CN115770775A - 一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统及方法，所述系统包括依次连接的热风单元、热脱附单元和分解单元。在此系统中，处于热风驱动状态下的飞灰在热脱附器中同时进行二噁英脱附与分离，经热风加热脱附到气相中的二噁英及二噁英合成前驱物一经脱附即与飞灰固体分离，避免了二噁英的二次合成，大大提高了飞灰二噁英的处置效率，同时充分利用水泥生产线的富余热能进行飞灰二噁英热脱附，在进一步提高水泥厂热能利用效率的同时实现飞灰的无害化处置与资源化利用。本发明提供的热脱附单元可组合成多级热脱附单元，可根据实际情况灵活调整以适用于各类水泥厂、垃圾焚烧场等场景。

Description

一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统及方法

技术领域

本发明涉及飞灰无害化处置领域，特别是一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统及方法。

背景技术

生活垃圾焚烧处理技术因其具有无害化、资源化、减量化等优势，已成为各国处理废弃物的最主要和最有效的技术之一。焚烧法处理生活垃圾所产生的飞灰，约占焚烧总量的3％～5％，其中富集了高浓度的重金属及二噁英等有毒有害物质，《国家危险废物名录》明确规定其为危险废物，必须进行无害化处理。目前常用的飞灰处理技术有分离萃取法、热处理以及稳定/固化处理。然而随着飞灰产生量的不断增加，常规的稳固化填埋处理技术因技术成熟度不高、不能回收工业盐、占地面积大、固化效果不持久等限制，无法实现飞灰无害化和资源化的目的。

飞灰中含有可溶性盐以及与水泥熟料比较相近的CaO、SiO₂、Al₂O₃等成分，约占飞灰量的70％，由于飞灰主要成分与水泥相似，可以利用飞灰取代部分水泥生产的原料，因此水泥窑协同处置飞灰技术在国内外得到了广泛推广和应用。常规的协同处置工艺为先对飞灰进行水洗处理，回收其中的工业盐，然后投入水泥窑生产线中，经高温煅烧以分解二噁英和固化重金属，实现飞灰无害化处置和资源化利用。

因为水洗后飞灰含二噁英，不允许从生料端进行投加，投加位置一般在水泥生产线分解炉或窑尾处，若添加量控制不当，容易对水泥生产的工况造成波动和影响。此外，由于飞灰中二噁英含量较高，经水泥窑生产线高温煅烧后二噁英难以完全分解，窑尾烟气二噁英含量存在超标可能。

有鉴于此，提供一种解决上述问题的技术方案。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提出一种结构简单、脱附高效的水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统，包括依次连接的热风单元、热脱附单元和分解单元；其中，

热风单元，所述热风单元为水泥生产线中篦冷机的出风装置，提供将飞灰送入所述热脱附单元并将飞灰加热的热风；

热脱附单元，包括热脱附器和与所述热脱附器连接的除尘器，飞灰中的二噁英在热脱附单元中进行热脱附，与飞灰分离；

分解单元，所述分解单元为水泥生产线中的分解炉或水泥窑，与所述除尘器连接，将分离出的二噁英分解。

优选地，所述热脱附器为旋风除尘器或重力沉降式除尘器中的任意一种，所述除尘器为高温电除尘器、高温陶瓷膜除尘器或高温金属膜除尘器中的任意一种。

优选地，所述热风单元中的热风温度为550～850℃。

优选地，所述水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统还包括飞灰再利用单元，所述飞灰再利用单元包括飞灰水洗单元。

优选地，所述水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统包括至少两个热脱附单元，相邻热脱附单元为串联，所述至少两个热脱附单元中的每个热脱附单元都与热风单元连接。

优选地，所述热脱附单元还包含飞灰输送装置，所述飞灰输送装置分别与热脱附单元中的热脱附器和除尘器连接，用于收集所述热脱附器和除尘器分离出的飞灰，并将所述飞灰输送到相邻热脱附单元。

优选地，所述飞灰输送装置为螺旋输送机、刮板机或管链式输送机中的任意一种。

本发明的另一目的在于提出一种方便灵活、资源利用率高的水泥窑协同处置飞灰二噁英的方法。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了应用于上述系统的水泥窑协同处置飞灰二噁英的方法，包括以下步骤：

