CN113058981A - 一种危险废物焚烧产生的底渣和除尘灰的处置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及危险废物无害化、稳定化、资源化处理领域，尤其涉及一种危险废物焚烧产生的底渣和除尘灰的处置方法。所述处置方法，包括如下步骤：(1)对底渣进行前处理，以控制底渣的水含量为5～10％、铁含量不超过10％；(2)将经过前处理的底渣与除尘灰、助熔剂混合，搅拌均匀，得混合料；(3)将所述混合料在1400～1550℃下进行加热，形成均匀的高温熔体；(4)将所述高温熔体进行水淬冷却。本发明主要针对现有危险废物回转窑焚烧所产生的大量底渣和除尘灰，其由于含有重金属和二噁英属于危险废物，需要进一步处理；采用高温熔融固化技术，实现了危险废物的无害化和资源化。

Description

一种危险废物焚烧产生的底渣和除尘灰的处置方法
技术领域
本发明涉及危险废物无害化、稳定化、资源化处理领域，尤其涉及一种危险废物焚烧产生的底渣和除尘灰的处置方法。
背景技术
危险废物的处理工艺主要为焚烧、物化、稳定化/固化、安全填埋等，其中针对热值较高的危险废物采用焚烧工艺进行处置。危险废物在高温下能够完全分解，达到彻底消除危险源的目的，同时焚烧工艺对危险废物能够大幅度的减容和减重，一般可以减容80～90％、减重约70～80％，在当前填埋场地日趋紧张的情况下，危险废物焚烧能够大幅度的降低填埋成本，因此危险废物焚烧处理成为危险废物处理的主要途径。
目前，高热值的危险废物通过焚烧处置后产生的废弃物可分为两类：底渣和飞灰。焚烧灰渣量约为入炉原料量的30％，其中底渣为25～30％，飞灰为2～5％。危险废物焚烧灰渣中含有重金属和二噁英等污染成分，如果不妥善处理，会对人类生存环境造成严重的二次污染。
随着安全填埋场地的日趋紧张，填埋成本也越来越高，熔融玻璃化技术能够完全消除重金属和二噁英等污染成分成为目前行业内研究的热点。危险废物危废焚烧灰渣的熔融技术处于前期阶段，尚无成熟的普遍应用的熔融工艺。
国家标准《固体废物玻璃化处理产物技术要求》(送审稿)中将固体废物或固体废物与易于形成玻璃相的熔剂和助剂混合，在高温条件下无机物质形成均匀的熔融态，然后冷却后形成具有无定形结构的玻璃态物质定义为玻璃化处理，玻璃化处理产物玻璃态的判定需要满足玻璃体的质量分数应不小于85％、以及酸溶失率应不大于5％，重金属浸出浓度满足相关要求，由于暂无现行标准，本发明先以送审稿为评价指标。
发明内容
本发明提供一种危险废物焚烧产生的底渣和除尘灰的处置方法，该处置方法能够实现危险废物焚烧产生的底渣和除尘灰无害化和资源化的目的。
具体地，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种危险废物焚烧产生的底渣和除尘灰的处置方法，包括如下步骤：
(1)对底渣进行前处理，以控制底渣的水含量为5～10％、铁含量不超过10％；
(2)将经过前处理的底渣与除尘灰、助熔剂混合，搅拌均匀，得混合料；
(3)将所述混合料在1400～1550℃下进行加热，形成均匀的高温熔体；
(4)将所述高温熔体进行水淬冷却。
本发明发现，由于危险废物经过回转窑焚烧后，底渣采用水冷处理，致使底渣中水含量较高(一般为25～35％)，且含有一定量的铁，先将底渣进行烘干处理，不需要完全烘干，保留一定的水分，在后续混合搅拌的过程中可以减少粉尘；然而，若水含量太低则会导致混合搅拌的过程粉尘量大，若水含量太高则不但会增加后续高温熔融能量消耗，还会对耐火材料寿命产生不利影响；如此，本发明经过大量的试验研究、发现，控制底渣的水含量为5～10％时，效果最佳。
