CN115475814B - 一种垃圾焚烧飞灰熔融处理工艺及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧飞灰熔融处理工艺及系统，工艺包括以下步骤，a、飞灰加除盐水和硅砂，搅拌均匀，得A品，b、A品造粒，得B品，c、B品熔化，得C品，d、C品淬冷，得处理产物；所述步骤a中，按重量份计，每份飞灰中对应加入0.05‑0.15份除盐水、0.3‑0.4份硅砂；所述步骤c中，以燃气使B品熔化，燃气中包括天然气、布朗气和压缩空气；按体积份比，燃气中含有1份天然气、0.3‑0.35份布朗气和2.5‑3份的压缩空气，压缩空气的压力0.4‑0.8MPa。本发明具有飞灰处理速度快、能耗较小和能保持车间环境良好的优点。

Description

一种垃圾焚烧飞灰熔融处理工艺及系统

技术领域

本发明属于垃圾电厂飞灰处理领域，尤其涉及一种垃圾焚烧飞灰熔融处理工艺及系统。

背景技术

近年来,生活垃圾焚烧技术在我国得到了进一步推广应用。据国家统计局统计，2017年5月我国运行生活垃圾焚烧厂281座，处理量25万t/日,占垃圾无害化处理量的41％。

采用焚烧法处理城市生活垃圾的最终产物是烟气和固体残渣，其中固体残渣主要分为底灰和飞灰。底灰一般包括炉排渣和炉排间掉落灰，主要由熔渣、黑色及有色金属、陶瓷碎片、玻璃和其它一些不可燃物及未燃有机物组成。由于底灰中所含的重金属污染物、有机污染物等含量较低，属于一般固体废弃物，可以用来进行路基铺设、制备水泥等的添加原料或直接填埋。飞灰指在烟气净化系统和热回收利用系统(如节热器、锅炉等)中收集而得的残余物，相较于底灰，飞灰颗粒较小，表面较粗糙，孔隙率较高，非常容易聚合形成不规则的聚团，很容易吸附烟气中的重金属污染物、有机污染物等，在《国家危险废物名录》中被列为危险废弃物HW18。

生活垃圾焚烧会产生的飞灰约占原生垃圾总量的3％～5％，按平均值4％计，2016年底我国飞灰产量约400万t，预计到2020年将达到800万吨。飞灰中含有大量的铜、铅、锌等重金属以及痕量二噁英等有机污染物,若处置不当,会对生态环境和人体健康造成潜在危害。目前对飞灰处理的工艺主要有三种，分别为稳定化工艺、飞灰水洗工艺和飞灰熔融工艺。

稳定化工艺，是利用化学药剂通过化学反应使有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物质的过程。用药剂稳定化技术处理垃圾焚烧飞灰，不仅能实现飞灰的无害化处理，而且有利于提高飞灰处理效率并利于规模化处理。一般采用的稳定化药剂有：石膏、磷酸盐、漂白粉、硫化物(硫代硫酸钠、硫化钠)、高分子有机稳定剂、铁酸盐、黏土矿物等。稳定化工艺处理飞灰具有无害化、少增容或不增容等优点，但所用化学药剂一般具有一定的选择性，很难找到一种普遍适用各类飞灰的化学药剂，特别是是垃圾电厂产生的飞灰，由于垃圾成分复杂且不稳定，难以选择出普遍使用的化学药剂进行处理；并且化学药剂对二英及溶解盐的稳定性较弱，所以稳定化工艺不适合于对垃圾电厂飞灰的处理。

飞灰水洗工艺是利用溶解性的差异使有害物质可以溶解在水中从而被分离，通过除去水层而去除部分有害物质。利用水洗法脱除飞灰中的氯化物，可作为稳定化工艺的预处理，既能减少重金属元素的含量，又可以提高固化体的品质，为后续飞灰的资源化处理以及大规模利用提供基础。但飞灰水洗工艺会将飞灰中的重金属浸出，所形成的废水直接排放会造成二次污染。飞灰经水洗后，一般通过水泥窑协同处置技术再利用，飞灰的主要成分是CaO、SiO2、Fe2O3、K2O、Na2O等，与水泥的生料成分类似，故可将水洗后的飞灰替代部分水泥生料，加入水泥窑后，比较容易与生料各成分搭配，在水泥窑中制备成水泥。但由于水洗后的飞灰中仍然具有高氯、硫、碱含量的特征，会对水泥窑形成高温腐蚀，更为严重的是，氯、硫、碱是引起窑内结皮堵塞的诱因，很容易频繁导致停产事故，导致水泥厂家并不太愿意接受水洗后的飞灰。由于飞灰水洗工艺后的废水需要再处理，洗后飞灰也难以处理，导致飞灰水洗工艺也不太适合对垃圾电厂飞灰的处理。

