CN112457899B - 配伍rdf的飞灰处理方法及其中间产物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配伍RDF的飞灰处理方法，包括以下步骤：(1)粉碎含可燃垃圾的高热值料使其平均粒径的值在3厘米以下；(2)将下列各组分充分混合，形成均匀的混合物：25‑30wt％的飞灰、45‑55wt％的经粉碎的含可燃垃圾的高热值料、15‑20wt％的粘合剂和0‑5wt％的添加剂；(3)将所述混合物压制成型；(4)以自然风干的方式干燥成型的混合物以制备得到垃圾衍生燃料；(5)将5‑15wt％的所述垃圾衍生燃料和85‑95wt％的生活垃圾一起送入垃圾焚烧炉共同燃烧。该方法以尤其低的成本有效固化了飞灰中的重金属并有效分解了二恶英。

Description

配伍RDF的飞灰处理方法及其中间产物

本申请是申请号为201911132985.2、申请日为2019年11月19日、名称为“配伍RDF的飞灰处理方法及其中间产物”的中国发明申请的分案，其内容通过引用并入本案。

技术领域

本发明涉及一种飞灰处理方法，尤其涉及一种配伍RDF的飞灰处理方法及其中间产物。

背景技术

由于在焚烧垃圾来进行发电的过程中，大量重金属因为高温环境而挥发进入烟气，因此垃圾发电厂烟气净化系统所捕集的垃圾焚烧飞灰(下文简称飞灰)的主要成分除诸如二恶英等非金属氧化物外还包括金属/重金属氧化物。飞灰中的重金属和二恶英等的毒性严重威胁环境以及人类健康，根据《国家危险废物名录》的规定，飞灰是需要处理而不可直接排放的危险废气物，在处置或资源化前必须进行适当稳定化处理。

垃圾衍生燃料(Refuse Derived Fuel，简称RDF)技术是一种通过将不燃物从经过破碎的垃圾(一般为城市生活垃圾)中筛选出，然后将剩余的可燃物部分(以废塑料、纸屑为主)通过任选的进一步粉碎、干燥而制成燃料的垃圾处理技术。这种垃圾处理技术的优点是使垃圾热值提高4倍左右，且RDF易于运输和存储，因此可以临时将一部分垃圾制成RDF贮存起来，以解决锅炉技术停运，或者因旺季而导致垃圾产出高峰时期的处置能力问题，使得垃圾处理在空间和时间上更具弹性，易于管理。虽然RDF技术目前在日本、韩国等国家普遍应用，但燃烧RDF产生的有毒有害的飞灰仍然是本领域需要解决的问题。

利用飞灰作为原料来送入水泥窑高温煅烧的水泥协同煅烧法是一类飞灰处理方法。在这种处理方法中，飞灰中的重金属能够被稳定在水泥产品的晶格中，二恶英也能够在高温下分解。然而，由于我国产生的垃圾中氯化物含量较高，因此焚烧垃圾所产生的飞灰中氯化物含量也较高，达到100-200g/kg以上。而氯化物在水泥窑高温煅烧处理方法中容易分解，造成水泥生产设备的腐蚀、水泥产品的结皮现象和处理尾气的二次污染等问题。因此，这种处理方法需要进行去氯前处理，这大大增加了该处理方法的生产成本，并且还会造成由去氯化学品引起的其他污染问题。

利用添加剂将飞灰中的有害组分转化为其他稳定的物理或化学形式的固化稳定化法是另一类飞灰处理方法。其中的一些方法例如采用化学药剂通过化学反应将有毒有害物质转化为无毒/低毒的化学性质稳定的组分。专利申请号为CN 201610303948.3的针对垃圾焚烧飞灰的固化稳定化处理方法是这种利用化学药剂的方法的一个例子。这种利用化学药剂的方法能够很好地降低飞灰中重金属的浸出毒性，处理后的产物稳定性高且具有相对持久性。然而，这些化学药剂普遍价格高昂。利用水泥将飞灰固化是另一种固化稳定化方法。其优点是工艺简单，成本低，然而却具有浸出速率较高、水泥产品性能降低等显著缺点。

