CN111943623A - 一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法，包括：将飞灰从储罐中卸除后送至热解炉中低温热解；然后从热解炉中排出，检测飞灰热解产物的二噁英类的残留总量，将残留总量超过50ng‑TEQ/kg的飞灰热解产物送回热解炉中继续热解，将残留总量不超过50ng‑TEQ/kg的合格飞灰热解产物制成矿山填充料；矿山填充料由胶结剂、骨料、水和外加剂搅拌制得，胶结剂包括合格飞灰热解产物、矿渣、炉渣和工业副产石膏均化制得；热解炉中产生的烟气依次进入二燃室、余热回收***、脱酸***和除尘***，直至烟气中的大气污染物符合国家排放标准后排放。本发明实现了飞灰资源化利用，消纳能力强，成本低，保证环境安全。

Description

一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法
技术领域
本发明属于生活垃圾焚烧飞灰处理技术领域，更具体的说是涉及一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法。
背景技术
垃圾焚烧飞灰(简称飞灰)是在生活垃圾焚烧发电过程中主要收集于烟气管道、烟气净化装置、旋风分离器和布袋除尘器等处的容重较轻、粒径细小的粉体物质。飞灰毒性大，飞灰中不仅含有大量的Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等重金属无机有害物，还富集了高浓度的具有最强毒性的二噁英等有机致癌物，是明确列入我国《国家危险废物名录》的危险废物，代号为HW18。另外，我国飞灰还存在氯含量较高的问题，加大了飞灰处理难度。
目前，飞灰的主要处置技术包括稳定化、固化后进入生活垃圾填埋场进行填埋、熔融固化、水泥窑协同处置、烧结建筑轻骨料等。
飞灰填埋前进行稳定化、固化处理，满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中的要求才能进入生活垃圾填埋场进行填埋。飞灰稳定化、固化是利用化学药剂钝化重金属变成不溶于水的无机矿物质或高分子络合物，并包容在惰性基材中，固化后废物与环境接触的表面积显著减小，进而限制污染物的迁移。但是，稳定化、固化之后增容大，是废物体积增大的过程，不符合减量化的原则，耗费土地资源，可以说，飞灰进入生活垃圾填埋场填埋是当前缺乏适用技术的形势下所不得已而为之的做法。
飞灰熔融技术是在较烧结更高的温度下将飞灰熔化，然后凝固为玻璃体，重金属大部分挥发至烟气中后被捕集，少部分被固定在玻璃体矿物结构中，但是，其存在工艺设备复杂，能耗大，成本高等问题，仅在日本有一定应用。
飞灰水泥窑协同处置主要包括水洗提盐+水泥窑协同处置两大工序，首先利用水洗对飞灰中的钾、钠、硫、氯进行提取，余下部分送入水泥窑进行高温煅烧，利用水泥窑高温对重金属和二噁英进行固化和分解。从环境风险控制角度来看，水泥窑协同处置飞灰并非最佳可行方案，甚至存在“致命缺陷”：飞灰氯、硫、钾、钠等挥发性元素含量较高，进入水泥窑之前必须进行水洗预处理以去除挥发性元素，特别是要去除氯(要求含量小于<0.04％)，这样必然会产生氯盐浓度很高的水洗废水；飞灰特别是炉排炉焚烧飞灰中铅、镉、汞等毒性较强的重金属含量一般较水泥生料高2-3个数量级，为了控制水泥中重金属含量满足标准要求，水泥窑协同处置飞灰的消纳能力是比较有限的；水泥煅烧过程中铅、镉、汞等毒性较强的重金属绝大部分挥发进入烟气，烟气中绝大部分的铅和镉及50％左右的汞被捕集进入窑灰，但是水泥窑窑灰并不按照废物管理，而是返回窑内再次煅烧或直接与水泥熟料混合，成为水泥产品的一部分，这样实质上是将重金属分散稀释到了水泥产品中，增大了其缓慢向环境释放的风险；水泥制品在环境中均有一定寿命，服役期满后均会成为建筑废物，目前协同处置飞灰带入的大量重金属无疑将成为未来建筑废物处理和利用的沉重负担。
飞灰制备建筑轻骨料技术：飞灰经水洗预处理后，与粘土等混合造粒成型，然后进入烧结窑高温烧结，可生产建筑轻骨料，具有与水泥窑协同处置相似的优势，同时也不可避免地也具有与水泥窑协同处置相似的缺陷。
因此，研发一种能够实现资源化利用、消纳能力强、成本低、环境安全的生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法，包括以下步骤：
(1)将飞灰从储罐中卸除后经带自密封机构的连续喂料***送至热解炉中低温热解；
(2)将低温热解处理后的飞灰经带自密封机构的卸料***从热解炉中排出，检测飞灰热解产物中的二噁英类残留总量；
(3)将二噁英类残留总量超过50ng-TEQ/kg的飞灰热解产物送回热解炉中，重复操作步骤(1)-(2)，直至所得飞灰热解产物中的二噁英类残留总量不超过50ng-TEQ/kg；
(4)将二噁英类残留总量不超过50ng-TEQ/kg的飞灰热解产物制成矿山填充料；
(5)热解炉中产生的烟气依次进入二燃室、余热回收***、脱酸***和除尘***，直至烟气中的大气污染物符合国家排放标准后排放。
进一步，步骤(1)中，上述连续喂料***的喂料速度5-15t/h。
进一步，步骤(1)中，上述低温热解的温度为420-500℃，时间为25-60min。
