申请日2020.01.22
公开(公告)日2020.05.22
IPC分类号C22B23/02; C22B7/00; C22B15/00; B01D53/86; B01D53/83; B01D53/78; B01D53/75; B01D53/56
摘要
本发明涉及用于含镍污泥处理的侧吹炉、烟气处理系统及处理方法，包括具有内腔的炉体，所述炉体由下至上依次分为炉缸段、炉身段和炉顶段，所述炉身段设有排渣口，所述炉缸段设有虹吸口，所述炉身段由下至上依次分为第一炉身段、第二炉身段和第三炉身段，第三炉身段的侧壁上设有用于添加物料的溜槽和用于向炉体内吹入富氧气体和/或燃料气体的上风嘴，所述第一炉身段的侧壁上设有用于向炉体内吹入富氧气体/或燃料气体的下风嘴。本发明的侧吹炉在处理含镍污泥时，无需担心虹吸口等排料口的堵塞问题，具有良好的设备稳定性，有利于减小维护成本。
权利要求书
1.用于含镍污泥处理的侧吹炉，包括具有内腔的炉体，所述炉体由下至上依次分为炉缸段(1)、炉身段(2)和炉顶段(3)，所述炉身段(2)设有排渣口(24)，所述炉缸段(1)设有虹吸口(11);其特征在于，所述炉身段(2)由下至上依次分为第一炉身段(21)、第二炉身段(22)和第三炉身段(23)，所述第三炉身段(23)的侧壁上设有用于添加物料的溜槽(4)和用于向炉体内吹入富氧气体和/或燃料气体的上风嘴(5)，所述第一炉身段(21)的侧壁上设有用于向炉体内吹入富氧气体/或燃料气体的下风嘴(6)，所述下风嘴(6)与炉缸段(1)内底面的距离为0.8-1m;所述炉身段(2)对应的内腔区段的长度L2>3m，所述第一炉身段(21)对应的内腔区段的宽度W2为2.2-2.4m。
2.根据权利要求1所述的侧吹炉，其特征在于，所述炉顶段(3)的内壁由保温材料制成;或者，所述炉顶段(3)的内壁设置有保温层。
3.根据权利要求1所述的侧吹炉，其特征在于，所述炉顶段(3)对应的内腔区段的高度H1为3-5m。
4.根据权利要求1所述的侧吹炉，其特征在于，所述炉顶段(3)对应的内腔区段的长度L1为2-4m，所述炉顶段对应的内腔区段的宽度W1为2-4m。
5.根据权利要求1所述的侧吹炉，其特征在于，所述排渣口(24)设置于第一炉身段(21)上。
6.基于如权利要求1-5任一项所述的侧吹炉的烟气处理系统，其特在于，所述烟气处理系统包括依次串接相连的SNCR脱硝装置、喷雾急冷塔(1013)、收尘装置、脱硫塔(105)、除雾装置、以及SCR脱硝装置;所述喷雾急冷塔(1013)和收尘装置之间的管道上设有活性炭喷射装置和氢氧化钙喷射装置;所述SNCR脱硝装置设置在侧吹炉的烟气出口处。
7.含镍污泥的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对待处理含镍污泥进行干燥处理，获得含水量不高于30wt%的含镍污泥;
S2、将还原剂、造锍剂、熔剂、添加剂和S1获得的含镍污泥按5-30:10-30:10-20:1-20:100的质量比混合，获得混合料;
其中，还原剂包括活性炭、粉煤、焦炭中的一种或几种;所述造锍剂包括黄铁矿和/或硫磺;所述熔剂由石英石与石灰石按3-5:1的质量比混合而成;所述添加剂为硫代硫酸钠;
S3、将S2获得的混合料输入如权利要求1-5任一项所述的侧吹炉，熔炼，通过排渣口(24)将渣相排出，通过虹吸口(11)将铜镍相排出;
其中，熔炼温度控制在1000~1400℃。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，S2中，还原剂、造锍剂、熔剂、添加剂和含镍污泥的质量比为10-20:20-30:10-20:1-10:100。
9.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，S3中，熔炼温度控制在1000~1200℃。
