CN115779648B - 垃圾焚烧飞灰再循环用于半干法烟气脱酸的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧飞灰再循环用于半干法烟气脱酸的装置及方法。该装置包括垃圾焚烧烟气净化系统、消石灰浆制备系统和飞灰浆制备系统；所述垃圾焚烧烟气净化系统包括依次相连的喷雾脱酸塔、除尘器、引风机和烟囱；所述消石灰浆制备系统包括依次相连的消石灰料仓、消石灰制浆罐、消石灰浆储备罐；所述飞灰浆制备系统包括依次相连的飞灰储存仓、研磨机、研磨产品料仓、飞灰制浆罐、飞灰浆储备罐；所述消石灰浆储备罐和所述飞灰浆储备罐分别连接一混合器；所述混合器与喷雾脱酸塔的旋转喷雾器相连。本发明合理地利用飞灰中氯化物，提高脱酸工艺中消石灰的利用率，既实现了飞灰的再利用，又提高了脱硫效果。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧飞灰再循环用于半干法烟气脱酸的装置及方法。
背景技术
生活垃圾焚烧飞灰是烟气净化系统截留捕集的颗粒物，主要是来自半干脱酸和除尘环节，半干脱酸主要采用消石灰(主要成分Ca(OH)2)脱酸材料，利用Ca(OH)2与SO2、HCl反应达到降低烟气中酸性气体浓度的目的。
随着社会发展，烟气排放指标越来越严格，以SO2为例，24小时均值GB18485-2014规定不高于80mg/Nm3，部分地方标准要求不高于35mg/Nm3，甚至要求不高于20mg/Nm3。为了满足更严格的SO2排放标准，过量的消石灰被使用，造成了飞灰中未反应Ca(OH)2含量的增加。例如，对4个批次连续7天日产飞灰检测发现：当烟气SO2排放浓度不高于80mg/Nm3时，飞灰中未反应Ca(OH)2含量为4.2％-8.6％，均值为5.4％。当烟气SO2排放浓度不高于35时，飞灰中未反应Ca(OH)2含量为10.8％-22.1％，均值为16.3％。可见飞灰中未反应Ca(OH)2含量明显增加。
随着烟气脱酸消石灰用量的增加，飞灰的产率也随之增加。飞灰产率由入炉吨垃圾产率2.7％-3.0％增加至3.5-4.0％，飞灰产率增加30％。以一个1000吨/日焚烧厂为例，吨垃圾产灰率为2.7％时，每天产生飞灰约27吨。若产灰率提升至3.5％时，每日产灰35吨，一年则多产生飞灰2664吨。按照目前飞灰处理和填埋的费用500元/吨，每年飞灰处理的费用则增加133万元以上。可见，在当前烟气排放要求的情况下，实现飞灰减量化对降低飞灰处理费用、提高焚烧厂经济效益以及环境效益至关重要。
众所周知，因富集了毒性较强的重金属和二噁英类污染物，飞灰属于需要重点控制的危险废物。基于飞灰的基本性质及风险控制的主要途径，目前世界上飞灰主流处理路线是土地处置。固化稳定化后进入危险废物安全填埋场处置是最为稳妥的处置方式。但是由于安全填埋场资源非常有限而且建设成本很高，飞灰固化稳定化后进入危险废物安全填埋场处置的道路常远看是行不通的。同时，部分重金属(如铅)难以稳定达到入场标准，且重金属固定主要依赖有机或无机螯合剂，长期固定效果存在一定的不确定性，固化稳定化对二噁英未起到降解效果。可见即使飞灰经过了固化稳定化以及进入卫生填埋场，飞灰仍可能对周围环境产生环境污染风险。
综上所述，基于飞灰特性开发利用飞灰资源属性的技术，提高飞灰利用价值，提高消石灰等烟气净化材料利用效率，减少飞灰产生量，对垃圾焚烧企业减少飞灰处理费用，减少飞灰的环境污染风险，以及提升垃圾焚烧企业的社会效益都至关重要。
