一种有机固废和含铁固废的协同处理工艺

1.本发明涉及一种固废处理工艺，尤其是一种有机固废和含铁固废的协同处理工艺。


背景技术：

2.在钢铁企业的生产过程中，会产生大量含铁粉尘，这些含铁粉尘作为待处理的含铁固废，当前主要通过返回烧结的粗放型回收利用方式进行处理，但这种方式会对高炉的顺行产生不利影响。为了更有效地对含铁固废进行处理，目前已经逐渐发展出了回转窑工艺、转底炉工艺、oxycup工艺、dk工艺等多种处理方式，然而，这些工艺虽然都能在一定程度上回收含铁固废，但都存在一定不足。其中，回转窑工艺对于原料的要求高，能耗较高，易结圈，生产运行的稳定难度大，处理规模有限；转底炉工艺主要产品为金属化球团，但是产品中硫的质量分数较高，生产效率低，投资大，且占地面积大；oxycup工艺的产品为铁水，可处理的含铁固废范围较广，但是设备运行周期短，维修工作量大；dk工艺操作简单，应用较为成熟，产品为铁水，但是需要烧结，带来了高污染和高能耗。
3.除含铁固废外，有机固废也是一类常见的固体废弃物，且有机固废大多是富含c、h、o等元素的可燃物，具有一定的化学能，通过适当的手段进行处理，可以有效回收有机固废中的热量。此外，有机固废通过热解、气化过程会产生大量co、h2等优质还原性气体，能够为我国钢铁行业发展直接还原、绿色炼铁新技术提供优质的还原介质，对我国钢铁行业低碳、绿色发展具有重要的意义。基于此，研发有机固废制气工艺和技术，不仅有助于有机固废的资源化高效处理，还有助于推动钢铁行业节能减碳，意义重大。
4.公开号为cn113151675a的专利申请提供了一种固废协同烧结、球团的处置工艺，通过将有机固废、含铁固废进行热解工序和/或焚烧工序，得到固废渣，再对固废渣进行筛分处理，使粗粒径固废渣与烧结原料混合输送至烧结工序，细粒径固废渣与球团原料混合输送至球团工序，为实现多种固废的全流程处置提供新的途径，并在保证烧结矿和球团矿品质的前提下消除固废对环境的影响和二次污染的风险。然而，虽然该工艺能够同时对有机固废和含铁固废进行处理，但其无法充分发挥有机固废与含铁固废间的相互协同作用，处理效率较低；且其焚烧工序和/或热解工序均通过热处理回转窑进行，整体工艺较为复杂、能耗较高。如何在保证环境友好的基础上高效充分地回收利用含铁固废、有机固废的有价元素和热能，仍是当前亟待解决的问题。
5.有鉴于此，有必要设计一种改进的含铁固废处理工艺，通过引入有机固废作为热源对含铁固废进行协同处理，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是提供一种有机固废和含铁固废的协同处理工艺，以实现对固废的高效资源化利用。
7.为解决上述技术问题，本发明所采取的工艺步骤为：
s1、将质量比(2～4):(6～8)的含铁固废与有机固废喷入固废处理炉内的铁浴熔池中，并通入氧气，以有机固废为热源进行热解还原；生成铁水和炉渣，同时排出炉气；所述有机固废与含铁固废喷入到铁水上部的熔渣层中；s2、所述炉气经分离、净化处理，得到富锌粉尘和合成气；s3、上述炉渣中加入造渣剂，将炉渣的碱度调节至预定范围后进行收集。
8.本发明所述步骤s1中，冶炼温度为1400～1600℃。
9.本发明所述氧气通入到熔渣层的上方。
10.本发明所述步骤s1中，有机固废的粒度≤3mm。
11.本发明所述步骤s3中，将炉渣的碱度调节至1.1～1.3。
12.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1）本发明将有机固废与含铁固废喷入固废处理炉中，在铁浴条件下进行热解还原处理，既能够利用铁浴熔池的高温将含铁固废中易挥发的锌元素与铁元素分离，实现多金属元素的高效分离与增值利用，又能够同时协同处理有机固废，使有机固废快速转化为co、h2等小分子气体，实现对有机固废和含铁固废的高效资源化利用。
13.（2）本发明通过对有机固废和含铁固废进行协同处理，不仅能够同时处理两种固废，还能够将有机固废作为含铁固废处理过程的热源，无需再额外添加燃料，炉体也可以根据钢铁企业淘汰的旧转炉或旧高炉改造得到，在有效降低处理成本的同时还提高了资源的利用效率，并实现了资产的保值和增值。基于本发明提供的固废处理方法，能够有效利用有机固废协同处理含铁固废，并产出铁水、富锌粉尘和富含co、h2的合成气，该合成气可以作为工业原料或工业煤气使用，其热量也可以有效回收后用于锅炉发电和原料干燥，实现对资源的高效利用。
