CN112402888B - 一种垃圾焚烧飞灰减毒装置及相应方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧飞灰减毒装置，包括顶部封闭、底部开口的腔体，在腔体顶部的左侧边缘设置一个线性给料机，在腔体内部从上到下相互平行设置至少一层放电组件和对应的不锈钢旋转毛刷，在腔体的底部开口处设置有灰斗，灰斗与腔体的底部开口固定连接，在腔体的外独立设置有控制器；每层放电组件由一层放电极、一层移动极板和两个传动装置组成，移动极板为环形，移动极板的两侧分别设置一个传动装置，放电极设置于移动极板的上方且相互间不接触。本发明还同时提供了上述垃圾焚烧飞灰减毒装置的使用方法。本发明装置简单，处理速度快，且在常温下操作，能耗低，可原位实现二噁英类物质转化为其它弱毒性或无毒物质。

Description

一种垃圾焚烧飞灰减毒装置及相应方法

技术领域

本发明属于环保设备领域，主要涉及一种垃圾焚烧飞灰减毒装置及相应方法。

背景技术

随着城市化、工业化进程的推进、居民消费结构更迭和人们生活水平提高，城市生活垃圾年产量逐年攀升。近年来，我国城市生活垃圾的产生量以每年8％～10％的速度增长，2018年，生活垃圾的清运量高达21520.9万吨。目前我国主要以填埋法为主，焚烧、堆肥法为辅，其中垃圾焚烧可实现垃圾资源化、减量化处理以及能量回收利用等，因此成为最有发展前景的垃圾处理方式之一。

焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定量的过剩空气与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在高温下氧化、热解而被去除。但是利用焚烧法处理城市生活垃圾的过程中会伴随大量因高温而产生的SO2、NO、CO及飞灰等污染物。飞灰是有害重金属和二噁英的主要来源，重金属浸出会污染土壤和地下水体，从而危害人们的健康。而二噁英近年来由于其被认为对生物体中的荷尔蒙起扰乱作用而引起广泛的关注，其来源众多，废物焚烧是二噁英重要的排放来源。欧洲、美国和日本的排放情况表明，焚烧源二噁英排放所占比例很高。此外，飞灰的基体主要包含O、Mg、Al、Si、Ca、Fe、Ti等高沸点元素和Na、K、Cl等低沸点元素，它们分别通过机械迁移成氧化物和“蒸发-冷凝”成可溶性氯盐、硫酸盐，富集于飞灰表面，会造成严重的二次污染，因此需要去除飞灰中的有毒污染物或者降低污染物的迁移性，从而降低其可能造成的环境风险，所以需要采用一定的技术手段，使其达到国家相关规定和标准后，才能进行填埋处理或者资源化利用。

垃圾焚烧过程中生成的二噁英是当前垃圾飞灰处理的重中之重，其主要集中在烟气和飞灰中，对于飞灰中二噁英的控制技术有：(1)高温熔融法。利用高温环境对飞灰中的二噁英进行彻底分解破坏，从而达到消减二噁英的目的。熔融温度越高，分解率越高，同时氧化性气氛分解率高于惰性气氛。(2)低温热处理。是指在处理温度为300～600℃的相对低温区，在惰性气氛或氧化性气氛中保持一定处理时间，飞灰中二噁英通过加氢/脱氯和分解的两种路径降解的方法。(3)超临界水与热液降解。热液降解技术和超临界水氧化技术比较相似，当以水为介质，满足温度＞374℃，压力＞22.1MPa时即获得超临界水，在此状态由于不存在气液界面传质阻力从而提高反应效率实现完全氧化，而热液状态处于亚临界状态，水的温度和压力均低于上述临界值，在此状态下有机物在水中溶解度、[H+]、[OH-]显著增加，能够发生常温下不能进行的反应。(4)碱化学分解法。化学分解法也称BCD法，适用于受二噁英类化合物污染土壤的无害化治理。(5)等离子体熔融法。等离子体根据其性质分为热等离子体和非热等离子体，热等离子体即高温等离子体，通过高温等离子体产生1400℃的高温，将垃圾焚烧飞灰熔融。此法对二噁英具有极高降解率，通常在99.9％以上。(6)光解法。利用二噁英在紫外光照射下，二噁英分子苯环能够发生脱氯的性质，来对其进行光降解处理。(7)生物降解法。二噁英是高度抗微生物降解的物质，自然界仅有5％的微生物菌株能够分解二噁英。(8)机械化学法是指通过剪切、摩擦、冲击、挤压等手段，对固体、液体等凝聚态物质施加机械能，诱导其结构及物理化学性质发生变化的处理方法。以上为对飞灰中二噁英降解的技术，其中真正可以规模化应用的有：高温熔融技术、低温热处理、碱化学分解法这三种技术。其中高温熔融技术能够分解飞灰中二噁英，同时固化其中所含重金属，具有优异的处理效果，但该技术能耗巨大，设备费用昂贵；低温热处理技术，对飞灰二噁英一般具有90％以上降解率，而且它设备投资和运行费用较低，在日本、德国的部分垃圾焚烧厂投入工业应用；碱化学分解主要应用于土壤的无害化处理，对二噁英去除率可达90％以上，但该工艺比较繁琐，中间过程需添加NaHCO3和有机溶剂作为添加剂，因此还需要进一步改进优化垃圾焚烧飞灰的处理技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用方便、处理速度快且效果好的垃圾焚烧飞灰减毒装置及其使用方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种垃圾焚烧飞灰减毒装置，包括顶部封闭、底部开口的腔体，在腔体顶部的左侧边缘设置一个线性给料机，在腔体内部从上到下相互平行设置至少一层放电组件和对应的不锈钢旋转毛刷，在腔体的底部开口处设置有灰斗，灰斗与腔体的底部开口固定连接，在腔体的外独立设置有控制器；

