CN115889428B - 一种垃圾焚烧飞灰清洁低碳原位处置系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固废处理技术，旨在提供一种垃圾焚烧飞灰清洁低碳原位处置系统和方法。该系统包括垃圾焚烧系统和飞灰处置系统；所述飞灰处置系统包括水洗系统、MVR系统和二噁英脱除系统；其中，水洗系统包括水洗装置和压滤装置；二噁英脱除系统包括加热装置、活性炭吸附装置和热泵系统；MVR系统包括结晶器、加热器、蒸汽压缩机等设备。本发明将垃圾焚烧系统与飞灰处置系统进行就近耦合，实现飞灰的原位处置，避免了飞灰长距离运输的物流成本和二次污染问题，能够大大降低能源和水资源消耗；通过对垃圾焚烧厂排放的二氧化碳进行高效捕集封存，实现飞灰高效脱氯，固化重金属、脱除和降解二噁英、回收氯盐，进而实现飞灰资源化利用。

Description

一种垃圾焚烧飞灰清洁低碳原位处置系统和方法
技术领域
本发明涉及固废处理技术，特别涉及城市生活垃圾焚烧飞灰原位处置与资源化利用。
背景技术
城市生活垃圾焚烧技术已成为垃圾无害化处理的主流技术，垃圾焚烧不仅能够有效灭菌、减容、减量，而且能够产生大量热量和电能，为城市发展供电供热，最大限度的实现废物能源化利用。然而由于城市生活垃圾成分复杂，燃烧过程中烟气中富含大量氯盐、重金属以及二噁英，为了避免上述有毒有害物质被排入大气中，需要在烟气净化系统中喷入大量生石灰、活性炭等将上述有毒有害物质吸附，并通过布袋除尘器收集飞灰，因此飞灰中富含大量氯盐、重金属以及二噁英等有毒有害物质，被列入《国家危险废物名录》。
现有的飞灰处置技术主要分为热处置和非热处置。其中，热处置技术包括高温熔融、烧结以及低温处置等。高温熔融和烧结能够有效降解二噁英和固化重金属，但是高温容易使重金属挥发产生二次造成二次污染问题，且能耗成本高；低温处置目前广泛应用是二噁英热脱附及活性炭吸附技术，但是该技术本质是将二噁英转移至活性炭中，活性炭依旧需要进行合适的处理，且重金属未得到有效固化。非热处置技术包括水泥固化、化学药剂稳定、机械化学法等，其中水泥固化和化学药剂稳定加卫生填埋为目前我国主流的飞灰处置手段，但是二噁英未得到处置，且存在增容增量、长期重金属浸出风险等问题。
垃圾焚烧飞灰除了具有危险属性外，还具有资源属性。因为富含大量氯盐、钾盐，以及氧化钙、二氧化硅、氧化铝等，如果直接填埋同样是对资源的浪费。相关研究表明，可以对飞灰进行水洗处理，脱除大量氯盐，并通过蒸汽机械再压缩技术，将氯化钠和氯化钾蒸发结晶回收，剩余水洗飞灰经过重金属固化和二噁英脱除实现飞灰的无害化和资源化处置，但是上述技术存在能耗高的问题。为了降低能耗成本，中国发明专利“一种集垃圾焚烧飞灰处理及煤气化发电一体的循环系统”(CN 202210391773.1)介绍了一种将飞灰处置与煤气化发电耦合，通过煤粉高温燃烧产生的热量分解二噁英，并实现飞灰中重金属的固化，该方法同时实现了对二噁英和重金属的处置，降低了处置飞灰的能耗成本，但是容易产生二次飞灰污染，且飞灰中的氯盐未得到资源化回收；煤粉在燃烧过程中排放大量二氧化碳，且飞灰的加入会大大影响煤粉的稳定燃烧，既增加不可再生能源的消耗，又提高了碳排放。此外，现有飞灰处置工艺路线的处置地均远离垃圾焚烧厂，容易产生高额的运输成本，并且在运输过程中容易造成泄露等二次污染问题。
鉴于上述现状，亟需一种垃圾焚烧飞灰清洁、低碳的原位处置方法，不仅能够实现飞灰的原位处置，减少运输成本和二次污染，还能实现原位供能、节能降耗，同时提高飞灰资源化利用率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种垃圾焚烧飞灰清洁低碳原位处置系统和方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种垃圾焚烧飞灰清洁低碳原位处置系统，包括垃圾焚烧系统和飞灰处置系统；所述飞灰处置系统包括水洗系统、蒸汽机械再压缩(MVR)系统和二噁英脱除系统；其中，
所述垃圾焚烧系统包括由烟道依次连接的垃圾焚烧炉、烟气净化系统、布袋除尘器和烟囱；在烟道中设有用于从烟气中回收热能的换热设备；在垃圾焚烧炉的前端设有废活性炭添加口，在布袋除尘器的底部设有原始飞灰出口，在烟囱的中下部设有热烟气出口；
所述水洗系统包括水洗装置和压滤装置；水洗装置设有原始飞灰入口、冷烟气入口、尾气出口、碳酸钠添加口和冷凝水入口；水洗装置与压滤装置相连，后者设有水洗飞灰出口和冷水洗液出口；
