CN110848702A - 一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置及方法 - Google Patents

一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置及方法，包括飞灰储存箱、漂洗装置、干燥塔、流化床锅炉和旋风分离器，其中，飞灰储存箱的出口连接漂洗装置的进口，漂洗装置设置有湿飞灰出口和废水出口，漂洗装置的湿飞灰出口连接干燥塔的进料口，干燥塔的脱氯飞灰出料口连接流化床锅炉的内膛；流化床锅炉的烟气出口连接旋风分离器的入口，旋风分离器的烟气出口连接干燥塔的烟气入口；旋风分离器的循环灰出口连接流化床锅炉的内膛；本装置将飞灰送入流化床锅炉内，通过炉内高温环境及床料颗粒碰撞实现了对飞灰所含二噁英的降解，降解效率高，且锅炉本体无额外部件添加；本装置成本低廉，易于工业化生产。

Description

一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置 及方法
技术领域
本发明涉及循环流化床锅炉技术领域，特别涉及一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置及方法。
背景技术
随着中国社会经济的发展，城市生活垃圾产生量逐年升高，生活垃圾的主要处置措施是进行垃圾焚烧。而生活垃圾焚烧飞灰是指生活垃圾焚烧炉在烟气净化系统收集而得的残余物，其中含有大量二噁英和可溶出性重金属，焚烧飞灰已经成为我国重要的二噁英污染源之一，对环境和人体健康有极大的伤害，如何合理处置生活垃圾焚烧飞灰，成为城市发展过程中急需解决的问题。
生活垃圾焚烧飞灰直接填埋存在诸多弊端，需要在填埋前进行处置。目前应用的飞灰二噁英处置技术主要包括：水泥窑协同处置技术，球磨机械化学降解技术，紫外光降解技术和低温热降解技术等。
水泥窑协同处置指将满足或经过预处理后满足入窑要求的飞灰投入水泥窑，在进行水泥熟料生产的同时实现对飞灰的无害化处置过程。主要是依托熟料烧成系统增加进料系统。根据飞灰的物性不同，一般分为生料磨进料、窑头废液喷枪进料、窑头气力输送进料、分解炉进料等，其中分解炉进料是主要进料点，温度在900℃左右。水泥窑处置过程中碳酸盐的分解及产生3CaO·SiO2等的化合反应，为非氧化反应、吸热反应。此外，水泥窑内高温段温度可达1450℃，通过温度分解有害物质。
光降解是环境中存在的二嗯英的主要降解途径，二嗯英可以吸收太阳光的近紫外光发生光化学反应，这一降解途径可以通过人为的加入光敏剂、催化剂等物质而得到加速。目前光解研究的重点是结合其它催化氧化方法，比如结合臭氧、二氧化钛等催化氧化剂，以达到更好的降解目的。
灰熔融法是用燃烧器、电弧、等离子体等使飞灰在1200～1600℃左右熔化而分解。
球磨机械化学降解技术是指将飞灰与不同比例的CaO、Mg、Ca、Fe等降解添加剂进行混合，之后放入振动球磨机中进行球磨而处置的技术。
低温热降解技术是指在低温热降解设施中，惰性气氛下，反应温度为250～400℃，停留时间大于1h，处理后焚烧飞灰的排出温度低于60℃的条件下进行降解二噁英的技术。
目前的技术存在的缺点主要有：
1、水泥窑协同处置技术有投资大、运行费用高、产量低；
2、低温热降解技术中的惰性气氛较难控制，维持成本较高；
3、球磨机械化学降解技术在中国研究水平还停留在实验室阶段，不易实现工业化，且设备容易磨损；
4、紫外光降解技术目前仍处于实验研究阶段，在萃取过程要消耗部分溶剂，且所用溶剂对人的暴露风险较大，该方法的适用性有待进一步验证。
5、灰熔融法的问题是设备费高，耗电多，运转操作的维护复杂等，且熔融产生的高温烟气还需要净化才能排放。
此外，由于飞灰中有较高的氯含量，影响后续作为建材资源进行利用，且处置过程中可能对设备产生腐蚀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置及方法，解决了现有技术中存在的上述不足。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置，包括飞灰储存箱、漂洗装置、干燥塔、流化床锅炉和旋风分离器，其中，飞灰储存箱的出口连接漂洗装置的进口，漂洗装置设置有湿飞灰出口和废水出口，漂洗装置的湿飞灰出口连接干燥塔的进料口，干燥塔的脱氯飞灰出料口连接流化床锅炉的内膛；流化床锅炉的烟气出口连接旋风分离器的入口，旋风分离器的烟气出口连接干燥塔的烟气入口；旋风分离器的循环灰出口连接流化床锅炉的内膛。
