CN111589843A - 一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的添加剂及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的添加剂及处理方法，涉及危险废物处理处置领域，包括：一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化处理的添加剂，所述添加剂包括硝酸盐、碳酸盐和硼酸，所述添加剂的添加量为每100kg垃圾飞灰添加硝酸盐3～5kg、碳酸盐5～10kg、硼砂5～10kg；一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化处理方法，包括步骤一：在待处理的飞灰中加入固体燃料、助熔剂、添加剂，搅拌均匀后压制成型；步骤二：通过加热设备高温气化所述飞灰团块，生成熔渣和烟气，净化处理所述烟气，针对现有技术中垃圾焚化飞灰高温熔融处理过程中的效率低、耗能高、烟气处理成本高的技术问题，它可以经济、环保、高效地处理垃圾焚化飞灰，便于推广应用。

Description

一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的添加剂及处理方法
技术领域
本发明涉及危险废物处理处置领域，更具体地说是一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的添加剂及处理方法。
背景技术
生活垃圾、医疗垃圾以及其它危险废物在焚烧过程中会产生大量飞灰。飞灰是一种含有大量的镉、铬、铜、镍、铅和锌等重金属无机有害物、以及呋喃、二噁英类有机致癌物的危险固体废弃物。同时飞灰中还含有大量碱金属氧化物、氢氧化物、氯化物及硫化物。飞灰颗粒极小极轻，极易逃逸并漂浮于大气环境中，造成严重的环境污染，是国家指定的危险废物。目前，处理飞灰的方法有安全填埋法、湿式化学处理法、固化与稳定化法等方法。其中，固化与稳定化法又分为：水泥固化法、药剂稳定化法、熔融固化技术三种，熔融固化技术又分为烧结法和熔融法。其中，熔融法是在燃料炉内利用燃料或电将垃圾焚烧飞灰加热140O℃左右的高温，使飞灰熔融后经过一定的程序冷却变成熔渣，熔渣可作为建筑材料，实现飞灰减容化、无害化、资源化的目的，被认为是最有效、最彻底的处理方法。但采用高温熔融工艺需要消耗大量的能源，同时由于飞灰中含有铅、镉、锌等易挥发重金属元素，后续必需进行严格的烟气处理，处理成本很高。
目前，有部分技术中采用等离子体炉对飞灰进行高温熔融，能够提供超高温且占地面积小，并加装了尾气处理装置对产生的烟气进行无害化处理，但工业化的等离子体炉价格昂贵且维护复杂，直接限制了等离子体炉进一步的推广应用；有部分技术中利用旋风炉高温熔融垃圾焚烧飞灰，但是该方法处理的飞灰仅占总炉体的15％～25％，飞灰处理量和效率太低，不适合推广应用；还有部分技术中利用电弧炉熔融垃圾焚烧飞灰制备微晶玻璃，但该方法处理的垃圾焚烧飞灰需要水洗预处理，且熔池温度为1500～1700℃，属于高能耗工艺，同样不适合工程化应用。
发明内容
1、发明要解决的技术问题
针对现有技术中垃圾焚化飞灰高温熔融处理过程中的效率低、耗能高、烟气处理成本高的技术问题，本发明提供了一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的添加剂及处理方法，可以经济、环保、高效地处理垃圾焚化飞灰，便于推广应用。
2、技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化处理的添加剂，所述添加剂包括硝酸盐、碳酸盐和硼酸，所述添加剂的添加量为每100kg垃圾飞灰添加硝酸盐3～5kg、碳酸盐5～10kg、硼砂5～10k g。
一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，包括：步骤一：在待处理的飞灰中加入固体燃料、助熔剂、权利要求1所述的添加剂，搅拌均匀后压制成型，制得飞灰团块，干燥所述飞灰团块；步骤二：通过加热设备高温气化所述飞灰团块，生成熔渣和烟气，回收处理所述熔渣，净化处理所述烟气。
可选的，所述助熔剂的添加量为每100kg垃圾焚烧飞灰添加助熔剂8～13kg。
可选的，所述添加剂包括硝酸盐、碳酸盐和硼酸，所述添加剂的添加量为每100kg垃圾飞灰添加硝酸盐3～5kg、碳酸盐5～10kg、硼砂5～10kg。
可选的，所述固体燃料的添加量为每100kg垃圾焚烧飞灰添加废树脂粉8～14kg。
可选的，净化处理所述烟气依次采取以下工序：一次除尘、余热回收、冷却降温、一次脱酸、二次除尘、脱氮、二次脱酸、引风热交换、加热。