飞灰玻璃熔融法是一种比较新颖的飞灰处理方法。该方法通过将飞灰混入诸如二氧化硅、二氧化钙、硅酸盐、硼酸盐等的玻璃料中并将混合物高温加热熔融而形成化学性质稳定的玻璃体来处理飞灰。专利申请号为CN 201410028554.2的垃圾焚烧飞灰无害化处理及利用方法是这种处理方法的一个例子。这种方法产生的玻璃体的重金属浸出毒性极低，二恶英也在高温熔融中分解，然而飞灰熔融的温度很高，需要消耗大量能源，处理成本高昂。

其他的飞灰处理方法还有水热固化法、分离萃取法、生物/化学浸提法、超临界流体萃取法、电凝法等。这些处理方法或成本极其高昂，或处理效果差强人意。

综合现有技术而言，本领域需要研发一种兼顾成本和效果的飞灰处理方法。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述种种缺点，本发明的目的是提供一种兼顾成本和效果的飞灰处理方法。这个目的是通过一种配伍RDF的飞灰处理方法来实现，该方法包括以下步骤：(1)粉碎含可燃垃圾的高热值料使其平均粒径的值在3厘米以下；(2)将下列各组分充分混合，形成均匀的混合物：25-30wt％的飞灰、45-55wt％的经粉碎的含可燃垃圾的高热值料、15-20wt％的粘合剂和0-5wt％的添加剂；(3)将所述混合物压制成型；(4)以自然风干的方式干燥成型的混合物以制备得到垃圾衍生燃料；(5)将5-15wt％的所述垃圾衍生燃料和85-95wt％的生活垃圾一起送入垃圾焚烧炉共同燃烧。

本发明的配伍RDF的飞灰处理方法通过将垃圾焚烧中产生的飞灰与含可燃垃圾的高热值料配伍在一起形成新型的垃圾衍生燃料,并将这种垃圾衍生燃料再运用于后续的垃圾焚烧中，使得能够利用垃圾焚烧厂的现有焚烧设备和各种资源(可燃垃圾、生活垃圾、废热等)在垃圾焚烧厂中集中进行飞灰处理，这节省了新设备研发投入所产生的成本，也节省了相关的运输成本。并且，本发明的配伍RDF的飞灰处理方法工艺简单，通过使含有飞灰的垃圾衍生燃料与生活垃圾燃烧，在二者共燃的温度高于850℃的情况下，飞灰中的二恶英充分分解，重金属则形成化学状态非常稳定的玻璃态炉渣，有效地无害化了飞灰。

在本发明中，术语“含可燃垃圾的高热值料”指的是可燃垃圾或可燃垃圾与其他燃料的混合物。可燃垃圾即为可燃烧的垃圾，其可以是主体为塑胶(约7800千卡)、纸屑(约4000千卡)、食品废物(约1100千卡)、纺织品(约4200千卡)等的城市生活垃圾经分拣后剩下的可燃部分，也可以是主体为枯枝枯叶(约2200千卡)为主体的农林废弃物。当可燃垃圾是农林废弃物时，其热值本身就低于3000千卡，这种情况下可以将其与其他燃料混合，优选例如焦炭(约6000-7000千卡)、烟煤(约7000千卡)、改质沥青(约7000-9000千卡)的固体燃料，从而形成热值较高的高热值料，在这种情况下，其他燃料占高热值料约40-70wt％，一些实施例中优选为50-60wt％。当可燃垃圾是城市生活垃圾经分拣后剩下的可燃部分时，一般热值在3000-3500千卡，为了使本发明的飞灰处理方法中制得的垃圾衍生燃料热值达到3000千卡以上，可以向城市生活垃圾的可燃部分添加适量的其他燃料,在这种情况下，其他燃料占高热值料约5％-40wt％，一些实施例中优选为10-30wt％,另一些实施例中优选为20-25wt％。

根据本发明的配伍RDF的飞灰处理方法的一些有利的实施例，其中含可燃垃圾的高热值料的平均粒径的值在2厘米以下。高热值料的平均粒径的降低有利于提高含飞灰的垃圾衍生燃料的燃烧效率。然而过低的平均粒径会增加工艺成本，并且会增加垃圾衍生燃料在干燥步骤中的风干时间，增加处理过程的时间成本和场地占用成本。在一些优选的实施例中，高热值料的平均粒径的值不小于0.5厘米。

