CN107055588A - 一种垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法，包括：将垃圾焚烧飞灰通过密闭管道输送到电加热熔炉中，同时在电加热熔炉内加入调质改性剂，电加热熔炉对垃圾焚烧飞灰和调质改性剂进行熔融处理，得到高温烟气和高温熔体；将熔融处理后的高温烟气掺兑冷风冷却，再将冷却后的含尘烟气进行水洗；对水洗后得到的物质进行尘泥脱水，得到不溶于水的金属粉，将溶于水的剩余物质采用MVR工艺处理成工业盐晶粒；将高温熔体进行深加工处理，得到防火纤维、保温材料或耐磨铸石，本发明不需要消耗大量的水之源，只利用低水耗工艺，减少提炼工业盐的成本；且提炼的工业盐没有混合重金属物质的危险，满足生产多种资源化产品。

Description

一种垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法。

背景技术

2015年我国垃圾的产生量达到2.5亿吨，其中生活垃圾约1.9亿吨，工业垃圾约0.6亿吨。填埋和焚烧是目前国内解决垃圾围城的二种主要方法，填埋仅是采用集中堆放的方式进行固定的储存，焚烧是将垃圾中的可燃物通过燃烧达到减容和减重的有效手段。伴随国内各大城市规划填埋场的可填埋量日益减少，垃圾焚烧作为国内近年来达到高效处置的一项新技术得到了高速发展。2015年国内的垃圾焚烧处置率约30％，规划2020年国内的垃圾焚烧处置率将提高到50％，即2015年国内日焚烧垃圾约21万吨，2020年日垃圾焚烧量将会增加到40万吨的水平。一般情况下机械炉排焚烧炉在焚烧过程会产生3％左右的飞灰和15％左右的底渣，但因底渣基本不含有害物质已经得到普遍应用，而垃圾焚烧飞灰中因含有二噁英、K、Na等碱金属离子、氯离子和多种重金属（如Pb、Cd、Zn等）的有害物质已经被列为国家危险废弃物目录中（HW18）。2015年我国垃圾焚烧的飞灰总产量超过200万吨，预测到2020年我国垃圾焚烧的飞灰总产量将超过400万吨。目前垃圾焚烧飞灰的主要处理方式是螯合后进行安全填埋，由于国家技术规范明确要求必须对飞灰进行重金属螯合固化后才能出厂到填埋场，但因垃圾焚烧飞灰的成分复杂导致现有技术无法实现完全的螯合无害化，故填埋后仍将会给未来的生态环境遗留了一定的安全隐患。

2013年国内首次完成利用水泥回转窑协同处置垃圾焚烧飞灰的工业化试验并开始工业化推广。因垃圾焚烧飞灰中的氯离子和重金属等物质的负面影响，在水泥原料中能够掺兑焚烧飞灰的比例受限，一般不超过3％，否则会导致回转窑内结厚、设备腐蚀和水泥产品性能劣化等。利用水泥回转窑协同处置垃圾焚烧飞灰的成功试验开拓了垃圾焚烧飞灰高温熔融的无害化处置技术的新方向，同时也为垃圾焚烧飞灰的高温熔融技术的发展奠定了基石。近期国内企业开展的等离子加热焚烧飞灰技术又推动了垃圾焚烧飞灰高温熔融技术的发展。