飞灰熔融工艺是在飞灰在加入玻璃料(如硅砂)，熔融后冷萃成玻璃态，有害物被固化在玻璃态中，从而避免对环境的污染，可以作为铺路等建筑材料。飞灰熔融工艺不仅能够稳定重金属，而且有机污染物(二噁英、呋喃等)在熔融过程中被彻底分解和破坏。有研究表明，垃圾焚烧飞灰熔融过程中，在1100℃时二噁英分解率大于99.0％。飞灰熔融工艺具有减容、减量、操作简易、重金属稳定性高及二噁英分解彻底等优点，而且飞灰经熔融处理后，密度大为增加，飞灰减容率达2/3以上，得到的熔渣可以作为路基材料、混凝土骨料、沥青骨料等，达到资源化利用的目的，比较适合对垃圾电厂飞灰的处理。

目前主要是以天然气为燃料的熔融炉对飞灰进行熔化，现有熔融炉，如申请号202010539939.0的用于飞灰处理的设备，包括炉体，炉体内设有用于盛放飞灰的坩埚，坩埚的底部设有出料阀门，坩埚的上侧设有氧气管和天然气管，氧气和天然气混合点燃形成向坩埚喷射的火焰，使坩埚内的飞灰熔化成玻璃态。

现有熔融炉存在缺陷是，飞灰的顶面受热，热量向飞灰底部传递的速度较慢，导致熔化全部飞灰的时间需要较长，降低了飞灰的处理效率。并且，基于热升冷降的原理，炉体顶部温度高、底部温度低，飞灰顶部受火焰直接喷射而加热速度快，但飞灰底部处于较低温度区间内，加热至玻璃态更加困难，进一步的降低飞灰的处理效率。此外，为尽快的熔化飞灰，火焰温度应当越高越好，这能更快的使与火焰接触的飞灰熔化，火焰的温度基于氧气和天然气的混合比例，在实践中发现，当火焰温度达到最高时，氧气和天然气的混合比例最好，但此时火焰的长度反而最短，喷射到飞灰并蔓延出来的、与飞灰的接触面积小，不能使更多的飞灰同时被火焰喷射到，也不能达到很好的熔化速度。目前的做法是通过调节氧气和天然气的混合比例，牺牲一定的火焰温度，增加火焰长度，达到一定的平衡，来提高飞灰的熔化速度，但效果并不是很明显。

因此，现有飞灰熔融工艺存在飞灰处理速度慢的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种垃圾焚烧飞灰熔融处理工艺及系统。本发明具有飞灰处理速度快、能耗较小和能保持车间环境良好的优点。

本发明的技术方案：一种垃圾焚烧飞灰熔融处理工艺，包括以下步骤，

a、飞灰加除盐水和硅砂，搅拌均匀，得A品，

b、A品造粒，得B品，

c、B品熔化，得C品，

d、C品淬冷，得处理产物。

前述的垃圾焚烧飞灰熔融处理工艺中，所述步骤a中，按重量份计，每份飞灰中对应加入0.05-0.15份除盐水、0.3-0.4份硅砂。

前述的垃圾焚烧飞灰熔融处理工艺中，每份飞灰中对应加入0.1份除盐水、0.346份硅砂。

前述的垃圾焚烧飞灰熔融处理工艺中，所述步骤c中，以燃气使B品熔化，燃气中包括天然气、布朗气和压缩空气。

前述的垃圾焚烧飞灰熔融处理工艺中，按体积份比，燃气中含有1份天然气、0.3-0.35份布朗气和2.5-3份的压缩空气，压缩空气的压力0.4-0.8MPa。

实现前述垃圾焚烧飞灰熔融处理工艺的系统，包括输送装置，输送装置通过搅拌机连接连续式的颗粒成型机，颗粒成型机通过熔融炉连接淬冷装置；还包括第一冷却塔和第二冷却塔，第一冷却塔连接布朗发生器，第二冷却塔连接淬冷装置。

