CN107338358A - 焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种焚烧飞灰同时脱除重金属和二噁英的脱除方法。该脱除方法包括：将焚烧飞灰在熔池熔炼装置中进行熔炼过程，得到烟气和金属相；将烟气进行净化，得到粉尘和净化尾气；以及将粉尘返回至熔池熔炼装置中进行熔炼过程。采用熔池熔炼装置对焚烧飞灰进行熔炼，有利于提高熔池熔炼过程的传热效率和热解效率。这一方面能够使焚烧飞灰中二噁英被分解，同时重金属杂质被转移至熔渣中，另一方面还能够降低焚烧飞灰的处理成本和运行能耗。将熔炼过程产生的烟气进行净化后，将烟气中的粉尘分离出来作为返尘输送至熔池熔炼装置中进行上述熔炼过程，从而能够减少焚烧飞灰处理过程中产生的烟尘，并将烟尘转化为熔渣。

Description

焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法
技术领域
本发明涉及焚烧处理技术领域，具体而言，涉及一种焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法。
背景技术
危险废物、生活垃圾普遍采用焚烧技术处理，然而焚烧产生的飞灰中重金属、有挥发性有机物(含二噁英)等物质的含量会超过国家标准。因而上述焚烧飞灰被列入危险名录上规定的一种危险废弃物，其带有较强的毒性，带来了二次污染，必须经过无害化才能排放。
现有技术中，对焚烧飞灰的处理通常采用水泥固化、化学药剂稳定化、酸溶剂提取和熔融固化四种方法。
水泥固化需要在飞灰中添加10％～20％的水泥，固化后增容较大，固化后的重金属容易再次浸出，并且水泥固化无法消除飞灰中的二噁英。
化学药剂稳定化因飞灰组分差异性较大、重金属超标情况不同，很难找到一种普遍适用的化学药剂，固化后的重金属存在再次浸出风险，无法消除二噁英类持久性污染物。
酸溶剂提取同样面临着不同飞灰组分不同的差异，产生需要二次处理的含溶解性盐废水和含重金属的泥浆。
熔融固化是飞灰无害化和资源化的一项处理技术，因超过1000℃的高温条件使得飞灰中二噁英类有机物能够彻底分解，同时重金属能够被包封固化在稳定的Si-O网格中，达到二噁英消除、重金属稳定化的目的。同时，飞灰经过熔融后，密度大大增加，飞灰减容2/3以上，可作为建筑材料，进行综合利用。
熔融固化所需温度高，对生产条件和能耗均提出较高要求，国内研究较多熔融方法主要有电熔融、等离子熔融和燃料熔融，电熔融所耗电为二次能源，耗电量大，处理费用较高，不易实现设备大型化。等离子熔融易获取高温，但为保护电极需要用惰性气体作为工作气体，价格昂贵，系统复杂，设备初始投资巨大，运行过程中维修保养成本高。燃料熔融使用燃气、油、煤作为能源，炉膛结构和系统都相对简单，投资费用和飞灰处理费用较低，但面临着产生二次烟尘处理问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种焚烧飞灰同时脱除重金属和二噁英的脱除方法，以解决现有技术中焚烧飞灰的处理过程存在处理成本高，产生二次污染物且不环保的问题。
为了实现上述目的，本发明一个方面提供了一种焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法，方法包括：将焚烧飞灰在熔池熔炼装置中进行熔炼过程，得到烟气和金属相；将对烟气进行净化，得到粉尘和净化尾气；以及将粉尘返回至熔池熔炼装置中进行熔炼过程。
进一步地，熔炼过程的温度为1000～1500℃。
进一步地，将烟气进行净化的步骤之后，脱除方法还包括将净化得到的粉尘、调节剂及可选的水混合，得到回炼物料；以及将回炼物料返回至熔池熔炼装置中进行上述熔炼过程；其中，调节剂选自石英砂、铝矾土和生石灰组成的组中的一种或多种。
进一步地，粉尘和调节剂的重量比为1:9～4:6。
进一步地，回炼物料还包括添加物，添加物为包含一种或多种重金属的废物，优选添加物选自电镀污泥、尾矿和冶炼渣组成的组中的一种或多种。
进一步地，脱除方法还包括将回炼物料制成混合粒料，然后将混合粒料进行熔炼过程；优选地，混合粒料的粒度为3～20mm。