垃圾焚烧飞灰中不仅包含SiO₂、CaO、Al₂O₃、MgO等无机化合物，而且也含有二噁英、K^＋、Na^＋、Cl^－和Zn、Pb、Cd等多种重金属离子，实现垃圾焚烧飞灰的无害化和资源化是彻底解决“垃圾围城”困境的必由之路。申请号为2016104163312，名称为：利用电镀污泥与生活垃圾焚烧飞灰协同熔融制备玻璃沙的方法，此方法需要将焚烧飞灰进行水洗预处理后才能进行协同处置，飞灰水洗预处理过程需要消耗大量的水之源，成本高，且存在产生废水污染等风险，此方法将熔融炉的烟气循环到飞灰水洗液中曝气处理获得工业盐，因电镀污泥中的多种重金属存在，所提炼的工业盐中不可避免混和一定的重金属物质，从而限制了工业盐的应用途径；此方法将熔渣直接水冷成颗粒玻璃砂，而玻璃砂的后续利用还需要再次耗能加工才行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法，本垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法不需要消耗大量的水之源，只利用低水耗工艺，减少提炼工业盐的成本；且提炼的工业盐基本没有混合重金属物质的危险，满足生产多种资源化产品。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法，包括下列步骤：

步骤1：将垃圾焚烧飞灰通过密闭管道输送到电加热熔炉中，同时在电加热熔炉内加入调质改性剂，电加热熔炉对垃圾焚烧飞灰和调质改性剂进行熔融处理，得到高温烟气和高温熔体；

步骤2：将熔融处理后的高温烟气掺兑冷风冷却，再将冷却后的含尘烟气进行水洗；

步骤3：对水洗后得到的物质进行尘泥脱水，得到不溶于水的金属粉，金属粉的含水量不大于40%，将溶于水的剩余物质采用MVR工艺处理成工业盐晶粒；

步骤4：将高温熔体进行深加工处理，得到防火纤维、保温材料或耐磨铸石。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤1包括：将垃圾焚烧飞灰通过密闭管道输送到电加热熔炉中，同时在电加热熔炉内加入调质改性剂和高温熔渣，电加热熔炉对垃圾焚烧飞灰、高温熔渣和调质改性剂进行熔融处理，得到高温烟气和高温熔体。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述垃圾焚烧飞灰为原灰或螯合灰，所述高温熔渣包括冶金渣。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述调质改性剂为高硅质原料、高铝质原料、矿渣或尾矿。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述电加热熔炉进行熔融处理的加热温度为1350℃~~1450℃，所述电加热熔炉进行熔融处理的时间为大于60分钟。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述的将熔融处理后的高温烟气掺兑冷风冷却，冷却后的温度为500~700℃。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述的将冷却后的含尘烟气进行水洗的气液质量比1：3~1：5。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述的金属粉包括氧化锌粉末。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤4中将高温熔体进行深加工处理的具体步骤包括：

（1）将高温熔体经过高速离心机加工成平均直径不大于7微米的防火纤维和防火保温板，高速离心机的转速大于3000转/分钟；

（2）将高温熔体配加起泡剂并加工成气孔率大于85%的保温材料；

（3）将高温熔体浇注或压延成耐磨铸石。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

（1）本发明将垃圾焚烧飞灰直接加入电加热熔炉内熔融处理，不需要进行水洗预处理加工，从而避免了飞灰预处理过程需要消耗大量的水之源和产生废水污染等风险；

（2）本发明对电加热熔炉熔融后的高温烟气掺兑冷风冷却，确保烟气中的锌离子与空气中的氧结合成氧化锌粉末，再进行水洗处理，不仅可以确保经水洗后的烟气完全净化后排放，而且快速冷却也能避免垃圾焚烧飞灰内的二噁英的二次还原生成，同时利用低水耗（气液比1：3~1：5）工艺，从而减少飞灰提炼工业盐晶粒的成本；本发明的溶于水的剩余物质为氯、钾、钠等物质，本发明将溶于水的氯、钾、钠等物质经过MVR工艺处理成工业盐晶粒，所提炼的工业盐晶粒基本没有混和重金属物质，工业盐晶粒的应用途径广泛。

（3）本发明对电加热熔炉的烟气进行水洗处理，可以实现易溶于水的氯、钾、钠等物质与不溶于水的氧化锌进行分离，尘泥脱水后获得高含量的氧化锌粉末；本发明的氧化锌粉末和工业盐晶粒二种物质均可以外售，从而为后续采用本发明的方法提供一定的资金来源。

