公布日：2023.09.01
申请日：2023.04.27
分类号：F23G7/00(2006.01)I;F23G5/10(2006.01)I;F23G5/44(2006.01)I;F23G5/14(2006.01)I;F23G5/46(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置，解决了现有危废污泥回收重金属装置存在的热解烟气如何高效的收集、处置，并资源化利用的问题。技术方案包括装有感应线圈、内部设有坩埚的炉体，所述炉体顶部设进料管和一次烟气集气罩，侧壁上设有熔渣出口，所述熔渣出口的炉外侧下方设有溜渣槽，所述溜渣槽上方设有以熔渣出口为中心的环形集气罩；所述环形集气罩由内环集气罩和外环集气罩组成，内环集气罩连接二气烟气管，外环集气罩连接三次烟气管。本发明结构简单、热效率高、清洁环保、稳定高效、成分可控、重金属组分回收率高、可实现连续生产。
权利要求书
1.一种危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置，包括装有感应线圈、内部设有坩埚的炉体，所述炉体顶部设进料管和一次烟气集气罩，侧壁上设有熔渣出口，其特征在于，所述熔渣出口的炉外侧下方设有溜渣槽，所述溜渣槽上方设有以熔渣出口为中心的环形集气罩；所述环形集气罩由内环集气罩和外环集气罩组成，内环集气罩连接二气烟气管，外环集气罩连接三次烟气管。
2.如权利要求1所述的危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置，其特征在于，所述进料管穿过一次烟气集气罩伸入所述坩埚顶部中心处，所述一次烟气集气罩连接一次烟气管。
3.如权利要求1或2所述的危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置，其特征在于，所述坩埚内设有折流板组，所述折流板组与坩埚之间形成的折流通道连通所述熔渣出口，所述熔渣出口位于坩埚的中上段；所述坩埚和折流板组均为非金属电热材料。
4.如权利要求3所述的危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置，其特征在于，所述折流板组包括主折流板、中心折流板和下折流板，所述主折流板两侧固定在所述坩埚侧壁上，上端靠近熔渣出口且高于熔渣出口，下端向下延伸到坩埚底部且与坩埚底部具有间距；中心拆流板位于坩埚下段的中心线上，两侧固定在所述坩埚侧壁上，下端与坩埚底部具有间距，主折流板与中心拆流板平行，下端等高；所述下折流板位于主折流板和中心折流板之间，其下端固定在坩埚底部，两侧固定在所述坩埚侧壁上。
5.如权利要求4所述的危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置，其特征在于，所述下折流板的中部高于两侧，且沿中心垂线对折一定角度形成俯视状态下的人字形结构。
6.如权利要求4或5所述的危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置，其特征在于，所述下折流板的下端对折处设有清渣导流孔。
7.如权利要求3所述的危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置，其特征在于，所述折流板组还包括有倾斜折流板，所述倾斜折流板的上端与所述主折流板接合固定，下端与中心折流板的上端接合固定，两侧固定在所述坩埚侧壁上。
8.如权利要求7所述的危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置，其特征在于，所述倾斜折流板的上端部与所述主折流板的接合部位开有至少两个排烟孔。
