CN103230924A - 一种低温熔融烧结处置飞灰的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温熔融烧结处置飞灰的方法，属于危险固体废弃物处理技术领域；所述工艺通过以下步骤完成：将飞灰与经破碎处理的助熔剂混合，向所得的混合组分中加水并预制成块状料，再将块状料投入固废焚烧炉，在焚烧固体废物的同时，利用炉内的燃烧热对含飞灰的块状料进行低温熔融烧结；本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，能有效降低飞灰熔融温度和改变飞灰物理形态，能够充分利用现有的固废焚烧设备对飞灰进行熔融烧结处理，节约了设备投入成本；在焚烧固体废物同时利用炉内的燃烧热进行处置飞灰，能够降低能源的消耗；飞灰熔融烧结后固化效果好，能有效的防止飞灰中的重金属离子浸出。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温熔融烧结处置飞灰的方法，属于危险固体废弃物处理技术领域。
背景技术
飞灰是指固体废物（生活垃圾、工业废物、医疗废物）在焚烧系统中理烟道、热回收系统和净化系统收集下来的尘灰。飞灰是列入国家危废名录的危险废物，目前国内外对焚烧飞灰处置的主要方法有固化、化学稳定化、熔融/玻璃化、酸或其他溶剂洗提4类。飞灰的熔融/玻璃化处理就是利用燃料的燃烧热或电热方式，在高温的状态下使飞灰中的有机物发生热分解、燃烧或气化，而无机物则熔融成玻璃质炉渣，飞灰中的重金属盐类，部分发生气化现象，大部分则转移到熔渣中。玻璃化处理飞灰相对于水泥固化处理飞灰、化学稳定化处理飞灰、酸或其他溶剂洗提处理飞灰有明显的优越性：飞灰经过加热熔融，使二噁英等有机物污染物分解，熔渣快速冷却形成致密而稳定的玻璃态构成物，有效地控制重金属的浸出；同时熔融使熔渣变得致密，减容明显，飞灰熔融后，仅密度增加就可以减容70%左右，并且熔渣有资源化利用的可能。
现有的熔融烧结处置飞灰工艺中，存在的问题：（1）较高的温度使得飞灰的熔融变的容易，但高温也容易造成飞灰中重金属组分的挥发；为了降低熔融温度和促进稳定玻璃态物质的形成，除飞灰自身成分外，通常可以采用加入一些助熔剂来降低玻璃化温度和玻璃化效果。（2）飞灰熔融/玻璃化过程需要特殊的熔融炉，按热源划分熔融炉有气体或液体燃料炉、电炉和等离子体炉等，这些炉体使用时，有些需要配备氩气保护，还需要配备二次焚烧装置焚烧分离出来的废气，配备重金属吸收装置等。（3）熔融过程中还需要耗费大量燃料和电力。以上问题都抑制了熔融烧结处置飞灰方法的推广使用。
现有的固废焚烧炉设计成熟可靠，其焚烧具有较高的温度，有符合国家规范的废气处理设备，使得利用焚烧炉处理其焚烧飞灰具有可行性。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种低温熔融烧结处置飞灰的方法，该工艺能够有效的降低飞灰熔融温度，使得能够利用现有的固废焚烧炉，在焚烧固废的同时利用炉内的燃烧热实现飞灰低温熔融烧结，以降低飞灰熔融/玻璃化处理成本。
本发明采用的技术方案如下：
一种低温熔融烧结处置飞灰的方法，通过以下步骤完成：将飞灰与经破碎处理的助熔剂混合，向所得的混合组分中加水并预制成块状料，再将块状料投入固废焚烧炉，在焚烧固体废物的同时，利用炉内的燃烧热对含飞灰的块状料进行低温熔融烧结。
所述块状料低温熔融烧结温度为850～1000℃，烧结时间大于5min。
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，所述助熔剂为硼砂，或硼砂和氟化钙的混合。
所述助熔剂为玻璃、硼砂和氟化钙的混合。
所述混合组分中，飞灰、玻璃、硼砂和氟化钙的质量比为100:2～50：10～25：3～30。
进一步的，所述混合组分中，飞灰、玻璃、硼砂和氟化钙的质量比为100:20～25：15～20：3～6。
所述助熔剂破碎处理至50～150目。
所述块状料预制过程中，飞灰和水的质量比为100:25～40。
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，所述玻璃为玻璃炉渣，所述固废焚烧炉为医疗废物焚烧炉、生活垃圾焚烧炉或工业废物焚烧炉。
本发明还公开了一种固废焚烧炉用于飞灰低温熔融烧结的应用。