14.（3）本发明通过进一步将有机固废喷枪和含铁固废喷枪的输出端插入铁水上的熔渣层中，能够使二次燃烧在熔渣层中进行，而不是在熔渣层上方的自由空间中，从而使燃烧热量直接被炉渣吸收；不仅具有更高的热利用效率，也使燃烧热量更容易传递给铁水，有效维持熔池温度和热量平衡，且进一步提高了有机固废和含铁固废的反应速率，有效减少了焦油等难处理成分的产生，提高了合成气的品质，以满足实际应用的需求。
15.（4）本发明通过将有机固废与含铁固废喷入固废处理炉的铁浴中进行热解还原，有效提取含铁固废中的铁元素产出铁水，并对产生的炉气进行显热回收及分离净化处理，得到富锌粉尘和合成气。通过上述方式，本发明不仅能够同时处理两种固废，还能够将有机固废作为含铁固废处理过程的热源，从而有效利用有机固废协同处理含铁固废，并产出铁水、富锌粉尘和富含co、h2的合成气，且反应速率快、产物品质高，实现了对有机固废和含铁固废的高效资源化利用，具有较高的实际应用价值。
附图说明
16.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
17.图1是本发明的工艺流程示意图；图2是本发明所采用固废处理系统的结构示意图。
18.图中：11、给料装置；12、干燥装置；13、粉碎装置；14、筛分装置；15、料仓；16、称量装置；17、混合仓；18、中间罐；21、含铁固废喷吹罐；22、含铁固废喷枪；23、有机固废喷吹罐；
24、有机固废喷枪；25、氮气罐；31、炉体；311、渣铁出口；32、铁水；33、熔渣层；34、氧气罐；35、氧枪；36、造渣剂添加机构；41、汽化冷却烟道；42、烟气转化装置；43、余热锅炉；44、除尘装置；441、富锌粉储存装置；45、净化装置；451、储气装置；46、发电机组；47、粒化塔；48、渣水换热站。
具体实施方式
19.图1所示，本有机固废和含铁固废的协同处理工艺的工艺步骤如下所述：s1：将待处理的有机固废干燥、破碎后进行筛分处理，得到预定粒度的有机固废。所述有机固废为生物质、废塑料、废橡胶和泡沫棉中的一种或多种混合；所述有机固废的预定粒度为粒度≤3mm；最好采用流化床进行干燥、采用细碎机进行破碎。
20.s2、将有机固废与含铁固废喷入固废处理炉内的铁浴中，并通入氧气，以有机固废为热源进行热解还原；生成铁水和炉渣，同时排出炉气。所述含铁固废为一种或多种含铁除尘灰；所述有机固废、含铁固废和氧气分别通过有机固废喷枪、含铁固废喷枪和氧枪从固废处理炉的炉顶喷入；所述有机固废喷枪和含铁固废喷枪的输入端均与氮气罐连通，输出端均插入铁水上部熔渣层中，使有机固废和含铁固废粉体以氮气为载气，喷吹入熔渣层中；氧枪的输入端与氧气罐连通，输出端则位于熔渣层的上方。通过这样的设置方式，不仅能够避免两种固废混合喷吹时存在的物料偏析问题，还能够使二次燃烧在熔渣层中进行，而不是在熔渣层上方的自由空间中，从而使燃烧热量直接被炉渣吸收，不仅具有更高的热利用效率，也使燃烧热量更容易传递给铁水，有效维持熔池温度和热量平衡，且进一步提高了有机固废和含铁固废的反应速率，有效减少了焦油等难处理成分的产生，有利于提高最终得到的合成气的品质。
21.所述含铁固废和有机固废喷入固废处理炉中，含铁固废:有机固废=(2～4):(6～8)质量比，固废处理炉内的冶炼温度为1400～1600℃。从而有效利用有机固废作为含铁固废处理过程的热源，不需要再额外添加燃料即可使含铁固废高速反应，使含铁固废中的铁元素进入铁水，锌、铅等易挥发的重金属元素则与铁元素分离，随炉气排出。
22.s3、所述步骤s2排出的炉气进行显热回收，并通过分离、净化处理，得到富锌粉尘和合成气。所述炉气进行烟气转化后利用余热锅炉进行显热回收，采用除尘装置和净化装置进行分离和净化处理；所述除尘装置为旋风除尘器或布袋除尘器；所述除尘装置收集的粉尘为富锌粉尘；所述合成气中co和h2的体积占合成气总体积的55%～65%。
23.其中，经余热锅炉回收的热量可以用于锅炉发电和步骤s1中的干燥处理。得到的合成气输入储气柜中保存，以便作为工业原料或工业煤气使用。