（4）本发明将熔融后的高温熔体直接加工成产品，不需另外消耗能源，从最终产品的角度出发，本发明是一种节能的产品加工方法，克服了现有技术中将熔渣直接水冷成颗粒玻璃砂，而玻璃砂的后续利用还需要再次耗能加工才行的缺陷。

（5）本发明是对垃圾焚烧飞灰直接进行高温熔融并经过同步调质改性后实现其资源化利用，本发明在电加热熔炉中加入高温熔渣，既可以大幅度减少熔融能源消耗，又可以代替调质改性剂的作用。

（6）本发明将垃圾焚烧飞灰直接电加热熔融的同时进行调质改性后的高温熔体进行深加工处理，得到防火纤维、保温材料或耐磨铸石，满足生产多种资源化产品。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面根据图1对本发明的具体实施方式作出进一步说明：

参见图1，一种垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法，包括：

首先，将垃圾焚烧飞灰通过密闭管道输送到电加热熔炉中，根据资源化产品的要求在电加热熔炉内加入调质改性剂，电加热熔炉对垃圾焚烧飞灰和调质改性剂进行熔融处理，同时在外部条件允许的情况下，可以向电加热熔炉内加入高温熔渣来协助熔融，这样既可以降低能源成本，又可以替代部分的调质剂功能，最终得到高温烟气和高温熔体；在电加热熔炉内让垃圾焚烧飞灰在1350℃~1450℃的高温熔融，熔融处理的时间为大于60分钟，这样可以彻底分解垃圾焚烧飞灰中的二噁英，并让垃圾焚烧飞灰中的低熔点物质（如K、Na、Cl、Zn等离子）全部气化进入高温烟气中，而且垃圾焚烧飞灰中的重金属离子被熔融的玻璃相全部封闭固化在晶格中，形成高温熔体，实现安全的资源化利用，采用电加热熔炉可以避免产生大量的废气治理投资和降低废气处理成本。

其次，将熔融处理后1300℃以上的烟气掺兑冷风冷却到500~700℃，以确保烟气中的锌离子与空气中的氧结合成氧化锌颗粒，然后再将冷却后的含尘烟气进行水洗（将冷却后的含尘烟气进行水洗的气液质量比1：3~1：5），以快速冷却确保垃圾焚烧飞灰中的二噁英不再进行还原生成，K、Na等碱金属离子、氯离子等水溶性物质全部进入水中。最后对水洗后得到的物质通过固液分离器进行尘泥脱水，将脱水分离出来的溶于水的剩余物质（废水）采用MVR工艺处理成工业盐晶粒，脱水后的不溶于水的金属粉也将被脱水收集，脱水后的金属粉的含水量不大于40%，金属粉和工业盐晶粒均可以外售。

最后是经调质的1350~1450℃的高温熔体再进入后序资源化产品的深加工处理，即将调质后形成的酸度系数（即碱度的倒数）不低于1.6的高温熔体在高速离心机（转速大于3000转/分钟）的作用下被加工成平均直径不大于7微米的防火纤维和防火保温板，或将高温熔体配加起泡剂后直接加工成气孔率大于85%的保温砖块，也或将高温熔体直接浇注或压延成耐磨铸石材料。