9.如权利要求4所述的危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置，其特征在于，所述主折流板的上端还连接有半球冠形的隔料罩。
10.如权利要求9所述的危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置，其特征在于，所述隔料罩上开有至少一个排烟孔。
11.如权利要求3所述的危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置，其特征在于，所述熔渣出口的炉内侧分别设有左、右侧板和顶板，所述左、右侧板和顶板固定在坩埚侧壁和主折流板之间，合围成一个底部开口的隔离空间，所述左、右侧板为非金属电热材料。
12.如权利要求1所述的危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置，其特征在于，所述进料管穿过一次烟气集气罩伸入所述坩埚顶部中心处，所述一次烟气集气罩连接一次烟气管。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、热效率高、清洁环保、稳定高效、成分可控、重金属组分回收率高、可实现连续生产的危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置。
本发明危废污泥高温熔融热解烟气分质回收装置，包括装有感应线圈、内部设有坩埚的炉体，所述炉体顶部设进料管和一次烟气集气罩，侧壁上设有熔渣出口，所述熔渣出口的炉外侧下方设有溜渣槽，所述溜渣槽上方设有以熔渣出口为中心的环形集气罩；所述环形集气罩由内环集气罩和外环集气罩组成，内环集气罩连接二气烟气管，外环集气罩连接三次烟气管。
所述进料管穿过一次烟气集气罩伸入所述坩埚顶部中心处，所述一次烟气集气罩连接一次烟气管。
所述坩埚内设有折流板组，所述折流板组与坩埚之间形成的折流通道连通所述熔渣出口，所述熔渣出口位于坩埚的中上段；所述坩埚和折流板组均为非金属电热材料。
所述折流板组包括主折流板、中心折流板和下折流板，所述主折流板两侧固定在所述坩埚侧壁上，上端靠近熔渣出口且高于熔渣出口，下端向下延伸到坩埚底部且与坩埚底部具有间距；中心拆流板位于坩埚下段的中心线上，两侧固定在所述坩埚侧壁上，下端与坩埚底部具有间距，主折流板与中心拆流板平行，下端等高；所述下折流板位于主折流板和中心折流板之间，其下端固定在坩埚底部，两侧固定在所述坩埚侧壁上。
所述下折流板的中部高于两侧，且沿中心垂线对折一定角度形成俯视状态下的人字形结构。
所述下折流板的下端对折处设有清渣导流孔。
所述折流板组还包括有倾斜折流板，所述倾斜折流板的上端与所述主折流板接合固定，下端与中心折流板的上端接合固定，两侧固定在所述坩埚侧壁上。
所述倾斜折流板的上端部与所述主折流板的接合部位开有至少两个排烟孔。
所述主折流板的上端还连接有半球冠形的隔料罩。
所述隔料罩上开有至少一个排烟孔。
所述熔渣出口的炉内侧分别设有左、右侧板和顶板，所述左、右侧板和顶板固定在坩埚侧壁和主折流板之间，合围成一个底部开口的隔离空间，所述左、右侧板为非金属电热材料。
所述进料管穿过一次烟气集气罩伸入所述坩埚顶部中心处，所述一次烟气集气罩连接一次烟气管。
本发明创造性的将在冶金行业使用的中频感应炉应用于危废污泥熔融处理，虽然中频感应炉在熔融处置危废污泥时具有重金属还原、从熔融渣分离等功能，但是，由于危废污泥成分复杂，同时实际生产过程中受能耗和成本的制约，存在污泥球在中频感应炉熔融速率快与污泥中含有的挥发分熔融热解逸出滞后的矛盾，与污泥中含有的重金属还原滞后的矛盾，与熔融相中已还原重金属液滴聚集长大滞后的矛盾，这些矛盾的存在导致熔融热解烟气难以集中捕集、熔融相中重金属液滴难以从渣相中分离出来。
