CN102141249A - 固废焚烧处理系统及其处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固废焚烧处理系统，属于钻井固废处理技术，主要解决了现有技术中固废处理不彻底、容易造成环境污染的问题。该固废焚烧处理系统包括依次连接的送料系统、焚烧系统和尾气处理系统，在该焚烧系统的下端还设置有与焚烧系统连为一体的卸料系统。本发明还提供了一种上述固废焚烧处理系统的处理工艺，结合上述焚烧处理系统，不仅解决了现有技术中存在的问题，避免了固废处理对环境的污染问题，还实现了废物的二次利用，使本发明具有了很高的实用价值和推广价值。

Description

固废焚烧处理系统及其处理工艺

 

技术领域

本发明涉及一种固体废物处理系统，具体地说，是涉及一种钻井固废焚烧处理系统及其处理工艺。

背景技术

随着天然气气田勘探开发力度的不断加大，钻井固体废物（以下简称固废）的产生量也随之增加。钻井固废是一种含粘土、加重材料、各种化学处理剂、污水及钻井岩屑的多相稳定胶态悬浮物体，其污染成分极为复杂。

目前，国内处理上述钻井固废的工艺为传统的固化法治理工艺，该工艺是一种稳定化处理技术，一般以水泥为主材料，将钻井泥浆中的污染物成分通过物理变化进行束缚、稳定或包容，以减小废物的可迁移性和溶解性。固化后的固废采取就地填埋措施，并通过周边土壤的自净作用来逐步消除其对环境的影响。但该治理工艺在南方地区，特别是南方山区的治理效果并不理想，环境问题十分突出，主要表现在以下几个方面：

一、随着时间的推移和雨水的淋滤，固化物中的包裹体可能逐步脱稳，污染物质将随雨水进入周围土壤，造成土壤、地表水和地下水污染。

二、在后期处置方式上存在极大的局限性。首先，固化后的固废虽然其浸出液短期内能满足环保相关标准，但是堆存或填埋后产生的渗滤液仍然会对环境产生较大的影响或污染；其次，天然气钻井地处山区，固化后的固废无土地可填埋，无法发挥土壤的自我净化能力，使得固废中的污染物难以消除。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固废焚烧处理系统，解决现有技术中钻井固废处理不彻底、容易造成环境污染等问题，同时，实现固废的二次利用，提高资源的循环利用率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

固废焚烧处理系统，其特征在于，包括依次连接的送料系统、焚烧系统和尾气处理系统，在该焚烧系统的下端还设置有与焚烧系统连为一体的卸料系统。

具体地说，所述送料系统包括料仓、斗式提升机、设置于焚烧系统上端中央的布料机，以及前端伸入料仓内部、后端与斗式提升机的进料口连接的第一传输装置，和前端位于斗式提升机的出料口正下方、后端位于布料机正上方的第二传输装置；其中，所述料仓顶部还设置有固废入口和燃料入口，且该固废入口与燃料入口均位于第一传输装置前端的正上方。

所述焚烧系统包括焚烧炉，该焚烧炉为空心圆柱体，其内壁设置有耐火层。

所述卸料系统包括设置于焚烧炉底部的破碎装置、与该破碎装置底部连接的料封卸料槽、与该料封卸料槽下端连接的第三传输装置、与该料封卸料槽侧壁连接的鼓风装置，以及控制料封卸料槽开启与关闭的控制系统。

所述尾气处理系统包括通过排放管道与焚烧炉连接的脉冲除尘器，以及用于换热与吸收有毒物质的喷淋吸收系统；该喷淋吸收系统主要由与脉冲除尘器连接的喷淋室、通过回流管与该喷淋室下端连接的储液池，和一端伸入喷淋室上端内部、另一端于喷淋室外部连接一水泵的导管组成，且所述储液池还通过输送管与所述水泵连接，而所述导管伸入喷淋室内部的一端侧壁上还设置有喷淋孔。

基于上述处理系统，本发明还提供了一种固废焚烧处理工艺，包括以下步骤：（1）将固废与燃料送入料仓中混合，形成固废混合物，并通过斗式提升机输送至焚烧炉中；（2）焚烧炉对进入其内部的固废混合物进行预热、焚烧之后，生成固态产物和气态产物；（3）固态产物经冷却后进入破碎装置破碎，最后由料封卸料槽卸料；气态产物通过尾气处理系统中的脉冲除尘器除尘后，通过喷淋吸收系统同时进行换热与吸收有毒物质；（4）气态产物经过尾气处理系统处理之后排放至大气。

