CN114309018A - 一种高效连续飞灰处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种高效连续飞灰处理系统及方法。所述高效连续飞灰处理系统包括返混式热解反应器、预热器、进料仓、混料仓、气体净化系统、成品仓；其中，返混式热解反应器设置有反应器主体、进料口、出料口以及和出料口连通的振筛器，振筛器下方设置有链板输送机；进料仓设置有飞灰料仓和热载体储仓；气体净化系统设置有依次连接的旋风除尘器、活性炭吸附器、布袋除尘器、引风机、烟囱。使用本发明高效连续飞灰处理系统进行飞灰处理可以大幅度提高有机化合物裂解效率，彻底解决物料因受热不均而出现局部热解不均问题，大大降低能耗。

Description

一种高效连续飞灰处理系统及方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种高效连续飞灰处理系统及方法。

背景技术

现有的垃圾无害化处理方式主要有三种：卫生填埋、焚烧发电和堆肥。卫生填埋需要占用大量的土地资源，随着地价的上涨，城市环境要求的不断提高，生活垃圾焚烧发电因其减容减量和能源回收的优势而越来越受到青睐，其是一种合理的废物利用方式，但垃圾焚烧还会产生固体废物-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，而认为是危险废弃物。缺乏合理的飞灰处置技术成为制约垃圾焚烧发电行业发展的重要因素之一。

生活垃圾焚烧飞灰的产量通常为垃圾焚烧质量的3-10％，现有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，因此水泥窑协同处置只能实现有限飞灰的资源化利用。

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。但是这些方法存在如下缺点：均需要高温处理过程，然而高温处理不仅对整个系统设备要求更高，而且在处理过程中能耗也比较高，同时在有氧条件下同样存在二噁英再生成的问题。

同时，现有技术对飞灰进行热解的加热方式有三种，火焰加热、高温烟气加热和高温液体(热油或熔盐)。其中采用火焰加热，会造成局部高温，对于用于含油高的易造成局部结焦严重，易造成运行故障。直接采用高温烟气加热时，气体存在传热效果差，热利用率极低问题，造成能源浪费。选用熔盐作为加热的介质，传热效果好，温度梯度小，物料热解效果好，但熔盐在启炉和停炉过程操作困难，一旦保温效果差，易凝固在管道和炉壁上，另外熔盐在高温时流动性好，但低温时流动性变差，相关的输送泵设备使用时故障率极高，难以确保长期平稳连续运转。同时进行热解时常规采用的热载体主要有气体热载体和固体热载体。目前使用较多的为气体热载体，气体多选用氮气、二氧化碳及氦气等。主要考虑到气体热载体易分离，操作方便。但是气体热载体导热系数较小，传热效果较差，热利用率极低，导致系统能耗高，热损失明显。

而且热解采用的反应器形式很多，如移动床、固定床、流化床、烧蚀床、悬浮炉和回转窑等，其中工业生产以移动床、固定床、回转窑和流化床为主。各种热解方式一般都有其特定的目的，无法实现解毒、生成连续生产，因此发明一种连续、高效、产品附加价值高的热解系统是十分必要的。

发明内容

基于上述内容，本发明提供一种高效连续飞灰处理系统及方法。提供一种高效、彻底的去除飞灰中二噁英的方法。

本发明的技术方案之一，一种高效连续飞灰处理系统，包括返混式热解反应器、预热器、进料仓、混料仓、气体净化系统、成品仓(6)；

其中，返混式热解反应器设置有反应器主体、进料口、出料口以及和出料口连通的振筛器，振筛器下方设置有链板输送机；

进料仓设置有飞灰料仓和热载体储仓；

气体净化系统设置有依次连接的旋风除尘器、活性炭吸附器、布袋除尘器、引风机、烟囱；

进料仓出口和混料仓进口连通，混料仓出口和进料口连通；

出料口和旋风除尘器连通；

引风机和出料口连通；

链板输送机和成品仓连接；振筛器上层和预热器连通，预热器和热载体储仓连通。

进一步地，所述返混式热解反应器由内部反应腔和外加热腔构成。所述热载体储仓设置有加热系统。

进一步地，所述混料仓设置有搅拌装置，在混合料进入返混式热解反应器过程中，开启混料仓中搅拌装置，满足飞灰物料和高温热载体蓄热球能混合进入热解反应器中；所述振筛器上设置有φ5-15mm的筛孔。