为了解决危废污泥内所含的挥发组分在熔融热解过程挥发不充分随熔渣流出时产生烟尘污染环境、危废污泥熔融相内的重金属还原为单质态不充分随熔渣排出后存在二次污染、分布在污泥熔融渣中的单质态重金属液滴聚集长大从渣相中分离出来需要较长停留时间导致熔融炉生产能力下降等问题，在现有的中频热解炉的基础上作了如下改进：
除了在炉顶部设置一次烟气集气罩外，以烟气产生源熔融渣出口为中心设置环形集气罩，对污染组分浓度高的烟气通过内环集气罩收集进入二次烟气管引入二燃室，再次焚烧后余热利用，回收了烟气的可燃组分的热焓；而逸出到内环集气罩外围的烟气污染组分浓度低，通过外环集气罩收集进入三次烟气管引到环境烟气除尘器内除尘后外排。当熔融渣出口管排出的烟气量较小内环集气罩全部能够收集时，可关停三次烟气管连接的除尘风机，节省运行成本。内环集气罩收集的烟气量根据二燃室所需的助燃空气量设定，通过二次烟气风机调控。
在坩埚内设置折流板组，所述坩埚和折流板组均为非金属电热材料，可实现电磁感应发热，如碳化硅陶瓷材料。污泥料球中含有的电磁感应发热组分在中频感应电流作用下被加热，同时非金属电热材料制成的坩埚以及坩埚内的构件在中频感应电流作用下快速升温加热，除对熔融渣相中的重金属强化分离外，还能快速升温加热污泥。所述折流板组包括主折流板、中心折流板和下折流板，结合折流板组和熔融相流动方向将炉内依次划为预热区、软熔区、熔融区、分离区和出渣区；由进料管投入炉内的污泥料球，在热解气及坩埚和折流板的加热作用下升温熔化由预热区进入软融区、熔融区，经中心折流板进入分离区，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属液滴，多次折流给熔融渣相创造多次穿过沉积在炉底部的重金属液相层，受表面张力的作用，提高暴露的重金属液滴被重金属液相层吸收的概率。
进一步的，所述下折流板的中部高于两侧，且沿中心垂线对折一定角度形成俯视状态下的人字形结构。采用中间高两端低的结构有利于炉内熔融液相的停留时间均匀化，有利于熔融液相中的挥发分和重金属小液滴从熔融液相中分离出来。因为熔融液相经过中心折流板下方间隙进入中心折流板和下折流板之间的区域时，位于坩埚中心区域的熔融液相到熔融渣出口管的距离比坩埚周向附近区域的熔融液相到熔融渣出口管的距离要短，坩埚中心区域的熔融液相经由熔融渣出口流出的时间短，坩埚周向附近区域的熔融液相经由熔融渣出口流出的时间长，由此导致炉内熔融液相流动存在死角，降低了坩埚的有效利用率，不利于熔融液相中挥发组分的有效逸出，不利于熔融液相中重金属小液滴的分离。因将下折流板设置成中间高两端低，且沿中心垂线对折一定角度形成俯视状态下的人字形结构，有利于坩埚周向附近区域的熔融液相较快流入主折流板与熔融渣出口之间的熔融区，提高熔融液相在坩埚内流动的均匀性。同时设计成人字型，也有利于将坩埚周向附近区域的熔融液相引流到坩埚中心区域，加强熔融液相混合效果。
进一步的，下折流板下端设置清渣导流孔，具有如下技术效果：
(1)有利于污泥熔融液相中的重金属小液滴的分离。设置的清渣导流孔可以保持下折流板两边金属液相液面的等高，避免投加污泥球初期受投加的污泥球的压迫，金属液相压入下折流板与熔融渣出口之间的熔融区无法返回，导致污泥熔融液相经过中心折流板下沿缝隙时，污泥熔融液相与金属液相接触时间缩短，降低了金属液相吸收污泥熔融液相包裹的重金属小液滴的概率，不利于污泥熔融液中的重金属小液滴的分离。
(2)在金属液相中形成一定的回流，提高炉内熔融液相的混合效果。设置清渣导流孔后，从下折流板上沿流到下折流板与熔融渣出口之间熔融区的金属液相通过清渣导流孔又流回下折流板与中心折流板之间的熔融区，形成了回流，有利于炉内熔融液相的混合。
(3)设置的清渣导流孔可以保证热解炉倾斜清渣时，能彻底倾倒出残留的污泥液相和金属液相。