优选地，所述漂洗装置至少包括一级漂洗装置，所述一级漂洗装置包括一级水洗箱和一级卧式螺旋离心机，其中，飞灰储存箱的出口连接一级水洗箱的进料口，一级水洗箱的出料口连接一级卧式螺旋离心机的进料口，一级卧式螺旋离心机的湿飞灰出口连接干燥塔的进料口。
优选地，次级漂洗装置的卧式螺旋离心机的飞灰出口连接下一级水洗箱的入口，其废水出口连接上一级水洗箱的入口。
优选地，漂洗装置的废水出口连接有化学沉淀工序，所述化学沉淀工序包括化学反应池、化学沉淀箱、过滤箱、蒸发结晶塔和结晶盐储存箱，其中，漂洗装置的废水出口的废水出口连接化学反应池的入口，化学反应池的出口连接化学沉淀箱的入口，化学沉淀箱的出口连接过滤箱的入口，所述过滤箱的滤水出口连接蒸发结晶塔的入口，蒸发结晶塔的结晶盐出口连接结晶盐储存箱。
优选地，所述过滤箱还设置有沉淀污泥出口，所述沉淀污泥出口连接漂洗装置的进料口；蒸发结晶塔上设置的废水出口连接漂洗装置的进料口。
优选地，所述干燥塔的烟气出口连接除尘器的进风口，除尘器的出风口连接烟囱。
优选地，所述干燥塔的脱氯飞灰出料口设置有脱氯飞灰储存箱。
优选地，所述干燥塔的脱氯飞灰出料口和流化床锅炉之间设置有回料腿。
一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的方法，基于所述的一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置，包括以下步骤：
储存在飞灰储存箱内飞灰进入漂洗装置洗脱飞灰中的可溶性氯盐，脱氯完成的湿飞灰进入干燥塔，经过来自旋风分离器的部分烟气在干燥塔内干燥后，进入流化床锅炉，在高温环境下进行降解二噁英。
优选地，漂洗装置的脱氯废水进入化学沉淀工序，首先进入化学反应池，而后进入化学沉淀箱，之后通过过滤箱分离废水和污泥，之后废水进入蒸发结晶工序中的蒸发结晶塔，产生的结晶盐进入结晶盐储存箱进行储存。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置及方法，通过提供的带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰方法，通过漂洗装置进行水洗预处理，洗脱飞灰中的可溶性氯盐，可以使飞灰含氯量降低到1％以下，可以防止灰中的氯在处置过程中对锅炉设备进行损害，并利于其进行生产建材等资源化利用，之后将飞灰送入流化床锅炉内，通过炉内高温环境及床料颗粒碰撞实现了对飞灰所含二噁英的降解，降解效率高，在850-950℃的温度区间及较长停留时间下，降解效率可以达到95％以上，且锅炉本体无额外部件添加；本装置成本低廉，易于工业化生产。
附图说明
图1是本发明涉及的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置，包括飞灰1、飞灰储存箱2、一级水洗箱3、一级卧式螺旋离心机4、二级水洗箱5、二级卧式螺旋离心机6、三级水洗箱7、三级卧式螺旋离心机8、化学反应池9、化学沉淀箱10、过滤箱11、蒸发结晶塔12、结晶盐储存箱13、流化床锅炉14、干燥风机15、干燥塔16、脱氯飞灰储存箱17、除尘器18、烟囱19、回料腿20和旋风分离器21，其中，飞灰储存箱2的出料口连接一级水洗箱3的进料口，一级水洗箱3的出料口连接一级卧式螺旋离心机4的进料口，一级卧式螺旋离心机4的离心水出口连接化学沉淀工序；一级卧式螺旋离心机4的飞灰出口连接二级水洗箱5的进料口，二级水洗箱5的出料口连接二级卧式螺旋离心机6的进料口，二级卧式螺旋离心机6的离心水出口连接一级水洗箱3的进料口，二级卧式螺旋离心机6的飞灰出口连接三级水洗箱7的进料口，三级水洗箱7的出料口连接三级卧式螺旋离心机8的进料口，三级卧式螺旋离心机8的离心水出口连接二级水洗箱5的进料口，三级卧式螺旋离心机8的湿飞灰出口连接干燥塔16的进料口，干燥塔16的脱氯飞灰出料口连接脱氯飞灰储存箱17的进料口，脱氯飞灰储存箱17的出料口连接流化床锅炉14上的回料腿20的进料口。
干燥塔16的烟气出口连接除尘器18的进风口，除尘器18的出风口连接烟囱19。
流化床锅炉14的烟气出口连接旋风分离器21的进风口，旋风分离器21的烟气出口经过干燥风机15与干燥塔16的烟气进口连接；旋风分离器21的飞灰出口通过回料腿20与流化床锅炉14上的内膛连通。
