CN115121590A - 一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法 - Google Patents

一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法,属于危废处理处理技术领域。本发明公开了一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法,本发明的处理方法主要是首先将生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥经过预处理同时控制含水量,然后在熔融炉进行高温气化熔融处理、在熔渣调质炉进行调质后急冷成型、在二燃室中进行燃烧处理,最后进行烟气净化、二次飞灰处理与资源化利用。本发明的处理方法充分利用生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥三种大宗固废中的有效成分实现废弃物解毒和资源化利用,降低能源和资源消耗,处理产物可结合应用场景实现多路径、高附加值的资源化利用,实现资源绿色循环利用。

Description

一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法
技术领域
本发明属于危废处理技术领域,涉及一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法。
背景技术
垃圾焚烧飞灰是生活垃圾焚烧厂烟气净化处理产生的固体颗粒物。对于机械炉排炉而言,垃圾焚烧飞灰产生量约为入炉垃圾量的3~5%;对于流化床焚烧炉,飞灰产生量约为入炉垃圾量的8~15%。飞灰中常含有高浓度的重金属,如Hg、Pb、Cd、Cu、Cr及Zn等;同时还含有少量的二噁英和呋喃,因此飞灰具有很强的潜在危害性。在《国家危险废物名录(2021版)》中将垃圾焚烧飞灰列为危险废物,废物类别为HW18,代码为772-002-18。我国每年的垃圾焚烧飞灰产生量巨大。到2025年底,全国城镇生活垃圾焚烧处理能力达到80万吨/日左右,城市生活垃圾焚烧处理能力占比65%左右,因此飞灰产生量将达到1000万吨/年左右。长期以来,飞灰主要采取填埋方式进行处置,带来的环境风险及土地资源的永久占用问题未能得以妥善解决。近年来,随着可填埋库容资源的不断紧缩,飞灰处置费用持续增长且去向缺乏保障,传统处置方式不可持续,飞灰处置已成为垃圾焚烧发电行业生产经营中面临的重大瓶颈问题。为加强飞灰环境风险管控,《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范HJ1134-2020》规定了填埋、水洗、固化/稳定化、成型化、水泥窑协同处置、低温热解、高温烧结、高温熔融等处理处置方式,其中等离子体高温熔融是飞灰等固废焚烧残余物解毒和稳定化的一种重要技术手段,它是利用热等离子体高温特性将飞灰熔融,熔渣经水淬后成为玻璃态产物,重金属被有效固化,渗出率极低,可实现路基集料、建设用砂/卵石/碎石、水泥骨料、混凝土掺和料等建材领域资源化利用;二噁英在高温下被彻底分解,高温烟气经净化处理后可达标排放,因此在“无害化、减量化和资源化”方面都具有明显的优势。
由于垃圾焚烧飞灰具有含钙量高、氯盐量高、含硫酸盐、含残氨等特性,为了达到较好的重金属固化效果、实现较低的熔融温度以节省能量,在高温熔融过程中通常需要对原料进行配伍,添加一定量的硅质、铝质助剂,有助于形成较好的玻璃体晶格,高效固化重金属,并能实现资源化利用;在玻璃体渣的多种途径利用中,对于其Ca/Si/Al比例、强度、活性、形状等都有不同的指标要求,需要在原料端实现成分调配优化。
