CN113548815A - 一种新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用系统及方法，先对生活垃圾飞灰进行热解，将垃圾飞灰中二噁英毒性物质降解后的固体产物与矿渣、钢渣、脱硫石膏等按照一定比例进行混合搅拌，制得可替代水泥产品的固废基胶结剂；然后将得到的固废基胶结剂与适量的水进行混合搅拌，形成浆状物；最后将得到的浆状物加入适量的外加剂在强力搅拌下制得混凝土。本发明较传统工艺相比在较低温度下降解了飞灰中二噁英，将飞灰和其他固废混合制得可取代水泥的资源化产品，实现了变废为宝，同时大大减少水泥生产过程带来的二氧化碳排放问题，达到减碳降碳要求。

Description

一种新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用系统及方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，特别是涉及一种新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用系统及方法。
背景技术
随着城市化步伐的加快和人们生活水平的提高，国内生活垃圾量大幅増长，垃圾无害化处理成了必然选择。目前国内垃圾处理三种方式，一种是填埋方式，因造成环境污染，在大多数地区已被禁止。一种是利用垃扱堆肥及沼气发电，现在成功应用还不多。目前应用最普遍的另一种方式是垃圾焚烧发电，通过对炉温的控制和尾气的有效控制，可降低对环境污染，但垃圾焚烧会产生固体废物即底渣和飞灰，垃圾底渣可按照常规废物进行处置，然而飞灰由于含有高浓度的二噁英和多种高浸出浓度的重金属，而被包括我国在内的许多国家明确规定为危险废弃物。
目前我国的飞灰处置方式主要有：水泥固化后填埋和水泥窑协同处置。水泥固化虽然能抑制飞灰中重金属的浸出，但却不能降解飞灰中的二噁英，且固化后飞灰增容明显，不利于运输和填埋，也不具备后续资源化利用的条件。水泥窑协同处置是飞灰资源化利用的主要方式，但是由于水泥对氯的严格控制，飞灰的添加量非常低，因此水泥窑只能实现有限飞灰的资源化利用。我国在政策层面上是积极鼓励生活垃圾焚烧发电的，然而缺乏合理的飞灰处置技术已成为制约垃圾焚烧发电行业发展的重要因素之一。
飞灰的热处置被认为是降解飞灰中二噁英的最好的方法之一，有报道表明飞灰经热处置后，其中95％以上的二噁英被降解。传统热处置方法可以分为以下三类：烧结、玻璃化和熔融。但是，存在以下缺点：高温热处理不仅整个系统设备要求更高，在热处理过程中能耗比较高，而且在有氧条件下会存在二噁英再生成的问题。
由于现有技术的上述种种缺点，发明一种连续、高效、产物可资源化回收利用且附加价值高的系统是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用系统，包括飞灰处理单元、固废基胶结剂制备单元和砂浆料生产单元，所述飞灰处理单元与所述固废基胶结剂制备单元连通，所述固废基胶结剂制备单元与所述砂浆料生产单元连通；
所述飞灰处理单元包括暂存仓、热解仓、气体净化装置和气体循环器，所述暂存仓与所述热解仓连通，所述热解仓与所述气体净化装置连通，所述气体循环器分别与所述气体净化装置和所述热解仓连通，所述热解仓与所述固废基胶结剂制备单元连通；
所述固废基胶结剂制备单元包括储料机构和固废基胶结剂制备仓，所述储料机构与所述固废基胶结剂制备仓连通，所述固废基胶结剂制备仓分别与所述热解仓和所述砂浆料生产单元连通；
所述砂浆料生产单元包括搅拌机构和砂浆料储备仓，所述固废基胶结剂制备仓与所述搅拌机构连通，所述固废基胶结剂制备仓通过搅拌机构与所述砂浆料储备仓连通。
优选的，所述气体净化装置包括依次连接并连通的旋风分离器、活性炭吸附器和布袋除尘器，所述旋风分离器与所述热解仓连通，所述布袋除尘器与所述气体循环器连通。
优选的，所述气体净化装置的末端固接并连通有外排烟囱，所述外排烟囱上固定安装有控制阀。
