CN118023256A - 一种垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及垃圾处理技术领域，具体为一种垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统及工作方法。该垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统包括飞灰水洗子系统、机械化学研磨子系统和低温热解子系统，通过水洗、干化、研磨、低温热解四个流程，在水洗过程将飞灰中的可溶性盐进行分离，得到的水洗液可以通过蒸发分盐得到钠盐、钾盐、钙盐；水洗飞灰经过干化后含水率降低至5％，便于进行研磨和低温热解，水洗飞灰经过研磨与低温热解的方法实现了二噁英的近零排放，最终的灰渣富集了重金属，可直接用于重金属回收。本发明的垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统所需温度仅为350‑400℃，耗能少，且二噁英排放浓度符合排放要求。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理技术领域，特别是涉及一种垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统及工作方法。
背景技术
垃圾焚烧过程中将会产生二噁英，在焚烧线烟气净化系统中被捕集到原始飞灰(特指垃圾焚烧线中烟气净化系统捕集的飞灰)中。目前，飞灰的常见处理办法包括水洗及水泥窑协同、高温烧结、高温熔融(电阻式、等离子式)等，上述方法中均能够去除二噁英，其中高温熔融方法是在高温下将二噁英彻底去除，但由于该方法需要的温度超过1400℃，耗能巨大。
CN113617806A公开了一种新型垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统及方法，该方法包括了化学机械降解(球磨)、热解系统(热解炉)和气体净化系统，将飞灰与添加剂在球磨机内进行球磨，随后将其送入热解炉内进行热解处理。添加剂选择时CaO、Mg、Ca、Fe物质的一种或多种混合物，占比为5％-25％；热解炉内飞灰温度为500℃-600℃，停留时间1-2小时，内压力100-1000Pa。但是，该工艺仍存在以下不足之处：①直接将飞灰与添加剂进行球磨，二噁英脱除效率较低；②热解炉在500-600℃温度区间内可二次合成二噁英，不利于提高二噁英的脱除效率。
因此，如何在低耗能的前提下实现二噁英的高效脱除成为了本领域亟需解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统及工作方法。
为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：
一种垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统，包括飞灰水洗和干化子系统、机械化学研磨子系统和低温热解子系统。
其中，所述飞灰水洗和干化子系统包括依次相连的飞灰水洗系统、干化机和烟气净化系统，所述飞灰水洗系统上设有原始飞灰入口和水洗液出口，所述干化机上设有饱和蒸汽入口和水洗飞灰出口。
其中，所述机械化学研磨子系统包括依次相连的缓冲仓、定量螺旋出料机和球磨机，所述干化机的水洗飞灰出口与缓冲仓的入口相连；所述球磨机上设有添加剂入口，所述添加剂入口与称重计量装置相连，所述球磨机的出口与低温热解炉的入口相连。
其中，所述定量螺旋出料机与称重计量装置通过连锁实现水洗飞灰与添加剂的加量比例保持恒定；其中，通过PLC或DCS控制系统来实现螺旋出料机和称重计量装置的控制连锁。
其中，所述低温热解子系统包括依次相连的低温热解炉、烟尘过滤器、喷淋塔和冷凝再热器，所述烟尘过滤器的飞灰出口与缓冲仓的入口相连。
其中，所述低温热解炉通过氮气发生器通入氮气保持充氮状态，所述烟尘过滤器通过氮气发生器通入氮气进行吹扫。
其中，所述低温热解炉的灰渣出口与冷却器相连，灰渣经冷却器冷却后排出。
其中，所述低温热解炉内设有氧量测量装置；所述喷淋塔用于收集烟气中的酸性气体和降低饱和烟气的温度；所述冷凝再热器用于收集饱和烟气中的水分，并再加热至过饱和状态后排放至大气中。
本发明的垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统的工作方法，包括以下步骤：
