CN114011840A - 垃圾焚烧飞灰资源化利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于垃圾焚烧飞灰资源化利用技术领域，提供了垃圾焚烧飞灰资源化利用系统，包括料场、上料系统、电炉熔融系统、余热回收系统、烟气处理系统，通过焚烧飞灰、太湖淤泥、含碳配料及其它辅料按比例由配料皮带输送至混料压球机混匀并压制成固形物。烘干后送入电炉。在电炉内，固形物在高温条件下熔融，经水淬后形成以玻璃体为主要成份的资源化产品。产生的烟气进入到烟气处理系统，烟气经过余热回收系统、烟气处理系统，达到排放指标，经引风机至烟囱排放到大气中。本发明通过太湖淤泥与焚烧飞灰配比，解决了因焚烧飞灰的高碱度，存在安全隐患等的难题；通过对融熔电炉烟气余热综合利用；通过除尘处理，避免产生新的粉尘污染。

Description

垃圾焚烧飞灰资源化利用系统

技术领域

本发明属于垃圾焚烧飞灰资源化利用技术领域，尤其涉及垃圾焚烧飞灰资源化利用系统。

背景技术

垃圾焚烧飞灰，属危废，含有大量重金属和二噁英等有害物质。目前较为常见的几种飞灰处理方式有：

1)化学处理：对飞灰的处理可以通过化学方法进行稳定化处理，通过将飞灰和一些化学药剂通过水混合，将飞灰中的重金属转化为具有较低溶解性、低毒性的物质。

2)水泥的固化：飞灰可以通过水泥、沙等物质按照规定的混合比例进行加水混合，其中部分水泥就可以使用飞灰来代替，这就是水泥固化处理方法。

3)高温处理：飞灰的高温处理目前主要是采用高温等离子体熔融技术实现飞灰玻璃化。飞灰和添加剂配伍后造粒，送入等离子体熔融炉迅速熔融。熔融过程中，飞灰中二噁英等有害物质彻底分解为小分子物质(如CO2、H2O、HCl等)，无机物(如CaO、SiO2、Al2O3等)形成玻璃液，飞灰中重金属在玻璃液冷却过程中，被固定在玻璃态渣的硅氧四面体结构中，烟气经处理后达标排放。

高温熔融处置技术是比较先进的垃圾焚烧飞灰处置技术，相对于化学处理、水泥固化和螯合剂固化而言，熔融固化的无害化程度彻底、产品稳定性高、运行费用适中、减容效果显著，同时可以实现飞灰资源化利用。但由于飞灰成份中通常CaO含量很高，即碱度很大。单独处理时对耐材的腐蚀较为严重。

因此，研发一种垃圾焚烧飞灰资源化利用技术，将飞灰与调节剂混配后融熔，最终生成85％以上玻璃体成份的资源化产品。浸出液化验均符合国家排放标准。变危废为资源，意义重大，项目可操作性强。

