CN115283419B - 一种飞灰的低温热裂解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种飞灰的低温热裂解方法。本发明利用来源广泛的秸秆,首先将秸秆预烘干后,进行破碎分解,将预烘干秸秆粒径控制在10mm以内;预烘干后的碎秸秆与飞灰充分混合搅拌后,进入低温热裂解炉,控制裂解炉中溶解氧含量和温度,连续进料和连续出料,保证出料后飞灰二噁英含量不超过50ng‑TEQ/kg;裂解后的裂解气通过急冷装置、布袋除尘和洗涤塔去除污染物后,获得的裂解气燃烧后的热量供秸秆预烘干使用。本发明利用来源广泛的生物质燃料秸秆,通过低温热裂解炉对飞灰中的二噁英进行解毒,达到高效、经济、合规、固废资源化的多种目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞灰的低温热裂解方法,属于固体废弃物资源化处理技术领域。
背景技术
随着生活垃圾处理主流从卫生填埋逐步向垃圾焚烧转移,生活垃圾焚烧飞灰成为重要的污染物。生活垃圾焚烧飞灰指生活垃圾焚烧发电厂在烟气净化系统收集而得的残余物,含有苯系物、二噁英等有机污染物和痕量重金属Pb、Cr等。根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)规定:“生活垃圾焚烧飞灰应按危险废物管理”。因此,飞灰必须单独收集,不得与生活垃圾、焚烧残渣等混合,也不得与其他危险废物混合。
根据《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范(试行)》(HJ 1134-2020),生活垃圾焚烧飞灰在收集、贮存、运输、处理和处置过程均应防止污染环境。飞灰处理工艺包括水洗、固化/稳定化、成型化、低温热分解、高温烧结、高温熔融等,飞灰及其处理产物利用过程的污染防治应符合《固体废物再生利用污染防治技术导则》(HJ 1091-2020)和《污水综合排放标准》(GB8978-2002)要求。
飞灰中的二噁英不溶于水,是垃圾焚烧过程中烟气冷却过程中产生的,二噁英物质(PCDD/Fs)实际包含75种多氯代二苯并二噁英(PCDDs)和135种多氯代二苯并呋喃(PCDFs),其中2、3、7、8位被Cl取代的17种同系物具有生物毒性。飞灰二噁英浓度在0.17~94.49ng/g,毒性当量为0.02~2.53ng I-TEQ/g,平均值分别为19.01ng/g和0.87ng I-TEQ/g,远远超过《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范(试行)》(HJ 1134-2020)要求50ng-TEQ/kg。
虽然研究界对飞灰中二噁英的去除已经研究颇多,主流方法是物理和化学方法,然而鉴于二噁英类物质的稳定性问题,仍需要对二噁英经济有效的去除方式进行深入探讨和提升。
中国文献研究了生活垃圾焚烧飞灰二噁英的水热去除技术研究。在温度为150℃条件下,充足供应氧气的前提下,反应两小时后对飞灰中二噁英的去除率达到88%左右,自由基反应是其主要机理,并产生PCBs作二噁英降解的中间产物。水热反应需要的条件和设备要求比较高,且工业化的设备缺乏,同时飞灰中存在许多单质金属,在高温且富氧的情况下容易发生燃烧反应而引起事故风险。[马哓军.水热法处理生活垃圾焚烧飞灰中重金属和二噁英的研究[D].浙江大学,2013]。
中国发明专利2017101026758.0介绍了一种用工业污泥、垃圾焚烧飞灰和秸秆为原料制备陶粒的方法,包括将工业污泥、垃圾焚烧飞灰、纳基膨润土、秸秆粉末和粘土混合均匀,得到混合出料。后续加水充分搅拌后造粒成型5~10mm球形陶粒生料,并后续改进配方后二次造粒,在回转窑中高温灼烧,经过冷却后得到轻质陶粒材料。
中国发明专利202122426262.2公开了用于垃圾焚烧飞灰无害化处置的飞灰热解,装置包括蓄热式加热炉、飞灰螺旋输送绝氧热解组件、降温室、加热炉风机、换向阀和除尘器等等。其描述了低温情况下对垃圾焚烧飞灰中的二噁英进行高效去除,飞灰中二噁英浓度控制在50ng-TEQ/kg。