10.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，S3中，将熔炼产生的烟气引入烟气处理系统进行处理，所述烟气处理系统包括依次串接相连的SNCR脱硝装置、喷雾急冷塔(1013)、收尘装置、脱硫塔(105)、除雾装置、以及SCR脱硝装置;所述喷雾急冷塔(1013)和收尘装置之间的管道上设有活性炭喷射装置和氢氧化钙喷射装置;所述SNCR脱硝装置设置在侧吹炉的烟气出口处。
说明书
用于含镍污泥处理的侧吹炉、烟气处理系统及处理方法
技术领域
本发明涉及用于含镍污泥处理的侧吹炉、烟气处理系统及含镍污泥的处理方法，属于有色金属综合回收技术领域。
背景技术
含镍污泥主要来自于金属冶炼、电镀、化工生产等行业，我国每年都会产生大量的含镍污水，经过沉淀处理后则会产生大量的含镍污泥，污泥中存在大量的含有大量Ni、Cu、Cr等重金属元素，如果处理不当就会形成二次污染，对生态环境和人体健康造成巨大的影响。而含镍污泥长期堆放，会严重的污染地下水和土壤，被植物吸收和聚集，导致当地的生态系统被严重破坏。每年我国经含镍污泥流失大量的各种类重金属，造成了极大的资源浪费。因此要采取科学的措施对各行业中产生的含镍污泥进行处理，减少其对环境的破坏和对人体健康的影响，并且从中回收铜、镍等重金属，减少资源的浪费，对资源进行合理、充分的利用。
含镍污泥目前主要的处理方法有固化/稳定化技术、热化学处理技术、填海和堆放、微生物处理技术、重金属回收技术、材料化技术等，这些现有技术虽均能对含镍污泥进行处理，但或有无法对有价金属进行综合利用，或技术操作难度较高的缺点。因此，如何采用一种行之有效的方法，能对含镍污泥中的有价金属进行有效的再利用，并且对烟气进行有效的环保处理是目前需要解决的问题。
CN104342556A公开了一种从含铜或镍的污泥中提取铜或镍的方法，包括含铜或镍污泥的干燥;配料、混合与造球过程;混合料的烧结、冷却、破碎处理;成品筛分;侧吹熔炼;铜或镍块铸造。其采用PLC控制系统对该生产先中的配料、干燥、烧结车间等进行自动化控制，减少了生产岗位操作人员的数量，然而需要对原料进行造球处理，工艺相对复杂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供用于含镍污泥处理的侧吹炉，以实现对含镍污泥的稳定处理;本发明的目的之二在于提供基于该侧吹炉的烟气处理系统;本发明的目的之三在于提供含镍污泥的处理方法，以实现含镍污泥的环保、资源化处理，解决现有技术无法环保利用含镍污泥的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
用于含镍污泥处理的侧吹炉，包括具有内腔的炉体，所述炉体由下至上依次分为炉缸段、炉身段和炉顶段，所述炉身段设有排渣口，所述炉缸段设有虹吸口;所述炉身段由下至上依次分为第一炉身段、第二炉身段和第三炉身段，所述第三炉身段的侧壁上设有用于添加物料的溜槽和用于向炉体内吹入富氧气体和/或燃料气体的上风嘴，所述第一炉身段的侧壁上设有用于向炉体内吹入富氧气体/或燃料气体的下风嘴，所述下风嘴与炉缸段内底面的距离为0.8-1m;所述炉身段对应的内腔区段的长度L2>3m，所述第一炉身段对应的内腔区段的宽度W2为2.2-2.4m。
本发明中，炉身段内腔的尺寸由常规1.6×3m改为2.2~2.4×3m以上，可在降低炉身段深度的同时，能保证炉身段体积不变。下风嘴至炉缸段内底部的距离由传统的1.2m改至0.8-1m，目的在于使下风嘴与物料的距离D2由0.8-1m缩短至0.5-0.8m。申请人在前期研究中发现，含镍污泥在冶炼的过程中极易烧结，常规炉体由于风嘴较高，富氧气体难以进入炉缸段底部进行有效的反应，从而易导致该危废在焙烧过程中底部容易结死，致使炉缸段的损坏以及虹吸口或排渣口的堵塞。为此，本发明通过增大炉身段的横截面积，在保证炉身段体积大小的同时，降低风嘴与炉缸段内底部的距离，可使物料能充分与从风嘴进入的富氧气体反应，提升熔炼效率，且底部金属不易结死，堵塞虹吸口，使侧吹炉在冶炼危废时亦有较好的设备稳定性，减少了维护成本。