24.s4、向固废处理炉内的炉渣中加入造渣剂，将炉渣的碱度调节至预定范围后，对炉渣进行收集与处理。所述炉渣的碱度调节至1.1～1.3，造渣剂最好为石灰石。所述固废处理炉内的铁水和炉渣定期排放，以进行收集。其中，排出的铁水可以用于转炉冶炼或生铁铸造，排出的炉渣可以通过粒化塔进行粒化处理，处理后的炉渣可以再用于水泥制造。
25.本有机固废和含铁固废的协同处理工艺采用基于铁浴热解的固废处理系统进行处理；如图2所示，固废处理系统包括固废喷吹单元、铁浴热解单元和回收单元；所述铁浴热解单元包括内部盛有铁水32的炉体31以及与炉体31内的上部空腔连通的氧气输送组件；所述固废喷吹单元包括分别连通炉体31内腔的含铁固废喷吹组件和有机固废喷吹组件；所述
回收单元包括分别连通炉体31的烟气回收组件和炉渣回收组件。
26.所述固废处理系统的含铁固废喷吹组件包括含铁固废喷吹罐21和含铁固废喷枪22，铁固废喷吹罐21与含铁固废喷枪22连通；所述有机固废喷吹组件包括有机固废喷吹罐23和有机固废喷枪24，有机固废喷吹罐23与有机固废喷枪24连通；所述含铁固废喷枪22和有机固废喷枪24的输出端均插入到铁水的熔渣层33中。所述含铁固废喷吹罐21和有机固废喷吹罐23均连通的有氮气罐25。
27.所述固废处理系统的氧气输送组件包括氧气罐34和氧枪35，所述氧气罐34与氧枪35连通；所述氧枪35的输出端位于熔渣层33上方的炉体31内。还包括造渣剂添加机构36，用于将造渣剂加入炉体31中。
28.所述固废处理系统的烟气回收组件包括与炉体31的顶部连通的烟气转化装置42，以及烟气转化装置42的输出端依次连通的余热锅炉43、除尘装置44和净化装置45。所述烟气转化装置42通过汽化冷却烟道41与炉体31顶部连通。所述余热锅炉43还与发电机组46和有机固废预处理组件中的干燥装置12分别连通。所述除尘装置44的粉料输出端与富锌粉储存装置441连通。所述净化装置45的输出端则与储气装置451连通。
29.所述固废处理系统还包括固废预处理单元；所述固废预处理单元包括至少一组有机固废预处理组件和有机固废混合组件；所述有机固废预处理组件通过有机固废混合组件与有机固废喷吹组件连通。每组有机固废预处理组件均包括依次连通的给料装置11、干燥装置12、粉碎装置13、筛分装置14、料仓15和称量装置16；所述称量装置16与有机固废混合组件连通。
30.所述固废处理系统的有机固废混合组件包括混合仓17和中间罐18；所述混合仓17与有机固废预处理组件连通，中间罐18的输出端与有机固废喷吹罐23连通。
31.所述固废处理系统还包括炉渣回收组件；炉渣回收组件包括与炉体31的渣铁出口311连通的粒化塔47，以及与粒化塔47连通的渣水换热站48。
32.实施例1：本有机固废和含铁固废的协同处理工艺采用下述具体工艺。
33.s1、使用的有机固废为生物质、废塑料和泡沫棉三种物料，每种物料通过流化床进行干燥、并通过细碎机进行破碎，筛分；将各物料称量后按质量比1:1:1加入混合仓中充分混合后再进行喷吹。
34.s2、使用的含铁固废为电炉除尘灰；将步骤s1得到的有机固废与含铁固废、氧气分别通过有机固废喷枪、含铁固废喷枪和氧枪从固废处理炉的炉顶喷入炉内的铁浴中，进行热解还原，生成铁水和炉渣，同时排出炉气；所述有机固废和含铁固废粉体以氮气为载气，喷吹入熔渣层中；含铁固废和有机固废的质量比为3:7，并使固废处理炉内的冶炼温度为1500℃；生成的炉气温度可达1500℃。
35.s3、收集步骤s2得到的炉气，对该炉气进行烟气转化后利用余热锅炉进行显热回收，并将显热回收后得到的烟气依次通过布袋除尘器和煤气净化塔进行分离、净化处理，得到富锌粉尘和合成气。
36.s4、向固废处理炉中加入石灰石作为造渣剂，将炉渣的碱度调节至1.2，并通过位于固废处理炉侧壁的渣铁出口定期排放铁水和炉渣。
37.通过上述方法，本实施例实现了对有机固废和含铁固废的协同处理，并产出了铁水、富锌粉尘和富含co、h2的合成气。经测试，本实施例步骤s3中收集到的富锌粉尘和合成
气中的主要组成如表1、表2所示。
38.表1：富锌粉尘的组成
39.表2：合成气的组成
40.由表1、表2可以看出，本实施例提供的方法在高效处理有机固废和含铁固废的同时，还能够有效回收含铁固废中的锌元素，并收集到富含co、h2的合成气，以使其能够满足实际应用的需求。