此外，干燥后的底渣采用磁选将铁脱除，既回收了有价元素，又减少铁类物质在后续熔融过程中热量消耗、以及对耐火材料的侵蚀。况且，磁选出来的含铁物质可以用于炼铁厂的烧结工序，生产烧结矿。
为了进一步使底渣和除尘灰实现无害化和资源化的目的，本发明对所述处置方法进行了优化，具体如下：
作为优选，所述除尘灰的加入量以控制所述混合料中NaCl含量为0～5％为准；优选所述除尘灰的加入量为所述底渣的10～30％。
作为优选，所述助熔剂为碎玻璃、生石灰、石英砂、硼砂、碳酸钠中的一种或几种；优选所述助熔剂的粒度为0.5～2mm。
进一步地，所述助熔剂的加入量为所述底渣的10～15％。
本发明中，当底渣、除尘灰和助熔剂在上述配比范围内时，所得混合料在后续的高温熔融过程中，更易形成均匀的高温熔体。
作为优选，所述加热在熔融设备中进行；
所述熔融设备优选为反射炉；所述反射炉的燃料为天然气，采用全氧燃烧，氧气的浓度为93～97％。
进一步地，在所述加热的过程中，天然气的消耗量为150～200Nm3/t，氧气的消耗量为300～450Nm3/t，氧气的过剩系数为1.05～1.15。
现有技术中，多采用空气助燃，然而，空气中含有占体积79％的氮气，这部分氮气不但不助燃，而且还将大量的热量吸收，经废气排出，同时生成氮氧化物，严重污染了环境。本发明还发现，采用全氧燃烧可大幅度降低烟气量，并通过控制天然气和氧气的比例，确保燃烧充分，热效率高。
作为优选，所述搅拌在200～300rad/min下进行30～60min。
作为优选，所述前处理具体为：先将所述底渣烘干至其水含量为5～10％，再将所述底渣通过装有磁选除铁装置的皮带运输至料仓、以控制其铁含量不超过10％。
进一步地，所述磁选除铁装置的磁场强度为150～250kA/m。
作为优选，步骤(3)中，所述加热产生的烟气通过烟道连接至危险废物焚烧系统的二燃室中下部，用以补充二燃室所需热量；
优选所述烟气的温度为1100～1250℃，且烟气量为所述危险废物焚烧系统烟气处理量的7～10％。
本发明中，高温熔融所产生的烟气温度较高，能够补充二燃室所需要的热量，烟气量仅为危险废物焚烧系统烟气处理量的7～10％，对整个系统影响非常小。也就是说，高温熔融的烟气进入二燃室，可以降低二燃室维持高温所需的燃料用量。
作为本发明的较佳技术方案，所述处置方法包括：
(1)前处理：先将底渣烘干至其水含量为5～10％，再将所述底渣通过装有磁选除铁装置的皮带运输至料仓、以控制其铁含量不超过10％；所述磁选除铁装置的磁场强度为150～250kA/m；
(2)配料混匀：将经过前处理的底渣与除尘灰、助熔剂混合，在200～300rad/min搅拌30～60min以充分混匀，得混合料；
其中，所述除尘灰的加入量以控制所述混合料中NaCl含量为0～5％为准；所述助熔剂为碎玻璃、生石灰、石英砂、硼砂、碳酸钠中的一种或几种；所述助熔剂的粒度为0.5～2mm；所述助熔剂的加入量为所述底渣的10～15％；
(3)高温熔融：将所述混合料由进料机输送至熔融设备内，在1400～1550℃下进行加热，形成均匀的高温熔体；