中国发明专利202122426263.7提供了一种用于垃圾焚烧飞灰无害化处置的飞灰热解装置及系统,通过热解加热室、飞灰螺旋绞龙绝氧热组件、水冷螺旋输送机、热解气引风机和焚烧烟气引风机等系统,实现350~450℃条件下对二噁英进行高效绝热分解,飞灰中二噁英浓度控制在50ng-TEQ/kg。通过上述装置,并不能充分证明有效性。
中国发明专利202210032848.7介绍了一种含锌尘泥协同处置垃圾焚烧飞灰的方法。其将垃圾焚烧飞灰和高氯含锌尘泥混合后通过水洗脱氯后的压滤滤饼与低氯含锌尘泥充分混合后造粒进入回转窑中,最终生成次氧化锌、铁粉、造铁尾矿等各类产品。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题,本发明提供一种飞灰的低温热裂解方法,该方法根据生活垃圾焚烧飞灰特性,结合来源广泛且处置困难的秸秆生物质材料。根据生态环境部的解释:生物质能源消耗不属于能源消耗总量。目前大量秸秆还在违规焚烧处置,通过利用秸秆提供的热量以及秸秆低氧燃烧产生的灰分促进飞灰二噁英浓度的显著降低,达到以废治废、变废为宝的目的。根据2020年生态环境部提出的飞灰资源化利用必须控制二噁英,本发明利用广泛获得的生物质燃料秸秆实现对垃圾焚烧飞灰中二噁英的高效去除,是广谱应用的固废资源化技术。
为实现以上技术目的,本发明的技术方案如下。
一种飞灰的低温热裂解方法,其包括以下步骤:
(1)秸秆预烘干后与飞灰混合:秸秆通过预烘干、破碎后与飞灰充分混合;
(2)低温裂解:将充分混合后的飞灰和秸秆置于低温裂解炉中,连续进料,连续出料,通过氧含量控制器和进料速度来实现装置中的温度和氧含量控制,低温裂解炉中的温度为400~500℃,氧含量为0.5%~1.5%,出料飞灰中的二噁英含量不超过50ng-TEQ/kg后,进入下一步工序;
(3)裂解气综合利用:裂解气首先通过急冷装置,降温后的裂解气再进入布袋除尘和喷淋处理装置,去除粉尘、二氧化硫等污染物后,再进入裂解气存储和燃烧装置,最后燃烧产生的热量应用于秸秆预烘干,多余的热量可用于其他用途。
进一步地,所述步骤(1)秸秆预烘干后的含水率不超过15%。
更进一步地,所述步骤(1)秸秆预烘干后的含水率不超过12%。
进一步地,所述步骤(1)秸秆预烘干后破碎后的平均粒径不超过10mm;飞灰与预烘干秸秆的质量比为5:1~10:1。
进一步地,所述步骤(2)低温裂解炉中的温度为450~500℃。
进一步地,所述步骤(2)低温裂解炉的氧含量0.5%~1%。
进一步地,所述步骤(2)低温裂解炉内的停留时间大于10s。
更进一步地,所述步骤(2)低温裂解炉内的停留时间大于15s。
进一步地,所述步骤(3)烟气处理装置急冷装置将烟气温度降低至70℃以下,急冷时间不超过1.2s。
进一步地,所述步骤(3)烟气处理装置中的布袋除尘器布袋为耐高温布袋;布袋除尘收储的粉尘返回至拌料阶段继续回用。
进一步地,所述飞灰的来源广泛,例如可以是生活垃圾焚烧飞灰。
从以上描述可以看出,本发明具备以下优点:
1.本发明方法利用来源广泛的生物质秸秆作为热源和灰源,垃圾焚烧飞灰也同时具有来源广泛、全国广泛分布的特征,通过来源广泛、价格低廉的生物质燃料秸秆协同降低垃圾焚烧飞灰中的二噁英,具有显著的以废治废、变废为宝的目的。
2.本发明方法使用秸秆作为能源使用,不增加系统热裂解所需燃料的二氧化碳,是符合“30.60”的技术工艺。
3.本发明采用的低温厌氧热裂解炉,制备简单,利用普通的裂解气裂解炉设备即可应用。
4.本发明全程连续进料和连续出料,确保全流程系统的稳定运行。
5.本发明方法操作简便,适应性强,可适于不同规模、不同二噁英含量的飞灰处理需求。
6.本发明垃圾焚烧飞灰处理后二噁英降低至50ng-TEQ/kg。
7.本发明采用的温度根据实际实验过程确定,并能够完善烟气处理系统,不对环境产生二次污染。
附图说明
图1是本发明一种飞灰低温热裂解方法的过程示意图;
具体实施方式
下面通过实施例,进一步阐述本发明的特点,但并非为了限制本发明的保护范围。
实施例1
一种飞灰的低温热裂解方法,包括以下步骤:
