CN111905535A - 一种生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统及方法，其处理系统包括依次连通的脱酸反应塔、分级器、螯合剂雾化反应器，脱酸反应塔的底部连接有循环风机，生活垃圾焚烧烟气进入脱酸反应塔进行脱酸处理，脱酸反应塔的底灰在循环风机的作用下再次进入脱酸反应塔中循环，分级器将脱酸处理后的烟气分级成细颗粒飞灰及粗颗粒飞灰，细颗粒飞灰进入螯合剂雾化反应器中进行第一次螯合稳定化处理，处理后的细颗粒飞灰与粗颗粒飞灰汇合并依次进行除尘处理及第二次螯合稳定化处理。本发明减少了烟气净化过程中消耗品的使用量，提升了脱硫及重金属固定药剂的作用效率，降低了飞灰产量及无害化处理成本，实现了飞灰减量化及重金属的高效稳定化处理。

Description

一种生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统及方法

技术领域

本发明属于垃圾焚烧处理技术领域，具体地说涉及一种生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统及方法。

背景技术

随着烟气净化水平不断提高，烟气净化系统截留捕集的细颗粒—生活垃圾焚烧飞灰(以下简称飞灰)变得越来越“肮脏”。因富集了毒性较强的重金属和二噁英类污染物，飞灰的处理一直是焚烧厂污染控制和风险管理中焦点和重点环节。基于飞灰的基本性质及风险控制的主要途径，目前飞灰处理主要有土地处置和建材化利用两条技术路线。具体而言，土地处置包括固化稳定化后填埋处置和深部矿井贮存，建材化利用包括水泥窑协同处置、烧结和熔融。

土地处置技术成熟，流程较短，可有效切断污染物的暴露途径，从而实现环境风险最小化的目标，因而一直是飞灰处理的主流技术路线，得到广泛认可和应用。目前最主要的处理方法是固化稳定化后进入卫生填埋场进行分区填埋。

由于飞灰是生活垃圾焚烧过程的副产物，与生活垃圾焚烧处理相伴而生，其产生量必然随着生活垃圾焚烧处理规模和处理能力的增大而增大。近年来，生活垃圾排放量持续增长，焚烧的比例将持续增加，由此产生的飞灰的数量将十分巨大。飞灰的大量填埋影响了生活垃圾填埋场的库容及服务年限。

此外，目前飞灰处理工艺中使用的末端一次固化稳定化技术，进入卫生填埋场仍存在着部分飞灰样品中铅等重金属未达到入场标准，主要原因有以下几点：

(1)飞灰样品的较大波动性，稳定化工艺不能根据飞灰重金属的含量变化作出及时有效调整。

(2)现有一次螯合稳定化处理工艺搅拌的效率未能使螯合剂与含重金属更好的细颗粒充分的接触，无法发挥药剂的螯合功效。

(3)单一螯合剂对重金属的固定效果以及长效性均不及水泥与螯合剂联合的效果。

(4)螯合剂对二噁英没有稳定化效果。

基于以上分析，飞灰的减量化及高效稳定化处理一直是生活垃圾焚烧亟待解决的行业难题。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统及方法，降低飞灰产生量及飞灰处理成本，减少进入卫生填埋场的飞灰填埋量及烟气净化过程中化学药剂及消耗品，满足进入卫生填埋场的入场标准。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统，其包括用于将生活垃圾焚烧烟气进行脱酸处理的脱酸反应塔，所述脱酸反应塔的底部设置有用于实现脱酸反应塔内底灰循环进入脱酸反应塔的循环风机，所述脱酸反应塔的底部出口与循环风机的出入口连通。

进一步地，所述生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统还包括用于将脱酸处理后的烟气进行分级处理的分级器、布袋除尘器，所述分级器的进灰口与脱酸反应塔的出灰口连通，所述分级器上设置有细颗粒飞灰出口及粗颗粒飞灰出口，所述分级器与布袋除尘器之间设置有用于实现细颗粒飞灰螯合稳定的螯合剂雾化反应器，所述细颗粒飞灰出口与所述螯合剂雾化反应器的进灰口连通，所述螯合剂雾化反应器的出灰口与所述粗颗粒飞灰出口连通，所述粗颗粒飞灰出口与布袋除尘器的进灰口连通。

进一步地，所述生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统还包括灰仓、混炼机，所述布袋除尘器的出灰口与灰仓的进灰口连通，所述灰仓的出灰口与混炼机的进灰口连通，飞灰通过混炼机的出灰口排出。

