一种节能减废烟气再循环夹套回转窑的制作方法

[0001]
本实用新型属于回转窑烟气利用领域，具体涉及一种节能减废烟气再循环夹套回转窑。


背景技术：

[0002]
焚烧法能够最大程度地实现危险废物、城市污泥及生活垃圾无害化和减量化处理。目前，全国90％以上的危险废物以及大量的城市污泥和生活垃圾处理都采用焚烧处理方法。我国各地建立的危险废物焚烧处理企业所采用的设备中，绝大部分采用回转窑系统。
[0003]
回转窑为一种旋转式煅烧窑或烧结窑，其广泛应用于建材、冶金、化工和环保等诸多生产行业中，用于煅烧、焚烧或烧结固体物料。例如，环保领域通常利用回转窑进行垃圾焚烧、污泥焚烧、危险废弃物焚烧、污泥陶粒烧结、污染土壤裂解与烧结处理等。
[0004]
目前国内环保领域所用回转窑多为由一大一小两个单筒前后串连而成的双筒式回转窑(图1)。其中小筒用于物料烘干和预热，大筒用于高温烧结，且大筒中因燃料燃烧形成的高温烟气用于对小筒中的物料进行烘干和预热。如在污泥陶粒烧结(或有机危废焚烧)工艺中，陶粒胚料(或物料)从小筒窑尾(指进料和尾气出口端)的进料口进入回转窑，随倾斜设置并缓慢旋转的窑体沿窑体内壁移动至大筒窑头，并在靠近窑头(指出料和燃料进口端)一端的高温段(约1000-1500℃)进行烧结；高温段产生的高温烟气则由设置在窑尾一端的引风机引至窑尾；此过程中，高温烟气与窑内物料运动方向相反，二者进行逆流换热从而对物料加热。随着高温烟气对窑内物料的加热，烟气温度逐步下降，至窑尾的烟气出口时，烟气温度降至约200-300℃，并通过引风机引至窑尾一端的除尘脱硫装置进行烟气处理。然而采用这种方式进行危险废物处理存在着巨大的环境风险。表面上看，物料及其废气经过了1300-1500℃的高温处理，但实际上，物料在窑内逐步加热时，其温度由室温上升到1300-1500℃的高温，需要经过至少约30min的升温过程；在此过程中，物料中所含有的有机污染物产生脱附、裂解和合成等复杂反应，产生大量气态污染物和未充分燃烧的碳颗粒，进入烟气中并随烟气而被引风机引至窑尾一端的除尘脱硫装置。大量气态的有机污染物根本就没有到达高温段便被引风机引入大气中，其中包括二噁英等强致癌物，造成严重的大气污染。即实质被烧掉的仅是物料被热解气化后剩下的残渣，而真正产生严重污染的气态有机污染物并未被处理掉。因此，尽管现有技术采用了多种末端处理措施，目前在环保领域应用的回转窑大多依旧无法达到国家规定的大气污染物排放标准，特别是二噁英等强致癌有机污染物排放普遍超标。
[0005]
针对回转窑系统处理危废和污泥时烟气污染严重的问题，国内外普遍的做法是回转窑+二燃室焚烧，采用二燃室对烟气进行二次焚烧，将烟气重新升温至1100℃。但因为烟气成分中包含有燃料燃烧烟气、物料热解废气以及大量的水蒸汽，烟气总量巨大，因而其二次焚烧能耗巨大，导致处理成本居高不下。但这种方法用于处理回转窑废气时，其缺陷在于：(1)燃料燃烧产生大量烟气，经与物料逆流换热后温度已经降至约200-300℃，为处理其中混入的有机气体，需要重新加热至850℃-1100℃以上，大量气体重新加到高温，大大增加
了能源消耗；(2)物料加温后，其中的水分将以水汽形式混入废气中，大量的水汽同样需要加至高温，更是大大增加了无谓的能源消耗；(3)对烟气中的二噁英成本极高，因需要保证足够的温度、足够的停留时间等。
[0006]
综上所述，现有普遍采用的回转窑系统进行危险废物处理存在着巨大的环境风险，由物料产生的大量气态有机污染物根本就没有到达高温段便被引风机引入大气中，其中包括二噁英等强致癌物，造成严重的大气污染；二次焚烧烟气末端处理成本高昂且效果不佳。因此，如何实现回转窑排放的烟气的最大化利用，实现危险废物焚烧处理行业低成本、低能耗、高效益的清洁稳定运行，成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

[0007]
本实用新型提供一种回转窑，所述回转窑包括窑头、窑体、燃烧室和降尘室；
[0008]
所述窑体包括外窑和位于外窑内的内窑，
[0009]
所述燃烧室设置在所述窑头和外窑的连接处；
[0010]