优选的，所述储料机构包括矿渣、钢渣储料装置和脱硫石膏储料仓，所述矿渣、钢渣储料装置与所述脱硫石膏储料仓分别与所述固废基胶结剂制备仓连通。
一种新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用方法，具体步骤如下：
步骤一：飞灰处理
将飞灰送入暂存仓中，对飞灰处理单元进行气体置换，排出飞灰处理单元中的空气，对系统进行保压试验，对热解仓进行预热；预热完成后，将暂存仓中的飞灰逐渐送入热解仓内进行中低温加热处理；热解仓热解反应完毕后，开启引风机将热解仓内的气体引入气体净化装置，飞灰直接从气体净化装置下端送回热解仓内，除尘后的气体送入净化系统内进行气体净化，气体净化完成后，经气体循环器，重新进入热解仓；
步骤二：固废基胶结剂制备
热解仓热解后产生的固体物料经过螺旋输送机送至固废基胶结剂制备仓，分别与矿渣、钢渣及脱硫石膏进行混合处理，混合料通过固废基胶结剂制备仓进行搅拌，形成固废基胶凝材料；
步骤三：砂浆料生产
由固废基胶结剂制备仓得到固废基胶凝材料输送至搅拌机构，添加适量的水分、外加剂、细骨料和粗骨料进行搅拌，获得混凝土；
步骤四：完成
将制得混凝土放入砂浆料储备仓待用。
优选的，所述步骤一中采用氮气输送方式将飞灰送入暂存仓中。
优选的，所述步骤一中热解仓预热至700-900℃。
优选的，所述步骤一中飞灰在无氧条件下被加热，通过调节热解仓温度来控制热解仓内飞灰温度在500℃-800℃之间，飞灰在热解仓内停留时间控制在-3h之间，热解仓内压力始终控制在50-500Pa之内。
优选的，所述步骤二中，所述螺旋输送机采用水夹套冷却方式对固体物料进行冷却处理，将固体物料进入固废基胶结剂制备仓前温度降至60-90℃。
本发明公开了以下技术效果：
1、本发明采用无氧气氛，并且热解仓采用微正压操作条件，从而有效杜绝了二噁英的再生成问题，可有效降低热解固体产物和气体中二噁英的含量。
2、相对于高温法而言，本发明采用中低温热解条件操作的热解炉可有效降低反应过程的能耗，且节约生产成本；其次，采用中低温热解炉可降低设备材质规格，从而减少设备投资；最后，高温处理飞灰设备长期在高温下运转易增加设备故障率，因此采用中低温操作的热解炉更有利于设备长期稳定运转。
3、垃圾焚烧飞灰热解系统采用气体净化系统可以及时对热解产生的气体进行净化处理，降低废气与热解炉内飞灰的接触时间，减少热解后固体物料中有机废物的含量。通过净化后气体的循环可确保热解炉的微正压操作需要和整个系统的无氧要求，更进一步降低二噁英的再生产问题。
4、通过热解消除了飞灰中的二噁英，热解后的飞灰作为固废基胶结剂的原料，实现了飞灰和其他固废的资源化利用。并且获得的混凝土可直接取代现有的水泥使用，大大减少水泥生产过程带来的二氧化碳排放问题，达到减碳降碳要求。
5、采用本申请的工艺获得混凝土的抗压强度比水泥制得的混凝土高一倍以上；对重金属固化能力比水泥制品高10倍以上；生产成本是水泥制品成本的1/3-1/2。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用系统的结构示意图；
图2为本发明的工艺流程图；
图3为新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用系统方法的步骤图；
图中：1、暂存仓；2、热解仓；3、旋风分离器；4、活性炭吸附器；5、布袋除尘器；6、固废基胶结剂制备仓；7、矿渣、钢渣储料装置；8、脱硫石膏储料仓；9、一次混合搅拌仓；10、二次混合搅拌仓；11、砂浆料储备仓；12、高炉矿渣仓；13、钢渣仓；14、外排烟囱；15、控制阀；16、气体循环器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用系统，包括飞灰处理单元、固废基胶结剂制备单元和砂浆料生产单元，飞灰处理单元与固废基胶结剂制备单元连通，固废基胶结剂制备单元与砂浆料生产单元连通；