所述化学沉淀工序包括化学反应池9、化学沉淀箱10、过滤箱11、蒸发结晶塔12和结晶盐储存箱13，其中，一级卧式螺旋离心机4的离心水出口连接化学反应池9的入口，化学反应池9的出口连接化学沉淀箱10的入口，化学沉淀箱10的出口连接过滤箱11的入口，所述过滤箱11的滤水出口连接蒸发结晶塔12的入口，蒸发结晶塔12的结晶盐出口连接结晶盐储存箱13；过滤箱11的沉淀污泥出口连接一级水洗箱3的进料口；蒸发结晶塔12的废水出口连接一级水洗箱3的进料口。
工作原理：
厂外运送来的飞灰1在厂内飞灰储存箱2进行储存；随后依次进入各级水洗箱和离心机，经三级漂洗工艺，洗脱飞灰中的可溶性氯盐，飞灰中的氯元素大部分以可溶性氯盐形式存在，如NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2等，通过水洗可以溶解大部分飞灰中的氯盐，为了确保脱氯效果并能节约水资源，飞灰与水的质量比应保证在1:(2.5～4)之间。
在漂洗过程中，次级离心机产生的飞灰进入下一级水洗箱，产生的废水进入上级水洗箱。一级卧式螺旋离心机4产生的脱氯废水进入化学沉淀工序，首先进入化学反应池9，而后进入化学沉淀箱10，之后通过过滤箱11分离废水和污泥，沉淀出的污泥返投至一级水洗箱，其中，在化学反应池9中进行化学反应沉淀的主要化学原理如下：
MgCl2+Na2CO3＝MgCO3+2NaCl
CaCl2+Na2CO3＝CaCO3+2NaCl
沉淀主要通过添加Na2CO3将CaCl2中的Ca2+、MgCl2中的Mg2+去除，同时增加NaCl产量和纯度。
过滤箱11沉淀后的废水进入蒸发结晶工序中的蒸发结晶塔12，产生的结晶盐进入结晶盐储存箱13，经蒸发结晶后产生的固态氯盐作为副产品可做工业盐使用，结晶出氯盐后的终端废水作为回用水全部返回至一级水洗箱3。
粉煤灰中的氯对利用其生产建筑材料进行资源化利用危害很大，经过洗涤，大部分氯可以脱除，洗脱氯可以达到95％以上，使得飞灰含氯量降低至1％以下。
此外，实际应用时可以根据飞灰含氯量进行水洗次数的选择实现工艺的简化和水资源的节约，飞灰含氯量在9％以上进行三级水洗；含氯量在4％～9％时进行两级水洗；含氯量在1％～4％进行一级水洗即可。
脱氯完成的湿飞灰由三级卧式螺旋离心机8进入干燥塔16，经过来自旋风分离器21的部分烟气在干燥塔16内干燥后，进入脱氯飞灰储存箱17，干燥后的烟气经过除尘器等烟气处理设施除尘器18后由烟囱19排至大气，此时排气温度约为150℃。
脱氯飞灰储存箱17内的飞灰粒径满足30μm以下，并于锅炉回料腿20进行投加，在流化床锅炉14的高温环境下进行降解二噁英，温度区间为850～950℃，停留时间足够长。在这样的条件下，二噁英降解率可以达到95％以上，满足处置要求。降解后的飞灰随烟气至除尘器18处被收集，后续进行资源化利用或填埋。
CFB锅炉由于具有燃料适应性广、氮氧化物(NOx)排放低、易于实现灰渣利用等特点，且利用电厂本身已具有的除尘系统、脱硫系统、脱硝系统，可以将飞灰作为循环物料可以实现大型CFB锅炉协同处置飞灰中的二噁英。
本发明使用循环流化床锅炉作为飞灰处置设施，在锅炉回料腿上设置飞灰投加口，飞灰投加口位于旋风分离器下方的回料腿。飞灰经过预处理后在投加点投加，而后随锅炉循环物料进入炉膛内，通过炉内的高温环境分解二噁英，从而有效处置飞灰中的二噁英，并实现资源利用。
为防止飞灰含氯量过高而腐蚀锅炉设备以及影响后续飞灰的资源化利用，飞灰投加前经过三级水洗预处理方法脱氯。本发明不仅可以有效处置飞灰，同时可以使用飞灰作为循环物料，利于飞灰作为建材资源进行利用，实现较好的经济效益和社会效益。
有益效果：
1、三级水洗预处理对飞灰进行脱氯，可以防止锅炉腐蚀并有利于飞灰的后续建材利用
2、循环流化床锅炉相较于其他处置技术，可以实现飞灰的大量处理，处理能力较高，适用于发达地区；
3、锅炉常规运行时即可处置飞灰，相较于灰熔融法能耗小、运行维护简单，且利用厂内原有的除尘器等烟气净化设备即可对烟气进行处理，无需另添加烟气净化设备；
4、相较于低温热降解技术，无需改变炉内气氛，主要通过高温环境降解二噁英；
5、炉内床料与飞灰流化后相互碰撞粉碎颗粒较小，相较球磨机械技术，对设备磨损较小；锅炉日常运行即添加石灰石进行脱硫，无额外催化剂等的添加；
6、流化床通过在封闭炉膛内的高温床料产生的高温环境降解二噁英，无暴露风险；
7、炉膛内平均温度较高，对飞灰中二噁英的处置效率较高，在锅炉稳定运行的前提下处置稳定性较高，容易实现产业化；处置后飞灰体积减小，若进行填埋则占地资源减少。

Claims (10)

