CN113714246A - 一种垃圾焚烧飞灰处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧飞灰处理系统及方法，系统包括热解器、焙烧炉、熔融炉、激冷装置、金属回收装置及换热器，热解器的热解气出口接焙烧炉燃料入口，热解器热灰出口与焙烧炉物料入口相连，焙烧炉热渣出口与熔融炉物料入口连接，熔融炉热烟气出口连接热解器加热室的热源气体入口，焙烧炉热烟气出口接换热器，换热器出口接金属回收装置，本发明将直接熔融工艺解耦为多级控温、多段处理工艺，通过低温热解预处理、高温氯化焙烧及熔融三个温度段的处理，既实现飞灰中金属氯化分离富集、二噁英彻底分解，达到飞灰解毒目的，又减少无效加热、降低能耗，并将不同工段的烟气进行分质处理，消除熔融工段高温高氯腐蚀，提高了处理效率，降低了成本。

Description

一种垃圾焚烧飞灰处理系统及方法

技术领域

本发明涉及环保及危险废弃物处理技术领域，尤其涉及一种垃圾焚烧飞灰处理系统及方法。

背景技术

垃圾焚烧飞灰中除了含有金属外，还含有二噁英、氯盐、硫酸盐、碳酸盐等有害成分，将飞灰直接在1100～1500℃进行焙烧或熔融处理，可使飞灰中部分有毒金属充分被玻璃质结构固封，亦可分解飞灰中的二噁英，但是，飞灰中含有大量的氯盐，比如CaCl2，氯盐与飞灰中的金属反应形成金属氯化物，但金属氯化物沸点较低很容易挥发，在1100℃空气气氛下，Pb、Cd、Cu有98～100％会挥发，因此在熔融固化和烧结处理过程中，无论怎样改变工况参数(温度、时间、添加剂)，飞灰中仍有相当一部分金属挥发出来，在烟气冷凝过程中形成灰尘和凝结物，形成二次飞灰，且二次飞灰中某些金属含量要比飞灰中金属含量高出几倍甚至几十倍，从资源回收再利用角度看，正因为二次飞灰中金属含量高，才使得二次飞灰不但具有了重要的研究价值，而且具有回收再利用的意义。

低温热解技术源自煤炭干馏，含有有机物的物料在隔绝空气的低温条件下的热处理，有机物会发生热挥发或热分解形成热解气,氯化焙烧是在加热过程中使物料中某种物质与氯化剂发生反应生成氯化物，进而实现物质分离的焙烧方法，常用来分离回收固体废物中的有毒有害金属。相比Cl2、HCl，固态氯化剂如CaCl2、NaCl、KCl等实质上仍然是通过分解产生氯单质而间接达到氯化，固体氯化剂对固体物料的大规模氯化是可以发生的，且其对反应设备的腐蚀性相对氯气要小得多，在工业中得到了一定的应用，原始垃圾焚烧飞灰含有大量CaCl2、NaCl等氯盐，使得通过氯化焙烧的方式实现金属的分离富集再回收成为可能。

现有公开技术中，主要是解决飞灰直接高温熔融的关键设备开发及如何降低能耗的问题，鲜有针对飞灰金属热分离的工艺技术。公开号为CN111396893A的发明专利公开了熔融氯化焙烧挥发炉及其对危废焚烧物无害化处理的方法，该发明核心为呈L形的熔融氯化焙烧挥发炉，虽然可实现氯化挥发回收金属，但其氯化段和熔融段界限不清，不易控温且氯化烟气与熔融烟气混合一起，增大了烟气处理负荷；公开号为CN111112299A的发明专利公开了一种处理焚烧飞灰的系统及方法，该方法是将垃圾焚烧飞灰作为氯化剂，与冶金废渣一起熔融，回收金属，但氯化与熔融过程均在一个电弧熔融炉中进行，氯化效果受限且未做的烟气的分质处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种垃圾焚烧飞灰分级控温、分段处理的系统及方法。

为实现以上目的，本发明技术方案为：

垃圾焚烧飞灰处理系统包括热解器、焙烧炉、熔融炉、金属回收装置及换热器；

进一步的是，热解器包括热解室和加热室，热解室包括飞灰入口、热解气排出口及热灰出口，加热室包括热源气体入口及热源气体出口；加热室中的热源对热解室中的物质进行间接加热，热解室中的物质受热解析；