根据本发明的配伍RDF的飞灰处理方法的一些有利的实施例，其中将含高热值料调配成使得制备得到的垃圾衍生燃料的热值在3000千卡以上。保证垃圾衍生燃料的热值在3000千卡是非常重要的，因为这从根本上提高了含飞灰的垃圾衍生燃料的燃烧效率，使得在燃烧时垃圾衍生燃料内充分燃烧，其局部温度可以高于焚烧炉的燃烧温度(通常为850-1000℃)而达到1300℃以上，从而能够在焚烧炉总体相对低的燃烧温度下使飞灰熔融来形成化学性质极为稳定的玻璃体，由此有效地固化了飞灰中的重金属。

根据本发明的配伍RDF的飞灰处理方法的一些有利的实施例，其中所述粘合剂包括淀粉、改性淀粉、糊精、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素盐、改性纤维素中的一种或多种和水。本发明使用的粘合剂的功能成分优选是水溶性的，并且优选在常温或较低的加热温度下就能被激活而具有很好粘合力，使得飞灰与高热值料充分粘合在一起，提高了RDF的燃烧效率，并有效避免了飞灰在燃烧过程中的逸出。这样，垃圾焚烧厂可以利用系统中带有余温的水来进行粘合剂的调配，充分利用垃圾焚烧厂内的废热资源。此外，上述粘合剂本身的热值较高，有利于垃圾衍生燃料的燃烧效率。令人惊奇的是，目前市售的一些用于矿物、煤粉的球团粘合剂在本发明的情况下具有优异的表现。在不希望受任何理论束缚下，据信这是由于这些球团粘合剂具有高含量的改性淀粉和/或改性纤维素，而改性淀粉和/或改性纤维素对飞灰和高热值料均具有优异的粘合性，并且它们自身的热值较高，这使得所产生的RDF的燃烧效率高，且最小化了飞灰的逸出。

根据本发明的配伍RDF的飞灰处理方法的一些有利的实施例，其中，在步骤(2)中，所述混合物中水的含量不超过14wt％。本领域技术人员应当理解，混合物中水的具体含量取决于粘合剂的主要功能成分的具体种类和/或组分。但总的来说，在步骤(2)中，水占混合物的总重量应当不超过14wt％，优选不超过12wt％。过量的水会会增加垃圾衍生燃料在干燥步骤中的风干时间，增加处理过程的时间成本和场地占用成本。此外，很重要的一点是过量的水含量会导致垃圾衍生燃料在风干后具有较多的孔隙，这在燃烧过程中不利于防止飞灰从垃圾衍生燃料的逸出。

根据本发明的配伍RDF的飞灰处理方法的一些有利的实施例，其中，所述添加剂是用于固氯的添加剂。由于我国的城市生活垃圾中氯化物含量较高，飞灰中的氯化物含量也相应较高。飞灰中的氯化物在燃烧时会对焚烧设备造成不利影响(例如高温腐蚀、磨损)，并且会使焚烧炉内结焦。因此，优选地，添加固氯的添加剂。这种添加剂是已知的，例如可以是氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙等。在本发明的飞灰处理方法的一些实施例中，没有使用添加剂。

根据本发明的配伍RDF的飞灰处理方法的一些有利的实施例，其中，在步骤(2)中，所述组分为：30wt％的飞灰、45wt％的经粉碎的含可燃垃圾的高热值料、20wt％的粘合剂和5wt％的添加剂。这最大化了飞灰的处理效率，同时最小化了飞灰对焚化炉等设备的不利影响，同时保证了飞灰的处理效果，即实现了二恶英的分解并产生了化学性质稳定的含重金属的玻璃体。

根据本发明的配伍RDF的飞灰处理方法的一些有利的实施例，其中，在步骤(3)中的压制工艺可以是冷挤压\挤出工艺，成型压力可以在20-25MPa的范围内，取决于混合物的含水量、间隙率、可压性等。压制成的混合物的形状可以是任何有利于燃烧的形状，可以是尺寸较小的实心砖型，也可以是中空的蜂窝煤型等。为了避免对垃圾衍生燃料的燃烧效率产生不利影响，混合物的几何形状中的最小尺寸维度(例如砖型中的厚度)不宜超过30厘米，优选不超过20厘米，更优选不超过10厘米。