所述二噁英脱除系统包括加热装置、活性炭吸附装置和热泵系统；加热装置设有空气和氮气入口、水洗飞灰进口、含湿尾气出口、待脱附尾气出口、处置后飞灰出口，待脱附尾气出口接至活性炭吸附装置；活性炭吸附装置的内部填充活性炭，并设有废活性炭排出口和热脱附尾气出口；热泵系统用于为加热装置提供热量，设有热烟气入口和冷烟气出口，加热装置的含湿尾气出口接至热烟气入口；
所述蒸汽机械再压缩系统包括结晶器、加热器、蒸汽压缩机、循环泵、离心机和冷凝水泵，并设有热水洗液进口、冷凝水排放口和盐分结晶物出口；
前述各系统通过下述方式实现连接：
布袋除尘器的原始飞灰出口通过输送通道接至水洗装置的原始飞灰入口，压滤装置的水洗飞灰出口通过输送通道接至加热装置的水洗飞灰进口，活性炭吸附装置的废活性炭排出口通过输送通道接至垃圾焚烧炉的废活性炭添加口；烟囱的热烟气出口通过管道接至热泵系统的热烟气入口，热泵系统的冷烟气出口通过管道接至水洗装置的冷烟气入口；水洗装置的冷水洗液出口通过管道接至烟道中的换热设备，经过热交换后通过管道接至蒸汽机械再压缩系统的热水洗液进口；蒸汽机械再压缩系统的冷凝水排放口通过管道接至水洗系统的冷凝水入口。
作为本发明的优先方案，所述垃圾焚烧系统设于垃圾焚烧电厂中，烟道中的换热设备通过蒸汽管道连接汽轮机，后者与发电机组相连；发电机组通过线缆与飞灰处置系统中的用电设备连接，利用垃圾焚烧电厂的自发电实现电力供给。
作为本发明的优先方案，所述热泵系统还设有冷凝水排放口，通过管道接至水洗装置的冷水洗液出口。
作为本发明的优先方案，所述烟囱中设有能调节开度的隔断装置，所述热烟气出口位于隔断装置的下方；在隔断装置的上方设有热脱附尾气入口，通过管道接至活性炭吸附装置的热脱附尾气出口，用于实现清洁尾气排放。
作为本发明的优先方案，所述换热设备是过热器、省煤器或空预器中的至少一种；在换热设备的内部设有水洗液预热装置，并通过管路分别接至水洗装置的冷水洗液出口和蒸汽机械再压缩系统的热水洗液进口。
作为本发明的优先方案，所述蒸汽机械再压缩系统的冷凝水排放口还与冷凝水排放管道相连。
本发明进一步提提供了一种垃圾焚烧飞灰清洁低碳原位处置方法，是将飞灰处置系统与垃圾焚烧电厂的垃圾焚烧系统进行原位耦合，就近对飞灰和烟气进行处置，并利用垃圾焚烧电厂的烟气余热和自发电电能为飞灰处置提供能量需求和原位供能；
该方法具体包括：
(1)将布袋除尘器搜集的原始飞灰送至水洗系统的水洗装置中，并通入经热泵系统换热的冷烟气，飞灰中的碱性物质和重金属与烟气中的二氧化碳发生碳酸化反应；当水洗液的pH值小于7时停止通入烟气，添加碳酸钠调节pH值至9～10之间；冷烟气经过碳酸化反应后，从尾气出口直接排出；
(2)将水洗所得悬浮液送入压滤装置进行压滤操作，实现固液分离；水洗液送入垃圾焚烧系统的换热设备进行预热，固态的水洗飞灰则送入二噁英脱除系统的加热装置进行二噁英脱除处理；
(3)预热后的水洗液温度为70～80℃，进入蒸汽机械再压缩系统后经多效分级蒸发，获得盐分结晶物和冷凝水；前者回收用于资源化利用，后者送至水洗装置用于飞灰水洗；
(4)水洗飞灰在二噁英脱除系统中经历干燥和热脱附两个处理阶段：
在干燥阶段控制加热装置中的温度在100～110℃，时间为10～12小时；此时热泵系统引入来自烟囱的热烟气，通过回收烟气所含的显热和潜热实现供热；同时，通过鼓入空气将干燥过程产生的含湿尾气送入热泵系统，进一步回收水蒸气的潜热；经处理的含湿尾气被送至热泵系统入口，与热烟气混合后进行供热；
在干燥阶段控制加热装置中的温度在200～350℃，时间为1～2小时；此时改为鼓入氮气将干燥过程产生的热脱附尾气送入活性炭吸附装置，尾气所含的二噁英被活性炭吸附；吸附产生的废活性炭被送至垃圾焚烧炉的进料添加口，通过燃烧实现二噁英高温降解；经热脱附处置后的尾气被送至烟囱上部，实现清洁排放；经热脱附处置后的飞灰则由加热装置底部排出，进一步用于资源化利用。
作为本发明的优先方案，将热泵系统在换热过程中产生的冷凝水送至水洗装置，作为水洗液加以循环利用。
作为本发明的优先方案，根据热泵系统和水洗系统的运行状况，通过调整烟囱中隔断装置的开度控制进入飞灰处置系统的烟气流量，多余烟气则由烟囱排出。
作为本发明的优先方案，利用垃圾焚烧电厂的发电机组为飞灰处置系统中的用电设备供电。
发明原理描述：