每层放电组件由一层放电极、一层移动极板和两个传动装置组成，移动极板为环形，移动极板的两侧分别设置一个传动装置，放电极设置于移动极板的上方且相互间不接触。

作为本发明一种垃圾焚烧飞灰减毒装置的改进：

所述移动极板由长条形的小极板组成，小极板沿长度方向平放且相互之间沿宽度方向用铰链活动连接成环形；

所述放电极为单层框架结构，在框架内固定设置长条形的小放电极板，小放电极板相互平行且沿小极板的长度方向设置，每根小放电极板上固定设置有多个锯齿状或针状的突起物，小放电极板的突起物垂直向下正对移动极板的上表面，且距离移动极板的上表面100～150mm；

所述传动装置与控制器信号相连接；

所述移动极板和放电极均为导电材料制成，且移动极板通过导线接地，放电极通过导线连接电源的正高压。

作为本发明一种垃圾焚烧飞灰减毒装置的进一步改进：

所述不锈钢毛刷沿小极板的长度方向，设置在奇数层移动极板的右侧末端和偶数层移动极板的左侧末端，不锈钢旋转毛刷的长度和小极板的长度相匹配，与同层的移动极板的上表面接触且位于下层移动极板的正上方；

所述不锈钢旋转毛刷内设置有毛刷电机，毛刷电机与控制器信号相连。

作为本发明一种垃圾焚烧飞灰减毒装置的进一步改进：

所述线性给料机为双螺旋给料机，线性给料机的入口与外部垃圾焚烧后的飞灰输出管道相连通，线性给料机出口沿小极板的长度方向设置且长度与小极板的长度相匹配，线性给料机出口与腔体的内腔相连通且正对最上层移动极板左侧的上表面；线性给料机与控制器信号相连。

作为本发明一种垃圾焚烧飞灰减毒装置的进一步改进：

所述灰斗为中空的圆锥形，灰斗的圆锥的底面开口与腔体的底部开口固定密封连接，圆锥型的锥顶处设置一个与灰斗内腔相连通的出灰口。

本发明还同时公开了利用上述装置进行的针对垃圾焚烧产生飞灰的减毒方法，包括以下步骤：

步骤1、装置通电后，控制器控制各层的移动极板以0.2～0.3m/min速度移动，控制不锈钢旋转毛刷匀速持续转动；同时，每层对应的放电极和移动极板相互间产生电晕放电；

步骤2、垃圾焚烧产生的飞灰通过管道持续进入线性给料机内，线性给料机在控制器控制下以飞灰量20～40kg/h的速度将飞灰从线性给料机出口排出，持续均匀落入最上层移动极板左侧的上表面；

步骤3、最上层的移动极板带着飞灰从左向右移动，最上层的放电极和最上层的移动极板相互间放电产生高能电子直接轰击移动极板上飞灰上的二恶英类分子，将苯环上的氯原子打断，或利用强氧化性自由基与二恶英类分子反应，改变二噁英类物质的分子结构和化学特性；