进一步地，混合粒料的含水量为0～20wt％。
进一步地，采用压缩空气或富氧空气为介质，将焚烧飞灰喷入熔池熔炼装置中进行熔炼过程。
进一步地，熔炼过程使用的助燃剂为氧含量的体积分数为20～85％的富氧空气，优选为体积分数25～85％的富氧空气。
进一步地，熔炼过程使用的燃料选自煤粉、重油、汽油、煤气和天然气组成的组中的一种或多种。
应用本发明的技术方案，采用熔池熔炼装置对焚烧飞灰进行熔炼，有利于提高熔池熔炼过程的传热效率和热解效率。这一方面能够使焚烧飞灰中二噁英被分解，同时重金属杂质被转移至熔渣中，另一方面还能够降低焚烧飞灰的处理成本和运行能耗。同时该脱除方法具有自动化程度高，便于操作控制等优点。将熔炼过程产生的烟气进行净化后，将烟气中的粉尘分离出来，同时得到净化尾气，上述净化尾气中不包含二噁英、重金属等有害物质。然后将上述粉尘作为返尘输送至熔池熔炼装置中进行上述熔炼过程，从而能够减少焚烧飞灰处理过程中产生的烟尘，并将烟尘转化为熔渣。上述脱除方法便于进行大型化和工业化，并能够从本质上实现飞灰中二噁英的脱除、飞灰中重金属的稳定化，飞灰实现无害化、资源化利用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种优选的焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法的流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术所描述的，现有技术中焚烧飞灰的处理过程存在处理成本高，且不环保的问题。为了解决上述技术问题，如图1所示，本发明提供了一种焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法，该脱除方法包括：将焚烧飞灰在熔池熔炼装置中进行熔炼，得到烟气和金属相；将烟气进行净化，得到粉尘和净化尾气；以及将粉尘返回至熔池熔炼装置中进行上述熔炼过程。
本申请提供的焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法中，采用熔池熔炼装置对焚烧飞灰进行熔炼，有利于提高熔池熔炼过程的传热效率和热解效率。这一方面能够使焚烧飞灰中二噁英被分解，同时重金属杂质被转移至熔渣中，另一方面还能够降低焚烧飞灰的处理成本和运行能耗。同时该脱除方法具有自动化程度高，便于操作控制等优点。将熔炼过程产生的烟气进行净化后，将烟气中的粉尘分离出来，同时得到净化尾气，上述净化尾气中不包含二噁英、重金属等有害物质。然后将上述粉尘作为返尘输送至熔池熔炼装置中进行上述熔炼过程，从而能够减少焚烧飞灰处理过程中产生的烟尘，并将烟尘转化为熔渣。上述脱除方法便于进行大型化和工业化，并能够从本质上实现飞灰中二噁英的脱除、飞灰中重金属的稳定化，飞灰实现无害化、资源化利用。
本申请中“焚烧飞灰”来源于危废焚烧、垃圾焚烧厂的袋式除尘器底部飞灰、脱酸塔底部飞灰、余热锅炉飞灰，其含有重金属、氯苯类、二噁英等物质。
本申请提到的“净化尾气”是指其符合国家对尾气排放标准GB18485-2014。
本申请提到的“熔池熔炼装置”可选为本领域常用的熔炼炉，如侧吹炉，顶吹炉等。
熔炼过程中形成了金属熔融液，通过重力分离作用，将金属相和熔融炉渣进行分离。优选地，熔融处置装置底部沉积的重金属相达到一定厚度(优选为10～100cm)后向外排出，进行资源回收。优选地，熔融炉渣通过放料口或虹吸口排出，经水淬后形成能够进行综合利用的水淬渣。
上述焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法中，如图1所示，对烟气进行净化之前，先采用余热回收或快速冷却的方法回收烟气中的余热，之后经过脱酸、除尘等烟气净化手段将达到排放指标的净化尾气，并通过烟囱对外排放。
