危险废物的处理方法及装置 【技术领域】
本发明涉及一种危险废弃物处理的方法和装置，特别是一种气、液和固态危险废弃物处理的方法和装置。
背景技术
危险废物是指列入国家危险废物名录，或根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的废物，其具有毒性、易燃性、爆炸性、腐蚀性、化学反应性或传染性。危险废物管理已成为当今世界各国共同面临的重大环境问题。我国是一个发展中国家，工业和经济快速发展，树脂、油漆、有机溶剂、农药以及化学新产品被广泛地应用到各个领域，危险废物的产生量越来越大，不仅种类繁多、性质复杂，且产生源数量分布广泛。据统计，我国近年来危险废物的年产生量大约在4000～6000万吨，虽然其中67％的危险废物得到利用，但利用还不尽合理，有些还会造成二次污染，剩余的危险废物则直接排放到自然环境中，严重威胁到人们身体健康和自然生态环境。
危险废物不同于普通的生活垃圾，随意倾倒或弃置会对周边大片的环境造成不可逆转的危害，因此需要得到及时妥善处理，而危险废物的处理难度和处理成本也比生活垃圾大得多。目前，安全填埋和焚烧是两种采用较多的危险废物处理方式。其中，安全填埋具有投资小、工艺简单、技术成熟及处理费用低的优点，但是由于选址难、占用面积大、填埋的危险废弃物并没有进行无害化处理，残留着大量的危险性物质，还潜伏着沼气重金属污染等隐患，其垃圾渗漏液还会长久地污染地下水资源，因而国内外正在逐步减少直接填埋量。
焚烧由于具有减容量大、占地面积小的优点目前被广泛用于危险废物的处理。特别是高温焚烧，提供了一种最大程度消除危险废物的方法，在废物的减量化、对多种复杂有机物的适应性等许多方面优于其它废物处置方法，是目前解决危险废物污染隐患的一种最有效途径，但是焚烧方式视炉型不同存在着燃烧不均匀，容易合成二噁英类物质的缺点，另外由于焚烧主要利用燃油助燃，容易因一味追求经济效益减少燃油用量而造成有害成份处理不彻底和二次污染的问题。还由于早期国内采用的简易焚烧炉造成严重二次污染及管理水平差等历史原因导致广大市民对焚烧垃圾厂谈虎色变，其选址困难也是危险废物焚烧面临的普遍问题。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种危险废物的处理方法及装置，要解决的技术问题是避免二噁英类二次污染物形成，且能一次性无害化处理气、液及固态危险废物。
本发明采用一下技术方案：一种危险废物的处理方法，包括以下步骤：一、气态、液态或粒度小于5mm的粉末状有机废物通过2～15bar的压力，或与2～7bar压缩空气形成二流体雾化形式，喷入等离子体区域，经过微秒级的时间，产生小分子可燃物；二、小分子可燃物进入旋转二燃室继续燃烧，旋转二燃室内温度不低于1200℃，燃烧烟气停留时间不小于2秒，旋转二燃室保持室体头部朝上尾部朝下倾斜设置，其坡度为3％～5％，以小于5r/min的速度旋转，燃烧后的无机物至旋转二燃室尾部的出料口排出，然后废气进入尾气净化系统经急冷、除尘、脱酸和过滤处理后经烟囱排放。
本发明的方法等离子体区温度在2000℃以上。
本发明的方法旋转二燃室内温度不低于1200℃，采用通入可燃气与氧气的混合气体进行燃烧来维持。
本发明的方法小分子可燃气体进入旋转二燃室时，加入经破碎后粒度为100mm以下的有机或/和无机固体废弃物颗粒。
本发明的方法固体废物在20-150Pa的条件下燃烧时间不小于2秒。
