CN217351485U - 利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统 - Google Patents

利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统 Download PDF

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刘晓轩
刘安治
曹志成
李国良
徐冬梅
刘坤鹏
张然
张梦露
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Abstract

本实用新型公开了一种利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统,其中利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统包括混料机、压球机、烘干机、转底炉、余热锅炉和除尘装置,将钢铁冶金尘泥、垃圾焚烧飞灰、粘结剂和水混合均匀后,并压制成球得到含碳球团,然后将含碳球团烘干后,送入转底炉中进行还原焙烧,得到金属化球团和含锌烟气,之后含锌烟气经换热、除尘后得到含锌粉尘。本实用新型将垃圾焚烧飞灰与钢铁冶金尘泥在转底炉内协同处理,利用垃圾飞灰提高钢铁冶金尘泥的脱锌率、金属化率,节约粘结剂用量,降低成本,同时降低垃圾焚烧飞灰中二噁英的含量,实现垃圾焚烧飞灰和钢铁冶金尘泥的无害化处理和资源化利用。

Description

利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统
技术领域
本实用新型属于冶金与能源领域,尤其涉及一种利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统。
背景技术
钢铁冶金生产过程会产生大量的冶金尘泥,目前国内多数企业采用转底炉法回转窑处理。转底炉直接还原工艺对铁、锌等有价元素的回收率更高,能耗更低、污染更小,产品附加值更高;因此,转底炉直接还原工艺成为处理含铁尘泥的最佳选择之一,该工艺的特点为高温快速还原,金属化率能达到65-75%,脱锌率能达到85-90%。
垃圾飞灰主要来自垃圾焚烧工艺中烟气处理系统反应吸收塔的排出物和袋式除尘器收集的烟气灰尘,属于危险废物,其主要成分为CaCl2、SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3等,另外还有少量的Pb、Cr、Cd、Mn、Zn等重金属和微量的二噁英等有毒有机物。目前比较安全的处置工艺有:1、飞灰处理方法有水泥混凝固化处理——填埋;2、化学药剂处理——填埋;3、熔融处理——再生利用;4;水泥窑协同处置;其中水泥窑协同处置应用较广,但是水泥窑协同处置拉结飞灰仅仅实现垃圾飞灰的无害化处置,没有实现资源化利用,而且拉结飞灰中的氯元素会对水泥熟料质量造成影响。
申请号CN200910103892.7公开了一种利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法,所述方法是以炼铁高炉为处理装置,将垃圾飞灰在高炉喷吹煤粉前混入煤粉中,通过高炉喷煤工艺将煤粉与垃圾飞灰的混合物送入高炉炉缸内,或是将垃圾飞灰混入炼铁高炉使用的再生球团中,将混有垃圾飞灰的再生球团送入炼铁高炉中,作为炼铁高炉炼铁时的常用原料——球团矿进行正常的冶炼,利用高炉炉缸区域的高温和还原性气氛,达到飞灰处理及再生利用的目的;但是该技术将垃圾飞灰混入喷吹煤粉中降低煤粉热值,导致煤耗升高,同时垃圾飞灰中氯元素在熔融处置过程对耐材造成致命影响。
申请号CN201711495720.X公开一种水泥窑混烧垃圾飞灰与污泥制生态水泥的系统和方法,包括污泥预处理单元、垃圾飞灰储存单元、配料储存单元、物料混合系统、焚烧装置、熟料储存装置、水泥窑系统;所述焚烧装置依次设有锁风喂料机、立式焚烧炉、锁风阀、链板式出料机;本实用新型通过在污泥和垃圾飞灰中加入水泥窑灰、煤粉进行焚烧,制备生态水泥;但是该技术中,水泥窑协同处置垃圾飞灰对飞灰中的氯元素有严格要求,需要采用水洗工艺预先除去氯元素,导致处置成本增加,且同时水泥熟料生产配料要求严格,对垃圾飞灰成分有限制,工艺使用受限。
