CN112157108A - 一种生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗装置及其制浆水洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗装置及其制浆水洗方法。飞灰在进行水泥窑协同处置之前需要进行水洗脱氯。本发明一种新型生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗系统，包括飞灰存储罐、混合器、浆料存储仓、第一提升泵、扰流通道、水洗罐和脱水设备。飞灰存储罐的飞灰输出口和外部水源输入管道均连接到混合器的混合输入口。浆料存储仓上设置有存储进口、输出口和回流出口。浆料存储仓的回流出口经第一提升泵连接到混合器的混合输入口。本发明采用密封式管道制浆工艺，利用旋流来促进飞灰与水的无动力混合相比于传统的机械搅拌，不仅可以在超低能耗的前提下实现飞灰与水的均匀混合，还可以节省制浆用水，减轻后期飞灰治理的压力。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物处理及处置技术领域，具体涉及一种生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗装置及其制浆水洗方法。
背景技术
随着城市生活垃圾焚烧行业的兴起，垃圾焚烧产生的飞灰含有重金属、二噁英和挥发性元素(氯、硫、钾和钠)等污染物，故而人们对飞灰的处置问题越来越重视。现阶段，飞灰处置主要包括熔融处理、水泥固化、药剂稳定化处理等，水泥窑协同处置作为目前在技术和经济上比较成熟的飞灰处理技术被广泛应用。我国飞灰中氯含量大部分高达到100g/kg以上，而水泥中的氯元素含量过高会引起钢筋的腐蚀，所以普通水泥中规定氯含量必须小于200mg/kg，因次飞灰在进行水泥窑协同处置之前需要进行水洗脱氯。水洗罐作为飞灰预处理一个关键设备，常用于飞灰预处理工艺中，目前比较常用的水洗罐为螺旋搅拌式，但由于飞灰固体颗粒度小，密度低，易造成扬尘污染，且在水洗的过程中很容易在罐体底部和罐体四周挡板形成固相沉积，这将直接影响水洗罐对飞灰水洗效率和脱氯的效果。
针对这些问题，公开号为CN204848668U，发明名称为《飞灰水洗装置》的实用新型专利提出了一种飞灰水洗装置，该技术方案通过采用螺旋搅拌器和挡板相结合的方式，实现全程无死角搅拌，防止飞灰在罐体内的附着，显而易见该技术方案仅能防止飞灰在罐体内附着不能解决飞灰的在挡板上的固相沉积，且挡板的的设立有碍于搅拌旋流的产生，对水洗搅拌效果造成一定的影响。另外，公开号为201799189U，发明名称为《一种固体废物焚烧飞灰水洗装置》的实用新型专利提出一种固体废物焚烧飞灰水洗装置，该技术方案采用三个水洗罐6对飞灰进行三级水洗，实现飞灰的有效脱氯。虽然该方案对飞灰脱氯的效果较好，但是单一的并联水洗罐6还是没有从根本上解决罐体底部和四周飞灰的固相沉积，且方案存在设备造价高，运营成本高，占地面积大等问题。其次，公开号为209338408U发明名称为《一种飞灰水洗脱氯设备》的实用新型提出了一种飞灰水洗脱氯设备，该技术方案中涉及的水洗罐6采用的是圆柱形腔体和锥形舱底，且罐体采用耐腐蚀性材料，该设计方案通过改变罐体的高径比和增设离壁挡板来预防罐体底部和四周的固相沉积，显而易见仅靠挡板和增大高径比很难彻底解决以上问题。
发明内容
基于背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗装置及其制浆水洗方法，用以充分去除飞灰浆料中的盐类，并避免罐体底部的固相沉积。