一种危险废物的处理方法，包括以下步骤：一、等离子体炬向旋转二燃室头部产生等离子体；二、旋转二燃室内加入经破碎后粒度为100mm以下的有机或/和无机固体废弃物颗粒，旋转二燃室内温度不低于1200℃，燃烧烟气停留时间不小于2秒，旋转二燃室保持室体头部朝上尾部朝下倾斜设置，其坡度为3％～5％，以小于5r/min的速度旋转，燃烧后的无机物至旋转二燃室尾部的出料口排出，然后废气进入尾气净化系统经急冷、除尘、脱酸和过滤处理后经烟囱排放。
本发明的方法旋转二燃室内温度不低于1200℃，采用通入可燃气与氧气的混合气体进行燃烧来维持。
本发明的方法固体废物在20-150Pa的压力条件下燃烧时间不小于2秒。
一种危险废物的处理装置，所述危险废物的处理方法装置由等离子体反应器与旋转二燃室连接构成，等离子体反应器的出口与旋转二燃室的头部入口相连通；所述等离子体反应器连接有喷枪、一至三个离子体炬喷头，喷枪的延伸轴线与等离子体炬的炬心相交于等离子体反应器的中心；所述旋转二燃室由室体和传动机构组成，所述室体由室体部分、头部及尾部连接构成，所述头部上部设有进料口，所述尾部上部出口经尾气净化系统连接引风机，下部设有出料口，所述头部连接有燃烧器，头部内壁设有布风管，布风管经管道连接引风机，所述室体头部朝上尾部朝下倾斜设置，坡度为3％～5％；所述传动机构驱动室体部分以小于5r/min的速度旋转。
本发明的述等离子体反应器连接有第一热电偶，等离子体反应器的出口结构为渐缩地喇叭口；所述头部连接有第一压力变送器，尾部连接有第二压力变送器，所述头部连接有第二热电偶，尾部连接有第三热电偶，所述头部下部连接有火焰监测器；所述布风管为环状管或双排结构，其上连接有进风口和出风口。
本发明与现有技术相比，采用等离子体热解和燃烧组合作为危险废物的处理反应器，处理效率高，不会产生二次污染，可以有效处理液、气及固态等各种状态的危险废物。
【附图说明】
图1是本发明等离子体反应器的纵向剖面图。
图2是本发明装置的旋转二燃室的纵向剖面图。
图3是本发明装置的旋转二燃室的左视示意图。
图4是本发明装置的环管式布风管的立体图。
图5是本发明装置的双排式布风管的立体图。
图6是本发明装置的双层插板阀的主视图。
图7是图6的俯视图。
图8是本发明装置的纵向剖面结构示意图。
图9是含氯有机物燃烧链式反应图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。本发明的危险废物的处理方法，包括以下步骤：
一、气态、液态或粒度小于5mm的粉末状有机废物通过2～15bar左右的压力(1bar＝100,000Pa＝10牛顿/平方厘米)，或与2～7bar压缩空气形成二流体雾化形式，喷入等离子体区域，等离子体区温度在2000℃以上，经过微秒级的时间，有机废物在等离子体区发生裂解反应，产生小分子可燃物。以最难降解的含氯有机物说明其作用机理，如图9所示，常规燃烧为链式反应，可燃废物在O2作用下，分子链中较弱的键首先断裂产生自由基，继而通过一系列自由基的链式反应不断地将废物降解转化为CO2和H2O等无害成分。在此过程中高反应活性的自由基OH·和H·对彻底迅速地摧毁废物起到至关重要的作用。在高温环境中含氯有机废物受热分解产生含氯元素的气相物质，它能按图9所示参与燃烧链式反应中，不断地捕获自由基OH·和H·，并促进·O·、OH·和H·的复合，新产生的自由基Cl·活性很低，从而中断了燃烧链式反应。因此Cl往往作为灭火剂的主要成分，用焚烧的方式处理此有机物时必须加入大量的辅助燃料将其温度升高至1200℃以上，而等离子体则不依赖于自由基的存在，高度电离化的气体产生的高温瞬间能将有机物迅速裂解为无毒的小分子物质。引入等离子体区的等离子体炬带入部分空气，有机废物反应后的产物为小分子可燃物H2、CO、烷烃、烯烃和少量炭黑。