(1)原始飞灰进入飞灰水洗系统中，经过水洗(二级/三级逆流)，得到飞灰水洗液，用于蒸发分盐，得到钠盐、钾盐、钙盐；水洗后的飞灰(即水洗飞灰，含水率25％-30％)进入到干化机内，在干化机内通过饱和蒸汽加热，使水洗飞灰含水率降低至5％，干化过程中产生的烟气进入烟气净化系统进行处理；
(2)干化机处理后的水洗飞灰进入缓冲仓内储存，然后水洗飞灰经过定量螺旋出料机按照一定量输送至球磨机内，同时通过称重计量装置加入添加剂；所述添加剂为Al/Fe/Ni和SiO2的混合物；所述称重计量装置与定量螺旋出料机连锁，保证水洗飞灰与添加剂的比例；所述球磨机运行时间≥10小时，经机械化学研磨后，原始飞灰中80％的二噁英被脱除；添加剂Fe/Ni/Al：SiO2的质量比为1:1～2:1，所述添加剂和水洗飞灰的质量比为0.15；
(3)经球磨机研磨后的研磨飞灰进入低温热解炉内，在350-450℃、充氮状态(氧含量小于0.5％)、热解时间1-2h的条件下，原始飞灰中二噁英脱除后满足《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范(试行)》(HJ 1134-2020)中对飞灰填埋或资源化利用时二噁英含量的要求；
经低温热解炉后的灰渣经过冷却器冷却至60℃，用于重金属资源回收；低温热解炉产生的烟气依次经过烟尘过滤器、喷淋塔、冷凝器后进入烟气净化系统；烟尘过滤器采用氮气发生器的氮气进行吹扫，烟尘过滤器捕集的飞灰进入缓冲仓内继续进行二噁英脱除；通过喷淋塔收集烟气中的酸性气体和降低饱和烟气温度；所述冷凝再热器收集饱和烟气中水分，同时再加热至过饱和状态后排放。
其中，水洗飞灰为原始飞灰经过水洗后的产物；研磨飞灰为水洗飞灰经过球磨机后的产物。
其中，所述球磨机为水平式或行星式。
与现有技术相比，本发明垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统及工作方法至少具有以下有益效果：
(1)本发明的垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统包括飞灰水洗子系统、机械化学研磨子系统和低温热解子系统，通过水洗、干化、研磨、低温热解四个流程，在水洗过程将飞灰中的可溶性盐进行分离，得到的水洗液可以通过蒸发分盐得到钠盐、钾盐、钙盐；水洗飞灰经过干化后含水率降低至5％，便于进行研磨和低温热解，水洗飞灰经过研磨与低温热解的方法实现了二噁英的近零排放，最终的灰渣富集了重金属，可直接用于重金属回收。
(2)该垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统中，水洗飞灰进行研磨脱除二噁英，与常规的直接研磨工艺相比，脱除效率更高；研磨过程中水洗飞灰和添加剂配比进行了连锁控制，确保比例精准；低温热解炉设置氮气发生器和氧量测量装置确保低温热解在缺氧的状态下进行，确保反应过程中避免二噁英再生成；低温热解后烟气的处理方式可以直接放入大气，无需再经过烟气处理系统。
(3)本发明的垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统所需温度仅为350-400℃，耗能少，且脱除后二噁英浓度满足《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范(试行)》(HJ 1134-2020)中对飞灰填埋或资源化利用时二噁英含量的要求。
下面结合附图对本发明垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统及工作方法作进一步说明。
附图说明
图1为本发明垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统的流程示意图。
其中，100-飞灰水洗和干化子系统，200-机械化学研磨子系统，300-低温热解子系统；
101-飞灰水洗系统，102-干化机，103-烟气净化系统；
201-缓冲仓，202-定量螺旋出料机，203-球磨机，204-称重计量装置；
301-低温热解炉，302-冷却器，303-烟尘过滤器，304-喷淋塔，305-冷凝再热器，306-氮气发生器。
具体实施方式
如图1所示，一种垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统，包括飞灰水洗和干化子系统100、机械化学研磨子系统200和低温热解子系统300。
飞灰水洗和干化子系统100包括依次相连的飞灰水洗系统101(可选用的生产厂家：北京中科国润环保、红狮环保)、干化机102和烟气净化系统103，所述飞灰水洗系统101上设有原始飞灰入口和水洗液出口，所述干化机102上设有饱和蒸汽入口和水洗飞灰出口。