41.对比例1：本对比例提供了一种有机固废为热源的含铁固废协同处理工艺，与实施例1相比，不同之处在于有机固废喷枪和含铁固废喷枪的输出端均未插入熔渣层中。该对比例的其余步骤均与实施例1一致，在此不再赘述。
42.经测试，本对比例提供的方法在实际应用时，存在部分有机固废热解不完全的问题，且最终收集到的富锌粉尘中的锌含量为30.4%，合成气中co和h2的总体积占比为40.1%，合成气的热值较低。
43.实施例2～3及对比例2～3：实施例2～3及对比例2～3分别提供了一种有机固废为热源的含铁固废协同处理工艺，与实施例1相比，不同之处在于改变了步骤s2中喷入固废处理炉中的含铁固废和有机固废的质量比，各实施例及对比例中的相应质量比及其产物成分如表3所示，其余步骤均与实施例1一致，在此不再赘述。
44.表3：实施例2～3及对比例2～3中固废的质量比及其产物成分
45.结合各实施例及对比例的实际应用情况及表3中的数据可以看出，当含铁固废的相对含量过低时，较难对含铁固废中的锌进行有效富集，导致收集到的富锌粉尘中含锌率较低；但当含铁固废的相对含量过高时，收集到的合成气中co和h2的体积占比减少，导致合成气热值降低。基于此，本工艺通过进一步将含铁固废和有机固废的质量比控制在(2～4):(6～8)，能够更有效地发挥两种固废间的相互协同作用，并获得高品质的产物，以满足实际应用的需求。
46.综上所述，本协同处理工艺通过将待处理的有机固废干燥、破碎后筛分至预定粒度，再将其与含铁固废喷入固废处理炉的铁浴中进行热解还原，有效提取含铁固废中的铁元素产出铁水，并对产生的炉气进行显热回收及分离净化处理，得到富锌粉尘和合成气。通过上述方式，本协同处理工艺不仅能够同时处理两种固废，还能够将有机固废作为含铁固废处理过程的热源，从而有效利用有机固废协同处理含铁固废，并产出铁水、富锌粉尘和富含co、h2的合成气，且反应速率快、产物品质高，实现了对有机固废和含铁固废的高效资源化利用，具有较高的实际应用价值。

技术特征：
1.一种有机固废和含铁固废的协同处理工艺，其特征在于，其工艺步骤为：s1、将质量比(2～4):(6～8)的含铁固废与有机固废喷入固废处理炉内的铁浴熔池中，并通入氧气，以有机固废为热源进行热解还原；生成铁水和炉渣，同时排出炉气；所述有机固废与含铁固废喷入到铁水上部的熔渣层中；s2、所述炉气经分离、净化处理，得到富锌粉尘和合成气；s3、上述炉渣中加入造渣剂，将炉渣的碱度调节至预定范围后进行收集。2.根据权利要求1所述的一种有机固废和含铁固废的协同处理工艺，其特征在于：所述步骤s1中，冶炼温度为1400～1600℃。3.根据权利要求1所述的一种有机固废和含铁固废的协同处理工艺，其特征在于：所述氧气通入到熔渣层的上方。4.根据权利要求1所述的一种有机固废和含铁固废的协同处理工艺，其特征在于：所述步骤s1中，有机固废的粒度≤3mm。5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种有机固废和含铁固废的协同处理工艺，其特征在于：所述步骤s3中，将炉渣的碱度调节至1.1～1.3。

技术总结
本发明公开了一种有机固废和含铁固废的协同处理工艺，工艺步骤为：S1、将质量比(2～4):(6～8)的含铁固废与有机固废喷入固废处理炉内的铁浴熔池中，并通入氧气，以有机固废为热源进行热解还原；生成铁水和炉渣，同时排出炉气；所述有机固废与含铁固废喷入到铁水上部的熔渣层中；S2、所述炉气经分离、净化处理，得到富锌粉尘和合成气；S3、上述炉渣中加入造渣剂，将炉渣的碱度调节至预定范围后进行收集。本工艺基于一种基于铁浴热解的固废处理系统，将有机固废与含铁固废在铁浴条件下进行热解还原处理，既能够利用铁浴熔池的高温将含铁固废中易挥发的锌元素与铁元素分离，实现多金属元素的高效分离与增值利用，又能够同时协同处理有机固废，实现对有机固废和含铁固废的高效资源化利用。资源化利用。资源化利用。


技术研发人员：谷凤龙 张建良 刘少阳 徐润生 屈明友 鞠凯 刘征建 尉继勇 杨楠 韩会峰 王佩
受保护的技术使用者：北京科技大学 河钢集团有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/31