CN107746066B - 用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备***和方法 - Google Patents

用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备***和方法，所述氯化铵制备***包括依次连接的氨水喷淋塔、浓缩器和结晶器提纯***，所述等离子熔融处理***中的余热回收器为所述浓缩器和所述结晶器提供蒸汽。根据本发明，可以解决现有对灰渣等离子熔融处理***产生的酸性气体进行吸收的***存在的产生二次危废、能耗高、设备复杂等问题。

Description

用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备***和方法
技术领域
本发明涉及垃圾焚烧处理领域，具体而言涉及一种用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备***和方法。
背景技术
灰渣是飞灰和底渣的简称，其中飞灰是垃圾或者危险废弃物无焚烧过程中随烟气排出的微小颗粒，其中含有重金属和二噁英等物质，属于危险废弃物；底渣是垃圾或者危险废弃物焚烧过程中所产生的燃尽物料，其中含有重金属，也属于危险废弃物。
生活垃圾焚烧产生的飞灰以及危险废弃物焚烧产生的飞灰和底渣均属于危险废弃物范畴，而目前针对于此类危险废弃物的处理方式主要为安全填埋，成本较高。通过等离子熔融技术可以将飞灰和底渣无害化、减容化、资源化，采用等离子熔融技术的等离子熔融炉是通过等离子电弧产生的高温(中心区可达7000℃)迅速将飞灰和底渣变成熔融状态的反应器，是将飞灰和底渣无害化处理和资源化利用的一种方式和装置。
由于通常飞灰和底渣中含有较多的氯元素，一般含量为4％-27％，在灰渣等离子熔融处理的过程中，此部分氯元素被转化为氯化氢的形式从烟气中排出，为了达标排放需要对酸性气体进行吸收。一般的做法为对烟气进行余热回收降温后，使用降膜吸收器等手段用水对其中的氯化氢进行吸收，形成盐酸溶液，为了提高盐酸的吸收效率，通常使用三级石墨吸收等设备。另外，为了提高盐酸的浓度，吸收水的温度通常要降低至4℃左右，需要加装一套降温制冷设备。上述对酸性气体进行吸收的***存在能耗高、设备复杂等问题。
因此，需要提出一种新的对酸性气体进行吸收的***和方法，以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备***，所述氯化铵制备***包括依次连接的氨水喷淋塔、浓缩器和结晶器提纯***，所述等离子熔融处理***中的余热回收器为所述浓缩器和所述结晶器提供蒸汽。
在一个示例中，所述等离子熔融处理***中的等离子熔融炉排放的烟气依次经过所述余热回收器的降温处理和布袋除尘器的除尘处理后送入所述氨水喷淋塔。
在一个示例中，所述氨水喷淋塔采用逆流方式使氨水和所述烟气接触。
在一个示例中，所述氨水的浓度为20％-30％，对所述氨水进行循环喷淋。
在一个示例中，所述氨水喷淋塔设置为多级。
在一个示例中，所述氨水喷淋塔产生的氯化铵溶液的浓度为15％-40％。
在一个示例中，所述氯化铵溶液进入所述浓缩器进行浓缩处理，产生的氯化铵饱和液进入所述结晶器进行结晶处理，产生粗氯化铵，所述浓缩器和所述结晶器为降压蒸发设备。
在一个示例中，所述氯化铵制备***进一步包括连接所述结晶器的提纯***，以对所述粗氯化铵进行提纯处理。
在一个示例中，所述等离子熔融炉和所述余热回收器之间还设置有二燃室，以对所述等离子熔融炉排放的烟气进行补氧和补热，使烟气的温度超过1200℃。
在一个示例中，从所述氨水喷淋塔排出的烟气的温度为50℃-80℃，通过后处理***对烟气做进一步处理。
本发明还提供一种用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备方法，包括：