本发明的技术方案之二，一种高效连续飞灰处理方法，使用上述高效连续飞灰处理系统进行高效连续飞灰处理。

进一步地，具体包括以下步骤：

(1)飞灰物料和蓄热球分别通过飞灰料仓出口和热载体储仓出口进入混料仓，在混料仓进行初步混合后通过进料口进入返混式热解反应器的反应器主体，在反应器主体中完成热解反应得到热解混合气体和混合物料；

(2)在引风机的作用下，热解混合气体通过出料口依次经过旋风除尘器、活性炭吸附器和布袋除尘器得到净化后的气体，净化后不超过三分之一的气体体积的气体通过烟囱排放，净化后不低于三分之二的气体体积的气体由出料口返回反应器主体；

(3)混合物料通过出料口进入振筛器，在振筛器的作用下将发生热解反应后的飞灰和蓄热球分离，发生热解反应后飞灰落入振筛器下方设置的链板输送机中，通过链板输送机送入成品仓；蓄热球通过和振筛器上层连通的预热器预热后返回热载体储仓中。

进一步地，所述步骤中：蓄热球经预热至600-700℃后进入热载体储仓；所述反应器主体反应温度500-800℃、压力1000-4000Pa；所述完成热解反应为反应器主体炉膛压力超过2000Pa后；

进一步地，所述步骤中：蓄热球通过和振筛器上层连通的预热器预热至500-750℃后返回热载体储仓中。进一步地，所述步骤中反应器主体采用双层夹套设置方式，由内部反应腔和外加热腔构成，内部反应腔承装飞灰物料和高温热载体蓄热球混合料进行热解反应，外加热腔补充热源。所述内部反应腔内壁壳上设置有返混刀片；随着返混式热解反应器的运转，飞灰物料和高温热载体蓄热球在刀片的作用下相互之间进行混合，增加物料在反应器内停留时间。

进一步地，所述热源为高温烟气。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明采用高温蓄热球作为热载体与垃圾焚烧飞灰混合，可使得垃圾焚烧飞灰能均匀且充分吸收热量，进一步采用返混结构(反应器内部结构)，使垃圾焚烧飞灰与蓄热球充分混合，可增加物料受热均匀性，提高单炉处理能力，减少设备占地面积；另外，选用垃圾焚烧飞灰与高温蓄热球预混，可满足物料从低温到高温缓慢升温，有效避免急剧升温导致物料表面软化问题，利于飞灰中二噁英的分解。

进一步地，本发明返混式热解反应器采用热载体蓄热球直接混合加热为主，外壳补充热源(高温烟气)作为第二加热介质进行加热，进一步解决现有加热方式存在的不足。通过对蓄热球进出充分的加热后，让蓄热球与垃圾焚烧飞灰充分混合，满足物料受热均匀，热解效果好，从而使该反应器能充分利用高温烟气热量，提高热效率，降低能耗，同时避免因使用熔盐作为热源带来的操作困难、检修难、散热严重等问题。采用高温烟气为返混式热解反应器供热，能彻底解决热利用率低、反应炉温度梯度大等问题。

采用固体热载体直接加热和反应器间接加热相结合方式，先直接应用蓄热球作为热载体与垃圾焚烧飞灰在混料仓进行预混，混料进入反应器高温热解后的蓄热球通过反应器出料端振筛器的作用充分分离，分离后带有未被利用余热的热载体继续返回到混料仓与垃圾焚烧飞灰进行混合，可充分利用蓄热球热载体的余热，降低系统能耗，同时改变传统工艺难以直接采用蓄热球热载体热解垃圾焚烧飞灰的缺陷。

本发明提供一种可以大幅度提高有机化合物裂解效率，降低设备故障，减小设备占地面积，彻底解决物料因受热不均而出现局部热解不均问题，大大降低能耗，延长设备使用寿命的新型高效连续飞灰处理系统。