其中，所述熔融设备为反射炉；所述反射炉的燃料为天然气，采用全氧燃烧，氧气的浓度为93～97％；在所述加热的过程中，天然气的消耗量为150～200Nm3/t，氧气的消耗量为300～450Nm3/t，氧气的过剩系数为1.05～1.15；
(4)烟气处理：所述加热产生的烟气通过烟道连接至危险废物焚烧系统的二燃室中下部，用以补充二燃室所需热量；所述烟气的温度为1100～1250℃，且烟气量为所述危险废物焚烧系统烟气处理量的7～10％；
(5)水淬冷却：将所述高温熔体经水淬冷却后，得颗粒状玻璃态渣。
本发明的有益效果在于：
本发明主要针对现有危险废物回转窑焚烧所产生的大量底渣和除尘灰，其由于含有重金属和二噁英属于危险废物，需要进一步处理；采用高温熔融固化技术，实现了危险废物的无害化和资源化。
附图说明
图1为本发明中危险废物焚烧产生的底渣和除尘灰的处置方法的流程图。
图2为实施例1所得的颗粒状玻璃态渣研磨后的XRD图。
图3为实施例2所得的颗粒状玻璃态渣研磨后的XRD图。
图4为实施例3所得的颗粒状玻璃态渣研磨后的XRD图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
本实施例提供一种危险废物焚烧产生的底渣和除尘灰的处置方法，如图1所示，包括如下步骤：
(1)前处理：先将底渣烘干至其水含量为7％，再将所述底渣通过装有磁选除铁装置的皮带运输至料仓、以控制其铁含量为8％；所述磁选除铁装置的磁场强度为150kA/m；磁选出来的含铁物质可以用于炼铁厂的烧结工序，生产烧结矿；
(2)配料混匀：将经过前处理的底渣与除尘灰、助熔剂混合，经强力混料机充分混匀，混匀时间60min，搅拌速度200rad/min，得混合料；
其中，所述除尘灰的加入量为所述底渣(即经过前处理的底渣)的30％，需要根据除尘灰中NaCl含量进行计算，控制所述混合料中NaCl含量为5％；所述助熔剂为碎玻璃、石英砂和碳酸钠，所述助熔剂的加入量为所述底渣(即经过前处理的底渣)的15％，具体为碎玻璃8％、石英砂4％和碳酸钠3％，粒度控制为0.5～2mm；
(3)高温熔融：将所述混合料由进料机输送至熔融设备内，在1400～1550℃下进行加热，形成均匀的高温熔体；
其中，所述熔融设备为反射炉；所述反射炉的燃料为天然气，采用全氧燃烧，氧气的浓度为95％；在所述加热的过程中，天然气的消耗量为200Nm3/t，氧气的消耗量为450Nm3/t，氧气的过剩系数为1.15；
(4)烟气处理：所述加热产生的烟气通过烟道连接至危险废物焚烧系统的二燃室中下部，用以补充二燃室所需热量；所述烟气的温度为1250℃，且烟气量为所述危险废物焚烧系统烟气处理量的10％；
(5)水淬冷却：将所述高温熔体从熔融设备排渣口排入水渣池，经水淬冷却后由水封刮板出渣机排出形成结构致密的颗粒状玻璃态渣。
所得颗粒状玻璃态渣的XRD图如图2所示；由结果分析所得颗粒状玻璃态渣中玻璃体含量为90.7％，满足要求。
以醋酸-醋酸钠缓冲溶液为浸提剂，溶解颗粒状玻璃态渣，其酸溶率3.52％，满足玻璃态渣的要求；重金属浸出浓度见表1；
表1重金属浸出浓度
有害物质项目 Cu Zn Cd Pb Cr Ni As Mn
玻璃态渣(mg/L) 0.75 0.63 0.01 0.15 0.14 0.16 0.07 0.38
限值(mg/L) ≤1.0 ≤1.0 ≤0.03 ≤0.3 ≤0.2 ≤0.2 ≤0.1 ≤1.0
由表1可知，玻璃态渣重金属浸出浓度，满足要求，实现了重金属在熔渣中的稳定固化。
实施例2
