CN115010390A - 一种处置飞灰中二噁英及资源化利用的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废弃物处置及资源化领域，尤其是涉及一种处置飞灰中二噁英及资源化利用的系统及方法。该系统包括二噁英去除单元、尾气处理单元以及处理后的飞灰资源化利用单元；二噁英去除单元包括固定床，依靠飞灰、蓄热料及热气体的相互摩擦在一定温度下去除飞灰中的二噁英；尾气处理单元包括水泥窑窑头、分解炉、或烟室，用于处理尾气中含有的二噁英以及再次合成的二噁英；飞灰资源化利用单元包括水泥磨，是将飞灰按照一定比例加入水泥磨用作水泥混合材，或者掺加到混凝土中。本发明通过在固定床中与蓄热料的摩擦、热作用提高二噁英的脱除效率；同时实现飞灰解毒后作为水泥混合材、混凝土等建筑材料的资源化利用。
Description
技术领域
本发明属于废弃物处置及资源化利用领域，尤其是涉及一种处置飞灰中二噁英及资源化利用的系统及方法。
背景技术
生活垃圾焚烧飞灰是市政生活垃圾焚烧过程中产生的，在垃圾的焚烧的过程中，垃圾中有机物主要以气态物质的形式排放；而无机物质则主要形成固体颗粒物，其中颗粒较大固体沉积在焚烧炉底部及炉排上，被称为底灰，而那些细小的颗粒物则漂浮在烟气中，随烟气一同进入烟气净化系统，这些颗粒物构成了焚烧飞灰50％的比例，剩余的焚烧飞灰则源自于烟气净化过程中投加的石灰石或活性炭，它们共同在除尘器(静电除尘器、布袋除尘器等)中被捕集，同时也有一部分细小的颗粒物在烟道及烟囱的底部沉降下来，这些被捕获和沉降下来的细小颗粒物则被称作焚烧飞灰。
飞灰中因含有剧毒物质如二噁英和Cr、Hg等痕量重金属，被列入《国家危险废物名录》 (编码为HW18)。近年来，生活垃圾增量大，垃圾焚烧发电行业逐年增多，导致飞灰量急剧增长。飞灰是二噁英污染的主要载体之一，研究表明，根据焚烧废物种类、焚烧炉类型、焚烧容量及除尘设备等因素不同，飞灰中PCDD/Fs浓度和毒性当量相差较大，焚烧源生成二噁英总量一半左右来自于飞灰。
飞灰中二噁英的处置技术主要包括固化填埋、低温热解、高温处置、生物降解、和化学脱除等。“稳定化固化+填埋”并没有对飞灰中的二噁英实现降解，只是将其封存了起来，而且填埋场对于附近的水环境也是一个潜在的二噁英排放源。通过高温熔融、水泥窑协同处置飞灰技术能实现二噁英的降解，但由于熔融方式能耗成本过高，经济价值不大。国内主要采用的处置技术是固化填埋法和水泥窑协同处置技术。其他技术如生物降解法、化学脱除法和低温热解技术等目前大多处于实验室或中试阶段。生物降解法具有环境友好和低成本等优点，但是二噁英降解效率相对较低；化学脱除法可彻底处理废物，研究较多的处置技术包括氧化还原脱氯法、光降解法、催化氧化法、机械球磨法、微波消解法、超临界水氧化法等。
目前，业内水泥窑协同处置飞灰技术常用的现有技术是这样的：预先通过水洗除去对水泥生产有严重限制(结皮、产品质量等)的氯离子，然后将水洗之后的飞灰投入水泥窑高温区焚烧处置，达到降解飞灰中的二噁英和固化重金属的目的。该技术由于引入了飞灰外加物，可能会造成水泥生料投加量减少，同时为了避免氯离子在窑内循环富集造成结皮堵塞，会采取旁路放风技术，这样约6％～10％高达1000多度的烟气通过旁路放风引出，造成能耗的增加。
低温热处理降解最早由Hagenmaier提出，为了确保二噁英有效降解，他认为必须满足以下条件：(1)缺氧条件；(2)反应温度在250-400℃之间；(3)停留时间为1h；(4)排放温度低于60℃。缺陷在于缺氧环境制约了其连续处置，一般是在密闭的反应釜中间歇式处置。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)水泥窑协同处置飞灰要求水洗预处理除去氯离子后才能规模化处置飞灰，协同处置过程中增加的旁路放风会引起系统能耗增加。