1.一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置，其特征在于，包括飞灰储存箱(2)、漂洗装置、干燥塔(16)、流化床锅炉(14)和旋风分离器(21)，其中，飞灰储存箱(2)的出口连接漂洗装置的进口，漂洗装置设置有湿飞灰出口和废水出口，漂洗装置的湿飞灰出口连接干燥塔(16)的进料口，干燥塔(16)的脱氯飞灰出料口连接流化床锅炉(14)的内膛；流化床锅炉(14)的烟气出口连接旋风分离器(21)的入口，旋风分离器(21)的烟气出口连接干燥塔(16)的烟气入口；旋风分离器(21)的循环灰出口连接流化床锅炉(14)的内膛。
2.根据权利要求1所述的一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置，其特征在于，所述漂洗装置至少包括一级漂洗装置，所述一级漂洗装置包括一级水洗箱(3)和一级卧式螺旋离心机(4)，其中，飞灰储存箱(2)的出口连接一级水洗箱(3)的进料口，一级水洗箱(3)的出料口连接一级卧式螺旋离心机(4)的进料口，一级卧式螺旋离心机(4)的湿飞灰出口连接干燥塔(16)的进料口。
3.根据权利要求2所述的一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置，其特征在于，次级漂洗装置的卧式螺旋离心机的飞灰出口连接下一级水洗箱的入口，其废水出口连接上一级水洗箱的入口。
4.根据权利要求1所述的一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置，其特征在于，漂洗装置的废水出口连接有化学沉淀工序，所述化学沉淀工序包括化学反应池(9)、化学沉淀箱(10)、过滤箱(11)、蒸发结晶塔(12)和结晶盐储存箱(13)，其中，漂洗装置的废水出口的废水出口连接化学反应池(9)的入口，化学反应池(9)的出口连接化学沉淀箱(10)的入口，化学沉淀箱(10)的出口连接过滤箱(11)的入口，所述过滤箱(11)的滤水出口连接蒸发结晶塔(12)的入口，蒸发结晶塔(12)的结晶盐出口连接结晶盐储存箱(13)。
5.根据权利要求4所述的一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置，其特征在于，所述过滤箱(11)还设置有沉淀污泥出口，所述沉淀污泥出口连接漂洗装置的进料口；蒸发结晶塔(12)上设置的废水出口连接漂洗装置的进料口。
6.根据权利要求1所述的一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置，其特征在于，所述干燥塔(16)的烟气出口连接除尘器(18)的进风口，除尘器(18)的出风口连接烟囱(19)。
7.根据权利要求1所述的一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置，其特征在于，所述干燥塔(16)的脱氯飞灰出料口设置有脱氯飞灰储存箱(17)。
8.根据权利要求1所述的一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置，其特征在于，所述干燥塔(16)的脱氯飞灰出料口和流化床锅炉(14)之间设置有回料腿(20)。
9.一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于，基于权利要求1-8中任一项所述的一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的装置，包括以下步骤：
储存在飞灰储存箱(2)内飞灰进入漂洗装置洗脱飞灰中的可溶性氯盐，脱氯完成的湿飞灰进入干燥塔(16)，经过来自旋风分离器(21)的部分烟气在干燥塔(16)内干燥后，进入流化床锅炉(14)，在高温环境下进行降解二噁英。
10.根据权利要求9所述的一种带飞灰水洗的流化床锅炉处置生活垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于，漂洗装置的脱氯废水进入化学沉淀工序，首先进入化学反应池(9)，而后进入化学沉淀箱(10)，之后通过过滤箱(11)分离废水和污泥，之后废水进入蒸发结晶工序中的蒸发结晶塔(12)，产生的结晶盐进入结晶盐储存箱(13)进行储存。
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