步骤4、飞灰到达最上层移动极板右侧末端时，被不锈钢旋转毛刷刷落，均匀洒落在第二层移动极板的右侧的上表面；

步骤5、第二层移动极板带着飞灰向左移动；移动过程中，第二层的放电极和第二层的移动极板相互间放电产生高能电子继续直接轰击移动极板上飞灰上的二恶英类分子或利用强氧化性自由基与二恶英类分子反应；

步骤6、飞灰到达第二层移动极板左侧末端时，被不锈钢旋转毛刷刷落，均匀洒落在第三层移动极板左侧的上表面；

如此循环，直至减毒后的飞灰从最下层的移动极板上被刷落入灰斗，然后汇集至出灰口排出至外界。

本发明的有益效果主要体现在：

1、本发明结构简单将飞灰置于等离子体反应器中，通过电子轰击脱氯或者氯元素取代，同时放电过程中产生的臭氧可在飞灰表面发生催化氧化反应，促使有机二噁英类物质氧化，实现有毒垃圾飞灰的快速减毒，毒性下降80％以上，与传统的飞灰处理方法相比，装置简单，处理速度快，且在常温下操作，能耗低，可原位实现二噁英类物质转化为其它弱毒性或无毒物质；

2、本发明可设置多层移动极板，可使飞灰长时间处于等离子体反应区，延长停留时间，强化减毒效果，而且反应时间可通过移动极板的速度调整，可根据各种飞灰的实际情况调整转速，适应性强，同时不锈钢毛刷可彻底清洁极板，均匀分布粉尘，强化放电效果。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明一种垃圾焚烧飞灰减毒装置的结构示意图；

图2为图1中放电极的俯视示意图；

图3为图1中移动极板的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1、一种垃圾焚烧飞灰减毒装置，如图1-3所示，包括顶部封闭、底部开口的腔体1，在腔体1顶部的左侧边缘设置一个线性给料机2，在腔体1内设置有放电组件5和不锈钢旋转毛刷61，在腔体1的底部开口处设置有灰斗3，在腔体1的外部独立设置有控制器4。

此类控制器为常规技术，能轻易通过市购的方式获得，也可轻易按照本发明的技术方案制备而得。

在腔体1内部从上到下相互平行设置多层放电组件5，每层放电组件5由一层放电极51、一层移动极板52以及2个传动装置53组成；移动极板52为环形，由20～40块长条形的小极板521组成，每块小极板521的典型尺寸宽度为20～30cm，长度1～1.5m，小极板521沿长度方向平放且相互之间沿宽度方向用铰链522活动连接成环形，小极板521和铰链522均为导电材料制成从而使得移动极板52可以导电，移动极板52通过导线接地；各层移动极板52的两侧分别设置一个传动装置53，带动移动极板52在水平面上环回循环移动，用来平移传送位于移动极板52上表面的飞灰；传动装置53与控制器4信号连接，用来实现将奇数层移动极板52向右移动，偶数层移动极板52向左移动，且速度可以控制在0.2～0.3m/min；

放电极51为单层框架结构，在框架内固定设置10-20根长条形的小放电极板511，放电极51固定设置于移动极板52的上方，放电极51和移动极板52相互间绝缘不接触，留有的空间可以放电产生电晕；小放电极板511相互平行间隔设置，在小放电极板511上固定设置有多个锯齿状或针状的突起物，为达到良好的放电效果各突起物之间间隔10cm；在移动极板52的上方，小放电极板511沿小极板521的长度方向固定设置，小放电极板511的突起物垂直向下正对移动极板52的上表面，且距离极板上表面100～150mm，用以产生良好的放电效果。放电极51整体均为导电材料制成且通过导线连接电源的正高压，通电时，每根小放电极板511上的突起物和移动极板52相互间发生电晕放电，产生高能电子直接轰击移动极板52上表面的飞灰上的二恶英类分子，将苯环上的氯原子打断，或利用强氧化性自由基(O、OH等)与二恶英类分子反应，改变二噁英类物质的分子结构和化学特性，降低其毒性，飞灰经过多层放电组件5的放电反应后，最后落入灰斗，实现减毒效果。

每层移动极板52对应设置一个不锈钢旋转毛刷61，即在每个奇数层移动极板52的右侧末端或每个偶数层移动极板52的左侧末端，沿小极板521的长度方向设置一个不锈钢旋转毛刷61，不锈钢旋转毛刷61的长度和小极板521的长度相匹配，与同层的移动极板52的上表面接触且位于下层移动极板52的正上方，不锈钢旋转毛刷61内设置有毛刷电机62，由毛刷电机62带动不锈钢旋转毛刷61面向腔体1的内腔方向旋转，将移动极板52上表面的飞灰刷落至下一层移动极板52的上表面；毛刷电机62与控制器4信号相连，可以由控制器4控制转速，从而控制刷落到下层的移动极板52的飞灰数量。