在垃圾焚烧飞灰高温熔融处理项目中,能源消耗和熔剂助剂的费用在总处理成本中占有一定的比例,而且熔剂和助剂产品的使用是一种有用资源的消耗,不符合循环经济的政策导向,因此有必要研究一种能够利用现有固废物中的有效成分来实现固体废物协同处理生活垃圾焚烧飞灰的方法。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的之一在于提供一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
1.一种生活垃圾焚烧飞灰协同污泥和铝灰高温熔融处理方法,所述方法包括如下步骤:
(1)预处理:将生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥在混炼机中进行搅拌混合,烘干脱水后形成含水率不高于15%~30%的预处理产物和烟气Ⅰ,所述预处理产物为颗粒状或块状;
(2)高温熔融:将步骤(1)中制备的预处理产物送入熔融炉中,在1300~1500℃下、还原气氛中进行气化熔融,得到液态熔渣和烟气Ⅱ;
(3)熔渣处理:将步骤(2)中的液态熔渣流入熔渣调质炉中,在1300~1500℃下、氧化性气氛中进行调质和氧化反应,反应结束后排出进行淬冷成型,得到资源化利用产物和烟气Ⅲ;
(4)烟气处理:将所述烟气Ⅰ、烟气Ⅱ和烟气Ⅲ送入二燃室进行燃烧处理后,进入空预器中降温至800~950℃后喷入PNCR脱硝剂去除烟气中氮氧化物,再急冷降温至150~200℃,经除尘器除尘后得到二次飞灰和除尘后烟气,所述除尘后烟气再依次经过活性炭固定床吸附挥发性重金属、水洗脱酸,得到混合酸和脱酸后烟气,所述脱酸后烟气经双碱法脱硫得到脱硫石膏和脱硫烟气,所述脱硫烟气经过引风机后直接排放;
(5)二次飞灰处理:将步骤(4)中除尘器中收集的所述二次飞灰依次进行水洗、水质净化、蒸发结晶、重金属提取处理,得到NaCl、KCl以及富含重金属的污泥。
优选的,步骤(1)中,所述飞灰为垃圾焚烧电厂或危废焚烧处理中心的原灰或水洗后飞灰的任意一种或几种;所述铝灰为一次铝灰或二次铝灰,所述铝灰通过螺旋输送机送入混炼机。
优选的,步骤(1)中,所述污泥的含水率为30~80%,污泥为市政污水处理污泥、垃圾焚烧厂渗滤液处理污泥或石油天然气开采油泥油屑中的任意一种或几种。
优选的,步骤(1)中,所述生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥成分调控后CaO、SiO2、Al2O3成分质量比为27~36%:29~36%:18~24%。
优选的,步骤(1)中,物料混合过程利用步骤(3)中淬冷成型过程产生的热风或蒸汽实现物料加热来提升物料反应速度。
优选的,步骤(1)中,烘干脱水过程采用步骤(4)中冷却换热产生的饱和蒸汽实现间接烘干,饱和蒸汽换热后的冷凝水经冷却塔降温后再返回步骤(4)中的循环冷却使用。
优选的,步骤(1)中,对物料混合和烘干过程物料中产生的气体进行冷凝后形成的冷凝水送入垃圾电厂渗滤液处理站。
优选的,步骤(2)中,所述熔融炉为等离子体气化熔融炉、燃料型气化熔融炉、直流电弧炉或交流电弧炉中的任意一种或几种。
进一步优选的,所述气化熔融炉中还原性气氛产生方式具体为:控制进入熔融炉的气体含氧量0~20%、向熔融炉中通入还原性气体或者加入还原性固体物质,控制炉膛温度1300~1500℃;所述还原性气体为H2或CO,所述还原性固体为焦炭。
进一步优选的,所述气化熔融炉在不同高度上设置有两个排渣口,上部排渣口用于连续性或间歇性排出液态熔渣,下部排渣口用于定期排出熔池底部的含金属熔渣;所述含金属熔渣经冷却后得到金属富集物。
优选的,步骤(3)中,所述熔渣调质炉采用电阻加热炉或感应炉。
进一步优选的,所述熔渣调质炉中还包括添加CaF2来增加液态熔渣的流动性。
进一步优选的,所述熔渣调质炉内为氧化性气氛、温度控制在1300~1500℃;
所述氧化性气氛具体为:向熔池中通入空气或富氧气体来处理步骤(1)和(2)中未反应的物质,实现玻璃体渣达标。