所述等离子熔融处理***中的等离子熔融炉排放的烟气依次经过余热回收器的降温处理和布袋除尘器的除尘处理后送入氨水喷淋塔；
所述氨水喷淋塔产生的氯化铵溶液进入浓缩器进行浓缩处理；
所述浓缩器产生的氯化铵饱和液进入结晶器进行结晶处理，产生粗氯化铵。
在一个示例中，进一步包括将粗氯化铵送入提纯***进行提纯处理的步骤。
在一个示例中，所述烟气在所述余热回收器内与去离子水换热后降温至180℃-200℃，同时产生低压蒸汽。
在一个示例中，所述低压蒸汽提供给所述浓缩器和所述结晶器。
根据本发明，可以解决现有对灰渣等离子熔融处理***产生的酸性气体进行吸收的***存在的产生二次危废、能耗高、设备复杂等问题。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为根据本发明示例性实施例的用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备***的工艺路线示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的方法步骤和/或结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。
使用现有对灰渣等离子熔融处理***产生的酸性气体进行吸收的***，为了避免盐酸的强腐蚀性，设备需要用石墨等材料制备，设备成本高；而使用水对盐酸进行吸收，水对于氯化氢气体的溶解能力有限，因此解决此问题的有效手段是增大其接触面积和接触时间，在实际工艺当中，通常使用降膜吸收器来尽可能增大水与烟气的接触面积，而为了延长接触时间，通常的手段是增加吸收器的级数，设备相对复杂。
由于盐酸具有一定的挥发性，而且其挥发性随着其浓度的增加而增加，由于盐酸的溶解过程是放热过程，挥发强度与温度呈现正相关的关系，在实际运行过程中，对于盐酸吸收的水为冷却水，通常温度在4℃左右，而为了达到这个温度，通常需要加设制冷设备，这将大大增加运行能耗。
由于烟气中的如粉尘、金属氯化物、硫化物等其它成分也将被降膜吸收器吸收，因此收集到的盐酸溶液品位较低，而盐酸的提纯工艺较为复杂且成本高，如对于其中粉尘的过滤通常使用陶瓷膜过滤器，运行和维护成本均较高，提纯其中的金属氯化物和硫化物的工艺将更为复杂和昂贵，因此通常使用此工艺将产生大量的废酸，造成新的工业危废。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备***，可以解决现有对灰渣等离子熔融处理***产生的酸性气体进行吸收的***存在的产生二次危废、能耗高、设备复杂等问题。
如图1所示，本发明提出的用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备***包括：氨水喷淋塔、浓缩器、结晶器和提纯***。
通过进料装置将垃圾和危险废弃物焚烧过程产生的灰渣和包括诸如沙子在内的添加剂按一定比例混合均匀后，送入等离子熔融炉。灰渣贮存于灰渣仓，添加剂贮存于添加剂仓，通过卸料阀将灰渣仓中的灰渣送至灰渣计量装置进行灰渣称重，通过卸料阀和螺旋输送机将添加剂仓中的添加剂送至添加剂计量装置进行添加剂称重，灰渣计量装置和添加剂计量装置独立设置。按一定比例混合均匀后的灰渣和添加剂经由给料机从等离子熔融炉的顶部送入等离子熔融炉，同时，用于产生还原性气氛的工作气体也由等离子熔融炉的顶部送入等离子熔融炉，所述工作气体采用氮气。
等离子体产生于位于炉子顶部的不断消耗的石墨电极和位于炉子底部的电极之间，通常氮气作为等离子体工艺气体。等离子熔融炉内为微负压操作，炉内耐火材料被水冷却，以最大限度降低熔融玻璃液和等离子体对炉内耐火材料的侵蚀。通过进料装置输入的混和物料被等离子体产生的5000℃-8000℃的高温电弧迅速熔融，形成的熔融玻璃液具有导电性，产生的电阻热与等离子体共同将炉内熔融玻璃液的温度维持在1450℃-1600℃。
