CN115582004A - 碱渣在垃圾焚烧尾气处理中的应用及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了碱渣在垃圾焚烧尾气处理中的应用及处理方法。碱渣在垃圾焚烧尾气处理中的应用，碱渣以碱渣浆料的形式脱除垃圾焚烧尾气中的有害气体。采用碱渣脱除垃圾焚烧尾气中的有害气体时，脱酸剂制备简单，脱酸效率高，以废治废，符合国家节能环保循环经济的产业政策，具有很好的社会效益、环保效益和经济效益。

Description

碱渣在垃圾焚烧尾气处理中的应用及处理方法

技术领域

本发明涉及大气污染治理和固体废渣资源化综合利用领域，特别涉及碱渣在垃圾焚烧尾气处理中的应用及处理方法。

背景技术

氨碱法纯碱生产过程中副产大量的碱渣，在氨碱法制碱过程中，蒸氨工艺中产生大量的蒸氨废液，蒸氨废液中含有1-4％的固相物，将蒸氨废液中固相物经过沉降澄清后的分离出来的固相物即为碱渣，同时纯碱厂盐水精制过程中产生的固体废物为盐泥，碱渣和盐泥主要成分类似，俗称为碱渣，碱渣主要成分有：CaCO₃、CaSO₄、Ca(OH)₂、CaO、Mg(OH)₂和CaCl₂、NaCl等，碱渣碱性较强，量大，既占用宝贵的陆地资源，又对周边的植物等造成损害，同时有害物质渗入地下水，污染水资源。碱渣的综合利用技术不少，但既能适应目前的社会要求、又真正实现了产业化的不多。

在垃圾处理行业，不能再回收利用的垃圾进行焚烧发电为普遍采用的方法。焚烧垃圾尾气脱酸(即脱除废气中有害酸性气体HCl、SO₂、HF等)目前普遍采用钙基消石灰(Ca(OH)₂)作为脱酸剂，消石灰在原料开采、烧制、消化等环节均受到严格监管，价格高、脱酸运行费用高，同时消石灰的生产必须经过开采矿山煅烧加工，造成二次污染。其他垃圾焚烧尾气脱酸剂如钠基烧碱(NaOH)、小苏打等价格偏高，运行成本压力高，没有大规模应用价值。

现有技术中，专利CN1248483A公开了一种烟气脱硫方法，实现了蒸氨碱渣在烟气脱硫中的应用，其方法是采用电石渣和蒸氨碱渣或两者的混合物作脱硫剂，经干燥处理后，将其喷入烟气中，与烟气中的SO₂反应的干法脱硫。当优先釆用两者混合物为脱硫剂，并按4：6-6：4进行配比时，脱硫效率为65-75％。专利CN1268387A公开了利用纯碱厂废渣脱除烟气中硫氧化物的方法，其方法是将烟气和纯碱厂废渣浆通入反应器，使其充分接触，发生脱硫反应。这里的反应器可以是喷雾吸收塔、文丘里吸收塔、填料式吸收塔等多种半干式或湿式吸收装置。脱硫剂是采用海水或淡水配置的，并视情况掺入部分飞灰和石灰，配置成质量浓度10-20％的浆液。该法脱硫产物为亚硫酸钙和硫酸钙的混合物。专利CN214182506U公开了一种生活垃圾发电厂片碱脱酸系统，涉及垃圾焚烧尾气脱酸技术领域，用以解决现有垃圾焚烧脱酸系统脱酸效率低的问题。该系统通过10m³氢氧化钠溶液制备存储一体罐制备并存储氢氧化钠溶液，并通过氢氧化钠溶液输送泵将氢氧化钠溶液输送至反应塔上，并进一步连接到各雾化器工业水管上，从而通过在石灰浆制备间安装该系统达到提高脱酸效率的目的，可应用于垃圾焚烧处理系统中。

垃圾焚烧尾气因垃圾组分的复杂性，使得垃圾焚烧尾气相较于锅炉烟气更难处理，而传统垃圾焚烧尾气采用消石灰(Ca(OH)₂)或烧碱(NaOH)等作为脱酸剂，处理成本高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供碱渣在垃圾焚烧尾气处理中的应用；本发明的目的之二在于提供一种垃圾焚烧尾气处理方法。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明第一方面提供了碱渣在垃圾焚烧尾气处理中的应用，所述碱渣以碱渣浆料的形式脱除垃圾焚烧尾气中的有害气体；所述碱渣干基包括以下质量百分比的组分：30-42％ CaO、3-20％ MgO、1-2.5％ SiO₂、0.5-2.5％ Al₂O₃、0.5-0.8％ Fe₂O₃、0.3-1.2％Na₂O、0.01-0.06％ K₂O、0.02-0.09％ P₂O₅、5-15％ Cl^-、4-9.5％ SO₃，其中钙化合物全部折算为CaO计。