线性给料机2采用双螺旋给料机，通过双螺旋给料机的转速控制落灰量，线性给料机2的入口与外部垃圾焚烧后的飞灰输出管道相连通，线性给料机出口22沿小极板521的长度方向设置且长度与小极板521的长度相匹配，线性给料机出口22与腔体1的内腔相连通且正对最上层移动极板52左侧的上表面，从而可以使飞灰从线性给料机出口22出来后尽可能均匀的落在第一层移动极板52的上表面；线性给料机22与控制器4信号相连，由控制器4控制落灰量在20～40kg/h左右；

灰斗3为中空的圆锥形，灰斗3的圆锥的底面开口与腔体1的底部开口固定密封连接，圆锥型的锥顶处设置一个与灰斗3内腔相连通的出灰口31。

使用本装置对垃圾焚烧产生的飞灰进行减毒的方法为：

1、装置通电后，控制器4控制各层的移动极板52以0.2～0.3m/min速度移动，控制不锈钢旋转毛刷61匀速持续转动；同时，每层对应的放电极51和移动极板52相互间产生强烈电晕放电；

2、垃圾焚烧产生的飞灰通过管道持续进入线性给料机2内，线性给料机2在控制器4控制下以飞灰量20～40kg/h的速度将飞灰从线性给料机出口22排出，持续均匀落入最上层移动极板52左侧的上表面；

3、最上层的移动极板52带着飞灰从左向右移动，最上层的放电极51和最上层的移动极板52相互间放电产生高能电子直接轰击移动极板52上飞灰上的二恶英类分子，将苯环上的氯原子打断，或利用强氧化性自由基(O、OH等)与二恶英类分子反应，改变二噁英类物质的分子结构和化学特性；

4、飞灰到达最上层移动极板52右侧末端时，被不锈钢旋转毛刷61刷落，均匀洒落在第二层移动极板52的右侧的上表面；

5、第二层移动极板52带着飞灰向左移动；移动过程中，第二层的放电极51和第二层的移动极板52相互间放电产生高能电子继续直接轰击移动极板52上飞灰上的二恶英类分子或利用强氧化性自由基与二恶英类分子反应；

6、飞灰到达第二层移动极板52左侧末端时，被不锈钢旋转毛刷61刷落，均匀洒落在第三层移动极板52右侧的上表面；

如此循环，直至减毒后的飞灰从最下层的移动极板52上被刷落入灰斗3，然后汇集至出灰口31排出至外界。

需说明的是实际使用中可以根据垃圾焚烧产生的飞灰数量合理安排放电组件5的层数，通过调整移动极板52的移动速度，达到有效减毒的效果；多层放电组件5均同时对本层移动极板52上的飞灰进行减毒处理，从而到达连续生产的效果。

实验1：

采用如实施例1所述的垃圾焚烧飞灰减毒装置，飞灰给入量为20kg/h，放电组件5设置为5层，每层移动极板52上表面总面积为1m²，飞灰中二噁英类物质的初始含量为18.6ugTEQ/kg；开始放电后，分别将移动极板52的移动速度调整为0.2m/min、0.3m/min、0.4m/min，放电电压分别稳定在25、30、35kV，从出灰口31收集减毒处理后的飞灰，检测二噁英类物质的最终含量，从而获得不同速度、不同电压下飞灰的减毒处理效果，结果如表1：

表1

本发明处理飞灰中二噁英时无需将其完全氧化，只要将其含氯基团断裂，就可大大降低其毒性。等离子体产生的高能电子和活性氧物质与二噁英类物质反应，去除其含氯基团，实现其部分氧化，从而降低其毒性。由上述实验结果可以看出，对于垃圾焚烧产生的飞灰中的二噁英，本发明在常温即可处理，这种方式处理方便，工艺简单，能大大降低处理能耗，且二噁英的降解率高，可以达到实际应用要求。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.利用垃圾焚烧飞灰减毒装置进行的针对垃圾焚烧产生飞灰的减毒方法，其特征在于：

