CN110773546B - 一种低能耗垃圾飞灰熔融处理的调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低能耗垃圾飞灰熔融处理的调控方法，利用添加剂对垃圾焚烧飞灰主要灰成分的质量占比进行调整优化，降低飞灰熔融温度和粘性，达到降低飞灰熔融处理温度以及节约能耗的目的；同时飞灰粘性的降低有助于提高飞灰流动性，保持液态熔渣的流动性，便于熔渣的回收利用。本发明基于SiO2‑Al2O3‑(CaO+MgO+Na2O+K2O)伪六元熔融温度图对垃圾焚烧飞灰各组分质量占比的调整进行指导，具有原料适应性，适用范围广泛且简便可靠，易于施行。最后，本发明需要添加的氧化物可以就近取材，无需大量额外花费，具有较高的可行性和经济性；调整后的垃圾焚烧飞灰灰样，其熔融处理过程的熔融温度为1100‑1300℃；飞灰的粘性有效降低，在液态熔渣粘度处于2.5‑5Pa·s之间，对应的流动温度为1110‑1300℃。
Description
【技术领域】
本发明属于垃圾处理领域，涉及一种低能耗垃圾飞灰熔融处理的调控方法。
【背景技术】
目前，城市生活垃圾每年的收集量达1.4亿吨以上，并仍按较快的速度在增长。截止2016年底，已投入运行的生活垃圾焚烧厂有249座，生活垃圾焚烧总量达到73784kt/a。虽然经过焚烧处理后的垃圾能够达到稳定化和减量化的目的，但是垃圾经焚烧后会产生占垃圾总量1％-5％的飞灰，主要包含SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3和硫酸盐、钠盐、钾盐等化合物。除此以外，飞灰中还含有Hg、Mn、Mg、Sn、Cd、Pb、Cr等重金属元素以及痕量级二噁英类的有机物，以及其他种类污染物，这些垃圾焚烧后的焚烧飞灰应按危险废物处理。
垃圾焚烧飞灰主要有填埋法、化学处理法以及固化方法三种处理手段，其中固化方法分为水泥固化、沥青固化、化学药剂处理、烧结固化和熔融固化。熔融固化具有减量化、无害化、资源化等优势，但由于其成本高，熔融过程中有重金属二次污染的可能性，目前并没有广泛应用。大量研究表明垃圾焚烧飞灰的主要灰组分对于灰熔融温度有重要影响。因此通过开发一种调控垃圾飞灰主要组分比例的方法，达到降低飞灰熔融温度的目的，从而降低熔融所需热量，节约能耗；同时也可以降低飞灰粘性，提高流动性，对于垃圾焚烧飞灰熔融处理的成本控制，以及熔渣的回收利用具有显著意义。
【发明内容】
本发明的目的在于解决现有技术中采用熔融固化的方法处理垃圾焚烧飞灰时成本高，有重金属二次污染的缺点，提供一种低能耗垃圾飞灰熔融处理的调控方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种低能耗垃圾飞灰熔融处理的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对垃圾焚烧的飞灰灰样进行灰成分分析：
获取SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O在飞灰灰样所占质量百分数；
步骤2：调整飞灰灰样组分的质量百分数：
调节飞灰灰样中SiO2/Al2O3的比值，使SiO2/Al2O3的比值在2.5-3.5之间；调节飞灰灰样中(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值，使(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值≤2。
本发明进一步的改进在于：
步骤2中，调整飞灰灰样组分的质量百分数的具体方法如下：
若SiO2/Al2O3的比值＜2.5，则向飞灰灰样中添加石英砂；
若SiO2/Al2O3的比值＞3.5，则向飞灰灰样中添加氧化铝；
若2.5≤SiO2/Al2O3的比值≤3.5，且(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值＞2，则向飞灰灰样中添加碳酸钠或碳酸钾，进行钠氧化物质量占比的调整；
若2.5≤SiO2/Al2O3的比值≤3.5，且(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)≤2，则调整结束。