(1)秸秆预烘干后与飞灰混合:秸秆通过预烘干、破碎后与飞灰充分混合;所述秸秆预烘干后的含水率为10%;秸秆预烘干后破碎后的平均粒径为10mm;飞灰与预烘干秸秆的质量比为8:1;
(2)低温裂解:将步骤(1)中充分混合后的飞灰和秸秆置于低温裂解炉中,连续进料,连续出料,通过氧含量控制器和进料速度来分别控制低温裂解炉中的氧含量和温度,低温裂解炉中的温度为450℃,氧含量为0.5%,停留时间大于10s;出料飞灰中的二噁英含量不超过50ng-TEQ/kg后,进入下一步工序;
(3)裂解气综合利用:步骤(2)得到的裂解气首先通过急冷装置将烟气温度降低至65℃,急冷时间为1.0s,降温后的裂解气再进入布袋除尘和喷淋处理装置,去除粉尘、二氧化硫等污染物后,再进入裂解气存储和燃烧装置,最后燃烧产生的热量应用于秸秆预烘干,多余的热量可用于其他用途。
采用实施例1的方法(图1)处理后,可以保证处理后生活垃圾焚烧飞灰二噁英含量不超过50ng-TEQ/kg。
实施例2
一种飞灰的低温热裂解方法,包括以下步骤:
(1)秸秆预烘干后与飞灰混合:秸秆通过预烘干、破碎后与飞灰充分混合;所述秸秆预烘干后的含水率为8%;秸秆预烘干后破碎后的平均粒径为8mm;飞灰与预烘干秸秆的质量比为10:1;
(2)低温裂解:将步骤(1)中充分混合后的飞灰和秸秆置于低温裂解炉中,连续进料,连续出料,通过氧含量控制器和进料速度来分别控制低温裂解炉中的氧含量和温度,低温裂解炉中的温度为435℃,氧含量为1.0%,停留时间为11s;出料飞灰中的二噁英含量不超过50ng-TEQ/kg后,进入下一步工序;
(3)裂解气综合利用:步骤(2)得到的裂解气首先通过急冷装置将烟气温度降低至40℃,急冷时间为0.6s,降温后的裂解气再进入布袋除尘和喷淋处理装置,去除粉尘、二氧化硫等污染物后,再进入裂解气存储和燃烧装置,最后燃烧产生的热量应用于秸秆预烘干,多余的热量可用于其他用途。
针对江苏南通某上市公司自备焚烧厂飞灰,飞灰中的二噁英含量为86ng-TEQ/kg。
采用本实施例中的方法处理后,废水中的二噁英含量为22.4mg/L,烟气中的二噁英浓度不超过0.038ng/m3,满足烟气国家排放要求。
实施例3
一种飞灰的低温热裂解方法,包括以下步骤:
(1)秸秆预烘干后与飞灰混合:秸秆通过预烘干、破碎后与飞灰充分混合;所述秸秆预烘干后的含水率为8%;秸秆预烘干后破碎后的平均粒径为5mm;飞灰与预烘干秸秆的质量比为5:1;
(2)低温裂解:将步骤(1)中充分混合后的飞灰和秸秆置于低温裂解炉中,连续进料,连续出料,通过氧含量控制器和进料速度来分别控制低温裂解炉中的氧含量和温度,低温裂解炉中的温度为480℃,氧含量为0.8%,停留时间为15s;出料飞灰中的二噁英含量不超过50ng-TEQ/kg后,进入下一步工序;
(3)裂解气综合利用:步骤(2)得到的裂解气首先通过急冷装置将烟气温度降低至50℃,急冷时间为1s,降温后的裂解气再进入布袋除尘和喷淋处理装置,去除粉尘、二氧化硫等污染物后,再进入裂解气存储和燃烧装置,最后燃烧产生的热量应用于秸秆预烘干,多余的热量可用于其他用途。
针对浙江嘉兴某生活垃圾焚烧飞灰,飞灰中的二噁英含量为486ng-TEQ/kg。采用本实施例中的方法处理后,废水中的二噁英含量为32.4mg/L,烟气中的二噁英浓度不超过0.058ng/m3,满足烟气国家排放要求。
实施例4
一种飞灰的低温热裂解方法,包括以下步骤:
(1)秸秆预烘干后与飞灰混合:秸秆通过预烘干、破碎后与飞灰充分混合;所述秸秆预烘干后的含水率为10%;秸秆预烘干后破碎后的平均粒径为7.5mm;飞灰与预烘干秸秆的质量比为7:1;
(2)低温裂解:将步骤(1)中充分混合后的飞灰和秸秆置于低温裂解炉中,连续进料,连续出料,通过氧含量控制器和进料速度来分别控制低温裂解炉中的氧含量和温度,低温裂解炉中的温度为480℃,氧含量为0.75%,停留时间为15s;出料飞灰中的二噁英含量不超过50ng-TEQ/kg后,进入下一步工序;
