CN114349452A - 一种新型飞灰高效资源化利用系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种新型飞灰高效资源化利用系统及方法，所述方法为将飞灰进行热处理，并将热处理后的飞灰产物和炉渣、脱硫石膏混合制备固废基胶凝材料。所述新型飞灰高效资源化利用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、固废基胶凝材料混料装置、固废基胶凝材料制备装置、固废基胶凝材料成品仓。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飞灰高效资源化利用系统。

Description

一种新型飞灰高效资源化利用系统及方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种新型飞灰高效资源化利用系统及方法。

背景技术

炉渣是钢铁治金工业生产中排放量最大的一种固体废弃物，每冶炼1吨生铁，高炉渣产生量在300-350kg之间。在自然条件影响下，高炉渣中的一些有害成分会转入大气、水体和土壤，参与生态系统的物质循环，具有潜在的、长期的危害性。因此，如何合理、有效地利用高炉渣资源，是近几年来钢铁行业、建材工业等行业的需要。

生活垃圾焚烧飞灰的产量通常为垃圾焚烧质量的3-10％，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，而被许多国家明确规定为危险废弃物。目前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，导致水泥窑协同处置只能实现有限飞灰的资源化利用。因此，缺乏合理的飞灰处置技术势必会成为制约垃圾焚烧发电行业发展的重要因素之一。

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：高温热处理不仅对整个系统设备要求更高，而且在热处理过程中能耗也比较高，同时在有氧条件下还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，本发明提供一种新型飞灰高效资源化利用系统及方法。在高效、彻底的去除飞灰中二噁英的同时将经过热处理的飞灰产物和炉渣、脱硫石膏混合制备固废基胶凝材料，充分实现炉渣，飞灰的废物利用。

本发明的技术方案之一，一种新型飞灰高效资源化利用方法，将飞灰进行热处理，并将热处理后的飞灰产物和炉渣、脱硫石膏混合制备固废基胶凝材料。

进一步地，所述飞灰热处理温度为500-800℃，热处理压力1000-4000Pa，热处理时间1-4h，热处理后的飞灰产物中的二噁英浓度低于18ng/kg.

进一步地，质量百分比计，所述固废基胶凝材料原料包括：热处理后的飞灰产物20-30％、炉渣50-70％、脱硫石膏10-20％。

进一步地，所述制备固废基胶凝材料的步骤包括：热处理后的飞灰产物和粉磨后的炉渣、脱硫石膏混合所述固废基胶凝材料，其比表面积大于450m²/kg，含水量低于1％。

进一步地，将本发明制备的固废基胶凝材料和尾砂(平均粒径0.1-1mm)按照质量比1:2-8，水胶比0.5-2.0进行配合制成充填料。充填料硬化体28天龄期抗压强度大于3MPa。3d龄期硬化体样品按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法(HJ/T299-2007)》规定制得硬化体浸出液，浸出液中二噁英浸出浓度达到《美国国家一级饮用水规程(NPDWRs)》中的限值要求；浸出液中重金属浓度符合我国《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》的要求。通过热解和稳定化固化，消除飞灰中有害物质的环境污染风险同时实现飞灰的资源化利用。

本发明的技术方案之二，上述新型飞灰高效资源化利用方法的新型飞灰高效资源化利用系统，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、固废基胶凝材料混料装置、固废基胶凝材料制备装置、固废基胶凝材料成品仓；

其中，所述返混式热解反应器包括反应器主体；所述反应器主体上分别开设进料口、出料口；所述出料口连通振筛器，所述振筛器下方设置有链板输送机；

所述进料仓包括飞灰料仓和热载体储仓；

所述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；

所述进料仓出口和所述混料仓进口连通，所述混料仓出口和所述进料口连通；

所述出料口和所述旋风除尘器连通；

所述引风机和所述出料口连通；

所述链板输送机和所述成品仓连接；所述振筛器上层和所述预热器连通，所述预热器和所述热载体储仓连通；

所述固废基胶凝材料混料装置包括飞灰仓、炉渣仓、脱硫石膏仓；所述飞灰仓进料口和成品仓出料口连通；所述飞灰仓出料口、所述炉渣仓出料口、所述脱硫石膏仓出料口均和所述固废基胶凝材料制备装置进料口连通；所述固废基胶凝材料制备装置出料口和固废基胶凝材料成品仓进料口连通。