飞灰处理单元包括暂存仓1、热解仓2、气体净化装置和气体循环器16，暂存仓1与热解仓2连通，热解仓2与气体净化装置连通，气体循环器16分别与气体净化装置和热解仓2连通，热解仓2与固废基胶结剂制备单元连通；
固废基胶结剂制备单元包括储料机构和固废基胶结剂制备仓6，储料机构与固废基胶结剂制备仓6连通，固废基胶结剂制备仓6分别与热解仓2和砂浆料生产单元连通；
砂浆料生产单元包括搅拌机构和砂浆料储备仓11，固废基胶结剂制备仓6与搅拌机构连通，固废基胶结剂制备仓6通过搅拌机构与砂浆料储备仓11连通。
暂存仓1用于对生活垃圾焚烧飞灰的存储，满足热解仓2连续运行所需的物料供应要求。
热解仓2用于热解处理暂存仓1送入的飞灰。
a)热解仓2控制在无氧条件下进行，可以选择氩气、氮气，或不含氧气成分的混合废气作为热解载气；
b)热解仓2加热可以采用直接采用高温烟气为介质的夹套式间接加热方式，也可以直接采用电加热、还可以采用高温辐射管辐射加热；
c)热解仓2内的飞灰在无氧条件下加热，控制炉内飞灰温度在500℃-800℃之间；在中低温500℃-800℃和一定停留时间的条件下就能将飞灰中二噁英充分降解，从而达到能够去除有害物质的目的。
d)通过控制飞灰推进进度和热解仓2运转速度来满足飞灰在热解仓2内停留时间控制在1-3h之间；
e)通过压力控制系统使热解仓2炉膛压力始终控制在0-2000Pa之内。
气体循环器16用于对净化后气体循环至热解仓2内部，维持热解仓2微正压且无氧状态。
进一步优化方案，气体净化装置用于对热解后的热解仓2内气体进行分离除尘和有机化合物的吸附脱除；气体净化装置包括依次连接并连通的旋风分离器3、活性炭吸附器4和布袋除尘器5，旋风分离器3与热解装置连通，布袋除尘器5与气体循环器连通。气体经过旋风分离器3后收集的飞灰直接从旋风分离器3下端送入热解仓2内，除尘后的气体送入活性炭吸附器4，处理后的气体经布袋除尘器5后通过气体循环器16送入热解仓2。
进一步优化方案，气体净化装置的末端固接并连通有外排烟囱14，外排烟囱14上固定安装有控制阀15。当热解仓2压力一旦超过要求范围，需间歇式向外排放多余气体。
进一步优化方案，储料机构包括矿渣、钢渣储料装置7和脱硫石膏储料仓8，矿渣、钢渣储料装置7与脱硫石膏储料仓8分别与固废基胶结剂制备仓6连通。
矿渣、钢渣储料装置7包含高炉矿渣仓12和钢渣仓13，含高炉矿渣仓12和钢渣仓13与固废基胶结剂制备仓6连通，高炉矿渣仓12和钢渣仓13出料口处均设置有物料计重器，便于控制矿渣、钢渣的加入量。
搅拌机构包括一次混合搅拌仓9、二次混合搅拌仓10固废基胶结剂制备仓6与一次混合搅拌仓9连通，一次混合搅拌仓9与二次混合搅拌仓10连通，二次混合搅拌仓10与砂浆料储备仓11连通。
一次混合搅拌仓9主要接收由固废基胶结剂制备仓8得到固废基胶结剂，在搅拌机搅拌作用下向一次混合搅拌仓加入适量的水分可形成浆状混合物。
二次混合搅拌仓10主要接收由一次混合搅拌仓9得到的浆状混合物，并在搅拌机作用下向二次混合搅拌仓10加入适量的外加剂和适量细骨料和粗骨料进行搅拌1h，最终获得混凝土。
制备固废基胶结剂的原料配比：飞灰2-15％、矿渣20-60％、钢渣20-50％和脱硫石膏8-25％。将飞灰、矿渣、钢渣和脱硫石膏按照上述比例计量送入固废基胶结剂制备仓8进行混合，并通过搅拌器对其进行搅拌，形成固废基胶凝材料。
一种新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用方法，具体步骤如下：
步骤一：飞灰处理
将飞灰送入暂存仓1中，对飞灰处理单元进行气体置换，排出飞灰处理单元中的空气，对系统进行保压试验，对热解仓2进行预热；预热完成后，将暂存仓1中的飞灰逐渐送入热解仓2内进行中低温加热处理；热解仓2热解反应完毕后，开启引风机将热解仓2内的气体引入气体净化装置，飞灰直接从气体净化装置下端送回热解仓2内，除尘后的气体送入净化系统内进行气体净化，气体净化完成后，经气体循环器16，重新进入热解仓2；