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，利用现有的固废焚烧炉进行烧结处理，而不需增加单独的烧结设备，有效的降低了设备前期的投入，同时充分的利用了固废焚烧炉内的燃烧热进行处理而不需单独提供能源进行处理。在本发明中助熔剂同飞灰混合，能够有效的降低飞灰的熔融温度，使得在能够在较低的温度下实现飞灰的熔融，并有效减少在高温状态下飞灰中重金属组分的挥发，所述助熔剂作为常规选择，一般采用玻璃、硼砂、萤石、CaF2、CaCl2、CaO、B2O3的一种或者多种的混合，通过调节飞灰和助熔剂比例，使得在混合组分的熔融温度能够降低到固废焚烧炉中焚烧的温度，同时焚烧炉的焚烧温度不宜过高，过高则容易导致灰分中重金属组分挥发，过低使得熔融变的困难，而且消耗过多的助熔剂和处理时间使得过程变的不经济，作为优选的采用焚烧温度在850～1000℃之间的固废焚烧炉，并控制块状料在炉内烧结停留时间大于5分钟，所述固废焚烧炉，从焚烧物分类可以采用常规的生活垃圾焚烧炉、普通工业垃圾焚烧炉、医疗垃圾焚烧炉、危险废物焚烧炉等，从炉体上分可以采用为活动炉排焚烧炉或旋转窑式焚烧炉。
所述助熔剂作为优选的可以采用硼砂，或硼砂和氟化钙的混合，或者玻璃、硼砂和氟化钙的混合，助熔剂的添加量标准以焚烧炉内的温度和熔融烧结停留确定，作为优选的应当使得飞灰和助熔剂混合而成的组合物的熔融温度能落于固废焚烧炉焚烧温度内；在采用固焚烧炉进行飞灰熔融烧结工艺中，如以硼砂作为助熔剂时，飞灰和硼砂的质量比按100：10～25进行配比作为优选，如以硼砂和氟化钙作为助熔剂，飞灰、硼砂和氟化钙的质量比按100:10～25:3～30进行配比作为优选。由于飞灰成分主要以SiO2和CaO为主，还含有其他的氧化物，可以在高温条件下熔融为硅酸盐玻璃，本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，作为优选的还包括所述助熔剂由玻璃、硼砂和氟化钙组成，玻璃、硼砂和氟化钙三组分能有效的降低飞灰的熔融温度，同时利用玻璃态构成物具有类质同象的作用：以硅酸盐玻璃为例，在结晶的硅酸盐中起关键作用的Si4+离子，能被很多金属离子如Fe3+、As4+等所同象置换（同象置换是指性质类似的原子、离子、离子团、配离子等在晶体构造中相互置换而成的一种矿物或物相的现象），并且同象置换往往是大幅度的，在骨架型结构中Si4+甚至有一半被置换，所以重金属离子可以通过置换替代Si4+插入晶格中去，牢牢的嵌在Si-O网格构造中，而宏观的无定型态增加了玻璃态物质的流动性从而促进了同象置换发生的可能性。同时玻璃态物质具有良好的热稳定性，并且对各种侵蚀性介质都有很高的化学稳定性，所以包含于玻璃中的金属元素非常稳定，能够保证熔融处理后飞灰中的重金属成分的化学稳定性；助熔剂中的玻璃组分可以来自于废玻璃，或者来自于玻璃炉渣。
在本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，将助熔剂做破碎处理使得与飞灰的混合更均匀，助熔剂与飞灰的接触面积加大，使得降低熔融温度效果明显，另一方面也能够保证各混合组分能够顺利的预制成具有一定机械强度的块状料，方便在投加于固废焚烧炉而不被焚烧炉中的气流带走，块状料可以采用混炼机压制成型，其尺寸可以根据炉底出料口尺寸、焚烧时间和焚烧温度灵活的选择，在熔融过程中通过一定的温度和停留时间就能够很好的进行飞灰的熔融；在混合料加水过程中，飞灰和水的比例控制在100:25～40为最优，水分过多不仅块状料的机械强度难以保证，而且水分挥发带走过多的热量而影响炉内温度，同时水分挥发时间过长导致影响熔融烧结的时间，水分过少则导致成块困难；熔融烧结后的块状配合料在焚烧炉冷却部位冷却后，形成玻璃态烧结熔渣；玻璃态烧结熔渣和焚烧残渣一起排出固体废物焚烧炉，经检验合格后送到生活填埋场填埋。
飞灰块熔融烧结程中产生的废气，和固体废物焚烧废气一起通过炉体的配套设施，采用常规的手段经过废气处理设施净化排放，净化过程收集的飞灰重新进行熔融烧结处理。本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，特别适合利用医疗废物焚烧炉或危险废物焚烧炉进行，上述两种焚烧炉不仅炉内的温度能够很好的满足工艺需求，同时收集的飞灰具有重金属含量高的特点飞灰熔融处理工艺应用于这两种炉体上能够便于一体化处理，降低飞灰危害和处理成本；尤其是医疗废物内含有一定玻璃，炉底烧结出来的玻璃炉渣可以直接作为飞灰熔融助熔剂的原料玻璃，取材方便。