进一步地，所述生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统还包括石灰浆泵、石灰浆装置、冷却水装置，所述脱酸反应塔上分别设置有石灰浆输入口及冷却水输入口，所述脱酸反应塔通过石灰浆输入口依次与石灰浆泵及石灰浆装置连通，所述脱酸反应塔通过冷却水输入口与冷却水装置连通。

进一步地，所述生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统还包括干粉消石灰装置、活性炭装置、引风机、烟囱，所述布袋除尘器上分别设置消石灰输入口及活性炭输入口，所述布袋除尘器通过干粉消石灰输入口与干粉消石灰装置连通，所述布袋除尘器通过活性炭输入口与活性炭装置连通，所述布袋除尘器的出气口依次与引风机、烟囱连通，所述布袋除尘器中的气体通过引风机抽出并经烟囱排放至大气中。

进一步地，所述生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统还包括螯合剂存储罐、螯合剂配置装置、水泥仓、螺旋输送机，所述混炼机上设置有螯合剂输入口且通过螯合剂配置装置与螯合剂存储罐的出料口连通，所述混炼机上设置有水泥输入口且通过螺旋输送机与水泥仓的出料口连通，其中，所述螯合剂存储罐的出料口还通过螯合剂配置装置与螯合剂雾化反应器的入料口连通。

一种生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理方法，其包括如下步骤：S1、将生活垃圾焚烧烟气进入脱酸反应塔进行脱酸处理，脱酸反应塔的底灰在循环风机的作用下再次进入脱酸反应塔中循环。

进一步地，所述生活垃圾焚烧飞灰烟头减量化处理方法还包括如下步骤：

S2、对经脱酸反应塔脱酸处理后的烟气进行分级预处理，分为粗颗粒飞灰、细颗粒飞灰；

S3、采用螯合剂雾化的方法对细颗粒飞灰进行第一次螯合稳定化处理；

S4、处理后的细颗粒飞灰与粗颗粒飞灰汇合并依次进行除尘处理及第二次螯合稳定化处理。

进一步地，步骤S2中，所述粗颗粒飞灰的粒级为+5μm，所述细颗粒飞灰的粒级为-5μm。

进一步地，采用石灰浆对生活垃圾焚烧烟气进行脱酸处理，采用干粉消石灰及活性炭对飞灰进行除尘处理，处理后的气体通入大气，然后采用螯合剂及水泥对除尘处理后的飞灰进行第二次螯合稳定化处理。

有益效果

本发明提出的生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统及方法，降低了飞灰产生量，降低了进入卫生填埋场的飞灰填埋量，减少了烟气净化过程中化学药剂及消耗品的使用量，提升了脱硫及重金属固定药剂的作用效率，满足进入卫生填埋场的入场标准，实现飞灰减量化及重金属的高效稳定化处理。

附图说明

图1是本发明具体实施例1中生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统的原理示意框图；

图2是本发明具体实施例1中生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理方法流程图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

具体实施例

一种生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统，如图1所示，其包括用于将生活垃圾焚烧烟气进行脱酸处理的脱酸反应塔，所述脱酸反应塔的底部设置有用于实现脱酸反应塔内底灰循环进入脱酸反应塔的循环风机，所述脱酸反应塔的底部出口与循环风机的出入口连通。

具体的，所述脱酸反应塔的顶部通道内设置有导流板，生活垃圾焚烧炉烟气经省煤器出口后，经过导流板进入脱酸反应塔，在导流板的作用下烟气呈螺旋状向下运动。

进一步地，所述生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统还包括石灰浆泵、石灰浆装置、冷却水装置，所述脱酸反应塔上分别设置有石灰浆输入口及冷却水输入口，所述脱酸反应塔通过石灰浆输入口依次与石灰浆泵及石灰浆装置连通，所述脱酸反应塔通过冷却水输入口与冷却水装置连通。

具体的，所述脱酸反应塔的上部设置有旋转雾化器，所述旋转喷雾器设置于石灰浆输入口及石灰浆泵之间。石灰浆泵控制石灰浆装置并使石灰浆进入旋转雾化器，旋转雾化器将石灰浆雾化呈微小液滴，并将呈微小液滴的石灰浆喷入脱酸反应塔内。

具体的，经旋转雾化器后的石灰浆液滴与呈螺旋状向下运动的烟气形成逆流，并被巨大的烟气流裹带着向下运动。气固中和反应生成的固态产物落入脱酸反应塔锥体，通过调整循环风机的转速和流速，使得脱酸反应塔底灰全部进入脱酸反应塔。