本发明将垃圾焚烧系统与飞灰处置系统进行就近耦合，实现飞灰的原位处置，避免了飞灰长距离运输的物流成本和二次污染问题。本发明能够大大降低能源和水资源消耗，通过对垃圾焚烧厂排放的二氧化碳进行高效捕集封存，实现飞灰高效脱氯，固化重金属、脱除和降解二噁英、回收氯盐，进而实现飞灰资源化利用。
本发明的主要技术原理如下：
(一)节能环保：
(1)飞灰处置系统设置在垃圾焚烧电厂中(或旁边)，所需电能均由电厂直接供应，减少了电能输送过程中的损耗，同时避免了飞灰长距离运输的物流成本和二次污染问题。
(2)通过将水洗系统流出的水洗液通入换热设备(如省煤器)进行换热，水洗液从常温升高到70～80摄氏度后进入MVR系统，此时，MVR系统仅需将70～80摄氏度的水洗液升温至蒸发结晶温度即可，大大降低了压缩机的电能消耗。
(3)通过将热泵系统作为二噁英脱除系统的热源，并且热泵系统除回收从烟囱排出的烟气显热和潜热外，还回收干燥水洗飞灰排出的大量饱和湿蒸汽余热；此外吸附大量二噁英的活性炭具有高热值特性，将其送入垃圾焚烧炉内，能够促进燃烧。
(4)回收从MVR系统以及热泵系统中冷凝得到的冷凝水，作为飞灰水洗的水源，能够最大限度的降低水资源的消耗。
(二)减污降碳：
(1)水洗系统：将热泵系统排出的冷干烟气通入水洗溶液中，飞灰中的碱性物质氢氧化钙和重金属与烟气中的二氧化碳发生碳酸化反应，生成的碳酸钙对重金属有较好的包裹吸附作用；并且Pb、Zn、Cu、Ni等重金属的游离态转变为碳酸盐稳定态，双重固化作用下对飞灰中的重金属起到了高效的固化作用。同时，碳酸化过程能够对飞灰起到深度脱氯的作用，将飞灰中难溶性氯盐(弗里德尔盐)转变为可溶性盐；将水洗系统设置在二噁英脱除系统的前端，有效避免了二噁英热脱附阶段由于飞灰中存在大量氯使二噁英重新合成的风险。
(2)二噁英脱除系统：首先在干燥阶段，温度控制在100～110摄氏度，且鼓入空气，在此环境下，飞灰中的二噁英非常温度，不会发生热脱附现象，从而起到只蒸发水洗飞灰中水分的效果；其次在热脱附阶段，温度控制在200～350摄氏度，且鼓入氮气，在此环境下，飞灰中的二噁英具有高效率的解离脱附效果，并随着气流进入活性炭吸附装置内，而活性炭对二噁英具有超强的吸附效果，脱除尾气中的二噁英效率达到99％以上；最后吸附有大量二噁英的活性炭被送入垃圾焚烧炉内焚烧，减少活性炭外运和有机污染物的处置成本，同时二噁英在高温环境下(烟气温度大于850℃且持续2秒)便能被完全分解，且活性炭作为高热值物质，并不会给垃圾焚烧炉的燃烧增加任何负担。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
(1)本发明通过原位处置飞灰，避免垃圾焚烧飞灰的运输物流成本和污染风险，并且垃圾焚烧电厂发出的电能直接供给飞灰处置系统运行；
(2)本发明利用热泵系统回收烟囱排放的热烟气余热，给二噁英脱除系统供热，大大降低能耗。
(3)本发明利用省煤器等换热设备的热量给水洗液预热，能够大大提高MVR系统的蒸发结晶效率和降低能耗。
(4)本发明将热泵系统回收余热后的冷烟气通入水洗系统，对二氧化碳起到了有效的封存作用，对重金属起到高效固化和脱氯的作用。
(5)MVR系统和热泵系统的冷凝水循环使用，大大降低水资源消耗，几乎无需外加水源。
(6)二噁英脱除系统两用，通过改变温度和气路流向，既实现了水洗飞灰的干燥，又实现了二噁英脱除。
(7)活性炭被直接送入焚烧炉内，减少了活性炭和有机污染物的处置成本，既提供了高热值的活性炭，又降解了二噁英。
(8)处置后飞灰氯含量低于1％，重金属浸出毒性和二噁英含量均达到HJ/T 1134资源化利用的标准。
(9)整套飞灰处置系统降低了垃圾焚烧厂飞灰处置成本的30％～50％以上。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的能量流动图；
图3为本发明的关键物料流动图。
具体实施方式
本发明提供的垃圾焚烧飞灰清洁低碳原位处置系统和方法，将垃圾焚烧飞灰处置系统与垃圾焚烧系统耦合，首先避免了垃圾焚烧飞灰长距离运输的物流成本和二次污染问题，其次垃圾焚烧电厂的低品位余热和电能可以为飞灰处置设备提供能量需求，实现原位供能；此外，可以利用焚烧炉高温环境将活性炭吸附的二噁英高温降解，减少活性炭外运和有机污染物的处置成本；利用飞灰特有的高碱属性，高效捕集封存垃圾焚烧电厂排出的二氧化碳，并且对飞灰起到高效固化重金属的作用；本发明原位处置了飞灰中二噁英和重金属等污染问题，为其资源化利用的重要支撑，该飞灰原位处置工艺清洁、低碳、节能与环保。
