TWM580582U - Incineration fly ash resource treatment system - Google Patents

Abstract

一種焚化飛灰資源化處理系統，其包括磨製單元、混拌單元、造粒單元以及燒製單元。磨製單元用以將焚化飛灰以及添加劑磨製，混拌單元用以將焚化飛灰、添加劑及水混拌而形成母料混合物，造粒單元用以接收來自該混拌單元的該母料混合物並造粒形成生料體，燒製單元係至少包含有雙筒旋轉窯。雙筒旋轉窯是由烘乾預熱窯及焙燒窯以插接方式串連而成，烘乾預熱窯用以接收來自該造粒單元的該生料體並進行第一階段燒製，焙燒窯接收來自該烘乾預熱窯的生料粒並以溫度1100~1400℃間進行第二階段燒製，進而獲得輕質粒料。

Description

焚化飛灰資源化處理系統

本創作係有關於一種焚化飛灰資源化處理系統，尤指一種焚化飛灰資源化處理系統，其可將垃圾焚化飛灰予以有效安定化，並可製得高經濟價值的輕質粒料。

由垃圾焚化爐焚化垃圾所產生之次產物，皆統稱為焚化灰渣(municipal solid waste incinerators)。依其產出位置及性質之不同，可區分為底灰(bottom ash)、飛灰(fly ash) 及反應灰(reacted ash)等三種，其中飛灰及反應灰等二類，慣常被統稱為垃圾焚化飛灰(incineration fly ash)。因應各種焚化灰渣之屬性及內含物的不同，各自有其處理之方式，而依國內之處理現況，底灰為環保署規定之「一般事業廢棄物」，屬可直接再利用之物料。而垃圾焚化飛灰(係指飛灰、反應灰或飛灰與反應灰之混合灰)則為「有害事業廢棄物」，因其含重金屬、戴奧辛及呋喃等有毒物質的濃度較高，致使垃圾焚化飛灰無法直接再利用，而需經安定化處理，且安定化處理後須通過毒性特性溶出程序(toxicity characteristic leaching procedure；以下簡稱TCLP)之溶出標準，才可將其掩埋或回收再利用。

針對垃圾焚化飛灰之安定化處理，目前國內常採用之方法為水泥固化法，其係以適量的水泥及垃圾焚化飛灰均勻混合之，利用水泥固化的處理設備，將其成型並充分施予養生，進而使垃圾焚化飛灰內之重金屬達化學穩定的狀態。水泥固化法之安定機制是利用水泥具有強鹼性(pH=12)，可將水溶性重金屬予以氧化成不溶性之化合物。

然而，水泥固化法雖然操作簡單而成為目前處理垃圾焚化飛灰常用之方式，但有固化後仍無法達到完全安定化的問題，長時間而言仍有重金屬溶出之疑慮，經水泥固化後之垃圾焚化飛灰，亦無後續之再利用價值，僅能覆土掩埋，另外固化後亦有體積增大之問題，增加了後續搬運及掩埋處理之費用。以目前台北縣樹林垃圾焚化飛灰水泥固化廠為例，其每日可處理63噸垃圾焚化飛灰，經過添加固化劑、化學穩定劑、水泥及水攪拌固化之後，最終產生92噸之垃圾焚化飛灰固化物，體積放大約1.5倍。

垃圾焚化飛灰的內容物中，主要有害物質為固態之重金屬(以氯化物、氧化物、硫酸鹽及矽酸鹽等形式存在)，以及氣態之戴奧辛(PCDDs)與呋喃(PCDFs)等居多，具有相當高的浸出率及毒性。然而，由於常用的水泥固化法並無法長期有效地將垃圾焚化飛灰安定化，因此根據國外目前之實務及研究結果，認為以燒結固化及熔融固化等方式較佳。以下茲將兩處理方法分別簡單介紹。

燒結固化法係將待處理的垃圾焚化飛灰與具矽鋁酸鹽成分的物料混合，再經製粒成型後於攝氏1000℃至1100℃的高溫燒結下，燒製成玻璃質的固體，其安定機制即為藉由玻璃體的緻密結晶結構，安定及封存重金屬成分。此外，依此方式處理，其最大減容率可達1/2以上。