炉渣仓用于暂存炉渣，脱硫石膏仓用于暂存脱硫石膏。

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；所述内部反应腔内壁壳上设置有返混刀片；所述混料仓设置有搅拌装置；所述振筛器上设置有φ5-15mm的筛孔。

进一步地，所述炉渣仓出料口处设置有物料计重器。

进一步地，上述新型飞灰高效资源化利用系统进行新型飞灰高效资源化利用的方法，包括以下步骤：

a.飞灰物料和蓄热球分别通过所述飞灰料仓出口和所述热载体储仓出口进入所述混料仓，在所述混料仓进行初步混合后通过所述进料口进入所述反应器主体，在所述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；

b.在所述引风机的作用下，热解混合气体通过所述出料口依次经过所述旋风除尘器、所述活性炭吸附器和所述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所述烟囱排放，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返回所述反应器主体；

c.混合物料通过所述出料口进入所述振筛器，在所述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产物落入所述振筛器下方设置的所述链板输送机中，通过所述链板输送机送入所述飞灰产物；蓄热球通过所述预热器预热后返回所述热载体储仓中；

d.成品仓中的飞灰产物进入飞灰仓，炉渣置于炉渣仓中，脱硫石膏置于脱硫石膏仓中，飞灰产物、炉渣、脱硫石膏分别从飞灰仓出料口、炉渣仓出料口、脱硫石膏仓出料口进入固废基胶凝材料制备装置，在固废基胶凝材料制备装置中混合制备成固废基胶凝材料后进入固废基胶凝材料成品仓。

进一步地，所述步骤a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c中：蓄热球通过所述预热器预热至500-750℃后返回热载体储仓中；

进一步地，所述步骤a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；

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飞灰高效资源化利用系统。

经过热处理后的飞灰产物中二噁英浓度低于18ng/kg，高于行业标准《HJ1134—2020生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范(试行)》要求，实现了二噁英的解毒，消除了环境危害风险，另外经过热解后的飞灰相比未热解后的成分更纯，不仅降低了二噁英含量，同时消除了汞的存在；采用飞灰作为固废基胶凝材料的原料之一，为其提供钙质组分并参与水化反应，从而使其可以作为原料用于制备固废基胶凝材料。采用以废物取代原料，实现废物资源化利用，可降低原料加工的碳排放。脱硫石膏按照飞灰热解产物20-30％、炉渣50-70％、脱硫石膏10-20％的比例进行混配得到固废基胶凝材料。脱硫石膏固废基胶凝材料水化硬化可实现热解飞灰中残留二噁英的进一步固化和重金属的稳定化固化，最大程度地消除飞灰中二噁英的潜在危害，并实现飞灰资源化利用。

附图说明

图1为本发明实施例1所使用的高效连续飞灰热处理系统，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；7为固废基胶凝材料混料装置，其中701为飞灰仓，702为炉渣仓，703为脱硫石膏仓；8为固废基胶凝材料制备装置；9为固废基胶凝材料成品仓。

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新型飞灰高效资源化利用系统见图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、固废基胶凝材料混料装置7、固废基胶凝材料制备装置8、固废基胶凝材料成品仓9；

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；

所述固废基胶凝材料混料装置7包括飞灰仓701、炉渣仓702、脱硫石膏仓703；所述飞灰仓701进料口和成品仓6出料口连通；所述飞灰仓701出料口、所述炉渣仓702出料口、所述脱硫石膏仓703出料口均和所述固废基胶凝材料制备装置8进料口连通；所述固废基胶凝材料制备装置8出料口和固废基胶凝材料成品仓9进料口连通。

使用上述新型飞灰高效资源化利用系统进行飞灰高效资源化利用时，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；