进一步的是，焙烧炉上设置有燃料入口、物料入口、热渣出口及热烟气出口；

进一步的是，熔融炉上设置有物料入口、熔融渣出口及热烟气出口；

进一步的是，热解器的热解气出口通过管道连入焙烧炉的燃料入口；热解器的热灰出口与焙烧炉的物料入口相连；

进一步的是，焙烧炉的热渣出口通过管道与熔融炉的物料入口连接；

进一步的是，熔融炉的热烟气出口通过管道连接热解器加热室的热源气体入口；

进一步的是，焙烧炉的热烟气出口连接换热器，换热器的出口连接金属回收装置。

进一步的是，所述的金属回收装置包括激冷装置、洗涤装置、水池、水泵；

进一步的是，换热器的出口通过管道与激冷装置连通；

进一步的是，激冷装置上端设置的烟气排出口通过管道连接洗涤装置；激冷装置下端连接第二管道，激冷装置中的液体沿第二管道排入水池中；

进一步的是，洗涤装置上端设置有烟气排出口，下端连接有第三管道，洗涤装置中的液体沿第三管道排入水池中；

进一步的是，水泵一端接入水池中，另一端通过第一管道连接洗涤装置，管道包括分支管道，分支管道连接激冷装置。

进一步的是，所述的洗涤装置为文丘里洗涤装置，所述的洗涤装置包括文丘里管及与文丘里管连接的脱液器。

进一步的是，所述的水池中盛载的液体为碱性液体。

进一步的是，所述的热解器为低温热解器，所述的焙烧炉为氯化焙烧炉。

进一步的是，所述的热解器的热灰出口通过螺杆或管道与焙烧炉的物料入口连接。

一种利用上述垃圾焚烧飞灰处理系统实现垃圾焚烧飞灰处理的方法：

将垃圾焚烧原始飞灰通入低温热解器的热解室，原始飞灰在温度为200℃～500℃条件下进行低温热解，形成热灰及热解气；

将所述热灰及热解气通入氯化焙烧炉，热灰及热解气在800℃～1100℃的条件下焙烧10min～100min，形成热渣和热烟气I；

所述热烟气I依次进入换热器、激冷装置、洗涤装置后，净化后的热烟气I从洗涤装置上端的烟气排出口排出；

所述含金属氯化物烟尘随碱性液体排入水池；

所述热渣进入熔融炉，在1200℃～1450℃条件下发生高温熔融成为液态熔渣并产生热烟气II，所述液态熔渣从熔融炉排出后去激冷形成玻璃态渣；

所述热烟气II通入热解器的加热室，完成热交换后从热解器加热室的热源气体出口排出。

本发明通过分级控温、分段处理的方式，将传统的飞灰直接熔融解耦为低温热解预处理、氯化焙烧及高温熔融三个温度段的处理过程，与现有技术相比具有如下有益效果：

1、在热分解阶段，利用熔融炉排出的热烟气的热量将飞灰预热至200℃～500℃，飞灰中的二噁英类有机物受热解析，形成热解气，热灰直接热送至氯化焙烧炉，减少了氯化焙烧阶段所需的燃料消耗，本发明通过分级控温、分段处理方式，将传统的飞灰直接熔融解耦为低温热解预处理、氯化焙烧及高温熔融三个温度段的处理过程，飞灰逐级减量且各段烟气互不混合，既能实现垃圾焚烧飞灰中金属氯化分离富集、二噁英彻底分解，达到飞灰解毒的目的，又能降低无效加热并将不同工段的烟气进行分质处理，最终熔融产物玻璃态渣可作为建材原料加以利用、重金属回收物可作为冶金原料进一步回收利用。

2、本发明设置有原始飞灰低温热解段，利用烟气余热进行低温热解反应，原始飞灰热分解为热灰和热解气，二噁英类有机污染物在热解气中，高效解析出原始飞灰中的二噁英类有机污染物，该工段无含污染物的烟气产生，相比直接加热可降低能源消耗及烟气处理成本。

3、本发明利用飞灰中富含氯盐，高温熔融过程易形成二次飞灰的特点，在高温熔融段之前设置氯化焙烧段，可实现氯化段和熔融段烟气的分质处理，降低烟气处理量及污染物控制效果，将飞灰热处理过程气相污染物集中在氯化焙烧段释放，即将挥发性金属氯化物、小分子化合物等集中在热烟气Ⅰ中，热烟气Ⅰ依次经过空气换热器(800℃～850℃)、激冷(180℃～200℃)、文丘里洗涤(≤50℃)，通过三个温度段的干法及湿法联合回收净化工艺，既能防止二噁英的二次合成又能回收不同凝固点的重金属挥发物，烟气可实现达标排放。