前述的系统中，所述熔融炉包括立式的炉体，炉体的顶部设有烟囱，炉体内设有坩埚，坩埚的上侧形成进料区，进料区设有进料机构，坩埚的下侧形成出料区，出料区的底部设有出料口，坩埚的底部中心设有漏孔，漏孔的外侧设有多个均伸入到坩埚内的喷嘴，喷嘴的上侧设有与坩埚连接的小孔格栅板，小孔格栅板的下侧形成扁平的燃烧室，多个喷嘴均连接供气系统，其中一个喷嘴的一侧设有点火器。

前述的系统中，所述供气系统包括包括空气管道、布朗气管道和天然气管道，布朗气管道和天然气管道均连接喷嘴，空气管道的一端连接至喷嘴，空气管道的另一端经烟道换热器连接高压气源，烟道换热器位于烟囱内。

前述的系统中，所述进料机构包括进料斗，进料斗的底部设有与进料区连接的进料管，进料管内设有转轴，转轴周向上设有多个半圆形的叶板，进料管的外侧设有与转轴连接的电机。

前述的系统中，所述小孔格栅板的上方设有大孔格栅板，大孔格栅板上设有多个通风管，通风管的上端靠近进料区的顶部，通风管的下端距离小孔格栅板15-20cm，通风管上设有多个通风孔，多个通风孔均位于大孔格栅板的下侧。

与现有技术相比，本发明首先是在工艺上作了改进，先在飞灰中加入除盐水和硅砂，进行造粒，形成飞灰颗粒，然后对飞灰颗粒进行熔化，熔化时，火焰可以穿过飞灰颗粒之间的空隙，对飞灰颗粒形成包裹，增加火焰与飞灰颗粒之间的接触面积，提高飞灰颗粒的熔化速度，从而增加飞灰处理速度。然后对熔化飞灰的燃气作了改进，将天然气、压缩空气和布朗气以特定比例混合在一起点燃，形成火焰，其中布朗气是关键，不但能极大的提高火焰的温度，而且能够将火焰长度增加至原先的1.3倍，与飞灰颗粒接触并扩散后，能形成一个大的水平覆盖面，极大的提高与飞灰颗粒之间的水平接触面积，加快飞灰颗粒的熔化速度，增加飞灰处理速度。

本发明在实现工艺的基础上，主要利用现有设备形成配套的飞灰熔融处理系统，并对系统中的熔融炉作了大幅度的改进，主要的该改进包括如下这些：第一、燃气从熔融炉的底部形成火焰，对飞灰颗粒进行加热，底部受热的飞灰颗粒变成熔浆后能够快速滴落排出，避免未熔飞灰颗粒与火焰之间形成会起隔热作用的隔层(熔浆层)，加快飞灰颗粒的熔化速度，即增加了飞灰处理速度。第二、通过小孔格栅板形成燃烧室，由于燃烧室扁平，火焰集中，并随气流向上蔓延，穿过飞灰颗粒的空隙，形成较高深度的蔓延，提高与飞灰颗粒之间的在高度向上的接触面积，加快飞灰颗粒的熔化速度，增加飞灰处理速度。第三、由于火焰对底部飞灰颗粒进行加热，火焰烟气向上流动，可对上部飞灰颗粒形成预热，不但回收了火焰余热，降低了能耗，也上部飞灰颗粒下移并与火焰接触后能更快熔化，加快飞灰处理速度。第四、利益烟道换热器进一步的回收余热，对压缩空气进行加热，提高燃烧室内温度，加快飞灰处理速度。第五、在进料管内设置了叶板，叶板在电机带动下旋转，可将进料斗内的飞灰颗粒进行匀速送料，同时又避免炉内烟气从进料斗排出，不会对车间环境造成污染高温灼热，有利于保持车间环境良好。