附图说明

图1为本发明实施例1所使用的高效连续飞灰处理系统，其中1为返混式热解反应器；101为反应器主体；102为进料口；103为振筛器；104为链板输送机；105为出料口；2为预热器；3为进料仓；301为飞灰料仓；302为热载体储仓；4为混料仓；5为气体净化系统，其中501为旋风除尘器；502为活性炭吸附器；503为布袋除尘器；504为引风机；505为烟囱；6为成品仓。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明以下实施例具体提供一种高效连续飞灰处理系统见图1，包括返混式热解反应器1、预热器2、进料仓3、混料仓4、气体净化系统5、成品仓6；

其中，返混式热解反应器1设置有反应器主体101、进料口102、出料口105以及和出料口连通的振筛器103，振筛器103下方设置有链板输送机104；

进料仓3设置有飞灰料仓301和热载体储仓302；

气体净化系统5设置有依次连接的旋风除尘器501、活性炭吸附器502、布袋除尘器503、引风机504、烟囱505；

进料仓3出口和混料仓4进口连通，混料仓4出口和进料口102连通；

出料口105和旋风除尘器501连通；

引风机504和出料口105连通；

链板输送机104和成品仓6连接；振筛器103上层和预热器2连通，预热器2和热载体储仓302连通。

使用上述高效连续飞灰处理系统进行高效连续飞灰处理时，步骤包括：

(1)飞灰物料和蓄热球分别通过飞灰料仓301出口和热载体储仓302出口进入混料仓4，在混料仓4进行初步混合后通过进料口102进入返混式热解反应器1的反应器主体101，在反应器主体101中完成热解反应得到热解混合气体和混合物料；

(2)在引风机504的作用下，热解混合气体通过出料口105依次经过旋风除尘器501、活性炭吸附器502和布袋除尘器503得到净化后的气体，净化后不超过三分之一的气体体积的气体通过烟囱505排放，净化后的不低于三分之二的气体体积的气体由出料口105返回反应器主体101；

(3)混合物料通过出料口105进入振筛器103，在振筛器103的作用下将发生热解反应后的飞灰和蓄热球分离，发生热解反应后飞灰落入振筛器103下方设置的链板输送机104中，通过链板输送机104送入成品仓6；蓄热球通过和振筛器103上层连通的预热器2预热后返回热载体储仓302中。

作为优选，蓄热球经预热至600-700℃后进入热载体储仓302；所述反应器主体101反应温度500-800℃、压力1000-4000Pa；所述完成热解反应为反应器主体101炉膛压力超过2000Pa后。

作为优选，所述步骤(3)中：蓄热球通过和振筛器103上层连通的预热器2预热至500-750℃后返回热载体储仓302中。

作为优选，所述高效连续飞灰处理系统中，反应器主体101采用双层夹套设置方式，由内部反应腔和外加热腔构成，进行飞灰处理时，内部反应腔承装飞灰物料和高温热载体蓄热球混合料进行热解反应，外加热腔补充热源。所述内部反应腔内壁壳上设置有返混刀片，进行飞灰处理时，随着返混式热解反应器的运转，飞灰物料和高温热载体蓄热球在刀片的作用下相互之间进行混合，增加物料在反应器内停留时间。

作为优选，所述混料仓4设置有搅拌装置，进行飞灰处理时，在混合料进入返混式热解反应器1过程中，开启混料仓4中搅拌装置，满足飞灰物料和高温热载体蓄热球能混合进入热解反应器1中；所述振筛器103上设置有φ5-15mm的筛孔。

作为优选，所述步骤(3)中：蓄热球通过和振筛器103上层连通的预热器2预热至500-750℃后返回热载体储仓302中。

作为优选，所述热源为高温烟气。

作为优选，所述飞灰物料中二噁英含量210-350ng/kg。

通过将返混式热解反应器1与振筛分离结合在一起形成一个整体，则可直接应用蓄热球作为热载体与垃圾焚烧飞灰在返混式热解反应器1进行混合热解，热解后的蓄热球通过振筛器103的作用与固体飞灰充分分离，带有未被利用的余热继续返回到混料仓4与垃圾焚烧飞灰进行混合，可充分利用蓄热球的余热，降低系统能耗，同时改变传统工艺难以直接采用蓄热球热载体热解垃圾焚烧飞灰的缺陷。通过引风机504将热解反应器内的混合气引入气体净化系统，依次经过旋风除尘器501去除气体中夹带的大量粉尘，除尘后的气体送入活性炭吸附器502和布袋除尘器器503，并将收集的飞灰返回至热解反应器内。

