CN113814259A

CN113814259A - 一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置和方法

Info

Publication number: CN113814259A
Application number: CN202111138209.0A
Authority: CN
Inventors: 赵星磊; 陆胜勇; 彭亚旗; 张成博; 李晓东; 丁佳敏; 李斌; 陆懿铭
Original assignee: Zhejiang Jinglan Environmental Protection Technology Co ltd; Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang Jinglan Low Carbon Technology Co ltd
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2041-09-27
Also published as: CN116921398A; CN113814259B

Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置，垃圾焚烧飞灰二噁英处理领域。所述低温降解装置包括第一加热炉和第二加热炉，分别对飞灰进行第一热解和第二热解，并用所述第二热解的温度高于所述第一热解的温度。该装置结构简单，仅包括两级加热炉，且两级加热炉上下结构布置使得热量充分利用，成本低。本发明的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解方法，采用两级加热炉，既能保证飞灰固相中二噁英的降解，又能使气相脱附的二噁英及有机污染物气体在第二级螺旋加热炉中充分降解，效率高且操作简单，具有较高的经济性。

Description

一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置和方法

技术领域

本发明属于垃圾焚烧飞灰二噁英处理领域，具体地，涉及一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置和方法。

背景技术

根据中国统计年鉴，早在2017年我国城市生活垃圾清运量高达21520万吨，相比2016年增长5.69％，生活垃圾无害化处理率达到97.7％，在2011-2017年的5年时间内，垃圾焚烧年处理量从2599万吨/年显著增加到8463万吨/年。垃圾焚烧处置比率还将持续上升，随着在建和拟建规模不断扩大，在解决“垃圾围城”问题的同时，带来的飞灰问题不容忽视。由于飞灰中含有易浸出重金属和痕量持久性有机污染物二噁英，我国将飞灰列入《国家危险废物名录》，属于HW18类危废，如不对其进行有效处理，会对大气造成空气污染，对人类造成不利影响，制约垃圾焚烧发电的发展。

飞灰的无害化处置技术可以粗略地分为热处置和非热处置技术，其中，热处置技术主要包括烧结、熔融玻璃化、低温热处置、水热法处置、超临界水氧化；非热处置方法包括水泥固化、药剂稳定化、生物/化学浸提、机械化学法处置。其中，飞灰的热处置技术被认为是降解飞灰中二噁英最好的办法之一。低温热处置是指利用比传统热处置低很多的温度来对飞灰中的二噁英进行降解的飞灰无害化处置技术。在氧化性气氛中，飞灰在600℃的条件下处置2小时可以实现95％以上二噁英的降解；然而，在惰性气氛中，飞灰在300℃的条件下处置2小时就可获得二噁英90％的降解率。

为防治环境污染，改善生态环境质量，规范和指导生活垃圾焚烧飞灰的环境管理，国家生态环境部发布《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》(HJ1134-2020)，针对目前垃圾焚烧飞灰处置方式制定了更为详细的规范与标准。其中，低温热分解、高温烧结和高温熔融等飞灰处理工艺应满足以下要求：应控制飞灰处理产物中二噁英残留的总量应不超过50ng-TEQ/kg(以飞灰干重计)；重金属浸出浓度不超过GB 8978中规定的最高允许排放浓度值；可溶性氯含量不超过2％，以不超过1％为宜。

中国专利申请CN 105126606 A公开了一种低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，将飞灰输送至低温热解装置在非氧化气氛中100～350℃热解10～60min，产生热解混合物。将混合物输送至催化降解装置，催化剂主要采用含钛、钨或钒，在氧化气氛中100～400℃降解300秒。该方法需要调配非氧化气氛热解及催化氧化分解对飞灰中挥发性有机物的降解作用，操作复杂；催化降解过程中催化剂易中毒且成本较高；该方法处理后的飞灰仍然进行填满处置，不能满足飞灰资源化利用的条件，经济性较差。

发明内容

为了解决目前飞灰低温热分解技术反应效率低，采用催化剂催化降解尾气污染物的工艺复杂、催化剂易中毒、成本较高的技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置，包括：

