CN114034047A - 一种高氯焚烧残余物氯盐和重金属协同挥发减量处理方法 - Google Patents
一种高氯焚烧残余物氯盐和重金属协同挥发减量处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种高氯焚烧残余物氯盐和重金属协同挥发减量处理方法，包括（1）将高氯焚烧残余物和辅料混合搅拌送入回转窑；（2）通过调节窑内焚烧温度、窑体旋转速度、物料在窑内的停留时间等参数，实现粉体自颗粒化；（3）物料由窑尾低温段向窑头高温段移动过程中，融熔体呈现融熔晶核、半融熔层和粉体层结构，使重金属和氯盐的挥发不断保持在融熔体表层；（4）解毒彻底的融熔体排出回转窑；（5）烟气由窑尾引风机及时带向窑尾，经烟气处理系统处理达标后排入大气。本工艺相对于先造粒后烧结的处理方式，重金属氯盐的挥发路径由数厘米级降为百微米级，极大地促进了易挥发性重金属和氯盐的挥发，同时提高了融熔效率。配合风机调速及时将高重金属高氯烟气排出回转窑，促进后续氯盐挥发。
Description
技术领域
本技术涉及高氯焚烧残余物尤其是生活垃圾焚烧飞灰的减量化、资源化处理技术，属于危险废物处理处置技术领域。
背景技术
垃圾焚烧过程会产生3～15%的垃圾焚烧飞灰，其中含有较高浓度的重金属、二噁英类持久性有机污染物以及大量的盐类，对环境及人类健康造成了严重的危害，被列为危险废物。现有的垃圾焚烧飞灰高温处理技术大多为添加/不添加固化剂/重金属稳定剂，通过高温烧结将重金属固化在烧结产物中，从而降低烧结体的重金属浸出率，以达到无害化的目的。
近几年对于将飞灰中的重金属通过氯化挥发原理进行分离回收的技术也有较多研究，如申请人的发明专利《一种垃圾焚烧飞灰烧结无害化资源化处理系统》（专利号：201310460137.0）是在垃圾焚烧飞灰中添加预混煤和辅料混合造粒，通过烧结使烧结体产生气孔和孔洞，以利于重金属挥发。申请人的另两篇发明专利《一种垃圾焚烧飞灰烧结减量化处理技术》（专利号：201410324537.3）、《一种垃圾焚烧飞灰分级煅烧减量化处理技术》（专利号：201410324374.9）将垃圾焚烧飞灰和脱氯助熔剂搅拌混合均匀形成烧结坯体，送至造粒机压制成型，烧结坯体在高温环境下进行烧结，在脱氯助熔剂作用下重金属、氯盐大量挥发进入烟气。上海煌工环保科技有限公司丁玉静等的发明专利《一种生活垃圾焚烧飞灰资源化利用配套系统》（申请号：201810044974.8）将飞灰与辅料进行混合压块后形成块状物料送入熔融装置中进行熔融, 熔融过程中形成的携带金属氯化物的高温烟气送入盐回收装置中由气态转化为固态被收集。北京大学深圳研究生院孔丝纺等的发明专利《一种由垃圾焚烧飞灰制备的磁性生物陶粒及其制备方法》（申请号：201410717317.7）生活垃圾焚烧飞灰在含氯气化剂存在的条件下，重金属氯化物在800～1000℃高温焙烧下挥发，收集以回收利用。
上述专利技术大多需要添加含氯/脱氯辅料来促进重金属挥发，且在高温处理前需将原料混合后造粒或压块，导致烧结体内部重金属挥发的路径长、阻力大。最新发布的行业标准《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范（试行）》（HJ 1134—2020）对飞灰处理产物的可溶性氯含量提出了更高的要求：“处理产物（高温处理产物、水洗后飞灰等）中可溶性氯含量应不超过 2%，以不高于 1%为宜”。因此，随着行业标准要求提高，飞灰处理技术必须在促进重金属和氯盐挥发、净化烧结基质上进行研发升级。
发明内容
本发明的目的在于针对上述飞灰处理技术的不足，提出一种飞灰等高氯焚烧残余物氯盐和重金属协同挥发减量技术。该技术适用于采用回转型焚烧炉处理固体废物，将粉状物料加入回转型焚烧炉，采用窑体内加热方式使窑内表面粉体先熔融形成晶核，随窑体旋转滚动，融熔晶核粘结下层粉体，表面继续融熔、粘结，同时重金属氯化物在表面粉体融熔过程中挥发进入烟气，通过这种类似“滚元宵”的方式颗粒不断增大，解毒充分后排出炉体，本处理技术可将重金属和氯盐挥发路径由数厘米级（造粒）缩短至百微米级，极大地促进了易挥发性重金属和氯盐的挥发。
本发明通过以下步骤实现：
（1）将高氯焚烧残余物和辅料搅拌混合均匀后，由输送机上料，经回转窑窑尾进料口进入回转窑。
所述高氯焚烧残余物为：生活垃圾焚烧飞灰、浓缩灰，或其他含氯量高于5%的焚烧残余物粉体中的一种或几种，且掺量≥75%。