优选的,步骤(3)中,所述淬冷成型为风冷、水冷或换热降温中的任意一种;
所述淬冷成型采用风冷、水淬设备或带水冷换热的对辊压制成型设备,输出玻璃体渣;
所述淬冷成型产生的热风或蒸汽送入步骤(1)中的混合设备用以加热混合物料。
优选的,步骤(4)中,所述二燃室采用以天然气或柴油为燃料的空气预热式燃烧器;
所述二燃室中烟气温度大于1100℃、烟气停留时间大于2s,其中二燃室的烟气出口与空预器连接。
进一步优选的,常温空气进入空预器与热烟气换热后,送入二燃室燃烧器或步骤(1)的烘干过程中用于烘干物料;
所述空预器后端安装有PNCR脱硝系统喷枪阵列。
进一步优选的,常温空气进入空预器与高温烟气换热后,空气温度升至200~300℃,高温烟气降温至800~950℃。
进一步优选的,向800~950℃温度区间的高温烟气喷入PNCR脱硝剂,使烟气中氮氧化物含量降低至满足排放标准要求。
优选的,步骤(4)中,步骤(1)中预处理产物的含氯量大于5%时,采用的急冷降温设备为喷水急冷塔,通过喷入雾化水进行急冷降温;
步骤(1)中预处理产物的含氯量小于等于5%时,采用的急冷降温设备为余热锅炉,输出饱和蒸汽用于供热、发电或为步骤(1)中物料烘干脱水处理提供热量,处理后的冷凝水经冷却塔冷却后返回余热锅炉。
进一步优选的,所述急冷降温设备的入口烟气温度为800~950℃,出口烟气温度为150~200℃。
优选的,步骤(4)中,所述急冷降温设备中出口烟气进入除尘器滤除烟气中的固体颗粒物形成二次飞灰。
优选的,步骤(4)中,所述除尘器中出口烟气进入活性炭固定床以吸附烟气中的易挥发性重金属化合物和二噁英;
所述易挥发性重金属化合物中的重金属为Hg或Pb。
优选的,步骤(4)中,活性炭固定床中出口烟气进入水洗塔进行水洗脱酸以脱除烟气中易溶于水的酸性气体和NH3
所述易溶于水的酸性气体为HCl或HF。
进一步优选的,所述水洗塔采取多级水洗串联使用的方法,所述多级水洗串联中后级脱酸水返回前级使用,最后一级采用工业水,第一级脱酸循环水的pH达到1~3的设定值时,排出混合酸用于二次飞灰的重金属提取。
优选的,步骤(4)中,水洗脱酸后的烟气进入脱硫塔脱除烟气中难溶入水的酸性气体以满足排放标准;
所述难溶入水的酸性气体为SO2
进一步优选的,所述脱硫塔中采用Ca(OH)2和NaOH进行双碱法脱硫,定期排出脱硫石膏。
优选的,步骤(5)中,所述水洗、水质净化、蒸发结晶、重金属提取处理的具体操作步骤如下:
(1)三级逆流水洗:将所述二次飞灰以1:3~6的水灰比进行三级逆流式水洗,水洗后压滤得到洗灰水和滤渣;
(2)水质净化:向步骤(1)中的洗灰水中加入氢氧化钠、碳酸钠、硫化钠、氢氧化钙、氧化钙中的任意一种或几种作为混凝药剂,沉淀分离后得到富含重金属的污泥和上清液;
(3)蒸发结晶:所述上清液采用MVR或多效蒸发工艺,分离得到蒸发冷凝水和质量满足工业盐标准的NaCl、KCl,其中蒸发冷凝水继续用于步骤(1)中的逆流水洗;
(4)重金属提取:所述富含重金属污泥和滤渣采用分步沉淀工艺分离得到金属氢氧化物,加入上述步骤(4)产生的混合酸,将pH值调节为1~3,分步加入片碱调节pH值为4~10,在pH值为4~6、6~7、7~10的阶段分步沉淀分离分别得到富含金属氢氧化物的污泥和进入脱硫塔脱硫处理的碱性废水。
所述金属氢氧化物中的金属为Cu、Zn或Pb中的任意一种或几种。
本发明的有益效果在于:本发明公开了一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法,本发明的处理方法主要是首先将生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥经过预处理同时控制含水量,然后在熔融炉进行高温气化熔融处理、在熔渣调质炉进行调质后急冷成型、在二燃室中进行燃烧处理,最后进行烟气净化、二次飞灰处理与资源化利用。本发明的处理方法充分利用生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥三种大宗固废中的有效成分实现废弃物解毒和资源化利用,降低能源和资源消耗,处理产物可结合应用场景实现的多路径、高附加值资源化利用,实现资源绿色循环发展,主要有以下优点:
(1)由于污泥含水率高,在混合搅拌过程中,其游离水、毛细水与吸附水能充分与铝灰中的污染物反应,同时实现了铝灰脱毒和污泥脱水,避免了污泥单独脱水过程的能量消耗和大量废水处理难题;
(2)污泥本身具有一定的热值,加上污泥中水与铝灰反应产生可燃气体,能为高能耗的飞灰高温熔融系统提供一定能量补充,降低飞灰高温熔融处理的能量消耗;
(3)高温熔融过程能有效实现重金属固化和二噁英脱毒,产生的高温烟气和熔渣淬冷降温过程的余热返回利用于预处理的混合搅拌和烘干过程,加快了铝灰反应速度和烘干速度,实现了余热高效利用;
(4)飞灰、污泥和铝灰协同处理产物可充分实现资源化利用,玻璃体渣可结合应用场景实现建筑材料领域的多路径、多样化资源化利用,飞灰和铝灰中的氯盐可提取分离出NaCl、KCl盐,与脱硫过程产生的石膏一起都能实现市场销售,熔融炉排出的重金属富集物以及二次飞灰处理产生的Cu、Zn、Pb等贵金属提取物可作为高品质金属矿物售卖给冶金工业企业,实现了废弃物的绿色处理与循环利用,同时也能创造较好的经济收益。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作优选的详细描述,其中:
图1为协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理的总体处理框图;
图2为协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理的工艺流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法,其总体处理框图和具体的工艺流程分别如图1和图2所示,具体方法如下所示:
1、预处理:按照CaO、SiO2、Al2O3成分质量比为27~36%:29~36%:18~24%的要求准备生活垃圾焚烧飞灰(垃圾焚烧电厂或危废焚烧处理中心的原灰或水洗后飞灰的任意一种或几种)、铝灰(一次铝灰或二次铝灰,通过螺旋输送机送入混炼机)和污泥(污泥为含SiO2高的市政污水处理污泥、垃圾焚烧厂渗滤液处理污泥或石油开采油泥中的任意一种或几种,含水率为30~80%),将其在混炼机中进行搅拌混合,烘干脱水后形成含水率为15%~30%的预处理产物(颗粒状或块状)和烟气Ⅰ。
上述预处理过程中,铝灰中氮化铝AlN、Al、Al4C3与污泥中的水发生反应生成氨气NH3,主要反应式为:
2AlN+3H2O→Al2O3+2NH3
2Al+3H2O→Al2O3+3H2
Al4C3+6H2O→2Al2O3+3CH4
上述反应都属于放热反应,混炼机中也可设置电伴热、蒸汽或系统高温烟气加热装置,以加快反应速度;经过混合均匀和充分反应后的产物送入烘干设备中进行烘干脱水,烘干温度约150~200℃,烘干过程中也伴随持续性的铝灰反应;根据熔融过程含水率要求,确定预处理产物为含水率为15%~30%的小块状或颗粒状,便于送入熔融炉,减少二次飞灰量。
预处理过程中,铝灰反应产生的NH3、H2、CH4、污泥中挥发性有机物臭气、飞灰遇水挥发的氨气以及烘干过程中产生的水蒸气和有机气体都集中收集,经冷凝器冷凝后送入二燃室或熔融炉焚烧处理;冷凝水中含氨和有机物可送入垃圾焚烧厂渗滤液处理站综合处理,当有机物含量低时,可用于烟气脱硫水池的补水,脱硫过程生成硫酸铵。
2、高温熔融:将上述预处理产物送入熔融炉中,在1300~1500℃下、还原气氛(还原性气氛产生方式具体为:控制进入熔融炉的气体含氧量0~20%、向熔融炉中通入还原性气体或者加入还原性固体物质,控制炉膛温度1300~1500℃;所述还原性气体为H2或CO,所述还原性固体为焦炭)中进行气化熔融,得到液态熔渣和烟气Ⅱ。