飞灰输送进入到热脱附单元中的热脱附器中，并经热风加热进行二噁英热脱附，脱附出的二噁英进入热脱附单元中的除尘器，进行分离，得到含二噁英的烟气；

将经热脱附单元处理后的含二噁英的烟气输入分解单元中，分解其中的二噁英。

进一步地，包括以下步骤：

飞灰依次通过至少两个热脱附单元进行分离，并将每个热脱附单元分离得到的含二噁英的烟气输入分解单元中进行分解。

进一步地，包括以下步骤：

将热脱附单元脱附分离二噁英后的飞灰经多级水洗和蒸发结晶回收飞灰中的可溶性盐，水洗后的飞灰进入生料磨。

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

1)本发明提供的系统可以与水泥窑协同工作，充分利用水泥窑篦冷机产生的热风与水泥窑的高温环境进行二噁英的热脱附与彻底分解，大大提高了水泥厂的资源利用效率。

2)本发明提供的水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统及方法使用简单，仅需将飞灰加入至系统进料口内便可实现自动的热脱附流程。采用热风对飞灰进行直接加热，飞灰受热均匀，传热效率高。

3)由于飞灰始终在热风流通环境下同时进行二噁英的脱附与分离，经热风加热脱附到气相中的二噁英及二噁英合成前驱物一经脱附即与飞灰固体分离，避免了二噁英的二次合成，大大提高了飞灰二噁英的处置效率。

4)本发明提供的热脱附单元可组合成多级热脱附单元，可根据实际情况灵活调整以适用于各类水泥厂、垃圾焚烧场等场景。由于经多级热脱附后的飞灰本身几乎不含二噁英，不仅降低了水洗成本，且水洗后的飞灰可直接加入水泥生料端而无需考虑对水泥生产的工况造成波动和影响，也不用担心窑尾产生超标的二噁英，提高了飞灰资源的利用效率。

附图说明

图1为本发明提供的一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统示意图；

图2为本发明提供的一种二级热脱附水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统示意图；

图3为本发明提供的一种三级热脱附水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统示意图。

具体实施方式

为了方便说明，下面结合附图对本发明的方案进行具体说明。显然，这仅仅是出于说明的目的进行的，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见图1～3，一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统，包括依次连接的热风单元、热脱附单元和分解单元；其中，

热风单元，所述热风单元为水泥生产线中篦冷机的出风装置，提供将飞灰送入所述热脱附单元并将飞灰加热的热风；

热脱附单元，包括热脱附器和与所述热脱附器连接的除尘器，飞灰中的二噁英在热脱附单元中进行热脱附，与飞灰分离；

分解单元，所述分解单元为水泥生产线中的分解炉或水泥窑，与所述除尘器连接，将分离出的二噁英分解。

飞灰输送进入到热脱附单元中的热脱附器中，并经热风加热进行二噁英热脱附，脱附出的二噁英进入热脱附单元中的除尘器，进行分离，得到含二噁英的烟气；

将经热脱附单元处理后的含二噁英的烟气输入分解单元中，分解其中的二噁英。

本系统可以与水泥窑系统的协同工作，利用水泥窑篦冷机产生的高温热风热脱附飞灰中的二噁英，并利用水泥窑的高温环境使二噁英在高于850℃，停留时间大于2秒的条件下实现二噁英彻底分解，在彻底处理二噁英的同时进一步地提高了水泥厂热能的利用效率。

在一个实施例中，所述热脱附器为旋风除尘器或重力沉降式除尘器中的任意一种，所述除尘器为高温电除尘器、高温陶瓷膜除尘器或高温金属膜除尘器中的任意一种；其中热脱附器优选旋风除尘器，除尘器优选陶瓷膜除尘器或高温金属膜除尘器。

在一个实施例中，所述热风单元产生的热风温度为550～850℃，具体可以是550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃或550℃～850℃间的任一点值。

在一个实施例中，所述水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统还包括飞灰再利用单元，所述飞灰再利用单元包括飞灰水洗单元。

在一个实施例中，所述热脱附单元还包含飞灰输送装置，所述飞灰输送装置分别与热脱附单元中的热脱附器和除尘器连接，用于收集所述热脱附器和除尘器分离出的飞灰，并将所述飞灰输送到相邻热脱附单元。飞灰输送装置可以是螺旋输送机、刮板机或管链式输送机，优选螺旋输送机。

已知二噁英融化温度为303～304℃，沸点为421～446℃，当飞灰被加热至400～600℃时，飞灰中的二噁英几乎全部脱附到气相中。发明人通过研究发现，现有技术中对二噁英的热脱附处理往往采用在一定空间内的加热保温方法进行，飞灰中除了含有二噁英外，还含有大量的二噁英合成前驱物，如氯苯、氯酚等芳烃化合物，已经脱附的飞灰在热脱附温度下极易二次合成二噁英，导致热脱附效率低、处理成本高。基于此，发明人提供了一种在热风持续流通环境下的飞灰二噁英脱附处置系统。在此系统中，处于热风驱动状态下的飞灰在热脱附器中同时进行二噁英脱附与分离，经热风加热脱附到气相中的二噁英及二噁英合成前驱物一经脱附即与飞灰固体分离，避免了二噁英的二次合成，大大提高了飞灰二噁英的处置效率。