发明内容
现有半干法烟气脱酸技术中脱酸工艺消石灰利用率低，飞灰中含有未反应的Ca(OH)2，且含量较高，造成资源浪费。究其原因，一方面是由于石灰量过量加入，但更重要的是脱酸反应造成的。石灰按照一定比例(10-15％)配制成石灰浆液，通过雾化器高速转动，使石灰浆液在离心力作用下，伸展为薄膜并以不断增长的速度向盘边边缘运动，离开盘边缘时，通过滴状、丝状及膜状分裂，形成雾滴，雾滴平均滴径一般控制在30-50μm。浆滴是由消石灰颗粒和水组成的悬浮液滴，50μm颗粒中含有约有5万个消石灰颗粒。由于SO2和液滴之间的瞬间反应，反应是由外至内进行，外部区域会被表面反应沉淀产物所覆盖，导致通过灰层的扩散阻力增加，最终限制了Ca(OH)2和SO2之间的进一步反应，从而导致内核仍含有Ca(OH)2未反应。
同时，飞灰含有较高含量的氯化物(Cl：15％-30％)，包括无机氯化物和有机氯化物，正是由于氯化物的存在导致飞灰建材路线受阻。飞灰氯、硫、钾、钠等挥发性元素含量较高，进入水泥窑之前必须进行水洗预处理以去除挥发性元素，特别是要去除氯(要求含量小于<0.06％)，这样必然会产生氯盐浓度很高的水洗废水，目前还没有效果稳定、经济可行的处理方法。虽然有效降低了水泥窑入料的氯含量，但也将Cl问题转移到废水处理。如何能更合理地利用飞灰中氯化物，尤其是氯化钠、氯化钾等无机氯化物，是本领域需要解决的重点技术难题。
本发明的目的是提供一种垃圾焚烧飞灰再循环用于半干法烟气脱酸的装置及方法，可合理地利用飞灰中氯化物，提高半干法脱酸工艺中消石灰的利用率，既实现了飞灰的再利用，从而减少进入填埋场的飞灰量，又提高了脱硫效果。
具体而言，本发明首先提供了一种垃圾焚烧飞灰再循环用于烟气脱酸的装置，包括垃圾焚烧烟气净化系统、石灰浆制备系统和飞灰浆制备系统；
所述垃圾焚烧烟气净化系统包括依次相连的喷雾脱酸塔、除尘器、引风机和烟囱；
所述石灰浆制备系统包括依次相连的消石灰料仓、消石灰制浆罐、消石灰浆储备罐；所述消石灰制浆罐上设有入水口，用于将所述消石灰料仓中的消石灰加水制浆液，然后送入所述消石灰浆储备罐中储存；
所述飞灰浆制备系统包括依次相连的飞灰储存仓、研磨机、研磨产品料仓、飞灰制浆罐、飞灰浆储备罐；
其中：
所述飞灰储存仓分别与所述喷雾脱酸塔的底部和所述除尘器的底部相连，用于收集喷雾脱酸塔和除尘器中产生的飞灰；
所述研磨机还与所述消石灰料仓相连，用于先将飞灰储存仓中的飞灰进行研磨，然后将研磨后飞灰与所述消石灰料仓中的消石灰进行混合研磨；
所述研磨产品料仓用于收集所述研磨机研磨后的混合粉料；
所述飞灰制浆罐上设有入水口，用于将所述研磨产品料仓中的混合粉料加水制浆液，然后送入所述飞灰浆储备罐中储存；
所述消石灰浆储备罐和所述飞灰浆储备罐分别连接一混合器；所述混合器与所述喷雾脱酸塔的旋转喷雾器相连，用于将所述消石灰浆储备罐中的浆液和所述飞灰浆储备罐中的浆液在混合器中进行混合后通过旋转喷雾器产生雾化的脱酸浆液雾滴对烟气进行脱酸处理。
本发明中，收集旋转喷雾脱酸塔的底灰和布袋除尘器的底灰混合后进入飞灰储存仓。飞灰和消石灰经失重称后，按照比例依次进入研磨机中，采用批次研磨，先将飞灰储存仓中的飞灰进行研磨，然后将研磨后飞灰与所述消石灰料仓中的消石灰进行混合研磨，其作用一是将飞灰中团聚颗粒粉碎成细颗粒物，二是将飞灰中硬质颗粒物进行破碎，三是将颗粒更小的石灰包覆在飞灰颗粒表面，实现进入制浆前物料的均质。新鲜研磨后的飞灰颗粒由于研磨能量转化为颗粒新暴露表面的比表面能，从而具有较高的吸附活性，更容易被新加入消石灰颗粒包裹，包裹后的颗粒粒径会显著增大，进一步研磨降低复合颗粒粒径范围，同时利用研磨挤压力将消石灰颗粒更加紧密地附着在飞灰颗粒表面，飞灰消石灰团聚更紧密。飞灰中的氯化盐(例如：氯化钠、氯化钾、氯化钙等)能降低消石灰颗粒的接触角，改善消石灰颗粒的润湿性，从而延长浆液滴干燥时间。