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：所述低温熔融烧结处置飞灰的方法利用合理配比的助熔剂有效的降低了飞灰熔融温度，通过烧结能改变飞灰物理形态，并能够充分利用现有的固废焚烧设备对飞灰进行熔融烧结处理，而不需用设置单独的烧结设备，节约了设备投入成本，在焚烧固体废物同时利用炉内的燃烧热进行飞灰处置，能够减少能源的消耗；同时本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，飞灰熔融后固化效果好，能有效的防止飞灰中的重金属离子浸出。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，飞灰采用配合助熔剂工艺实现共混物熔融温度降低，使得能在现有的固废焚烧炉及其焚烧温度下，利用固废焚烧炉和固废燃烧热进行飞灰熔融烧结，所述固废焚烧炉包括有生活垃圾焚烧炉、普通工业垃圾焚烧炉、医疗垃圾焚烧炉、危险废物焚烧炉等，所采用的炉型包括有活动炉排焚烧炉或旋转窑式焚烧炉，所采用助熔剂可以采用玻璃、硼砂、萤石、CaF2、CaCl2、CaO、B2O3的一种或多种的混合，助熔剂与飞灰的比例优选的应该使得飞灰和助熔剂混合组分的共混熔融温度与固废焚烧炉的焚烧温度范围一致，使得达到较好的熔融效果，同时应保证在较低的温度下进行熔融处理防止飞灰中重金属组分因温度过高而挥发。本发明的飞灰低温熔融烧结中工艺路线与传统的固废焚烧路线基本一致，包括常规所具有的尾气处理工艺。
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂由玻璃、硼砂和氟化钙组成，如实施例1至实施例7。
实施例1
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂由玻璃、硼砂和氟化钙组成，玻璃选材为废玻璃，助熔剂各组分先经破碎处理至50～80目，再按飞灰、玻璃、硼砂和氟化钙的质量比为100:2：10：3配比，所得混合组分按照飞灰和水的质量为100:32加水并预制成长度为80～100mm的球形块状料，再将块状料投入工业废物焚烧炉，炉型为旋转窑，利用炉内的燃烧热对块状料中的飞灰进行低温熔融烧结，所述工业废物焚烧炉中块状料所在燃室的焚烧温度为950～1000℃，焚烧时间为50min。
实施例2
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂由玻璃、硼砂和氟化钙组成，玻璃选材为医疗废物焚烧炉的玻璃炉渣，助熔剂各组分先经破碎处理至100～150目，再按飞灰、玻璃、硼砂和氟化钙的质量比为100:10：25：20配比，所得混合组分按照飞灰和水的质量为100:28加水并预制成12×8mm，长度为80mm的条形块状料，再将块状料投入医疗废物集中焚烧系统，焚烧炉为倾斜往复式炉排焚烧炉，焚烧医疗垃圾同时利用炉内的燃烧热对块状料中的飞灰进行低温熔融烧结，所述医疗废物焚烧炉中块状料所在燃室的焚烧温度为900～1000℃，焚烧时间为10min。
实施例3
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂由玻璃、硼砂和氟化钙组成，玻璃选材为废玻璃，助熔剂各组分先经破碎处理至50～80目，再按飞灰、玻璃、硼砂和氟化钙的质量比为100:20：15：3配比，所得混合组分按照飞灰和水的质量为100:30加水并预制成尺寸为50×50×30mm的方形块状料，再将块状料投入生活垃圾倾斜往复式炉排焚烧炉，利用炉内的燃烧热对块状料中的飞灰进行低温熔融烧结，所述生活垃圾焚烧炉中块状料所在燃室的焚烧温度为850～900℃，焚烧时间为40min。
实施例4
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂由玻璃、硼砂和氟化钙组成，玻璃选材为玻璃炉渣，助熔剂各组分先经破碎处理至80～120目，再按飞灰、玻璃、硼砂和氟化钙的质量比为100:25：20：30配比，所得混合组分按照飞灰和水的质量为100:25加水并预制成直径30mm，长度为80mm的圆柱块状料，再将块状料投入危险废物旋转窑焚烧炉，利用炉内的燃烧热对块状料中的飞灰进行低温熔融烧结，所述危险废物旋转窑焚烧炉中块状料所在燃室的焚烧温度为950～1000℃，焚烧时间为50min。
实施例5