进一步地，所述炉顶段的内壁由保温材料制成;或者，所述炉顶段的内壁设置有保温层，可选的，所述保温层由高铝保温砖砌筑而成，一般地，高铝保温砖能耐1400℃的高温，且满足保温需要。
一般地，常规侧吹炉的炉顶段为砖体结构，保温效果差，烟气过早冷却，无法达到二噁英分解温度，因此二噁英不能在炉膛内进行分解去除，需在后续工艺进行吸附处理或者二次燃烧处理，大大增加了处理成本。本发明中，通过将侧吹炉炉顶段采用保温材料制成或在其内壁设置保温材料，可保证熔炼后产生的烟气在炉顶段内腔中温度能达到850℃以上，从而使炉顶段的内腔形成供二噁英分解的场所，保证烟气的充分分解，从源头上解决了二噁英的排放。
进一步地，所述炉顶段对应的内腔区段的高度H1为3-5m，进一步为4-5m。常规侧吹炉炉顶通道短，导致二噁英分解时间不够，本发明通过加高炉顶段的高度，保证烟气在炉顶内腔中滞留2s以上;含二噁英烟气在通过该区域时，具有充分的时间受热分解为无害气体。
进一步地，所述炉顶段对应的内腔区段的长度L1为2-4m，所述炉顶段对应的内腔区段的宽度W1为2-4m。
进一步地，所述排渣口设置于第一炉身段上。
进一步地，所述上风嘴、下风嘴的数量分别为多个。一般地，可通过下风嘴通入天然气与富氧气体(如氧气)，上风嘴仅通入空气。下风嘴通入气体，主要用于提供热源，上风嘴通入空气促进燃烧完全。
本发明的侧吹炉在运行时，含铜镍危废物料从溜槽进入，从上、下风嘴中通入富氧气体，物料经过高温富氧熔炼，生成铜镍液相由虹吸口排出，渣相由排渣口排出，烟气向上排放，进入炉顶段内腔，在此区域停留2S以上，二噁英发生分解，处理后的无害气体进入烟气回收装置。
基于如上所述的侧吹炉的烟气处理系统，所述烟气处理系统包括依次串接相连的SNCR脱硝装置、喷雾急冷塔、收尘装置、脱硫塔、除雾装置、以及SCR脱硝装置;所述喷雾急冷塔和收尘装置之间的管道上设有活性炭喷射装置和氢氧化钙喷射装置;所述SNCR脱硝装置设置在侧吹炉的烟气出口处。
含镍污泥的处理方法，包括如下步骤：
S1、对待处理含镍污泥进行干燥处理，获得含水量不高于30wt%的含镍污泥;
S2、将还原剂、造锍剂、熔剂、添加剂和S1获得的含镍污泥按5-30:10-30:10-20:1-20:100的质量比混合，获得混合料;
其中，还原剂包括活性炭、粉煤、焦炭中的一种或几种;所述造锍剂包括黄铁矿和/或硫磺，优选为黄铁矿;所述熔剂由石英石与石灰石按3-5:1的质量比混合而成;所述添加剂为硫代硫酸钠;
S3、将S2获得的混合料输入如上所述的侧吹炉，熔炼，通过排渣口将渣相排出，通过虹吸口将铜镍相排出;
其中，熔炼温度控制在1000~1400℃。
本发明中，还原剂一方面用于提供热源，另一方面在造锍的过程中起到辅助硫化的作用，C的添加参与含镍污泥中镍氧化物的硫化反应，使镍的硫化更易进行，且降低了二氧化硫的产生量。但焦炭的添加需要控制在一定的范围内，用量过多，则会使氧化镍还原成金属镍，而添加量过低，则起不到促进镍氧化物硫化的作用，所以还原剂的添加量为含镍污泥的5~30wt%。造硫剂作为造锍熔炼过程中主要的硫来源，过多造成资源的浪费，增加熔炼的难度以及能源的消耗，过少则使体系中硫源过少，回收率降低。熔剂则主要用于造渣，降低渣相中的含镍量，增加回收率。添加剂钠盐的主要目的是降低体系熔点，增加体系流动性，便于金属硫化物的聚集。
进一步地，S1中，对待处理含镍污泥进行低温干燥处理。更进一步的，采用蒸汽干燥机进行干燥，可选的，蒸汽来源于余热锅炉所产生。优选地，干燥温度为100-200℃。
进一步地，S2中，还原剂、造锍剂、熔剂、添加剂和含镍污泥的质量比为10-20:20-30:10-20:1-10:100。
进一步地，S3中，熔炼温度控制在1000~1200℃。
