CN105753344B - 将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置和方法 - Google Patents

将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置和方法，其中所述装置包括水泥窑、流化床炉、飞灰输送装置和分离器；所述飞灰输送装置，用于将垃圾飞灰输送至所述流化床炉；所述流化床炉，通过从所述水泥窑引出的热风，对垃圾飞灰进行处理，将垃圾飞灰中的飞灰颗粒和二噁英分离；所述飞灰输送装置将包含飞灰颗粒和二噁英的空气分离为飞灰颗粒和包含二噁英的空气，并将飞灰颗粒从所述分离器的排灰管输出，将所述包含二噁英的空气从所述分离器的排风管输出至所述水泥窑；所述水泥窑对包含二噁英的空气中的二噁英进行高温焚烧。本装置与现有湿法工艺相比，具有流程简单、能耗低、处置成本低的特点，本装置用水较少，节约了一定的水资源。

Description

将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置和方法
技术领域
本发明涉及垃圾飞灰的处理领域，尤其涉及一种将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置和方法。
背景技术
垃圾飞灰由于其含有较高的重金属和二噁英毒性等物质，属于危险废物。垃圾飞灰的传统处置方式是进入危险废物安全填埋场。近年来，对于垃圾飞灰的综合处置，我国取得了一些研究成果，由于垃圾焚烧而产生的垃圾飞灰的主要成分与水泥熟料基本相近，可以替代水泥生产中的部分原料(例如粘土，石灰石等)，经过熟料高温煅烧阶段，飞灰中的重金属和二噁英得到了挥发和分解，从而实现了飞灰的资源综合利用。
但是焚烧飞灰中含有大量的氯盐，当飞灰在熟料高温烧成阶段，氯离子存在高温挥发，低温凝固富集的现象，易造成烧成系统结皮堵塞，同时也会影响熟料质量。
针对以上技术难点，国内科研院所开展一些研究工作，专利CN101333084A中，公开了一种垃圾飞灰预处理工艺成为水泥原料的工艺方法，其工艺过程为飞灰经水洗、搅拌，投加重金属稳定剂等预处理工艺后，再送入水泥窑经煅烧制备成水泥。该工艺飞灰需经过水洗，搅拌，添加外加剂等多个工艺步骤，过程复杂，在飞灰的水洗过程中，需要消耗大量的生活用水，处置后的废水需要添加废水处置系统，整个工艺投资较大，运行费用高。CN101386481A中，公开了一种利用旁路放风技术除去垃圾飞灰中的氯离子，实现了焚烧飞灰制备水泥熟料的技术方法。该工艺是在水泥窑系统的基础上，将飞灰从现有的窑头、窑尾烟室、分解炉等部位送入现有的窑系统，并安装一套旁路放风系统，该系统一次性投资大，设计的旁路放风系统与窑型，炉型均有关系，该项技术需要旁路放风系统连续运行，才能保证有效降低飞灰中氯离子含量。旁路放风系统对放风的比例有一定的限制，对原料中氯离子浓度有一定要求。此外旁路放出的窑灰需要二次处理。
发明内容
本发明目的是一种将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置和方法，其与现有湿法(水洗)工艺相比，具有流程简单、投资低、能耗低、处置成本低的特点，是未来技术发展的重要方向。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置，其包括水泥窑、流化床炉、飞灰输送装置和分离器；
所述飞灰输送装置，用于将垃圾飞灰输送至所述流化床炉；
所述流化床炉，通过从所述水泥窑引出的热风，对垃圾飞灰进行处理，将垃圾飞灰中的飞灰颗粒和二噁英分离；
所述飞灰输送装置将包含飞灰颗粒和二噁英的空气分离为飞灰颗粒和包含二噁英的空气，并将飞灰颗粒从所述分离器的排灰管输出，将所述包含二噁英的空气从所述分离器的排风管输出至所述水泥窑；
所述水泥窑对包含二噁英的空气中的二噁英进行高温焚烧。
可选的，所述飞灰输送装置包括飞灰传输装置和飞灰计量装置；所述飞灰传输装置包括气力输送装置和/或机械输送装置；所述飞灰计量装置包括飞灰仓和计量输送秤；所述气力输送装置和机械输送装置的出料端与所述飞灰仓连通；所述飞灰仓的出灰口处设置有闸门，所述闸门能封闭或者打开所述飞灰仓的出灰口，且所述飞灰仓的出灰口位于所述计量输送秤的正上方。