采用化工厂污泥中的10％-15％的Na2CO3进行钠氧化物质量占比的调整。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用添加剂对垃圾焚烧飞灰主要灰成分的质量占比进行调整优化，降低飞灰熔融温度和粘性，达到降低飞灰熔融处理温度以及节约能耗的目的；同时飞灰粘性的降低有助于提高飞灰流动性，保持液态熔渣的流动性，便于熔渣的回收利用。本发明基于SiO2-Al2O3-(CaO+MgO+Na2O+K2O)伪六元熔融温度图对垃圾焚烧飞灰各组分质量占比的调整进行指导，具有原料适应性，适用范围广泛且简便可靠，易于施行。最后，本发明需要添加的氧化物可以就近取材，无需大量额外花费，具有较高的可行性和经济性；调整后的垃圾焚烧飞灰灰样，其熔融处理过程的熔融温度为1100-1300℃；飞灰的粘性有效降低，在液态熔渣粘度处于2.5-5Pa·s之间，对应的流动温度为1110-1300℃。
【附图说明】
图1为本发明调控方法的原理图。
【具体实施方式】
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明低能耗垃圾飞灰熔融处理的调控方法，基于SiO2-Al2O3-(CaO+MgO+Na2O+K2O)伪六元熔融温度图，调整垃圾飞灰中主要灰组分(SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O)的质量比例，达到降低灰熔融温度及粘性的目的，包括以下步骤：
步骤1：对垃圾焚烧飞灰进行灰成分分析，分别获取SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O在灰中所占质量百分数，并进行归一化处理；
步骤2：进行灰组分质量百分数调整，调节飞灰灰样中SiO2/Al2O3的值，控制SiO2/Al2O3的比值在2.5-3.5之间，降低灰熔融温度；调节(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值，降低飞灰的粘性及进一步降低熔融温度。具体调整步骤为：
A.若SiO2/Al2O3<2.5，则需向原料中添加石英砂；
B.若SiO2/Al2O3>3.5，则需额外添加氧化铝；
C.若SiO2/Al2O3≥2.5同时满足SiO2/Al2O3≤3.5，则进一步考虑(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的值；
D.若(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)>2，则添加碳酸钠或碳酸钾；
优选的，可以添加化工厂污泥中含有的10％-15％的Na2CO3进行钠氧化物质量占比的调整。
E.若(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)≤2，调整结束。
根据以上步骤可对飞灰中主要灰组分的质量占比进行调整，同时降低飞灰的灰熔融温度及粘度：调整后灰熔融温度可降低至1100～1300℃，同时有效降低飞灰的粘性，熔渣在液态粘度处于2.5-5Pa·s之间，对应的流动温度降至1110-1300℃。降低飞灰熔融温度及粘性对于飞灰熔融处理温度的降低，能耗及处理成本的降低，以及熔渣的回收利用有着积极意义。
实施例1(垃圾焚烧飞灰A)
步骤1：成分分析：
主要灰成分的质量占比为：SiO2-20.8％，Al2O3-16.5％，CaO-24.8％，MgO-1.99％，Na2O-3.35％，K2O-2.17％；进行归一化处理后，各灰组成占比为：SiO2-29.88％，Al2O3-23.7％，CaO-35.63％，MgO-2.86％，Na2O-4.81％，K2O-3.12％。
步骤2：判断SiO2/Al2O3的比值：
SiO2/Al2O3的比值＝1.26<2.5，向原料中加入35％的石英砂(含90％的SiO2)，调整SiO2/Al2O3的比值＝2.6。
步骤3：判断(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值：
(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值＝4.85>2，向原料中添加17.73％的Na2CO3或者177.3％的化工厂污泥(含有10％的Na2CO3)，调整(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值＝1.5。
步骤4：调整结束。
实施例2(垃圾焚烧飞灰B)
步骤1：成分分析：
主要灰成分的质量占比为：SiO2-4.9％，Al2O3-3.4％，CaO-38.4％，MgO-2.6％，Na2O-12.29％，K2O-8.5％，进行归一化处理后，各灰组成占比为：SiO2-6.99％，Al2O3-4.85％，CaO-54.79％，MgO-3.71％，Na2O-17.53％，K2O-12.13％。
步骤2：判断SiO2/Al2O3的比值：