本发明所述的碱渣为氨碱法纯碱生产过程中的副产物。

碱渣在脱除垃圾焚烧尾气中的有害气体的主要反应方程式如下：

1)HC1、SO₂、HF的吸收：

尾气中的HC1、SO₂、HF与碱渣浆料液滴中的水发生如下反应：

HC1+H₂O→Cl^-+H⁺+H₂O(溶液) (1)

SO₂+2H₂O→HSO₃ ^-+H⁺+H₂O(溶液) (2)

HF+H₂O→F^-+H⁺+H₂O(溶液) (3)

2)被液滴吸收的HCl、SO₂、HF再进一步与碱渣中的CaCO₃、Ca(OH)₂、CaO、Mg(OH)₂反应，浆料水相中离解成离子态的CaCO₃、Ca(OH)₂、CaO、Mg(OH)₂首先发生反应：

与HC1反应：

Ca²⁺+CO₃ ^2-+2Cl^-+2H⁺→Ca²⁺+2Cl^-+CO₂↑+H₂O (4)

Ca²⁺+2OH^-+2Cl^-+2H⁺→Ca²⁺+2Cl^-+2H₂O (5)

(CaO消化后)Ca²⁺+2OH^-+2Cl^-+2H⁺→Ca²⁺+2Cl^-+2H₂O (6)

Mg²⁺+2OH^-+2Cl^-+2H⁺→Mg²⁺+2Cl^-+2H₂O (7)

与SO₂反应：

Ca²⁺+CO₃ ^2-+HSO₃ ^-+H⁺→CaSO₃↓+CO₂↑+H₂O (8)

Ca²⁺+2OH^-+HSO₃ ^-+H⁺→CaSO₃↓+2H₂O (9)

(CaO消化后)Ca²⁺+2OH^-+HSO₃ ^-+H⁺→CaSO₃↓+2H₂O(10)

Mg²⁺+2OH^-+HSO₃ ^-+H⁺→MgSO₃↓+2H₂O (11)

与HF反应：

Ca²⁺+CO₃ ^2-+2F^-+2H⁺→CaF₂↓+CO₂↑+H₂O (12)

Ca²⁺+2OH^-+2F^-+2H⁺→CaF₂↓+2H₂O (13)

(CaO消化后)Ca²⁺+2OH^-+2F^-+2H⁺→CaF₂↓+2H₂O (14)

Mg²⁺+2OH^-+2F^-+2H⁺→MgF₂↓+2H₂O (15)

碱渣浆料中还可以加入重金属螯合剂，进一步去除重金属，重金属螯合反应如下：

R(螯合剂)+Cd²⁺→R-Cd (16)

R(螯合剂)+Hg²⁺→R-Hg (17)

优选的，碱渣在垃圾焚烧尾气处理中的应用中，碱渣浆料中氯化钙的含量为1.5-2.5wt％；发明人发现，碱渣中含有一定量的氯化钙，在碱渣浆料中，氯化钙雾滴有很好的保湿功能，这一特性可以延长雾滴的干燥时间并使氯化钙对重金属有螯合作用，实现了碱渣对垃圾焚烧尾气中重金属的脱除功效，当进一步搭配螯合剂使用时，可有效减少螯合剂的使用量。

优选的，碱渣在垃圾焚烧尾气处理中的应用中，所述碱渣的粒径≤40μm；进一步优选的，碱渣的粒径≤38μm。

优选的，所述碱渣的粒径≤10μm占比≥65％。

本发明第二方面提供了一种垃圾焚烧尾气处理方法，包括以下步骤：将垃圾焚烧尾气及碱渣浆料输送至喷雾干燥塔内，碱渣浆料被雾化成雾滴对垃圾焚烧尾气进行干燥吸收，脱除有害气体。