下面结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。
如图1所示，本发明的垃圾焚烧飞灰清洁低碳原位处置系统，包括垃圾焚烧系统和飞灰处置系统；飞灰处置系统包括水洗系统、蒸汽机械再压缩系统和二噁英脱除系统；垃圾焚烧系统设于垃圾焚烧电厂中，烟道中的换热设备通过蒸汽管道连接汽轮机，后者与发电机组相连；发电机组通过线缆与飞灰处置系统中的用电设备连接，利用垃圾焚烧电厂的自发电实现电力供给。
所述垃圾焚烧系统包括由烟道依次连接的垃圾焚烧炉、烟气净化系统、布袋除尘器和烟囱；在烟道中设有用于从烟气中回收热能的换热设备；在垃圾焚烧炉的前端设有废活性炭添加口，在布袋除尘器的底部设有原始飞灰出口，在烟囱的中下部设有热烟气出口；
所述水洗系统包括水洗装置和压滤装置；水洗装置设有原始飞灰入口、冷烟气入口、尾气出口、碳酸钠添加口和冷凝水入口；水洗装置与压滤装置相连，后者设有水洗飞灰出口和冷水洗液出口；
所述二噁英脱除系统包括加热装置、活性炭吸附装置和热泵系统；加热装置设有空气和氮气入口、水洗飞灰进口、含湿尾气出口、待脱附尾气出口、处置后飞灰出口，待脱附尾气出口接至活性炭吸附装置；活性炭吸附装置的内部填充活性炭，并设有废活性炭排出口和热脱附尾气出口；热泵系统用于为加热装置提供热量，设有热烟气入口和冷烟气出口，加热装置的含湿尾气出口接至热烟气入口；
所述蒸汽机械再压缩系统包括结晶器、加热器、蒸汽压缩机、循环泵、离心机和冷凝水泵，并设有热水洗液进口、冷凝水排放口和盐分结晶物出口；
前述各系统通过下述方式实现连接：
布袋除尘器的原始飞灰出口通过输送通道接至水洗装置的原始飞灰入口，压滤装置的水洗飞灰出口通过输送通道接至加热装置的水洗飞灰进口，活性炭吸附装置的废活性炭排出口通过输送通道接至垃圾焚烧炉的废活性炭添加口；烟囱的热烟气出口通过管道接至热泵系统的热烟气入口，热泵系统的冷烟气出口通过管道接至水洗装置的冷烟气入口，经过碳酸化反应后的冷烟气从尾气出口直接排出；水洗装置的冷水洗液出口通过管道接至烟道中的换热设备，经过热交换后通过管道接至蒸汽机械再压缩系统的热水洗液进口；蒸汽机械再压缩系统的冷凝水排放口通过管道接至水洗系统的冷凝水入口。
此外，作为进一步优先方案，蒸汽机械再压缩系统的冷凝水排放口还与冷凝水排放管道相连。热泵系统还设有冷凝水排放口，通过管道接至水洗装置的冷水洗液出口。在烟囱中设有能调节开度的隔断装置，所述热烟气出口位于隔断装置的下方；在隔断装置的上方设有热脱附尾气入口，通过管道接至活性炭吸附装置的热脱附尾气出口，用于实现清洁尾气排放。换热设备可选是过热器、省煤器或空预器中的至少一种；在换热设备的内部设有水洗液预热装置，并通过管路分别接至水洗装置的冷水洗液出口和蒸汽机械再压缩系统的热水洗液进口。
基于上述系统，本发明提供的垃圾焚烧飞灰清洁低碳原位处置方法，是将飞灰处置系统与垃圾焚烧电厂的垃圾焚烧系统进行原位耦合，就近对飞灰和烟气进行处置，并利用垃圾焚烧电厂的烟气余热和自发电电能为飞灰处置提供能量需求和原位供能；
该方法具体包括：
(1)将布袋除尘器搜集的原始飞灰送至水洗系统的水洗装置中，并通入经热泵系统换热的冷烟气，飞灰中的碱性物质和重金属与烟气中的二氧化碳发生碳酸化反应；当水洗液的pH值小于7时停止通入烟气，添加碳酸钠调节pH值至9～10之间；冷烟气经过碳酸化反应后，从尾气出口直接排出；
(2)将水洗所得悬浮液送入压滤装置进行压滤操作，实现固液分离；水洗液送入垃圾焚烧系统的换热设备进行预热，固态的水洗飞灰则送入二噁英脱除系统的加热装置进行二噁英脱除处理；
(3)预热后的水洗液温度为70～80℃，进入蒸汽机械再压缩系统后经多效分级蒸发，获得盐分结晶物和冷凝水；前者回收用于资源化利用，后者送至水洗装置用于飞灰水洗；
(4)水洗飞灰在二噁英脱除系统中经历干燥和热脱附两个处理阶段：
在干燥阶段控制加热装置中的温度在100～110℃，时间为10～12小时；此时热泵系统引入来自烟囱的热烟气，通过回收烟气所含的显热和潜热实现供热；同时，通过鼓入空气将干燥过程产生的含湿尾气送入热泵系统，进一步回收水蒸气的潜热；经处理的含湿尾气被送至热泵系统入口，与热烟气混合后进行供热；
