CN107159678A - 铁矿烧结协同处理垃圾飞灰过程的二噁英控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁矿烧结协同处理垃圾飞灰过程的二噁英控制方法，该方法是将垃圾飞灰、石灰乳、易燃性固体燃料和污泥四种组分混合造粒、干燥，得到含垃圾飞灰的小球；铁矿烧结原料造粒后与所述含垃圾飞灰的小球混合，布料后进行点火、烧结；该方法在不影响铁矿烧结的前提下，实现了飞灰自身所含二噁英的高效降解，并防止了垃圾飞灰在烧结过程二次形成二噁英；该方法不但使垃圾飞灰二噁英的降解率达到90％以上，同时保证了垃圾飞灰的有效固结，在烧结过程达到了垃圾飞灰清洁化处理的目的。

Description

铁矿烧结协同处理垃圾飞灰过程的二噁英控制方法

技术领域

本发明涉及一种垃圾飞灰的处理方法，具体涉及一种利用铁矿烧结过程来协同处理垃圾飞灰的方法，特别涉及一种利用铁矿烧结实现垃圾飞灰中二噁英等持久性有机物分解的方法，属于垃圾飞灰处理技术领域。

背景技术

垃圾飞灰是垃圾焚烧厂烟气净化系统和热回收系统(如节热器、余热锅炉等)中捕集的细颗粒物质，它是垃圾焚烧的必然产物，约占焚烧垃圾量的3～5％。在我国，由于垃圾焚烧前，未能进行有效分类，导致焚烧飞灰含易浸出的重金属污染物和剧毒物质二噁英，根据我国2016年8月1日起施行的《国家危险废物名录》显示，垃圾飞灰属HW18类，为危险废物，如果不对其进行有效处理，会对环境造成二次污染，对人类健康造成不利影响，因此选择适宜的处理方式对人类生活的健康发展有重要意义。

目前，垃圾飞灰的主要处理方式及其存在缺点有：(1)水泥固化填埋。增容较大，侵占大量土地资源，Cr⁶⁺、Zn等金属较难被稳定，仍有浸出风险，二噁英污染未被有效处理；(2)化学药剂稳定技术。较难实现多种重金属的稳定化；对二噁英及溶解盐的稳定性较弱；(3)热处理技术。目前主要为水泥窑协同处理法，其缺陷在于飞灰中Cl的存在易对窑体产生腐蚀，同时影响水泥品质，从而限制水泥使用范围，而单独的高温处理则存在能耗高、投资大等问题。

中国专利(CN101476032A)公开了一种城市生活垃圾焚烧飞灰冶金烧结处理的方法，其具体公开将垃圾飞灰、粘结剂、稳固剂及含铁制粒物等制成含铁料小球，含铁料小球与铁矿、溶剂及燃料等混合，再进行烧结。该方法能实现垃圾焚烧飞灰的固定，且对烧结矿性能有一定改善。但需要进一步在烧结过程对垃圾焚烧飞灰中的二噁英进行“解毒”，消除对环境的隐患。一般的铁矿烧结矿原料在烧结过程是个逐步升温的过程，飞灰中的部分二噁英在升温过程来不及分解，易挥发到烧结烟气造成二次污染，且飞灰中的Cl、Cu、残碳等含量高，在烧结过程可以二次合成二噁英，如果处理不当，不但不能消除飞灰中二噁英的危害，还会增加二噁英的排放总量。因此，开发烧结工艺协同处置垃圾灰分的方法，其关键是使飞灰中的二噁英在烧结过程高效降解，同时控制烧结过程二噁英的二次形成，从而真正意义上实现飞灰的无害化处理，对推进垃圾焚烧发电产业的发展意义重大。

发明内容

针对现有技术中对垃圾飞灰的高温处理过程存在二噁英等有害物质挥发及二次生成，造成环境污染的缺陷，本发明的目的是在于提供一种利用钢铁生产过程中烧结工序来处理垃圾飞灰，在不影响烧结矿产量、质量的前提下，实现飞灰有效固结以及飞灰中二噁英的高效降解的方法，从而实现垃圾飞灰的清洁化处置。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种铁矿烧结协同处理垃圾飞灰过程的二噁英释控制方法，包括以下步骤：