传统旋转喷雾脱酸塔采用的是消石灰浆液进行脱酸，本发明发现，采用上述批次研磨、并进一步制浆得到的飞灰-消石灰复合浆液，将其替代部分消石灰浆液后，脱硫效率明显提高。
作为优选，所述除尘器为布袋除尘器。
作为优选，所述喷雾脱酸塔和除尘器相连的管路上设置活性炭喷射装置。所述活性炭喷射装置喷出的粉末活性炭与烟气混合，可吸附烟气中的二噁英和部分重金属。
作为优选，所述研磨机的出口设有防爆罗茨风机，所述研磨产品料仓为布袋过滤器，所述布袋过滤器配置有引风机。飞灰及消石灰混合料在研磨机中经过研磨后，颗粒尺寸发生变化，通过所需粒径范围分选出所需的颗粒。研磨结束后，在机械研磨机分级出口安装了防爆罗茨风机将目标粒径范围的飞灰和消石灰复合颗粒物输送至布袋过滤器中收集，布袋过滤器配置了引风机。通过研磨机的鼓风以及布袋过滤器的引风机，实现目标尺寸颗粒的分选和输送。
本发明还提供一种采用上述装置进行垃圾焚烧飞灰再循环用于烟气脱酸的方法，包括以下步骤：
A垃圾焚烧烟气依次经喷雾脱酸塔脱酸、除尘器除尘后通过烟囱排放；将喷雾脱酸塔的底部飞灰和除尘器的底部飞灰送入飞灰储存仓；
B将飞灰储存仓中的飞灰送入研磨机进行研磨，直至粒径达到D90为8～12μm；
C将消石灰料仓中的消石灰送入研磨机，与步骤B研磨后的飞灰混合研磨；以送入研磨机中飞灰的质量计，送入研磨机中消石灰的量为5％～20％；
D将步骤C研磨后粒径D90为18～22μm的混合粉料送入研磨产品料仓；
E将研磨产品料仓中的混合粉料送入飞灰制浆罐中加水制浆液，然后送入所述飞灰浆储备罐中储存；
F将消石灰料仓中的消石灰送入消石灰制浆罐中加水制浆液，然后送入所述消石灰浆储备罐中储存；
H将飞灰浆储备罐中的浆液与所述消石灰浆储备罐中的浆液在混合器中进行混合后通过旋转喷雾器产生雾化的脱酸浆液雾滴对烟气进行脱酸处理。
作为优选，步骤C中，进行混合研磨的过程中加入乙二醇。由于消石灰D50粒径比飞灰D50粒径更小，消石灰会在研磨过程中发生抱团聚集，与飞灰颗粒分布不均，根据需要在研磨过程中加入少量乙二醇助剂，可优化消石灰与飞灰的分散。
作为优选，步骤C中，以送入研磨机中飞灰的质量计，送入研磨机中消石灰的量为5％～10％。在上述消石灰用量下，可进一步提高脱硫效率，同时增加飞灰的消耗量。
步骤E中，所述浆液的浓度可根据烟气浓度情况调整，作为优选，所述浆液的浓度为8～15％，更优选为10～12％。
作为优选，步骤D中，将所述飞灰浆储备罐中的浆液与所述消石灰浆储备罐中的浆液以0.5:9.5至3:7的质量比在混合器中进行混合，更优选为1:9至2:8。本发明中，飞灰浆作为石灰浆的调节剂使用，实验发现0-30％的氯盐范围可以提升石灰脱硫效率，且在25-30％左右达到一个极值，所以控制飞灰浆与石灰浆的质量比在上述范围。
作为优选，所述消石灰浆储备罐中的浆液浓度为8～15％，更优选为10～12％。