申请号CN201710335944.8公开一种铁矿烧结协同处理垃圾飞灰过程的二噁英控制方法,该方法是将垃圾飞灰、石灰乳、易燃性固体燃料和污泥四种组分混合造粒、干燥,得到含垃圾飞灰的小球;铁矿烧结原料造粒后与所述含垃圾飞灰的小球混合,布料后进行点火、烧结;但是该技术将垃圾飞灰加到烧结矿中会降低铁品位,且烧结系统强氧化性气氛极易造成二噁英二次生成。
基于上述情况,本实用新型将垃圾飞灰在转底炉处置钢铁厂含锌尘泥工艺中进行协同处置,利用垃圾飞灰的性质提高转底炉内含锌尘泥的脱锌率、金属化率,节约粘结剂用量,降低成本,产生的高氯氧化锌粉尘是有色冶金氨法炼锌的优质原料,且转底炉的气氛可以有效降解垃圾飞灰中二噁英的含量,该工艺实现垃圾飞灰资源化利用的同时进一步拓宽转底炉功能,增加效益,提升转底炉产品质量,有效的降低转底炉成本,工艺创新性和应用型较强。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述缺陷,本实用新型的目的是提供一种利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统,将垃圾焚烧飞灰与钢铁冶金尘泥在转底炉内协同处理,利用垃圾飞灰提高钢铁冶金尘泥的脱锌率、金属化率,节约粘结剂用量,降低成本,产生的高氯氧化锌粉尘是有色冶金氨法炼锌的优质原料,同时降低垃圾焚烧飞灰中二噁英的含量,实现垃圾焚烧飞灰和钢铁冶金尘泥的无害化处理和资源化利用。
为实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
本实用新型提供了一种利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统,包括:
混料机,用于钢铁冶金尘泥、垃圾焚烧飞灰、粘结剂和水混合均匀,该混料机上设有飞灰仓、冶金尘泥仓和粘结剂仓;
压球机,用于混料机混合后的物料压制成球;所述压球机与所述混料机之间通过皮带连接;
烘干机,用于将所述压球机制备的含碳球团烘干;所述烘干机与所述压球机之间通过皮带连接;
转底炉,该转底炉的转动炉底依次分为预热区、高温区和出料区,所述预热区、高温区和出料区之间均设有隔墙;所述高温区设有多个空气烧嘴和燃气烧嘴;该转底炉与所述烘干机之间通过皮带连接;
余热锅炉,用于回收所述转底炉内出来的含锌烟气内的热量;所述余热锅炉与所述转底炉烟气出口通过管道连接;
除尘装置,用于将余热锅炉烟气出口出来的含锌烟气进行除尘处理;所述除尘装置与所述余热锅炉的烟气出口通过管道连接。
优选地,所述除尘装置为布袋除尘器。
本实用新型所提供的一种利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统,还具有以下几点有益效果:
1、本实用新型的利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统,将垃圾焚烧飞灰与钢铁冶金尘泥在转底炉内协同处理,利用垃圾飞灰提高钢铁冶金尘泥的脱锌率、金属化率,节约粘结剂用量,降低成本,产生的高氯氧化锌粉尘是有色冶金氨法炼锌的优质原料,同时降低垃圾焚烧飞灰中二噁英的含量,实现垃圾焚烧飞灰和钢铁冶金尘泥的无害化处理和资源化利用;
2、本实用新型利用垃圾飞灰的性质提高转底炉内含锌尘泥的脱锌率、金属化率,节约粘结剂用量,降低成本,产生的高氯氧化锌粉尘是有色冶金氨法炼锌的优质原料,且转底炉的气氛可以有效降解垃圾飞灰中二噁英的含量,该工艺实现垃圾飞灰资源化利用的同时进一步拓宽转底炉功能,增加效益,提升转底炉产品质量,有效的降低转底炉成本,工艺创新性和应用型较强;
3、本实用新型利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统,首次实现垃圾飞灰在转底炉上无害化、资源化协同处置,拓展了转底炉的功能,社会效益和经济效益显著;
4、本实用新型利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统,利用垃圾飞灰中氯化钙粘性较大的性质可代替一部分粘结剂的作用,降低转底炉粘结剂成本;
5、本实用新型利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统,利用垃圾飞灰中的氯元素作为氯化剂提高转底炉金属化球团的金属化率和脱锌率,高品位的氯化锌粉尘节约了氨法炼锌工艺成本,残锌低的高金属化率球团是炼铁的优质原料,减少二氧化碳排放;