上述焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法中，熔池熔炼过程的温度可以选用本领域常用的熔炼温度。本申请中，针对焚烧飞灰的特点，在一种优选的实施方式中，本申请提供的焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法中，熔炼过程的温度为1000～1500℃。将熔炼温度包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内，有利于提高焚烧飞灰的燃烧效率，进而提高焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法的环保性。
本申请提供的焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法中，能够有效降低熔池熔炼过程中粉尘和二噁英的排放量。在一种优选的实施方式中，如图1所示，将烟气进行净化的步骤之后，脱除方法还包括将粉尘、调节剂及可选的水混合，得到回炼物料；以及将回炼物料返回至熔池熔炼装置中进行上述熔炼过程，调节剂包括但不限于石英砂、铝矾土和生石灰组成的组中的一种或多种；及将回炼物料进行上述熔炼过程。将粉尘与调节剂(石英砂、铝矾土和生石灰组成的组中的一种或多种)混合后进行熔炼，能够通过调节剂与重金属结合将重金属脱除，同时上述脱除过程为不可逆过程，进而提高了工艺的环保性。优选石英砂中SiO2的含量为80.0～99.9wt％，铝矾土中Al2O3的含量50.0～85.0wt％，生石灰中CaO的含量60.0～90.0wt％。
本申请提供的上述焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法中，加入调节剂有利于提高工艺的环保性。在一种优选的实施方式中，粉尘和调节剂的重量比为1:9～4:6。粉尘和调节剂的重量比包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内，有利于进一步降低净化尾气中粉尘的含量，以及二噁英的含量。
在一种优选的实施方式中，如图1所示，回炼物料还包括添加物，添加物为包含一种或多种重金属的废物。加入重金属能够使二噁英利用重金属提供的催化作用，更容易氧化分解脱除，并且添加物中的重金属增加了回炼物料颗粒的比重，这有利于与飞灰中重金属之间的富集沉降，进而提高了脱除方法中二噁英和重金属的脱除率。优选添加物包括但不限于电镀污泥、尾矿和冶炼渣组成的组中的一种或多种。上述几种物质中包含丰富的重金属离子，使用上述几种物质作为熔炼原料不仅可以降低二噁英的含量，还有利于对电镀、冶炼过程的废物进行再利用，进而提高资源利用率。
本申请提供的上述焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法中，优选地，如图1所示，上述脱除方法还包括将回炼物料制成混合粒料，然后将混合粒料进行熔炼过程。将回炼物料制成混合粒料，能够使混合粒料之间形成一定的空隙及具有一定比重，熔炼过程中助燃气和燃料可以穿插在上述空隙之间，并且不容易被烟气带走，进而有利于提高熔炼过程熔炼效率。
优选地，将调节剂、返尘及其他添加物(一种或多种重金属的废物)进行重量配料，配料后可选择的加水，并通过通用的制粒/造球机进行混料及制粒，得到具有一定粒度的混合粒料；然后将混合粒料通过皮带、螺旋等运输工具输送至熔池熔炼装置。
优选地，混合粒料的粒度为3～20mm。将混合粒料的粒度限定在上述范围内，有利于在保证焚烧飞灰的处理量的同时，进一步提高熔池熔炼的效率。优选地，混合粒料的含水量为0～20wt％。根据混炼物料中的含水量进行调节。当回炼物料中含有电镀污泥时，由于电镀污泥中通常含有一定量的水，因而单独的加水量就可以根据实际情况选择添加或者不添加。
在一种优选的实施方式中，熔炼过程中使用的助燃剂为氧含量的体积分数为20～85％的富氧空气。本申请提供的上述焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法中，熔炼过程中，使用的助燃剂为氧含量的体积分数为20～85％的富氧空气有利于提高熔炼过程的燃烧效率。优选地助燃剂为体积分数25～85％的富氧空气。
在一种优选的实施方式中，如图1所示，熔炼过程中使用的燃料包括但不限于煤粉、重油、汽油、煤气和天然气组成的组中的一种或多种。
