CN111922025A - 基于摩擦电选联合微波再生的垃圾处理设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于摩擦电选联合微波再生的垃圾处理设备及其处理方法，通过炉排炉、半干法吸收塔、活性炭喷射器、布袋除尘器等设备对生活垃圾进行焚烧处理及烟气净化，通过振动摩擦器、鼓筒电选机对焚烧飞灰进行摩擦电选分离，电选分离后得到尾灰产物加入少量水泥固化后送生活垃圾填埋场填埋处置，富集二恶英的富碳精灰再送入微波再生炉对活性炭进行再生，再生后的富碳精灰作为吸附剂返回活性炭喷射器进行循环利用。本发明在静电场内实现飞灰中碳组分和二恶英的同时分离，该方法作为完全干法分离工艺，无需添加水和化学试剂、无废水和废气，工艺简单、投资和运行成本较低。
Description
技术领域
本发明属垃圾焚烧飞灰处理技术领域，具体涉及基于摩擦电选联合微波再生的垃圾处理设备及处理方法。
背景技术
焚烧法处理生活垃圾因其处理时间短、占地面积小同时具备减容化、无害化和热量可回收等优点，已经成为了我国生活垃圾处理的主流方式。截止到2018年底国内已建成投产的城市生活垃圾焚烧电厂约有400座，垃圾焚烧总量超38万吨/天。垃圾焚烧产生的二噁英大部分(70％～90％)被转移到焚烧飞灰中，焚烧飞灰因富集剧毒二噁英和毒性重金属已被我国列入《国家危险废物名录》。按垃圾焚烧量3％～5％的飞灰产生量计算，全国每天将产生约1.6万吨飞灰，这些飞灰为城市环境安全带来巨大隐患。为了严控垃圾焚烧过程中有毒物质二噁英的排放量，2014年我国将垃圾焚烧烟气中二噁英排放标准从1.0ng I-TEQ/m3提高到0.1ng I-TEQ/m3，为达到烟气排放标准，焚烧厂需在烟道中喷入大量活性炭来吸附烟气中的二噁英，活性炭喷射量为150～200mg/Nm3烟气，吸附二噁英的活性炭大多被转移到布袋飞灰中，故飞灰含有相当量的碳组分(喷射的活性炭和未燃碳)，同时活性炭(约10000元/吨)的一次性消耗大大提高了焚烧厂的运行成本。目前国内垃圾焚烧飞灰主要是水泥固化处理后送生活垃圾填埋场填埋处置，该方法是以固化重金属为目标，无法消除二噁英的潜在危险，且因高碳组分导致水泥消耗量大，故亟需针对高碳组分特性开发适宜的处理方法。
专利201610644658.5公开了一种基于浮选联合微波法的垃圾处理设备及其处理方法，先通过浮选实现碳组分和二噁英的同步移除并富集在富碳精灰产物中，然后富集精灰经干燥造粒后被微波处理，实现二噁英分解及活性炭再生，然而该方法作为湿法工艺，需对尾灰和富碳精灰产物分别进行干燥，带来高昂的干燥成本，同时产生废水二次污染等问题，限制其商业推广。
在焚烧飞灰中，碳组分相对于非导体无机质导电性能良好，这种电性差异给焚烧飞灰的电选提供了前提条件。可通过摩擦荷电增强碳组分和无机质电学性质上的差异，然后通过电选实现飞灰中碳组分和二噁英的同时分离。与浮选法相比，静电分离对去除灰中含碳量较高的颗粒适用性更强，同时该方法作为完全干法分离工艺，无需添加水和化学试剂，分离过程中无废水和废气产生且工艺简单、投资和运行成本较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种基于摩擦电选联合微波再生的垃圾处理设备及处理方法，其能够通过摩擦使飞灰中碳组分携带电荷，然后通过电选将飞灰中碳组分及二噁英同步分离，再利用微波处理技术解决二噁英分解和活性炭回收再利用问题，在实现飞灰无害化处理的同时进行高附加值利用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于摩擦电选联合微波再生的垃圾处理设备，其特征在于：包括炉排炉、半干法吸收塔、活性炭喷射器、布袋除尘器、振动摩擦器、鼓筒电选机、微波再生炉，
炉排炉尾部烟气出口与半干法吸收塔进口连接，半干法吸收塔出口通过活性炭喷射器与布袋除尘器的进气口连接，布袋除尘器的出气口经过引风机与烟囱连接，布袋除尘器底端的出料口与振动摩擦器的给料器连接，振动摩擦器出口与鼓筒电选机进口连接，鼓筒电选机的富碳精灰出料口连接微波再生炉的进料口，微波再生炉的出料口活性炭配置槽连接，活性炭配置槽连接活性炭喷射器。