在一个实施例中，所述水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统包括至少两个热脱附单元，相邻热脱附单元为串联，所述至少两个热脱附单元中的每个热脱附单元都与热风单元连接。飞灰依次通过至少两个热脱附单元进行分离，并将每个热脱附单元分离得到的含二噁英的烟气输入分解单元中进行分解。

可以理解，为了使飞灰全部被加热至所需温度，根据实际需要可提高热风单元产生的热风温度、设置多级热脱附单元，或在飞灰运输过程添加保温措施。多级热脱附单元的级数也可根据实际处理的飞灰量、所需达到的排放要求等自由调整，例如多级热脱附单元的级数可以是2级、3级、4级、5级或6级。

在一个实施例中，所述系统包括第一热脱附单元和与所述第一热脱附单元连接的第二热脱附单元，每个热脱附单元均包括热脱附器和除尘器，经所述第一热脱附单元中的热脱附器和除尘器脱附分离后的飞灰进入第二热脱附单元的热脱附器中，且每个除尘器均与所述分解单元连接，每个热脱附器均与所述热风单元连接。

在一个实施例中，所述系统还包括与所述第二热脱附单元连接的第三热脱附单元，所述第三热脱附单元包括热脱附器和除尘器，经所述第二热脱附单元中的热脱附器和除尘器脱附分离后的飞灰进入第三热脱附单元的热脱附器中，且每个除尘器均与所述分解单元连接，每个热脱附器均与所述热风单元连接。

在一个实施例中，将热脱附单元脱附分离二噁英后的飞灰经多级水洗和蒸发结晶回收飞灰中的可溶性盐，水洗后的飞灰进入生料磨。

《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》(HJ662-2013)规定入窑物料中氯元素含量不应大于0.04％，由于本发明提供的飞灰二噁英处置方法已将绝大部分的二噁英及二噁英的含氯合成前驱物去除，故而可减少水洗时的耗水量、水洗时间，降低水洗成本。不含二噁英的飞灰经水洗后能够直接放入水泥生料端中使用，使飞灰能够更好地资源化利用。

下面结合附图与具体实施例对本发明提供的方案作具体说明。

参见图2～3，图2为本发明提供的一种二级热脱附水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统示意图，图3为本发明提供的一种三级热脱附水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统示意图。为了方便说明，以下实施例基于图2～3所示场景进行。

实施例1

一种应用于如图2所示系统的水泥窑协同处置飞灰二噁英的方法，所述系统中热风单元为水泥生产线的篦冷机的出风装置，其中篦冷机产生的热风温度为800℃。分解单元为水泥生产线的分解炉，各级热脱附器均选用旋风除尘器，各级除尘器均选用高温电除尘器，各级热脱附单元间的飞灰通过螺旋输送机运输传递。该方法包括如下步骤：

飞灰由热风输送进入到第一热脱附单元中的热脱附器，进行热脱附处理得到第一烟气和第一飞灰；第一烟气进入第一脱热附单元中的除尘器继续处理得到第二烟气和第二飞灰，第二烟气输入分解单元以分解其中的二噁英；

第一飞灰和第二飞灰进入第二热脱附单元中的热脱附器，进行热脱附处理得到第三烟气和第三飞灰；第三烟气进入第二热脱附单元中的除尘器继续处理得到第四烟气和第四飞灰，第四烟气输入分解单元以分解其中的二噁英，第三飞灰和第四飞灰作回收处理。

飞灰经二级热脱附后被加热至450℃，飞灰中的二噁英脱附并进入分解炉中，在高于850℃，停留时间大于2秒的条件下彻底分解。脱附后的飞灰进入水洗单元水洗，经多级水洗和蒸发结晶工艺回收飞灰中的可溶性钾盐和钠盐。水洗后飞灰基本可直接进入生料磨，作为辅材与水泥生产的其他原料混合后用于生产水泥熟料，或进入水泥粉磨系统作为水泥混合材使用，实现了飞灰的资源化利用。

实施例2

一种应用于如图3所示系统的水泥窑协同处置飞灰二噁英的方法，所述系统中热风单元为水泥生产线的篦冷机的出风装置，其中篦冷机产生的热风温度为700℃。分解单元为水泥生产线的分解炉，各级热脱附器均选用重力沉降式除尘器，各级除尘器均选用高温陶瓷膜除尘器，各级热脱附单元间的飞灰通过螺旋输送机运输传递。此外，在运输飞灰的螺旋输送机外增设了保温套。该方法包括如下步骤：