(4)成品仓6中的飞灰产物进入飞灰仓701，炉渣置于炉渣仓702中，脱硫石膏置于脱硫石膏仓703中，飞灰产物、炉渣、脱硫石膏分别从飞灰仓出料口、炉渣仓出料口、脱硫石膏仓出料口进入固废基胶凝材料制备装置8，在固废基胶凝材料制备装置8中混合制备成固废基胶凝材料后进入固废基胶凝材料成品仓9。

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，所述高效连续飞灰热处理系统中，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，进行飞灰热处理时，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，进行飞灰热处理时，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(图中未示出)。

作为优选，所述混料仓4设置有搅拌装置，进行飞灰热处理时，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(图中未示出)。

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，进行固废基胶凝材料制备时，质量百分比计，原料包括：热处理后的飞灰产物20-30％、炉渣50-70％、脱硫石膏10-20％。

作为优选，将所述固废基胶凝材料和尾砂按照质量比1:2-8混合，按照水胶比0.5-2.0制备充填料。

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高效连续飞灰热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。

热解后飞灰从成品仓6进入飞灰仓701，炉渣投入炉渣仓702，脱硫石膏投入脱硫石膏仓703；按照热解后飞灰20％、炉渣60％和脱硫石膏20％的质量分数比例将热解后飞灰、炉渣、脱硫石膏投入固废基胶凝材料制备装置8，在固废基胶凝材料制备装置8中进行机械和气化均匀混合制备成固废基胶凝材料后进入固废基胶凝材料成品仓9储存备用。

炉渣和脱硫石膏的化学成分如表1-2所示。

表1炉渣的化学成分(质量分数计)

成分	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	SO<sub>3</sub>	MgO	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
							比例	46.81	36.42	5.71	1.68	0.84	3.65
成分	K<sub>2</sub>O	Cl	TiO<sub>2</sub>	P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	NaO
							比例	1.64	0.14	1.92	0.36	0.12

表2脱硫石膏化学成分

成分	CaO	SO<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	SiO<sub>2</sub>	P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	MnO	TiO<sub>2</sub>	Na<sub>2</sub>O	Cl
										比例	53.31	43.67	1.05	0.41	0.37	0.16	0.09	0.12	0.27

将制备的固废基胶凝材料与尾砂按照质量比例为1/5，水胶比为1.0，按照《GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法(SIO法)》进行样品制备，得到28天龄期硬化体样品。3d龄期硬化体样品按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法(HJ/T299-2007)》规定制得硬化体浸出液，并检测浸出液中重金属和二噁英的浸出浓度结果如表3显示，浸出液中二噁英浸出浓度达到《美国国家一级饮用水规程(NPDWRs)》中的限值要求；浸出液中重金属浓度符合我国《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》的要求。

制备的28龄期硬化体样品和对照组进行抗压强度对比，结果见表4。其中对照组1-3使用原料(热解后飞灰、炉渣和脱硫石膏)和前述样品相同，区别在于：

对照组1，热解后飞灰、炉渣和脱硫石膏的质量分数分别为5％，75％和20％。

对照组2，热解后飞灰、炉渣和脱硫石膏的质量分数分别为50％，40％和20％。

对照组3，水胶比为3.0。

表3硬化体有害物质浸出浓度

ND表示低于仪器检出限。

表4抗压强度测试结果

从实验结果可以看出，热解后飞灰可用于制备胶凝材料，胶凝材料水化硬化后二噁英的浸出浓度远远低于标准限值要求。胶凝材料中飞灰的比例过大或过小都不利于胶凝材料的强度指标，同时，胶凝材料中飞灰含量过大，将存在重金属浸出风险。水胶比过大，硬化体强度显著降低，因此胶凝材料在使用时因合理控制水胶比。