在一种优选的实施方式中，给研磨机输送飞灰的管道配有加热装置，给输送的飞灰进行加热，目的是减少飞灰由于接触空气中的水分发生吸潮板结，从而堵塞研磨机的情况发生。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的垃圾焚烧飞灰再循环用于烟气脱酸的装置及方法，可合理地利用飞灰中氯化物，提高半干法脱酸工艺中消石灰的利用率，既实现了飞灰的再利用，从而减少进入填埋场的飞灰量，又提高了脱硫效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1垃圾焚烧飞灰再循环用于烟气脱酸的装置流程图，其中，1-喷雾脱酸塔，2-除尘器，3-引风机，4-烟囱，5-活性炭喷射装置，6-消石灰料仓，7-消石灰制浆罐，8-消石灰浆储备罐，9-飞灰储存仓，10-研磨机，11-研磨产品料仓，12-飞灰制浆罐，13-飞灰浆储备罐，14-管道混合器。
图2为实施例1垃圾焚烧飞灰再循环用于烟气脱酸的工艺流程图。
图3为对比例1传统烟气脱酸的装置流程图，其中，15-喷雾脱酸塔，16-除尘器，17-引风机，18-烟囱，19-活性炭喷射装置，20-消石灰料仓，21-消石灰制浆罐，22-消石灰浆储备罐。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所做的修改或替换，均属于本发明的范围。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所有试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
可部分参考图1和图2，一种垃圾焚烧飞灰再循环用于烟气脱酸的装置，包括垃圾焚烧烟气净化系统、石灰浆制备系统和飞灰浆制备系统；
所述垃圾焚烧烟气净化系统包括依次相连的喷雾脱酸塔1、除尘器2(布袋除尘器)、引风机3和烟囱4；所述喷雾脱酸塔和除尘器相连的管路上设置活性炭喷射装置5；
所述石灰浆制备系统包括依次相连的消石灰料仓6、消石灰制浆罐7、消石灰浆储备罐8；
所述飞灰浆制备系统包括依次相连的飞灰储存仓9、研磨机10、研磨产品料仓11、飞灰制浆罐12、飞灰浆储备罐13；
其中，所述飞灰储存仓9分别与所述喷雾脱酸塔1的底部和所述除尘器2的底部相连，用于收集喷雾脱酸塔1和除尘器2中产生的飞灰；
所述研磨机10还与所述消石灰料仓6相连；
所述消石灰制浆罐7上和所述飞灰制浆罐12上分别设有入水口；
所述消石灰浆储备罐8和所述飞灰浆储备罐13分别连接一管道混合器14；所述管道混合器14与所述喷雾脱酸塔1的旋转喷雾器相连；
所述研磨机10的出口设有防爆罗茨风机，所述研磨产品料仓11为布袋过滤器，所述布袋过滤器配置有引风机。
一种采用上述装置进行垃圾焚烧飞灰再循环用于烟气脱酸的方法，包括以下步骤：
A垃圾焚烧烟气依次经喷雾脱酸塔脱酸1、除尘器2除尘后通过烟囱4排放；将喷雾脱酸塔1的底部飞灰和除尘器2的底部飞灰送入飞灰储存仓9；
B将飞灰储存仓9中的飞灰送入研磨机10进行研磨，直至粒径达到D90为12μm；
C将消石灰料仓6中的消石灰送入研磨机10，与步骤B研磨后的飞灰混合研磨，进行混合研磨的过程中加入乙二醇；以送入研磨机10中飞灰的质量计，送入研磨机10中消石灰的量为20％，加入乙二醇的量为0.005％；
D调整研磨机10中破碎轮转速与分级轮的频率，使得研磨后粒径D90为20μm的混合粉料经送风机和引风机作用进入研磨产品料仓11；
E将研磨产品料仓11中的混合粉料送入飞灰制浆罐12中加水制浆液，浆液的浓度为14％，然后送入所述飞灰浆储备罐13中储存；