本实施例提供一种危险废物焚烧产生的底渣和除尘灰的处置方法，如图1所示，包括如下步骤：
(1)前处理：先将底渣烘干至其水含量为8％，再将所述底渣通过装有磁选除铁装置的皮带运输至料仓、以控制其铁含量为6％；所述磁选除铁装置的磁场强度为220kA/m；磁选出来的含铁物质可以用于炼铁厂的烧结工序，生产烧结矿；
(2)配料混匀：将经过前处理的底渣与除尘灰、助熔剂混合，经强力混料机充分混匀，混匀时间40min，搅拌速度280rad/min，得混合料；
其中，所述除尘灰的加入量为所述底渣(即经过前处理的底渣)的20％，需要根据除尘灰中NaCl含量进行计算，控制所述混合料中NaCl含量为3％；所述助熔剂为碎玻璃、生石灰、硼砂和碳酸钠，所述助熔剂的加入量为所述底渣(即经过前处理的底渣)的14％，具体为碎玻璃5％、生石灰4％、硼砂2％和碳酸钠3％，粒度控制为0.5～2mm；
(3)高温熔融：将所述混合料由进料机输送至熔融设备内，在1400～1550℃下进行加热，形成均匀的高温熔体；
其中，所述熔融设备为反射炉；所述反射炉的燃料为天然气，采用全氧燃烧，氧气的浓度为97％；在所述加热的过程中，天然气的消耗量为150Nm3/t，氧气的消耗量为300Nm3/t，氧气的过剩系数为1.05；
(4)烟气处理：所述加热产生的烟气通过烟道连接至危险废物焚烧系统的二燃室中下部，用以补充二燃室所需热量；所述烟气的温度为1200℃，且烟气量为所述危险废物焚烧系统烟气处理量的7％；
(5)水淬冷却：将所述高温熔体从熔融设备排渣口排入水渣池，经水淬冷却后由水封刮板出渣机排出形成结构致密的颗粒状玻璃态渣。
所得颗粒状玻璃态渣的XRD图如图3所示；由结果分析所得颗粒状玻璃态渣中玻璃体含量为91.4％，满足要求。
以醋酸-醋酸钠缓冲溶液为浸提剂，溶解颗粒状玻璃态渣，其酸溶率2.78％，满足玻璃态渣的要求；重金属浸出浓度见表2；
表2重金属浸出浓度
Figure BDA0003012227220000071
Figure BDA0003012227220000081
由表2可知，玻璃态渣重金属浸出浓度，满足要求，实现了重金属在熔渣中的稳定固化。
实施例3
本实施例提供一种危险废物焚烧产生的底渣和除尘灰的处置方法，如图1所示，包括如下步骤：
(1)前处理：先将底渣烘干至其水含量为9％，再将所述底渣通过装有磁选除铁装置的皮带运输至料仓、以控制其铁含量为4％；所述磁选除铁装置的磁场强度为250kA/m；磁选出来的含铁物质可以用于炼铁厂的烧结工序，生产烧结矿；
(2)配料混匀：将经过前处理的底渣与除尘灰、助熔剂混合，经强力混料机充分混匀，混匀时间30min，搅拌速度300rad/min，得混合料；
其中，所述除尘灰的加入量为所述底渣(即经过前处理的底渣)的10％，需要根据除尘灰中NaCl含量进行计算，控制所述混合料中NaCl含量为2％；所述助熔剂为生石灰、石英砂、硼砂和碳酸钠，所述助熔剂的加入量为所述底渣(即经过前处理的底渣)的12％，具体为生石灰4％、石英砂3％、硼砂2％和碳酸钠3％，粒度控制为0.5～2mm；
(3)高温熔融：将所述混合料由进料机输送至熔融设备内，在1400～1550℃下进行加热，形成均匀的高温熔体；
其中，所述熔融设备为反射炉；所述反射炉的燃料为天然气，采用全氧燃烧，氧气的浓度为94％；在所述加热的过程中，天然气的消耗量为180Nm3/t，氧气的消耗量为400Nm3/t，氧气的过剩系数为1.10；