可选的，所述余热回收工序用以回收利用从所述燃烧部出来的烟气的热量，并降低所述烟气的温度以便于后续处理。
可选的，所述冷却降温工序采用快速降温的方式。
可选的，所述一次脱酸工序通过活性炭和碱性溶液对经过所述冷却降温工序后的烟气进行脱酸处理。
可选的，通过脱氮装置对二次除尘后的所述烟气进行脱氮，所述脱氮装置中含有用以和所述烟气中的氮氧化物反应的尿素溶液。
可选的，所述引风工序通过引风设备抽取高温气化工序中的烟气维持所述加热设备的炉膛压力平衡，所述引风设备抽取的烟气和二次脱酸后的烟气热交换，加热所述二次脱酸后的烟气达到排放标准。
3、有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，在飞灰中添加了所述固体燃料、助熔剂、添加剂，有助于降低飞灰高温熔融所需要的的温度，降低对加热设备的要求，便于大规模推广应用，具有良好的市场前景；
(2)本发明的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，对飞灰高温熔融后产生的烟气进行了多重净化处理，有效地去除了原烟气中的硫、氯等元素，同时还避免了二噁英等有害物质的生成，更加的清洁环保；
(3)本发明的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，所述固体燃料采用废树脂粉、所述助熔剂采用玻璃碎渣等廉价原料、回收利用烟气余热和熔渣等都大大节约了生产成本，对废弃资源进行合理有效的利用。
附图说明
图1为本发明实施例的飞灰处理流程图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的添加剂，所述添加剂包括硝酸盐、碳酸盐和硼酸，所述添加剂的添加量为每100kg垃圾飞灰添加硝酸盐3～5kg、碳酸盐5～10kg、硼砂5～10kg。
硼砂可以显著降低焚烧飞灰的熔点，降低熔融处理温度，提高熔融体系的流动性，有助于重金属迁移到玻璃体当中；碳酸盐是良好的助熔剂，可以提供游离氧，从而降低玻璃粘度，使玻璃易于熔融；硝酸盐作为澄清剂，消除熔融过程中产生的可见气泡，使整个熔融体系更加致密。可选的，所述硝酸盐为硝酸钠，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钙和碳酸钡中的一种或两种，有助于降低生产成本，提高生成物的稳定性。
实施例2
一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，包括：
步骤一：在待处理的飞灰中加入固体燃料、助熔剂、权利要求1所述的添加剂，搅拌均匀后压制成型，制得飞灰团块，干燥所述飞灰团块；
步骤二：通过加热设备高温气化所述飞灰团块，生成熔渣和烟气，回收处理所述熔渣，净化处理所述烟气。
所述固体燃料可在高温气化工序中为所述飞灰团块提供热能；所述助熔剂用以降低飞灰的软化、熔化或液化温度，降低所述加热设备的温度要求和热量消耗，可选的，所述助熔剂为废弃的玻璃或玻璃粉末、黏土(可为高岭土、膨润土和活性白土中的一种或多种)、长石粉等硅铝酸盐的矿物原料(主要成分二氧化硅和氧化铝)；所述添加剂用以降低飞灰熔点温度，提高重金属的固化率，降低重金属的浸出毒性；将所述飞灰、固体燃料、助熔剂、添加剂混合搅拌均匀后压制成型，制得飞灰团块，在70℃温度下干燥所述飞灰团块，控制所述飞灰团块的干燥度为10％，输送至高温气化工序；可选的，所述加热设备为气化炉，利用所述固体燃料加热所述飞灰至1400℃～1600℃左右，使所述飞灰中的有机物发生热分解、气化，生成烟气，所述烟气含有CO、H2、CH4等气体，所述飞灰中的无机物则熔融成玻璃质熔渣，经过本工序，飞灰减容在2/3以上，飞灰含有的重金属得到稳定化、彻底避免生成二噁英等污染物，而且生成的所述熔渣可以用作建筑或铺路材料；再对所述烟气净化处理达到排放标准，最终可以经济、环保、高效地处理垃圾焚化飞灰，便于推广应用。
实施例3
如图1所示，本实施例的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，在实施例1、2任一技术方案的基础上，可以做如下改进，所述助熔剂的添加量为每100kg垃圾焚烧飞灰添加助熔剂8～13kg。
所述助熔剂能降低飞灰中无机物高温熔融后生成的玻璃质熔渣的析晶倾向，提高玻璃质熔渣的化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度，减弱熔渣的脆性和重金属的浸出毒性；所述熔渣可用于路基材料、保温棉和泡沫玻璃等用途，具有良好的经济效益和环保功能。
实施例4
