燃室所需的助燃空氣量設(shè)定，通過二次煙氣風(fēng)機(jī)調(diào)控。
本發(fā)明中，熔融渣出口設(shè)置坩堝中上部，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，邊進(jìn)料、邊出料，同時(shí)增加坩堝內(nèi)儲(chǔ)存的熔融液相量，延長熔融液相在坩堝內(nèi)的停留時(shí)間，有利于熔融后的重金屬液滴從熔融渣中沉降分離。
進(jìn)一步地，本發(fā)明方案的中頻感應(yīng)爐啟動(dòng)前要向爐內(nèi)投加底料，投加的底料量應(yīng)滿足底料熔融后形成的液相液面覆蓋下折流板的最低側(cè)，即覆蓋下拆流板兩側(cè)固定在坩堝側(cè)壁端的高度，如此有利于危廢污泥熔渣內(nèi)包裹的重金屬小液滴在金屬液相里富集。因?yàn)槲勰嗳墼谄渖戏郊尤氲奈勰嗲虻膲浩认�，�?jīng)中心折流板下沿的間隙進(jìn)入傾斜折流板下方，此時(shí)污泥熔渣穿過金屬液相層，一旦熔渣相內(nèi)微細(xì)的重金屬小液滴暴露在金屬液里，受表面張力的作用，極易被金屬液相吸收進(jìn)入液相主體，從而有利于熔渣相內(nèi)微細(xì)的重金屬小液滴從熔渣中分離出來。
有益效果：
1)有效回收危廢污泥中的重金屬組分，實(shí)現(xiàn)危廢污泥中重金屬組分的資源化回收利用。通過設(shè)置多級(jí)折流板，并利用折流板在感應(yīng)電流作用下升溫快的優(yōu)勢，加熱熔融渣相，提高熔融渣相溫度，降低其粘度，提高重金屬的分離效果。同時(shí)通過折流作用，增加熔融渣相中熔融態(tài)的重金屬液滴暴露在坩堝底部的重金屬液相的概率，進(jìn)而增加受表面張力作用而被吸收的概率。
2)增加了污泥熔融渣的資源化利用途徑。由于重金屬組分的高效分離，降低了渣相中的重金屬含量，降低了重金屬的危害，拓寬了渣相的利用渠道。
3)提高了危廢污泥中的揮發(fā)組分的回收利用率。通過多級(jí)折流板的設(shè)置，在提高分離區(qū)的溫度同時(shí)，增加熔融渣相擾動(dòng)程度，有利于熔融渣相中揮發(fā)組分的逸出。
4)提高系統(tǒng)安全性、生產(chǎn)控制穩(wěn)定性。通過隔煙左右側(cè)板等設(shè)置封閉區(qū)域，隔斷了外界與煙氣系統(tǒng)的通道，減少空氣進(jìn)入煙氣系統(tǒng)；通過隔煙左右側(cè)板浸沒入熔融渣相液面以下，形成液封，防御煙氣系統(tǒng)壓力波動(dòng)。
5)提高熔融爐熱效率和生產(chǎn)效率。通過設(shè)置折流板組增加爐內(nèi)軟熔區(qū)和熔融區(qū)發(fā)熱面積，加速污泥中的揮發(fā)分在軟熔區(qū)和熔融區(qū)逸出向上預(yù)熱污泥球，形成污泥球含有的揮發(fā)分在軟熔區(qū)和熔融區(qū)進(jìn)一步逸出的良性循環(huán)。
6)有效回收煙氣余熱余能，降低煙氣排放量。通過設(shè)置環(huán)形集氣罩，對(duì)污染組分濃度高的煙氣通過內(nèi)環(huán)集氣罩收集作為二燃室的助燃空氣，并完成取代原來進(jìn)入二燃室的助燃空氣，回收了煙氣中可燃組分的熱焓，降低了煙氣外排量。
本發(fā)明熱解爐結(jié)構(gòu)簡單、污泥中的重金屬組分回收效率達(dá)80％以上，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，煙氣分質(zhì)回收利用，對(duì)環(huán)境友好、設(shè)備投資和運(yùn)行成本低。
（發(fā)明人：倪從兵;吳高明;秦林波;吳曉暉;杜巧英）