1)将垃圾飞灰、石灰乳、固体燃料和污泥按质量比100:5～10:6～15:2～5混合造粒、干燥，得到含垃圾飞灰的小球；其中，石灰乳以CaO计量，固体燃料着火温度不高于450℃，污泥的水分不高于40％；

2)铁矿烧结原料造粒后与所述含垃圾飞灰的小球混合，布料，在混合料料面点火，点火温度为1050～1150℃，在混合料底部抽风条件下进行烧结，烧结最高温度为1250～1350℃，控制混合料层透气性和抽风负压，使烧结过程中升温速率不低于200℃/min。

本发明的技术方案利用钢铁生产过程中的高温工序，在处理垃圾飞灰上有独特优势：一方面，烧结能将垃圾飞灰等细粒物料在高温下条件下固结成块，能够有效实现垃圾飞灰的固定化处理，且防止有害气体逸出。同时，垃圾飞灰球粒中包含了对铁矿烧结有利烧结助剂组分，不会影响烧结矿的品质、产量。

针对垃圾飞灰中包含大量二噁英的特点，本发明的技术方案主要进行以下改进，实现垃圾飞灰中二噁英的高效分解，防止其挥发和二次生成。一方面采用适量的石灰乳、固体燃料和污泥等与垃圾飞灰混合造粒，石灰乳的加入提高了含垃圾飞灰的小球的CaO含量，使得小球在高温状态下可生成充足的液相而被固结，同时过量的CaO能够有效将高温下生成的氯化氢反应消耗，减少二噁英的生成；采用着火点低、燃烧速度快的固体燃料，可以快速提高飞灰小球的升温速度，从而使得飞灰中的二噁英迅速高温降解，同时燃料易于与CO₂反应而也提供了一定量的还原气氛CO，而快速升温和还原性气氛均有利于二噁英的降解和抑制生成；污泥富含C、氨基等有机质，其能够作为二噁英生成的阻滞剂，进一步抑制二噁英的生成。因此，通过特殊的造球配方，能有效降低二噁英的挥发及二次生成，从而实现垃圾飞灰中二噁英的高效降解，并抑制烧结过程二噁英的生成。另一方面，改变烧结过程中的烧结制度，通过提升烧结过程中的升温速率以及从混合料底部抽风的方式，加快了烧结过程中高温带从料面向下部料层传递速率，从而可以减少二噁英的挥发与二次生成。

优选的方案，所述石灰乳的颗粒粒度小于0.1mm。所述石灰乳指的是经过磨细处理，使得CaO充分消化所得产物。经过磨细处理的石灰颗粒在烧结过程中能实现液相的快速生成，有利于抑制烧结过程中酸性气体挥发及促进垃圾飞灰的固定。

优选的方案，污泥主要是市政污泥，指的是城市污水处理厂处理污水过程中产生的含水固体废弃物，保证其合适的含水量有利于造粒，污泥中还包含了大量的有机质。

优选的方案，所述的固体燃料为生物质碳。生物质碳的着火点低，有利于提高垃圾飞灰小球内部的升温速率和增强还原性气氛。

优选的方案，所述含垃圾飞灰的小球的粒径为4～6mm。有效降低了垃圾飞灰与烧结原料的接触点，即减少了催化二噁英生成的激发点，起到降低二噁英生成概率的作用。

优选的方案，所述垃圾飞灰小球干燥至含水量低于5％。大量研究表明，当含水量较高的含垃圾飞灰的小球在300℃～700℃易爆裂，将含水率高的含垃圾飞灰的小球在低温热风条件下进行干燥处理至适当的含水量，有效避免了含垃圾飞灰的小球在烧结迅速升温过程中，含垃圾飞灰的小球所含水分迅速蒸发引起小球爆裂，再次产生粉末激发二噁英生成的作用。

较优选的方案，所述干燥过程为在80～150℃温度下干燥20～60min。

优选的方案，将铁矿烧结原料进行造粒3～6min，在铁矿烧结原料完成造粒前1min内，均匀掺入铁矿烧结原料质量1～3％的含垃圾飞灰的小球，使含垃圾飞灰的小球和铁矿烧结原料球粒混合均匀，再进行布料，点火，烧结。