熔融炉可以选择等离子体气化熔融炉、燃料型气化熔融炉、直流电弧炉或交流电弧炉中的任意一种或几种,气化熔融炉中,气化熔融炉在不同高度上设置有两个排渣口,上部排渣口用于连续性或间歇性排出液态熔渣,下部排渣口用于定期排出熔池底部的含金属熔渣(冷却后得到金属富集物)。
在熔融炉内维持还原性气氛,污泥中的有机物气化分解为CH4、H2和CO、CO2,飞灰中活性炭与污泥中的结合水可能产生水煤气反应生成CO和氢气,反应产生的高温气体送入二燃室燃烧处理,熔融炉中还原性气氛有助于抑制氮氧化物(NOx)的生成。
预处理产物中的主要成分为CaO、SiO2、Al2O3,在高温熔融过程中形成硅铝酸钙盐,实现重金属在其晶格中固化,飞灰和污泥中二噁英在高温还原性气氛下完全分解,生成HCl、水和CO2,实现无害化处理。
飞灰、铝灰、污泥中NaCl、KCl、CaCl2等氯盐在高温下挥发到高温烟气中在后端收集。飞灰中硫酸钙在高温下分解产生SO2到烟气中,铝灰中NaF在高温熔融过程中与CaO反应生成CaF2,对熔渣有一定的助熔效果(2NaF+CaO→CaF2+Na2O),飞灰和铝灰中重金属在还原性气氛下还原沉淀富集在熔池底部,定期排出,可作为高品质金属矿物售卖给冶金行业提炼。
3、熔渣处理:将上述液态熔渣流入熔渣调质炉(采用电阻加热炉或感应炉,可以通过添加CaF2来增加液态熔渣的流动性)中,在1300~1500℃下、氧化性气氛(氧化性气氛具体为:向熔池中通入空气或富氧气体来处理步骤(1)和(2)中未反应的物质,实现玻璃体渣达标)中进行调质和氧化反应,反应结束后排出进行淬冷成型(风冷、水冷或换热降温中的任意一种,淬冷成型采用采用风冷、水淬设备或带水冷换热的对辊压制成型设备,输出玻璃体渣(其中玻璃体渣可以是不同形状规格、不同活性、不同强度的),得到资源化利用产物和烟气Ⅲ。
在调质炉底部通入空气或富氧气,预处理和气化熔融过程未反应完毕的残碳、Al、AlN继续与O2反应,保证生成玻璃体渣的环境稳定性,主要反应式如下:
Al+O2=Al2O3
4AlN+3O2=2Al2O3+2N2
C+O2=CO2
Al4C3+6O2→2Al2O3+3CO2
调质过程产生的烟气送入二燃室燃烧,以彻底处理污染成分。
在调质炉中根据玻璃体渣的资源化利用途径(比如,玻璃岩棉、混凝土掺合料、水泥骨料、微晶玻璃等,添加相应的调质组分,还可添加CaF2增加渣的流动性。调质炉的烟气送入二燃室);根据玻璃体产物资源化利用途径的不同,需要不同的降温速度,从而采用不同的玻璃体熔渣淬冷方式,比如水淬、风冷、吹丝、换热降温等,根据资源化产品的形状要求可采用不同的冷却模具。淬冷成型过程产生的热量可综合利用,例如产生热风或蒸汽加热混炼机,以加速铝灰反应。
4、烟气处理:将上述烟气Ⅰ、烟气Ⅱ和烟气Ⅲ送入二燃室进行燃烧处理后,进入空预器中降温至800~950℃后喷入PNCR脱硝剂去除烟气中NOx,使烟气中NOx含量降低至满足排放标准要求,再急冷降温至150~200℃,经除尘器除尘后得到二次飞灰和除尘后烟气,所述除尘后烟气再依次经过活性炭固定床吸附挥发性重金属、水洗脱酸,得到混合酸和脱酸后烟气,所述脱酸后烟气经双碱法脱硫得到脱硫石膏和脱硫烟气,所述脱硫烟气经过引风机后直接达标排放。
烟气Ⅰ、烟气Ⅱ和烟气Ⅲ中含有的CH4、H2和CO完全氧化生成CO2和H2O。在二燃室内保证1100℃以上停留2s以上,以彻底分解二噁英。二燃室采用以天然气或柴油为燃料的空气预热式燃烧器,维持炉膛温度1100℃以上,二燃室结构尺寸和烟气流速设计保证烟气停留时间大于2s。
二次燃烧后烟气送入空预器中预热燃烧器的进气,以提高燃烧效率。常温空气进入空预器与高温烟气换热后,高温烟气降温至800~950℃,空气温度升至200~300℃后送入燃烧器。空预器后端安装有PNCR脱硝系统喷枪阵列,在800~950℃温度区间位置喷入固体PNCR脱硝剂,以脱除NOx,降低排放。