(2)低温热处理降解则要求严格的缺氧环境和尾气急冷，同时是间歇式处置。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明公开了一种处置飞灰中二噁英及资源化利用的系统及方法。
本发明的第一目的在于提供了一种处置飞灰中二噁英及资源化利用的系统，该系统包括二噁英去除单元、尾气处理单元以及处理后的飞灰资源化利用单元；
所述二噁英去除单元包括升流式固定床，依靠飞灰、蓄热料及热气体的相互摩擦在一定温度下去除飞灰中的二噁英；去除二噁英时，热气体的压力损失值满足
其中，ρ1：飞灰密度；ρ2：蓄热料密度；
x1：飞灰占飞灰和蓄热料的质量分数；x2：蓄热料占飞灰和蓄热料的质量分数；
ρ：热气体密度；
m：除二噁英时固定床中蓄热料的孔隙率；
L：除二噁英时固定床中蓄热料的厚度；
所述尾气处理单元包括水泥窑或窑头，或分解炉，或烟室，用于处理尾气中含有的二噁英以及再次合成的二噁英；
所述飞灰资源化利用单元包括水泥磨，是将飞灰按照一定比例加入水泥磨，用作水泥混合材，或者掺加到混凝土中。
进一步的，所述固定床包括设在侧面的飞灰入口、尾气出口、飞灰处理产物出口、配气系统以及蓄热料；所述蓄热料位于固定床的反应区，包括卵石、钛铁矿石、磁铁矿石、金刚砂；所述配气系统为丰字形，包括设在蓄热料下方的热气体输入干管，该干管两侧均匀设有多个热气体输出支管，从而为反应区提供满足反应温度和能量的热气体；热空气与蓄热料、飞灰一起作用降解和脱除飞灰中的二噁英，防止降解的二噁英在尾端再次合成以及热空气携带的二噁英污染环境，热气体送至尾气处理单元；经处理的飞灰经飞灰处理产物出口进入储库并最终流向飞灰资源化利用单元。
进一步的，所述尾气出口、飞灰处理产物出口均与飞灰入口相对设置，且尾气出口位于飞灰处理产物出口的上方。
进一步的，
其中f：热气体输出支管的孔口总面积；vg：热气体输入干管流速；vz：热气体输出支管流速。
更进一步的，上述处置飞灰中二噁英及资源化利用的系统的利用方法，包括如下步骤：
(1)将二噁英含量为500-1200ngTEQ/kg的飞灰投加到固定床中去除自身携带的二噁英，固定床内温度控制在350-650℃，并保持120min；
(2)固定床通过配气系统持续通入流动的热气体，热气体成分无特殊要求，热气体以 0.2～2m/s速度与飞灰充分接触；
(3)与飞灰接触过的尾气通入所述尾气处理单元；
(4)经固定床处理后的飞灰二噁英浓度降至5.7-12ngTEQ/kg，后进入飞灰资源化利用单元，粒度控制满足水泥熟料用混合材要求；
(5)处理后的飞灰以一定比例用作水泥混合材或者掺加到混凝土中。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明规避了水泥窑协同处置飞灰技术需要水洗飞灰将多则20％的氯含量降低到1％以下的限制而实现了飞灰中二噁英的去除，一般飞灰低温降解二噁英的原理要求低温热处理降解二噁英，需要缺氧、急冷以及间歇的条件，本发明无需缺氧环境，热空气或工业排放废气及其它热气体均可。同时利用现有的水泥窑设施，无需增加排放温度低于60℃带来的鼓冷风或水冷等耗能措施。在此基础上，本发明针对二噁英含量特别高的飞灰或是因为粘附、拦截、扩散等作用结合在飞灰上的二噁英，脱除效率有限和脱除难度大的问题，通过在固定床中与蓄热料的摩擦、热作用等提高二噁英的脱除效率；同时实现飞灰解毒后作为水泥混合材、混凝土等建筑材料的资源化回收利用。
附图说明：
图1是本发明的处置飞灰中二噁英及资源化利用的系统示意图；
图2是图1中的C-C向视图。