本发明一种新型生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗系统，包括飞灰存储罐、混合器、浆料存储仓、第一提升泵、扰流通道、水洗罐和脱水设备。飞灰存储罐的飞灰输出口和外部水源输入管道均连接到混合器的混合输入口。浆料存储仓上设置有存储进口、输出口和回流出口。浆料存储仓的回流出口经第一提升泵连接到混合器的混合输入口。浆料存储仓的输出口与水洗罐的水洗输入口通过扰流通道连接。水洗罐的泥料出口和脱水设备的输入口通过出料阀门连接。水洗罐中设置有搅拌器和刮泥器；刮泥器位于水洗罐成倒锥形的底部。水洗罐内还设置有超声组件。
作为优选，所述混合器的内腔上部呈圆柱形，下部呈圆锥形。混合器的侧壁顶部开设有混合输入口。混合输入口的轴线与混合器中心轴线垂直且错开，使得输入混合器中的飞灰和水形成旋流充分混合在一起。混合器的底部开设有混合输出口。
作为优选，所述飞灰存储罐的飞灰输出口和外部水源输入管道的输出口均设置有逆止阀。
作为优选，所述的扰流通道内设置有多片扰流片。
作为优选，所述的水洗罐包括罐体、电机、中心轴、搅拌器、刮泥器和超声组件。水洗输入口开设在罐体的顶部。罐体的内腔由上下排布的圆柱腔体和倒锥形腔体构成；圆柱腔体的外侧面顶部位置设置溢流口；倒锥形腔体的底部设置泥料出口，侧面设有出料口。中心轴竖直设置，支承在罐体的中心位置，且由电机驱动。搅拌器和刮泥器上下排布，且均安装在中心轴搅拌器位于圆柱腔体内。刮泥器位于倒锥形腔体内。圆柱腔体内壁的夹层中设有多个超声组件；
作为优选，所述罐体的内壁设置有防腐耐磨涂料。所述圆柱腔体的顶面上设有呼吸口。呼吸口处设置有过滤板。
作为优选，所述的搅拌器包括上下分布的一层或多层搅拌桨叶。搅拌桨叶固定在中心轴上；搅拌桨叶由沿中心轴的周向均布的多块浆型叶片；各浆型叶片的中心轴线与中心轴的轴线呈70～90°夹角。
作为优选，所述刮泥器包括上下依次布置的一层或多层刮泥桨。刮泥桨包括根刮泥臂和刮泥片；各刮泥臂沿周向均匀固定在中心轴上；刮泥臂的外端均固定有刮泥片；刮泥片抵住倒锥形腔体的内侧壁；各刮泥桨内的刮泥臂由上至下尺寸依次减小，以配合由上之下逐渐缩小的倒锥形腔体。
作为优选，各超声组件上下间隔排列。所述的超声组件由多层超声振片圈叠加而成；超声振片圈上对中设置有两片超声振片。单片超声振片呈圆弧形。相邻两层超声振片圈错开0～90°设置。
该新型生活垃圾焚烧飞灰制浆装置的水洗方法，具体步骤如下：
步骤一、将飞灰和水以1:2～1:4的重量比输入到混合器中；混合器输出的飞灰浆料进入浆料存储仓；混合后的飞灰浆料在第一提升泵的提压作用下再次进入到混合器中，进行再次混合。
步骤二、将浆料存储仓内的飞灰浆料经扰流通道通过重力自流或水泵提压运送至水洗罐中；水洗罐内的搅拌器搅动飞灰浆液充分流动，使得飞灰中的氯元素被水洗脱出来；同时，超声组件开始振动，发出声波频率为10～19Hz的超声波；超声波使得飞灰浆料发生振动，进而使飞灰中的氯元素被水充分洗脱出来。
飞灰浆料中的固相经洗脱后沉积到水洗罐内腔呈倒锥形的底部，刮泥器持续刮除倒锥形腔体的内侧壁的固相飞灰，使得固相飞灰掉落到倒锥形腔体内腔呈倒锥形的底部，避免飞灰沉积。
步骤三、水洗结束或水洗时长达到预设值后，停止向混合器输入水和飞灰，出料阀门开启，倒锥形腔体底部的泥料从泥料出口排出到脱水设备中。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明采用密封式管道制浆工艺，利用旋流来促进飞灰与水的无动力混合相比于传统的机械搅拌，不仅可以在超低能耗的前提下实现飞灰与水的均匀混合，还可以节省制浆用水，减轻后期飞灰治理的压力。