发明内容

本发明提供垃圾焚烧飞灰资源化利用系统，旨在解决现有技术存在的问题。

本发明是这样实现的，垃圾焚烧飞灰资源化利用系统，包括：

料场，其用于储存垃圾焚烧飞灰和辅料；

上料系统，其用于按预设比例配比混合垃圾焚烧飞灰和辅料，并输出烘干后的固形物原料；

电炉熔融系统，其用于冶炼熔化固形物原料，并将产生炉渣水淬成含有玻璃体的水泥生产原料；

余热回收系统，其用于回收所述电炉熔融系统工作时产生的烟气中所含的热量；

烟气处理系统，其用于对所述烟气进行净化处理。

优选的，所述料场采用防雨储料场；

所述辅料包括太湖淤泥、含碳原料和粘接剂。

优选的，所述上料系统包括：

飞灰料仓，其用于储存垃圾焚烧飞灰；

淤泥料仓，其用于储存太湖淤泥；

含碳辅料料仓，其用于储存含碳辅料；

粘接剂料仓，其用于储存粘接剂；

混料机，其用于混合垃圾焚烧飞灰和辅料，获得混合料；

压球机，其用于将混合料压制成预设形状和尺寸的固形物，所述固形物的抗压强度为1～2kg以上，含水量8～10％；

烘干炉，其用于烘干所述固形物；

保温料罐，其用于储存在烘干炉烘干后出炉的所述固形物；

其中，每一个料仓的出料口给料机，并配备电子秤。

优选的，所述电炉熔融系统包括熔渣电炉；

所述熔渣电路采用封闭式、液压控制、电极石墨电极型式，电炉冷却水系统采用闭路循环。

优选的，所述余热回收系统包括余热锅炉。

优选的，所述烟气处理系统包括：

旋风除尘器，其用于对烟气进行预除尘；

布袋除尘器，其设置于所述旋风除尘器的下游，并且用于烟气残余的粉尘；

干湿脱酸装置，其用于对净化烟气中的酸性气体；

脱硝装置，其采用选择性非催化还原反应系统，用于净化烟气中的垃圾焚NOX；

脱硫装置，其用于净化烟气中的SO2；

引风装置，其用于净化完成的烟气抽出，然后通过烟囱向大气排放。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过太湖淤泥与焚烧飞灰的配比，解决了因焚烧飞灰的高碱度，在高温融熔状态下易对炉体耐材腐蚀而造成炉体使用命长短、存在安全隐患等的难题。

本发明通过对融熔电炉烟气余热综合利用，大幅降低电耗等处理成本。

本发明通过旋风除尘、布袋除尘灰的循环处理，避免产生新的粉尘污染。

附图说明

图1为本发明的垃圾焚烧飞灰资源化利用系统的系统原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，对垃圾焚烧飞灰成份进行分析，同时为保证玻璃体的正常形成，通过很多次配料试验，经比对，最终选用太湖淤泥作为协同处理的最佳配料，两种物料的物性分析数据见表1。

表1原料物性分析数据

飞灰中的氧化物，按酸碱性质可以分为碱性氧化物(CaO、MgO、Fe₂O₃、CuO、TiO₂、K₂O和Na₂O等)和酸性氧化物(SiO₂、Al₂O₃等)，它们对飞灰的熔融特性、技术选择、处理效果等有重要影响。一般而言碱性氧化物则使飞灰熔点降低，而酸性氧化物通常使飞灰熔点升高增加熔融处理的难度。定义灰渣的酸碱度为灰渣中碱性氧化物与酸性化物的含量比。

根据实验验证，当四元碱度R4＝M(CaO+MgO)/M(SiO₂+Al₂O₃)≈1.0时，垃圾焚烧飞灰和太湖淤泥混合物熔融后形成了无害化玻璃体。根据表1中原料物性分析数据，焚烧飞灰与太湖淤泥的比例为1.52～1.72，即垃圾焚烧飞灰处理量100t/d，需配太湖淤泥66～58t/d。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：垃圾焚烧飞灰资源化利用系统，包括料场、上料系统、电炉熔融系统、余热回收系统、烟气处理系统。

料场采用利用适当空地，建立防雨储料场，以储存必要的垃圾焚烧飞灰、太湖淤泥、以及其他含碳原料和辅料。必要时还需设置粉碎筛分设施。每天消耗料的数量估算为垃圾焚烧飞灰约300吨，太湖淤泥(干重)195吨一般应储存7天以上。料场要配置必要的运输设施，如铲车、移动式皮带运输机、小车等，用于卸料、堆料以及将各种料送入料仓。

上料系统包括飞灰料仓、淤泥料仓、含碳辅料料仓、粘接剂料仓、混料机、压球机、烘干炉、保温料罐。

生产车间设垃圾焚烧飞灰和太湖淤泥的料仓各2座，含碳辅料和粘结剂料仓各一座。仓下接给料机(带式或螺旋)并配备电子秤配料。料仓下部的给料机将各种料按规定比例和流量分层铺到配料皮带上，用电子称测定料流量，同时控制各种料的比例。含碳辅料可以采用活性炭含碳辅料和粘接剂在所有原料的质量占比可以在5～10％。

混料机采用设1台双轴搅拌机和卧式强力混合，保证物料混合满足工艺要求。同时混料时根据需要适当添加一定量的水或粘结剂。

将混料机出来的混合料压制成一定形状和尺寸的球(块)，不论形状如何，都要求一定的强度，不致在入炉前破裂。具体要求为：在0.5m高度落下强度大于3次，抗压强度1～2kg以上，含水量8～10％。

压球机采用对辊压球机，对辊压球机是粉料造块的常用设备。其工作原理是将混匀的物料(一定成分且加入粘结剂和适量的水的粉状物料)均匀加入一对反向转动的辊子的中间空间，辊子上有规则排列的规定球槽。物料随着辊子转动在球槽中聚集并在通过两辊中线后从球槽中脱出形成料球。本项目选用中压压球机，数量：3台。单台生产能力20～24吨/小时，两用一备。