较优选的方案，所述铁矿烧结原料包括铁矿石、石灰石和/或生石灰、焦粉和/或无烟煤及返矿。

本发明的造粒过程通过圆盘造球机实现。其直径Ф＝1000mm，转速23r/min，边高h＝150mm，倾角α＝47°。垃圾飞灰、石灰乳、固体燃料和污泥混合造粒的时间控制为10～15min，一般为12min。

本发明将含垃圾飞灰的小球加入到铁矿烧结原料混中的具体方法：在铁矿烧结原料完成制粒的最后1min时沿圆筒制粒机轴线方向均匀加入干燥的含垃圾飞灰的小球，使含垃圾飞灰的小球和烧结原料混合均匀，加入的含垃圾飞灰的小球量为烧结原料质量的1～3％。

本发明的技术方案采用抽风烧结的方法，首先在1050～1150℃温度下对烧结料面进行点火，将烧结原料中的燃料点燃，在抽风的作用下，燃料燃烧产生的高温带从料面逐步向下部料层传递，依次完成烧结过程，要求烧结最高温度为1250～1350℃，烧结过程升温速度大于200℃/min。

本发明是在现有技术的基础上，针对垃圾飞灰在高温处理过程中易产生二噁英的特点，旨在提出一种改进的处理垃圾飞灰的方法，使得最终排放的烧结烟气中的二噁英含量符合国家要求。

与现有技术相比，本发明的技术方案带来的有益效果：

(1)本发明的技术方案利用铁矿的高温烧结过程来处理垃圾飞灰，实现两者的协同处理，不但实现了铁矿的正常烧结，同时使垃圾飞灰得到有效固定，特别是能够有效防止垃圾飞灰高温处理过程中二噁英的挥发和二次生成。具体优势在于：①在不影响烧结指标前提下使得细粒垃圾飞灰在烧结过程的高温条件下固结成块；②垃圾飞灰的加入，不会新增烧结过程的污染物种类，不用改变现有的烧结烟气净化工艺；③在烧结过程充分分解了垃圾飞灰中的二噁英。

(2)本发明的技术方案将未经任何预处理的垃圾飞灰粉末制成小球，再与铁矿烧结原料混合有效降低了垃圾飞灰与烧结原料的接触点，即减少了催化二噁英生成的激发点，起到降低二噁英生成概率的作用。且将垃圾飞灰小球进行干燥处理，起到避免垃圾飞灰小球在烧结迅速升温过程中，垃圾飞灰小球所含水分迅速蒸发引起小球爆裂，再次产生粉末激发二噁英生成的作用。

(3)本发明利用石灰乳、生物质炭和市政污泥对飞灰小球组成进行调控，使各组成能高效配合：石灰乳的加入提高了飞灰小球的CaO含量，使得小球在高温状态下可生成充足的液相而被固结，同时过量的CaO能够有效将高温下生成的氯化氢反应消耗，减少二噁英的生成；生物质炭的加入，由于生物质燃料着火点低、燃烧速度快，可以快速提高飞灰小球的升温速度，从而使得飞灰中的二噁英迅速高温降解，同时生物质燃料易于CO₂反应而也提供了一定量的CO，而快速升温和还原性气氛均有利于二噁英的降解和抑制生成；市政污泥富含C、氨基等有机质，其能够作为二噁英生成的阻滞剂，进一步抑制二噁英的生成，因此，从小球组成、高温气氛、阻滞剂等多方面优化烧结过程飞灰的反应条件，从而实现飞灰中二噁英的高效降解，并抑制烧结过程二噁英的生成。

综上所述，本发明从垃圾飞灰的自身特性以及烧结过程特性出发，开发了垃圾飞灰通过烧结造块将其固化和清洁处置的方法，可使小球在高温过程中被有效固化，同时有效降解飞灰中的二噁英；且不会对烧结矿的产量、质量指标以及排放污染物造成不利影响，从而达到铁矿烧结协同处置垃圾飞灰的目的。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