飞灰中有机物含量较低，对飞灰热解后产生的气体较少，为确保整个热解过程中热解反应器为微正压且维持在无氧状态，因此需要将净化处理后的气体返回至热解反应器内，确保热解反应器维持在微正压。净化处理后的气体先通过热解反应器末端飞灰出料端与飞灰逆向换热，净化处理后的气体被预热的同时，热解后的飞灰被冷却。

本发明使用的蓄热球具体是何种尺寸的何种蓄热球，具体的，对蓄热球尺寸有无要求。

实施例1

采用图1高效连续飞灰处理系统对垃圾焚烧飞灰进行处理，具体过程如下：

将垃圾焚烧飞灰送入飞灰料仓301中，开启预热器2中的加热系统对蓄热球进行预热，预热后的蓄热球送入热载体储仓302中，同时开启返混式热解反应器外加热腔对返混式热解反应器进行预热。蓄热球和垃圾焚烧飞灰按照体积比为1.5～2:1的比例进行混合。蓄热球采用尺寸为φ20-40mm球形陶瓷球。转动返混式热解反应器，通过调整燃气量(外供可燃气)和空气量，控制热解反应器温度在700±15℃。待蓄热球温度升高至600±10℃后，将垃圾焚烧飞灰和蓄热球转移至混料仓4，在搅拌装置作用下混合均匀后，通过进料口102送入返混式热解反应器1中，在返混式热解反应器1的转动下，垃圾焚烧飞灰与蓄热球充分的混合并被蓄热球加热，垃圾焚烧飞灰被热解成小分子气体，当炉膛的压力超过2000Pa后，通过引风机504将返混式热解反应器1内的混合气从反应器主体101出口引入气体净化系统5，依次经过旋风除尘器501去除气体中夹带的大量粉尘，除尘后的气体送入活性炭吸附器502和布袋除尘器503，净化后的四分之三的气体通过外排烟囱排放，剩下的通过反应器主体101循环送回返混式热解反应器1中。从返混式热解反应器1出料口105出来的热解后飞灰和蓄热球混合物一起进入振筛器103。在振筛器103作用下，热解后飞灰和蓄热球得以充分分离，热解后飞灰落入下层的链板输送机104中，在链板输送机104的作用下被送入到成品仓6中进行储放，振筛器103分离后的筛上物蓄热球通过振筛器103另一端输出，再通过预热器2进一步预热到650±10℃后经提升机提升送入热载体储仓302中，整个系统连续运行。

对热解处理前后飞灰中二噁英变化进行检测，结果发现，热解处理前，飞灰中二噁英含量为240-280ng/kg，热解处理后固体飞灰中二噁英含量为7.40±0.60ng/kg，同时测得通过烟囱排出的气体中二噁英含量为0.004ng TEQ/Nm³。

实施例2

采用图1高效连续飞灰处理系统对垃圾焚烧飞灰进行处理，具体过程如下：

将垃圾焚烧飞灰送入飞灰料仓301中，开启预热器2中的加热系统对蓄热球进行预热，预热后的蓄热球送入热载体储仓302中，同时开启返混式热解反应器外加热腔对返混式热解反应器进行预热。蓄热球和垃圾焚烧飞灰按照体积比为2:1的比例进行混合。转动返混式热解反应器，通过调整燃气量和空气量，控制热解反应器温度在800±10℃。待蓄热球温度升高至500±10℃后，将垃圾焚烧飞灰和蓄热球转移至混料仓4，在搅拌装置作用下混合均匀后，通过进料口102送入返混式热解反应器1中，在返混式热解反应器1的转动下，垃圾焚烧飞灰与蓄热球充分的混合并被蓄热球加热，垃圾焚烧飞灰被热解成小分子气体，当炉膛的压力超过3000Pa后，通过引风机504将返混式热解反应器1内的混合气从反应器主体101出口引入气体净化系统5，依次经过旋风除尘器501去除气体中夹带的大量粉尘，除尘后的气体送入活性炭吸附器502和布袋除尘器503，净化后的气体三分之二的气体通过外排烟囱排放，剩下的气体通过反应器主体101循环送回返混式热解反应器1中。从返混式热解反应器1出料口105出来的热解后飞灰和蓄热球混合物一起进入振筛器103。在振筛器103作用下，热解后飞灰和蓄热球得以充分分离，热解后飞灰落入下层的链板输送机104中，在链板输送机104的作用下被送入到成品仓6中进行储放，振筛器103分离后的筛上物蓄热球通过振筛器103另一端输出，再通过预热器2进一步预热到700±15℃后经提升机提升送入热载体储仓302中，整个系统连续运行。

