CN107089795B - 一种生活垃圾焚烧飞灰电极熔融处理及资源化利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生活垃圾焚烧飞灰电极熔融处理及资源化利用方法，将飞灰及辅料搅拌均匀后送至电极熔融炉，在800～1500℃条件下，停留10～100min，重质熔融液沉降至熔融炉底部经水淬形成玻璃化产品；轻质熔融液中的高沸点物质在冷炉顶或混合料层处冷凝，冷凝液排出后填埋；轻质熔融液中的低沸点物质送至尾气净化系统。连续作业时采用压炉的方式使系统低温运行，有效实现节能降耗；冷顶方式采用的混合料层含有未反应的Ca(OH)₂可作为脱酸剂吸附烟气中的酸性气体和重金属等污染物，初步净化烟气，同时料层顶部最低温度可达200℃以下，大幅减少低沸点物质挥发，有效避免烟气处理系统被酸性气体腐蚀或板结。

Description

一种生活垃圾焚烧飞灰电极熔融处理及资源化利用方法

技术领域

本发明属于固体废弃物处理、处置技术领域，特别涉及一种生活垃圾焚烧飞灰电极熔融处理及资源化利用方法。

背景技术

生活垃圾焚烧飞灰是一种灰白色或深灰色的细小粉末，具有含水率低、一般呈棒状、多角质状、棉絮状、球状等不规则形状、粒径不均、孔隙率高及比表面积大的特点。飞灰富含高浓度的氯盐、高含量且易浸出的重金属和二恶英，被世界各国列为危险废弃物(中国，代码为HW18)。近年来，国内外开展了多种飞灰处置技术的研究，包括固化稳定化填埋、分离萃取、烧结熔融等热处理、及炭/铁浆等其它方法。

飞灰传统干法填埋具有螯合成本高、粉尘污染、氨味散逸、填埋库容利用率低、雨季影响填埋作业、填埋场渗滤处理，且占用大量土地资源等缺陷。烧结和熔融等高温处理方法可以有效控制污染、还可实现资源化利用，成为可持续性发展的重要处理技术。

电极熔融技术是本世纪国际上发展起来的一种新技术，因其热效率高、污染物排放少等特点在玻璃行业已获得了大量的应用。我国飞灰电极熔融技术的应用正处于起步阶段，缺少针对我国飞灰熔融特性的基础研究和工程实践，存在的主要问题是项目投资大、运营成本高、国外技术在国内的适应性不好。另据2016新版《国家危险废物名录》，代码为772-004-18的等离子体、高温熔融等处置过程产生的非玻璃态物质和飞灰被列为危险废物，对飞灰的处置产物进行了限定。

专利201010230962.8公开了一种垃圾焚烧飞灰电熔处理方法，该方法利用玻璃电熔炉将飞灰融化为玻璃态的惰性固体废弃物，但是该惰性固体废弃物仍然不能被利用，还需进入垃圾填埋场填埋，占用土地资源。专利201410028554.2公开了一种垃圾焚烧飞灰无害化处理及利用方法，该方法在飞灰中加入硅酸盐、硼酸盐、还原剂、粘合剂，利用钼电极炉将物料熔融为玻璃态，最后经成型装置制成板材、棉或连续纤维，虽最终将飞灰得以资源化利用，但能耗过高无法工业化实施推广，且未考虑熔融过程中氯盐和重金属的挥发，需进行复杂的净化处理烟气才可达标排放。

因此开发一种适用于中国焚烧飞灰特性和政策要求的可操行强、处理成本低、环保性高的飞灰熔融处理及资源化利用技术，可为飞灰的资源化处理开辟一条新途径。

发明内容

本发明为解决飞灰熔融技术中存在的处理成本高、能耗高、不利于推广等缺陷，而提出一种生活垃圾焚烧飞灰电极熔融处理及资源化利用方法，该方法及系统通过采用“冷炉顶”和“压炉”设计，在保证熔融效果的前提下，可有效减少低沸点物质挥发、简化烟气处理工序、降低处理能耗，最终得到玻璃化产品。

本发明通过以下技术方案予以实现：

(1)配料及给料系统：飞灰及辅料称重后输送至混料器，搅拌均匀后将混合料送至电极熔融炉。

所述配料及给料系统可选用人工、半自动和自动控制系统。

所述辅料为碎玻璃、石英砂、矿渣中的一种或几种。

所述飞灰的添加量为混合料总质量的50～100％。

所述电极熔融炉的电极为钼电极、石墨电极、氧化锡电极、铅电极中的一种或几种。

(2)电极熔融炉配有冷顶装置和热顶装置，根据工艺需要可实现冷顶回凝或热顶熔化；其中冷顶方式采用混合料层垂直深层电熔加水冷、油冷或气冷的方式，热顶方式采用添加加热棒的方式；同时连续作业时采用压炉工艺，在用电波峰和波平时段，通过切断上、中层电流和降低下层电流的调节手段，使系统以最低温度运行。