4、本发明通过在氯化焙烧段之后设置高温熔融段，含有不易挥发的金属氧化物热渣进入熔融段，仅需将已减量、解毒的热渣继续加热至熔融温度后激冷形成玻璃体渣，将残留的重金属固化在玻璃体中；相比直接熔融，极大降低了烟气处理量及处理成本，且熔融段烟气几乎不含污染物，消除了熔融工段的高温高氯腐蚀问题，余热利用后即可直接排放，极大提高处理效率及成本。

附图说明

图1为本发明系统构成示意图。

图2为本发明方法流程示意图。

图中：1—热解器；2—焙烧炉；3—熔融炉；4—激冷装置；5—洗涤装置；51-文丘里管；52-脱液器；6—水池；7—水泵；8—换热器；9-第一管道；91-分支管道；10-第二管道；11-第三管道。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

垃圾焚烧飞灰处理系统包括热解器1、焙烧炉2、熔融炉3、金属回收装置及换热器8。

所述的热解器1为低温热解器，低温热解器1为设置有带搅拌内构件的缺氧或无氧气氛炉，利用热源，如热烟气间接热解原始飞灰。

所述的焙烧炉2为氯化焙烧炉，所述的氯化焙烧炉2为矿物选冶领域常用的燃气式或电热式炉型，为流态化焙烧炉、多膛焙烧炉、竖炉、回转窑等炉型中的一种，或者为组合式焙烧炉，焙烧气氛为空气气氛或富氧气氛。

所述的氯化焙烧炉2可根据飞灰氯盐含量分一段式氯化焙烧装置和两段组合式氯化焙烧装置；当飞灰氯盐含量≥10wt％～20wt％时，优选一段式氯化焙烧装置；反之则优选两段组合式氯化焙烧装置，即先将飞灰在一段炉焙烧至氯化离析温度，再向二段炉添加氯化剂及调节气氛，确保氯化离析效果。

所述的熔融炉3为燃气型熔融炉或电熔融炉。

所述的低温热解器1包括热解室和加热室，加热室内的热源对热解室进行间接加热；热解室包括飞灰入口、热解气排出口及热灰出口，加热室包括热源气体入口及热源气体出口。

氯化焙烧炉2设置有燃料入口、物料入口、热渣出口及热烟气出口。

熔融炉3设置有物料入口、熔融渣出口及热烟气出口。

低温热解器1的热解气出口通过管道连入氯化焙烧炉2的燃料入口。

低温热解器1的热灰出口通过螺杆或管道与氯化焙烧炉2的物料入口相连。

氯化焙烧炉2的热渣出口通过管道与熔融炉3的物料入口连接。

所述氯化焙烧炉2的热烟气出口连接有带除灰功能的空气换热器8，换热器8的烟气出口温度为800℃～850℃。

金属回收装置包括激冷装置4、洗涤装置5、水池6、水泵7，换热器8的出口通过管道与激冷装置4连通；所述的激冷装置4为水冷，洗涤装置5为文丘里洗涤装置，水池6中的液体为碱性溶液，如NaOH、Ca(OH)₂等碱性溶液，PH值为10～12，用于金属氯化物的沉淀分离和酸性气体吸收，水泵7实现碱性液体在激冷装置4、洗涤装置5、水池6之间的循环。

垃圾焚烧原始飞灰通过低温热解器1的飞灰入口进入热解室，低温热解器1加热室内的热源对热解室内的原始飞灰进行间接加热，装置启动时所述热源可以是天然气，系统稳定后热源为热烟气Ⅱ；热解室内的原始飞灰在200℃～500℃条件下进行低温热解，得到热解气及热灰；所述热解气从低温热解器1的热解气出口排出，通过氯化焙烧炉2的燃料入口进入氯化焙烧炉2焙烧，所述热灰从低温热解器1的热灰出口排出，通过氯化焙烧炉2的物料入口进入氯化焙烧炉2焙烧，所述热解气及热灰在氯化焙烧炉2中，在800℃～1100℃的条件下焙烧10min～100min，得到热渣和热烟气I；所述热渣从氯化焙烧炉2的热渣出口排出，通过熔融炉3的物料入口进入熔融炉3，在1200℃～1450℃条件下发生高温熔融成为液态熔渣并产生热烟气II，所述液态熔渣从熔融炉3的熔融渣出口排出，液态熔渣排出后去激冷形成玻璃态渣，玻璃态渣可定期收集作为路基材料、建筑材料等使用。