在干燥阶段控制加热装置中的温度在200～350℃，时间为1～2小时；此时改为鼓入氮气将干燥过程产生的热脱附尾气送入活性炭吸附装置，尾气所含的二噁英被活性炭吸附；吸附产生的废活性炭被送至垃圾焚烧炉的进料添加口，通过燃烧实现二噁英高温降解；经热脱附处置后的尾气被送至烟囱上部，实现清洁排放；经热脱附处置后的飞灰则由加热装置底部排出，进一步用于资源化利用。
作为进一步可选方案：还可以将热泵系统在换热过程中产生的冷凝水送至水洗装置，作为水洗液加以循环利用。根据热泵系统和水洗系统的运行状况，通过调整烟囱中隔断装置的开度控制进入飞灰处置系统的烟气流量，多余烟气则由烟囱排出。同时，利用垃圾焚烧电厂的发电机组为飞灰处置系统中的用电设备供电。
本发明可以基于垃圾焚烧电厂原有的设备结构基础进行改造，也可以在新建垃圾焚烧电厂的时候进行系统布局设计。
通过在垃圾焚烧炉的物料投加处设置废活性炭添加口，使吸附后的废活性炭送入焚烧炉时正好落在火焰上方，一方面可以辅助增强火焰燃烧，另一方面通过持续焚烧实现二噁英高温降解。废活性炭添加口通过废活性炭输送通道与活性炭吸附装置底部的废活性炭排出口相连，方便废活性炭排出。在省煤器等换热设备中设置水洗液预热装置，后者以U型管道盘旋于换热设备内部增强换热效率，利用高温烟气的热量对水洗液进行预热处理，能够降低MVR系统中各机泵的电能消耗。通过垃圾焚烧电厂自发电供给水洗系统、MVR系统、二噁英脱除系统的所有用电设备提供所需电能，能够减轻对外部供电的依赖，进一步节约成本。
碳酸钠添加口设置在水洗装置上部，向水洗液中添加碳酸钠并通过监测水洗液pH的变化，来判断水洗液中钙离子的脱除情况，当水洗液的pH值从6～7升高至9～10之间时，可以认为钙离子基本脱除。冷烟气入口可以设在水洗装置侧面下部，通过冷烟气管道与热泵系统的冷烟气出口相连接。一方面冷烟气不会影响飞灰的碳酸化效率，另一方面烟气从水洗装置侧面下部通入能够充分与水洗悬浮液混合，从而提高二氧化碳的捕集封存效率。经过水洗后，原烟气中包含的二氧化碳和酸性气体(氯化氢和二氧化硫等)已被碳酸化反应中和，因此冷烟气可以直接从尾气出口外排。水洗装置的冷凝水入口通过冷凝水回用总管道、MVR冷凝水排放管道和热泵冷凝水排放管道与MVR系统的冷凝水排放口和热泵系统的冷凝水排放口相连接。回收冷凝水能够最大限度的节约水资源的消耗，使水资源能够在飞灰处置系统中循环利用，如有多余可从冷凝水排放管道排出。
热泵系统利用热烟气中的显热和潜热为二噁英脱除系统中的加热装置供热，加热装置的工作时段分为干燥阶段和二噁英热脱附阶段；在干燥阶段，打开空气阀门鼓入空气，并关闭与活性炭吸附装置相连通的阀门，打开与热泵系统连通的湿气管道阀门；产生的含湿尾气通过含湿尾气管道接至热烟气管道，使含湿尾气随热烟气一同进入热泵系统，实现潜热回收利用。在热脱附阶段，打开氮气阀门鼓入氮气，关闭湿气管道阀门，并打开与活性炭吸附装置相连通的阀门；本发明将飞灰干燥和二噁英热脱附在一个装置中完成，大大减少了装备制造成本和运行成本，一举两得。
如图2所示，本发明的主要能量流动主要包括：垃圾焚烧电厂产生的电能为水洗系统、MVR系统以及二噁英脱除系统供能，省煤器等换热设备为水洗液预热提供热能，二噁英脱除系统中的热泵系统充分利用烟气和湿尾气的低品位余热为水洗飞灰干燥和二噁英脱附提供热量。
如图3所示，本发明的关键物料流动包括：(1)原始飞灰进入水洗系统，脱除大量氯盐后，水洗飞灰进入二噁英脱除系统进行干燥和二噁英脱附；(2)吸附大量二噁英的活性炭被输送到垃圾焚烧炉内，直接送入炉中燃烧，高温降解二噁英；(3)水洗液首先进入换热设备预热，随后进入MVR系统蒸发结晶，回收氯盐；(4)将送至烟囱中下部的热烟气通入热泵系统，回收低品位余热；冷却后的烟气进入水洗系统，使烟气中的二氧化碳与飞灰发生碳酸化反应，对二氧化碳进行捕集以及对重金属进行高效固化；(5)热脱附尾气再返回烟囱上部，实现清洁排放。
在垃圾焚烧飞灰清洁低碳原位处置方法中，主要工艺及控制参数如下：
(1)检测水洗装置中水洗液的pH值，当pH为6～7时，停止冷烟气通入；然后通过添加碳酸钠调节水洗液pH为9～10之间，所得水洗悬浮液送至压滤装置。
(2)通过压滤操作，实现水洗悬浮液固液分离，固体部分为含水率为20％～30％的水洗飞灰，通过水洗飞灰输送通道送入二噁英脱除系统；分离后的水洗液为常温，送入省煤器等换热设备进行预热。