为了防止烟气降温过程中二噁英的再次合成,采用急冷降温设备,确保从500℃到200℃以下的降温时间不超过1s。急冷降温设备的入口烟气温度为800~950℃,出口烟气温度为150~200℃。若预处理产物的含氯量大于5%(例如,飞灰采用垃圾焚烧厂的原灰)时,采用的急冷降温设备为喷水急冷塔,通过喷入雾化水进行急冷降温;当预处理产物的含氯量小于等于5%(例如,采用水洗后飞灰)时,采用的冷降温设备为余热锅炉,可输出饱和蒸汽用于供热、发电或为前面步骤中物料烘干脱水处理提供热量,处理后的冷凝水经冷却塔冷却后返回余热锅炉。另外,急冷降温设备的入口烟气温度为800~950℃,出口烟气温度为150~200℃。
急冷换热后的出口烟气进入除尘器滤除烟气中的固体颗粒物形成二次飞灰,二次飞灰主要以挥发性氯盐为主,还还有一些重金属元素。除尘器中出口烟气进入活性炭固定床以吸附烟气中的易挥发性重金属化合物(该重金属为Hg或Pb)和二噁英,废活性炭经脱汞后返回熔融炉处理。
活性炭固定床中出口烟气进入水洗塔进行水洗脱酸处理,以脱除烟气中易溶于水的酸性气体(HCl或HF)和NH3。视烟气HCl、NH3等污染物浓度情况,水洗塔采取多级水洗串联使用的方法,所述多级水洗串联使用中后级脱酸水返回前级使用,最后一级采用工业水,第一级脱酸循环水的pH达到1~3的设定值时,排出混合酸用于二次飞灰的重金属提取。
水洗脱酸后的烟气进入脱硫塔脱除烟气中SO2等难溶入水的酸性气体。采用Ca(OH)2和NaOH进行钙-钠双碱法脱硫,以满足烟气排放标准,同时定期排出脱硫石膏。视烟气SO2污染物浓度情况可采用多级脱硫。采用双碱法脱硫的有益效果是:NaOH脱硫水泵、管道、设备均无腐蚀与堵塞现象,便于设备运行与保养;吸收剂的再生和脱硫渣的沉淀发生在塔外,这样避免了塔内堵塞和磨损;钠基吸收液吸收SO2速度快,故可用较小的液气比,达到较高的脱硫效率,一般在90%以上。优选的,预处理烟气冷凝水送入脱硫水池,烟气中氨气与SO2反应生成硫酸铵。脱硫后烟气经引风机后达标排放。
5、二次飞灰处理:将上述除尘器中收集的所述二次飞灰依次进行水洗、水质净化、蒸发结晶、重金属提取四个步骤,获得质量满足工业盐标准的NaCl、KCl,以及富含重金属污泥,可作为产品和冶金原料售卖。具体步骤如下:
(1)三级逆流水洗:将所述二次飞灰以1:3~6的水灰比进行三级逆流式水洗,水洗后压滤得到洗灰水和滤渣;
(2)水质净化:向步骤(1)中的洗灰水中加入氢氧化钠、碳酸钠、硫化钠、氢氧化钙、氧化钙中的任意一种或几种作为混凝药剂,沉淀分离后得到富含重金属的污泥和上清液;
(3)蒸发结晶:所述上清液采用MVR或多效蒸发工艺,分离得到蒸发冷凝水和质量满足工业盐标准的NaCl、KCl,其中蒸发冷凝水继续用于步骤(1)中的逆流水洗;
(4)重金属提取:所述富含重金属污泥和滤渣采用分步沉淀工艺分离得到金属氢氧化物,加入烟气脱酸处理产生的混合酸,将pH值调节为1~3,分步加入片碱调节pH值为4~10,在pH值为4~6、6~7、7~10的阶段分步沉淀分离分别得到富含Cu、Zn和Pb元素的重金属污泥,产生的碱性废水进入脱硫沉淀池。富含重金属的污泥可作为高品质金属矿物售卖给冶金工业企业,作为原料用于提炼金属。
综上所述,本发明公开了一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法,本发明的处理方法主要是首先将生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥经过预处理同时控制含水量,然后在熔融炉进行高温气化熔融处理、在熔渣调质炉进行调质后急冷成型、在二燃室中进行燃烧处理,最后进行烟气净化、二次飞灰处理与资源化利用。