优选的，这种垃圾焚烧尾气处理方法还包括喷雾干燥塔出来的尾气进入布袋除尘器的步骤，应控制喷雾干燥塔出口尾气温度为80-160℃。

优选的，这种垃圾焚烧尾气处理方法中，所述垃圾焚烧尾气进入喷雾干燥塔时的温度为80-230℃；在高温尾气的烘蒸下碱渣浆料水分快速蒸发，脱酸、脱重金属反应产物氯化钙、氯化镁、亚硫酸钙、氟化钙、重金属螯合物及其他浆液固体物干燥析出，大颗粒飞灰在喷雾干燥塔底部排出，小颗粒飞灰通过烟气进入后续除尘设备，除尘后的烟气进入后端的脱硝脱酸处理系统进一步净化后达标排放。

本发明的垃圾焚烧尾气处理方法中，碱渣浆料可以采用制碱厂氨碱法纯碱生产过程中产生的新鲜的副产物碱渣浆料或者是将制碱厂氨碱法纯碱生产过程中产生的新鲜的副产物浆料进行脱水处理然后运送至垃圾焚烧厂再加水配制成碱渣浆料。

当采用制碱厂氨碱法纯碱生产过程中产生的新鲜的副产物碱渣浆料直接输送至喷雾干燥塔内处理垃圾焚烧尾气时，垃圾焚烧尾气进入喷雾干燥塔时的温度为80-180℃。

优选的，这种垃圾焚烧尾气处理方法中，碱渣浆料中碱渣的固含量为1-30wt％。

优选的，这种垃圾焚烧尾气处理方法中，碱渣浆料含有螯合剂；螯合剂包括哌嗪类螯合剂、有机硫、EDTA、二硫代氨基甲酸盐、福美钠SDD、无机硫中的至少一种；飞灰重金属螯合剂前置投加在碱渣浆料中，则后端飞灰螯合剂的用量可以大幅减小，而且飞灰螯合剂总用量也将减少，这与碱渣浆料中含有特定含量的氯化钙有关。

当碱渣浆料中加入螯合剂时，垃圾焚烧尾气进入喷雾干燥塔时的温度应小于95℃。

优选的，这种垃圾焚烧尾气处理方法中，碱渣浆料中螯合剂的含量为0.001-0.05wt％。

优选的，这种垃圾焚烧尾气处理方法中，垃圾焚烧尾气及碱渣浆料输送至喷雾干燥塔内的体积比为1m³：(0.03-0.07)L；进一步优选的，垃圾焚烧尾气及碱渣浆料输送至喷雾干燥塔内的体积比为1m³：(0.04-0.06)L。

使用本发明的垃圾焚烧尾气处理方法，尾气中HCl去除率＞95％，SO₂去除率＞80％，HF去除率＞98％，重金属去除率＞80％。

本发明的有益效果是：

本发明不同于传统的垃圾焚烧尾气用消石灰(Ca(OH)₂)或烧碱(NaOH)等作为脱酸剂，并有别于碱渣在锅炉烟气脱硫领域的应用，提出了用氨碱厂高活性碱渣并且可配合螯合剂作为垃圾焚烧尾气的复合高效脱酸剂，脱除尾气中的酸性有害成分(HCl、SO₂、HF)达到净化尾气的目的，同时捕集尾气中的铜、锌、铅、铬、镉、汞等重金属。该方法流程少、设备少、投资少、占地少、能耗低，脱酸剂制备简单，脱酸效率高，以废治废，符合国家节能环保循环经济的产业政策，具有很好的社会效益、环保效益和经济效益。

本发明所用的碱渣含有氯化钙，氯化钙雾滴有很好的保湿功能，这一特性可以延长雾滴的干燥时间并使氯化钙对重金属有螯合作用，实现了碱渣对垃圾焚烧尾气中重金属的脱除功效，当进一步搭配螯合剂使用时，可有效减少螯合剂的使用量。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。

实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。

实施例1

本实施例提供了一种垃圾焚烧尾气处理方法，本实施例所使用的碱渣干基成分如下表1所示，本实施例所使用的碱渣粒径分布如下表2所示。

表1碱渣干基成分表

表2碱渣粒径分布

粒度(μm)	≤1	≤2	≤4	≤8	≤10	≤15	≤20	≤25	≤38
										V(％)	5.8	14.1	32.6	58.1	65.3	80.5	88.9	95.2	100