(3)预热后的水洗液温度为70～80摄氏度，送入MVR系统进行多效分级蒸发，制备获取NaCl和KCl，冷凝水进入回用管道重新用于飞灰水洗。制备得到的NaCl满足GB/T5462工业盐二级标准，KCl满足GB/T6549合格品标准。
(4)在二噁英脱除系统中，干燥阶段的温度设置为100～110摄氏度，干燥时间设置为10～12小时；二噁英热脱附阶段的温度设置为200～350摄氏度，热脱附时间设置为1～2小时。经过活性炭吸附处理，尾气中的二噁英吸附率达到99％以上；吸附二噁英后的废活性炭通过输送通道被送入垃圾焚烧炉内燃烧，进一步高温降解二噁英；处置后飞灰的重金属浸出、氯含量和二噁英含量均达到《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》(HJ/T 1134-2020)，可以进一步作为原料被用于制备水泥、骨料、陶粒等建筑材料。
以下通过具体的实施例子，用于进一步说明本发明的应用情况。
实施例1
垃圾焚烧电厂原位飞灰资源化处置方法包括以下步骤：
步骤1：将原始飞灰从布袋除尘器通过原始飞灰输送通道送入水洗系统中的水洗装置，与此同时，将热泵系统导出的冷烟气通入水洗装置中，检测水洗液pH，当pH为6时，停止冷烟气通入，通过添加碳酸钠调节水洗液pH为9，随后将水洗悬浮液倒入压滤装置。
步骤2：通过压滤操作，实现水洗悬浮液固液分离，固体部分为20％含水率的水洗飞灰，通过水洗飞灰输送通道送入二噁英脱除系统；水洗液进入省煤器中的水洗液预热系统。
步骤3：预热后的水洗液达到70摄氏度，并通过热水洗液管道进入MVR系统，多效分级蒸发制备获取NaCl和KCl，冷凝水进入回用管道重新用于飞灰水洗，最终制备得到的NaCl满足GB/T5462工业盐二级标准，KCl满足GB/T6549合格品标准。
步骤4：水洗飞灰在二噁英脱除系统中，首先干燥阶段，温度设置为100摄氏度，干燥时间设置为10小时，热泵系统通过回收烟气中的显热和潜热给干燥阶段供热，将空气鼓入二噁英脱除系统，含湿尾气进入热泵系统，回收尾气中的水蒸气潜热；其次二噁英热脱附阶段，温度设置为200摄氏度，热脱附时间设置为1小时，将氮气鼓入二噁英脱除系统，热脱附尾气经过活性炭吸附装置，二噁英被活性炭吸附，吸附率达到99％以上，吸附二噁英后的废活性炭通过输送通道被送入垃圾焚烧炉内燃烧，高温降解二噁英；处置后飞灰重金属浸出、氯含量和二噁英含量均达到《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》(HJ/T 1134-2020)，可作为原料被用于制备水泥、骨料、陶粒等。
实施例2
垃圾焚烧电厂原位飞灰资源化处置方法包括以下步骤：
步骤1：将原始飞灰从布袋除尘器通过原始飞灰输送通道送入水洗系统中的水洗装置，与此同时，将热泵系统导出的冷烟气通入水洗装置中，检测水洗液pH，当pH为6.5时，停止冷烟气通入，通过添加碳酸钠调节水洗液pH为9.5，随后将水洗悬浮液倒入压滤装置。
步骤2：通过压滤操作，实现水洗悬浮液固液分离，固体部分为25％含水率的水洗飞灰，通过水洗飞灰输送通道送入二噁英脱除系统；水洗液进入省煤器中的水洗液预热系统。
步骤3：预热后的水洗液达到75摄氏度，并通过热水洗液管道进入MVR系统，多效分级蒸发制备获取NaCl和KCl，冷凝水进入回用管道重新用于飞灰水洗，最终制备得到的NaCl满足GB/T5462工业盐二级标准，KCl满足GB/T6549合格品标准。
步骤4：水洗飞灰在二噁英脱除系统中，首先干燥阶段，温度设置为105摄氏度，干燥时间设置为11小时，热泵系统通过回收烟气中的显热和潜热给干燥阶段供热，将空气鼓入二噁英脱除系统，含湿尾气进入热泵系统，回收尾气中的水蒸气潜热；其次二噁英热脱附阶段，温度设置为300摄氏度，热脱附时间设置为1.5小时，将氮气鼓入二噁英脱除系统，热脱附尾气经过活性炭吸附装置，二噁英被活性炭吸附，吸附率达到99％以上，吸附二噁英后的废活性炭通过输送通道被送入垃圾焚烧炉内燃烧，高温降解二噁英；处置后飞灰重金属浸出、氯含量和二噁英含量均达到《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》(HJ/T 1134-2020)，可作为原料被用于制备水泥、骨料、陶粒等。
实施例3
垃圾焚烧电厂原位飞灰资源化处置方法包括以下步骤：