实施例2

采用图1高效连续飞灰热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。

热解后飞灰从成品仓6进入飞灰仓701，炉渣投入炉渣仓702，脱硫石膏投入脱硫石膏仓703；按照热解后飞灰30％、炉渣50％和脱硫石膏20％的质量分数比例将热解后飞灰、炉渣、脱硫石膏投入固废基胶凝材料制备装置8，在固废基胶凝材料制备装置8中混合制备成固废基胶凝材料后进入固废基胶凝材料成品仓9。

将制备的固废基胶凝材料和尾砂按照质量比1:8，水胶比2.0，《GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法(SIO法)》进行样品制备，28d龄期硬化体样品按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法(HJ/T299-2007)》规定制得硬化体浸出液，浸出液中二噁英浸出浓度低于0.13pg/L，Cr、Cu、Zn、Cd、Sb、As、Pb浸出浓度分别为13.80mg/L，2.65mg/L、14.7mg/L、0.62mg/L、0.15mg/L、<1mg/L、未检出，均低于我国《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》的限值要求，28天抗压强度为3.2MPa。

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 (10)

1.一种新型飞灰高效资源化利用方法，其特征在于，将飞灰进行热处理，并将热处理后的飞灰产物和炉渣、脱硫石膏混合制备固废基胶凝材料。

2.根据权利要求1所述的新型飞灰高效资源化利用方法，其特征在于，所述飞灰热处理温度为500-800℃，热处理压力1000-4000Pa，热处理时间1-4h，热处理后的飞灰产物中的二噁英浓度低于18ng/kg。

3.根据权利要求1所述的新型飞灰高效资源化利用方法，其特征在于，质量百分比计，所述固废基胶凝材料原料包括：热处理后的飞灰产物20-30％、炉渣50-70％、脱硫石膏10-20％。

4.根据权利要求3所述的新型飞灰高效资源化利用方法，其特征在于，将所述固废基胶凝材料和尾砂按照质量比1:2-8，水胶比0.5-2.0进行配合制成充填料。

5.根据权利要求1所述的新型飞灰高效资源化利用方法，其特征在于，所述制备固废基胶凝材料的步骤包括：热处理后的飞灰产物和粉磨后的炉渣、脱硫石膏混合均化得到所述固废基胶凝材料。

6.一种用于权利要求1-5任一项新型飞灰高效资源化利用方法的新型飞灰高效资源化利用系统，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)、固废基胶凝材料混料装置(7)、固废基胶凝材料制备装置(8)、固废基胶凝材料成品仓(9)；

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；

所述固废基胶凝材料混料装置(7)包括飞灰仓(701)、炉渣仓(702)、脱硫石膏仓(703)；所述飞灰仓(701)进料口和成品仓(6)出料口连通；所述飞灰仓(701)出料口、所述炉渣仓(702)出料口、所述脱硫石膏仓(703)出料口均和所述固废基胶凝材料制备装置(8)进料口连通；所述固废基胶凝材料制备装置(8)出料口和固废基胶凝材料成品仓(9)进料口连通。

7.根据权利要求6所述的一种新型飞灰高效资源化利用系统，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。

8.根据权利要求6所述的一种新型飞灰高效资源化利用系统，其特征在于，所述炉渣仓(702)出料口处设置有物料计重器。

9.一种利用权利要求6-8任一项所述的新型飞灰高效资源化利用系统进行新型飞灰高效资源化利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.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；

b.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)；

c.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产物落入所述振筛器(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)送入所述飞灰产物；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；

d.成品仓(6)中的飞灰产物进入飞灰仓(701)，炉渣置于炉渣仓(702)中，脱硫石膏置于脱硫石膏仓(703)中，飞灰产物、炉渣、脱硫石膏分别从飞灰仓(701)出料口、炉渣仓(702)出料口、脱硫石膏仓脱硫石膏(703)出料口进入固废基胶凝材料制备装置(8)，在固废基胶凝材料制备装置(8)中混合制备成固废基胶凝材料后进入固废基胶凝材料成品仓(9)。

10.根据权利要求9所述的新型飞灰高效资源化利用的方法，其特征在于，

所述步骤a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c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；

所述步骤a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；

所述热源为高温烟气。

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