采用上述进一步的有益效果是：二噁英类物质受热挥发，变成气态进入热解气中，使其从飞灰中脱除。
进一步，步骤(4)中，上述矿山填充料由下述重量份的原料混合搅拌制得：胶结剂0.5-7份、骨料13-28份、水65-85份，外加剂0-1份。
采用上述进一步的有益效果是：通过合理设计原材料的配比，使得充填硬化体28天抗压强度为1-20MPa。
进一步，步骤(4)中，上述胶结剂包括下述重量份的原料混合均化制得：飞灰热解产物10-20份，矿渣30-85份，炉渣0-30份，工业副产石膏5-20份。
采用上述进一步的有益效果是：胶结剂加水后发生水化反应，生成C-S-H凝胶和复盐等水化产物，是硬化充填体强度的主要来源，同时飞灰中的重金属稳定化固化在硬化充填体中。
进一步，步骤(4)中，上述胶结剂还可以包含冶金渣、钢渣粉、粉煤灰、赤泥、水泥、尾矿、磷渣、铬铁渣、粉煤灰、电石渣、碱渣、煤矸石中的一种或多种的混合。
进一步，步骤(4)中，上述骨料为煤矸石、尾矿、废石、山砂中的一种或多种的混合。
进一步，步骤(4)中，上述外加剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系减水剂、聚羧酸盐系减水剂的一种或多种的混合。
采用上述进一步的有益效果是：采用外加剂优化充填料的工作性能，使其满足不同工程应用的实际需求。
进一步，步骤(4)还包括：将胶结剂中除飞灰热解产物以外的其他原料粉磨，控制比表面积为300-500m2/kg。
采用上述进一步的有益效果是：通过粉磨激发原材料的反应活性，
进一步，步骤(5)控制二燃室的温度为900℃以上，烟气在二燃室停留时间为2-5s。
采用上述进一步的有益效果是：利用高温将二噁英类物质彻底分解。
(1)本发明的有益效果是：本发明将合格飞灰低温热解产物制备矿山填充料，能够满足矿山充填的工艺需求，飞灰中的有害物质被稳定化、固化充填硬化体中，本发明中充填料硬化后，按照HJ/T 557方法制备浸出液，硬化体中的有害物质浸出浓度低于《GB/T14848-2017地下水质量标准》Ⅲ类水的浓度限值，高于《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》中对重金属浸出浓度的要求，同时矿山远离人居环境，克服了水泥窑协同和飞灰烧结骨料所引起的潜在环境问题。
(2)本发明飞灰低温热解及资源化利用的方法节省了填埋处置所需要的大面积土地资源。
(3)在资源化利用飞灰的同时，协同处置大量工业固废，实现以废治废，环境效益显著。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法，包括以下步骤：
(1)将飞灰从储罐中卸除后经带自密封机构的连续喂料***送至热解炉中低温热解，低温热解的温度为500℃，时间为25min；
(2)将低温热解处理后的飞灰经带自密封机构的卸料***从热解炉中排出，检测飞灰热解产物的二噁英类的残留总量为65ng-TEQ/kg；
(3)将飞灰热解产物送回热解炉中低温热解，低温热解的温度为500℃，时间为25min，将低温热解处理后的飞灰经带自密封机构的卸料***从热解炉中排出，检测飞灰热解产物的二噁英类的残留总量为48ng-TEQ/kg，
(4)将合格飞灰热解产物制成矿山填充料；
称取合格飞灰热解产物10kg、矿渣30kg、炉渣1kg和工业副产石膏5kg,将矿渣、炉渣和工业副产石膏粉磨，控制比表面积为300m2/kg，混合均匀制得胶结剂；
称取胶结剂0.5kg、煤矸石13kg、水65kg和聚羧酸盐系减水剂0.1kg，混合搅拌均匀制得矿山填充料；
(5)热解炉中产生的烟气依次进入二燃室、余热回收***、脱酸***和除尘***，控制二燃室的温度为950℃，烟气在二燃室停留时间为2s，直至烟气中的大气污染物符合国家排放标准后排放。
矿山填充料硬化后按照HJ/T 557方法制备浸出液，硬化体中的有害物质浸出浓度低于《GB 5749生活饮用水卫生标准》的浓度限值，高于《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》中规定的重金属的浸出浓度应不超过《GB 8978污水综合排放标准》中规定的最高允许排放浓度限值的要求。
表1实施例1检测结果
Figure BDA0002636274270000061
实施例2
一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法，包括以下步骤：
(1)将飞灰从储罐中卸除后经带自密封机构的连续喂料***送至热解炉中低温热解，低温热解的温度为500℃，时间为40min；
(2)将低温热解处理后的飞灰经带自密封机构的卸料***从热解炉中排出，检测飞灰热解产物的二噁英类的残留总量45ng-TEQ/kg；
(3)将合格飞灰热解产物制成矿山填充料；
称取合格飞灰热解产物15kg、矿渣50kg、炉渣20kg、工业副产石膏15kg、赤泥5kg、粉煤灰5kg,将矿渣、炉渣、工业副产石膏、赤泥、粉煤灰粉磨，控制比表面积为400m2/kg，混合均匀制得胶结剂；
称取胶结剂3kg、尾矿20kg、水70kg和萘系减水剂0.5kg，混合搅拌均匀制得矿山填充料；
(5)热解炉中产生的烟气依次进入二燃室、余热回收***、脱酸***和除尘***，控制二燃室的温度为1000℃，烟气在二燃室停留时间为4s，直至烟气中的大气污染物符合国家排放标准后排放。