F将消石灰料仓6中的消石灰送入消石灰制浆罐7中加水制浆液，浆液的浓度为14％，然后送入所述消石灰浆储备罐8中储存；
H将飞灰浆储备罐13中的浆液与所述消石灰浆储备罐8中的浆液以2:8的质量比在管道混合器14中进行混合后通过旋转喷雾器产生雾化的脱酸浆液雾滴对烟气进行脱酸处理。
对比例1
对比例1与实施例1的不同仅在于：装置中所述研磨机不与消石灰料仓相连，垃圾焚烧飞灰再循环用于烟气脱酸的方法，包括以下步骤：
A垃圾焚烧烟气依次经喷雾脱酸塔脱酸、除尘器除尘后通过烟囱排放；将喷雾脱酸塔的底部飞灰和除尘器的底部飞灰送入飞灰储存仓；
B将飞灰储存仓中的飞灰送入研磨机进行研磨，调整研磨机中破碎轮转速与分级轮的频率，使得研磨后粒径D90为12μm的飞灰粉料经送风机和引风机作用进入研磨产品料仓；
C将研磨产品料仓中的飞灰粉料送入飞灰制浆罐中加水制浆液，浆液的浓度为14％，然后送入所述飞灰浆储备罐中储存；
D将消石灰料仓中的消石灰送入消石灰制浆罐中加水制浆液，浆液的浓度为14％，然后送入所述消石灰浆储备罐中储存；
E将飞灰浆储备罐中的浆液与所述消石灰浆储备罐中的浆液在混合器中进行混合后通过旋转喷雾器产生雾化的脱酸浆液雾滴对烟气进行脱酸处理。
对比例2
对比例2与实施例1的不同仅在于：未采用垃圾焚烧飞灰再循环。
可部分参考图3，一种烟气脱酸的装置，包括垃圾焚烧烟气净化系统和石灰浆制备系统；
所述垃圾焚烧烟气净化系统包括依次相连的喷雾脱酸塔15、除尘器16(布袋除尘器)、引风机17和烟囱18；所述喷雾脱酸塔15和除尘器16相连的管路上设置活性炭喷射装置19；
所述石灰浆制备系统包括依次相连的消石灰料仓20、消石灰制浆罐21、消石灰浆储备罐22；所述消石灰制浆罐21上设有入水口；所述消石灰浆储备罐22与所述喷雾脱酸塔15的旋转喷雾器相连。
一种采用上述装置进行烟气脱酸的方法，包括以下步骤：
A垃圾焚烧烟气依次经喷雾脱酸塔脱酸15、除尘器16除尘后通过烟囱排放；
B将消石灰料仓20中的消石灰送入消石灰制浆罐21中加水制浆液，浆液的浓度为14％，然后送入所述消石灰浆储备罐22中储存；
C将所述消石灰浆储备罐22中的浆液通过旋转喷雾器产生雾化的脱酸浆液雾滴对烟气进行脱酸处理。
实施例1与对比例1-2进行半干法脱酸的反应产物中含钙组分含量分配见下表1。
表1半干法脱酸反应产物中含钙组分含量分配(％)
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (11)
1.一种垃圾焚烧飞灰再循环用于半干法烟气脱酸的装置，其特征在于，包括垃圾焚烧烟气净化系统、石灰浆制备系统和飞灰浆制备系统；
所述垃圾焚烧烟气净化系统包括依次相连的喷雾脱酸塔、除尘器、引风机和烟囱；
所述石灰浆制备系统包括依次相连的消石灰料仓、消石灰制浆罐、消石灰浆储备罐；所述消石灰制浆罐上设有入水口，用于将所述消石灰料仓中的消石灰加水制浆液，然后送入所述消石灰浆储备罐中储存；
所述飞灰浆制备系统包括依次相连的飞灰储存仓、研磨机、研磨产品料仓、飞灰制浆罐、飞灰浆储备罐；
其中：
所述飞灰储存仓分别与所述喷雾脱酸塔的底部和所述除尘器的底部相连，用于收集喷雾脱酸塔和除尘器中产生的飞灰；
所述研磨机还与所述消石灰料仓相连，用于先将飞灰储存仓中的飞灰进行研磨，然后将研磨后飞灰与所述消石灰料仓中的消石灰进行混合研磨；
所述研磨产品料仓用于收集所述研磨机研磨后的混合粉料；
所述飞灰制浆罐上设有入水口，用于将所述研磨产品料仓中的混合粉料加水制浆液，然后送入所述飞灰浆储备罐中储存；