第一加热炉，用于接受飞灰输入，并用于对所述飞灰进行第一热解产生烟气，从而输出第一烟气和飞灰混合物；

第二加热炉，与所述第一加热炉连接，用于接收所述第一烟气和飞灰混合物，并用于对所述第一烟气和飞灰混合物进行第二热解，并用于输出第二烟气和飞灰混合物，

其中，所述第一热解的温度为200～300℃，所述第二热解的温度为250～400℃，且所述第二热解的温度高于所述第一热解的温度。

在本发明的一些实施方案中，所述第一热解的温度为200～250℃，所述第二热解的温度为300～400℃。在本发明的一些优选实施方案中，所述第一热解的温度为250℃，所述第二热解的温度为350℃。

在本发明的一些实施方案中，所述第一热解的时间为10-60min，优选地，所述第一热解的时间为30min。

在本发明的一些实施方案中，所述第二热解的时间为10-60min，优选地，所述第二热解的时间为30min。

在本发明中，在所述第一热解和/或所述第二热解过程中，需要控制氧气体积含量不超过0.5％，防止二噁英在氧气条件下大量生产。为此，在本发明的一些实施方案中，所述第一加热炉还用于接受氮气输入，并用于将氮气与所述第一烟气和飞灰混合物一起输出至所述第二加热炉。进一步地，氮气流速为2～4cm/s，氮气作为载气和热解飞灰产生的烟气由第一加热炉流入第二加热炉，最后排出。

在本发明的一些实施方案中，所述第一加热炉和所述第二加热炉均为螺旋加热炉，由此，飞灰在所述第一加热炉和所述第二加热炉中由螺旋杆推进。

在本发明的一些实施方案中，所述低温降解装置进一步包括燃烧器，所述燃烧器用于接收可燃烧气体输入并将可燃烧气体燃烧释放的热量供给所述第一加热炉和所述第二加热炉。在本发明的一些优选实施方案中，所述可燃烧气体为天然气。

在本发明的一些优选实施方案中，所述第一加热炉和第二加热炉由同一个燃烧器供热，进一步地，所述第一加热炉在所述第二加热炉上方，所述燃烧器在所述第二加热炉下方，由此可保证第一加热炉温度低于第二加热炉温度，并且使得热量充分利用，降低成本。

在本发明的一些实施方案中，所述低温降解装置进一步包括飞灰储仓，与所述第一加热炉连接，用于接收飞灰并用于将所述飞灰输出至所述第一加热炉。

在本发明的一些实施方案中，所述低温降解装置进一步包括搅拌釜，所述搅拌釜与所述第一加热炉连接，用于将不同二噁英浓度的飞灰混合并输出至所述第一加热炉。在本发明的一些实施方案中，可选择不同浓度的飞灰进行混合，并使得混合后的飞灰二噁英平均毒性当量浓度为400～500ng-TEQ/kg。通过对不同二噁英浓度的飞灰进行混合，可以保证处理不同二噁英浓度的飞灰的稳定性，降低热解设备的操作难度。

在本发明的一些实施方案中，所述低温降解装置进一步包括除尘器，所述除尘器与所述第二加热炉连接，用于接收所述第二烟气和飞灰混合物并收集飞灰颗粒。在本发明的一些实施方案中，所述除尘器还与所述搅拌釜连接，用于将收集到的飞灰颗粒重新输送至所述搅拌釜。优选地，所述除尘器为陶瓷管除尘器。

在本发明的一些实施方案中，所述低温降解装置进一步包括冷却器，所述冷却器与除尘器连接，用于接收所述除尘器输出的烟气并进行冷却，冷却后的烟气即尾气可直接排放于大气中，或进行回收进一步进行处理。

在本发明的一些实施方案中，所述低温降解装置进一步包括水洗罐，与所述除尘器连接，用于将经所述第一加热炉和所述第二加热炉处理并由所述除尘器收集的飞灰进行水洗。在本发明的一些具体实施方案中，所述水洗中，液固比为5L/kg，搅拌30min；冷却过程产生的水蒸气由水洗罐顶部水冷壁冷却凝结回流。

在本发明的一些实施方案中，所述低温降解装置进一步包括固液分离器，与所述水洗罐连接，用于将水洗罐中输出的水洗液进行固液分离，固液分离后得到的水洗废水可以进行蒸发结晶得到氯盐，固液分离后的飞灰泥可以进行免烧砖制作、用作混凝土混合料等，对飞灰进行资源化利用，具有较高的经济性。

本发明第二方面提供一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解方法，包括利用本发明第一方面任一所述的低温降解装置对垃圾焚烧飞灰进行低温降解的步骤。