进一步地，所述步骤（1）中形成固废混合物的固废与燃料的质量比为85：15。

再进一步地，所述步骤（2）中固废混合物的焚烧方法为：采用半干法在1300℃的温度下焚烧30分钟。

更进一步地，所述步骤（3）中固态产物卸料时的温度低于200℃，且固态产物的冷却是由鼓风装置引入的经料封卸料槽向上流动的冷风实现的；步骤（3）中喷淋吸收系统同时进行换热与吸收有毒物质的步骤如下：a.启动水泵，使储液池内的吸收剂进入导管，并从导管端部的喷淋孔喷出；b.气态产物进入喷淋室下端后，自下而上逐渐上升，与喷淋孔喷出的吸收剂接触，在吸收气态产物中有毒物质的同时降低其温度，完成换热；c.气态产物经过换热与吸收有毒物质之后，从喷淋室的顶部排放至大气，而喷淋孔喷出的吸收剂在下降至喷淋室下端后沿回流管进入储液池。

本发明的设计原理在于：通过固废与燃料恰当的配比使两者的混合物在焚烧炉中充分焚烧，将固废分离为固态产物与气态产物两大类，其中，固态产物无毒，可进行资源的二次利用，而有毒物质随气态产物一起经过尾气处理后排放至大气中，从而达到防止废气污染、实现废物二次利用的目的。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明原理简单，实现方便，对操作人员无技术要求，适合大规模推广应用。

2.本发明在1300℃的高温下对固废混合物进行了长达30分钟的焚烧，使固废中的有机物得到充分分解、有毒物质充分发生固相反应，保证了固废中有毒物质完全气化，从而与固态产物完全分离，使固态产物二次利用成为可能。

3.本发明不仅通过高温焚烧将固废分离成了固态产物与气态产物，实现了固态产物的无毒化二次利用，还通过尾气处理系统成功去除了气态产物中的有毒物质，防止了气态产物进入大气造成环境污染，解决了现有技术中钻井固废处理不彻底、容易造成环境污染等问题。

4.本发明的处理结果中，固态产物可直接利用，而气态产物直接排放至大气中，无后期维护工作，既节省了人力物力，又实现了废物的再次利用，还避免了环境污染，因此，本发明具有很高的实用价值和推广价值。

5.本发明中焚烧后的固态产物不需要填埋，不占用土地资源，符合国家产业政策和建设生态气田的开发战略，对保护气田生态环境，维护企业和地方良好关系，树立良好企业形象起到了促进作用。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明的流程示意图。

上述附图中，附图标记对应的名称为：1-料仓，2-斗式提升机，3-第一传输装置，4-第二传输装置，5-布料机，6-焚烧炉，7-破碎装置，8-料封卸料槽，9-第三传输装置，10-鼓风装置，11-排放管道，12-脉冲除尘器，13-喷淋室，14-储液池，15-水泵，16-导管，17-引风机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1所示，固废焚烧处理系统，主要由送料系统、焚烧系统、卸料系统和尾气处理系统组成，下面对上述各个系统进行分别说明。

一.送料系统

送料系统主要用于将固废输送至焚烧系统。为了保证固废顺利燃烧，需要在固废进入焚烧系统之前向固废中加入燃料，因此，送料系统中除用于传输的第一传输装置3、第二传输装置4，用于提升固废与燃料水平高度的斗式提升机2，以及用于均匀分布固废与燃料的布料机5以外，还设置有料仓1：用于保证固废与燃料的充分混合，防止固废和燃料飞溅造成浪费和污染。为了方便进料与出料，所述斗式提升机2的下端设置有进料口，上端设置有出料口。

上述第一传输装置3、第二传输装置4均为皮带传输装置，料仓1为顶部设置有两个入口的空心腔体，两个入口分别为固废入口和燃料入口；第一传输装置3前端伸入料仓1内部，并位于固废入口和燃料入口的正下方，其后端与斗式提升机2下端的进料口连接，而斗式提升机2上端的出料口则位于第二传输装置4前端的正上方；第二传输装置4整体位于焚烧系统的上方，且其后端位于焚烧系统的正上方，而布料机5则位于焚烧装置上端中央，正对于第二传输装置4后端，以便于固废和燃料的混合物在自身重力的作用下进入布料机5，进而均匀分布于焚烧系统中。