所述的基于摩擦电选联合微波再生的垃圾处理设备的运行方法如下：
生活垃圾首先进入炉排炉焚烧，焚烧后的底灰从炉排炉底部的排料口排出，焚烧产生的烟气经过半干法吸收塔脱酸，活性炭喷射器喷射活性炭粉以吸附烟气中的二噁英，吸附二噁英的活性炭粉与飞灰混杂在一起，进入布袋除尘器成为布袋飞灰，穿过布袋除尘器的气体则经引风机从烟囱排出；所述布袋飞灰送入振动摩擦器，在振动摩擦器内摩擦荷电，荷电飞灰进入鼓筒电选机进行电选分离，分离后得到中间产品、尾灰和富碳精灰，中间产品送回电选机进行再次电选，尾灰产物加入少量水泥固化后送生活垃圾填埋场填埋处置，富集精灰送入微波再生炉进行再生，再生后的富碳精灰送入活性炭配制槽，作为吸附剂送活性炭喷射器进行循环利用。
在上述技术方案中，所述的改性剂为煤油、柴油、乙酸及乙醇等其中的一种，添加质量为5～15g/kg飞灰。
在上述技术方案中，所述的调整剂为Tween80、SDS等表面活性剂和正己烷、丙酮、甲苯等药剂中的一种或几种复配，添加质量为5～20g/kg飞灰。
在上述技术方案中，所述的鼓筒电选机电压是25kV～45kV，鼓筒转速是130r/min～250r/min。
本发明的优点和有益效果为：
本发明通过在飞灰中加入改性剂增强飞灰中碳组分与无机质的荷电差异，同时加入调整剂促进飞灰摩擦荷电过程中二噁英吸附于碳组分。该方法将焚烧飞灰通过摩擦荷电使得其中的无机质与活性炭带上相反电荷，在高压静电场中实现了碳组分和二噁英的同步分离，该方法可在焚烧厂内就地减少飞灰中的二噁英毒性和填埋处置量，极大解决目前国内水泥固化法中飞灰高含量碳组分导致水泥耗量大的问题、有效降低了二噁英在填埋场中的环境风险。富碳精灰中的碳组分含量是原飞灰的4倍左右，送入微波场内，不需添加其他吸波介质就将富碳精灰中二噁英完全分解，同时可以实现精灰中活性炭的再生，再生后的精灰可替代昂贵的活性炭循环回用于烟气净化，实现飞灰中废弃活性炭再生循环利用，变废为宝，有效降低焚烧厂运行成本；在快速简单、节能高效、环境友好地完成飞灰无害化处理的同时实现其高附加值利用。
附图说明
图1是实施例中基于摩擦电选联合微波再生的垃圾处理设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
参见附图1，基于摩擦电选联合微波再生的垃圾处理设备，包括炉排炉、半干法吸收塔、活性炭喷射器、布袋除尘器、振动摩擦器、鼓筒电选机、微波再生炉，
生活垃圾首先进入炉排炉焚烧，焚烧后的底灰从炉排炉底部的排料口排出，焚烧产生的烟气经余热锅炉换热后从尾部排出，炉排炉尾部烟气出口连接半干法吸收塔，以使炉排炉排出的烟气经过半干法吸收塔脱酸，半干法吸收塔出口通过活性炭喷射器与布袋除尘器的进气口连接，活性炭喷射器喷射活性炭粉以吸附烟气中的二噁英，吸附二噁英的活性炭粉与飞灰混杂在一起，这些吸附二噁英的活性炭粉经布袋除尘器过滤转移到布袋飞灰中，穿过布袋除尘器的气体则经引风机从烟囱排出。
布袋除尘器底端的出料口与振动摩擦器的给料器连接，振动摩擦器出口通过滤袋与鼓筒电选机进口连接，布袋飞灰与改性剂和调整剂进行充分混合，送入振动摩擦器，在振动摩擦器内摩擦荷电，摩擦荷电后的荷电飞灰进入鼓筒电选机进行电选分离，电选分离后得到中间产品、尾灰和富碳精灰，中间产品送回电选机进行再次电选，尾灰产物加入少量水泥固化后送生活垃圾填埋场填埋处置，鼓筒电选机的富碳精灰出料口连接微波再生炉的进料口；微波再生炉的出料口活性炭配置槽连接，活性炭配置槽连接活性炭喷射器，富集精灰送入微波再生炉进行再生，再生后的富碳精灰送入活性炭配制槽，作为吸附剂返回活性炭喷射器进行循环利用。
下面结合具体实施例说明对飞灰电选具体方法。
实施例1：
某垃圾焚烧飞灰(即布袋飞灰)化学成分及热灼减率及二噁英含量见表1。将0.9％(质量比)的煤油作为改性剂、1.2％的正己烷作为调整剂加入到垃圾焚烧飞灰中，混合均匀后送入振动摩擦器内摩擦荷电，荷电飞灰送入鼓筒电选机进行电选，鼓筒电选机电压为35kV，鼓筒转速180r/min，中间产物经2次电选，电选分离后最终得到富碳精灰和尾灰两种产物，两种产物中碳含量分别为36.54％和4.84％，二噁英含量分别为8.21和2.84ng I-TEQ/g，尾灰可以加入少量水泥固化重金属后送生活垃圾填埋处置。