另外，熔融固化法則是在高溫(1300℃以上)的狀況下，促使垃圾焚化飛灰中的有機物發生熱分解、燃燒及氣化，而無機物則熔融形成玻璃質的固體。經過熔融固化處理後，垃圾焚化飛灰中的戴奧辛及呋喃等有機污染物受熱分解破壞，而所含沸點較低的重金屬鹽類，除少部分因氣化分解外，大部分則轉移到玻璃質的固化物中，可大大降低浸出的可能性。垃圾焚化飛灰經過熔融固化後，其最大減容率亦可達1/2以上。

綜上所述，垃圾焚燒過程產生的焚化飛灰須經安定化之處理。再者，國內常用之水泥固化法，除無法有效安定上述有毒物質外，其處理後之固化物的再利用也存在一定的侷限性。相對於水泥固化法，燒結固化法及熔融固化法等兩方式可分解及安定垃圾焚化飛灰中絕大部分的有毒物質外，因此經此兩法處理後之垃圾焚化飛灰即可加以掩埋，而無有毒物質溶出之顧慮。然而，處理後之垃圾焚化飛灰經掩埋後完全不具有經濟之價值，且掩埋所需要的人工處理與土地成本亦相當高昂，因此如何將處理後之垃圾焚化飛灰製成為建築可用的輕質粒料，即成為業界與研究單位努力的目標。

有鑑於現有垃圾焚化飛灰處理後即將其掩埋的方式相當不具經濟效益，本創作之目的在於提供一種焚化飛灰資源化處理系統，其係結合燒結固化及熔融固化等兩種方式之機制，而可將垃圾焚化飛灰製為具有高經濟價值的輕質粒料。

為達成以上的目的，本創作提供一種焚化飛灰資源化處理系統，其包括磨製單元、混拌單元、造粒單元以及燒製單元。磨製單元用以將焚化飛灰以及添加劑磨製，混拌單元設置於該磨製單元的下游，用以將焚化飛灰、添加劑及水混拌而形成母料混合物，造粒單元設置於混拌單元的下游端，用以接收來自該混拌單元的該母料混合物並造粒形成生料體，燒製單元係至少包含有雙筒旋轉窯、及監控裝置。雙筒旋轉窯是由烘乾預熱窯、及焙燒窯以插接方式串連而成，且烘乾預熱窯、及焙燒窯各自獨立設置溫度調節機構及轉速調節機構，烘乾預熱窯的入料口設置於該造粒單元的下游端，用以接收來自該造粒單元的該生料體並進行第一階段燒製，焙燒窯接收來自該烘乾預熱窯的生料粒並以溫度1100℃至1400℃間進行第二階段燒製，進而獲得輕質粒料；該監控裝置與該些溫度調節機構、及該些轉速調節機構電性連接，用以偵測並控制該烘乾預熱窯、及該焙燒窯中的溫度及轉速。

本創作可達成的具體功效包括：

１．本創作係將含矽鋁酸鹽添加劑加入至垃圾焚化飛灰中，再經熱處理程序以迴轉窯燒成輕質粒料，藉由含矽鋁酸鹽添加劑在高溫下生成發泡氣體，而將垃圾焚化飛灰製作成內部遍含孔隙，可應用於營建工程之輕質粒料，大幅提高了處理後垃圾焚化飛灰的經濟價值，且免去了掩埋垃圾焚化飛灰的高昂人工與土地成本。

２．本創作係利用迴轉窯系統設備，以熔融燒結固化之方式，將垃圾焚化飛灰中之重金屬、戴奧辛及呋喃等有毒物質，分解並安定於熔融燒結形成的玻璃質固化物中，因此可有效安定化垃圾焚化飛灰中的有毒物質，所製得的輕質粒料亦不會有溶出有毒物質的疑慮，可安心應用於營建工程上。

請參閱圖1及圖2，本創作提供一種焚化飛灰資源化處理系統，其主要包括烘乾單元1、磨製單元2、混拌單元3、造粒單元4以及燒製單元5。

提供作為原料之垃圾焚化飛灰以及作為添加劑的含矽鋁酸鹽，垃圾焚化飛灰係可為飛灰(fly ash)或反應灰(reacted ash)，含矽鋁酸鹽之添加劑係具有助熔、發泡及增黏之效果，如水庫淤泥、港灣淤泥、石材加工污泥、粘土等物料。將原料及添加劑送入烘乾單元1進行烘乾，先將作為原料的垃圾焚化飛灰及添加劑(在此以水庫淤泥為主)分別運送至烘箱烘乾至恆重為止，如前所述，烘箱溫度較佳地介於95℃至105℃間。