2、本发明将浆料存储仓中的浆料回流到混合器中进行再次混合，实现多次循环混合，提高混合效果，并避免飞灰浆液在浆料存储仓中再次固液分离。
3、本发明的水洗罐搅拌桨的叶片采用微倾斜角度的设计，不仅可以对水体产生水平方向的扰动，还可以对水体的纵向产生剪切力，使水体形成纵向的流动，进而产生旋涡，实现了无死角搅拌，从而加速飞灰水洗的效率。
4、本发明水洗罐的底部设有刮泥器，可以有效预防罐体底部因飞灰重力沉降造成的固相沉积。
5、本发明中水洗罐中设有超声组件，不仅可以提高水洗过程对飞灰中部分结合态氯元素的消减，还可以利用超声振动避免泥料在罐体四周形成固相沉积死角。
6、本发明水洗罐的内壁设置有防腐耐磨涂料，可以延长罐体的使用寿命，且性能好，费用低。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中水洗罐的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种新型生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗系统，包括飞灰存储罐1、混合器2、浆料存储仓3、第一提升泵4、扰流通道5、水洗罐6和脱水设备7。混合器2的内腔上部呈圆柱形，下部呈圆锥形。混合器2的侧壁顶部开设有混合输入口。混合输入口的轴线与混合器2中心轴线垂直且错开，使得输入混合器2中的飞灰和水形成旋流充分混合在一起。混合器2的底部开设有混合输出口。飞灰存储罐1的飞灰输出口和外部水源输入管道8均连接到混合器2的混合输入口，实现将飞灰和水混合输入到混合器2。
浆料存储仓3侧壁的顶部两侧开设有存储进口、输出口。浆料存储仓3的底部开设有回流出口。浆料存储仓3的回流出口经第一提升泵4连接到混合器2的混合输入口，使得浆料存储仓3内的飞灰浆料能够持续回流到混合器2中进行再次混合，避免飞灰浆料的固相和液相在浆料存储仓3中再次分离。浆料存储仓3的输出口与水洗罐6的水洗输入口通过扰流通道5连接，扰流通道5内设置有多片扰流片，使得进入水洗罐6的飞灰浆液混合得更加充分和均匀。水洗罐6的泥料出口和脱水设备7的输入口通过出料阀门连接。出料阀门采用电动阀门或手动阀门；出料阀门用于在飞灰水洗结束后打开，使得水洗罐6中的泥料进入脱水设备7中进行脱水干燥。
如图2所示，水洗罐6包括罐体6-1、电机6-2、中心轴6-3、搅拌器6-4、刮泥器6-5和超声组件6-6。罐体6-1的内壁设置有防腐耐磨涂料。水洗输入口开设在罐体6-1的顶部。罐体6-1的内腔由上下排布的圆柱腔体6-1-1和倒锥形腔体6-1-2构成；圆柱腔体6-1-1的顶面上设有呼吸口，用于保持罐体内压力稳定。呼吸口处设置有过滤板。圆柱腔体6-1-1的外侧面顶部位置设置溢流口6-1-3；倒锥形腔体6-1-2的底部设置泥料出口6-1-4，倒锥形腔体6-1-2的侧面设有出料口6-1-5。泥料出口6-1-4用于输出经过水洗后的固相泥料；出料口6-1-5用于输出水洗液。
搅拌器6-4和刮泥器6-5固定在同一根中心轴6-3上，形成联锁设计。中心轴6-3竖直设置，支承在罐体6-1的中心位置。电机6-2为变速电机，安装在罐体6-1的顶部，输出轴与中心轴6-3的顶端固定。搅拌器6-4位于圆柱腔体6-1-1内，包括上下分布的两层搅拌桨叶。两个搅拌桨叶均固定在中心轴6-3上；搅拌桨叶由沿中心轴6-3的周向均布的四块浆型叶片；各浆型叶片的中心轴线与中心轴6-3的轴线呈70～90°夹角
所述刮泥器6-5设置在倒锥形腔体6-1-2内，包括上下依次布置的三层刮泥桨。刮泥桨包括两根刮泥臂和刮泥片；各刮泥臂沿周向均匀固定在中心轴2上；两根刮泥臂的外端均固定有刮泥片；刮泥片抵住倒锥形腔体6-1-2的内侧壁，用于刮除倒锥形腔体6-1-2的内侧壁上的污泥；各刮泥桨内的刮泥臂由上至下尺寸依次减小，以配合由上之下逐渐缩小的倒锥形腔体6-1-2。