二.焚烧系统

焚烧系统是整个固废焚烧处理系统的核心，主要用于对固废与燃料的混合物进行高温焚烧。

焚烧系统主要由焚烧炉6构成。焚烧炉6为空心圆柱体结构，由金属材料制成；为提高其耐火性能，在焚烧炉6内壁上设置有耐火材料。具体地说，该耐火材料为磷酸盐。

固废混合物在焚烧炉6内充分焚烧后，分离成固态产物和气态产物。其中，固态产物完全脱毒，可进行二次利用；而气态产物即固废混合物焚烧后的尾气，包含有毒物质，在排放之前，需要进行排毒，以防止大气污染。

三.卸料系统

卸料系统主要用于对焚烧后的固态产物进行粉碎处理，以及将粉碎后的颗粒卸料。本发明还利用该卸料系统实现了向焚烧系统送风，以保证焚烧需要的空气，以及对焚烧产物的冷却。

基于上述用途，卸料系统主要设置了用于粉碎固态产物的破碎装置7、用于卸料和进风的料封卸料槽8，以及用于传输的第三传输装置9，和位于焚烧炉6外部且与料封卸料槽8侧壁连接的鼓风装置10。所述料封卸料槽为一个斜向设置于破碎装置7下方且两端设有开口的空心槽，其上端开口与破碎装置7的出料口连接，而下端开口位于第三传输装置9的上方。当打开料封卸料槽下端开口时，粉碎后的固态产物能够在自身重力作用下沿料封卸料槽8滑落至第三传输装置9，完成卸料。卸料结束后，可根据实际需要，由鼓风装置10向料封卸料槽8鼓入冷风，冷风自下而上经破碎装置进入焚烧炉6的下层，对焚烧后的固态产物进行冷却，进而上升至焚烧炉的中层参与固废混合物的焚烧。在此情况下，料封卸料槽8既为卸料通道，也是进风通道。为避免卸料与进风相互冲突，料封卸料槽8的开启与关闭通过一个由电机与时间继电器组成的控制系统来控制，以实现卸料与进风两个过程交替进行。同时，考虑到料封卸料槽8下端的漏风问题，在卸料结束时，并不完全卸料，而是保留适量的固态产物颗粒于料封卸料槽8的下端，从而提高料封卸料槽8的锁风能力。

在上述装置中，破碎装置7的整体结构类似于倒三角形，其上端与焚烧炉6底部连接，开口较大，而下端与料封卸料槽8连接，开口较小。第三传输装置9为皮带传输装置，粉碎后的固态产物经过料封卸料槽8卸料后，由第三传输装置9输送出去，以备后用。

四.尾气处理系统

尾气处理系统主要用于对固废混合物焚烧后产生的尾气进行除尘、换热和吸收有毒物质。因此，尾气处理系统主要包括用于除尘的脉冲除尘器12，和用于换热、吸收有毒物质的喷淋吸收系统。喷淋吸收系统主要是通过喷淋可吸收有毒物质的吸收剂来实现换热与吸收有毒物质的。

具体地说，上述喷淋吸收系统主要由喷淋室13、储液池14和水泵15组成。喷淋室13是尾气与吸收剂交汇的空间；储液池14是吸收剂的存储装置；而水泵15则用于将储液池14中的吸收剂输送至喷淋室13的上端，以实现喷淋。上述设备的连接关系如下：喷淋室13的下端一侧通过一个引风机17与脉冲除尘器12连接，另一侧通过一根回流管与储液池14连接，而喷淋室13的上端通过一根导管16与水泵15的输出端连接，该导管16一端伸入喷淋室13上端内部，并在该端头的侧壁上开设有多个均匀分布的喷淋孔；在喷淋室13的中部填充有可吸收有毒物质的填料，填料之间存在间隙，既能够保证吸收剂和尾气通过，又能使尾气中的有毒物质与吸收剂反应后生成的产物附着于其上；同时，在喷淋室13的顶部还设置有排放尾气的尾气出口。为了使喷淋室13、储液池14和水泵15三者形成一个吸收剂循环流动的回路，所述水泵15的输入端还连接有一根输送管，该输送管的下端置于储液池14内。