如图1所示，本实施例的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，在实施例1、2、 3任一技术方案的基础上，可以做如下改进，所述固体燃料为废树脂粉，所述固体燃料的添加量为每100kg垃圾焚烧飞灰添加废树脂粉8～14kg。
所述废树脂粉的热值高达16747.20J/kg，可以满足飞灰熔融结晶的热值要求，并且能够回收利用废树脂粉，经济环保。
实施例5
如图1所示，本实施例的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，在实施例1、2、 3、4任一技术方案的基础上，可以做如下改进，净化处理所述烟气依次采取以下工序：一次除尘、余热回收、冷却降温、一次脱酸、二次除尘、脱氮、二次脱酸、引风热交换、加热。
所述一次除尘将高温熔融气化炉热解气化出来的包含有CO、H2、CH4等可燃气体的高温烟气，在循环风机的作用下，通过高温旋风除尘，可除掉高温烟气中95％以上的灰尘，被分离的飞灰送入飞灰料仓，所述高温烟气被鼓回气化炉内的燃室继续燃烧后再进入下一工序，有利于节约生产成本；经过余热回收和冷却降温，得到200℃以下的烟气，再进行一次脱酸，主要采用喷洒活性炭和氢氧化钙进行脱酸，所述活性炭可对重金属及可能再产生的二恶英等物质进行吸附，降低了烟气的污染风险；所述二次除尘可进一步除去一次脱酸后烟气中的粉尘；烟气中的氮氧化物会造成光化学烟雾、酸雨等严重的环境污染，危害人民生命财产安全，因此对烟气进行脱氮处理，再进入二次脱酸工序；所述二次脱酸通过喷洒碱液脱除SO2、HCl、HF等酸性气体，达到严格的烟气排放标准；经过二次脱酸的烟气温度低于烟气排放标准温度，可利用引风设备抽取飞灰高温熔融后的烟气加热锅炉，产生蒸汽再加热所述二次脱酸后的烟气至80℃，符合烟气排放标准。
实施例6
如图1所示，本实施例的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，在实施例1-5任一技术方案的基础上，可以做如下改进，所述余热回收工序用以回收利用从所述燃烧部出来的烟气的热量，并降低所述烟气的温度以便于后续处理。
所述余热回收工序可利用烟气余热生产热水或蒸汽用于发电或其他工段使用，烟气在热交换的过程中温度随之下降，减少了后续冷却降温工序的降温幅度，也能够充分利用好余热资源，节约生产成本。
实施例7
如图1所示，本实施例的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，在实施例1-6任一技术方案的基础上，可以做如下改进，所述冷却降温工序采用快速降温的方式。
通过急冷中和塔对经过余热回收工序后的烟气进行快速冷却，将烟气从550℃快速降低至200℃以下，可以有效防止烟气中的氯、碳、氧、氢等元素在慢冷过程中再次合成二噁英及焦油等有害物质，同时，满足后续工序对烟气温度的要求。
实施例8
如图1所示，本实施例的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，在实施例1-7任一技术方案的基础上，可以做如下改进，所述一次脱酸工序通过活性炭和碱性溶液对经过所述冷却降温工序后的烟气进行脱酸处理。
所述一次脱酸为石灰浆(Ca(OH)2)和烟气中酸性气体(CO2，SO2,SO3,H2S)、氮化物及其它有害气体发生反应生成硫化物、氮化物，酸性气体溶于水显酸性，与石灰浆酸碱中和,达到脱硫的目的,具体化学反应如下：
Ca(OH)2+CO2＝CaCO3↓+H2O；
Ca(OH)2+SO2＝CaSO3↓+H2O；
Ca(OH)2+SO3＝CaSO4+H2O；
Ca(OH)2+H2S＝CaS+2H2O；
Ca(OH)2+2HCl＝CaCl2+2H2O；
Ca(OH)2+2HF＝CaF2+2H2O。
可有效去除烟气中的SO2、SO3、HCL等酸性气体，所一次脱酸的最终产物脱硫渣无二次污染，可以进一步综合利用。
实施例9
如图1所示，本实施例的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，在实施例1-8任一技术方案的基础上，可以做如下改进，通过脱氮装置对二次除尘后的所述烟气进行脱氮，所述脱氮装置中含有用以和所述烟气中的氮氧化物反应的尿素溶液。
所述烟气通过脱氮装置的吸收装置并在其中与尿素溶液接触，所述烟气中的氮氧化物被尿素还原生成氮气，所述尿素反应后生成二氧化碳和水，所述一次脱酸后生成的二氧化硫气体则与尿素反应生成硫酸铵，净化后的烟气可直接排放，反应后的溶液可回收制成硫酸铵化肥。
所述尿素溶液与烟气中的氮氧化物具体化学反应如下：
首先，烟气中的NO和NO2在气相中生成N2O3和N2O4，
2NO+O2→2NO2；
2NO2→N2O4；
NO+NO2→N2O3；