可选的，所述将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置还包括流态化鼓风机；所述流态化鼓风机通过冷风进风管与所述流化床炉底部的冷风进风口连通，连接窑头罩或三次风管的热风进风管与所述流化床炉的热风进风口连通。
可选的，所述流化床炉的出风口通过出风管与分离器连通，以将含飞灰颗粒和二噁英的气体输送至分离器，在所述分离器进行料气分离，处理后的飞灰颗粒由分离器底部卸出，经冷却后作为生产建材产品的掺合料；所述分离器的出风口与所述水泥窑的分解炉连通，以将其排出富含二噁英的低尘烟气送入水泥窑的分解炉焚烧，使二噁英彻底分解。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种将垃圾飞灰处置为水泥原料的方法，其包括以下步骤：
S10、将垃圾飞灰通过飞灰传输装置输送至飞灰计量装置；
S20、将垃圾飞灰通过所述飞灰计量装置计量后，输送至所述流化床炉；
S30、所述流化床炉从水泥窑的窑头罩或者三次风管抽取热风至流化床炉；
S40、垃圾飞灰在流化床炉中流态化后，与所述热风充分接触换热，使垃圾飞灰中的二噁英与飞灰颗粒分离，并使得二噁英分布于烟气中；
S50、将含二噁英和飞灰颗粒的空气输送至分离器进行分离，飞灰颗粒从分离器的底部卸出，经冷却后作为生产建材产品的掺合料，所述分离器所排出富含二噁英的低尘烟气送入水泥窑的分解炉焚烧，使二噁英彻底分解。
可选的，所述步骤S30和步骤S40之间还包括步骤S35；
S35、通过煤粉补充装置向所述流化床炉供应煤粉，以提高所述流化床炉内的温度。
可选的，垃圾飞灰在流化床炉内的最短停留时间t为：
式中：V为流化床炉的有效容积，从垃圾飞灰进入流化床炉的水平位置计算，至流化床炉出口的容积；
Qp为流化床炉内气体平均工况流量；
k为气灰固气滞留比。
可选的，所述流化床炉内气体平均工况流量Qp为：
式中：Qb为流化床炉内气体标况流量；
T为流化床炉气体平均温度；
Pd为当地大气压；
Pl为流化床炉内气体平均压力。
可选的，所述流化床炉内气体标况流量Qb为：
Qb＝Qg+Qy+Qx+Qs
式中：Qg为流化床鼓风量；
Qy为煤粉燃烧产生的烟气量；
Qx为流化床炉漏风量；
Qs为从窑头罩或三次风管抽取的热风过剩气体量。
本发明具有如下有益效果：本发明提供的将垃圾飞灰处置为水泥原料的方法与现有湿法(水洗)工艺相比，具有流程简单、投资低、能耗低、处置成本低的特点，是未来技术发展的重要方向。
而且本发明提供的将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置，能实现上述工艺过程，同时也具有投资低、能耗低以及节约水资源的特点。
附图说明
图1为本发明实施例1的将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置的结构示意图；
图中标记示意为：1-气力输送泵；2-输送管；3-流化床炉；4-提升机；5-飞灰仓；6-闸门；7-飞灰计量装置；9-分离器；10-分解炉；11-飞灰冷却机；12-水泥回转窑；13-窑头罩；14-三次风管；15-煤粉补充装置；17-流化床；18-流态化鼓风机。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置，其包括水泥窑、流化床炉、飞灰输送装置和分离器。
所述飞灰输送装置包括飞灰传输装置和飞灰计量装置；本实施例中，通过所述飞灰传输装置将所述垃圾飞灰输送至飞灰计量装置，即将垃圾飞灰输送至飞灰计量装置的飞灰仓，该飞灰计量装置的结构将通过下文描述。
所述飞灰传输装置可以包括气力输送装置和/或机械输送装置；所述气力输送装置可以包括气力输送泵；所述机械输送装置可以为斗式提升机等；所述气力输送装置和机械输送装置既可以同时设置同时使用，也可以同时设置单独使用，也可以根据实际情况只单独设置一套气力输送装置或一套机械输送装置，并只使用一套输送系统。