二、等离子体反应器产生的小分子可燃物进入旋转二燃室继续燃烧，经破碎后粒度为100mm以下的有机或/和无机固体废弃物，直接进入旋转二燃室，通过旋转二燃室头部的布风管，通入可燃气与氧气的混合气体进行燃烧，使旋转二燃室内温度不低于1200℃，固体废物在20-150Pa的微负压条件下燃烧，一方面为减少能量损失，另一方面防止有害气体向外界泄露。旋转二燃室保持室体头部朝上尾部朝下倾斜设置，旋转二燃室的长度和直径视废弃物处理量而定，保证烟气停留时间不小于2s，其坡度为3％～5％，以小于5r/min的速度旋转，使有机物经旋动搅拌在旋转二燃室内充分燃烧，燃烧后的无机物至旋转二燃室尾部的出料口排出，废气进入尾气净化系统，按现有技术经急冷、除尘、脱酸和过滤处理后经烟囱达标排放。
如果仅有步骤一的气态、液态或粉末态的有机物，采用等离子体热解反应器与旋转二燃室组合的方式处理。如果仅有步骤二的固体废弃物而无步骤一的有机物，则不需要采用等离子体反应器，等离子体炬直接替代旋转二燃室头部的燃烧器，提供废弃物处理所需能量。
通过调节引风机频率从而调节旋转二燃室内的负压，避免废气向环境不可控泄露。
由于等离子体反应器内产生的主要产物H2、CO的火焰温度比燃油高的多，因此更有利于投入旋转二燃室的固体有机物充分反应，且等离子体炬不同于燃烧机，不仅局部高温能使有机物在极短时间内裂解，其中产生的自由基还能抑制二噁英类二次污染物质的合成甚至能分解已有的二噁英类物质。
固体废物在旋转二燃室内边旋转边反应，搅拌充分，燃烧效果良好。经过高温处理后残渣从尾部出料口排出，尾气进入净化系统，按现有技术方法经急冷、除尘、脱酸和过滤进一步处理后达标排放，从而一次性无害化处理气态、液态和固态危险废物。
如图8所示，本发明的危险废物的处理装置，由等离子体反应器1与旋转二燃室5连接构成，等离子体反应器1的出口与旋转二燃室5的头部入口相连通。
如图1所示，等离子体反应器1由碳钢外壳、外壳外部的保温棉及外壳内的防腐耐高温的耐火材料内衬组成，碳钢厚度根据室体的长度与内径的比例按低压容器的现有技术规范来选取，保温棉厚度不小于20mm，内衬采用碳化硅、石墨等能在还原或贫氧气氛下使用且能耐受骤热的耐火材料，厚度为不小于20mm。等离子体反应器1连接有喷枪2、离子体炬3喷头和第一热电偶4。为防止等离子体炬3的火焰烧等离子体反应器1壁，喷枪2的延伸轴线与等离子体炬3的炬心相交于等离子体反应器1的中心，等离子体炬3可根据需要设置一个至三个。为了防止工作过程中生成的少量炭黑在等离子体反应器1内沉积，等离子体反应器1的出口结构为渐缩的喇叭口，有利于提高风速，从而将炭黑带出等离子体反应器1。第一热电偶4用于监测等离子体反应器1内的温度。气、液态和粉末状有机废物通过喷枪2喷入有耐火防腐内衬的等离子体反应器1内，在等离子体炬3炬心附近在3000℃以上高温区发生反应。如果在绝氧情况下反应，生成的产物主要为C、H2、CO、烷烃和烯烃，大量的炭黑容易在等离子体反应器1内沉积而导致堵塞，由于等离子体炬3带入部分空气，使大部分C生成CO，贫氧环境的产物主要为CO、H2、烷烃、烯烃及少量炭黑。