在一种优选的实施方式中，如图1所示，采用压缩空气或富氧空气为介质，将焚烧飞灰喷入熔池熔炼装置中进行第一熔炼过程。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1
反应原料：焚烧飞灰为危废焚烧、垃圾焚烧厂的袋式除尘器底部飞灰。
助燃气为氧气体积含量为35％的富氧空气，燃料为天然气。
将焚烧飞灰喷入熔池熔炼装置(侧吹炉)进行熔炼中，得到烟气，熔炼温度为1000℃。
对上述烟气中的热量进行余热回收，然后将烟气进行旋风分离，得到粉尘和净化尾气。
将上述粉尘喷入上述熔池熔炼装置中进行熔炼，得到金属熔融液，经重力分离后得到金属相(收率为30wt％)和熔渣(收率为25wt％)。
实施例2
反应原料：焚烧飞灰为危废焚烧、垃圾焚烧厂的袋式除尘器底部飞灰。
助燃气为氧气体积含量为35％的富氧空气，燃料为天然气。
将焚烧飞灰喷入熔池熔炼装置(侧吹炉)进行熔炼中，得到烟气，熔炼温度为1000℃。
对上述烟气中的热量进行余热回收，然后将烟气进行旋风分离，得到粉尘和净化尾气。
将上述粉尘、石英砂、铝矾土和生石灰按重量0.5：5:2.5:2比混合后，喷入上述熔池熔炼装置中进行熔炼，得到金属熔融液，经重力分离后得到金属相(收率为37wt％)和熔渣(收率为48wt％)。
实施例3
反应原料：焚烧飞灰为危废焚烧、垃圾焚烧厂的袋式除尘器底部飞灰。
助燃气为氧气体积含量为35％的富氧空气，燃料为天然气。
将焚烧飞灰喷入熔池熔炼装置(侧吹炉)进行熔炼中，得到烟气，熔炼温度为1000℃。
对上述烟气中的热量进行余热回收，然后将烟气进行旋风分离，得到粉尘和净化尾气。
将粉尘、石英砂、铝矾土和生石灰按重量比1:2:1:1混合后喷入上述熔池熔炼装置中进行熔炼，得到金属熔融液，经重力分离后得到金属相(收率为45wt％)和熔渣(收率为52wt％)。
实施例4
反应原料：焚烧飞灰为危废焚烧、垃圾焚烧厂的袋式除尘器底部飞灰。
助燃气为氧气体积含量为35％的富氧空气，燃料为天然气。
将焚烧飞灰喷入熔池熔炼装置(侧吹炉)进行熔炼中，得到烟气，熔炼温度为1000℃。
对上述烟气中的热量进行余热回收，然后将烟气进行旋风分离，得到粉尘和净化尾气。
将粉尘、石英砂、铝矾土和生石灰和电镀厂污泥按重量比1.5:3:1.5:1.5:2.5混合后喷入上述熔池熔炼装置中进行熔炼，得到金属熔融液，经重力分离后得到金属相(收率为48wt％)和熔渣(收率为56wt％)。
实施例5
反应原料：焚烧飞灰为危废焚烧、垃圾焚烧厂的袋式除尘器底部飞灰。
助燃气为氧气体积含量为35％的富氧空气，燃料为天然气。
将焚烧飞灰喷入熔池熔炼装置(侧吹炉)进行熔炼中，得到烟气，熔炼温度为1000℃。
对上述烟气中的热量进行余热回收，然后将烟气进行旋风分离，得到粉尘和净化尾气。
将粉尘、石英砂、铝矾土和生石灰和电镀厂污泥按重量比2:3:2:1:2混合后喷入上述熔池熔炼装置中进行熔炼，得到金属熔融液，经重力分离后得到金属相(收率为56wt％)和熔渣(收率为58wt％)。
实施例6
反应原料：焚烧飞灰为危废焚烧、垃圾焚烧厂的袋式除尘器底部飞灰。
助燃气为氧气体积含量为35％的富氧空气，燃料为天然气。
将焚烧飞灰喷入熔池熔炼装置(侧吹炉)进行熔炼中，得到烟气，熔炼温度为1000℃。
对上述烟气中的热量进行余热回收，然后将烟气进行旋风分离，得到粉尘和净化尾气。
将粉尘、石英砂、铝矾土和生石灰和电镀厂污泥按重量比2:3:2:1:2混合后制成3mm的粒料。
将上述粒料喷入上述熔池熔炼装置中进行熔炼，得到金属熔融液，经重力分离后得到金属相(收率为65wt％)和熔渣(收率为71wt％)。
实施例7
反应原料：焚烧飞灰为危废焚烧、垃圾焚烧厂的袋式除尘器底部飞灰。
助燃气为氧气体积含量为35％的富氧空气，燃料为天然气。
将焚烧飞灰喷入熔池熔炼装置(底吹炉)进行熔炼中，得到烟气，熔炼温度为1000℃。
对上述烟气中的热量进行余热回收，然后将烟气进行旋风分离，得到粉尘和净化尾气。
将上述粉尘返回至上述熔池熔炼装置中进行熔炼，得到金属熔融液，经重力分离后得到金属相(收率为12wt％)和熔渣(收率为16wt％)。
实施例8
反应原料：焚烧飞灰为危废焚烧、垃圾焚烧厂的袋式除尘器底部飞灰。