尾气依次经过除尘、换热和吸收有毒物质之后，从喷淋室顶部的尾气出口排放至大气。

下面结合本发明中固废焚烧处理系统的工作过程来对本发明的处理工艺进行详细说明，如图2所示。

第一步：送料。按照质量比85：15的比例调配固废与原煤，并在料仓1中充分混合，形成固废混合物，然后由第一传输装置3输送至斗式提升机2中，斗式提升机2将进入内部的固废混合物提升至焚烧炉6上方，并通过第二传输装置输4送至布料机5。

第二步：焚烧。由于固废中含有13～16%的自然水份，为节省焚烧程序，本发明中焚烧工艺采用半干法焚烧，使固废混合物正好满足焚烧要求。所谓半干法焚烧是指原料在含有一定水分的状态下进行焚烧。固废混合物通过布料机5均匀地送入焚烧炉6内后，在自身重力作用下缓慢向下移动。在移动过程中，首先于焚烧炉6的上层进行焚烧预热，然后至焚烧炉6的中层进行高温焚烧，焚烧温度为1300℃，大约焚烧30分钟之后，固废混合物分离成固态产物和气态产物，其中，固态产物继续下移，进入冷却阶段，而气态产物则上升，通过排放管道11进入尾气处理系统。当固态产物下移至焚烧炉6底部时，已经经过足够冷却，其温度一般都位于200℃以下，此时进入破碎装置7进行粉碎，粉碎后的固态产物通过料封卸料槽8完成卸料，而后由第三传输装置9输送出去，以备二次利用。

上述步骤中，只需要调整固废混合物在焚烧炉中的密度，即可控制其下移速度；在此基础上，固废混合物焚烧后产生的固态产物的密度也将受到控制，进而使固态产物在冷却阶段的下移速度也受到控制，如此便使得固废混合物的下移时间与焚烧程度相匹配，固态产物的冷却程度与其下移至焚烧炉底部的时间相匹配。另外，还可以通过控制料封卸料槽8的卸料时间来调控固态产物的下移速度，使焚烧炉6内的固废混合物得到充分焚烧。料封卸料槽8的开启与关闭由其相应的控制系统控制，该控制系统主要包括电机和时间继电器，用户可以事先设定适当的料封卸料槽的开启与关闭时间，也可以在焚烧过程中根据实际需要进行设定。

本发明中固态产物的冷却通过从外部引入冷风来实现，具体地说，是在焚烧炉6外部设置一个与料封卸料槽8连接的鼓风装置10，如鼓风机。冷风进入料封卸料槽8后，从下至上进入焚烧炉6中，首先对最下层的固态产物进行冷却，之后继续上升，将冷却固态产物时吸收的热量带入焚烧炉6的中层，参与固废混合物的焚烧。如此，既实现了固态产物的冷却，为固废混合物的焚烧提供了充足的氧气，还使固态产物携带的热量得到回收利用，大大降低了焚烧能耗，一举多得。

第三步：尾气处理。由于固废混合物焚烧产生的尾气中含有固态的尘埃颗粒、气态的有毒物质等等，直接排放至大气会造成环境污染，因此，需要在尾气排放之前进行适当的处理。

在固废混合物焚烧产生的尾气进入尾气处理系统之后，首先由脉冲除尘器12进行除尘，过滤掉尾气中固态的尘埃颗粒，使尾气仅包含气态物质；在此情况下，由引风机17将尾气引入喷淋吸收系统中进行换热和去除有毒物质。具体地说，在除尘后的尾气进入喷淋室13下端的同时，启动水泵15，使储液池14中的吸收剂进入导管16，并从导管16端部的喷淋孔喷出，此时，尾气在喷淋室13内逐渐上升，与喷淋孔喷出的吸收剂接触并完成换热，而尾气中的有毒物质则与吸收剂发生化学反应，使有毒物质转化为无毒物质，且生成的无毒物质或附着于喷淋室13中部的填料上，或随吸收剂一起经喷淋室13下端的回流管进入储液池14。经过换热与有毒物质吸收后的尾气直接从喷淋室13顶部的尾气出口排放至大气中。

由于固废混合物焚烧产生的尾气中含有的有毒物质主要是硫氧化物、HCL、H2S等有机物，因此上述吸收剂主要为石灰水。

除了上述采用喷淋吸收剂的方式来吸收有毒物质之外，还可以采用炉内脱硫的方式来进行脱硫。具体地说，是在焚烧时向焚烧炉加入石灰石粉末，与固废和高热值低含硫原煤一起进行焚烧。如此，既可以达到除尘的效果，又可以达到脱硫的目的。