压球机下设辊筛，将粉末筛除，返回重新压球，并能保证球团粒度完整。

烘干炉采用链蓖式烘干炉，压球机压成的球团，筛除粉末(返回压球)后，经电子秤和皮带运送至振动加料机，进入链蓖式烘干炉进行烘干、升温处理，出炉后热球团直接进入保温料罐。

电炉熔融系统包括熔渣电炉。熔渣电炉主要工艺参数如下：

熔渣电炉采用封闭式(半封闭式操作)、液压控制、电极石墨电极型式，电炉冷却水系统采用闭路循环。

请参阅图1，其工作流程如下：

1)将完成烘干的保温料罐放置在转运车上，转运车在轨道上移动，并经起重机起吊至电炉炉顶求料料仓上方，料罐落座在对应料仓的炉顶料钟卸料阀上，卸料阀在料罐重力作用下打开，物料经料钟卸料阀流入保温料仓内。

2)电炉料仓热料入炉、冶炼熔化、出渣，电炉设二个出渣口，出渣口采用铜水套冷却。

3)炉渣直接水淬成玻璃体为主要成份的水泥生产原料。

4)电炉烟气采用汽化烟道输送至余热回收、利用系统。

余热回收系统是提高系统能源利用率的重要环节。本方案中烟气余热回收系统采用间壁式换热。该系统主要副产0.8MPa(G)，173℃饱和蒸汽。简述如下：

余热回收系统是由膜式壁、管束以及汽包组成的余热锅炉。在余热锅炉内部，高温烟气与锅炉热水逆向流动，800℃烟气在通过余热锅炉，降温至280℃左右。产生0.8MPa(G)，173℃的饱和蒸汽，外送出界区。

烟气处理系统包括旋风除尘器、布袋除尘器、干湿脱酸装置、脱硝装置、脱硫装置和引风装置。

烟气处理安装一套旋风除尘器，作为预除尘系统。旋风除尘器由以下部分组成：涡形进气口(带法兰)、圆筒形外壳、烟气出口(带法兰)、锥形斗(用于排出收集的粉尘)。

烟气处理安装一套布袋式除尘器，去除烟气残余的粉尘以及投加活性炭后的残渣。在布袋除尘器前投加活性炭是保证烟气即使出现汞和二噁英也能被有效去除的保安措施。在袋式过滤器内，混有残渣的气体通过滤袋。每台除尘器配备均流装置，以便烟气均匀地流过每个布袋。滤袋用全PTFE滤料制成。在滤料表面进行涂层防止滤料发生氧化腐蚀。烟气中较粗重尘粒在自重和导流板撞击下沉降至灰斗内，经除尘器下部配套的卸灰阀排出，而较细烟气粉尘被吸附在滤袋的外表面上，经过滤袋净化。清洁气体穿过滤袋，进入过滤器的清洁室(集气管或气室)，然后到过滤器出口。当压差或时间间隔达到设定值时，布袋除尘器启动清灰作业。清灰方式采用压缩空气离线清灰，压缩空气通过喷嘴向滤袋喷射，使附着在滤袋上的灰饼脱离，落入除尘器底部的灰斗。

干式除酸可以有两种方式，一种是干式反应塔，干性药剂和酸性气体在反应塔内进行反应，然后一部分未反应的药剂随气体进入除尘器内与酸进行反应。另一种是在进入除尘器前喷入干性药剂，药剂在除尘器内和酸性气体反应。除酸的药剂大多采用消石灰(Ca(OH)2)，让Ca(OH)2微粒表面直接和酸气接触，产生化学中和反应，生成无害的中性盐颗粒，在除尘器里，反应产物连同烟气中粉尘和未参加反应的吸收剂一起被捕集下来，达到净化酸性气体的目的。消石灰吸附HCl等酸性气体并起中和反应，要有一个合适温度，约140℃左右，而从余热锅炉出来的烟气温度往往高于这个温度，为增加反应塔的脱酸效率，需通过换热器或喷水调整烟气温度，一般采用喷水法来实现降温。锅炉出口温度为210℃的烟气自顶部导入喷雾塔，喷雾塔顶部导流片使烟气进入喷雾塔后形成旋转紊流流动，与布置在塔顶的旋转喷雾器喷出的石灰浆雾滴充分接触，反应生成粉末状钙盐，达到降温和脱出烟气重酸性气体的目的。旋转喷雾盘是通过高速电机带动喷雾盘旋转，在强大的离心力作用下，使吸收剂石灰浆得以充分雾化。该喷雾盘的优点是吸收剂石灰浆雾化效果好。