垃圾焚烧飞灰减毒装置包括顶部封闭、底部开口的腔体(1)，在腔体(1)顶部的左侧边缘设置一个线性给料机(2 )，在腔体(1)内部从上到下相互平行设置至少一层放电组件(5 )和对应的不锈钢旋转毛刷(61)，在腔体 (1)的底部开口处设置有灰斗(3)，灰斗(3)与腔体(1)的底部开口固定连接，在腔体(1)的外独立设置有控制器(4 )；

每层放电组件(5)由一层放电极(51)、一层移动极板(52)和两个传动装置(53)组成，移动极板(52)为环形，移动极板(52)的两侧分别设置一个传动装置(53)，放电极（51）设置于移动极板52的上方且相互间不接触；

所述移动极板(52)由长条形的小极板(521)组成，小极板(521)沿长度方向平放且相互之间沿宽度方向用铰链(522)活动连接成环形；

所述放电极(51)为单层框架结构，在框架内固定设置长条形的小放电极板(511)，小放电极板(511)相互平行且沿小极板(521)的长度方向设置，每根小放电极板(511)上固定设置有多个锯齿状或针状的突起物，小放电极板(511)的突起物垂直向下正对移动极板(52)的上表面，且距离移动极板(52)上表面100~150mm；

所述传动装置(53)与控制器(4)信号相连接；

所述移动极板(52)和放电极(51)均为导电材料制成，且移动极板(52)通过导线接地，放电极(51)通过导线连接电源的正高压；

所述不锈钢毛刷(61)沿小极板(521)的长度方向，设置在奇数层移动极板(52)的右侧末端和偶数层移动极板(52)的左侧末端，不锈钢旋转毛刷(61)的长度和小极板(521)的长度相匹配，与同层的移动极板(52)的上表面接触且位于下层移动极板(52)的正上方；

所述不锈钢旋转毛刷(61)内设置有毛刷电机(62)，毛刷电机(62)与控制器4信号相连；

针对垃圾焚烧产生飞灰的减毒方法包括如下步骤：

步骤1、装置通电后，控制器(4)控制各层的移动极板(52)以0.2~0.3m/min速度移动，控制不锈钢旋转毛刷(61)匀速持续转动；同时，每层对应的放电极(51)和移动极板(52)相互间产生电晕放电；

步骤2、垃圾焚烧产生的飞灰通过管道持续进入线性给料机(2)内，线性给料机(2)在控制器(4)控制下以飞灰量20~40kg/h的速度将飞灰从线性给料机出口(22)排出，持续均匀落入最上层移动极板(52)左侧的上表面；

步骤3、最上层的移动极板(52)带着飞灰从左向右移动，最上层的放电极(51)和最上层的移动极板52相互间放电产生高能电子直接轰击移动极板(52)上飞灰上的二噁英类分子，将苯环上的氯原子打断，或利用强氧化性自由基与二噁英类分子反应，改变二噁英类物质的分子结构和化学特性；

步骤4、飞灰到达最上层移动极板(52)右侧末端时，被不锈钢旋转毛刷(61)刷落，均匀洒落在第二层移动极板(52)的右侧的上表面；

步骤5、第二层移动极板(52)带着飞灰向左移动；移动过程中，第二层的放电极(51)和第二层的移动极板(52)相互间放电产生高能电子继续直接轰击移动极板(52)上飞灰上的二噁英类分子或利用强氧化性自由基与二噁英类分子反应；

步骤6、飞灰到达第二层移动极板(52)左侧末端时，被不锈钢旋转毛刷(61)刷落，均匀洒落在第三层移动极板(52)左侧的上表面；

如此循环，直至减毒后的飞灰从最下层的移动极板(52)上被刷落入灰斗(3)，然后汇集至出灰口(31)排出至外界。

2.根据权利要求1所述的针对垃圾焚烧产生飞灰的减毒方法，其特征在于：

所述线性给料机(2)为双螺旋给料机，线性给料机(2)的入口与外部垃圾焚烧后的飞灰输出管道相连通，线性给料机出口(22)沿小极板(521)的长度方向设置且长度与小极板(521)的长度相匹配，线性给料机出口(22)与腔体(1)的内腔相连通且正对最上层移动极板(52)左侧的上表面；线性给料机(22)与控制器(4)信号相连。

3.根据权利要求2所述的针对垃圾焚烧产生飞灰的减毒方法，其特征在于：

所述灰斗(3)为中空的圆锥形，灰斗(3)的圆锥的底面开口与腔体(1)的底部开口固定密封连接，圆锥型的锥顶处设置一个与灰斗(3)内腔相连通的出灰口(31)。