熔融玻璃液从等离子熔融炉下部的玻璃渣出口连续溢流出炉外，经冷却获得玻璃渣。回收的金属通过等离子熔融炉下部的金属渣出口排出炉外，经冷却获得金属合金。灰渣内的二噁英被高温等离子体及其产生的紫外射线以及熔融玻璃液几乎全部销毁。等离子熔融炉产生的烟气的流量非常低，每吨灰渣约产生200Nm3的烟气，从等离子体炉的上部排出的烟气的温度在900℃-1100℃之间，烟气中含有氯化氢等成分。
为了将烟气中的二噁英、可燃气体等成分去除，从等离子熔融炉的上部排出的烟气被送入二燃室的下部进行适量的补氧和补热，在超过1200℃的高温下将烟气中的CO、CH4等彻底氧化。
为避免二噁英的再次生成，从二燃室的顶部排出的烟气在余热回收器内与去离子水换热后迅速降温至180℃-200℃，同时产生低压蒸汽，为了保证其温度在氯化氢的露点以上，避免酸腐蚀，此处温度应保证在200℃以上，而温度也不宜过高，以避免对后端的布袋除尘器造成高温损坏。
随后，通过活性炭喷射装置将活性碳注入连接余热回收器和布袋除尘器的烟气管道，以吸收烟气中可能再次形成的微量二噁英。所有的二次飞灰(包括被烟气携带的没有被熔融的飞灰、挥发的盐等)将被布袋除尘器中的袋式过滤器捕获，二次飞灰一般可能占投入的灰渣的10％，为了降低二次飞灰的最终处置量，我们需要精确控制等离子体熔融炉的炉压，同时将部分二次飞灰重新熔融，这样有可能将二次飞灰最终控制在投入灰渣的3％左右(具体数值与投入灰渣的组分有关)。
经过布袋除尘器的过滤，烟气变得洁净，从而有利于本发明提出的用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备***制备氯化铵。烟气先进入本发明的氯化铵制备***中的氨水喷淋塔，使用氨水对其进行喷淋，优选逆流方式，以增强氨与烟气中的氯化氢的反应效果，氨水优选浓度为20％-30％(重量％)的浓氨水，对氨水进行循环喷淋，为了提高吸收效率，氨水喷淋塔也可以设置为多级。氯化氢与氨水反应形成氯化铵溶液，此溶液的浓度可以15％-40％(重量％)之间，且此溶液中可能包含有硫酸铵、金属氯化物等成分。
对于形成的氯化铵溶液使用余热回收器中产生的蒸汽对其进行浓缩和结晶，由于氯化铵的溶解度随着温度升高而升高，且氯化铵在较高温度下易发生分解，因此浓缩和结晶优选降压蒸发设备进行。形成的氯化铵溶液进入浓缩器进行浓缩处理，产生的氯化铵饱和液进入结晶器进行结晶处理，产生粗氯化铵。
经过浓缩和结晶处理产生的氯化铵固体中可能含有少量的氯化钠、硫酸铵等杂质，对于浓度要求不高的场合可以直接使用，但是如果对氯化铵纯度要求较高的应用，需要对氯化铵进行提纯，将粗氯化铵送入提纯***进行提纯处理，可以优选的提纯手段为加热分解冷凝生成。通过本发明提出的用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备***可以得到纯度99％以上的精制氯化铵固体。
从氨水喷淋塔排出的烟气的温度为50℃-80℃，通过后处理***对烟气做进一步处理。作为示例，从氨水喷淋塔上部排出的烟气进入湿法洗涤塔的下部，烟气中含有的SO2和少量未被吸收的氯化氢气体被NaOH溶液中和。最后，无尘无酸的洁净烟气先经过蒸汽加热器加热再经由引风机并入垃圾焚烧主烟气净化***处理后排放。蒸汽加热器将烟气加热至非饱和温度区间，使烟气不产生白雾。夏季室外温度较高、湿度小，白雾的浓度和扩散面积有限，可以视情况而定是否使用蒸汽加热器，通过设置蒸汽换热器旁路阀门来控制蒸汽加热器的开启和关闭。
本发明提出的用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备***具有以下优点：
(1)由于氨水与氯化氢反应为完全反应，相对于使用水对烟气中的氯化氢进行溶解吸收，大大提高了反应效率，不再需要使用三级降膜吸收器等复杂而昂贵的设备；
(2)在常温下氨水与氯化氢的反应也为完全反应，因此，循环氨水的温度无需降温，不再需要外加制冷设备，大大降低了运行能耗；