表1：实施例1中焚烧飞灰的主要化学成分、热灼减率及二噁英含量(％)
将富碳精灰直接放入工业微波炉中进行微波处理，处理过程中微波炉内一直保持N2气氛，微波烧结炉的功率为2100W，加热时间7min，经测试处理后的二噁英浓度降低到0.15ng-TEQ/g，微波处理后比表面积为418m2/g，吸附性能良好，可作为吸附剂送回到焚烧炉的烟气净化系统进行再利用。
实施例2：
采用实施例1中相同的焚烧飞灰，加入1.3％(质量比)的乙酸作为改性剂、0.9％的丙酮和0.5％的表面活性剂(Tween80)作为调整剂加入到垃圾焚烧飞灰中，混合均匀后送入振动摩擦器内摩擦荷电，荷电飞灰送入鼓筒电选机进行电选，鼓筒电选机电压为45kV，鼓筒转速250r/min，中间产物经2次电选，电选分离后最终得到富碳精灰和尾灰两种产物，两种产物中碳含量分别为36.26％和5.08％，二噁英含量分别为8.03和2.94ng I-TEQ/g。尾灰加入少量水泥固化重金属后送生活垃圾填埋处置。富碳精灰放入工业微波炉中进行微波处理，处理过程中微波炉内一直保持N2气氛，微波烧结炉的功率为2100W，加热时间7min，经测试处理后的二噁英浓度降低到0.13ng-TEQ/g，微波处理后比表面积为409m2/g，吸附性能良好，可作为吸附剂送回到焚烧炉的烟气净化系统进行再利用。
实施例3：
采用实施例1中相同的焚烧飞灰，加入0.5％(质量比)的乙酸作为改性剂、1.1％的甲苯和0.5％的表面活性剂(SDS)作为调整剂加入到垃圾焚烧飞灰中，混合均匀后送入振动摩擦器内摩擦荷电，荷电飞灰送入鼓筒电选机进行电选，鼓筒电选机电压为25kV，鼓筒转速130r/min，中间产物经2次电选，电选分离后最终得到富碳精灰和尾灰两种产物，两种产物中碳含量分别为37.14％和4.37％，二噁英含量分别为8.35和2.77ng I-TEQ/g。尾灰加入少量水泥固化重金属后送生活垃圾填埋处置。富碳精灰放入工业微波炉中进行微波处理，处理过程中微波炉内一直保持N2气氛，微波烧结炉的功率为2100W，加热时间7min，经测试处理后的二噁英浓度降低到0.16ng-TEQ/g，微波处理后比表面积为441m2/g，吸附性能良好，可作为吸附剂送回到焚烧炉的烟气净化系统进行再利用。
上述实施例阐述的是垃圾焚烧飞灰无害化处理及资源化利用新工艺，本发明适用于生活垃圾焚烧飞灰和医疗垃圾焚烧飞灰。摩擦器不限于振动摩擦器，电选机不限于鼓筒电选机，还可以是用于煤及粉煤灰的其它摩擦电选设备。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于摩擦电选联合微波再生的垃圾处理设备，其特征在于：包括炉排炉、半干法吸收塔、活性炭喷射器、布袋除尘器、鼓风机、给料器、振动摩擦器、鼓筒电选机、微波再生炉，其中：
炉排炉尾部烟气出口与半干法吸收塔进口连接，半干法吸收塔出口通过活性炭喷射器与布袋除尘器的进气口连接，布袋除尘器的出气口经过引风机与烟囱连接；
布袋除尘器底端的出料口与振动摩擦器进料口连接，振动摩擦器出口与鼓筒电选机进口连接，鼓筒电选机的富碳精灰出料口连接微波再生炉的进料口，微波再生炉的出料口活性炭配置槽连接，活性炭配置槽连接活性炭喷射器。
2.如权利要求1所述的基于摩擦电选联合微波再生的垃圾处理设备的运行方法，其特征在于：生活垃圾首先进入炉排炉焚烧，焚烧后的底灰从炉排炉底部的排料口排出，焚烧产生的烟气经过半干法吸收塔脱酸，活性炭喷射器喷射活性炭粉以吸附烟气中的二噁英，吸附二噁英的活性炭粉与飞灰混杂在一起，进入布袋除尘器成为布袋飞灰，穿过布袋除尘器的气体则经引风机从烟囱排出；所述布袋飞灰送入振动摩擦器，在振动摩擦器内摩擦荷电，荷电飞灰进入鼓筒电选机进行电选分离，分离后得到中间产品、尾灰和富碳精灰，中间产品送回电选机进行再次电选，尾灰产物加入少量水泥固化后送生活垃圾填埋场填埋处置，富集精灰送入微波再生炉进行再生，再生后的富碳精灰送入活性炭配制槽，作为吸附剂送活性炭喷射器进行循环利用。
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