本发明第三方面提供另一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解方法，包括以下步骤：

S1，将飞灰进行第一热解产生烟气，形成第一烟气和飞灰混合物；

S2，将步骤S1得到的所述第一烟气和飞灰混合物进行第二热解，形成第二烟气和飞灰混合物，

其中，所述第一热解的温度为200～300℃，所述第二热解的温度为250～350℃，且所述第二热解的温度高于所述第一热解的温度。

在本发明中，在所述第一热解和/或所述第二热解过程中，需要控制氧气体积含量不超过0.5％，防止二噁英在氧气条件下大量生产。为此，在本发明的一些实施方案中，所述第一热解和所述第二热解在氮气氛围中完成。

在本发明的一些实施方案中，在步骤S1之前，进一步包括将不同二噁英浓度的飞灰混合的步骤。在本发明的一些实施方案中，可选择不同浓度的飞灰进行混合，并使得混合后的飞灰二噁英平均毒性当量浓度为400～500ng-TEQ/kg。

在本发明的一些实施方案中，所述方法进一步包括：将所述第二烟气和飞灰混合物中的飞灰收集，并重新利用步骤S1进行第一热解。

本发明的有益效果

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明通过两级加热炉降解飞灰中的二噁英，经热解后的飞灰进行水洗，对水洗混合物进行板框压滤或者螺旋离心等方式固液分离，得到的水洗废水可以进行蒸发结晶得到氯盐，水洗后的飞灰泥可溶性氯含量小于1％，可以进行免烧砖制作、用作混凝土混合料等，对飞灰进行资源化利用，具有较高的经济性。

本发明的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解结构简单，仅包括两级加热炉，且两级加热炉上下结构布置使得热量充分利用，成本低。

本发明的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解方法，采用两级加热炉，既能保证飞灰固相中二噁英的降解，又能使气相脱附的二噁英及有机污染物气体在第二级螺旋加热炉中充分降解，效率高且操作简单，具有较高的经济性。

本发明的垃圾焚烧飞灰中的二噁英的低温降解方法，将高毒性的飞灰和低毒性的飞灰按照一定配比预先混合，极大提高了高毒性飞灰的二噁英的降解效率，提高了热解装置的利用效率。

附图说明

图1示出了本发明实施例3中的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置的示意图。

图2示出了本发明实施例4中的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置的示意图。

图3示出了本发明实施例5中的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置的示意图。

图4示出了本发明实施例6中的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置的示意图。

图5示出了本发明实施例3中的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置的示意图。

具体实施方式

除非另有说明、从上下文暗示或属于现有技术的惯例，否则本申请中所有的份数和百分比都基于重量，且所用的测试和表征方法都是与本申请的提交日期同步的。在适用的情况下，本申请中涉及的任何专利、专利申请或公开的内容全部结合于此作为参考，且其等价的同族专利也引入作为参考，特别这些文献所披露的关于本领域中的合成技术、产物和加工设计、聚合物、共聚单体、引发剂或催化剂等的定义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。

本申请中的数字范围是近似值，因此除非另有说明，否则其可包括范围以外的数值。数值范围包括以1个单位增加的从下限值到上限值的所有数值，条件是在任意较低值与任意较高值之间存在至少2个单位的间隔。例如，如果记载组分、物理或其它性质(如分子量，熔体指数等)是100至1000，意味着明确列举了所有的单个数值，例如100，101，102等，以及所有的子范围，例如100到166，155到170，198到200等。对于包含小于1的数值或者包含大于1的分数(例如1.1，1.5等)的范围，则适当地将1个单位看作0.0001，0.001，0.01或者0.1。对于包含小于10(例如1到5)的个位数的范围，通常将1个单位看作0.1。这些仅仅是想要表达的内容的具体示例，并且所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能的组合都被认为清楚记载在本申请中。

关于化学化合物使用时，除非明确地说明，否则单数包括所有的异构形式，反之亦然(例如，“己烷”单独地或共同地包括己烷的全部异构体)。另外，除非明确地说明，否则用“一个”，“一种”或“该”形容的名词也包括其复数形式。

术语“包含”，“包括”，“具有”以及它们的派生词不排除任何其它的组分、步骤或过程的存在，且与这些其它的组分、步骤或过程是否在本申请中披露无关。为消除任何疑问，除非明确说明，否则本申请中所有使用术语“包含”，“包括”，或“具有”的组合物可以包含任何附加的添加剂、辅料或化合物。相反，出来对操作性能所必要的那些，术语“基本上由……组成”将任何其他组分、步骤或过程排除在任何该术语下文叙述的范围之外。术语“由……组成”不包括未具体描述或列出的任何组分、步骤或过程。除非明确说明，否则术语“或”指列出的单独成员或其任何组合。