根据本发明的配伍RDF的飞灰处理方法的一些有利的实施例，其中，在步骤(4)中，自然风干所述垃圾衍生燃料，使得所述垃圾衍生燃料中的水的含量不大于6％wt。垃圾衍生燃料中的水的含量过大易造成焚烧炉内温度快速下降，使得运行调整困难，并且对垃圾焚烧炉的结构有害。为了保证垃圾焚烧炉的低成本连续运行，优选使得所述垃圾衍生燃料中的水的含量不大于6％wt，更优选地不大于4％wt。当然，使所述垃圾衍生燃料中水得含量更低意味着干燥步骤中耗时更长，这显然不利于本发明的飞灰处理方法的成本控制。

根据本发明的配伍RDF的飞灰处理方法的一些有利的实施例，其中，在步骤(5)中，所述垃圾衍生燃料的重量百分数为10wt％，所述生活垃圾的重量百分数为90wt％。以这个比例将垃圾衍生燃料和生活垃圾共烧，垃圾焚烧厂的处理飞灰的总体效率最高，即能够以较低的成本处理较多的飞灰。

本发明的另一目的是提供一种新型的垃圾衍生燃料。这个目的是通过提供一种含飞灰的垃圾衍生燃料来实现，这种含飞灰的垃圾衍生燃料作为上述配伍RDF的飞灰处理方法的中间产物，通过上述的配伍RDF的飞灰处理方法中的步骤(1)-(4)来制备得到。

本发明的再一目的是提供另一种新型的垃圾衍生燃料，这个目的是通过提供一种含飞灰的垃圾衍生燃料来实现，所述垃圾衍生燃料由下列组分混合成混合物后，经压制成型、自然风干干燥后制得，所述组分为：25-30wt％的飞灰、45-55wt％的经粉碎的含可燃垃圾的高热值料、15-20wt％的粘合剂和0-5wt％的添加剂，其中所述高热值料的平均粒径的值在3厘米以下。本发明的含飞灰的垃圾衍生燃料的优点已在上述的相关方法部分详细说明，为简明起见，在此省略。

具体实施方式

以下结合各个具体实施例来详细说明本发明的配伍RDF的飞灰处理方法和含飞灰的垃圾衍生燃料。

飞灰处理方法实施例1

一种配伍RDF的飞灰处理方法，包括以下步骤：(1)粉碎含可燃垃圾的高热值料使其平均粒径的值在2厘米以下；(2)将下列各组分充分混合，形成均匀的混合物：30wt％的飞灰、45wt％的经粉碎的含可燃垃圾的高热值料、20wt％的粘合剂和5wt％的添加剂；其中高热值料是由70wt％城市生活垃圾的可燃部分和30wt％烟煤组成，粘合剂是由20wt％的改性淀粉、10wt％的改性纤维素和70wt％的水调制，添加剂是石灰和消石灰以2：1比率混合的混合物；(3)将所述混合物以20kPa压制成长约50厘米宽约30厘米厚约15厘米的立方体型；(4)以自然风干的方式干燥成型的混合物，制备得到含水量为5wt％的垃圾衍生燃料；(5)将10wt％的所述垃圾衍生燃料和90wt％的生活垃圾一起送入垃圾焚烧炉，以850℃的温度共同燃烧。

飞灰处理方法实施例2-10与飞灰方法实施例1类似，区别在于下列表1和表2中列出的参数。

在表1中，平均粒径是指含可燃垃圾的高热值料的平均粒径，组分1是指飞灰，组分2是指经粉碎的含可燃垃圾的高热值料(实施例1中的高热值料组分定义为2A)，组分3是指粘合剂(实施例1中的粘合剂组分定义为3A)，组分4是指添加剂(实施例1中的添加剂组分定义为4A)。在各组分中出现的其他带字母的组分参见表2。