当本实施例的飞灰传输装置通过气力输送装置实现时，所述气力输送装置包括气力输送泵和输送管；所述输送管的一端与所述气力输送泵的出风口连通，另一端与所述飞灰仓连通，从而实现将包含垃圾飞灰的气体从低处向高处的输送；当本实施例的飞灰传输装置通过机械输送装置实现时，所述机械输送装置为斗式提升机，所述斗式提升机的上端位于所述飞灰仓的上部开口的正上方，从而通过所述斗式提升机实现固体状态的垃圾飞灰的传输。
所述飞灰计量装置包括飞灰仓和计量输送秤；所述气力输送装置和机械输送装置的出料端与所述飞灰仓连通；所述飞灰仓的出灰口处设置有闸门，所述闸门能封闭或者打开所述飞灰仓的出灰口，且所述飞灰仓的出灰口位于所述计量输送秤的正上方。
当将所述垃圾飞灰输送至飞灰仓，即输送至所述飞灰计量装置时，所述飞灰计量装置对垃圾飞灰进行计量，并将计量后的垃圾飞灰输送至所述流化床炉，此时，所述飞灰计量装置包括飞灰仓和计量输送秤，所述飞灰仓的出灰口处设置有闸门，所述闸门能封闭或者打开所述飞灰仓的出灰口，且所述飞灰仓的出灰口位于所述计量输送秤的正上方，从而当所述闸门打开所述飞灰仓的出灰口时，所述飞灰仓内的垃圾飞灰通过重力自动降落至所述计量输送秤上，并通过所述计量输送秤进行输送；并且当所述闸门关闭所述飞灰仓的出灰口时，此时不通过所述计量输送秤输送垃圾飞灰。
本实施例中，当将垃圾飞灰输送至流化床炉时，垃圾飞灰在流化床炉内部被处理，所述流化床炉包括炉体和位于炉体下部的流化床；此时所述将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置还包括流态化鼓风机，以对所述流化床炉内的包含垃圾飞灰的空气进行流态化，此时所述流态化鼓风机抽取空气，并通过冷风进风管将空气输入流化床炉的流化床，即所述流态化鼓风机通过冷风进风管与所述流化床炉的冷风进风口连通，此时连接窑头罩或三次风管的热风进风管与所述流化床炉的热风进风口连通，所述热风进风口位于所述炉体的侧壁的下部。即所述流化床炉的热风进风口通过热风进风管连接至所述水泥窑的窑头罩或者三次风管，以从窑头罩或三次风管抽取热风送入流化床炉作为脱附二噁英的热源，使垃圾飞灰中的二噁英与飞灰颗粒分离，并使得二噁英分布于烟气中。
所述流化床炉的出风口通过出风管与分离器连通，以将含飞灰颗粒和二噁英的气体输送至分离器，在所述分离器进行料气分离，处理后的飞灰颗粒由分离器底部卸出，经冷却后作为生产水泥、砌块、预拌混凝土等建材产品的掺合料。所述分离器所排出的低尘烟气(富含二噁英)送入水泥窑的分解炉焚烧，使二噁英彻底分解。
为保证所述流化床炉的温度，本实施例中，所述将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置还包括煤粉补充装置，以通过所述煤粉补充装置对所述流化床炉供应高温气体，从而保证所述流化床炉内的温度。更优选地，所述煤粉补充装置所供应的高温气体的供入口位于所述热风进风口的上方。
本实施例中，为了对所述分离器所输出的飞灰颗粒进行有效冷却，所述将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置还包括飞灰冷却机，所述飞灰冷却机的进料口与所述分离器的底部出灰口连通，其出料口即输出经冷却后的飞灰颗粒。
本实施例中，当将垃圾飞灰输送至所述流化床炉时，所述计量输送秤可以通过锁风装置将所述垃圾飞灰喂入流化床炉，且所述流化床炉位于水泥窑的窑尾框架一侧，所述计量输送秤可以为转子秤或者科里奥利秤，以对垃圾飞灰进行准确计量。
本实施例的流化床炉具有以下技术特征：将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有流体的某些表观特征，这种流固接触状态称为固体流态化，即流化床。
当流体通过床层的速度逐渐提高到某值时，颗粒出现松动，颗粒间空隙增大，床层体积出现膨胀。如果再进一步提高流体速度，床层将不能维持固定状态。此时，颗粒全部悬浮于流体中，显示出相当不规则的运动。随着流速的提高，颗粒的运动愈加剧烈，床层的膨胀也随之增大，但是颗粒仍逗留在床层内而不被流体带出。床层的这种状态和液体相似称为流化床。
流化床燃烧方式的特点是：
1.由流态化风机通过炉底的流化床进入炉内，垃圾飞灰呈流态化形态，利于二噁英等有机污染物的脱除；
2.燃料适应性强，特别适合中、低硫煤；
3.燃烧效率高，可达95％～99％；