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例

以下例子在此用于示范本发明的优选实施方案。本领域内的技术人员会明白，下述例子中披露的技术代表发明人发现的可以用于实施本发明的技术，因此可以视为实施本发明的优选方案。但是本领域内的技术人员根据本说明书应该明白，这里所公开的特定实施例可以做很多修改，仍然能得到相同的或者类似的结果，而非背离本发明的精神或范围。

除非另有定义，所有在此使用的技术和科学的术语，和本发明所属领域内的技术人员所通常理解的意思相同，在此公开引用及他们引用的材料都将以引用的方式被并入。

那些本领域内的技术人员将意识到或者通过常规试验就能了解许多这里所描述的发明的特定实施方案的许多等同技术。这些等同将被包含在权利要求书中。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的仪器设备，如无特殊说明，均为实验室常规仪器设备；下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。

实施例1

某垃圾焚烧飞灰中二噁英毒性当量浓度为848.34ng-TEQ/kg，按照低温热解处理的方法，在氮气条件下，取4.0g飞灰，用管式炉在250℃热解60min，检测残留飞灰中二噁英毒性当量浓度为124.62ng-TEQ/kg，气相脱附二噁英毒性当量浓度为23.65ng-TEQ/kg，二噁英降解率为85.31％；在350℃热解60min，检测残留飞灰中二噁英毒性当量浓度为65.12ng-TEQ/kg，气相脱附二噁英毒性当量浓度为32.99ng-TEQ/kg，二噁英降解率为96.11％。

实施例2

某垃圾焚烧飞灰中二噁英毒性当量浓度为427.24ng-TEQ/kg，按照低温热解处理的方法，在氮气条件下，取4.0g飞灰，用管式炉灰在350℃热解60min后，在氮气氛围中，直接浸入去离子水中，进行第一级水洗，水洗液固比10mL/g，设定水洗时间为30min，在恒温磁力搅拌器上进行，转子转速为1000r/min，水浴温度为25℃。通过离心分离和真空抽滤进行固液分离；并进行二次水洗；将水洗分离后的飞灰固体置于105℃的烘箱中干燥24小时。水洗飞灰质量损失：由4.0g减少为2.137g，XRF检测结果显示：飞灰中可溶性氯盐大量去除，水洗飞灰氯含量由21.14w％降低为1.56w％，去除率达92.6％；检测飞灰固体中残留二噁英的毒性当量浓度为11.63ng-TEQ/kg，符合《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》。

实施例3

本实施例提供一种包括二级加热炉的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置，如图1所示，包括：

第一加热炉，用于接受飞灰输入，并用于对飞灰进行第一热解产生烟气，从而输出第一烟气和飞灰混合物；

第二加热炉，与第一加热炉连接，用于接收第一烟气和飞灰混合物，并用于对该第一烟气和飞灰混合物进行第二热解，并用于输出第二烟气和飞灰混合物。

在使用时，第一热解的温度为200℃，第二热解的温度为250℃。

利用本实施例的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置对飞灰进行处理，可显著降低飞灰中二噁英的浓度。

实施例4

本实施例提供对实施例3的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置进行改进后的装置，如图2所示，该装置进一步包括燃烧器，该燃烧器用于接收可燃烧气体输入并将可燃烧气体燃烧释放的热量供给第一加热炉和第二加热炉。

在本实施例中，第一加热炉和第二加热炉均由该燃烧器供热，并且第一加热炉在第二加热炉上方，燃烧器在第二加热炉下方，由此可保证第一加热炉温度低于第二加热炉温度，并且使得热量充分利用，成本降低。

实施例5

本实施例提供对实施例4的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置进行改进后的装置，如图3所示，该装置进一步包括多个飞灰储仓(飞灰储仓1——飞灰储仓n)，用于分别接收具有不同二噁英浓度的n种飞灰。

该低温降解装置还包括搅拌釜，与上述多个飞灰储仓连接并与第一加热炉连接，用于将上述n种飞灰混合并输出至第一加热炉。

在使用时，选择不同浓度的飞灰进行混合，并使得混合后的飞灰二噁英平均毒性当量浓度为400～500ng-TEQ/kg。通过对不同二噁英浓度的飞灰进行混合，可以保证处理不同二噁英浓度的飞灰的稳定性，降低热解设备的操作难度。