6、本实用新型利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统,转底炉强还原气氛和高温条件有利于二恶英的彻底分解,环保效益显著。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本实用新型利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统的结构示意图;
图2为本实用新型转底炉的结构示意图。
具体实施方式
为了能更好地理解本实用新型的上述技术方案,下面结合实施例进一步说明本实用新型的技术方案。
结合图1所示,本实用新型提供了利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统,包括混料机1、压球机2、烘干机3、转底炉4、余热锅炉5和除尘装置6。其中,混料机1用于钢铁冶金尘泥、垃圾焚烧飞灰、粘结剂和水混合均匀,该混料机上设有飞灰仓、冶金尘泥仓和粘结剂仓。压球机2用于将混料机混合的物料压制成球。烘干机3用于将压球机2制备的含碳球团烘干。转底炉3的转动炉底依次分为预热区A、高温区B和出料区C,预热区A、高温区B和出料区C之间均设有隔墙;高温区B设有多个空气烧嘴42和燃气烧嘴41。余热锅炉5用于回收转底炉4内出来的含锌烟气内的热量;除尘装置6用于将余热锅炉5烟气出口出来的含锌烟气进行除尘处理;在具体的实施例中,除尘装置6可采用布袋除尘器等。其中混料机1与压球机2之间通过皮带连接;压球机2与烘干机3之间通过皮带连接;烘干机3与转底炉4的进料口之间通过皮带连接;余热锅炉5与转底炉4烟气出口通过管道连接;余热锅炉5的烟气出口与除尘装置6之间通过管道连接。
结合图1所示,使用本实用新型一种利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统将垃圾焚烧飞灰通过配料仓按照一定比例与钢铁冶金尘泥在混料机混合均匀后压球,含碳球团烘干后在转底炉进行还原,转底炉产出的金属化率高的金属化球团是炼铁优质原料;垃圾飞灰中的铅、锌,氯挥发进入布袋收尘器以粉尘的形式被收集,得到氯含量较高的含锌粉尘,高氯含量的含锌粉尘可以氨法工艺生产金属锌,实现铁、锌、氯元素的综合回收利用,二噁英分解成无害物质,最终实现转底炉资源化、无害化协同处置垃圾飞灰。
结合图1所示,使用本实用新型的利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统,具体包括以下步骤:
S1,将钢铁冶金尘泥、垃圾焚烧飞灰、粘结剂和水混合均匀后,并压制成球得到含碳球团;
具体过程为,将钢铁冶金尘泥、垃圾焚烧飞灰、粘结剂和水按重量份数比为100:5~8:1.5~2.5:9~12配比后,在混料机中混合均匀后,经压球机压制成球,得到含有垃圾焚烧飞灰的含碳球团。钢铁冶金尘泥为钢铁厂的炼钢炼铁工艺产生的尘泥混合料,包括高炉除尘灰、转炉除尘灰、高炉瓦斯泥、转炉OG泥、CDQ焦粉中的一种或多种;钢铁冶金尘泥成分:铁含量42~50wt%。碳含量8~12wt%,锌含量:1.8~2.8wt%,氯含量0.37~0.54wt%。垃圾焚烧飞灰为垃圾处理厂焚烧垃圾产生的除尘灰,垃圾焚烧飞灰的成分:CaO含量29~45wt%,氧化钙主要是以碳酸钙和氯化钙的形式存在,SiO2含量5.2~10.3wt%,Cl含量10~18%,氯元素以氯化钾、氯化钠、氯化钙的形式存在,二噁英30~150ng/g,其他成分为氧化铝、氧化镁以及少量重金属等;粘结剂采用市面常规粘结剂,比如淀粉粘结剂等。其中钢铁冶金尘泥在未添加垃圾焚烧飞灰时需要加入3~4%的粘结剂才能确保球团的成球率,成本较高,而由于垃圾焚烧飞灰中的氯化钙具有较强的粘性,可以代替部分粘结剂,可减少37~50%的外配粘结剂的用量,实现降低粘结剂的目的。含有垃圾焚烧飞灰的含碳球团,铁含量为36~45wt%,锌含量为1.5~2.8wt%,氯含量0.9~2wt%(在进一步优选的实施例中氯含量为1~2wt%),二噁英含量为1.7~12ng/g。
S2,将所述步骤S1中的含碳球团烘干后,送入转底炉中进行还原焙烧,得到金属化球团和含锌烟气;