进一步地，由于脱酸反应塔的底灰占到飞灰总量的20～30％，且这部分主要是大颗粒过量加入未反应的消石灰，所以在脱酸反应塔的底部出口处连接有循环风机，所述脱酸反应塔的底部出口与循环风机的出入口连通，通过循环风机将脱酸反应塔的底部出口处的底灰进行二次循环，以增强塔内稳流，不断暴露出未反应消石灰的新表面，使消石灰具有较长的塔内停留时间，在原脱酸反应塔基础上进一步提高脱酸效率。

进一步地，调整旋转雾化器的压力范围2.5～10MPa或者调整转速，使得石灰浆液滴的粒径范围30～150μm，使得底灰的循环比例为消石灰用量的20％～30％。将底灰循环利用，减少新鲜消石灰用量20～30％，其作用在于提升消石灰的利用效率，减少消石灰的总体用量，从而降低烟气净化的药剂成本。

优选的，所述脱酸反应塔出口处设置有用于监测温度的温度传感器，所述温度传感器监测温度产生信号并通过外部设置的控制系统控制冷却水装置的出水量。

进一步地，所述生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统还包括用于将脱酸处理后的烟气进行分级处理的分级器、布袋除尘器，所述分级器的进灰口与脱酸反应塔的出灰口连通，所述分级器上设置有细颗粒飞灰出口及粗颗粒飞灰出口，所述分级器与布袋除尘器之间设置有用于实现细颗粒飞灰螯合稳定的螯合剂雾化反应器，所述细颗粒飞灰出口与所述螯合剂雾化反应器的进灰口连通，所述螯合剂雾化反应器的出灰口与所述粗颗粒飞灰出口连通，所述粗颗粒飞灰出口与布袋除尘器的进灰口连通。烟气经脱酸反应塔脱酸后进入分级器，在风机的抽力作用下由分级器下端的入灰口随上升气流高速运动至分级区，在高速旋转的分级涡轮产生的强大离心力作用下，调整气体压力或者气流流速，使得粗颗粒的粒径范围在5～10μm内变化，将+5μm粗细物料分离，-5μm细颗粒飞灰通过分级轮叶片间隙进入旋风分离器或除尘器收集，粗颗粒飞灰夹带部分细颗粒飞灰撞壁后速度消失，沿筒壁下降至二次风口处，经二次风的强烈淘洗作用，使粗细颗粒飞灰分离，细颗粒飞灰上升至分级区二次分级，粗颗粒飞灰下降至粗颗粒出口并排出。

进一步地，细颗粒飞灰通过细颗粒出口进入螯合剂雾化反应器，调整旋转雾化器的压力或者旋转转速，使得螯合剂雾化液滴的平均粒径范围为15～30μm，烟气在反应器内的停留时间为10～12s。螯合剂的选用与混炼机加入的螯合剂种类相同，螯合剂的用量根据气体流量和颗粒物浓度而定，螯合剂的初始用量可设置为0.05m3/hr。螯合剂雾化反应器的出口与布袋除尘器的入灰口连通。通过监测布袋除尘器出灰口处SO_x和HCl的浓度控制干粉消石灰的喷入量。

具体的，螯合剂雾化的平均粒径是由雾化压力决定的，由于螯合剂溶液固体颗粒含量很低，因此可以用较高的雾化压力，从而得到更微小的雾滴。15～30μm的水平是目前行业里雾化效果比较高的水平，此数据由设备的雾化效果而确定。较低的雾化颗粒可以实现较高紊乱度，通过飞灰粒径分析发现，20μm以下的颗粒约占飞灰总量的30％，此粒级的飞灰含有重金属总量的50％，由此，采用15～30μm的雾化粒径的雾滴能更好地与飞灰粒级接触，高效发挥药剂的作用。螯合剂的成本是飞灰处理主要的成本来源，约占飞灰处理的30％。通过雾化方式将更加有效高效的使用螯合剂，降低螯合剂的用量，降低飞灰处理的药剂成本。

进一步地，所述生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统还包括灰仓、混炼机，所述布袋除尘器的出灰口与灰仓的进灰口连通，所述灰仓的出灰口与混炼机的进灰口连通，飞灰通过混炼机的出灰口排出，经检测合格后进入填埋场进行填埋作业，由于飞灰量的减少，进入填埋场的填埋费用相应降低。

进一步地，所述生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统还包括干粉消石灰装置、活性炭装置、引风机、烟囱，所述布袋除尘器上分别设置消石灰输入口及活性炭输入口，所述布袋除尘器通过干粉消石灰输入口与干粉消石灰装置连通，所述布袋除尘器通过活性炭输入口与活性炭装置连通，所述布袋除尘器的出气口依次与引风机、烟囱连通，所述布袋除尘器中的气体通过引风机抽出并经烟囱排放至大气中，该气体经除尘处理后无污染的排放至大气中。布袋除尘器收集飞灰并将飞灰传递至灰仓，灰仓内收集的飞灰经螺旋输送机送往飞灰称量装置。