(3)裂解气综合利用:裂解气首先通过急冷装置将烟气温度降低至55℃,急冷时间为0.8s,降温后的裂解气再进入布袋除尘和喷淋处理装置,去除粉尘、二氧化硫等污染物后,再进入裂解气存储和燃烧装置,最后燃烧产生的热量应用于秸秆预烘干,多余的热量可用于其他用途。
针对江苏苏州某生活垃圾焚烧飞灰,飞灰中的二噁英含量为280ng-TEQ/kg。采用本实施例中的方法处理后,废水中的二噁英含量为30.2mg/L,烟气中的二噁英浓度不超过0.048ng/m3,满足烟气国家排放要求。
实施例5
一种飞灰的低温热裂解方法,包括以下步骤:
(1)秸秆预烘干后与飞灰混合:秸秆通过预烘干、破碎后与飞灰充分混合;所述秸秆预烘干后的含水率不超过12%;秸秆预烘干后破碎后的平均粒径不超过10mm;飞灰与预烘干秸秆的质量比为5:1~10:1;
(2)低温裂解:将步骤(1)中充分混合后的飞灰和秸秆置于低温裂解炉中,连续进料,连续出料,通过氧含量控制器和进料速度来分别控制低温裂解炉中的氧含量和温度,低温裂解炉中的温度为400~500℃,氧含量为0.5%~1.5%,停留时间大于10s;出料飞灰中的二噁英含量不超过50ng-TEQ/kg后,进入下一步工序;
(3)裂解气综合利用:步骤(2)得到的裂解气首先通过急冷装置将烟气温度降低至70℃以下,急冷时间不超过1.2s,降温后的裂解气再进入布袋除尘和喷淋处理装置,去除粉尘、二氧化硫等污染物后,再进入裂解气存储和燃烧装置,最后燃烧产生的热量应用于秸秆预烘干,多余的热量可用于其他用途。
将本实施例中的方法用于处理浙江某水泥厂飞灰解毒脱二噁英,每吨飞灰需要消耗秸秆200kg,秸秆费用为100元/吨,消耗秸秆20元/吨飞灰。若采用电或者天然气能源,能源消耗为120元/吨飞灰。飞灰产能为250吨/日,日节约费用为2.5万元,按照年300天进行运行,年节约费用为750万元。
可以理解的是,以上关于本发明的具体描述,仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换,以达到相同的技术效果;只要满足使用需要,都在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种飞灰的低温热裂解方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)秸秆预烘干后与飞灰混合:秸秆通过预烘干、破碎后与飞灰充分混合,所述步骤(1)秸秆预烘干后破碎后的平均粒径不超过10mm;飞灰与预烘干秸秆的质量比为5:1~10:1;
(2)低温裂解:将步骤(1)中充分混合后的飞灰和秸秆置于低温裂解炉中,连续进料,连续出料,通过氧含量控制器和进料速度来分别控制低温裂解炉中的氧含量和温度,所述低温裂解炉中的氧含量为0.5%~1.5%,温度为400~500℃,出料飞灰中的二噁英含量不超过50ng-TEQ/kg后,进入下一步工序;所述步骤(2)低温裂解炉内的停留时间大于10s,不超过15s;
(3)裂解气综合利用:步骤(2)得到的裂解气首先通过急冷装置,降温后的裂解气再进入布袋除尘和喷淋处理装置,去除粉尘、二氧化硫污染物后,再进入裂解气存储和燃烧装置,最后燃烧产生的热量应用于秸秆预烘干,多余的热量可用于其他用途。
2.根据权利要求1所述的低温热裂解方法,其特征在于,所述步骤(1)秸秆预烘干后的含水率不超过15%。
3.根据权利要求1所述的低温热裂解方法,其特征在于,所述步骤(2)低温裂解炉中的温度为450~500℃。
4.根据权利要求1所述的低温热裂解方法,其特征在于,所述步骤(2)低温裂解炉中的氧含量0.5%~1%。
5.根据权利要求1所述的低温热裂解方法,其特征在于,所述步骤(3)烟气处理装置急冷装置将烟气温度降低至70℃以下,急冷时间不超过1.2s。
6.根据权利要求1所述的低温热裂解方法,其特征在于,所述步骤(3)烟气处理装置中的布袋除尘器布袋为耐高温布袋;布袋除尘收储的粉尘返回至拌料阶段继续回用。
7.根据权利要求1所述的低温热裂解方法,其特征在于,所述飞灰为生活垃圾焚烧飞灰。
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