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂由玻璃、硼砂和氟化钙组成，玻璃选材为废玻璃，助熔剂各组分先经破碎处理至80～120目，再按飞灰、玻璃、硼砂和氟化钙的质量比为100:30：17：6配比，所得混合组分按照飞灰和水的质量为100:30加水并预制成长度为80mm的球块状料，再将块状料投入生活垃圾炉排焚烧炉，利用炉内的燃烧热对块状料中的飞灰进行低温熔融烧结，所述生活垃圾炉排焚烧炉中块状料所在燃室的焚烧温度为850～900℃，焚烧时间为60min。
实施例6
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂由玻璃、硼砂和氟化钙组成，玻璃选材为废玻璃，助熔剂各组分先经破碎处理至50～80目，再按飞灰、玻璃、硼砂和氟化钙的质量比为100:40：22：15配比，所得混合组分按照飞灰和水的质量为100:32加水并预制成长度为尺寸为100×100×40mm的方形块状料，再将块状料投入危险废物旋转窑焚烧炉，利用炉内的燃烧热对块状料中的飞灰进行低温熔融烧结，所述危险废物旋转窑焚烧炉中块状料所在燃室的焚烧温度为850～1000℃，焚烧时间为35min。
实施例7
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂由玻璃、硼砂和氟化钙组成，玻璃选材为玻璃炉渣，助熔剂各组分先经破碎处理至80～120目，再按飞灰、玻璃、硼砂和氟化钙的质量比为100:50：12：10配比，所得混合组分按照飞灰和水的质量为100:40加水并预制成成直径5mm，长度为10mm的圆柱粒状料，再将粒状料投入医疗废物旋转窑焚烧炉，利用炉内的燃烧热对圆柱粒状料中的飞灰进行低温熔融烧结，所述医疗废物焚烧炉中块状料所在燃室的焚烧温度为950～1000℃，焚烧时间为5min。
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂由硼砂和氟化钙组成，如实施例8至实施例10。
实施例8
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂由硼砂和氟化钙组成，助熔剂各组分先经破碎处理至80～120目，再按飞灰、硼砂和氟化钙的质量比为100:10：3配比，所得混合组分按照飞灰和水的质量为100:25加水并预制成直径5mm，长度为10mm的圆柱粒状料，再将粒状料投入生活废物倾斜往复炉排焚烧炉，利用炉内的燃烧热对块状料中的飞灰进行低温熔融烧结，所述生活废物焚烧炉中块状料所在燃室的焚烧温度为850～950℃，焚烧时间为60min。
实施例9
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂由硼砂和氟化钙组成，助熔剂各组分先经破碎处理至100～150目，再按飞灰、硼砂和氟化钙的质量比为100:25：20配比，所得混合组分按照飞灰和水的质量为100:32加水并预制成直径为5mm，长度为12mm的颗粒块状料，再将块状料投入医疗废物旋转窑焚烧炉，利用炉内的燃烧热对块状料中的飞灰进行低温熔融烧结，所述医疗废物旋转窑焚烧炉中块状料所在燃室的焚烧温度为850～1000℃，焚烧时间为5min。
实施例10
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂由硼砂和氟化钙组成，助熔剂各组分先经破碎处理至50～80目，再按飞灰、硼砂和氟化钙的质量比为100:18：30配比，所得混合组分按照飞灰和水的质量为100:40加水并预制成长度为80～100mm的球形块状料，再将块状料投入工业废物焚烧炉，炉型为旋转窑，利用炉内的燃烧热对块状料中的飞灰进行低温熔融烧结，所述工业废物焚烧炉中块状料所在燃室的焚烧温度为850～1000℃，焚烧时间为20min。
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂为硼砂，如实施例11至实施例13。
实施例11
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂为硼砂，硼砂先经破碎处理至100～150目，再按飞灰和硼砂质量比为100:10配比，所得混合组分按照飞灰和水的质量为100:25加水并预制成长度为直径10mm，长度为40mm的圆柱块状料，再将块状料投入工业废物焚烧炉，炉型为旋转窑，利用炉内的燃烧热对块状料中的飞灰进行低温熔融烧结，所述工业废物焚烧炉中块状料所在燃室的焚烧温度为850～1000℃，焚烧时间为30min。