实施例1

将垃圾飞灰与占飞灰质量5％的石灰乳、15％的生物质炭和2％的市政污泥(含水率约为30％)混合均匀，制成粒度为4mm的小球，并在80℃干燥60min(干燥至含水率小于5％)；再将常规烧结原料混合后制粒，在烧结原料完成制粒的最后1min时沿圆筒制粒机水平轴线方向均匀加入，使飞灰小球和烧结原料混合均匀，飞灰小球量为烧结原料质量的2％，所得混合料经布料后进行点火、烧结，控制点火温度约1100℃、烧结最高温度1300℃、升温速率220℃/min，烧结指标和烟气中二噁英含量如表1所示，可知，将垃圾飞灰制粒干燥后添加进入烧结可获得与基准相当的烧结指标，飞灰所含二噁英降解率为91.25％。可以看出，相比飞灰直接添加(将飞灰以单一组分直接添加)到烧结或者飞灰与含铁原料制成小球添加到烧结，通过本发明的技术措施，可大幅提高烧结过程飞灰的二噁英降解率。

实施例2

垃圾飞灰与占飞灰质量10％的石灰乳、6％的生物质炭和5％的市政污泥(含水率约为35％)混合均匀，制成粒度为6mm的小球，并在150℃干燥20min(干燥至含水率小于5％)；再将常规烧结原料混合后制粒，在烧结原料完成制粒的最后1min时沿圆筒制粒机水平轴线方向均匀加入，使飞灰小球和烧结原料混合均匀，飞灰小球量为烧结原料质量的1％，所得混合料经布料后进行点火、烧结，控制点火温度约1100℃、烧结最高温度1320℃、升温速率240℃/min，烧结指标和烟气中二噁英含量如表1所示，可知，将垃圾飞灰制粒干燥后添加进入烧结可获得与基准相当的烧结指标，飞灰所含二噁英降解率为94.38％。可以看出，相比飞灰直接添加到烧结(将飞灰以单一组分直接添加)或者飞灰与含铁原料制成小球添加到烧结，通过本发明的技术措施，可大幅提高烧结过程飞灰的二噁英降解率。

表1不同实施例烧结指标及飞灰二噁英降解率

Claims (8)

1.一种铁矿烧结协同处理垃圾飞灰过程的二噁英控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将垃圾飞灰、石灰乳、固体燃料和污泥按质量比100:5～10:6～15:2～5混合造粒、干燥，得到含垃圾飞灰的小球；其中，石灰乳以CaO计量，固体燃料着火温度不高于450℃，污泥的水分不高于40％；

2)铁矿烧结原料造粒后与所述含垃圾飞灰的小球混合，布料，在混合料料面点火，点火温度为1050～1150℃，在混合料底部抽风条件下进行烧结，烧结最高温度为1250～1350℃，控制混合料层透气性和抽风负压，使烧结过程中升温速率不低于200℃/min。

2.根据权利要求1所述的铁矿烧结协同处理垃圾飞灰过程的二噁英控制方法，其特征在于：所述石灰乳的颗粒粒度小于0.1mm。

3.根据权利要求1所述的铁矿烧结协同处理垃圾飞灰过程的二噁英控制方法，其特征在于：所述的固体燃料为生物质碳。

4.根据权利要求1～3任一项所述的铁矿烧结协同处理垃圾飞灰过程的二噁英控制方法，其特征在于：所述含垃圾飞灰的小球的粒径为4～6mm。

5.根据权利要求4所述的铁矿烧结协同处理垃圾飞灰过程的二噁英控制方法，其特征在于：所述含垃圾飞灰的小球干燥至含水量低于5％。

6.根据权利要求5所述的铁矿烧结协同处理垃圾飞灰过程的二噁英控制方法，其特征在于：所述干燥过程为在80～150℃温度下干燥20～60min。

7.根据权利要求1～4、5、6任一项所述的铁矿烧结协同处理垃圾飞灰过程的二噁英控制方法，其特征在于：将铁矿烧结原料进行造粒3～6min，在铁矿烧结原料完成造粒前1min内，均匀掺入铁矿烧结原料质量1～3％的含垃圾飞灰的小球，使含垃圾飞灰的小球和铁矿烧结原料球粒混合均匀，再进行布料，点火，烧结。

8.根据权利要求7所述的铁矿烧结协同处理垃圾飞灰过程的二噁英控制方法，其特征在于：所述铁矿烧结原料包括铁矿石、石灰石和/或生石灰、焦粉和/或无烟煤及返矿。