圆柱腔体6-1-1内壁的夹层中设有三组超声组件6-6；三组超声组件6-6上下间隔排列。超声组件6-6由多层超声振片圈叠加而成；超声振片圈上对中设置有两片超声振片。单片超声振片呈90°角的圆弧形。相邻两层超声振片圈错开0～90°设置。
作为一种优选的技术方案，飞灰存储罐1的飞灰输出口和外部水源输入管道8的输出口均设置有逆止阀，避免浆料存储仓3回流出来的飞灰浆液回流到飞灰存储罐1和外部水源输入管道8中。
该新型生活垃圾焚烧飞灰制浆装置的水洗方法，具体步骤如下：
步骤一、采用密封式管道制浆工艺，向待处理的飞灰中加水进行制浆混合，飞灰和水以1:2～4的重量比经密闭的混合器2进入浆料存储仓3，混合后的飞灰浆料在第一提升泵4的提压作用下经管道再次进入到混合器2中，实现多次循环混合，提高混合效果，并避免飞灰浆液在浆料存储仓3中再次固液分离。
步骤二、将浆料存储仓3内的飞灰浆料通过密封管道经重力自流或水泵提压运送至水洗罐6中；水洗罐6上的电机驱动中心轴6-3以30-80r/min的转速转动，搅动飞灰浆液充分流动，使得飞灰中的氯元素(氯盐)被水洗脱出来；同时，超声组件6-6开始振动，发出声波频率为10-19Hz，声波强度为0.5W/cm2的超声波；超声波使得飞灰浆料发生振动，进而使飞灰中的氯元素被水充分洗脱出来，提高飞灰洗脱的效率和质量。
飞灰浆料中的固相经洗脱后沉积到倒锥形腔体6-1-2的内侧壁上，转动的中心轴6-3带动刮泥桨转动，刮泥桨上的刮泥片在转动中持续刮除倒锥形腔体6-1-2的内侧壁的固相飞灰，使得固相飞灰掉落到倒锥形腔体6-1-2的底部，避免倒锥形腔体6-1-2的内侧壁沉积飞灰。
步骤三、水洗结束或水洗时长达到预设值后，停止向混合器2输入水和飞灰，混合器2、浆料存储仓3和水洗罐6内的液相排尽后，出料阀门开启，倒锥形腔体6-1-2底部的泥料从泥料出口6-1-4排出到脱水设备7中；泥料在脱水设备7中进行脱水处理后，进行重金属回收和解毒，备用。所得的泥料中的氯盐被充分去除，能够进行再利用。出料口6-1-5输出的水洗液进行蒸发结晶制盐等，也可以再次用于水洗。
实施例1
搅拌桨叶分为两层，每层三片，各浆型叶片的中心轴线与中心轴6-3的轴线呈70°夹角；飞灰水洗方法中飞灰和水的混合比为1:3；水洗罐6内搅拌器6-4的转速30r/min；
实施例2
搅拌桨叶分为两层，每层三片，各浆型叶片的中心轴线与中心轴6-3的轴线呈80°夹角；飞灰水洗方法中飞灰和水的混合比为1:3；水洗罐6内搅拌器6-4的转速30r/min；
实施例3
搅拌桨叶分为两层，每层三片，各浆型叶片的中心轴线与中心轴6-3的轴线呈90°夹角；飞灰水洗方法中飞灰和水的混合比为1:3；水洗罐6内搅拌器6-4的转速30r/min；
实施例4
搅拌桨叶分为两层，每层三片，各浆型叶片的中心轴线与中心轴6-3的轴线呈70°夹角；飞灰水洗方法中飞灰和水的混合比为1:3；水洗罐6内搅拌器6-4的转速55r/min；
实施例5
搅拌桨叶分为两层，每层三片，各浆型叶片的中心轴线与中心轴6-3的轴线呈80°夹角；飞灰水洗方法中飞灰和水的混合比为1:3；水洗罐6内搅拌器6-4的转速55r/min；
实施例6
搅拌桨叶分为两层，每层三片，各浆型叶片的中心轴线与中心轴6-3的轴线呈90°夹角；飞灰水洗方法中飞灰和水的混合比为1:3；水洗罐6内搅拌器6-4的转速55r/min；
实施例7
搅拌桨叶分为两层，每层三片，各浆型叶片的中心轴线与中心轴6-3的轴线呈70°夹角；飞灰水洗方法中飞灰和水的混合比为1:3；水洗罐6内搅拌器6-4的转速80r/min；