4.负荷适应性好。负荷调节范围30％～100％。
本发明提供一种将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置，本装置与现有湿法(水洗)工艺相比，具有流程简单、投资低、能耗低、处置成本低的特点，因此，本实施例的将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置用水较少，节约了一定的水资源，是未来技术发展的重要方向。
实施例2
本实施例提供了一种将垃圾飞灰处置为水泥原料的方法，本实施例中的方法可以采用例如实施例1中的装置，其包括以下步骤：
S10、将垃圾飞灰通过飞灰传输装置输送至飞灰计量装置；
S20、将垃圾飞灰通过所述飞灰计量装置计量后，输送至所述流化床炉；
S30、所述流化床炉从水泥窑的窑头罩或者三次风管抽取热风至流化床炉；
S40、垃圾飞灰在流化床炉中流态化后，与所述热风充分接触换热，使垃圾飞灰中的二噁英与飞灰颗粒分离，并使得二噁英分布于烟气中；
S50、将含二噁英和飞灰颗粒的空气输送至分离器进行分离，飞灰颗粒从分离器的底部卸出，经冷却后作为生产建材产品的掺合料，所述分离器所排出富含二噁英的低尘烟气送入水泥窑的分解炉焚烧，使二噁英彻底分解。
本实施例中，优选地，在所述步骤S30和步骤S40之间还包括步骤S35；
S35、通过煤粉补充装置向所述流化床炉供应煤粉，以提高所述流化床炉内的温度。
本实施例中，垃圾飞灰在流化床炉内的最短停留时间t为：
式中：V为流化床炉的有效容积，从垃圾飞灰进入流化床炉的水平位置计算，至流化床炉出口的容积；本实施例中流化床炉的有效容积为83.16m3；
Qp为流化床炉内气体平均工况流量；本实施例中流化床炉内气体平均工况流量为70.28m3/s；
k为气灰固气滞留比，利用示踪物料在模拟流化床炉内测定的固体物料平均停留时间与炉内气体平均停留时间的比值。本实施例中气灰固气滞留比为3.75。
根据二噁英在高温条件下的分解温度和高温下停留时间，为有效提高二噁英的焚毁率，当最短停留时间t小于3s时，取其值为3s。
本实施例中，所述流化床炉内气体平均工况流量Qp为：
式中：Qb为流化床炉内气体标况流量；本实施例中离线喷腾炉内气体标况流量为16.22Nm3/s；
T为流化床炉气体平均温度；本实施例中气体平均温度为883℃；
Pd为当地大气压；本实施例中当地大气压为99890Pa；
Pl为流化床炉内气体平均压力。本实施例中离线喷腾炉内气体平均压力-870Pa；
本实施例中，所述流化床炉内气体标况流量Qb为：
Qb＝Qg+Qy+Qx+Qs＝1.89+2.03+1.87+10.43＝16.22Nm3/s
式中：Qg为流化床鼓风量；1.89Nm3/s；其中Nm3/s表示标准状况下流量单位；
Qy为煤粉燃烧产生的烟气量；2.03Nm3/s；其中Nm3/s表示标准状况下流量单位；
Qx为流化床炉漏风量；1.87Nm3/s；其中Nm3/s表示标准状况下流量单位；
Qs为从窑头罩或三次风管抽取的热风过剩气体量；10.43Nm3/s；其中Nm3/s表示标准状况下流量单位。
更优选地，当其垃圾飞灰处理量50t/d(吨/天)时，进入流化床炉的热风温度750-890℃，热风的流量15000-35000Nm3/h；通过煤粉补充装置喷入的煤量0.5-1.2t/h；所述流化床炉的出炉风量19000-42000Nm3/h；出炉风的温度870-950℃；垃圾飞灰在炉内的停留时间为大于等于2.5s；所述分离器的效率90-96％；飞灰中二噁英焚毁率大于等于99％。
当其垃圾飞灰处理量100t/d时，进入流化床炉的热风温度750-890℃，热风的流量20000-50000Nm3/h；通过煤粉补充装置喷入的煤量0.9-2.5t/h；所述流化床炉的出炉风量27000-60000Nm3/h；出炉风的温度870-950℃；垃圾飞灰在炉内的停留时间为大于等于2.5s；所述分离器的效率90-96％；飞灰中二噁英焚毁率大于等于99％。
当其垃圾飞灰处理量100t/d时，进入流化床炉的热风温度780-910℃，热风的流量20000-50000Nm3/h；通过煤粉补充装置喷入的煤量0.8-2.3t/h；所述流化床炉的出炉风量25000-58000Nm3/h；出炉风的温度870-950℃；垃圾飞灰在炉内的停留时间为大于等于2.5s；所述分离器的效率90-96％；飞灰中二噁英焚毁率大于等于99％。