机械化学研磨子系统200包括依次相连的缓冲仓201、定量螺旋出料机202(可选用的生产厂家：无锡爱信、江阴麦凯尼森、合肥旭龙)和球磨机203(可选用的生产厂家：力辰科技、山东鑫海、中信重工)，所述干化机102的水洗飞灰出口与缓冲仓201的入口相连；所述球磨机203上设有添加剂入口，所述添加剂入口与称重计量装置204相连，所述球磨机203的出口与低温热解炉301(可选用的生产厂家：日立造船、上海乐尔、浙江京兰环保、上海煜工)的入口相连。定量螺旋出料机202与称重计量装置204通过连锁实现水洗飞灰与添加剂的加量比例保持恒定。其中，通过PLC或DCS控制系统来实现螺旋出料机和称重计量装置的控制连锁，比如，飞灰：添加剂＝100:15，螺旋出料机按照100kg/h输送飞灰，称重计量装置按照15kg/h输送添加剂；当螺旋出料机按照50kg/h输送飞灰时，螺旋出料机输送重量的反馈信号通过PLC/DCS系统传递给称重计量装置，该装置自动将添加剂输送量减小至7.5kg/h。
低温热解子系统300包括依次相连的低温热解炉301、烟尘过滤器303、喷淋塔304和冷凝再热器305，所述烟尘过滤器303的飞灰出口与缓冲仓201的入口相连。其中，烟尘过滤器过滤的核心设备是布袋，类似于布袋除尘器，布袋吹扫采用氮气，确保热解后的烟气仍然处于绝氧状态，防止二噁英的再次合成。
低温热解炉301通过氮气发生器306通入氮气保持充氮状态，所述烟尘过滤器303通过氮气发生器306通入氮气进行吹扫。低温热解炉301的灰渣出口与冷却器302相连，灰渣经冷却器302冷却后排出。
低温热解炉301内设有氧量测量装置；所述喷淋塔304用于收集烟气中的酸性气体和降低饱和烟气的温度；所述冷凝再热器305用于收集饱和烟气中的水分，并再加热至过饱和状态后排放。
该垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统的工作方法，其包括以下步骤：
(1)原始飞灰进入飞灰水洗系统中，经过水洗，得到飞灰水洗液，用于蒸发分盐，得到钠盐、钾盐、钙盐；水洗后的飞灰进入到干化机内，在干化机内通过饱和蒸汽加热，使水洗飞灰含水率降低至5％，干化过程中产生的烟气进入烟气净化系统进行处理；
(2)干化机处理后的水洗飞灰进入缓冲仓内储存，然后水洗飞灰经过定量螺旋出料机按照一定量输送至球磨机内，同时通过称重计量装置加入添加剂；所述添加剂为Al/Fe/Ni和SiO2的混合物；所述称重计量装置与定量螺旋出料机连锁，保证水洗飞灰与添加剂的比例；所述球磨机运行时间≥10小时，经机械化学研磨后，原始飞灰中80％的二噁英被脱除；添加剂Fe/Ni/Al：SiO2的质量比为1:1～2:1，所述添加剂和水洗飞灰的质量比为0.15。
研磨过程中，在球磨机内飞灰与钢球相互碰撞，在撞击、摩擦、剪切的机械力作用下施加了机械能，诱导了二噁英的化学反应，从而达到降低其毒性的目的。添加剂中的碱性金属(如Al、Fe、Ni等)对二噁英的脱除有促进作用。
(3)经球磨机研磨后的研磨飞灰进入低温热解炉内，在350-450℃、充氮状态、热解时间1-2h的条件下，原始飞灰中二噁英脱除率达到99.9％；低温热解炉充氮状态下的氧含量小于0.5％。
经低温热解炉后的灰渣经过冷却器冷却至60℃，用于重金属资源回收；低温热解炉产生的烟气依次经过烟尘过滤器、喷淋塔、冷凝器后进入烟气净化系统；烟尘过滤器采用氮气发生器的氮气进行吹扫，烟尘过滤器捕集的飞灰进入缓冲仓内继续进行二噁英脱除；通过喷淋塔收集烟气中的酸性气体和降低饱和烟气温度；所述冷凝再热器收集饱和烟气中水分，同时再加热至过饱和状态后排放至大气中。
综上，该系统先将飞灰进行水洗，脱除飞灰中的可溶性盐，再进行研磨和低温热解，因此热解产生的尾气中仅有少量飞灰，通过烟尘过滤器、喷淋器、冷凝再热器后即可排放，无需复杂的烟气处理装置，烟尘过滤器捕集的灰尘回到缓冲仓内继续进行研磨和低温热解，无需处理二次飞灰。
以上所述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，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统，其特征在于：包括飞灰水洗和干化子系统(100)、机械化学研磨子系统(200)和低温热解子系统(300)。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统，其特征在于：所述飞灰水洗和干化子系统(100)包括依次相连的飞灰水洗系统(101)、干化机(102)和烟气净化系统(103)，所述飞灰水洗系统(101)上设有原始飞灰入口和水洗液出口，所述干化机(102)上设有饱和蒸汽入口和水洗飞灰出口。