综上所述，本发明具有飞灰处理速度快、能耗较小和能保持车间环境良好的优点。

附图说明

图1是系统的工艺流程图。

图2是熔融炉的正视示意图。

图3是图2在K处的俯视放大图。

图4是喷嘴的结构示意图。

图5是在进料管上设置空心球体时的示意图。

附图中的标记为：1-输送装置，2-颗粒成型机，3-搅拌机，4-熔融炉，5-淬冷装置，6-第一冷却塔，7-第二冷却塔，8-布朗发生器；

400-炉体，401-烟囱，402-坩埚，403-进料区，404-出料区，405-出料口，406-漏孔，407-喷嘴，408-小孔格栅板，409-燃烧室，410-点火器，411-空气管道，412-布朗气管道，413-天然气管道，414-烟道换热器，415-进料斗，416-进料管，417-转轴，418-叶板，419-电机，420-大孔格栅板，421-通风管，422-通风孔，423-空气压缩机，424-第一阀门，425-第二阀门，426-第三阀门，427-支架，428-管状体，429-第一支管，430-喷射口，431-第二支管，432-空气喷头，433-第三支管，434-布朗气喷头，435-隔板，436-第一气孔，437-导向管，438-封板，439-第二气孔，440-浮动球，441-限位杆，442-空心球体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。一种垃圾焚烧飞灰熔融处理工艺，包括以下步骤，

a、飞灰加除盐水和硅砂，搅拌均匀，得A品，

b、A品造粒，造粒直径10-15mm，得B品，

c、B品熔化，得C品，

d、C品淬冷，得处理产物。

所述步骤a中，按重量份计，每份飞灰中对应加入0.1份除盐水、0.346份硅砂。

所述步骤c中，以燃气使B品熔化，燃气中由天然气、布朗气和压缩空气组成，按体积份比，燃气中含有1份天然气、0.33份布朗气和2.7份的压缩空气，压缩空气的压力0.5MPa。

实现上述工艺的系统，如图1所示，包括输送装置1，输送装置1通过搅拌机3连接连续式的颗粒成型机2，颗粒成型机2通过熔融炉4连接淬冷装置5；还包括第一冷却塔6和第二冷却塔7，第一冷却塔6连接布朗发生器8，第二冷却塔7连接淬冷装置5。

系统的工作过程是：将飞灰和硅砂按比例放入输送装置1(绞龙输送机)中，经输送装置1进入到搅拌机3，按比例向搅拌机3添加除盐水，搅拌均匀，得A品，A品送入到颗粒成型机2中完成造粒，得B品，B品直接送入到熔融炉4，出于节能能源的目的，也可将B品阴干后送入到熔融炉4，B品在熔融炉4内熔化，滴落到淬冷装置5，所述淬冷装置5为水槽，得处理产物，处理产物取出后在储存槽中准备运走。其中熔融炉4以天然气、布朗气和压缩空气作为燃气，天然气从燃气管道获取，布朗气从布朗发生器制得，压缩空气从厂内空气压缩机获取；第一冷却塔6用于对布朗发生器8的降温，第二冷却塔7用于对淬冷装置5的降温。输送装置1、颗粒成型机2、搅拌机3、淬冷装置5、第一冷却塔6、第二冷却塔7和布朗发生器8均为现有技术。

所述熔融炉4包括立式的炉体400，炉体400的顶部设有烟囱401，烟囱401通过烟管连接至车间外，烟气直排车间外部，炉体400内设有坩埚402，坩埚402的上侧形成进料区403，进料区403设有进料机构，坩埚402的下侧形成出料区404，出料区404的底部设有出料口405，坩埚402的底部中心设有漏孔406，漏孔406的外侧设有多个均伸入到坩埚402内的喷嘴407，喷嘴407上端应略微超过坩埚402的底面，喷嘴407的上侧设有与坩埚402连接的小孔格栅板408，小孔格栅板408的孔眼需要保证不能被飞灰颗粒穿过(即B品)，小孔格栅板408的下侧形成扁平的燃烧室409，燃烧室409的高度应低于喷嘴407喷出的火焰长度，取火焰长度的二分之一左右即可，多个喷嘴407均连接供气系统，其中一个喷嘴407的一侧设有点火器410。