本实施例的垃圾焚烧尾气处理方法，具体包括如下步骤：

1、碱渣浆料配制

将氨碱厂蒸吸车间的蒸氨废液(原液，固含量1-4％)沉淀浓缩提取底流(固含量6-10％)，再经过离心脱水分离，得到含水量40-50％的碱渣，将碱渣输送至待处理垃圾焚烧尾气处，将碱渣、水、螯合剂(哌嗪类螯合剂或有机硫或EDTA或二硫代氨基甲酸盐或福美钠SDD或无机硫中的一种)混合配制成含水量70-95％的脱酸剂碱渣浆料。含水量70-95％碱渣浆料中的螯合剂的浓度为0.001％-0.05％，混合均匀的碱渣浆料过筛除去大颗粒杂质，使用时通过浆液泵加入到喷雾干燥塔进行垃圾焚烧尾气脱除有害酸性气体和重金属的反应(即脱除尾气中的HCl、SO₂、HF气体成分和铜、锌、铅、铬、镉、汞等重金属)。

2、垃圾焚烧尾气脱酸、脱重金属反应

由垃圾焚烧炉来的尾气温度由300-400℃降温至80-230℃后进入喷雾干燥塔进行脱酸、脱重金属吸收反应；浆液泵将碱渣浆料送入至喷雾干燥塔顶部的高速旋转雾化器，高速旋转雾化器将浆液雾化成细小液滴，经过雾化的碱渣浆料液滴与废气中的HCl、SO₂、HF气体、重金属离子充分顺流/逆流接触反应生成氯化钙、氯化镁、亚硫酸钙、氟化钙、重金属螯合物；同时在高温尾气的烘蒸下浆液水分快速蒸发，脱酸、脱重金属反应产物氯化钙、氯化镁、亚硫酸钙、氟化钙、重金属螯合物及其他浆液固体物干燥析出，大颗粒飞灰在喷雾干燥塔底部排除，小颗粒飞灰通过烟气进入后续除尘设备，喷雾干燥塔烟气出口温度控制在80-160℃。

喷雾干燥塔脱酸效率：脱除HCl效率大于95％，脱除SO₂效率大于80％，脱除HF效率大于98％，脱除重金属效率大于80％。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.碱渣在垃圾焚烧尾气处理中的应用，其特征在于，所述碱渣以碱渣浆料的形式脱除垃圾焚烧尾气中的有害气体；所述碱渣干基包括以下质量百分比的组分：30-42％CaO、3-20％MgO、1-2.5％SiO₂、0.5-2.5％Al₂O₃、0.5-0.8％Fe₂O₃、0.3-1.2％Na₂O、0.01-0.06％K₂O、0.02-0.09％P₂O₅、5-15％Cl^-、4-9.5％SO₃。

2.根据权利要求1所述的碱渣在垃圾焚烧尾气处理中的应用，其特征在于，所述碱渣浆料中氯化钙的含量为1.5-2.5wt％。

3.根据权利要求1所述的碱渣在垃圾焚烧尾气处理中的应用，其特征在于，所述碱渣的粒径≤40μm。

4.根据权利要求3所述的碱渣在垃圾焚烧尾气处理中的应用，其特征在于，所述碱渣的粒径≤10μm占比≥65％。

5.一种垃圾焚烧尾气处理方法，其特征在于，包括以下步骤：将垃圾焚烧尾气及碱渣浆料输送至喷雾干燥塔内，碱渣浆料被雾化成雾滴对垃圾焚烧尾气进行干燥吸收，脱除有害气体。

6.根据权利要求5所述的垃圾焚烧尾气处理方法，其特征在于，所述垃圾焚烧尾气进入喷雾干燥塔时的温度为80-230℃。

7.根据权利要求5所述的垃圾焚烧尾气处理方法，其特征在于，所述碱渣浆料中碱渣的固含量为1-30wt％。

8.根据权利要求5所述的垃圾焚烧尾气处理方法，其特征在于，所述碱渣浆料含有螯合剂；所述螯合剂包括哌嗪类螯合剂、有机硫、EDTA、二硫代氨基甲酸盐、福美钠SDD、无机硫中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的垃圾焚烧尾气处理方法，其特征在于，所述碱渣浆料中螯合剂的含量为0.001-0.05wt％。

10.根据权利要求5所述的垃圾焚烧尾气处理方法，其特征在于，所述垃圾焚烧尾气及碱渣浆料输送至喷雾干燥塔内的体积比为1m³：(0.03-0.07)L。