图中；1、固定床；11、飞灰入口；12、尾气出口；13、飞灰处理产物出口；14、热气体输入干管；15、热气体输出支管；16、蓄热料；2、尾气处理单元；3、飞灰资源化利用单元。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种处置飞灰中二噁英及资源化利用的系统，该系统包括二噁英去除单元1、尾气处理单元2以及处理后的飞灰资源化利用单元3；
所述二噁英去除单元包括升流式固定床1，主要依靠飞灰、蓄热料及气体的相互摩擦以及一定温度下去除飞灰中的二噁英，特别是含量高的二噁英。所述固定床1包括设在侧面的飞灰入口11、尾气出口12、飞灰处理产物出口13、配气系统以及蓄热料16；即飞灰通过飞灰入口11进入固定床的反应区，反应后的尾气经尾气出口12排出；具体的，所述尾气出口12、飞灰处理产物出口13均与飞灰入口11相对设置，且尾气出口12位于飞灰处理产物出口13 的上方；所述蓄热料16位于固定床的反应区，包括卵石、钛铁矿石、磁铁矿石、金刚砂等耐磨且稳定的物质，用于在热气体的作用下与飞灰接触摩擦，从而对污染物起到降解和脱除的作用。所述配气系统包括设在蓄热料下方的热气体输入干管14，该干管两侧均匀设有多个热气体输出支管15，从而为反应区提供满足反应需要的热气体；热气体穿过蓄热料并携带脱除的污染物经尾气出口排出到尾气处理单元；经处理的飞灰经飞灰处理产物出口进入储库并最终流向飞灰资源化利用单元。
所述尾气处理单元2包括水泥窑或窑头，或分解炉，或烟室，主要是处理尾气中可能含有的二噁英以及再次合成的二噁英；
所述飞灰资源化利用单元3包括水泥磨，主要是将飞灰按照一定比例加入到水泥磨，用作水泥混合材，或者掺加到混凝土中。
实施例2
本实施例公开了采用实施例1的系统处置飞灰中二噁英及资源化利用的方法，包括如下步骤：
(1)将二噁英含量为500ngTEQ/kg的飞灰投加到固定床中去除自身携带的二噁英，固定床内温度控制在350℃，并保持120min；
(2)固定床通过配气系统持续通入流动的热气体，热气体成分无特殊要求，热气体以0.2～2m/s速度与飞灰充分接触；配气系统成丰子型，为了保持整个配气系统气体的均匀性，避免出现死区，
其中f：热气体输出支管的孔口总面积；vg：热气体输入干管流速；vz：热气体输出支管流速；
除二噁英时，热气体的压力损失值满足
其中，ρ1：飞灰密度；ρ2：蓄热料密度；
x1：飞灰占飞灰和蓄热料的质量分数；x2：蓄热料占飞灰和蓄热料的质量分数；
ρ：热气体密度；
m：除二噁英时固定床中蓄热料的孔隙率；
L：除二噁英时固定床中蓄热料的厚度；
(3)与飞灰接触过的尾气通过管道通入水泥窑或窑头，或分解炉，或烟室；
(4)经固定床处理后的飞灰二噁英浓度降至7.9ngTEQ/kg，后进入水泥磨，粒度控制满足水泥熟料用混合材要求；
(5)处理后的飞灰以一定比例用作水泥混合材或者掺加到混凝土中，应满足水泥产品及混凝土有关重金属和氯离子的相关标准。
实施例3
本实施例公开了采用实施例1的系统处置飞灰中二噁英及资源化利用的方法，包括如下步骤：
(1)将二噁英含量为1200ngTEQ/kg的飞灰投加到固定床中去除自身携带的二噁英，固定床内温度控制在650℃，并保持120min；
(2)固定床通过配气系统持续通入流动的热气体，热气体成分无特殊要求，热气体以 0.2～2m/s速度与飞灰充分接触。配气系统成丰子型，为了保持整个配气系统气体的均匀性，避免出现死区，(f/vg)2+(f/vz)2＝0.15；
飞灰与蓄热料质量分别占x1和x2，热气体密度为ρ，除二噁英时，热气体的压力损失值满足H＝((x1ρ1+x2ρ2)-ρ)/ρ*(1-m)L；
(3)与飞灰接触过的热气体通过管道通入水泥窑或窑头，或分解炉，或烟室。
(4)经固定床处理后的飞灰二噁英浓度降至12ngTEQ/kg，后进入水泥磨，粒度控制满足水泥熟料用混合材要求。
(5)处理后的飞灰以一定比例用作水泥混合材或者掺加到混凝土中，应满足水泥产品及混凝土有关重金属和氯离子的相关标准。
实施例4