进一步地，设置倾斜折流板，所述倾斜折流板的倾斜角度优选为45－60°，同时在倾斜折流板上开设排烟孔，及时排出聚集在倾斜折流板下方逸出的挥发组分，避免气体占用坩埚内的有效空间所导致的污泥熔融液相在坩埚内的停留时间缩短，有利于污泥熔融液相中挥发组分的逸出和污泥熔融液相中重金属小液滴的还原分离。另外，当加入的污泥球熔点温度较高时，由于受电磁感应、集肤效应作用，熔融渣相比固态污泥更易升温，则在同样功率下倾斜折流板下方的熔融渣相更易吸收能量升温，较高温度的熔融渣相则穿过倾斜折流板排烟孔进入倾斜折流板上方，增加了熔点温度较高的危废污泥球软融区内的液相量，也有利于危废污泥球吸收能量升温。
进一步地，在隔料罩上部开设隔料罩排烟孔，引出进入出渣区的熔融渣相逸出的挥发组分，减少从熔融渣出口管逸出的烟气量，改善操作环境；更有效的是通过隔料罩排烟孔形成出渣区的负压状态，有利于熔融渣相中挥发组分的逸出，减少了随熔融渣相带出的挥发组分量，提高了挥发组分的回收利用率。
所述熔渣出口管的炉内侧分别设有左、右侧板和顶板，所述左、右侧板和顶板固定在坩埚侧壁和主折流板之间，合围成一个底部开口的隔离空间，隔断出渣区熔融渣相中逸出的挥发组分进入熔融渣出口管的通道；排渣时，熔融渣相由底部开口进入熔融渣出口管排出炉外。同时左右侧板均为非金属电热材料，可对该区域进行局部加热，提高熔融渣相温度，降低熔融渣相粘度，有利于残留重金属液相的沉降分离，有利于残留的挥发组分的逸出进入负压环境的出渣区。在熔融渣出口正常出料时，能形成熔融渣相液封，也提高系统的操作弹性。
本发明中，熔融渣出口设置坩埚中上部，可以实现连续生产，边进料、边出料，同时增加坩埚内储存的熔融液相量，延长熔融液相在坩埚内的停留时间，有利于熔融后的重金属液滴从熔融渣中沉降分离。
进一步地，本发明方案的中频感应炉启动前要向炉内投加底料，投加的底料量应满足底料熔融后形成的液相液面覆盖下折流板的最低侧，即覆盖下拆流板两侧固定在坩埚侧壁端的高度，如此有利于危废污泥熔渣内包裹的重金属小液滴在金属液相里富集。因为污泥熔渣在其上方加入的污泥球的压迫下，经中心折流板下沿的间隙进入倾斜折流板下方，此时污泥熔渣穿过金属液相层，一旦熔渣相内微细的重金属小液滴暴露在金属液里，受表面张力的作用，极易被金属液相吸收进入液相主体，从而有利于熔渣相内微细的重金属小液滴从熔渣中分离出来。
有益效果：
1)有效回收烟气余热余能，降低烟气排放量。通过设置环形集气罩，对污染组分浓度高的烟气通过内环集气罩收集作为二燃室的助燃空气，并完成取代原来进入二燃室的助燃空气，回收了烟气中可燃组分的热焓，降低了烟气外排量。
2)提高了危废污泥中的挥发组分的回收利用率。通过多级折流板的设置，在提高分离区的温度同时，增加熔融渣相扰动程度，有利于熔融渣相中挥发组分的逸出。
3)提高系统安全性、生产控制稳定性。通过隔烟左右侧板等设置封闭区域，隔断了外界与烟气系统的通道，减少空气进入烟气系统；通过隔烟左右侧板浸没入熔融渣相液面以下，形成液封，防御烟气系统压力波动。
4)有效回收危废污泥中的重金属组分，实现危废污泥中重金属组分的资源化回收利用。通过设置多级折流板，并利用折流板在感应电流作用下升温快的优势，加热熔融渣相，提高熔融渣相温度，降低其粘度，提高重金属的分离效果。同时通过折流作用，增加熔融渣相中熔融态的重金属液滴暴露在坩埚底部的重金属液相的概率，进而增加受表面张力作用而被吸收的概率。
5)增加了污泥熔融渣的资源化利用途径。由于重金属组分的高效分离，降低了渣相中的重金属含量，降低了重金属的危害，拓宽了渣相的利用渠道。
6)提高熔融炉热效率和生产效率。通过设置折流板组增加炉内软熔区和熔融区发热面积，加速污泥中的挥发分在软熔区和熔融区逸出向上预热污泥球，形成污泥球含有的挥发分在软熔区和熔融区进一步逸出的良性循环。
本发明热解炉结构简单、污泥中的重金属组分回收效率达80％以上，可实现连续生产，烟气分质回收利用，对环境友好、设备投资和运行成本低。
（发明人：吴高明;孙杰;倪从兵;杜亚光;关家乐）