所述降尘室包括第一降尘室和第二降尘室，且第一降尘室与第二降尘室相互分隔；所述第一降尘室与所述内窑连接，用于收集和处理内窑烟气；所述第二降尘室与所述外窑连接，用于收集和处理外窑烟气；
[0011]
所述第一降尘室的烟气出口与所述燃烧室连接，燃烧室对第一降尘室内流出的烟气进行燃烧处理。
[0012]
根据本实用新型，所述外窑的内部包括高温烧结区域，用于对物料进行高温烧结。
[0013]
根据本实用新型，所述内窑与外窑同轴固定设置。进一步地，内窑窑体长度小于外窑窑体长度；例如，内窑窑体长度>外窑窑体长度的一半；优选地，内窑窑体延伸至外窑内中部一定温度位置处，如靠近高温烧结区域。
[0014]
根据本实用新型，所述外窑与内窑均为圆柱形筒体。
[0015]
根据本实用新型，外窑内壁与内窑外壁之间形成烟气通道，外窑高温烟气从此通道流经而后进入第二降尘室。
[0016]
根据本实用新型，所述第一降尘室与燃烧室的连接管路上设置第一引风机，用于输送第一降尘室内的烟气。进一步地，所述第一降尘室与燃烧室的连接管路上还可以设置冷凝装置，所述冷凝装置任选设置在第一引风机之前或之后，优选设置在第一引风机之后。所述“引风机之前”或“引风机之后”是以烟气流经先后而定的：若烟气先流经第一引风机，则意味着冷凝装置在第一引风机之后；若烟气先流经冷凝装置，则意味着冷凝装置在第一引风机之前。
[0017]
根据本实用新型，所述回转窑还包括急冷室，所述急冷室与所述第二降尘室连接。进一步地，所述急冷室的气体出口与废气处理系统连接。优选地，急冷室与废气处理系统的连接管路上可以设置第二引风机。其中，急冷室用于收集第二沉降室中的气体，使气体温度在1秒内下降到200℃以下，减少烟气在200-500℃温区的滞留时间，以最大限度地避免二噁英类毒害物质在此温区的再合成。例如，急冷室可以选用本领域已知的烟气急冷洗涤器或表面式热交换器。
[0018]
根据本实用新型，所述第一降尘室和/或第二降尘室还可以包括固体出口，用于排出收集的固体物质，例如灰尘、未燃烧的燃料等。
[0019]
根据本实用新型，所述回转窑还包括进料器，所述进料器设置在所述内窑的尾部，且进料器的进料口位于内窑中。进料器用于将物料送入(例如以喷射形式送入)内窑中进行焙烧。例如，所述进料器可以为螺旋进料器。
[0020]
根据本实用新型，所述回转窑还包括燃烧器，所述燃烧器设置在窑头，且与所述燃烧室连接。
[0021]
根据本实用新型，所述外窑内壁和/或内窑内壁上设置耐火砖内衬；例如所述耐火砖内衬的厚度为130-180mm，如140-160mm。比如，所述耐火砖可以选用碱性耐火砖和硅铝系耐火砖中的至少一种。
[0022]
根据本实用新型，所述外窑外壁上设置保温层，以防止热量损失。
[0023]
根据本实用新型，所述内窑的内壁上可以设置若干扬料板，用于增加物料与内窑内热空气的接触面积，一方面物料受热均匀，提高换热和热利用效果，另一方面还可防止物料沉积在内窑下方，避免物料无法完全参与反应。进一步地，所述扬料板为曲面板。
[0024]
根据本实用新型，所述回转窑还可以包括窑体固定装置，用于承托窑体。例如，所述固定装置可以为托滚。
[0025]
根据本实用新型，所述回转窑还可以包括驱动装置，所述驱动装置用于驱动窑体的旋转。例如，所述驱动装置包括主、从动齿轮、驱动轴、减速齿轮和变速电机，各部件之间采用本领域已知连接方式。
[0026]
根据本实用新型，所述燃烧室使用的燃料可以为本领域已知燃料，例如煤粉或生物质燃料。
[0027]
根据本实用新型，所述燃烧室上设置进风口，用于向燃烧室内输送助燃气体，例如空气或氧气。
[0028]
根据本实用新型，窑头距离地面的高度小于窑尾距离地面的高度。即所述窑体与水平面之间存在倾斜夹角α，所述倾斜夹角α为2-5
°
，例如α＝3
°
。
[0029]
根据本实用新型，所述回转窑还包括出料口，所述出料口与内窑连接，且设置在所述内窑靠近窑头的位置。
[0030]
本实用新型还提供上述回转窑在陶粒烧结(例如污泥陶粒烧结、重金属或有机污染土壤陶粒烧结)、有机污染土壤热脱附处理、垃圾焚烧、污泥烘干、水泥煅烧，或危险废物的焚烧处理等方面的应用。
[0031]