在氯化焙烧炉2中，飞灰中的氯盐与金属氧化物等反应，形成金属氯化物，实现了金属从飞灰中的分离，金属氯化物富集在热烟气I中随热烟气I从氯化焙烧炉2的热烟气出口排出进入换热器8。

二噁英在800℃以上焙烧10min～100min几乎可以100％分解，因而飞灰中的二噁英在氯化焙烧炉2中全部分解为小分子化合物随热烟气I从氯化焙烧炉2的热烟气出口排出进入换热器8。

氯化焙烧炉2中产生的热烟气Ⅰ为含有金属氯化物、小分子化合物的含尘高温烟气，热烟气I从氯化焙烧炉2的热烟气出口排出，进入带除灰功能的空气换热器8，换热器8的出口通过管道连接激冷装置4，热烟气I进而进入激冷装置4。

文丘里装置5包括文丘里管51及脱液器52，文丘里管51与脱液器52连通，水泵7接入水池6，水泵7通过第一管道9连接文丘里管51，第一管道9包括分支管道91，分支管道91接入激冷装置4，分支管道91连接有喷淋头，喷淋头位于激冷装置4内部；激冷装置4上端设置有烟气排出口，所述烟气排出口通过管道连接文丘里管51，激冷装置4下端连接有第二管道10。

脱液器52上端设置有烟气排出口，下端连接有第三管道11，第三管道11中的液体流入水池6。

第二管道10接入第三管道11，因而第二管道10可以不设置阀门，在第三管道11上设置阀门控制第二管道10及第三管道11的液体排放即可。

在水泵7的作用下，水池6中的碱性溶液通过第一管道9、分支管道91及喷淋头喷入激冷装置4内部，对激冷装置4内的热烟气Ⅰ进行降温及洗涤，热烟气Ⅰ在激冷装置4内温度快速降至180℃～200℃，部分含金属氯化物的烟尘随碱性溶液流入第二管道10，然后从第二管道10流向第三管道11，从第三管道11排入水池6。

二噁英分解后的小分子化合物在270℃～500℃之间会再次合成二噁英，通过激冷装置4快速激冷，使热烟气Ⅰ在激冷装置4内温度快速降至200℃以下，防止二噁英二次合成。

热烟气Ⅰ在激冷装置4内进行降温及洗涤后，从激冷装置4上端设置的烟气排出口排出，然后通过所述烟气排出口与文丘里管51之间连接的管道，热烟气Ⅰ进入文丘里管51、进一步进入脱液器52。

在水泵7的作用下，水池6中的碱性溶液通过管道9、文丘里管51进入脱液器52；热烟气Ⅰ在脱液器52中再次通过碱性溶液进行降温及洗涤，热烟气Ⅰ在脱液器52中的温度降至50℃以下，含金属氯化物的烟尘随脱液器52中的碱性溶液流入第三管道11，从第三管道11排入水池6；热烟气Ⅰ在脱液器52中净化后，净化后的热烟气Ⅰ从脱液器52上部的烟气排出口排入大气中，因二噁英分解后的小分子化合物无毒无害，达到排放标准，热烟气Ⅰ中的小分子化合物随热烟气Ⅰ从脱液器52上部的烟气排出口排入大气中。

金属氯化物及小分子化合物已随热烟气I从氯化焙烧炉2的热烟气出口排出进入换热器8，熔融炉3中燃烧产生的热烟气II为不含金属氯化物及小分子化合物的高温烟气，热烟气II从熔融炉3的热烟气出口排出，通过管道及低温热解器1加热室的热源气体入口进入加热室，作为热源，间接加热低温热解器1热解室内的飞灰，热烟气II在低温热解器1的加热室内进行热交换后温度降低，降温后的热烟气II从低温热解器1加热室的热源气体出口排向大气中。