步骤二：固废基胶结剂制备
热解仓2热解后产生的固体物料经过螺旋输送机送至固废基胶结剂制备仓6，分别与矿渣、钢渣及脱硫石膏进行混合处理，混合料通过固废基胶结剂制备仓6进行搅拌，形成固废基胶凝材料；
步骤三：砂浆料生产
由固废基胶结剂制备仓6得到固废基胶凝材料输送至搅拌机构，由固废基胶结剂制备仓6得到固废基胶凝材料输送至一次混合搅拌仓9，加入适量的水分，在一次混合搅拌仓9内搅拌机作用下进行搅拌，形成浆状物；
一次混合搅拌仓9得到的浆状物，输送到二次混合搅拌仓10，加入适量的外加剂和适量细骨料和粗骨料进行搅拌，获得混凝土；，获得混凝土；
步骤四：完成
将制得混凝土放入砂浆料储备仓11待用。
进一步优化方案，步骤一中采用氮气输送方式将飞灰送入暂存仓1中。
进一步优化方案，步骤一中热解仓2预热至700-900℃。
进一步优化方案，步骤一中飞灰在无氧条件下被加热，通过调节热解仓2温度来控制热解仓2内飞灰温度在500℃-800℃之间，飞灰在热解仓2内停留时间控制在1-3h之间，热解仓2内压力始终控制在50-500Pa之内。
进一步优化方案，步骤二中，螺旋输送机采用水夹套冷却方式对固体物料进行冷却处理，将固体物料进入固废基胶结剂制备仓6前温度降至60-90℃。
实施例1
以山西省某垃圾发电厂飞灰资源化回收利用为例，包括以下步骤：
1)采用氮气输送方式将飞灰送入进料暂存仓1中，对飞灰处理单元进行气体置换，排出飞灰处理单元中的空气，对系统进行保压试验，以8h以上飞灰热解单元压力无明显降低为准。并将热解仓2预热至750-800℃后，将暂存仓1中的飞灰逐渐送入热解仓2内进行加热处理，飞灰在无氧条件下被加热，通过调节热解仓2温度来控制仓内飞灰温度在550℃-650℃之间，飞灰在热解仓2内停留时间控制在1.5h之间，炉膛压力始终控制在50-300Pa之内。
2)热解仓2反应2h后，开启引风机将热解仓2内的气体引入气体净化装置，气体经过旋风分离器3后收集的飞灰直接从旋风分离器3下端送入热解仓2内，除尘后的气体送入活性炭吸附器4，处理后的气体经布袋除尘器2后通过气体循环器16送入热解仓2。
3)热解仓2热解后产生的固体物料经过螺旋输送机送至固废基胶结剂制备仓6，分别与矿渣、钢渣及脱硫石膏进行混合处理，按照飞灰8％、矿渣40％、钢渣40％和脱硫石膏12％的配比进行混合，混合料通过搅拌器进行搅拌，形成固废基胶凝材料。
4)由固废基胶结剂制备仓6得到固废基胶结剂先加入15-20％的水分在搅拌机作用下进行搅拌，形成浆状物；再加入约50％的细骨料和粗骨料和适量的外加剂在搅拌机作用下进行搅拌，制得混凝土28d抗压强度68.01MPa，而常规水泥制品28d抗压强度为26.34MPa,采用本实施例的工艺获得混凝土的抗压强度比常规水泥制得的混凝土高一倍以上；如表1所示，本实施例的工艺获得混凝土对重金属固化能力比飞灰水泥制品高10倍以上；生产成本是水泥制品成本的1/3-1/2。
表1处理前后重金属量浸出量变化对照表
Figure BDA0003220998370000121
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用系统，其特征在于：包括飞灰处理单元、固废基胶结剂制备单元和砂浆料生产单元，所述飞灰处理单元与所述固废基胶结剂制备单元连通，所述固废基胶结剂制备单元与所述砂浆料生产单元连通；
所述飞灰处理单元包括暂存仓(1)、热解仓(2)、气体净化装置和气体循环器(16)，所述暂存仓(1)与所述热解仓(2)连通，所述热解仓(2)与所述气体净化装置连通，所述气体循环器(16)分别与所述气体净化装置和所述热解仓(2)连通，所述热解仓(2)与所述固废基胶结剂制备单元连通；
所述固废基胶结剂制备单元包括储料机构和固废基胶结剂制备仓(6)，所述储料机构与所述固废基胶结剂制备仓(6)连通，所述固废基胶结剂制备仓(6)分别与所述热解仓(2)和所述砂浆料生产单元连通；