实施例8
搅拌桨叶分为两层，每层三片，各浆型叶片的中心轴线与中心轴6-3的轴线呈80°夹角；飞灰水洗方法中飞灰和水的混合比为1:3；水洗罐6内搅拌器6-4的转速80r/min；
实施例9
搅拌桨叶分为两层，每层三片，各浆型叶片的中心轴线与中心轴6-3的轴线呈90°夹角；飞灰水洗方法中飞灰和水的混合比为1:3；水洗罐6内搅拌器6-4的转速80r/min；
分别取实施例1～9水洗罐6底部输出的固相泥料对其进行氯元素含量分析。实验采用生活垃圾焚烧飞灰为原料，未处理的飞灰中氯元素含量为1.6836*105mg/kg，经过实施例1-9处理后的固体飞灰中氯元素的含量如下表1(单位：mg/kg)
表1生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗脱氯效果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | |
| 氯元素含量 | 29295 | 23907 | 33504 | 20877 | 7071 | 26601 | 16668 | 6734 | 19530 |
| 去除效率 | 82.6％ | 85.8％ | 80.1％ | 87.6％ | 95.8％ | 84.2％ | 90.1％ | 96％ | 88.4％ |
实验结果表明，实施例1～9均能够大幅度去除飞灰中氯离子，先最高对飞灰中氯离子去除率达到了96％。
Claims (10)
1.一种生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗装置，包括飞灰存储罐(1)、混合器(2)、浆料存储仓(3)、第一提升泵(4)、扰流通道(5)、水洗罐(6)和脱水设备(7)；其特征在于：飞灰存储罐(1)的飞灰输出口和外部水源输入管道(8)均连接到混合器(2)的混合输入口；浆料存储仓(3)上设置有存储进口、输出口和回流出口；浆料存储仓(3)的回流出口经第一提升泵(4)连接到混合器(2)的混合输入口；浆料存储仓(3)的输出口与水洗罐(6)的水洗输入口通过扰流通道(5)连接；水洗罐(6)的泥料出口和脱水设备(7)的输入口通过出料阀门连接；水洗罐(6)中设置有搅拌器和刮泥器；刮泥器位于水洗罐(6)成倒锥形的底部；水洗罐(6)内还设置有超声组件。
2.根据权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗装置，其特征在于：所述混合器(2)的内腔上部呈圆柱形，下部呈圆锥形；混合器(2)的侧壁顶部开设有混合输入口；混合输入口的轴线与混合器(2)中心轴线垂直且错开，使得输入混合器(2)中的飞灰和水形成旋流充分混合在一起；混合器(2)的底部开设有混合输出口。
3.根据权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗装置，其特征在于：所述飞灰存储罐(1)的飞灰输出口和外部水源输入管道(8)的输出口均设置有逆止阀。
4.根据权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗装置，其特征在于：所述的扰流通道(5)内设置有多片扰流片。