所述辅料为：膨润土、高岭土、含铅废物、废玻璃粉中的一种或几种。
所述回转窑优选为密闭熔渣式回转窑。
（2）回转窑窑体成倾斜角度，在电机驱动下绕中心线360°旋转，窑头设有燃烧器向窑内喷射火焰，控制窑内焚烧温度为1200~1350℃、窑体旋转速度为0.5～3r/min、物料在窑内的停留时间为30~60min；
所述窑体倾斜角度为3°~5°，且窑尾为高端。
（3）物料由窑尾低温段向窑头高温段移动过程中，表层物料先融熔成为晶核，随窑体旋转滚动，融熔晶核粘结下层粉体，表面继续融熔、粘结下层粉体，融熔体在粉体自颗粒化过程中呈现融熔晶核、半融熔层和粉体层结构，使重金属和氯盐的挥发不断保持在融熔体表层。
（4）物料在向窑头移动过程中逐渐由下层粉料层转变为上层粒料层，最后解毒彻底的粒料层融熔体由窑头排出，经溜槽进入冷却机冷却后存储。
（5）回转窑产生的烟气与物料流向相反，且含有大量的重金属氯盐，烟气由窑尾引风机及时带向窑尾，经烟气处理系统回收重金属氯盐并处理达标后排入大气。
所述窑尾引风机风量为20~40m3/min，风压为35~55 kPa。
本发明的有益效果：
本发明采用窑体内加热方式，通过调节窑内焚烧温度、窑体旋转速度、物料在窑内的停留时间等参数，使窑内表面粉体先熔融形成晶核，随窑体旋转滚动，融熔晶核粘结下层粉体，表面继续融熔、粘结，在高温处置过程中实现了粉体自颗粒化。在粉体自颗粒化的同时重金属氯化物不断在颗粒表面挥发进入烟气，相对于先造粒后烧结的处理方式，重金属氯盐的挥发路径由数厘米级降为百微米级，极大地促进了易挥发性重金属和氯盐的挥发，同时提高了融熔效率。通过风机调速在保证融熔所需足够热量的前提下，及时将高重金属高氯的烟气排出回转窑，促进后续窑内物料重金属氯盐的挥发，同时避免氯盐腐蚀窑炉。
附图说明
图1 是高氯焚烧残余物氯盐和重金属协同挥发减量处理工艺流程图；
1-搅拌机，2-烟气处理系统，3-输送机，4-窑尾进料口，5-窑尾引风机，6-窑体，7-电机，8-窑头，9-燃烧器，10-溜槽，11-冷却机；
图2 是融熔体自颗粒化过程侧剖结构示意图；
1-融熔晶核，2-半融熔层，3-粉体层。
具体实施例
实施例1
（1）将生活垃圾焚烧飞灰与废玻璃粉搅拌混合均匀，其中生活垃圾焚烧飞灰含量为80%，混合料由输送机上料，逆向熔渣式回转窑窑尾进料口处料门打开，物料由推料器推入回转窑。
（2）回转窑窑体向窑尾呈向上3°倾斜，在电机驱动下绕中心线360°旋转，窑头设有燃烧器向窑内喷射火焰，窑内焚烧温度设为1250℃、窑体旋转速度为1r/min、物料在窑内的停留时间约为50min。
（3）物料由窑尾低温段向窑头高温段移动过程中，表层物料先融熔成为晶核，随窑体旋转滚动，融熔晶核粘结下层粉体，表面继续融熔、粘结下层粉体，融熔体在粉体自颗粒化过程中呈现融熔晶核、半融熔层和粉体层结构，使重金属和氯盐的挥发不断保持在融熔体表层。
（4）物料在向窑头移动过程中逐渐由下层粉料层转变为上层粒料层，最后解毒彻底的粒料层融熔体由窑头排出，经溜槽进入冷却机冷却后存储。
（5）回转窑产生的烟气与物料流向相反，且含有大量的重金属氯盐，窑尾引风机风量为33m3/min，风压为39.2 kPa。将烟气及时带向窑尾，经烟气处理系统回收重金属氯盐并处理达标后排入大气。
表1 混合原料与烧结体中重金属含量对比表
| 重金属种类 | 混合原料中元素含量 | 烧结体中元素含量 | 残留率% |
| Pb（mg/kg） | 800.20 | 56.24 | 7.03 |
| Cd（mg/kg） | 134.97 | 4.59 | 3.40 |
| Zn（mg/kg） | 4808.67 | 295.51 | 6.15 |
| Cu（mg/kg） | 415.33 | 105.12 | 25.31 |
| Cl （%） | 28.87 | 0.93 | 3.22 |
表1为上述工艺技术及参数下的混合原料与烧结体中重金属含量表，易挥发性重金属Pb、Cd残留率均低于10%，中等挥发性重金属Zn由于玻璃粉的促挥发作用在1250℃下残留率低至6.15%，中等挥发性重金属Cu残留率为25.31%，烧结体中氯含量低于1%，符合《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范（试行）》（HJ 1134—2020）的要求，可见此工艺对烧结体中重金属和氯的解毒效果十分明显，。
实施例2