本发明的处理方法充分利用生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥三种大宗固废中的有效成分实现废弃物解毒和资源化利用,降低能源和资源消耗,处理产物可结合应用场景实现的多路径、高附加值资源化利用,实现资源绿色循环。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)预处理:将生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥在混炼机中进行搅拌混合,烘干脱水后形成含水率不高于15%~30%的预处理产物和烟气Ⅰ,所述预处理产物为颗粒状或块状;
(2)高温熔融:将步骤(1)中制备的预处理产物送入熔融炉中,在1300~1500℃下、还原气氛中进行气化熔融,得到液态熔渣和烟气Ⅱ;
(3)熔渣处理:将步骤(2)中的液态熔渣流入熔渣调质炉中,在1300~1500℃下、氧化性气氛中进行调质和氧化反应,反应结束后排出进行淬冷成型,得到资源化利用产物和烟气Ⅲ;
(4)烟气处理:将所述烟气Ⅰ、烟气Ⅱ和烟气Ⅲ送入二燃室进行燃烧处理后,进入空预器中降温至800~950℃后喷入PNCR脱硝剂去除烟气中氮氧化物,再急冷降温至150~200℃,经除尘器除尘后得到二次飞灰和除尘后烟气,所述除尘后烟气再依次经过活性炭固定床吸附挥发性重金属、水洗脱酸,得到混合酸和脱酸后烟气,所述脱酸后烟气经双碱法脱硫得到脱硫石膏和脱硫烟气,所述脱硫烟气经过引风机后直接排放;
(5)二次飞灰处理:将步骤(4)中除尘器中收集的所述二次飞灰依次进行水洗、水质净化、蒸发结晶、重金属提取处理,得到NaCl、KCl以及富含重金属的污泥。
2.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,步骤(1)中,所述飞灰为垃圾焚烧电厂或危废焚烧处理中心的原灰或水洗后飞灰的任意一种或几种,所述铝灰为一次铝灰或二次铝灰,所述铝灰通过螺旋输送机送入混炼机;
所述污泥的含水率为30~80%,污泥为市政污水处理污泥、垃圾焚烧厂渗滤液处理污泥或石油天然气开采油泥、油屑中的任意一种或几种;
所述生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥成分调控后CaO、SiO2、Al2O3成分质量比为27~36%:29~36%:18~24%;
物料混合过程利用步骤(3)中淬冷成型过程产生的热风或蒸汽实现物料加热来提升物料反应速度;
烘干脱水过程采用步骤(4)中冷却换热产生的饱和蒸汽实现间接烘干,饱和蒸汽换热后的冷凝水经冷却塔降温后再返回步骤(4)中的循环冷却使用;
对物料混合和烘干过程物料中产生的气体进行冷凝后形成的冷凝水送入垃圾电厂渗滤液处理站。
3.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,步骤(2)中,所述熔融炉为等离子体气化熔融炉、燃料型气化熔融炉、直流电弧炉或交流电弧炉中的任意一种或几种。
4.根据权利要求3所述的处理方法,其特征在于,所述气化熔融炉中还原性气氛产生方式具体为:控制进入熔融炉的气体含氧量0~20%、向熔融炉中通入还原性气体或者加入还原性固体物质,控制炉膛温度1300~1500℃;所述还原性气体为H2或CO,所述还原性固体为焦炭;所述气化熔融炉在不同高度上设置有两个排渣口,上部排渣口用于连续性或间歇性排出液态熔渣,下部排渣口用于定期排出熔池底部的含金属熔渣,所述含金属熔渣经冷却后得到金属富集物。
5.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,步骤(3)中,所述熔渣调质炉采用电阻加热炉或感应炉;
所述淬冷成型为风冷、水冷或换热降温中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的处理方法,其特征在于,所述熔渣调质炉中还包括添加CaF2来增加液态熔渣的流动性;