所述砂浆料生产单元包括搅拌机构和砂浆料储备仓(11)，所述固废基胶结剂制备仓(6)与所述搅拌机构连通，所述固废基胶结剂制备仓(6)通过搅拌机构与所述砂浆料储备仓(11)连通。
2.根据权利要求1所述的新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用系统，其特征在于：所述气体净化装置包括依次连接并连通的旋风分离器(3)、活性炭吸附器(4)和布袋除尘器(5)，所述旋风分离器(3)与所述热解仓(2)连通，所述布袋除尘器(5)与所述气体循环器(16)连通。
3.根据权利要求1所述的新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用系统，其特征在于：所述气体净化装置的末端固接并连通有外排烟囱(14)，所述外排烟囱(14)上固定安装有控制阀(15)。
4.根据权利要求1所述的新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用系统，其特征在于：所述储料机构包括矿渣、钢渣储料装置(7)和脱硫石膏储料仓(8)，所述矿渣、钢渣储料装置(7)与所述脱硫石膏储料仓(8)分别与所述固废基胶结剂制备仓(6)连通。
5.一种新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用方法，应用于权利要求1-4任一所述的新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用系统，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：飞灰处理
将飞灰送入暂存仓(1)中，对飞灰处理单元进行气体置换，排出飞灰处理单元中的空气，对系统进行保压试验，对热解仓(2)进行预热；预热完成后，将暂存仓(1)中的飞灰逐渐送入热解仓(2)内进行中低温加热处理；热解仓(2)热解反应完毕后，开启引风机将热解仓(2)内的气体引入气体净化装置，飞灰直接从气体净化装置下端送回热解仓(2)内，除尘后的气体送入净化系统内进行气体净化，气体净化完成后，经气体循环器(16)，重新进入热解仓(2)；
步骤二：固废基胶结剂制备
热解仓(2)热解后产生的固体物料经过螺旋输送机送至固废基胶结剂制备仓(6)，分别与矿渣、钢渣及脱硫石膏进行混合处理，混合料通过固废基胶结剂制备仓(6)进行搅拌，形成固废基胶凝材料；
步骤三：砂浆料生产
由固废基胶结剂制备仓(6)得到固废基胶凝材料输送至搅拌机构，添加适量的水分、外加剂、细骨料和粗骨料进行搅拌，获得混凝土；
步骤四：完成
将制得混凝土放入砂浆料储备仓(11)待用。
6.根据权利要求5所述的新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用方法，其特征在于：所述步骤一中采用氮气输送方式将飞灰送入暂存仓(1)中。
7.根据权利要求5所述的新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用方法，其特征在于：所述步骤一中热解仓(2)预热至700-900℃。
8.根据权利要求5所述的新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用方法，其特征在于：所述步骤一中飞灰在无氧条件下被加热，通过调节热解仓(2)温度来控制热解仓(2)内飞灰温度在500℃-800℃之间，飞灰在热解仓(2)内停留时间控制在1-3h之间，热解仓(2)内压力始终控制在50-500Pa之内。
9.根据权利要求5所述的新型生活垃圾焚烧飞灰资源化回收利用方法，其特征在于：所述步骤二中，所述螺旋输送机采用水夹套冷却方式对固体物料进行冷却处理，将固体物料进入固废基胶结剂制备仓(6)前温度降至60-90℃。
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