烘乾後的垃圾焚化飛灰及添加劑被輸送至磨製單元2，磨製單元2包括破碎裝置21及粉磨裝置22，破碎裝置21可以是例如顎碎機，將烘乾後之垃圾焚化飛灰及添加劑分別予以破碎成塊，粉磨裝置22可以是例如球磨機，將破碎後之垃圾焚化飛灰及添加劑分別予以細磨成粉，並分別儲於所屬的料倉，球磨機可將破碎後之垃圾焚化飛灰及添加劑予以細磨成中值粒徑D ₅₀≦7微米(μm)之粉體，藉由以上之烘乾、破碎與粉磨等均勻化處理步驟，將原料製造為均質性的粉體，而可於之後的混拌步驟中均勻的混合。該混合物料可有三組配方設計，第一組係為飛灰系列，其係僅取用粉磨後之飛灰與添加劑加水混合形成混合物料；第二組為反應灰系列，其係僅取用粉磨後之反應灰與添加劑加水混合形成混合物料；第三組為混合灰系列，其係分別取用粉磨後之飛灰、反應灰與添加劑加水混合形成第一混合物料，另可加上後續高溫燒製製程所回收的粉塵；上述三組配方設計之原則，依所採用之飛灰、反應灰及添加劑所含的化學成分，以適當比例調和成各配方所需之化學成分組成比例，如表一所示：

表一 配方 飛灰系列 反應灰系列 混合系列 使用原料 飛灰＋添加劑 反應灰＋添加劑 飛灰＋反應灰＋添加劑＋回收粉塵 化學成分 (wt.%) 二氧化矽 (SiO 2) 49~58 44~56 45~56 三氧化二鋁(Al 2O 3) 21~23 17~22 18~22 三氧化二鐵 (Fe 2O 3) 6~7 5~7 6~7 氧化鈣 (CaO) 5~11 6~15 6~14 氧化鎂 (MgO) 2~3 1~2 1~2 氧化鈉 (Na 2O) ＜1 ＜1 ＜1 氧化鉀 (K 2O) ＜1 ＜1.5 ＜1.5 有機物 1~5 1~5 1~5

將上述均勻化處理的垃圾焚化飛灰及添加劑輸送至混拌單元3，混拌單元3設置於磨製單元1的下游，用以均勻化處理的垃圾焚化飛灰及添加劑與水混拌而形成母料混合物。依適當之比例計量取用粉磨後之垃圾焚化飛灰與添加劑，再加水混拌形成含水率介於15%~35%間之混合物料，使混合物料中之不含水部分(即垃圾焚化飛灰與添加劑之混合固體)可具有特定較佳的化學成分。混拌單元3可以是平翼渦輪型、圓板渦輪型、楔形翼型、或螺旋式中之任一種形式的攪拌設備。

將混拌後的母料混合物輸送至造粒單元4，造粒單元4設置於混拌單元3的下游端，用以接收來自混拌單元3的母料混合物並造粒形成生料體，例如將母料混合物料製成連續級配5~20毫米的圓球狀生料球，可使用圓盤造粒機進行造粒，造粒方式可採用濕式成球法以避免粉塵飛揚。

將造粒後的生料體輸送至燒製單元5，燒製單元5至少包含有雙筒旋轉窯51及監控裝置52，雙筒旋轉窯51是由烘乾預熱窯511及焙燒窯512以插接方式串連而成，且烘乾預熱窯511及焙燒窯512各自獨立設置溫度調節機構及轉速調節機構。烘乾預熱窯511接收來自造粒單元3的生料體並進行第一階段燒製，焙燒窯512接收來自烘乾預熱窯511的生料粒並以溫度1100℃至1400℃間進行第二階段燒製，進而獲得輕質粒料。雙筒旋轉窯51進一步設有角度調節機構，角度調節機構與監控裝置52電性連接，用以調節雙筒旋轉窯41的傾斜角度。烘乾預熱窯511及焙燒窯512分別設置有氣體調節機構，氣體調節機構與監控裝置52電性連接，用以偵測並調節烘乾預熱窯511及焙燒窯512中之氣體組成比例，監控裝置52為微處理器、或電腦。