5.根据权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗装置，其特征在于：所述的水洗罐(6)包括罐体(6-1)、电机(6-2)、中心轴(6-3)、搅拌器(6-4)、刮泥器(6-5)和超声组件(6-6)；水洗输入口开设在罐体(6-1)的顶部；罐体(6-1)的内腔由上下排布的圆柱腔体(6-1-1)和倒锥形腔体(6-1-2)构成；圆柱腔体(6-1-1)的外侧面顶部位置设置溢流口(6-1-3)；倒锥形腔体(6-1-2)的底部设置泥料出口(6-1-4)，侧面设有出料口(6-1-5)；中心轴(6-3)竖直设置，支承在罐体(6-1)的中心位置，且由电机(6-2)驱动；搅拌器(6-4)和刮泥器(6-5)上下排布，且均安装在中心轴(6-3)搅拌器(6-4)位于圆柱腔体(6-1-1)内；刮泥器(6-5)位于倒锥形腔体(6-1-2)内；圆柱腔体(6-1-1)内壁的夹层中设有多个超声组件(6-6)。
6.根据权利要求5所述的一种生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗装置，其特征在于：所述罐体(6-1)的内壁设置有防腐耐磨涂料；所述圆柱腔体(6-1-1)的顶面上设有呼吸口；呼吸口处设置有过滤板。
7.根据权利要求5所述的一种生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗装置，其特征在于：所述的搅拌器(6-4)包括上下分布的一层或多层搅拌桨叶；搅拌桨叶固定在中心轴(6-3)上；搅拌桨叶由沿中心轴(6-3)的周向均布的多块浆型叶片；各浆型叶片的中心轴线与中心轴(6-3)的轴线呈70～90°夹角。
8.根据权利要求5所述的一种生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗装置，其特征在于：所述刮泥器(6-5)包括上下依次布置的一层或多层刮泥桨；刮泥桨包括根刮泥臂和刮泥片；各刮泥臂沿周向均匀固定在中心轴(2)上；刮泥臂的外端均固定有刮泥片；刮泥片抵住倒锥形腔体(6-1-2)的内侧壁；各刮泥桨内的刮泥臂由上至下尺寸依次减小，以配合由上之下逐渐缩小的倒锥形腔体(6-1-2)。
9.根据权利要求5所述的一种生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗装置，其特征在于：各超声组件(6-6)上下间隔排列；所述的超声组件(6-6)由多层超声振片圈叠加而成；超声振片圈上对中设置有两片超声振片；单片超声振片呈圆弧形；相邻两层超声振片圈错开0～90°设置。
10.如权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧飞灰制浆水洗装置的制浆水洗方法，其特征在于：步骤一、将飞灰和水以1:2～1:4的重量比输入到混合器(2)中；混合器(2)输出的飞灰浆料进入浆料存储仓(3)；混合后的飞灰浆料在第一提升泵(4)的提压作用下再次进入到混合器(2)中，进行再次混合；
步骤二、将浆料存储仓(3)内的飞灰浆料经扰流通道(5)通过重力自流或水泵提压运送至水洗罐(6)中；水洗罐(6)内的搅拌器搅动飞灰浆液充分流动，使得飞灰中的氯元素被水洗脱出来；同时，超声组件(6-6)开始振动，发出声波频率为10～19Hz的超声波；超声波使得飞灰浆料发生振动，进而使飞灰中的氯元素被水充分洗脱出来；
飞灰浆料中的固相经洗脱后沉积到水洗罐(6)内腔呈倒锥形的底部，刮泥器持续刮除倒锥形腔体(6-1-2)的内侧壁的固相飞灰，使得固相飞灰掉落到倒锥形腔体(6-1-2)内腔呈倒锥形的底部，避免飞灰沉积；
步骤三、水洗结束或水洗时长达到预设值后，停止向混合器(2)输入水和飞灰，出料阀门开启，倒锥形腔体(6-1-2)底部的泥料从泥料出口(6-1-4)排出到脱水设备(7)中。
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