所述熔渣调质炉内为氧化性气氛、温度控制在1300~1500℃,其中所述氧化性气氛具体为:向熔池中通入空气或富氧气体来处理步骤(1)和(2)中未反应的物质,实现玻璃体渣达标;
所述淬冷成型采用风冷、水淬设备或带水冷换热的对辊压制成型设备,输出玻璃体渣;;
所述淬冷成型产生的热风或蒸汽送入步骤(1)中的混合设备用以加热混合物料。
7.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,步骤(4)中,所述二燃室采用以天然气或柴油为燃料的空气预热式燃烧器,其中二燃室中烟气温度大于1100℃、烟气停留时间大于2s,其中二燃室的烟气出口与空预器连接;
步骤(1)中预处理产物的含氯量大于5%时,采用的急冷降温设备为喷水急冷塔,通过喷入雾化水进行急冷降温,步骤(1)中预处理产物的含氯量小于等于5%时,采用的急冷降温设备为余热锅炉,输出饱和蒸汽用于供热、发电或为步骤(1)中物料烘干脱水处理提供热量,处理后的冷凝水经冷却塔冷却后返回余热锅炉;
所述急冷降温设备中出口烟气进入除尘器滤除烟气中的固体颗粒物形成二次飞灰;
所述除尘器中出口烟气进入活性炭固定床以吸附烟气中的易挥发性重金属化合物和二噁英,其中易挥发性重金属化合物中的重金属为Hg或Pb;
活性炭固定床中出口烟气进入水洗塔进行水洗脱酸以脱除烟气中易溶于水的酸性气体和NH3,其中易溶于水的酸性气体为HCl或HF。
8.根据权利要求7所述的处理方法,其特征在于,常温空气进入空预器与热烟气换热后,送入二燃室燃烧器或步骤(1)的烘干过程中用于烘干物料,其中空预器后端安装有PNCR脱硝系统喷枪阵列;
常温空气进入空预器与高温烟气换热后,空气温度升至200~300℃,高温烟气降温至800~950℃;
向800~950℃温度区间的高温烟气喷入PNCR脱硝剂,使烟气中氮氧化物含量降低至满足排放标准要求;
所述急冷降温设备的入口烟气温度为800~950℃,出口烟气温度为150~200℃;
所述水洗塔采取多级水洗串联使用的方法,所述多级水洗串联使用过程中后级脱酸水返回前级使用,最后一级采用工业水,第一级脱酸循环水的pH达到1~3的设定值时,排出混合酸用于二次飞灰的重金属提取。
9.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,步骤(4)中,水洗脱酸后的烟气进入脱硫塔脱除烟气中难溶入水的酸性气体以满足排放标准,其中难溶入水的酸性气体为SO2
所述脱硫塔中采用Ca(OH)2和NaOH进行双碱法脱硫,定期排出脱硫石膏。
10.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,步骤(5)中,所述水洗、水质净化、蒸发结晶、重金属提取处理的具体操作步骤如下:
(1)三级逆流水洗:将所述二次飞灰以1:3~6的水灰比进行三级逆流式水洗,水洗后压滤得到洗灰水和滤渣;
(2)水质净化:向步骤(1)中的洗灰水中加入氢氧化钠、碳酸钠、硫化钠、氢氧化钙、氧化钙中的任意一种或几种作为混凝药剂,沉淀分离后得到富含重金属的污泥和上清液;
(3)蒸发结晶:所述上清液采用MVR或多效蒸发工艺,分离得到蒸发冷凝水和质量满足工业盐标准的NaCl、KCl,其中蒸发冷凝水继续用于步骤(1)中的逆流水洗;
(4)重金属提取:所述富含重金属污泥和滤渣采用分步沉淀工艺分离得到金属氢氧化物,加入权利要求1中步骤(4)产生的混合酸,将pH值调节为1~3,分步加入片碱调节pH值为4~10,在pH值为4~6、6~7、7~10的阶段分步沉淀分离分别得到富含金属氢氧化物的污泥和进入脱硫塔脱硫处理的碱性废水;
所述金属氢氧化物中的金属为Cu、Zn或Pb中的任意一种或几种。
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