本实用新型还提供一种采用上述回转窑处理回转窑烟气的方法，包括如下步骤：将回转窑使用过程中产生的内窑烟气和外窑烟气分别处理；
[0032]
其中，所述内窑烟气直接送入第一降尘室，而后回送至燃烧室进行燃烧处理；
[0033]
所述外窑烟气经烟气通道进入第二降尘室。
[0034]
根据本实用新型，所述外窑烟气包括部分物料高温烧结时产生的绝大部分高温烟气、部分未充分燃烧的燃料和/或水蒸气。
[0035]
根据本实用新型，所述内窑烟气主要包括气态的有机污染物，例如二噁英等强致癌物。这些有机污染物是物料中所含有的有机污染物经过脱附、裂解和合成等复杂反应而产生的。进一步地，内窑烟气中还包括少部分高温烟气、部分未充分燃烧的燃料、和/或水蒸气。
[0036]
根据本实用新型，所述燃烧的温度大于1100℃，例如大于1150℃，又如为1200℃。
进一步地，所述燃烧的时间大于2s，例如大于3s，又如可以为4s、5s。进一步地，在燃烧时，向燃烧室内通入足量的空气或氧气，一方面助燃，另一方面可以在燃烧室内形成气体漩流，促使对有机物充分燃烧。
[0037]
根据本实用新型，进入第二降尘室内的外窑烟气再经急冷处理，烟气温度急速(例如在1秒内)降低至200℃以下，从而减少烟气在200-500℃温区的滞留时间，以最大限度地避免二噁英类毒害物质在此温区的再合成。进一步地，急冷处理后的气体送入废气处理系统，经除尘、脱硫、脱硝等处理后排放。
[0038]
根据本实用新型，从第一降尘室出来的气体回送至燃烧室之前，还可以经过冷凝降温处理。
[0039]
本实用新型的有益效果：
[0040]
本实用新型提供的夹套回转窑，通过设置第一降尘室和第二降尘室，对外窑烟气和内窑烟气实现了分别处理，且内窑烟气经降尘室后作为新风返回燃烧室进行高温焚烧，从而杜绝二噁英、恶臭等有毒有害污染物随烟气排入大气，并使得污染气体的热量得到充分利用，可彻底消除气态有机污染物，尤其是二噁英等致癌物，无需二次燃烧室，即可实现内窑烟气的循环利用和有机污染物的彻底消除。装置工作过程中，外窑产生的高温烟气流经烟气通道，不但可以保证内窑物料充分利用高温烟气的热量，还实现了外窑高温烟气与内窑中的物料不直接接触，可保障焙烧成品的质量。另外，外窑烟气经降尘室、急冷室和废气处理系统后的气体可以达到国家规定的大气污染物排放标准(工业炉窑大气污染物排放标准gb9078-1996)，能够直接排放。
[0041]
本实用新型首次打破现有技术中对回转窑烟气的常规处理路径，实现了燃料燃烧烟气(即外窑烟气)与物料热解废气(内窑烟气)的分质分流处理，实现了烟气中的气态污染物和未充分燃烧的燃料的二次燃烧，无需单独设置二燃室，即可烧掉有害物质(如臭气、二噁英等)，在降低污染物排放量(至少可以降低30-40％的排放，最高可达70％)的同时，也节约了单独设置二燃室的成本，同时还可以回收利用烟气中的热量，节约能源。
[0042]
具体优势体现在以下四个方面：
[0043]
(1)有效杜绝有机污染物排入大气。因为有效地实现了燃料燃烧烟气与物料热解废气的分离，即实现轻污染烟气与重污染烟气的“清污分流”，所以可以方便地实现烟气的分质处理，真正产生严重污染的物料热解废气可以方便地引入燃烧室进行高温焚烧，从而杜绝二噁英、恶臭等有毒有害污染物随烟气排入大气。
[0044]
(2)极大地降低能源消耗。其原因主要为：一是因为无需对烟气进行二次焚烧，所以完全避免了二次焚烧所需的大量能源消耗；二是因为物料热解废气引入窑头进行高温焚烧时，其本身含有的炭颗粒和有机废气均可作为补充能源参与焚烧；三是物料热解废气经冷凝处理后，其中所含的大量水蒸汽被冷凝去除，大大减少了加热水蒸汽所需的能源消耗，这对含水率较高的污泥焚烧处理其降耗作用更为显著。
[0045]
(3)大大降低后续烟气处理难度。物料热解过程产生的污染气体以及燃料(如碳颗粒)得到充分的高温焚烧，极大地减轻了后续的除尘压力；经冷凝装置或急冷室去除水蒸汽后，废气中部分so2和no
x
可随急冷过程去除，因而可有效降低烟气脱硫脱硝压力。
[0046]
(4)该回转窑可广泛适用于污泥陶粒烧结、重金属或有机污染土壤陶粒烧结、有机污染土壤热脱附处理、垃圾焚烧和污泥烘干，以及危险废物的焚烧处理等方面，能够有效降