当其垃圾飞灰处理量200t/d时，进入流化床炉的热风温度780-910℃，热风的流量25000-70000Nm3/h；通过煤粉补充装置喷入的煤量1.5-4.3t/h；所述流化床炉的出炉风量33000-78000Nm3/h；出炉风的温度870-950℃；垃圾飞灰在炉内的停留时间为大于等于2.5s；所述分离器的效率90-96％；飞灰中二噁英焚毁率大于等于99％。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置，其特征在于，包括水泥窑、流化床炉、飞灰输送装置、分离器和流态化鼓风机；
所述飞灰输送装置，用于将垃圾飞灰输送至所述流化床炉；
所述流化床炉，通过从所述水泥窑引出的热风，对垃圾飞灰进行处理，将垃圾飞灰中的飞灰颗粒和二噁英分离；
所述分离器将包含飞灰颗粒和二噁英的空气分离为飞灰颗粒和包含二噁英的空气，并将飞灰颗粒从所述分离器的排灰管输出，将所述包含二噁英的空气从所述分离器的排风管输出至所述水泥窑；
所述水泥窑对包含二噁英的空气中的二噁英进行高温焚烧；
其中，所述飞灰输送装置包括飞灰传输装置和飞灰计量装置；所述飞灰传输装置包括气力输送装置和/或机械输送装置；所述飞灰计量装置包括飞灰仓和计量输送秤；所述气力输送装置和机械输送装置的出料端与所述飞灰仓连通；所述飞灰仓的出灰口处设置有闸门，所述闸门能封闭或者打开所述飞灰仓的出灰口，且所述飞灰仓的出灰口位于所述计量输送秤的正上方；
所述气力输送装置包括气力输送泵，所述机械输送装置包括斗式提升机；
所述流态化鼓风机通过冷风进风管与所述流化床炉底部的冷风进风口连通，连接窑头罩或三次风管的热风进风管与所述流化床炉的热风进风口连通；
所述流化床炉的出风口通过出风管与分离器连通，以将含飞灰颗粒和二噁英的气体输送至分离器，在所述分离器进行料气分离，处理后的飞灰颗粒由分离器底部卸出，经冷却后作为生产建材产品的掺合料；所述分离器的出风口与所述水泥窑的分解炉连通，以将其排出富含二噁英的低尘烟气送入水泥窑的分解炉焚烧，使二噁英彻底分解。
2.一种将垃圾飞灰处置为水泥原料的方法，其利用权利要求1中所述的将垃圾飞灰处置为水泥原料的装置，其特征在于，包括以下步骤：
S10、将垃圾飞灰通过飞灰传输装置输送至飞灰计量装置；
S20、将垃圾飞灰通过所述飞灰计量装置计量后，输送至所述流化床炉；
S30、所述流化床炉从水泥窑的窑头罩或者三次风管抽取热风至流化床炉；
S40、垃圾飞灰在流化床炉中流态化后，与所述热风充分接触换热，使垃圾飞灰中的二噁英与飞灰颗粒分离，并使得二噁英分布于烟气中；
S50、将含二噁英和飞灰颗粒的空气输送至分离器进行分离，飞灰颗粒从分离器的底部卸出，经冷却后作为生产建材产品的掺合料，所述分离器所排出富含二噁英的低尘烟气送入水泥窑的分解炉焚烧，使二噁英彻底分解。
3.根据权利要求2所述的将垃圾飞灰处置为水泥原料的方法，其特征在于，所述步骤S30和步骤S40之间还包括步骤S35；
S35、通过煤粉补充装置向所述流化床炉供应煤粉，以提高所述流化床炉内的温度。
4.根据权利要求3所述的将垃圾飞灰处置为水泥原料的方法，其特征在于，垃圾飞灰在流化床炉内的最短停留时间t为：
式中：V为流化床炉的有效容积，从垃圾飞灰进入流化床炉的水平位置计算，至流化床炉出口的容积；
Qp为流化床炉内气体平均工况流量；
k为气灰固气滞留比。
5.根据权利要求4所述的将垃圾飞灰处置为水泥原料的方法，其特征在于，所述流化床炉内气体平均工况流量Qp为：
式中：Qb为流化床炉内气体标况流量；
T为流化床炉气体平均温度；
Pd为当地大气压；
Pl为流化床炉内气体平均压力。
6.根据权利要求5所述的将垃圾飞灰处置为水泥原料的方法，其特征在于，所述流化床炉内气体标况流量Qb为：
Qb＝Qg+Qy+Qx+Qs
式中：Qg为流化床鼓风量；
Qy为煤粉燃烧产生的烟气量；
Qx为流化床炉漏风量；
Qs为从窑头罩或三次风管抽取的热风过剩气体量。
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