进一步地，S3中，通过下风嘴向炉体内分别鼓入天然气和富氧空气，富氧空气的浓度为20-60vol%，优选为20-40vol%。
进一步地，S3中，将熔炼产生的烟气引入烟气处理系统进行处理，所述烟气处理系统包括依次串接相连的SNCR脱硝装置、喷雾急冷塔、收尘装置、脱硫塔、除雾装置、以及SCR脱硝装置;所述喷雾急冷塔和收尘装置之间的管道上设有活性炭喷射装置和氢氧化钙喷射装置;所述SNCR脱硝装置设置在侧吹炉的烟气出口处。如此，活性炭喷射装置用来向管道内提供活性炭粉末，氢氧化钙喷射装置用来向管道内提供氢氧化钙粉末。由此，熔炼烟气从侧吹炉的烟气出口出来之后，依次经过上述设备处理，脱硝效率可达90%以上，从而满足达标排放的要求。
为了进一步提高脱硝的效率，所述侧吹炉的烟气出口与余热锅炉的进气口连通;所述SNCR脱硝装置包括还原剂储存仓和SNCR脱硝喷枪;所述余热锅炉的水冷壁上装有SNCR脱硝喷枪，该SNCR脱硝喷枪用于将还原剂储存仓内的还原剂喷入烟气中。这样，余热锅炉将烟气温度降至不低于500℃后烟气进入喷雾急冷塔，越过二噁英的合成温度，避免或减少了产生二噁英。
优选地，所述SCR脱硝装置包括依次串接相连的烟气换热器、烟气加热器和SCR脱硝器;所述SCR脱硝器的出气管道通过所述烟气换热器。
进一步地，熔炼过程中生成的烟气经过炉顶段时，烟气中的二噁英被分解，更进一步的，烟气可通过余热锅炉余热利用后，通过烟气处理系统处理达标排放。
由于含镍污泥中，镍品位低，渣量大，赋存状况复杂，要使污泥中的金属更高效的富集，钠盐的添加生成钠碱渣，降低了炉渣的熔点与密度，使渣的黏度降低、提高渣的流动性，使物料中的有价金属更易分离，从而使渣中的镍含量减少，增加镍的回收率。并且，硫代硫酸钠中的硫在焙烧过程中亦可起到硫化剂的作用。
本发明的熔炼过程中主要反应如下：
(1)氧化还原反应：
2NiO+FeS2+C=Ni2S+FeS+CO
Ni2S +FeS2=2NiS+FeS
CuO+FeS2+C=Cu2S+FeS+CO
Cu2S +FeS2=2CuS+FeS
2CO+O2=2CO2
(2)造渣反应
CaO+SiO2=CaO·SiO2
MgO+SiO2=MgO·SiO2
FeO+SiO2=FeO·SiO2。
由于含镍污泥中成分较为复杂，生成的烟气含有较多硫氧化物、氮氧化物，因此S3产生的烟气可采用SNCR与SCR方法联合脱硫脱硝系统，首先，采用SCNR技术对烟气进行第一次脱硝处理，脱硝效率为40~70%，脱硝烟气通过余热锅炉余热利用，降温至不低于500℃进入喷雾急冷塔，和从降温喷枪喷出的雾化水或石灰浆充分接触。雾化水与高温烟气接触迅速蒸发而吸收大量热量，高温烟气被快速冷却到温度小于 200℃，从而避开二噁英合成区间。急冷塔出口烟气温度低于200℃，急冷塔出口烟气通过烟管连接布袋收尘器，急冷塔与布袋收尘器之间设置氢氧化钙喷射装置及活性炭喷射装置进行干法脱酸，采用氢氧化钙作为干法脱酸剂，活性炭喷入系统确保活性炭与烟气均匀混合，达到高效吸附的效果，活性炭质为煤质或木质。烟气通过布袋收尘器，烟尘被灰斗收集后通过埋刮板输送至烟尘仓库。剩余烟气通过引风机依次进入湿法脱硫、湿电除雾系统，最后进入SCR脱硝系统处理得到达标排放的烟气。SCR系统由GGH换热器、SGH换热器以及SCR脱硝装置组成。与现有技术相比，该方法脱硝效率可达90%以上
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)本发明的侧吹炉在处理含镍污泥时，无需担心虹吸口等排料口的堵塞问题，具有良好的设备稳定性，有利于减小维护成本。
2)镍污泥干燥后与添加剂、熔剂进行配料，不需进行造球处理，简化了处理工艺。
3)含镍污泥通过富氧侧吹直接造锍，相比于镍铁工艺耗能较低。
4)保温区内可直接分解二噁英，不需二次燃烧加热，含铜镍危废处理成本大大降低。
5)烟气成分通过烟气处理系统中处理后即可达标排放，脱硝效率达90%以上。（发明人刘维;李琛;谢龙臣;梁超;龙森;韩旭）