飞灰由热风输送进入到第一热脱附单元中的热脱附器，进行热脱附处理得到第一烟气和第一飞灰；第一烟气进入第一脱热附单元中的除尘器继续处理得到第二烟气和第二飞灰，第二烟气输入分解单元以分解其中的二噁英；

第一飞灰和第二飞灰进入第二热脱附单元中的热脱附器，进行热脱附处理得到第三烟气和第三飞灰；第三烟气进入第二热脱附单元中的除尘器继续处理得到第四烟气和第四飞灰，第四烟气输入分解单元以分解其中的二噁英；

第三飞灰和第四飞灰进入第三热脱附单元中的热脱附器，进行热脱附处理得到第五烟气和第五飞灰；第五烟气进入第三热脱附单元中的除尘器继续处理得到第六烟气和第六飞灰，第六烟气输入分解单元以分解其中的二噁英，第五飞灰和第六飞灰进入水洗单元进行水洗。

飞灰经三级热脱附后被加热至550℃，飞灰中的二噁英几乎完全脱附并进入分解炉彻底分解。脱附后的飞灰进入水洗单元水洗，经多级水洗和蒸发结晶工艺回收飞灰中的可溶性钾盐和钠盐，水洗后飞灰因无二噁英及游离态重金属离子可直接进入生料磨，作为辅材与水泥生产的其他原料混合后用于生产水泥熟料，或进入水泥粉磨系统作为水泥混合材使用，实现了飞灰的资源化利用。

上述实施例中，热脱附单元与水泥窑进行了协同作用，提高了水泥窑资源的利用效率。通过篦冷机热风提供热能与风能，使飞灰在每级热脱附单元中进行两次分离脱附，防止了二噁英的再度合成。飞灰经过多级的热脱附单元加热脱附，飞灰被加热至400℃以上，飞灰中几乎不含二噁英。脱附后的二噁英通入水泥窑分解炉中，实现其彻底分解消除。

其中实施例2相较于实施例1增设了一级热脱附单元，且在飞灰装置外设置了保温装置，使飞灰最终达到了更高温度，实现了更好的脱附效果。实际应用中，可根据实际需要在上述实施例的基础上结合本发明的发明构思合理变换以达到需要的效果。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统，其特征在于，包括依次连接的热风单元、热脱附单元和分解单元；其中，

热风单元，所述热风单元为水泥生产线中篦冷机的出风装置，提供将飞灰送入所述热脱附单元并将飞灰加热的热风；

热脱附单元，包括热脱附器和与所述热脱附器连接的除尘器，飞灰中的二噁英在热脱附单元中进行热脱附，与飞灰分离；

分解单元，所述分解单元为水泥生产线中的分解炉或水泥窑，与所述除尘器连接，将分离出的二噁英分解。

2.根据权利要求1所述的一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统，其特征在于，所述热脱附器为旋风除尘器或重力沉降式除尘器中的任意一种，所述除尘器为高温电除尘器、高温陶瓷膜除尘器或高温金属膜除尘器中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统，其特征在于，所述热风单元中的热风温度为550～850℃。

4.根据权利要求1所述的一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统，其特征在于，所述水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统还包括飞灰再利用单元，所述飞灰再利用单元包括飞灰水洗单元。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统，其特征在于，所述水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统包括至少两个热脱附单元，相邻热脱附单元为串联，所述至少两个热脱附单元中的每个热脱附单元都与热风单元连接。

6.根据权利要求5所述的一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统，其特征在于，所述热脱附单元还包含飞灰输送装置，所述飞灰输送装置分别与热脱附单元中的热脱附器和除尘器连接，用于收集所述热脱附器和除尘器分离出的飞灰，并将所述飞灰输送到相邻热脱附单元。

7.根据权利要求6所述的一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统，其特征在于，所述飞灰输送装置为螺旋输送机、刮板机或管链式输送机中的任意一种。

8.一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的方法，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述的水泥窑协同处置飞灰二噁英的系统进行处理，包括以下步骤：

飞灰输送进入到热脱附单元中的热脱附器中，并经热风加热进行二噁英热脱附，脱附出的二噁英进入热脱附单元中的除尘器，进行分离，得到含二噁英的烟气；

将经热脱附单元处理后的含二噁英的烟气输入分解单元中，分解其中的二噁英。

9.根据权利要求8所述的一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的方法，其特征在于，包括以下步骤：

飞灰依次通过至少两个热脱附单元进行分离，并将每个热脱附单元分离得到的含二噁英的烟气输入分解单元中进行分解。

10.根据权利要求8～9任一项所述的一种水泥窑协同处置飞灰二噁英的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将热脱附单元脱附分离二噁英后的飞灰经多级水洗和蒸发结晶回收飞灰中的可溶性盐，水洗后的飞灰进入生料磨。

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