所述混合料层厚度为5～50cm。

所述压炉方式用电量设计为波峰∶波平∶波谷＝0～1∶1～3∶6～9。

(3)混合料进入电极熔融炉内，在800～1500℃条件下，停留时间10～100min，重质熔融液沉降至熔融炉底部，通过带有电加热的流液洞、上升道和料道空间排至水淬池，经急冷处理形成玻璃化产品；轻质熔融液上浮经过混合料层时，被初步吸附净化，初步净化后烟气中的高沸点物质在冷炉顶处冷凝，回流至炉池顶部的导流装置，通过定期或连续卸料的方式排出，进行填埋处置；初步净化后烟气中的低沸点物质经排气口送至尾气净化系统。

(4)尾气净化系统包括急冷塔、活性炭吸附装置、布袋除尘器和吸收塔，深度净化后排空。

本发明具有的优点和积极效果是：

(1)本发明中电极熔融的“冷炉顶”设计技术是处理飞灰的最主要优势。飞灰中含有大量含Cl^-、SO₄ ^2-、Na、K、Pb、Zn、Cu的易挥发物质，1200℃时烧失量达到30％以上，尾气治理投资高、难度大，“二次飞灰”不易处理。冷炉顶技术采用厚料层垂直深层电熔设计，混合料层含有未反应的Ca(OH)₂可作为脱酸剂吸附烟气中的氯化物、硫化物、重金属等污染物质，初步净化烟气，同时料层顶部最低温度可达200℃以下，选择性配合水冷、油冷或气冷的方式，大幅减少低沸点物质挥发，降低后续烟气净化系统负荷，有效避免烟气处理系统被酸性气体腐蚀或板结。

(2)“压炉”设计是本发明的第二项优势。通过切断上、中层电流和降低下层电流的调节手段，仅保证系统最低温度的要求，在用电波峰和波平时段减少或停止熔融，停电期间电熔窑各部分温度均下降，来电后即可将各处电极通电恢复炉温，停电期间无需采取其他措施而不影响熔融效果，可大幅度降低系统的用电成本。

附图说明

图1为一种生活垃圾焚烧飞灰电极熔融处理及资源化利用方法工艺流程图。

具体实施例

实施例1

飞灰及辅料称重，使飞灰的添加量为混合料总质量的90％，辅料选用石英砂，利用半自动控制系统将混合料输送至混料器，搅拌均匀后将混合料送至钼电极熔融炉。

钼电极熔融炉上方铺设40cm厚混合料层，炉内熔融温度控制在1500℃时，物料停留10min后进行排料，重质熔融液沉降至熔融炉底部，通过带有电加热的流液洞、上升道和料道空间排至水淬池，经急冷处理形成玻璃化产品；轻质熔融液上浮经过混合料层时，被初步吸附净化，初步净化后烟气中的高沸点物质在冷炉顶处冷凝，回流至炉池顶部的导流装置，通过定期或连续卸料的方式排出，进行填埋处置；初步净化后烟气中的低沸点物质经排气口送至尾气净化系统。飞灰电极熔融系统连续作业时，波峰∶波平∶波谷的用电量比为＝0∶1∶9，测得炉顶混合料层的温度约为190℃。

测得玻璃化产品重金属浸出指标见表1，远远低于GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》标准要求；烟气检测指标见表2，满足GB18484-2001《危险废物焚烧污染控制标准》要求。

表1玻璃化产品重金属浸出毒性检测

单位：mg/L

重金属

Zn

Cd

Pb

Ni

Cu

Cr

As

浸出毒性

0.017

ND

ND

ND

ND

ND

ND

表2烟气检测指标

单位：mg/m³

污染物项目

烟尘

二氧化硫

氟化氢

氯化氢

氮氧化物

二噁英类ng TEQ/m<sup>3</sup>

净化后烟气

10.7

37

ND

10.1

40

0.021

实施例2

飞灰及辅料称重，使飞灰的添加量为混合料总质量的75％，辅料选用碎玻璃，利用半自动控制系统将混合料输送至混料器，搅拌均匀后将混合料送至石墨电极熔融炉。

石墨电极熔融炉上方铺设20cm厚混合料层并在炉顶添加水冷管配合水冷方式，炉内熔融温度控制在1250℃时，物料停留50min后进行排料，重质熔融液沉降至熔融炉底部，通过带有电加热的流液洞、上升道和料道空间排至水淬池，经急冷处理形成玻璃化产品；轻质熔融液上浮经过混合料层时，被初步吸附净化，初步净化后烟气中的高沸点物质在冷炉顶处冷凝，回流至炉池顶部的导流装置，通过定期或连续卸料的方式排出，进行填埋处置；初步净化后烟气中的低沸点物质经排气口送至尾气净化系统。飞灰电极熔融系统连续作业时，波峰∶波平∶波谷的用电量比为＝1∶3∶6，测得炉顶混合料层的温度约为180℃。