所述消石灰浆储备罐和所述飞灰浆储备罐分别连接一混合器；所述混合器与所述喷雾脱酸塔的旋转喷雾器相连，用于将所述消石灰浆储备罐中的浆液和所述飞灰浆储备罐中的浆液在混合器中进行混合后通过旋转喷雾器产生雾化的脱酸浆液雾滴对烟气进行脱酸处理。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述除尘器为布袋除尘器。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述喷雾脱酸塔和除尘器相连的管路上设置活性炭喷射装置。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述研磨机的出口设有防爆罗茨风机，所述研磨产品料仓为布袋过滤器，所述布袋过滤器配置有引风机。
5.一种采用权利要求1-4任一项所述的装置进行垃圾焚烧飞灰再循环用于半干法烟气脱酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A垃圾焚烧烟气依次经喷雾脱酸塔脱酸、除尘器除尘后通过烟囱排放；将喷雾脱酸塔的底部飞灰和除尘器的底部飞灰送入飞灰储存仓；
B将飞灰储存仓中的飞灰送入研磨机进行研磨，直至粒径达到D90为8~12μm；
C将消石灰料仓中的消石灰送入研磨机，与步骤B研磨后的飞灰混合研磨；以送入研磨机中飞灰的质量计，送入研磨机中消石灰的量为5%~20%；
D将步骤C研磨后粒径D90为18~22μm的混合粉料送入研磨产品料仓；
E将研磨产品料仓中的混合粉料送入飞灰制浆罐中加水制浆液，然后送入所述飞灰浆储备罐中储存；
F将消石灰料仓中的消石灰送入消石灰制浆罐中加水制浆液，然后送入所述消石灰浆储备罐中储存；
H将飞灰浆储备罐中的浆液与所述消石灰浆储备罐中的浆液在混合器中进行混合后通过旋转喷雾器产生雾化的脱酸浆液雾滴对烟气进行脱酸处理；
步骤C中，进行混合研磨的过程中加入乙二醇；
步骤D中，将所述飞灰浆储备罐中的浆液与所述消石灰浆储备罐中的浆液以0.5:9.5至3:7的质量比在混合器中进行混合。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤C中，以送入研磨机中飞灰的质量计，送入研磨机中消石灰的量为5%~10%。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，步骤E中，所述浆液的浓度为8~15%。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤E中，所述浆液的浓度为10~12%。
9.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，步骤H中，将所述飞灰浆储备罐中的浆液与所述消石灰浆储备罐中的浆液以1:9至2:8的质量比在混合器中进行混合。
10.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述消石灰浆储备罐中的浆液浓度为8~15%。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述消石灰浆储备罐中的浆液浓度为10~12%。
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