表1

表2

组分序号	组分成分
		2B	75wt％生活垃圾的可燃部分+25wt％焦炭
2C	50wt％农林废弃物+20wt％改质沥青+30wt％烟煤
		2D	90wt％生活垃圾的可燃部分+10wt％烟煤
3B	1wt％羧甲基纤维素+7wt％聚乙烯醇+7wt％聚醋酸乙烯酯+85wt％水
		3C	5wt％糊精+2wt％羧甲基纤维素钠+15wt％工业淀粉+78wt％水
3D	10wt％工业淀粉+2wt％羧甲基纤维素+5wt％聚乙烯醇+83wt％水
		3E	30wt％改性淀粉
3F	市售铁矿粉冷压球团生物质型粘合剂(燕兴化工)
		4B	1份方解石：2份石灰
4C	石灰

本发明的垃圾衍生燃料实施例1-8是根据上述飞灰处理方法实施例1-8分别制备得到。

实验例1：

用同样的焚烧炉，分别按照上述飞灰处理方法实施例1-11，各焚烧750吨生活垃圾一天，即按照各方法的比例将750吨的生活垃圾和相应重量的垃圾衍生燃料送入焚烧炉中共烧。

分别对每天产生的炉渣进行浸出毒性检测，并通过排放烟气检测系统CEMS检测每天产生的烟气。结果是，各个飞灰处理方法产生的炉渣的浸出毒性的各检测值均低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》GB 5085.3-2007规定中的相应限值；各个飞灰处理方法排放的烟气中二恶英的检测值均低于《生活垃圾焚烧污染控制标准GB18485-2014》中规定的相应限值，且各烟气中CO、SO₂、HCl、NOx、颗粒物的检测值也均低于《生活垃圾焚烧污染控制标准GB18485-2014》中规定的相应限值。

并且，在进行上述实验期间，并未观察到焚烧炉有明显失温现象，在焚烧期间不需要向炉膛添加额外的燃料以保持焚烧炉内的燃烧温度。垃圾焚烧厂的与该焚烧炉相关的其他设备运行良好。

另外，收集这11天产生的飞灰，计算焚烧产生的飞灰重量与所焚烧的垃圾的重量的比率。将该比率与以往单纯焚烧垃圾的飞灰产生率比较，没有明显的重量差别。可见本发明的飞灰处理方法有效地将飞灰固化在炉渣中，避免了飞灰逸出所造成的二次污染。

从上述结果可以看出，本发明的配伍RDF的飞灰处理方法能够有效固化飞灰中的重金属、分解二恶英，同时不需要特别的处理设备，不会对现有的垃圾焚烧炉造成负面影响，也不会对环境产生显著的二次影响。

Claims (4)

1.一种配伍RDF的飞灰处理方法，包括以下步骤：

(1)粉碎含可燃垃圾的高热值料使其平均粒径的值在3厘米以下；

(2)将下列各组分充分混合，形成均匀的混合物：

30wt％的飞灰、50wt％的经粉碎的含可燃垃圾的高热值料、15wt％的粘合剂和5wt％的添加剂；

(3)将所述混合物压制成型；

(4)以自然风干的方式干燥成型的混合物以制备得到垃圾衍生燃料；

(5)将5-15wt％的所述垃圾衍生燃料和85-95wt％的生活垃圾一起送入垃圾焚烧炉共同燃烧；

其中，所述高热值料为75wt％生活垃圾的可燃部分和25wt％焦炭；

所述粘合剂是由10wt％的工业淀粉、2wt％的羧甲基纤维素、5wt％的聚乙烯醇和83wt％的水调制；

所述添加剂是石灰和消石灰以2:1重量比混合的混合物；

并且其中，送入所述垃圾焚烧炉共同燃烧的燃烧温度是850℃。

2.根据权利要求1所述的配伍RDF的飞灰处理方法，其特征在于，所述平均粒径的值在2厘米以下。

3.根据权利要求1所述的配伍RDF的飞灰处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述混合物中水的含量不超过14wt％。

4.根据权利要求1所述的配伍RDF的飞灰处理方法，其特征在于，在步骤(4)中，自然风干所述垃圾衍生燃料，使得所述垃圾衍生燃料中的水的含量不大于6wt％。