（1）将生活垃圾焚烧飞灰和膨润土搅拌混合均匀，其中生活垃圾焚烧飞灰含量为85%，混合料由输送机上料，逆向熔渣式回转窑窑尾进料口处料门打开，物料由推料器推入回转窑。
（2）回转窑窑体向窑尾呈向上3°倾斜，在电机驱动下绕中心线360°旋转，窑头设有燃烧器向窑内喷射火焰，控制窑内焚烧温度为1350℃、窑体旋转速度为2.5r/min、物料在窑内的停留时间为35min。
（3）物料由窑尾低温段向窑头高温段移动过程中，表层物料先融熔成为晶核，随窑体旋转滚动，融熔晶核粘结下层粉体，表面继续融熔、粘结下层粉体，融熔体在粉体自颗粒化过程中呈现融熔晶核、半融熔层和粉体层结构，使重金属和氯盐的挥发不断保持在融熔体表层。
（4）物料在向窑头移动过程中逐渐由下层粉料层转变为上层粒料层，最后解毒彻底的粒料层融熔体由窑头排出，经溜槽进入冷却机冷却后存储。
（5）回转窑产生的烟气与物料流向相反，且含有大量的重金属氯盐，窑尾引风及风量为22m3/min，风压为49.2 kPa，将烟气及时鼓向窑尾，经烟气处理系统回收重金属氯盐并处理达标后排入大气。
表2 混合原料与烧结体中重金属含量对比表
| 重金属种类 | 混合原料中元素含量 | 烧结体中元素含量 | 残留率% |
| Pb（mg/kg） | 763.20 | 48.13 | 6.31 |
| Cd（mg/kg） | 132.23 | 3.12 | 2.36 |
| Zn（mg/kg） | 4745.33 | 664.25 | 14.00 |
| Cu（mg/kg） | 365.17 | 54.65 | 14.96 |
| Cl （%） | 28.87 | 0.82 | 2.84 |
表2为上述工艺技术及参数下的混合原料与烧结体中重金属含量表，易挥发性重金属Pb、Cd残留率均低于10%，中等挥发性重金属Cu由于膨润土的促挥发作用并在1350℃下残留率相比实施例1有所降低，中等挥发性重金属Zn残留率为14.00%，烧结体氯含量低于1%，符合《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范（试行）》（HJ 1134—2020）的要求，可见此工艺对烧结体中重金属和氯的解毒效果十分明显。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高氯焚烧残余物氯盐和重金属协同挥发减量处理方法，其步骤为：
（1）将高氯焚烧残余物和辅料搅拌混合均匀后，由输送机上料，经回转窑窑尾进料口进入回转窑；
（2）回转窑窑体成倾斜角度，在电机驱动下绕中心线360°旋转，窑头设有燃烧器向窑内喷射火焰，控制窑内焚烧温度为1200~1350℃、窑体旋转速度为0.5～3r/min、物料在窑内的停留时间为30~60min；
（3）物料由窑尾低温段向窑头高温段移动过程中，表层物料先融熔成为晶核，随窑体旋转滚动，融熔晶核粘结下层粉体，表面继续融熔、粘结下层粉体，融熔体在粉体自颗粒化过程中呈现融熔晶核、半融熔层和粉体层结构，使重金属和氯盐的挥发不断保持在融熔体表层；
（4）物料在向窑头移动过程中逐渐由下层粉料层转变为上层粒料层，最后解毒彻底的粒料层融熔体由窑头排出，经溜槽进入冷却机冷却后存储；
（5）回转窑产生的烟气与物料流向相反，且含有大量的重金属氯盐，烟气由窑尾引风机及时带向窑尾，经烟气处理系统回收重金属氯盐并处理达标后排入大气。
2.根据权利要求1所述的一种高氯焚烧残余物氯盐和重金属协同挥发减量处理方法，其特征为：所述高氯焚烧残余物为生活垃圾焚烧飞灰、浓缩灰，或其他含氯量高于5%的焚烧残余物粉体中的一种或几种，且掺量≥75%。
3.根据权利要求1所述的一种高氯焚烧残余物氯盐和重金属协同挥发减量处理方法，其特征为：所述辅料为膨润土、高岭土、含铅废物、废玻璃粉中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种高氯焚烧残余物氯盐和重金属协同挥发减量处理方法，其特征为：所述回转窑优选为密闭熔渣式回转窑。
5.根据权利要求1所述的一种高氯焚烧残余物氯盐和重金属协同挥发减量处理方法，其特征为：所述窑体倾斜角度为3°~5°，且窑尾为高端。
6.根据权利要求1所述的一种高氯焚烧残余物氯盐和重金属协同挥发减量处理方法，其特征为：所述窑尾引风机风量为20~40m3/min，风压为35~55 kPa。
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