进一步地，所述生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统还包括螯合剂存储罐、螯合剂配置装置、水泥仓、螺旋输送机，所述混炼机上设置有螯合剂输入口且通过螯合剂配置装置与螯合剂存储罐的出料口连通，所述混炼机上设置有水泥输入口且通过螺旋输送机与水泥仓的出料口连通，其中，所述螯合剂存储罐的出料口还通过螯合剂配置装置与螯合剂雾化反应器的入料口连通，提高设备紧凑性，减少设备占地面积。

具体的，经飞灰称量装置称量飞灰的重量，根据飞灰的重量确定混炼机中螯合剂的用量，通过螯合剂配置装置配置出该用量的螯合剂。

一种生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理方法，其方法流程图如图2所示，其包括如下步骤：

S1、将生活垃圾焚烧烟气进入脱酸反应塔进行脱酸处理，脱酸反应塔的底灰在循环风机的作用下再次进入脱酸反应塔中循环。

S2、对经脱酸反应塔脱酸处理后的烟气进行分级预处理，分为粗颗粒飞灰、细颗粒飞灰。

S3、采用螯合剂雾化的方法对细颗粒飞灰进行第一次螯合稳定化处理。

S4、处理后的细颗粒飞灰与粗颗粒飞灰汇合并依次进行除尘处理及第二次螯合稳定化处理。

通过不同粒级下颗粒的元素组成及重金属、二噁英含量分析发现，颗粒粒级越小，重金属和二噁英的含量越高，大部分的重金属都富集在细颗粒上，此粒级飞灰的稳定化处理对整个飞灰的稳定化处理至关重要。

优选的，步骤S2中，所述粗颗粒飞灰的粒级为+5μm，所述细颗粒飞灰的粒级为-5μm。

具体的，进入除尘处理前的飞灰量占飞灰总量的2/3～3/4，颗粒的粒级从0.05～100μm，平均粒径0.07～2.11μm，粒径-5μm的飞灰约占总质量的20％。生活垃圾焚烧飞灰脱酸处理后将飞灰分为+5μm粒级飞灰和-5μm粒级飞灰，其中，+5μm粒级的飞灰直接进行除尘处理，采用螯合剂对-5μm粒级的飞灰进行第一次螯合稳定化处理，处理过程中增加了螯合剂与重金属接触反应的概率，同时螯合剂与-5μm粒级的飞灰接触团聚，增大了细颗粒飞灰的粒径，处理后的细颗粒飞灰与粗颗粒飞灰汇合进行除尘处理，进一步提高了除尘处理过程中飞灰的截留效率。

进一步地，采用石灰浆对生活垃圾焚烧烟气进行脱酸处理，所述石灰浆的粒径范围为30～150μm。在脱酸处理过程中采用循环送风的方式不断暴露未反应的消石灰的新表面，尽可能提高消石灰的使用效率，也就是提高脱HCl等强酸的效率及脱硫酸酐的效率。

进一步地，采用干粉消石灰及活性炭对飞灰进行除尘处理，处理后的气体通入大气，然后采用螯合剂及水泥对除尘处理后的飞灰进行第二次螯合稳定化处理。

本实施例中，螯合剂与细颗粒飞灰的反应作为飞灰整体重金属稳定化的第一步，也是关键环节，然后再依次进行除尘处理及第二次螯合稳定化处理，通过两次螯合稳定化处理过程达到飞灰重金属的高效稳定化。

对比实施例

本实施例与具体实施例相同的地方不再赘述，不同点如下：

本实施例在脱酸反应塔的底部出口处并未连接有循环风机，也就是说，对比实施例不具备具体实施例将脱酸反应塔的底灰循环利用以提高脱酸效率的技术效果。

另外，本实施例在脱酸反应塔与布袋除尘器之间并未设置有分级器及螯合剂雾化反应器，对比实施例将脱酸反应塔内的飞灰直接进入布袋反应器进行除尘处理，除尘处理后的飞灰进入混炼机进行一次螯合雾化反应。

结果分析

同等情况下，以进炉1000kg生活垃圾焚烧飞灰处理为例；

采用具体实施例的处理系统及方法进行处理，其干粉消石灰单位耗量为8.5kg～11kg，活性炭含量为0.55kg～0.58kg，飞灰的产量为30kg-36kg。

采用对比实施例所述的处理系统及方法进行处理，其干粉消石灰单位耗量为12kg～15kg，活性炭用量为0.60kg～0.65kg，飞灰产生量为38kg～45kg/t。