按照上述方法，可以很好地使气田钻井产生的固废分解成固态产物和气态产物，气态产物最终实现了无污染排放，而固态产物则可以进行二次利用。因此，按照上述实施例，可以很好地实现本发明。

Claims (10)

1.固废焚烧处理系统，其特征在于，包括依次连接的送料系统、焚烧系统和尾气处理系统，在该焚烧系统的下端还设置有与焚烧系统连为一体的卸料系统。

2.根据权利要求1所述的固废焚烧处理系统，其特征在于，所述送料系统包括料仓（1）、斗式提升机（2）、设置于焚烧系统上端中央的布料机（5），以及前端伸入料仓（1）内部、后端与斗式提升机（2）的进料口连接的第一传输装置（3），和前端位于斗式提升机（2）的出料口正下方、后端位于布料机（5）正上方的第二传输装置（4）；其中，所述料仓（1）顶部还设置有固废入口和燃料入口，且该固废入口与燃料入口均位于第一传输装置（3）前端的正上方。

3.根据权利要求2所述的固废焚烧处理系统，其特征在于，所述焚烧系统包括焚烧炉（6），该焚烧炉（6）为空心圆柱体，其内壁设置有耐火层。

4.根据权利要求3所述的固废焚烧处理系统，其特征在于，所述卸料系统包括设置于焚烧炉（6）底部的破碎装置（7）、与该破碎装置（7）底部连接的料封卸料槽（8）、与该料封卸料槽（8）下端连接的第三传输装置（9）、与该料封卸料槽（8）侧壁连接的鼓风装置（10），以及控制料封卸料槽（8）开启与关闭的控制系统。

5.根据权利要求4所述的固废焚烧处理系统，其特征在于，所述尾气处理系统包括通过排放管道（11）与焚烧炉（6）连接的脉冲除尘器（12），以及用于换热与吸收有毒物质的喷淋吸收系统；该喷淋吸收系统主要由与脉冲除尘器（12）连接的喷淋室（13）、通过回流管与该喷淋室（13）下端连接的储液池（14），和一端伸入喷淋室（13）上端内部、另一端于喷淋室（13）外部连接一水泵（15）的导管（16）组成，且所述储液池（14）还通过输送管与所述水泵（15）连接，所述导管（16）伸入喷淋室（13）内部的一端侧壁上还设置有喷淋孔。

6.固废焚烧处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将固废与燃料送入料仓中混合，形成固废混合物，并通过斗式提升机输送至焚烧炉中；

（2）焚烧炉对进入其内部的固废混合物进行预热、焚烧之后，生成固态产物和气态产物；

（3）固态产物经冷却后进入破碎装置破碎，最后由料封卸料槽卸料；气态产物通过尾气处理系统中的脉冲除尘器除尘后，通过喷淋吸收系统同时进行换热与吸收有毒物质；

（4）气态产物经过尾气处理系统处理之后排放至大气。

7.根据权利要求6所述的固废焚烧处理工艺，其特征在于，所述步骤（1）中形成固废混合物的固废与燃料的质量比为85：15。

8.根据权利要求7所述的固废焚烧处理工艺，其特征在于，所述步骤（2）中固废混合物的焚烧方法为：采用半干法在1300℃的温度下焚烧30分钟。

9.根据权利要求8所述的固废焚烧处理工艺，其特征在于，所述步骤（3）中固态产物的冷却是由鼓风装置引入的经料封卸料槽向上流动的冷风实现的。

10.根据权利要求9所述的固废焚烧处理工艺，其特征在于，所述步骤（3）中喷淋吸收系统同时进行换热与吸收有毒物质的步骤如下：

a.启动水泵，使储液池内的吸收剂进入导管，并从导管端部的喷淋孔喷出；

b.气态产物进入喷淋室下端后，自下而上逐渐上升，与喷淋孔喷出的吸收剂接触，在吸收气态产物中有毒物质的同时降低其温度，完成换热；

c.气态产物经过换热与吸收有毒物质之后，从喷淋室的顶部排放至大气，而喷淋孔喷出的吸收剂则在下降至喷淋室下端后沿回流管进入储液池。

Images