所述供气系统包括包括空气管道411、布朗气管道412和天然气管道413，空气管道411、布朗气管道412和天然气管道413上分别设有第一阀门424、第二阀门425和第三阀门426，布朗气管道412和天然气管道413均连接喷嘴407，空气管道411的一端连接至喷嘴407，空气管道411的另一端经烟道换热器414连接空气压缩机423，烟道换热器414位于烟囱401内。

漏孔406的下方设有C型的支架427，支架427与坩埚402的底部固定，空气管道411、布朗气管道412和天然气管道413均沿着支架427固定，避免与漏孔406滴落的熔浆接触，并连接各个喷嘴407，喷嘴407的一侧与支架427固定。所述喷嘴407包括管状体428，管状体428的下端设有与天然气管道413连接的第一支管429，管状体428的上端收拢形成喷射口430，管状体428的一侧设有与空气管道411连接的第二支管431，第二支管431的端部设有空气喷头432，空气喷头432的喷出方向向上，第二支管431的下方设有与布朗气管道412连接的第三支管433，第三支管433的端部设有布朗气喷头434，布朗气喷头434的喷射方向向上，空气喷头432与布朗气喷头434之间设有单向阀。通过对喷嘴的结构优化，使天然气和布朗气先混合，然后再通过单向阀与压缩空气混合，在保证燃气燃烧充分的基础上，避免燃烧室409内发生燃气燃烧震爆时对天然气管道和布朗气管道产生压力逆向影响，确保天然气管道和布朗气管道不会破裂泄露，安全性好。

所述单向阀包括与管状体428固定的隔板435，隔板435的中部设有第一气孔436，隔板435的底部设有上大下小的导向管437，第一气孔436位于导向管437内，导向管437的下端设有封板438，封板438的中部设有第二气孔439，导向管437内设有浮动球440，浮动球440采用耐高温以及低密度材料制作，浮动球440的直径大于第二气孔439的直径，浮动球440位于最低处时可以堵住第二气孔439，浮动球440的上方设有与导向管437固定的限位杆441，限位杆441为十字形，限位杆441用于防止浮动球440上升时堵住第一气孔436。

所述进料机构包括进料斗415，进料斗通过进料支架427固定在路炉体400上，进料斗415的底部设有与进料区403连接的进料管416，进料管416内设有转轴417，转轴417周向上设有多个半圆形的叶板418，叶板418的直径与进料管416的内径相配合，进料管416的外侧设有与转轴417连接的电机419。叶板418转动时，可将飞灰颗粒送入到进料区403，同时，叶板避免进料区403内的烟气从进料管416排出对车间环境造成污染。为提高叶板与进料管416之间的密封性，还可将进料管416的内径设置为小于叶板直径，在进料管416上设有内径与叶板直径匹配的空心球体442，叶板418在空心球体442内转动时密封性尤其好。

所述小孔格栅板408的上方设有与坩埚402连接的大孔格栅板420，大孔格栅板420上的孔眼需要保证能被飞灰颗粒顺利穿过，大孔格栅板420上设有多个通风管421，通风管421的上端靠近进料区403的顶部，通风管421的下端与小孔格栅板408之间距离15-20cm，通风管421上设有多个通风孔422，通风孔422的直径2-3mm，多个通风孔422均位于大孔格栅板420的下侧。

熔融炉4的工作原理：颗粒成型机2里出来的飞灰颗粒进入到进料斗415中，电机419驱动转轴417旋转，转轴417带动叶板418转动，叶板418将飞回颗粒匀速输送到进料区403，掉进坩埚402中，形成堆积，叶板418的送料速度应该与熔融炉4的出料速度基本相同，使坩埚402内堆积的飞灰颗粒的高度基本不变。