测得玻璃化产品重金属浸出指标见表3，远远低于GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》标准要求；烟气检测指标见表4，满足GB18484-2001《危险废物焚烧污染控制标准》要求。

表3玻璃化产品重金属浸出毒性检测

单位：mg/L

重金属

Zn

Cd

Pb

Ni

Cu

Cr

As

浸出毒性

0.026

ND

ND

ND

ND

0.051

ND

表4烟气检测指标

单位：mg/m³

污染物项目

烟尘

二氧化硫

氟化氢

氯化氢

氮氧化物

二噁英类ng TEQ/m<sup>3</sup>

净化后烟气

12.1

45

ND

23.7

48

0.025

实施例3

飞灰及辅料称重，使飞灰的添加量为混合料总质量的50％，辅料选用碎玻璃和矿渣混合物，利用全自动控制系统将混合料输送至混料器，搅拌均匀后将混合料送至氧化锡电极熔融炉。

钼电极熔融炉上方铺设6cm厚混合料层，炉内熔融温度控制在900℃时，物料停留80min后进行排料，重质熔融液沉降至熔融炉底部，通过带有电加热的流液洞、上升道和料道空间排至水淬池，经急冷处理形成玻璃化产品；轻质熔融液上浮经过混合料层时，被初步吸附净化，初步净化后烟气中的高沸点物质在冷炉顶处冷凝，回流至炉池顶部的导流装置，通过定期或连续卸料的方式排出，进行填埋处置；初步净化后烟气中的低沸点物质经排气口送至尾气净化系统。飞灰电极熔融系统连续作业时，波峰∶波平∶波谷的用电量比为＝1∶2∶7，测得炉顶混合料层的温度约为175℃。

测得玻璃化产品重金属浸出指标见表5，远远低于GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》标准要求；烟气检测指标见表6，满足GB18484-2001《危险废物焚烧污染控制标准》要求。

表5玻璃化产品重金属浸出毒性检测

单位：mg/L

重金属

Zn

Cd

Pb

Ni

Cu

Cr

As

浸出毒性

0.021

ND

ND

ND

0.008

0.038

ND

表6烟气检测指标

单位：mg/m³

污染物项目

烟尘

二氧化硫

氟化氢

氯化氢

氮氧化物

二噁英类ng TEQ/m<sup>3</sup>

净化后烟气

23.4

55

ND

31.1

64

0.031

Claims (7)

1.一种垃圾焚烧飞灰电极熔融处理及资源化利用方法，其步骤为：

(1)配料及给料系统：飞灰及辅料称重后输送至混料器，搅拌均匀后将混合料送至电极熔融炉；

(2)电极熔融炉配有冷顶装置和热顶装置，根据工艺需要可实现冷顶回凝或热顶熔化；其中冷顶方式采用混合料层垂直深层电熔加水冷、油冷或气冷的方式，热顶方式采用添加加热棒的方式；连续作业时采用压炉工艺，在用电波峰和波平时段，通过切断上、中层电流和降低下层电流的调节手段，使系统低温运行；

(3)混合料进入电极熔融炉内，在800～1500℃条件下，停留时间10～100min，重质熔融液沉降至熔融炉底部，通过带有电加热的流液洞、上升道和料道空间排至水淬池，经急冷处理形成玻璃化产品；轻质熔融液上浮经过混合料层时，被初步吸附净化，初步净化后烟气中的高沸点物质在冷炉顶处冷凝，回流至炉池顶部的导流装置，通过定期或连续卸料的方式排出，进行填埋处置；初步净化后烟气中的低沸点物质经排气口送至尾气净化系统；

(4)尾气净化系统包括急冷塔、活性炭吸附装置、布袋除尘器和吸收塔，深度净化后排空。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰电极熔融处理及资源化利用方法，其特征在于：配料及给料系统选用人工、半自动和自动控制系统中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰电极熔融处理及资源化利用方法，其特征在于：辅料为碎玻璃、石英砂、矿渣中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰电极熔融处理及资源化利用方法，其特征在于：垃圾焚烧飞灰的添加量为混合料总质量的50～100％。

5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰电极熔融处理及资源化利用方法，其特征在于：电极熔融炉的电极为钼电极、石墨电极、氧化锡电极、铅电极中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰电极熔融处理及资源化利用方法，其特征在于：混合料层厚度为5～50cm。

7.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰电极熔融处理及资源化利用方法，其特征在于：压炉方式用电量设计为波峰∶波平∶波谷＝0～1∶1～3∶6～9。

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