燒製後的輕質粒料被輸送至冷卻單元6，冷卻單元6設置於燒製單元5的下游端，用以冷卻輕質粒料，燒製得之輕質粒料予以冷卻退火；較佳的是，輕質粒料係利用冷卻機按事先設定之徐冷曲線予以冷卻退火。

冷卻後的輕質粒料被輸送至一篩選單元7，依其單位重量及顆粒粒徑等，進行分類並存放之。

篩選後的輕質粒料，在出廠前被輸送至一毒物檢測單元8，對輕質料粒進行毒物檢測，例如進行毒性特性溶出程序(TCLP)之試驗。

1‧‧‧烘乾單元 2‧‧‧磨製單元 3‧‧‧混拌單元 4‧‧‧造粒單元 5‧‧‧燒製單元 6‧‧‧冷卻單元 7‧‧‧篩選單元 8‧‧‧毒物檢測單元 51‧‧‧雙筒旋轉窯 52‧‧‧監控裝置 511‧‧‧烘乾預熱窯 512‧‧‧焙燒窯

圖1為本創作之焚化飛灰資源化處理系統的一實施例的系統方塊圖。

圖2係利用本創作之焚化飛灰資源化處理系統製作輕質粒料之流程圖。

Claims (10)

1. 一種焚化飛灰資源化處理系統，其係至少包含： 磨製單元，用以將焚化飛灰以及添加劑磨製； 混拌單元，其設置於該磨製單元的下游，用以將該焚化飛灰、該添加劑及水混拌而形成母料混合物； 造粒單元，其設置於該混拌單元的下游端，用以接收來自該混拌單元的該母料混合物並造粒形成生料體；以及 燒製單元，其係至少包含有雙筒旋轉窯、及監控裝置；其中 該雙筒旋轉窯是由烘乾預熱窯、及焙燒窯以插接方式串連而成，且該烘乾預熱窯、及該焙燒窯各自獨立設置溫度調節機構及轉速調節機構；該烘乾預熱窯的入料口設置於該造粒單元的下游端，用以接收來自該造粒單元的該生料體並進行第一階段燒製；該焙燒窯接收來自該烘乾預熱窯的生料粒並以溫度1100℃至1400℃間進行第二階段燒製，進而獲得輕質粒料； 該監控裝置與該些溫度調節機構、及該些轉速調節機構電性連接，用以偵測並控制該烘乾預熱窯、及該焙燒窯中的溫度及轉速。
2. 如請求項1所記載之焚化飛灰資源化處理系統，其中該雙筒旋轉窯進一步設有角度調節機構，該角度調節機構與該監控裝置電性連接，用以調節該雙筒旋轉窯的傾斜角度。
3. 如請求項1所記載之焚化飛灰資源化處理系統，其中該烘乾預熱窯、及該焙燒窯分別設置有氣體調節機構，該些氣體調節機構與該監控裝置電性連接，用以偵測並調節該烘乾預熱窯、及該焙燒窯中之氣體組成比例。
4. 如請求項1所記載之焚化飛灰資源化處理系統，其中該磨製單元包括： 顎碎機，用以將該焚化飛灰以及該添加劑破碎成塊；以及 球磨機，用以將破碎後的該焚化飛灰以及該添加劑細磨成中值粒徑D ₅₀≦7微米(μm)之粉體。
5. 如請求項1所記載之焚化飛灰資源化處理系統，其係進一步包含冷卻單元，該冷卻單元設置於該燒製單元的下游端，用以冷卻該輕質粒料。
6. 如請求項1所記載之焚化飛灰資源化處理系統，其係進一步包含毒物檢測單元，用以對燒製後的該輕質料粒進行毒物檢測。
7. 如請求項1所記載之焚化飛灰資源化處理系統，其係進一步包含烘乾單元，用以將該磨製單元磨製後的該飛灰混合物加以烘乾。
8. 如請求項1所記載之焚化飛灰資源化處理系統，其中該添加劑包括矽鋁酸鹽。
9. 如請求項1所記載之焚化飛灰資源化處理系統，其中該混拌單元為平翼渦輪型、圓板渦輪型、楔形翼型、或螺旋式中之任一種形式的攪拌設備。
10. 如請求項1所記載之焚化飛灰資源化處理系統，其中該監控裝置為微處理器、或電腦。