实施例6

本实施例提供对实施例5的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置进行改进后的装置，如图4所示，该装置进一步包括除尘器，该除尘器与第二加热炉连接，用于接收第二烟气和飞灰混合物并收集飞灰颗粒。

进一步改进，该装置还包括冷却器，冷却器与除尘器连接，用于接收除尘器输出的烟气并进行冷却，冷却后的烟气即尾气可直接排放于大气中，或进行回收进一步进行处理。

在该实施例中，除尘器还与搅拌釜连接，用于将收集到的飞灰颗粒重新输送至搅拌釜。

实施例7

本实施例提供对实施例6的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置进行改进后的装置，如图5所示，该装置进一步包括水洗罐，与除尘器连接，用于将经第一加热炉和第二加热炉处理并由除尘器收集的飞灰进行水洗。

在使用时，利用水洗罐进行水洗时，液固比为5L/kg，搅拌30min；冷却过程产生的水蒸气由水洗罐顶部水冷壁冷却凝结回流。

该装置进一步包括固液分离器——板框压滤器，与水洗罐连接，用于将水洗罐中输出的水洗液进行固液分离，固液分离后得到的水洗废水可以进行蒸发结晶得到氯盐，固液分离后的飞灰泥可以进行免烧砖制作、用作混凝土混合料等，对飞灰进行资源化利用，具有较高的经济性。

实施例8

本实施例利用实施例7的垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置对飞灰中的二噁英进行低温降解处理。

两种垃圾焚烧飞灰中二噁英毒性当量浓度分别为96.04ng-TEQ/kg和897ng-TEQ/kg，首先将两种飞灰各1t输送至搅拌釜进行混合，混合后的飞灰中二噁英毒性当量浓度为496.52ng-TEQ/kg；混合后的飞灰以250kg/h的流量输送至第一加热炉并进一步经第一加热炉输送至第二加热炉(第一加热炉和第二加热炉均为螺旋加热炉)，在氮气流速为2cm/s条件下，进行热解，第一级螺旋加热炉250℃热解30min，第二级螺旋加热炉350℃热解30min，热解后的飞灰经陶瓷管除尘器收集，并以250kg/h质量流量通入水洗罐进行水洗，耗水量为1.3～1.5t/h，仅进行一级水洗，用板框压滤机进行固液分离，得到飞灰泥后进行自然蒸发48小时后，将飞灰烘干破碎，得检测飞灰固体中残留二噁英的毒性当量浓度为16.76ng-TEQ/kg，降解率达到96.62％，降解效果显著。水洗飞灰质量损失：由2000kg减少为1358kg，XRF检测结果显示：飞灰中可溶性氯盐大量去除，水洗飞灰氯含量由平均18.26w％降低为0.65w％，去除率达96.4％。

在该实施例中将两种不同二噁英浓度的飞灰混合后再热解，高毒性的飞灰二噁英降解效果得到显著提升，提高了装置的使用效率，且减少了能耗。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置，其特征在于，所述第一加热炉还用于接受氮气输入，并用于将氮气与所述第一烟气和飞灰混合物一起输出至所述第二加热炉。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置，其特征在于，所述第一加热炉和所述第二加热炉均为螺旋加热炉。

4.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置，其特征在于，进一步包括：

燃烧器，用于接收可燃烧气体输入并将可燃烧气体燃烧释放的热量供给所述第一加热炉和所述第二加热炉。

5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置，其特征在于，进一步包括：

飞灰储仓，与所述第一加热炉连接，用于接收飞灰并用于将所述飞灰输出至所述第一加热炉。

6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置，其特征在于，进一步包括：

搅拌釜，与所述第一加热炉连接，用于将不同二噁英浓度的飞灰混合并输出至所述第一加热炉。

7.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置，其特征在于，进一步包括：

除尘器，与所述第二加热炉连接，用于接收所述第二烟气和飞灰混合物并收集飞灰颗粒。

8.一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解方法，其特征在于，包括利用权利要求1-7任一所述的一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解装置对垃圾焚烧飞灰进行低温降解的步骤。

9.一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种垃圾焚烧飞灰中二噁英的低温降解方法，其特征在于，在步骤S1之前，进一步包括将不同二噁英浓度的飞灰混合的步骤。