然后，生成的N2O3和N2O4通过分子扩散作用从两相界面由气相扩散到液相主体，在液相中形成HNO3和HNO2，并分别电离成H+、NO3 -、NO2 -，生成的NO2 -与(NH2)2CO(尿素)反应生成N2和CO2等。
N2O3+H2O→2HNO2；
N2O4+H2O→HNO2+HNO3；
2NO2+H2O→HNO2+HNO3；
2HNO2+(NH2)2CO→2N2+CO2+3H2O；
尿素脱除氮氧化物的总化学反应式可以表述为：(NH2)2CO+NO+NO2→2N2+CO2+2H2O。
由上述机理可见，NOx的去除主要是通过NO氧化，随后溶于水溶液，与尿素发生化学反应达到去除的目的。
实施例10
如图1所示，本实施例的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，在实施例1-9任一技术方案的基础上，可以做如下改进，所述引风工序通过引风设备抽取高温气化工序中的烟气维持所述加热设备的炉膛压力平衡，所述引风设备抽取的烟气和二次脱酸后的烟气热交换，加热所述二次脱酸后的烟气达到排放标准。
所述二次脱酸采用湿法脱酸，经过湿法脱酸后的烟气由于含有大量的水汽，经过所述引风设备后会在引风设备中造成积水，并通过烟道对外排放时形成白烟，会对周围的环境造成严重污染。利用所述引风设备抽取的烟气和二次脱酸后的烟气热交换，既能维持所述加热设备的炉膛压力平衡，又能加热所述二次脱酸后的烟气，解决了烟气中水汽对引风机和烟囱的腐蚀及烟囱冒白烟的问题。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的过程并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的工序及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化处理的添加剂，其特征在于，所述添加剂包括硝酸盐、碳酸盐和硼酸，所述添加剂的添加量为每100kg垃圾飞灰添加硝酸盐3～5kg、碳酸盐5～10kg、硼砂5～10kg。
2.一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，其特征在于，包括：
步骤一：在待处理的飞灰中加入固体燃料、助熔剂、权利要求1所述的添加剂，搅拌均匀后压制成型，制得飞灰团块，干燥所述飞灰团块；
步骤二：通过加热设备高温气化所述飞灰团块，生成熔渣和烟气，回收处理所述熔渣，净化处理所述烟气。
3.根据权利要求2所述的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，其特征在于，所述助熔剂的添加量为每100kg垃圾焚烧飞灰添加助熔剂8～13kg。
4.根据权利要求2所述的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，其特征在于，所述固体燃料的添加量为每100kg垃圾焚烧飞灰添加废树脂粉8～14kg。
5.根据权利要求2所述的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，其特征在于，净化处理所述烟气依次采取以下工序：一次除尘、余热回收、冷却降温、一次脱酸、二次除尘、脱氮、二次脱酸、引风热交换、加热。
6.根据权利要求5所述的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，其特征在于，所述余热回收工序用以回收利用从所述燃烧部出来的烟气的热量，并降低所述烟气的温度以便于后续处理。
7.根据权利要求5所述的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，其特征在于，所述冷却降温工序采用快速降温的方式。
8.根据权利要求5所述的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，其特征在于，所述一次脱酸工序通过活性炭和碱性溶液对经过所述冷却降温工序后的烟气进行脱酸处理。
9.根据权利要求5所述的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，其特征在于，通过脱氮装置对二次除尘后的所述烟气进行脱氮，所述脱氮装置中含有用以和所述烟气中的氮氧化物反应的尿素溶液。
10.根据权利要求5所述的一种垃圾焚烧飞灰高温熔融气化的处理方法，其特征在于，所述引风工序通过引风设备抽取高温气化工序中的烟气维持所述加热设备的炉膛压力平衡，所述引风设备抽取的烟气和二次脱酸后的烟气热交换，加热所述二次脱酸后的烟气达到排放标准。
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