SiO2/Al2O3＝1.44<2.5，向原料中加入8.4％的石英砂(含90％的SiO2)，调整SiO2/Al2O3的比值＝3。
步骤3：判断(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值：
(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值＝1.97<2。
步骤4：调整结束。
实施例3(垃圾焚烧飞灰C)
步骤1：成分分析：
主要灰成分的质量占比为：SiO2-3.5％，Al2O3-0.9％，CaO-40.5％，MgO-1.1％，Na2O-7.9％，K2O-8.5％，进行归一化处理后，各灰组成占比为：SiO2-5.61％，Al2O3-1.44％，CaO-64.9％，MgO-1.76％，Na2O-12.66％，K2O-13.62％。
步骤2：判断SiO2/Al2O3的比值：
SiO2/Al2O3＝3.89>3.5，向原料中加入0.3％的氧化铝粉末，调整SiO2/Al2O3的比值＝3。
步骤3：判断(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值：
(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值＝2.53>2，向原料中加入121.1％化工厂污泥(含有15％的Na2CO3)，调整(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值＝1.5。
步骤4：调整结束。
实施例4(垃圾焚烧飞灰D)
步骤1成分分析：
主要灰成分的质量占比为：SiO2-8.31％，Al2O3-0.92％，CaO-31.15％，MgO-2.17％，Na2O-12.24％，K2O-9.51％，进行归一化处理后，各灰组成占比为：SiO2-12.92％，Al2O3-1.43％，CaO-48.44％，MgO-3.37％，Na2O-19.04％，K2O-14.79％。
步骤2：判断SiO2/Al2O3的比值：
SiO2/Al2O3的比值＝9.03>3.5，向原料中加入2.88％氧化铝粉末，调整SiO2/Al2O3的比值＝3。
步骤3：判断(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值：
(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值＝1.53<2。
步骤4：调整结束。
本发明提出的一种基于SiO2-Al2O3-(CaO+MgO+Na2O+K2O)伪六元熔融温度图对主要灰组分的质量占比进行调整的方法，可有效降低灰熔融温度及粘性，降低飞灰熔融处理过程的熔融温度同时有利于熔渣的回收利用。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种低能耗垃圾飞灰熔融处理的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对垃圾焚烧的飞灰灰样进行灰成分分析：
获取SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O在飞灰灰样所占质量百分数；
步骤2：调整飞灰灰样组分的质量百分数：
调节飞灰灰样中SiO2/Al2O3的比值，使SiO2/Al2O3的比值在2.5-3.5之间；调节飞灰灰样中(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值，使(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值≤2。
2.根据权利要求1所述的低能耗垃圾飞灰熔融处理的调控方法，其特征在于，步骤2中，调整飞灰灰样组分的质量百分数的具体方法如下：
若SiO2/Al2O3的比值＜2.5，则向飞灰灰样中添加石英砂；
若SiO2/Al2O3的比值＞3.5，则向飞灰灰样中添加氧化铝；
若2.5≤SiO2/Al2O3的比值≤3.5，且(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)的比值＞2，则向飞灰灰样中添加碳酸钠或碳酸钾，进行钠氧化物质量占比的调整；
若2.5≤SiO2/Al2O3的比值≤3.5，且(CaO+MgO)/(Na2O+K2O)≤2，则调整结束。
3.根据权利要求2所述的低能耗垃圾飞灰熔融处理的调控方法，其特征在于，采用化工厂污泥中的10％-15％的Na2CO3进行钠氧化物质量占比的调整。
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