3.根据权利要求2所述的垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统，其特征在于：所述机械化学研磨子系统(200)包括依次相连的缓冲仓(201)、定量螺旋出料机(202)和球磨机(203)，所述干化机(102)的水洗飞灰出口与缓冲仓(201)的入口相连；所述球磨机(203)上设有添加剂入口，所述添加剂入口与称重计量装置(204)相连，所述球磨机(203)的出口与低温热解炉(301)的入口相连。
4.根据权利要求3所述的垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统，其特征在于：所述定量螺旋出料机(202)与称重计量装置(204)通过连锁实现水洗飞灰与添加剂的加量比例保持恒定；其中，通过PLC或DCS控制系统来实现螺旋出料机(202)和称重计量装置(204)的控制连锁。
5.根据权利要求3所述的垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统，其特征在于：所述低温热解子系统(300)包括依次相连的低温热解炉(301)、烟尘过滤器(303)、喷淋塔(304)和冷凝再热器(305)，所述烟尘过滤器(303)的飞灰出口与缓冲仓(201)的入口相连。
6.根据权利要求5所述的垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统，其特征在于：所述低温热解炉(301)通过氮气发生器(306)通入氮气保持充氮状态，所述烟尘过滤器(303)通过氮气发生器(306)通入氮气进行吹扫。
7.根据权利要求5所述的垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统，其特征在于：所述低温热解炉(301)的灰渣出口与冷却器(302)相连，灰渣经冷却器(302)冷却后排出。
8.根据权利要求5所述的垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统，其特征在于：所述低温热解炉(301)内设有氧量测量装置；所述喷淋塔(304)用于收集烟气中的酸性气体和降低饱和烟气的温度；所述冷凝再热器(305)用于收集饱和烟气中的水分，并再加热至过饱和状态后排放。
9.权利要求1-8任一项所述的垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)原始飞灰进入飞灰水洗系统中，经过水洗，得到飞灰水洗液，用于蒸发分盐，得到钠盐、钾盐、钙盐；水洗后的飞灰进入到干化机内，在干化机内通过饱和蒸汽加热，使水洗飞灰含水率降低至5％，干化过程中产生的烟气进入烟气净化系统进行处理；
(2)干化机处理后的水洗飞灰进入缓冲仓内储存，然后水洗飞灰经过定量螺旋出料机按照一定量输送至球磨机内，同时通过称重计量装置加入添加剂；所述添加剂为Al/Fe/Ni和SiO2的混合物；所述称重计量装置与定量螺旋出料机连锁，保证水洗飞灰与添加剂的比例；所述球磨机运行时间≥10小时，经机械化学研磨后，原始飞灰中大部分二噁英被脱除；
(3)经球磨机研磨后的研磨飞灰进入低温热解炉内，在350-450℃、充氮状态、热解时间1-2h的条件下，原始飞灰中二噁英脱除后满足《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范(试行)》(HJ 1134-2020)中对飞灰填埋或资源化利用时二噁英含量的要求；
经低温热解炉后的灰渣经过冷却器冷却至60℃，用于重金属资源回收；低温热解炉产生的烟气依次经过烟尘过滤器、喷淋塔、冷凝器后进入烟气净化系统；烟尘过滤器采用氮气发生器的氮气进行吹扫，烟尘过滤器捕集的飞灰进入缓冲仓内继续进行二噁英脱除；通过喷淋塔收集烟气中的酸性气体和降低饱和烟气温度；所述冷凝再热器收集饱和烟气中水分，同时再加热至过饱和状态后排放至大气中。
10.根据权利要求9所述的垃圾焚烧飞灰二噁英脱除系统的工作方法，其特征在于：所述步骤(2)中，添加剂Fe/Ni/Al：SiO2的质量比为1:1～2:1，所述添加剂和水洗飞灰的质量比为0.15；所述步骤(3)中，低温热解炉充氮状态下的氧含量小于0.5％。
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2024
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