本发明中，回收熔融炉3排出的热烟气II的热量作为热分解阶段热解器1的热源，将原始飞灰间接预热至200℃～500℃热分解成热灰，再将200℃～500℃的热灰通入氯化焙烧炉2焙烧；如直接将原始飞灰通入氯化焙烧炉，则飞灰从常温到200℃～500℃需额外消耗天然气等燃料；本发明回收熔融炉3排出的热烟气II的热量对原始飞灰进行预热，与直接将原始飞灰通入氯化焙烧炉对比，减少了氯化焙阶段的燃料消耗。

金属氯化物在激冷装置4中通过碱性液体喷淋洗涤、在洗涤装置5中通过碱性液体洗涤，最后金属氯化物随碱性液体通过第三管道11进入盛载碱性液体的水池6中，金属氯化物与碱液通过化学反应实现金属氯化物的分离，分解出金属，金属沉淀在水池6中，进而实现了金属在水池6中的富集，富集到一定浓度后可作为冶金原料进一步回收利用。

应说明的是：本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对最后前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种垃圾焚烧飞灰处理系统，其特征在于包括热解器(1)、焙烧炉(2)、熔融炉(3)、金属回收装置及换热器(8)；

热解器(1)包括热解室和加热室，热解室包括飞灰入口、热解气排出口及热灰出口，加热室包括热源气体入口及热源气体出口；加热室中的热源对热解室中的物质进行加热；

焙烧炉(2)上设置有燃料入口、物料入口、热渣出口及热烟气出口；

熔融炉(3)上设置有物料入口、熔融渣出口及热烟气出口；

热解器(1)的热解气出口通过管道连入焙烧炉(2)的燃料入口；热解器(1)的热灰出口与焙烧炉(2)的物料入口相连；

焙烧炉(2)的热渣出口通过管道与熔融炉(3)的物料入口连接；

熔融炉(3)的热烟气出口通过管道连接热解器(1)加热室的热源气体入口；

焙烧炉(2)的热烟气出口连接换热器(8)，换热器(8)的出口连接金属回收装置。

2.如权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰处理系统，其特征在于所述的金属回收装置包括激冷装置(4)、洗涤装置(5)、水池(6)、水泵(7)及管道；

换热器(8)的出口通过管道与激冷装置(4)连通；

激冷装置(4)上端设置的烟气排出口通过管道连接洗涤装置(5)；激冷装置(4)下端连接第二管道(10)，激冷装置(4)中的液体沿第二管道(10)排入水池(6)中；

洗涤装置(5)上端设置有烟气排出口，下端连接有第三管道(11)，洗涤装置(5)中的液体沿第三管道(11)排入水池(6)中；

水泵(7)一端接入水池(6)中，另一端通过第一管道(9)连接洗涤装置(5)，管道(9)包括分支管道(91)，分支管道(91)连接激冷装置(4)。

3.如权利要求2所述的垃圾焚烧飞灰处理系统，其特征在于所述的洗涤装置(5)为文丘里洗涤装置，所述的洗涤装置(5)包括文丘里管(51)及与文丘里管(51)连接的脱液器(52)。

4.如权利要求2所述的垃圾焚烧飞灰处理系统，其特征在于所述的水池(6)中盛载的液体为碱性液体。

5.如权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰处理系统，其特征在于所述的热解器(1)为低温热解器，所述的焙烧炉(2)为氯化焙烧炉。

6.如权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰处理系统，其特征在于所述的热解器(1)的热灰出口通过螺杆或管道与焙烧炉(2)的物料入口连接。

7.一种利用权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰处理系统实现垃圾焚烧飞灰处理的方法：

将垃圾焚烧原始飞灰通入低温热解器(1)的热解室，原始飞灰在温度为200℃～500℃条件下进行低温热解，形成热灰及热解气；

将所述热灰及热解气通入氯化焙烧炉(2)，热灰及热解气在800℃～1100℃的条件下焙烧10min～100min，形成热渣和热烟气I；

所述热烟气I依次进入换热器(8)、激冷装置(4)、洗涤装置(5)后，净化后的热烟气I从洗涤装置(5)上端的烟气排出口排出；

所述热烟气Ⅰ中金属氯化物被碱溶液洗涤后排入水池(6)；

所述热渣进入熔融炉(3)，在1200℃～1450℃条件下发生高温熔融成为液态熔渣并产生热烟气II，所述液态熔渣从熔融炉(3)排出后去激冷形成玻璃态渣；

所述热烟气II通入热解器(1)的加热室，完成热交换后从热解器(1)加热室的热源气体出口排出。

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