对上述数据进行比较分析得知：本实施例实现了生活垃圾焚烧飞灰源头的减量化处理，相比于对比实施例，其干粉消石灰的用量相对降低，飞灰中活性炭含量相对降低，飞灰的产量有所降低；由于飞灰源头减量，减少了飞灰处理螯合剂的用量，同时减少了飞灰进入填埋场填埋的费用，降低了处理成本，实现了飞灰减量化机重金属的高效稳定化处理，具有良好的经济效益和社会效益。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统，其特征在于，包括用于将生活垃圾焚烧烟气进行脱酸处理的脱酸反应塔，所述脱酸反应塔的底部设置有用于实现脱酸反应塔内底灰循环进入脱酸反应塔的循环风机，所述脱酸反应塔的底部出口与循环风机的出入口连通。

2.根据权利要求1所述的生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统，其特征在于，还包括用于将脱酸处理后的烟气进行分级处理的分级器、布袋除尘器，所述分级器的进灰口与脱酸反应塔的出灰口连通，所述分级器上设置有细颗粒飞灰出口及粗颗粒飞灰出口，所述分级器与布袋除尘器之间设置有用于实现细颗粒飞灰螯合稳定的螯合剂雾化反应器，所述细颗粒飞灰出口与所述螯合剂雾化反应器的进灰口连通，所述螯合剂雾化反应器的出灰口与所述粗颗粒飞灰出口连通，所述粗颗粒飞灰出口与布袋除尘器的进灰口连通。

3.根据权利要求2所述的生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统，其特征在于，还包括灰仓、混炼机，所述布袋除尘器的出灰口与灰仓的进灰口连通，所述灰仓的出灰口与混炼机的进灰口连通，飞灰通过混炼机的出灰口排出。

4.根据权利要求2所述的生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统，其特征在于，还包括石灰浆泵、石灰浆装置、冷却水装置，所述脱酸反应塔上分别设置有石灰浆输入口及冷却水输入口，所述脱酸反应塔通过石灰浆输入口依次与石灰浆泵及石灰浆装置连通，所述脱酸反应塔通过冷却水输入口与冷却水装置连通。

5.根据权利要求2所述的生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统，其特征在于，还包括干粉消石灰装置、活性炭装置、引风机、烟囱，所述布袋除尘器上分别设置消石灰输入口及活性炭输入口，所述布袋除尘器通过干粉消石灰输入口与干粉消石灰装置连通，所述布袋除尘器通过活性炭输入口与活性炭装置连通，所述布袋除尘器的出气口依次与引风机、烟囱连通，所述布袋除尘器中的气体通过引风机抽出并经烟囱排放至大气中。

6.根据权利要求2所述的生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理系统，其特征在于，还包括螯合剂存储罐、螯合剂配置装置、水泥仓、螺旋输送机，所述混炼机上设置有螯合剂输入口且通过螯合剂配置装置与螯合剂存储罐的出料口连通，所述混炼机上设置有水泥输入口且通过螺旋输送机与水泥仓的出料口连通，其中，所述螯合剂存储罐的出料口还通过螯合剂配置装置与螯合剂雾化反应器的入料口连通。

7.一种生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将生活垃圾焚烧烟气进入脱酸反应塔进行脱酸处理，脱酸反应塔的底灰在循环风机的作用下再次进入脱酸反应塔中循环。

8.根据权利要求7所述的生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理方法，其特征在于，还包括如下步骤：

S2、对经脱酸反应塔脱酸处理后的烟气进行分级预处理，分为粗颗粒飞灰、细颗粒飞灰；

S3、采用螯合剂雾化的方法对细颗粒飞灰进行第一次螯合稳定化处理；

S4、处理后的细颗粒飞灰与粗颗粒飞灰汇合并依次进行除尘处理及第二次螯合稳定化处理。

9.根据权利要求8所述的生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理方法，其特征在于，步骤S2中，所述粗颗粒飞灰的粒级为+5μm，所述细颗粒飞灰的粒级为-5μm。

10.根据权利要求8所述的生活垃圾焚烧飞灰源头减量化处理方法，其特征在于，采用石灰浆对生活垃圾焚烧烟气进行脱酸处理，采用干粉消石灰及活性炭对飞灰进行除尘处理，处理后的气体通入大气，然后采用螯合剂及水泥对除尘处理后的飞灰进行第二次螯合稳定化处理。

Images