本实施例中所述的垃圾焚烧飞灰为原灰或螯合灰，所述高温熔渣包括冶金渣。

本实施例中对垃圾焚烧飞灰熔融过程中添加的所述调质改性剂为高硅质原料、高铝质原料、矿渣或尾矿等，以便满足生产多种资源化产品。

本实施例中所述的金属粉主要为氧化锌粉末。

本发明将垃圾焚烧飞灰直接加入电加热熔炉内熔融处理，不需要进行水洗预处理加工，从而避免了飞灰预处理过程需要消耗大量的水之源和产生废水污染等风险；本发明对电加热熔炉熔融后的高温的烟气掺兑冷风冷却，确保烟气中的锌离子与空气中的氧结合成氧化锌粉末，再进行水洗处理，不仅可以确保经水洗后的烟气完全净化后排放，而且快速冷却也能避免垃圾焚烧飞灰内的二噁英的二次还原生成，同时利用低水耗（气液比1：3~1：5）工艺，从而减少飞灰提炼工业盐晶粒的成本；本发明的溶于水的剩余物质为氯、钾、钠等物质，本发明将溶于水的氯、钾、钠等物质经过MVR工艺处理成工业盐晶粒，所提炼的工业盐晶粒没有混和重金属物质。本发明对电加热熔炉的烟气进行水洗处理，可以实现易溶于水的氯、钾、钠等物质与不溶于水的氧化锌进行分离，尘泥脱水后获得高含量的氧化锌粉末；本发明的氧化锌粉末和工业盐晶粒二种物质均可以外售，从而为后续采用本发明的方法提供一定的资金来源。本发明将熔融后的高温熔体直接加工成产品，不需另外消耗能源，从最终产品的角度出发，本发明是一种节能的产品加工方法；本发明是对垃圾焚烧飞灰直接进行高温熔融并经过同步调质改性后实现其资源化利用，本发明在外部条件允许的情况下，电加热熔炉中加入高温熔渣，既可以大幅度减少熔融能源消耗，又可以代替调质改性剂的作用。本发明将高温熔融并同步调质改性后的高温熔体进行深加工处理，得到防火纤维、保温材料或耐磨铸石，满足生产多种资源化产品。

本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1：将垃圾焚烧飞灰通过密闭管道输送到电加热熔炉中，同时在电加热熔炉内加入调质改性剂，电加热熔炉对垃圾焚烧飞灰和调质改性剂进行熔融处理，得到高温烟气和高温熔体；

步骤2：将熔融处理后的高温烟气掺兑冷风冷却，再将冷却后的含尘烟气进行水洗；

步骤3：对水洗后得到的物质进行尘泥脱水，得到不溶于水的金属粉，金属粉的含水量不大于40%，将溶于水的剩余物质采用MVR工艺处理成工业盐晶粒；

步骤4：将高温熔体进行深加工处理，得到防火纤维、保温材料或耐磨铸石。

2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法，其特征在于：所述的步骤1还包括：将垃圾焚烧飞灰通过密闭管道输送到电加热熔炉中，同时在电加热熔炉内加入调质改性剂和高温熔渣，电加热熔炉对垃圾焚烧飞灰、高温熔渣和调质改性剂进行熔融处理，得到高温烟气和高温熔体。

3.根据权利要求2所述的垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法，其特征在于：所述垃圾焚烧飞灰为原灰或螯合灰，所述高温熔渣包括冶金渣。

4.根据权利要求3所述的垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法，其特征在于：所述调质改性剂为高硅质原料、高铝质原料、矿渣或尾矿。

5.根据权利要求4所述的垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法，其特征在于：所述电加热熔炉进行熔融处理的加热温度为1350℃~~1450℃，所述电加热熔炉进行熔融处理的时间为大于60分钟。

6.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法，其特征在于：所述的将熔融处理后的高温烟气掺兑冷风冷却，冷却后的温度为500~700℃。

7.根据权利要求6所述的垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法，其特征在于：所述的将冷却后的含尘烟气进行水洗的气液质量比1：3~1：5。

8.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法，其特征在于：所述的金属粉包括氧化锌粉末。

9.根据权利要求8所述的垃圾焚烧飞灰的熔融资源化处理方法，其特征在于，所述的步骤4中将高温熔体进行深加工处理的具体步骤包括：

（1）将高温熔体经过高速离心机加工成平均直径不大于7微米的防火纤维和防火保温板，高速离心机的转速大于3000转/分钟；

（2）将高温熔体配加起泡剂并加工成气孔率大于85%的保温材料；

（3）将高温熔体浇注或压延成耐磨铸石。