(3)利用余热回收器产生的蒸汽对氯化铵进行浓缩结晶，不再增加额外的热量输入，降低了运行成本；
(4)得到的粗氯化铵可以直接作为工业原料，如果需要提纯，氯化铵可以通过加热等方式提纯，工艺简单，成本低廉，避免了产生大量废酸等二次污染物情况的发生。
本发明还提供一种用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备方法，其包括以下步骤：
(a)等离子熔融处理***中的等离子熔融炉排放的烟气依次经过余热回收器的降温处理和布袋除尘器的除尘处理后送入氨水喷淋塔；
(b)氨水喷淋塔产生的氯化铵溶液进入浓缩器进行浓缩处理；
(c)浓缩器产生的氯化铵饱和液进入结晶器进行结晶处理，产生粗氯化铵；
(d)根据需要，将粗氯化铵送入提纯***进行提纯处理。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (14)

1.一种用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备***，其特征在于，所述氯化铵制备***包括依次连接的氨水喷淋塔、浓缩器和结晶器提纯***，所述等离子熔融处理***中的余热回收器为所述浓缩器和所述结晶器提供蒸汽，所述浓缩器和所述结晶器为降压蒸发设备，所述蒸汽作为所述浓缩器和所述结晶器的热源。
2.根据权利要求1所述的氯化铵制备***，其特征在于，所述等离子熔融处理***中的等离子熔融炉排放的烟气依次经过所述余热回收器的降温处理和布袋除尘器的除尘处理后送入所述氨水喷淋塔。
3.根据权利要求2所述的氯化铵制备***，其特征在于，所述氨水喷淋塔采用逆流方式使氨水和所述烟气接触。
4.根据权利要求3所述的氯化铵制备***，其特征在于，所述氨水的浓度为20％-30％(重量)，对所述氨水进行循环喷淋。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的氯化铵制备***，其特征在于，所述氨水喷淋塔设置为多级。
6.根据权利要求1所述的氯化铵制备***，其特征在于，所述氨水喷淋塔产生的氯化铵溶液的浓度为15％-40％(重量)。
7.根据权利要求6所述的氯化铵制备***，其特征在于，所述氯化铵溶液进入所述浓缩器进行浓缩处理，产生的氯化铵饱和液进入所述结晶器进行结晶处理，产生粗氯化铵，所述浓缩器和所述结晶器为降压蒸发设备。
8.根据权利要求7所述的氯化铵制备***，其特征在于，所述氯化铵制备***进一步包括连接所述结晶器的提纯***，以对所述粗氯化铵进行提纯处理。
9.根据权利要求2所述的氯化铵制备***，其特征在于，所述等离子熔融炉和所述余热回收器之间还设置有二燃室，以对所述等离子熔融炉排放的烟气进行补氧和补热，使烟气的温度超过1200℃。
10.根据权利要求1所述的氯化铵制备***，其特征在于，从所述氨水喷淋塔排出的烟气的温度为50℃-80℃，通过后处理***对烟气做进一步处理。
11.一种用于灰渣等离子熔融处理***的氯化铵制备方法，其特征在于，包括：
所述等离子熔融处理***中的等离子熔融炉排放的烟气依次经过余热回收器的降温处理和布袋除尘器的除尘处理后送入氨水喷淋塔；
所述氨水喷淋塔产生的氯化铵溶液进入浓缩器进行浓缩处理；
所述浓缩器产生的氯化铵饱和液进入结晶器进行结晶处理，产生粗氯化铵；其中，所述余热回收器为所述浓缩器和所述结晶器提供蒸汽。
12.根据权利要求11所述的氯化铵制备方法，其特征在于，进一步包括将粗氯化铵送入提纯***进行提纯处理的步骤。
13.根据权利要求11所述的氯化铵制备方法，其特征在于，所述烟气在所述余热回收器内与去离子水换热后降温至180℃-200℃，同时产生低压蒸汽。
14.根据权利要求13所述的氯化铵制备方法，其特征在于，所述低压蒸汽提供给所述浓缩器和所述结晶器。
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