实施例12
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂由硼砂，硼砂先经破碎处理至50～80目，再按飞灰和硼砂质量比为100:25配比，所得混合组分按照飞灰和水的质量为100:30加水并预制成长度为直径10mm，长度为30mm的圆柱块状料，再将块状料投入医疗废物集中焚烧系统，焚烧炉为倾斜往复式炉排焚烧炉，焚烧医疗垃圾同时利用炉内的燃烧热对块状料中的飞灰进行低温熔融烧结，所述医疗废物焚烧炉中块状料所在燃室的焚烧温度为900～1000℃，焚烧时间为5min。
实施例13
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，助熔剂由硼砂，硼砂先经破碎处理至80～120目，再按飞灰和硼砂质量比为100:15配比，所得混合组分按照飞灰和水的质量为100:40加水并预制成直径为10mm，长度为40mm的圆柱状料，再将块状料投入生活垃圾倾斜往复式炉排焚烧炉，利用炉内的燃烧热对块状料中的飞灰进行低温熔融烧结，所述生活垃圾焚烧炉中块状料所在燃室的焚烧温度为850～900℃，焚烧时间为50min。
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，以实施例2所熔融烧结后的块状料做浸出毒性检测，其结果如下表：
检测结果表明，浸出毒性的各项指标均符合生活垃圾填埋场控制标准：GB 16889-2008。
上述各实施例中，块状料形成熔渣有多种熔融烧结过程：有块状料熔融后单独烧结，有熔融后与其他炉渣一起烧结。如使用炉排炉会有一小部分块状料熔融后掉进风道直接冷却，而绝大多数的熔融烧结后的块状配合料在焚烧炉冷却部位冷却后，形成玻璃态烧结熔渣，熔融烧结后的块状配合料在焚烧炉冷却部位冷却后，形成玻璃态烧结熔渣；玻璃态烧结熔渣和焚烧残渣一起排出固体废物焚烧炉，经检验合格后送到生活填埋场填埋。飞灰块熔融烧结程中产生的废气，和固体废物焚烧废气一起，采用常规的手段经过废气处理设施净化排放，净化过程收集的飞灰重新进行熔融烧结处理。
本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，有效的降低了飞灰熔融温度并改变飞灰物理形态，能够充分利用现有的固废焚烧设备对飞灰进行熔融烧结处理，而不需用设置单独的烧结设备，节约了设备投入成本；在焚烧固体废物同时利用炉内的燃烧热进行飞灰处置，能够降低能源的消耗；同时本发明的低温熔融烧结处置飞灰的方法，飞灰熔融后固化效果好，能有效的防止飞灰中的重金属离子浸出。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种低温熔融烧结处置飞灰的方法，其特征在于：通过以下步骤完成：将飞灰与经破碎处理的助熔剂混合，向所得的混合组分中加水并预制成块状料，再将块状料投入固废焚烧炉，在焚烧固体废物的同时，利用炉内的燃烧热对含飞灰的块状料进行低温熔融烧结。
2.如权利要求1所述的低温熔融烧结处置飞灰的方法，其特征在于：所述块状料低温熔融烧结温度为850～1000℃，烧结时间大于5min。
3.如权利要求2所述的低温熔融烧结处置飞灰的方法，其特征在于：所述助熔剂为硼砂，或硼砂和氟化钙的混合。
4.如权利要求2所述的低温熔融烧结处置飞灰的方法，其特征在于：所述助熔剂为玻璃、硼砂和氟化钙的混合。
5.如权利要求4所述的低温熔融烧结处置飞灰的方法，其特征在于：所述混合组分中，飞灰、玻璃、硼砂和氟化钙的质量比为100:2～50：10～25：3～30。
6.如权利要求5所述的低温熔融烧结处置飞灰的方法，其特征在于：所述混合组分中，飞灰、玻璃、硼砂和氟化钙的质量比为100:20～25：15～20：3～6。
7.如权利要求1～6任一项所述的低温熔融烧结处置飞灰的方法，其特征在于：所述助熔剂破碎处理至50～150目。
8.如权利要求7所述的低温熔融烧结处置飞灰的方法，其特征在于：所述块状料预制过程中，飞灰和水的质量比为100:25～40。
9.如权利要求1所述的低温熔融烧结处置飞灰的方法，其特征在于：所述玻璃为玻璃炉渣，所述固废焚烧炉为医疗废物焚烧炉、生活垃圾焚烧炉或工业废物焚烧炉。
10.一种固废焚烧炉用于飞灰低温熔融烧结的应用。
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