如图2和图3所示，旋转二燃室5由室体和传动机构6组成，室体由室体部分5-1、头部5-2及尾部5-3连接构成。头部5-2上部设有进料口7，尾部5-3上部出口经尾气净化系统16连接引风机17，下部设有出料口8。头部5-2连接有燃烧器9。头部5-2连接有第一压力变送器10，尾部5-3连接有第二压力变送器12。头部5-2连接有第二热电偶11，尾部5-3连接有第三热电偶13。头部5-2下部连接有火焰监测器14，头部5-2内壁设有布风管15，布风管15经管道连接引风机17。室体部分、头部及尾部采用钢桶，其厚度根据室体的长度与内径的比例按低压容器的现有技术规范来选取，内衬耐火高铝材料，整个室体能够承受1400°高温及氧化环境，以确保旋转二燃室5长期连续运行。室体头部朝上尾部朝下倾斜设置，坡度为3％～5％，其长度视处理量而定，确保烟气停留时间不小于2s，室体5-1安装在轴承5-4上，在传动机构6的动力作用下以小于5r/min的速度慢速旋转，传动机构6采用电机和减速机构。旋转二燃室5为顺流布置，即危险废物物料与来自等离子体反应器的烟气气体流动方向沿F方向一致，均从头部往尾部方向流动。固体废弃物由进料口7进入旋转二燃室，由于旋转二燃室本身有3％～5％的坡度，有机废物在此螺旋前进并氧化燃烧，无机废物成为残渣后从尾部出料口8排出。
旋转二燃室5内的工况是可控的，为了保持室体内温度一直工作在不低于1200℃，通过第二热电偶11和第三热电偶13监测室体内部温度，当温度低于此温度时，采用轻油燃烧器9补充热量，确保有机废物在此充分燃烧。通过第一压力变送器10及第二压力变送器12监测室体内部压力，调整引风机17的频率使其保持在20-150Pa的微负压，一方面减少能量损失，另一方面防止有害气体向外界泄露。通过火焰检测器14准确判断旋转二燃室5内的燃烧情况，保持旋转二燃室5内工况稳定。旋转二燃室5头部设有布风管15，通入可燃气与氧气的混合气体进行燃烧，使等离子体反应器1生成的可燃气体在头部充分燃烧，其热量可供固体废物燃烧，产生的烟气通过尾气净化系统16净化后由引风机17抽至烟囱排放。
如图4所示，布风管15为环状管，其上连接有进风口18和出风口19，出风口19沿周向排列，以利于室内燃烧充分。布风管15用碳钢材料制成，为了防止烧蚀，整体需要埋入耐火材料中，出风口19与耐火材料内缘平齐。
如图5所示，布风管15为双排结构，每排上连接有进风口18和出风口19，出风口19沿直线排列，以利于室内燃烧充分。布风管15用碳钢材料制成，为了防止烧蚀，整体需要埋入耐火材料中，出风口19与耐火材料内缘平齐。
如图6和图7所示，进料口7及出料口8设有气动双层插板阀。气动双层插板阀包括带有连接法兰20的阀体22、设在阀体22内的阀板21，阀板21的开启采用气缸26驱动。连接阀板21的阀杆24经密封座23、连接套25连接气缸26。阀体22连接有阀体框架29，阀体框架29上安装气缸固定支架27，气缸26固定在气缸固定支架27上。阀杆24外套有套管28。采用气动双层插板阀的目的是可以减少不可控的进气量，防止旋转二燃室5工况不稳定时投料导致内部火焰外窜，再者，在出料口处发生熔融物粘在阀板21上的情况时可凭借插板退回时的冲量将其清除。
实施例1，等离子体源的功率调节范围为60～180kW，喷枪液体流量为21/min或粉末2kg/min，等离子体反应器尺寸为Ф430×950mm，等离子体反应器的出口内径为Ф200mm，旋转二燃室室体为圆筒状，尺寸为Ф1600×6000mm，燃烧器采用北京百得燃烧器技术有限公司BTL 14型燃烧器，火焰监测器采用烟台海融电力技术有限公司的LY2000型火焰监测器，压力变送器采用厦门安东电子有限公司LU-CDRS型压力变送器，热电偶采用S分度铂铑-铂装配型，进料口口径为为Ф200mm，出料口尺寸为250×250mm，尾气净化系统采用福州绿杰环保工程有限公司8T急冷系统、江苏康洁环境工程有限公司LQMC-32×5型布袋除尘系统、苏州艾特斯环保材料有限公司SCR-FMV-50X型填料脱酸系统和VOC-FMH-50型固定碳床吸附系统组合而成，引风机采用台湾顶裕科技股份有限公司XS007型风机。