具体过程为:将步骤S1中得到的含碳球团送至烘干机内进行烘干处理,由于垃圾焚烧飞灰中的二噁英的熔点较低,只有303℃,因此烘干时要控制烘干温度在180~200℃,避免二噁英在烘干过程中发生逃逸现象,烘干后的含碳球团中水分含量<1wt%。然后将烘干后的含碳球团送入转底炉中进行还原焙烧,从而获得金属化球团和含锌烟气;其中转底炉分为预热区、高温区、出料区,含碳球团随转底炉的转动炉底依次经过预热区、高温区和出料区,含碳球团在预热区的加热反应时间为5~8min,预热反应温度为1100~1200℃;含碳球团在高温区的加热反应17~20min,加热反应温度为1280~1310℃;含碳球团在出料区的时间为2~3min,出料区温度为900~1000℃;转底炉转动一圈所需要的时间为24~30min。
转底炉内的气氛为还原性气氛,其中CO浓度>20%,氧浓度<5%,可通过控制空气烧嘴内出来的空气和燃气烧嘴内出来的燃气的比例来控制转底炉气氛和温度。由于垃圾飞灰中含有10%以上的氯元素,氯元素氯化钙、以氯化钾和氯化钠的形式存在,这些氯盐在转底炉还原过程中起到提供氯化剂的作用,有助于进一步提高锌的挥发率和铁的金属化率;另外垃圾焚烧飞灰中二噁应的含量30-150ng/g,属于危险废物,目前水泥窑或者熔融处置工艺都是在氧化气氛,氧含量大于10%,由于氧的存在,燃烧分解的二噁英在烟气系统低温段(200-400℃)极易二次生产二噁英,而转底炉内是强还原性气氛且温度较高,烟气中氧浓度<5%,不具备分解后的二噁英再次反应合成的条件;
在还原焙烧过程中,含碳球团在进入转底炉预热区后经过2min左右时间温度上升到1000摄氏度以上,二噁英在大于700℃开始分解,20~30%的二噁英在该区分解成无害物质,在该区部分锌和铁的氧化物被还原,含碳球团进入到还原高温区后由于该区温度较高且球团在该区反应时间较长,二噁英在1280℃以上的温度条件下高速分解成无害物质,分解率99.9%,转底炉的强还原性气氛(CO浓度大于20%,氧浓度<5%)也避免了二噁英二次生成,最终转底炉出来的含锌烟气和金属化球团中的二噁英含量<0.5ng/g。
在还原焙烧过程中,含碳球团中含有1~2%的氯元素,垃圾焚烧飞灰为高温化学反应(铁氧化物的还原反应和锌氧化物的氯化反应)提供氯化剂,氯元素在高温条件能有效降低化学反应需要的活化能,促进铁锌氧化物还原反应、氯化反应的进行,最终铁氧化物被还原成金属铁,锌氧化物和氯元素反应生产氯化锌挥发进入烟气中,该区基本实现大部分铁的还原和锌的挥发,铁的金属化率大于88%,锌的脱除率>96%。其中含碳球团最终被还原成金属化球团排出转底炉,金属化球团的金属化率大于88%,可以代替铁矿石原料被炼铁或者炼钢炉消纳,减少吨钢生产过程的焦炭消耗,二氧化碳碳排放量减少4~5%。
S3,所述步骤S2中得到的含锌烟气经换热、除尘后得到含锌粉尘。
具体过程为:在步骤S2中,含碳球团中的锌元素和氯元素在转底炉中挥发进入收尘系统以含锌烟气的形式被收集,含锌烟气经余热锅炉换热、除尘装置除尘后得到含锌粉尘,其中,经除尘后的烟气达标后排放,含锌粉尘中氯化锌含量>70wt%(在具体的实施例中氯化锌含量为70~80wt%),由于氯化锌原料是氨法炼锌的主要原料,本方法获得的含锌粉尘可送去做氨法炼锌原料,传统氨法工艺用盐酸和氧化锌反应得到氯化锌,需要耗用大量酸,同时对设备要求较高,成本较高,本方法可降低整个氨法浸出成本的20~30%。
下面结合具体的例子对本实用新型的一种利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的方法及系统进一步介绍;
实施例1
本实施例中利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统的方法如下:
钢铁冶金尘泥成分:铁含量42%。碳含量8.5%,锌含量:2.0%,氯含量0.48%;
垃圾飞灰成分CaO含量30%,Cl含量18%,二噁英150ng/g,
将冶金尘泥、垃圾飞灰、粘结剂和水按照重量份为100:8:1.5:12的比例混合、压球得到含碳球团,其中粘结剂成本降低了50%;含碳球团干基成分铁含量38.4wt%,锌含量为1.96wt%,氯含量1.9wt%,二噁英12ng/g。
含碳球团送入烘干机进行烘干,烘干温度设置200℃,烘干后的含碳球团的水分含量为0.79wt%,烘干后的含碳球团送到转底炉进行还原焙烧,转底炉预热区温度1150℃,还原时间5min,高温区温度1280℃,还原时间18min、出料区温度910℃,时间2min,转底炉转动一圈所需时间24min,最终获得金属化球团和含锌烟气;
经过还原后金属化球团的金属化率为88.5%,该金属化球团可被高炉消纳;
含锌烟气经换热和除尘后得到含锌粉尘,除尘后的烟气达标后排放,