步骤1：将原始飞灰从布袋除尘器通过原始飞灰输送通道送入水洗系统中的水洗装置，与此同时，将热泵系统导出的冷烟气通入水洗装置中，检测水洗液pH，当pH为7时，停止冷烟气通入，通过添加碳酸钠调节水洗液pH为10，随后将水洗悬浮液倒入压滤装置。
步骤2：通过压滤操作，实现水洗悬浮液固液分离，固体部分为30％含水率的水洗飞灰，通过水洗飞灰输送通道送入二噁英脱除系统；水洗液进入省煤器中的水洗液预热系统。
步骤3：预热后的水洗液达到80摄氏度，并通过热水洗液管道进入MVR系统，多效分级蒸发制备获取NaCl和KCl，冷凝水进入回用管道重新用于飞灰水洗，最终制备得到的NaCl满足GB/T5462工业盐二级标准，KCl满足GB/T6549合格品标准。
步骤4：水洗飞灰在二噁英脱除系统中，首先干燥阶段，温度设置为110摄氏度，干燥时间设置为12小时，热泵系统通过回收烟气中的显热和潜热给干燥阶段供热，将空气鼓入二噁英脱除系统，含湿尾气进入热泵系统，回收尾气中的水蒸气潜热；其次二噁英热脱附阶段，温度设置为350摄氏度，热脱附时间设置为2小时，将氮气鼓入二噁英脱除系统，热脱附尾气经过活性炭吸附装置，二噁英被活性炭吸附，吸附率达到99％以上，吸附二噁英后的废活性炭通过输送通道被送入垃圾焚烧炉内燃烧，高温降解二噁英；处置后飞灰重金属浸出、氯含量和二噁英含量均达到《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》(HJ/T 1134-2020)，可作为原料被用于制备水泥、骨料、陶粒等。
本发明提供的垃圾焚烧电厂原位飞灰资源化处置系统和方法具有低碳、节能、节水、环保等优势，将垃圾焚烧飞灰处置流程与垃圾焚烧电厂有效耦合，利用垃圾焚烧电厂发出的电能、省煤器的热能、以及烟气余热给飞灰处置设备供能，在原有设备运行能耗的基础上节能达到80％以上，充分回收MVR和热泵系统的冷凝水，大大降低水资源消耗，节水达到90％以上。并且设置了科学有效的飞灰无害化资源化处置路径，对飞灰依次进行水洗碳酸化、干燥、二噁英脱/吸附，得到满足资源化利用标准的飞灰固体，其次对其可资源化的副产物水洗液中的盐进行回收作为商业产品销售，有毒副产物吸附二噁英的活性炭被喷入焚烧炉内高温燃烧降解二噁英，最终实现飞灰处置全流程节水节能，低碳减排，环保无三废，降低垃圾焚烧厂飞灰处置成本的30％～50％以上，所涉及的各种管路设备的改造均在原有垃圾焚烧电厂的基础上进行，改造及运行成本低廉，是一种非常具有商业应用前景的飞灰原位处置技术。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行后续的各种应用、补充、改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。如果基于本发明的各种应用、补充、改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些应用、补充、改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种垃圾焚烧飞灰清洁低碳原位处置系统，包括垃圾焚烧系统和飞灰处置系统；其特征在于，所述飞灰处置系统包括水洗系统、蒸汽机械再压缩系统和二噁英脱除系统；其中，
所述垃圾焚烧系统包括由烟道依次连接的垃圾焚烧炉、烟气净化系统、布袋除尘器和烟囱；在烟道中设有用于从烟气中回收热能的换热设备；在垃圾焚烧炉的前端设有废活性炭添加口，在布袋除尘器的底部设有原始飞灰出口，在烟囱的中下部设有热烟气出口；
所述水洗系统包括水洗装置和压滤装置；水洗装置设有原始飞灰入口、冷烟气入口、尾气出口、碳酸钠添加口和冷凝水入口；水洗装置与压滤装置相连，后者设有水洗飞灰出口和冷水洗液出口；
所述二噁英脱除系统包括加热装置、活性炭吸附装置和热泵系统；加热装置设有空气和氮气入口、水洗飞灰进口、含湿尾气出口、待脱附尾气出口、处置后飞灰出口，待脱附尾气出口接至活性炭吸附装置；活性炭吸附装置的内部填充活性炭，并设有废活性炭排出口和热脱附尾气出口；热泵系统用于为加热装置提供热量，设有热烟气入口和冷烟气出口，加热装置的含湿尾气出口接至热烟气入口；
所述蒸汽机械再压缩系统包括结晶器、加热器、蒸汽压缩机、循环泵、离心机和冷凝水泵，并设有热水洗液进口、冷凝水排放口和盐分结晶物出口；
前述各系统通过下述方式实现连接：