矿山填充料硬化后按照HJ/T 557方法制备浸出液，硬化体中的有害物质浸出浓度低于《GB 5749生活饮用水卫生标准》的浓度限值，高于《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》中规定的重金属的浸出浓度应不超过《GB 8978污水综合排放标准》中规定的最高允许排放浓度限值的要求。
表2实施例2检测结果
Figure BDA0002636274270000071
实施例3
一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法，包括以下步骤：
(1)将飞灰从储罐中卸除后经带自密封机构的连续喂料***送至热解炉中低温热解，低温热解的温度为500℃，时间为60min；
(2)将低温热解处理后的飞灰经带自密封机构的卸料***从热解炉中排出，检测飞灰热解产物的二噁英类的残留总量42ng-TEQ/kg；；
(3)将合格飞灰热解产物制成矿山填充料；
称取合格飞灰热解产物20kg、矿渣85kg、炉渣30kg、工业副产石膏20kg、尾矿5kg、铬铁渣5kg,将矿渣、炉渣、工业副产石膏、尾矿、铬铁渣粉磨，控制比表面积为500m2/kg，混合均匀制得胶结剂；
称取胶结剂7kg、废石28kg、水85kg和氨基磺酸盐系减水剂1kg，混合搅拌均匀制得矿山填充料；
(5)热解炉中产生的烟气依次进入二燃室、余热回收***、脱酸***和除尘***，控制二燃室的温度为900℃，烟气在二燃室停留时间为5s，直至烟气中的大气污染物符合国家排放标准后排放。
矿山填充料硬化后按照HJ/T 557方法制备浸出液，硬化体中的有害物质浸出浓度低于《GB 5749生活饮用水卫生标准》的浓度限值，高于《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》中规定的重金属的浸出浓度应不超过《GB 8978污水综合排放标准》中规定的最高允许排放浓度限值的要求。
表3实施例3检测结果
Figure BDA0002636274270000081
对所公开的实施例的说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将飞灰从储罐中卸除后经带自密封机构的连续喂料***送至热解炉中低温热解；
(2)将低温热解处理后的飞灰经带自密封机构的卸料***从热解炉中排出，检测飞灰热解产物中的二噁英类残留总量；
(3)将二噁英类残留总量超过50ng-TEQ/kg的飞灰热解产物送回热解炉中，重复操作步骤(1)-(2)，直至所得飞灰热解产物中的二噁英类残留总量不超过50ng-TEQ/kg；
(4)将二噁英类残留总量不超过50ng-TEQ/kg的飞灰热解产物制成矿山填充料；
(5)热解炉中产生的烟气依次进入二燃室、余热回收***、脱酸***和除尘***，直至烟气中的大气污染物符合国家排放标准后排放。
2.根据权利要求1所述一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述低温热解的温度为420-500℃，时间为25-60min。
3.根据权利要求1所述一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述矿山填充料由下述重量份的原料混合搅拌均匀制得：胶结剂0.5-7份、骨料13-28份、水65-85份，外加剂0-1份。
4.根据权利要求3所述一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述胶结剂包括下述重量份的原料混合搅拌均匀制得：飞灰热解产物10-20份，矿渣30-85份，炉渣0-30份，工业副产石膏5-20份。
5.根据权利要求4所述一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述胶结剂还包含冶金渣、钢渣粉、粉煤灰、赤泥、水泥、尾矿、磷渣、铬铁渣、粉煤灰、电石渣、碱渣、煤矸石中的一种或多种的混合。
6.根据权利要求4所述一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法，其特征在于，步骤(4)还包括：将胶结剂中除飞灰热解产物以外的其他原料粉磨，控制比表面积为300-500m2/kg。
7.根据权利要求3所述一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述骨料为煤矸石、尾矿、废石、山砂中的一种或多种的混合。
8.根据权利要求3所述一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述外加剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系减水剂、聚羧酸盐系减水剂的一种或多种的混合。
9.根据权利要求1所述一种生活垃圾焚烧飞灰低温热解及资源化利用的方法，其特征在于，步骤(5)控制二燃室的温度为900-1000℃以上，烟气在二燃室停留时间为2-5s。
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