通过控制第一阀门424、第二阀门425和第三阀门426的开度，分别调定压缩空气、布朗气和天然气的输入比例。空气压缩机423输出的压缩空气经过烟道换热器414被加热，经空气管道411、第二支管431，从空气喷头432射出；布朗发生器8产生的布朗气，经布朗气管道412、第三支管433，从布朗气喷头434射出；天然气经天然气管道413、第一支管429进入到管状体428中；天然气与布朗气混合形成混合气，混合气推动浮动球440上升，单向阀打开，混合气依次通过第二气孔439和第一气孔436，在喷射口430处与压缩空气再次混合，获得充足氧气，经点火器410点燃后形成火焰，从喷射口430射出，火焰在喷射到底部的飞灰颗粒后扩散开来，形成一个大的接触面，且热量集中在狭小的燃烧室409中，温度更高，加速对底部的飞灰颗粒的熔化，熔化形成的熔浆穿过小孔格栅板408、漏孔406，从出料口405排出，进入到淬冷装置5。燃烧废气穿过飞灰颗粒之间的空隙，对上部的飞灰颗粒进行预热，穿过所有坩埚内飞灰颗粒后，利用余热对烟道换热器414加热，从烟囱401排出。通风管421的作用是，当坩埚内堆积的飞灰颗粒高度较大时，燃烧废气流动阻力过大，通风管421可减少一部分燃烧废气在飞灰颗粒之间的穿过路径长度，降低阻力，通风管421的数量以及与小孔格栅板408之间的距离，根据飞灰颗粒的直径而定，飞灰颗粒直径越大，形成的空隙越大，通风管421与小孔格栅板408之间的距离也可以越大，通风管421的数量也可以越少。当燃烧室409内发生燃气燃烧震爆时，燃烧室内的压力极速增加，布朗气和天然气逆流，浮动球440掉落，堵住第二气孔439，避免压力传递到天然气管道的布朗气管道，避免天然气管道的布朗气管道破裂泄露。

Claims (1)

1.一种垃圾焚烧飞灰熔融处理工艺，其特征在于：包括以下步骤，

a、飞灰加除盐水和硅砂，搅拌均匀，得A品，

b、A品造粒，得B品，

c、B品熔化，得C品，

d、C品淬冷，得处理产物；

所述步骤a中，按重量份计，每份飞灰中对应加入0.05-0.15份除盐水、0.3-0.4份硅砂；

每份飞灰中对应加入0.1份除盐水、0.346份硅砂；

所述步骤c中，以燃气使B品熔化，燃气中包括天然气、布朗气和压缩空气；

按体积份比，燃气中含有1份天然气、0.3-0.35份布朗气和2.5-3份的压缩空气，压缩空气的压力0.4-0.8MPa；

实现所述垃圾焚烧飞灰熔融处理工艺的系统，包括输送装置（1），输送装置（1）通过搅拌机（3）连接连续式的颗粒成型机（2），颗粒成型机（2）通过熔融炉（4）连接淬冷装置（5）；还包括第一冷却塔（6）和第二冷却塔（7），第一冷却塔（6）连接布朗发生器（8），第二冷却塔（7）连接淬冷装置（5）；

所述熔融炉（4）包括立式的炉体（400），炉体（400）的顶部设有烟囱（401），炉体（400）内设有坩埚（402），坩埚（402）的上侧形成进料区（403），进料区（403）设有进料机构，坩埚（402）的下侧形成出料区（404），出料区（404）的底部设有出料口（405），坩埚（402）的底部中心设有漏孔（406），漏孔（406）的外侧设有多个均伸入到坩埚（402）内的喷嘴（407），喷嘴（407）的上侧设有与坩埚（402）连接的小孔格栅板（408），小孔格栅板（408）的下侧形成扁平的燃烧室（409），多个喷嘴（407）均连接供气系统，其中一个喷嘴（407）的一侧设有点火器（410）；

所述供气系统包括空气管道（411）、布朗气管道（412）和天然气管道（413），布朗气管道（412）和天然气管道（413）均连接喷嘴（407），空气管道（411）的一端连接至喷嘴（407），空气管道（411）的另一端经烟道换热器（414）连接高压气源，烟道换热器（414）位于烟囱（401）内；

所述进料机构包括进料斗（415），进料斗（415）的底部设有与进料区（403）连接的进料管（416），进料管（416）内设有转轴（417），转轴（417）周向上设有多个半圆形的叶板（418），进料管（416）的外侧设有与转轴（417）连接的电机（419）；

所述小孔格栅板（408）的上方设有大孔格栅板（420），大孔格栅板（420）上设有多个通风管（421），通风管（421）的上端靠近进料区（403）的顶部，通风管（421）的下端距离小孔格栅板（408）15-20cm，通风管（421）上设有多个通风孔（422），多个通风孔（422）均位于大孔格栅板（420）的下侧。