本实施例公开了采用实施例1的系统去除飞灰中二噁英及资源化利用的方法，包括如下步骤：
(1)将二噁英含量为800ngTEQ/kg的飞灰投加到固定床中去除自身携带的二噁英，固定床内温度控制在650℃，并保持120min；
(2)固定床通过配气系统持续通入流动的热气体，热气体成分无特殊要求，热气体以 0.2～2m/s速度与飞灰充分接触。配气系统成丰子型，为了保持整个配气系统气体的均匀性，避免出现死区，(f/vg)2+(f/vz)2＝0.10；
飞灰与蓄热料质量分别占x1和x2，热气体密度为ρ，反应区高度满足H＝((x1ρ1+x2ρ2)-ρ)/ρ*(1-m)L；
(3)与飞灰接触过的热气体通过管道通入水泥窑或窑头，或分解炉，或烟室；
(4)经固定床处理后的飞灰二噁英浓度降至5.7ngTEQ/kg，后进入水泥磨，粒度控制满足水泥熟料用混合材要求；
(5)处理后的飞灰以一定比例用作水泥混合材或者掺加到混凝土中，应满足水泥产品及混凝土有关重金属和氯离子的相关标准。
以上对本实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (5)
1.一种处置飞灰中二噁英及资源化利用的系统，其特征在于：该系统包括二噁英去除单元、尾气处理单元以及处理后的飞灰资源化利用单元；
所述二噁英去除单元包括升流式固定床，依靠飞灰、蓄热料及热气体的相互摩擦在一定温度下去除飞灰中的二噁英；去除二噁英时，热气体的压力损失值满足
其中，ρ1：飞灰密度；ρ2：蓄热料密度；
x1：飞灰占飞灰和蓄热料的质量分数；x2：蓄热料占飞灰和蓄热料的质量分数；
ρ：热气体密度；
m:除二噁英时固定床中蓄热料的孔隙率；
L：除二噁英时固定床中蓄热料的厚度；
所述尾气处理单元包括水泥窑或窑头，或分解炉，或烟室，用于处理尾气中含有的二噁英以及再次合成的二噁英；
所述飞灰资源化利用单元包括水泥磨，是将飞灰按照一定比例加入水泥磨用作水泥混合材，或者掺加到混凝土中。
2.如权利要求1所述的处置飞灰中二噁英及资源化利用的系统，其特征在于：所述固定床包括设在侧面的飞灰入口、尾气出口、飞灰处理产物出口、配气系统以及蓄热料；所述蓄热料位于固定床的反应区，包括卵石、钛铁矿石、磁铁矿石、金刚砂；所述配气系统为丰字形，包括设在蓄热料下方的热气体输入干管，该干管两侧均匀设有多个热气体输出支管，从而为反应区提供满足反应温度和能量的热气体，热空气与蓄热料、飞灰一起作用降解和脱除飞灰中的二噁英，防止降解的二噁英在尾端再次合成以及热空气携带的二噁英污染环境，热气体送至尾气处理单元；经处理的飞灰经飞灰处理产物出口进入储库并最终流向飞灰资源化利用单元。
3.如权利要求2所述的处置飞灰中二噁英及资源化利用的系统，其特征在于：所述尾气出口、飞灰处理产物出口均与飞灰入口相对设置，且尾气出口位于飞灰处理产物出口的上方。
4.如权利要求2所述的处置飞灰中二噁英及资源化利用的系统，其特征在于：
5.如权利要求1所述的处置飞灰中二噁英及资源化利用的系统的利用方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将二噁英含量为500-1200ngTEQ/kg的飞灰投加到固定床中去除自身携带的二噁英，固定床内温度控制在350-650℃，并保持120min；
(2)固定床通过配气系统持续通入流动的热气体，热气体成分无特殊要求，热气体以0.2～2m/s速度与飞灰充分接触；
(3)与飞灰接触过的尾气通入所述尾气处理单元；
(4)经固定床处理后的飞灰二噁英浓度降至5.7-12ngTEQ/kg，后进入飞灰资源化利用单元，粒度控制满足水泥熟料用混合材要求；
(5)处理后的飞灰以一定比例用作水泥混合材或者掺加到混凝土中。
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