对热解处理前后飞灰中二噁英变化进行检测，结果发现，热解处理前，飞灰中二噁英含量为240-280ng/kg，热解处理后飞灰中二噁英含量为4.80±0.50ng/kg。同时测试通过烟囱排出的气体中二噁英含量时显示未检出，表明含量极低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (7)

1.一种高效连续飞灰处理系统，其特征在于，包括返混式热解反应器(1)、预热器(2)、进料仓(3)、混料仓(4)、气体净化系统(5)、成品仓(6)；

其中，所述返混式热解反应器(1)包括反应器主体(101)；所述反应器主体(101)上分别开设进料口(102)、出料口(105)；所述出料口(105)连通振筛器(103)，所述振筛器(103)下方设置有链板输送机(104)；

所述进料仓(3)包括飞灰料仓(301)和热载体储仓(302)；

所述气体净化系统(5)设置有依次连接的旋风除尘器(501)、活性炭吸附器(502)、布袋除尘器(503)、引风机(504)、烟囱(505)；

所述进料仓(3)出口和所述混料仓(4)进口连通，所述混料仓(4)出口和所述进料口(102)连通；

所述出料口(105)和所述旋风除尘器(501)连通；

所述引风机(504)和所述出料口(105)连通；

所述链板输送机(104)和所述成品仓(6)连接；所述振筛器(103)上层和所述预热器(2)连通，所述预热器(2)和所述热载体储仓(302)连通。

2.根据权利要求1所述的高效连续飞灰处理系统，其特征在于，所述返混式热解反应器(1)由内部反应腔和外加热腔构成；所述内部反应腔内壁壳上设置有返混刀片；所述混料仓(4)设置有搅拌装置；所述振筛器(103)上设置有φ5-15mm的筛孔。

3.一种高效连续飞灰处理方法，其特征在于，使用权利要求1-2任一项所述的高效连续飞灰处理系统进行高效连续飞灰处理。

4.根据权利要求3所述的高效连续飞灰处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)飞灰物料和蓄热球分别通过所述飞灰料仓(301)出口和所述热载体储仓(302)出口进入所述混料仓(4)，在所述混料仓(4)进行初步混合后通过所述进料口(102)进入所述反应器主体(101)，在所述反应器主体(101)中完成热解反应得到热解混合气体和混合物料；

(2)在所述引风机(504)的作用下，热解混合气体通过所述出料口(105)依次经过所述旋风除尘器(501)、所述活性炭吸附器(502)和所述布袋除尘器(503)得到净化后的气体，净化后不超过三分之一的气体体积的气体通过所述烟囱(505)排放，净化后的不低于三分之二的气体体积的气体由所述出料口(105)返回所述反应器主体(101)；

(3)混合物料通过所述出料口(105)进入所述振筛器(103)，在所述振筛器(103)的作用下将发生热解反应后的飞灰和蓄热球分离，发生热解反应后飞灰落入所述振筛器(103)下方设置的所述链板输送机(104)中，通过所述链板输送机(104)送入所述成品仓(6)；蓄热球通过所述预热器(2)预热后返回所述热载体储仓(302)中。

5.根据权利要求4所述的高效连续飞灰处理方法，其特征在于，

所述步骤(1)中：蓄热球经预热至600-700℃后进入热载体储仓(302)；所述反应器主体(101)反应温度500-800℃、压力1000-4000Pa；所述完成热解反应为反应器主体(101)炉膛压力超过2000Pa后；

所述步骤(3)中：蓄热球通过所述预热器(2)预热至500-750℃后返回热载体储仓(302)中。

6.根据权利要求4所述的高效连续飞灰处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中反应器主体(101)采用双层夹套设置方式，由内部反应腔和外加热腔构成，内部反应腔承装飞灰物料和高温热载体蓄热球混合料进行热解反应，外加热腔补充热源。

7.根据权利要求6所述的高效连续飞灰处理方法，其特征在于，所述热源为高温烟气。

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