助燃气为氧气体积含量为35％的富氧空气，燃料为天然气。
将焚烧飞灰喷入熔池熔炼装置(侧吹炉)进行熔炼中，得到烟气，熔炼温度为800℃。
对上述烟气中的热量进行余热回收，然后将烟气进行旋风分离，得到粉尘和净化尾气。
将上述粉尘返回至上述熔池熔炼装置中进行熔炼，得到金属熔融液，经重力分离后得到金属相(收率为25wt％)和熔渣(收率为20wt％)。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
比较实施例1至3可知，加入调节剂，并将调节剂的用量范围限定在本申请保护的范围内有利于提高金属相的回收率和造渣率。比较实施例3至5可知，加入重金属有利于提高金属相的回收率和重金属的脱除率。比较实施例5和6可知，造粒后再进行熔炼有利于提高金属相的收率和重金属的脱除率。比较实施例1和7可知，采用侧吹还原炉有利于提高金属相的回收率和重金属的脱除率。比较实施例1和8可知，将熔炼温度限定在本申请优选的保护范围内，有利于提高提高金属相的收率和重金属的脱除率。
本申请提供的焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法中，采用熔池熔炼装置对焚烧飞灰进行熔炼，有利于提高熔池熔炼过程的传热效率和热解效率。这一方面能够使焚烧飞灰中二噁英被分解，同时重金属杂质被转移至熔渣中，另一方面还能够降低焚烧飞灰的处理成本和运行能耗。同时该脱除方法具有自动化程度高，便于操作控制等优点。将熔炼过程产生的烟气进行净化后，将烟气中的粉尘分离出来，同时得到净化尾气，上述净化尾气中不包含二噁英、重金属等有害物质。然后将上述粉尘作为返尘输送至熔池熔炼装置中进行上述熔炼过程，从而能够减少焚烧飞灰处理过程中产生的烟尘，并将烟尘转化为熔渣。上述脱除方法便于进行大型化和工业化，并能够从本质上实现飞灰中二噁英的脱除、飞灰中重金属的稳定化，飞灰实现无害化、资源化利用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种焚烧飞灰中重金属及二噁英的脱除方法，其特征在于，所述方法包括：
将所述焚烧飞灰在熔池熔炼装置中进行熔炼过程，得到烟气和金属相；
将所述烟气进行净化，得到粉尘和净化尾气；以及
将所述粉尘返回至所述熔池熔炼装置中进行所述熔炼过程。
2.根据权利要求1所述的脱除方法，其特征在于，所述熔炼过程的温度为1000～1500℃。
3.根据权利要求1或2所述的脱除方法，其特征在于，将烟气进行净化的步骤之后，所述脱除方法还包括：
将所述粉尘、调节剂及可选的水混合，得到回炼物料；以及
将所述回炼物料返回至所述熔池熔炼装置中进行所述熔炼过程；
其中，所述调节剂选自石英砂、铝矾土和生石灰组成的组中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的脱除方法，其特征在于，所述粉尘和所述调节剂的重量比为1:9～4:6。
5.根据权利要求3或4所述的脱除方法，其特征在于，所述回炼物料还包括添加物，所述添加物为包含一种或多种重金属的废物，优选所述添加物选自电镀污泥、尾矿和冶炼渣组成的组中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的脱除方法，其特征在于，所述脱除方法还包括将所述回炼物料制成混合粒料，然后将所述混合粒料进行所述熔炼过程；优选地，所述混合粒料的粒度为3～20mm。
7.根据权利要求6所述的脱除方法，其特征在于，所述混合粒料的含水量为0～20wt％。
8.根据权利要求1所述的脱除方法，其特征在于，采用压缩空气或富氧空气为介质，将所述焚烧飞灰喷入所述熔池熔炼装置中进行所述熔炼过程。
9.根据权利要求1所述的脱除方法，其特征在于，所述熔炼过程使用的助燃剂为氧含量的体积分数为20～85％的富氧空气，优选为体积分数25～85％的富氧空气。
10.根据权利要求1所述的脱除方法，其特征在于，所述熔炼过程使用的燃料选自煤粉、重油、汽油、煤气和天然气组成的组中的一种或多种。
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