布袋除尘器的原始飞灰出口通过输送通道接至水洗装置的原始飞灰入口，压滤装置的水洗飞灰出口通过输送通道接至加热装置的水洗飞灰进口，活性炭吸附装置的废活性炭排出口通过输送通道接至垃圾焚烧炉的废活性炭添加口；烟囱的热烟气出口通过管道接至热泵系统的热烟气入口，热泵系统的冷烟气出口通过管道接至水洗装置的冷烟气入口；水洗装置的冷水洗液出口通过管道接至烟道中的换热设备，经过热交换后通过管道接至蒸汽机械再压缩系统的热水洗液进口；蒸汽机械再压缩系统的冷凝水排放口通过管道接至水洗系统的冷凝水入口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述垃圾焚烧系统设于垃圾焚烧电厂中，烟道中的换热设备通过蒸汽管道连接汽轮机，后者与发电机组相连；发电机组通过线缆与飞灰处置系统中的用电设备连接，利用垃圾焚烧电厂的自发电实现电力供给。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热泵系统还设有冷凝水排放口，通过管道接至水洗装置的冷水洗液出口。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述烟囱中设有能调节开度的隔断装置，所述热烟气出口位于隔断装置的下方；在隔断装置的上方设有热脱附尾气入口，通过管道接至活性炭吸附装置的热脱附尾气出口，用于实现清洁尾气排放。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热设备是过热器、省煤器或空预器中的至少一种；在换热设备的内部设有水洗液预热装置，并通过管路分别接至水洗装置的冷水洗液出口和蒸汽机械再压缩系统的热水洗液进口。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽机械再压缩系统的冷凝水排放口还与冷凝水排放管道相连。
7.一种垃圾焚烧飞灰清洁低碳原位处置方法，其特征在于，是将飞灰处置系统与垃圾焚烧电厂的垃圾焚烧系统进行原位耦合，就近对飞灰和烟气进行处置，并利用垃圾焚烧电厂的烟气余热和自发电电能为飞灰处置提供能量需求和原位供能；
该方法具体包括：
（1）将布袋除尘器搜集的原始飞灰送至水洗系统的水洗装置中，并通入经热泵系统换热的冷烟气，飞灰中的碱性物质和重金属与烟气中的二氧化碳发生碳酸化反应；当水洗液的pH值小于7时停止通入烟气，添加碳酸钠调节pH值至9~10之间；冷烟气经过碳酸化反应后，从尾气出口直接排出；
（2）将水洗所得悬浮液送入压滤装置进行压滤操作，实现固液分离；水洗液送入垃圾焚烧系统的换热设备进行预热，固态的水洗飞灰则送入二噁英脱除系统的加热装置进行二噁英脱除处理；
（3）预热后的水洗液温度为70~80℃，进入蒸汽机械再压缩系统后经多效分级蒸发，获得盐分结晶物和冷凝水；前者回收用于资源化利用，后者送至水洗装置用于飞灰水洗；
（4）水洗飞灰在二噁英脱除系统中经历干燥和热脱附两个处理阶段：
在干燥阶段控制加热装置中的温度在100~110℃，时间为10~12小时；此时热泵系统引入来自烟囱的热烟气，通过回收烟气所含的显热和潜热实现供热；同时，通过鼓入空气将干燥过程产生的含湿尾气送入热泵系统，进一步回收水蒸气的潜热；经处理的含湿尾气被送至热泵系统入口，与热烟气混合后进行供热；
在干燥阶段控制加热装置中的温度在200~350℃，时间为1~2小时；此时改为鼓入氮气将干燥过程产生的热脱附尾气送入活性炭吸附装置，尾气所含的二噁英被活性炭吸附；吸附产生的废活性炭被送至垃圾焚烧炉的进料添加口，通过燃烧实现二噁英高温降解；经热脱附处置后的尾气被送至烟囱上部，实现清洁排放；经热脱附处置后的飞灰则由加热装置底部排出，进一步用于资源化利用。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将热泵系统在换热过程中产生的冷凝水送至水洗装置，作为水洗液加以循环利用。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据热泵系统和水洗系统的运行状况，通过调整烟囱中隔断装置的开度控制进入飞灰处置系统的烟气流量，多余烟气则由烟囱排出。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，利用垃圾焚烧电厂的发电机组为飞灰处置系统中的用电设备供电。
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