低处理成本：其吨污泥/危险废物处理成本可降低20-30％，吨污泥/危险废物处理能耗可降低30-40％，污泥资源化利用率>90％，危废资源化利用率>20％。
[0047]
综上所述，本实用新型提供的回转窑有望突破危废行业长期存在的处置能力低下的瓶颈，提高产能并有效解决了以往尾气治理设施投入成本高、处理效果不佳的痛点，实现低成本高效率的实际投产。
附图说明
[0048]
图1是背景技术中提及的回转窑的结构示意图；
[0049]
图2是本实用新型实施例1提供的回转窑的结构示意图；
[0050]
附图标记：1-燃烧室，2-窑头，3-燃烧器，4-外窑，5-内窑，6-第一引风机，7-进料器，8-第一降尘室，9-第二降尘室，10-急冷室，11-第二引风机，12-废气处理系统，13-烟气烟道，14-冷凝器，15-大筒，16-小筒，17-沉降室，18-引风机。
具体实施方式
[0051]
下文将结合具体实施例对本实用新型的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本实用新型，而不应被解释为对本实用新型保护范围的限制。凡基于本实用新型上述内容所实现的技术均涵盖在本实用新型旨在保护的范围内。
[0052]
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
[0053]
实施例1
[0054]
如图2所示的回转窑，包括窑头2、外窑4、内窑5、燃烧室1、第一降尘室8、第二降尘室9和急冷室10；
[0055]
内窑5设置在外窑内，内窑5与外窑4同轴固定设置，内、外窑体均为圆柱形筒体，且内窑窑体长度小于外窑窑体，外窑内壁与内窑外壁之间形成烟气通道13。进料器设置在所述内窑的尾部，且进料器的进料口位于内窑中。进料器用于将物料送入(例如以喷射形式送入)内窑中进行焙烧。窑头距离地面的高度小于窑尾距离地面的高度，窑体与水平面之间存在倾斜夹角α，α＝3
°
。
[0056]
燃烧室1设置在窑头2和外窑4的连接处；燃烧器3设置在窑头，且与燃烧室1连接。
[0057]
第一降尘室8与第二降尘室9相互分隔；第一降尘室8与内窑5连接，用于收集和处理内窑烟气，第一降尘室8的烟气出口与燃烧室1连接，由燃烧室1对第一降尘室内流出的烟气进行高温燃烧处理。在第一降尘室8与燃烧室1的连接管路上设置第一引风机6和冷凝器14，第一降尘室出来的气体依次经过第一引风机和冷凝器后，进入燃烧室1。
[0058]
第二降尘室9与外窑5连接，用于收集和处理外窑烟气，外窑烟气从烟气通道13流经而后进入第二降尘室9。第二降尘室9与急冷室10连接，急冷室10的气体出口与废气处理系统12连接，在急冷室10与废气处理系统12的连接管路上设置第二风机11。
[0059]
采用本实施例回转窑处理烟气的方法：
[0060]
将回转窑使用过程中产生的内窑烟气直接进入第一降尘室，经第一引风机和冷凝器后，送至燃烧室进行高温燃烧处理；冷凝处理可除去气体中的水蒸汽和部分so2和no
x
；冷
凝后的废气作为新风引入窑头的高温部分进行高温焚烧，从而彻底消除有机废气污染。
[0061]
外窑烟气经烟气通道进入第二降尘室，烟气通道可以将外窑烟气中的热量传递给内窑，还避免了外窑烟气与内窑物料的直接接触。进入第二降尘室的外窑烟气，再经急冷室处理，烟气温度急速降低至200℃以下，部分so2和no
x
可随急冷过程去除，剩余的气体进入废气处理系统，经除尘、脱硫、脱硝等处理后直接排放。
[0062]
该处理方法实现了轻污染烟气与重污染烟气的“清污分流”，方便地实现烟气的分质处理，真正产生严重污染的物料热解废气引入燃烧室进行高温焚烧，从而杜绝二噁英、恶臭等有毒有害污染物随烟气排入大气。
[0063]
相对于现有技术，至少降低了30-40％污染物排放量，吨污泥/危险废物处理成本可降低20-30％，吨污泥/危险废物处理能耗可降低30-40％，污泥资源化利用率>90％，危废资源化利用率>20％。
[0064]
以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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