脱硝系统采用选择性非催化还原反应(SNCR)系统，用于减少垃圾焚烧产生的NO_X的排放，将NO_X的排放浓度控制在250mg/Nm3(参照标准状态下，含氧量为11％的干烟气换算而得)以内。本项目SNCR系统方案选用尿素作为反应物，采用模块化方式进行设计、制造，主要由还原剂循环模块、还原剂的水稀释模块、还原剂计量模块、还原剂均分模块、还原剂注入器等模块化组件构成。

引风系统通过引风机将净化过的烟气从焚烧炉处理线内抽出，然后通过烟囱向大气排放。烟气进入引风机前，为避免在冬季由于低温造成烟气中较高的水蒸汽凝结形成“白烟”，采用辅助锅炉房的热蒸汽加热烟气。引风机使整个系统保持负压。

另外，本发明还设置有公用辅助系统，公用辅助系统包括DCS控制及变配电系统、循环水系统等。工艺系统中，均采用软化水闭式循环，没有废水产生；空气作为循环流化床气化剂使用，界区来氮气主要用于系统吹扫。

经脱硫系统处理后的烟气中SO₂满足排放要求。

焚烧飞灰资源化利用的工艺流程如图1所示。焚烧飞灰、太湖淤泥、含碳配料及其它辅料按比例由配料皮带输送至混料压球机混匀并压制成球。采用链篦机将球中水份烘干后送入电炉。在电炉内，灰泥球在1400～1500℃的高温条件下熔融，经水淬后形成以玻璃体为主要成份的资源化产品。产生的烟气(800℃)进入到烟气处理系统，烟气经过余热锅炉、旋风除尘器、干式脱酸、布袋除尘器以及洗涤塔等，经烟气处理系统，达到排放指标，经引风机至烟囱排放到大气中。

综上，本发明通过太湖淤泥与焚烧飞灰的配比，解决了因焚烧飞灰的高碱度，在高温融熔状态下易对炉体耐材腐蚀而造成炉体使用命长短、存在安全隐患等的难题。

本发明通过对融熔电炉烟气余热综合利用，大幅降低电耗等处理成本。

本发明通过旋风除尘、布袋除尘灰的循环处理，避免产生新的粉尘污染。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.垃圾焚烧飞灰资源化利用系统，其特征在于：包括：

料场，其用于储存垃圾焚烧飞灰和辅料；

上料系统，其用于按预设比例配比混合垃圾焚烧飞灰和辅料，并输出烘干后的固形物原料；

电炉熔融系统，其用于冶炼熔化固形物原料，并将产生炉渣水淬成含有玻璃体的水泥生产原料；

余热回收系统，其用于回收所述电炉熔融系统工作时产生的烟气中所含的热量；

烟气处理系统，其用于对所述烟气进行净化处理。

2.如权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰资源化利用系统，其特征在于：所述料场采用防雨储料场；

所述辅料包括太湖淤泥、含碳原料和粘接剂。

3.如权利要求2所述的垃圾焚烧飞灰资源化利用系统，其特征在于：所述上料系统包括：

飞灰料仓，其用于储存垃圾焚烧飞灰；

淤泥料仓，其用于储存太湖淤泥；

含碳辅料料仓，其用于储存含碳辅料；

粘接剂料仓，其用于储存粘接剂；

混料机，其用于混合垃圾焚烧飞灰和辅料，获得混合料；

压球机，其用于将混合料压制成预设形状和尺寸的固形物，所述固形物的抗压强度为1～2kg以上，含水量8～10％；

烘干炉，其用于烘干所述固形物；

保温料罐，其用于储存在烘干炉烘干后出炉的所述固形物；

其中，每一个料仓的出料口给料机，并配备电子秤。

4.如权利要求3所述的垃圾焚烧飞灰资源化利用系统，其特征在于：所述电炉熔融系统包括熔渣电炉；

所述熔渣电路采用封闭式、液压控制、电极石墨电极型式，电炉冷却水系统采用闭路循环。

5.如权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰资源化利用系统，其特征在于：所述余热回收系统包括余热锅炉。

6.如权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰资源化利用系统，其特征在于：所述烟气处理系统包括：

旋风除尘器，其用于对烟气进行预除尘；

布袋除尘器，其设置于所述旋风除尘器的下游，并且用于烟气残余的粉尘；

干湿脱酸装置，其用于对净化烟气中的酸性气体；

脱硝装置，其采用选择性非催化还原反应系统，用于净化烟气中的垃圾焚NO_X；

脱硫装置，其用于净化烟气中的SO₂；

引风装置，其用于净化完成的烟气抽出，然后通过烟囱向大气排放。

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