(4)烟气处理：所述加热产生的烟气通过烟道连接至危险废物焚烧系统的二燃室中下部，用以补充二燃室所需热量；所述烟气的温度为1200℃，且烟气量为所述危险废物焚烧系统烟气处理量的9％；
(5)水淬冷却：将所述高温熔体从熔融设备排渣口排入水渣池，经水淬冷却后由水封刮板出渣机排出形成结构致密的颗粒状玻璃态渣。
所得颗粒状玻璃态渣的XRD图如图4所示；由结果分析所得颗粒状玻璃态渣中玻璃体含量为93.6％，满足要求。
以醋酸-醋酸钠缓冲溶液为浸提剂，溶解颗粒状玻璃态渣，其酸溶率1.83％，满足玻璃态渣的要求；重金属浸出浓度见表3；
表3重金属浸出浓度
有害物质项目 Cu Zn Cd Pb Cr Ni As Mn
玻璃态渣(mg/L) 0.35 0.37 0.01 0.05 0.1 0.12 0.06 0.78
限值(mg/L) ≤1.0 ≤1.0 ≤0.03 ≤0.3 ≤0.2 ≤0.2 ≤0.1 ≤1.0
由表3可知，玻璃态渣重金属浸出浓度，满足要求，实现了重金属在熔渣中的稳定固化。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种危险废物焚烧产生的底渣和除尘灰的处置方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对底渣进行前处理，以控制底渣的水含量为5～10％、铁含量不超过10％；
(2)将经过前处理的底渣与除尘灰、助熔剂混合，搅拌均匀，得混合料；
(3)将所述混合料在1400～1550℃下进行加热，形成均匀的高温熔体；
(4)将所述高温熔体进行水淬冷却。
2.根据权利要求1所述的处置方法，其特征在于，所述除尘灰的加入量以控制所述混合料中NaCl含量为0～5％为准；优选所述除尘灰的加入量为所述底渣的10～30％。
3.根据权利要求1或2所述的处置方法，其特征在于，所述助熔剂为碎玻璃、生石灰、石英砂、硼砂、碳酸钠中的一种或几种；优选所述助熔剂的粒度为0.5～2mm。
4.根据权利要求3所述的处置方法，其特征在于，所述助熔剂的加入量为所述底渣的10～15％。
5.根据权利要求1～4任一项所述的处置方法，其特征在于，所述加热在熔融设备中进行；
所述熔融设备优选为反射炉；所述反射炉的燃料为天然气，采用全氧燃烧，氧气的浓度为93～97％。
6.根据权利要求5所述的处置方法，其特征在于，在所述加热的过程中，天然气的消耗量为150～200Nm3/t，氧气的消耗量为300～450Nm3/t，氧气的过剩系数为1.05～1.15。
7.根据权利要求1～6任一项所述的处置方法，其特征在于，所述搅拌在200～300rad/min下进行30～60min。
8.根据权利要求1～7任一项所述的处置方法，其特征在于，所述前处理具体为：先将所述底渣烘干至其水含量为5～10％，再将所述底渣通过装有磁选除铁装置的皮带运输至料仓、以控制其铁含量不超过10％。
9.根据权利要求8所述的处置方法，其特征在于，所述磁选除铁装置的磁场强度为150～250kA/m。
10.根据权利要求1～9任一项所述的处置方法，其特征在于，步骤(3)中，所述加热产生的烟气通过烟道连接至危险废物焚烧系统的二燃室中下部，用以补充二燃室所需热量；
优选所述烟气的温度为1100～1250℃，且烟气量为所述危险废物焚烧系统烟气处理量的7～10％。
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