上述过程中二氧化碳减排4.2%,锌的脱除率96%,含锌粉尘中氯化锌品位71.8%,可送去做氨法炼锌原料,节约成本21.5%,含锌烟气中二噁英0.45ng/m3,氧气浓度4.8%。
实施例2
本实施例中利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统的方法如下:
钢铁冶金尘泥成分:铁含量45%。碳含量10,锌含量:2.4%,氯含量0.45%;
垃圾飞灰成分CaO含量38%,Cl含量15%,二噁英100ng/g,
将冶金尘泥、垃圾飞灰、粘结剂和水按照重量份为100:6:2:10.5的比例混合、压球得到含碳球团,其中粘结剂成本降低了40%;含碳球团干基成分铁含量41.4wt%,锌含量为2.2wt%,氯含量1.5wt%,二噁英5.8ng/g。
含碳球团送入烘干机进行烘干,烘干温度设置190℃,烘干后的含碳球团的水分含量为0.9wt%,烘干后的含碳球团送到转底炉进行还原焙烧,转底炉预热区温度1180℃,还原时间6.5min,高温区温度1300℃,还原时间19.5min、出料区温度950℃,时间2min,转底炉转动一圈所需时间28min,最终获得金属化球团和含锌烟气;
经过还原后金属化球团的金属化率为90%,该金属化球团可被高炉消纳;
含锌烟气经换热和除尘后得到含锌粉尘,除尘后的烟气达标后排放,
上述过程中二氧化碳减排4.7%,锌的脱除率96%,含锌粉尘中氯化锌品位75.4%,可送去做氨法炼锌原料,节约成本23.5%,含锌烟气中二噁英0.32ng/m3,氧气浓度4.1%。
实施例3
本实施例中利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统的方法如下:
钢铁冶金尘泥成分:铁含量18%。碳含量11,锌含量:2.8%,氯含量0.49%;
垃圾飞灰成分CaO含量44%,Cl含量10%,二噁英40ng/g,
将冶金尘泥、垃圾飞灰、粘结剂和水按照重量份为100:5:2.5:10.5的比例混合、压球得到含碳球团,其中粘结剂成本降低了30%;含碳球团干基成分铁含量44.65wt%,锌含量为2.6wt%,氯含量0.92wt%,二噁英3.72ng/g。
含碳球团送入烘干机进行烘干,烘干温度设置180℃,烘干后的含碳球团的水分含量为0.73wt%,烘干后的含碳球团送到转底炉进行还原焙烧,转底炉预热区温度1200℃,还原时间7min,高温区温度1310℃,还原时间20min、出料区温度990℃,时间3min,转底炉转动一圈所需时间30min,最终获得金属化球团和含锌烟气;
经过还原后金属化球团的金属化率为93.6%,该金属化球团可被高炉消纳;
含锌烟气经换热和除尘后得到含锌粉尘,除尘后的烟气达标后排放,
上述过程中二氧化碳减排5.0%,锌的脱除率98.9%,含锌粉尘中氯化锌品位79.6%,可送去做氨法炼锌原料,节约成本25%,含锌烟气中二噁英0.2ng/m3,氧气浓度3.7%。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本实用新型,而并非用作为对本实用新型的限定,只要在本实用新型的实质精神范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (2)

1.一种利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统,其特征在于,包括:
混料机,用于钢铁冶金尘泥、垃圾焚烧飞灰、粘结剂和水混合均匀,该混料机上设有飞灰仓、冶金尘泥仓和粘结剂仓;
压球机,用于混料机混合后的物料压制成球;所述压球机与所述混料机之间通过皮带连接;
烘干机,用于将所述压球机制备的含碳球团烘干;所述烘干机与所述压球机之间通过皮带连接;
转底炉,该转底炉的转动炉底依次分为预热区、高温区和出料区,所述预热区、高温区和出料区之间均设有隔墙;所述高温区设有多个空气烧嘴和燃气烧嘴;该转底炉与所述烘干机之间通过皮带连接;
余热锅炉,用于回收所述转底炉内出来的含锌烟气内的热量;所述余热锅炉与所述转底炉烟气出口通过管道连接;
除尘装置,用于将余热锅炉烟气出口出来的含锌烟气进行除尘处理;所述除尘装置与所述余热锅炉的烟气出口通过管道连接。
2.根据权利要求1所述的利用转底炉协同处置垃圾焚烧飞灰的系统,其特征在于,所述除尘装置为布袋除尘器。
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