CN112676321A

CN112676321A - 一种钢厂协同处置垃圾焚烧飞灰的方法及***

Info

Publication number: CN112676321A
Application number: CN202110019480.6A
Authority: CN
Inventors: 王平; 陈亿军; 张少华; 李孟浩
Original assignee: Wuhan Zhongke Solid Waste Resources Industrial Technology Research Institute Co ltd
Current assignee: Wuhan Zhongke Solid Waste Resources Industrial Technology Research Institute Co ltd
Priority date: 2021-01-07
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2021-04-20

Abstract

本发明提供一种钢厂协同处置垃圾焚烧飞灰的***及方法，通过利用钢厂高炉出渣及渣处理主工艺协同熔融固化垃圾焚烧飞灰，在高炉出渣时，将水洗飞灰与玻璃粉混合而成的飞灰混合物喷入渣沟中的熔渣内，利用熔渣高温使混入熔渣的飞灰熔化，形成混合熔渣在渣沟内流动到渣沟末端；同时飞灰中的有机物在熔渣内气化并分解，气体上浮溢出熔渣表面，收集起来利用余热及尾气处理；混合熔渣在渣沟末端进入水淬冲渣处理装置，重金属等有害成分被固化在渣玻璃体中，得到成品固化水渣，可用于生产水泥的原料。本发明可应用于垃圾焚烧飞灰资源化、无害化处理。

Description

一种钢厂协同处置垃圾焚烧飞灰的方法及***

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧环保处理领域，特别涉及一种钢厂协同处置垃圾焚烧飞灰的方法及***。

背景技术

废物焚烧时会产生大量的飞灰，根据我国《危险废物鉴别标准通则》，具有浸出毒性的危险废物处理后的产物仍属危险废物，所以危险废物的焚烧飞灰仍属危险废物，需要对飞灰进行严格的控制、捕捉、处理处置，而不能简单排放或直接填埋。而城市生活垃圾的焚烧飞灰，因为同样具有高的重金属浸出毒性以及含有二噁英等有毒污染物也被列为危险废物，需要与普通生活垃圾有所区别，进行特殊处理。因此，对这两种焚烧飞灰的处置和固化是国内外的一个研究热点。

垃圾焚烧飞灰的产生量与垃圾种类、焚烧条件、焚烧炉型及烟气处理工艺有关，一般占垃圾焚烧量的3～5％。飞灰的组成成分主要有SiO₂、P₂O₅、Al₂O₃等酸性氧化物和CaO、MgO、Fe₂O₃、CuO、TiO₂、K₂O、Na₂O等碱性氧化物以及一些重金属的氯化物。飞灰的主要危害物质为二噁英和重金属Zn、Pd、Cu、Cr、Cd、Ni和Hg等。

目前，处理垃圾焚烧飞灰的方法主要有水泥固化、熔融固化、化学稳定化、采用酸或其他溶剂洗提等，其中熔融固化是目前公认的最稳定、最安全的方法。熔融固化是将飞灰或飞灰与玻璃料的混合物加热到1200～1400℃的高温，飞灰中的有机物发生热分解、燃烧及气化，飞灰中的固体颗粒发生熔融相变，成为液态熔渣，然后经快速冷却，将飞灰中的重金属固化在玻璃体渣粒中。目前，国内外已经开发的飞灰熔融处理工艺，需要消耗大量的燃料或电力，导致投资、生产及运行费用较高。

发明内容

本发明为弥补现有技术中存在的不足，提供一种钢厂协同处置垃圾焚烧飞灰的方法及***，将飞灰喷入渣沟中的高温熔渣内部，实现了垃圾焚烧飞灰的环保处理和资源化利用，处理方法简单高效，且成本低，同时避免了出现二次污染。

本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：

本发明提供了一种钢厂协同处置垃圾焚烧飞灰的方法，包括如下步骤：

高炉出渣，将高温熔渣排入渣沟内，且熔渣在所述渣沟内流动；

飞灰加水进行预处理，得到水洗飞灰；将所述水洗飞灰烘干后与玻璃粉按照0.5～0.75:0.25～0.5的质量比混合均匀形成飞灰混合物；

将所述飞灰混合物通过位于熔渣渣面以下的喷口喷入熔渣内，在熔渣内部形成多个飞灰团，飞灰团被熔渣包裹，利用熔渣高温熔化飞灰，混入熔渣形成混合熔渣，同时所述飞灰团内的气体向熔渣表面上浮，气泡在渣面破裂，气体溢出熔渣；

所述混合熔渣在渣沟内流动，在渣沟末端进入水淬冲渣处理装置，以将飞灰中不能气化的有害成分固化在渣玻璃体中，得到成品固化水渣。

根据本发明的方法，所述进行预处理包括：将飞灰与水混合，搅拌3-5分钟，离心分离，得到固体水洗飞灰；优选地，离心分离后的废水通过水处理并除氯后得到中水，并回用到预处理步骤中。飞灰中含有大量氯元素，氯元素能够影响建筑产品的质量，建筑产品中氯含量要求不超过0.06％；通过水洗除氯后能够提高飞灰的添加量，增加本方法的经济性；同时水洗除氯后能够显著提升产品质量性能；混合搅拌后能够使飞灰与水充分混合，同时保证飞灰中的氯元素充分溶解，进一步地，离心分离后的废水经过除氯后进行回用，节约用水量。

根据本发明的方法，将水洗飞灰烘干后与玻璃粉混合，所述的玻璃粉为废弃玻璃加工成粒径300-1250目的粉体，优选625目。玻璃粉加入后，能够降低飞灰混合物的熔点，能够促进后续熔渣对飞灰混合物的熔融效果，协同处置了废弃玻璃，调整熔渣组分，增加玻璃相，提高了建材化利用的性能。

根据本发明的方法，飞灰喷口与渣面之间的距离大于150mm，例如150-300mm，以确保飞灰团内的飞灰在随气体上浮行程内完全熔化；和/或，所述喷口为多个，例如3-10个，在熔渣内形成大量的飞灰团；飞灰团内的气泡上浮时，大量气泡对熔渣产生搅动作用，使混合熔渣的成分、温度均匀。飞灰团内的气体，包括飞灰中的有机物气化、分解气体，低熔点的无机盐气化气体和喷吹气体。

根据本发明的方法，还包括：在混合熔渣流动过程中，收集溢出熔渣的气体，并利用收集气体的余热将所述水洗飞灰进行烘干，以及将烘干尾气进行净化处理。

根据本发明的方法，还包括：将所述成品粒化固化水渣磨细形成高炉渣粉。

根据本发明的方法，优选地，在飞灰预处理步骤中，还可包括飞灰的成分调整步骤，即在飞灰混合物喷入熔渣前，通过调整飞灰的成分，改善飞灰的含水、熔化、气化及分解特性。

根据本发明的方法，飞灰混合物喷入熔渣内，会导致熔渣的温度下降，如果喷入的飞灰量太多，可能导致熔渣温度降到最低流动性温度以下。因此，理论最大的飞灰处理量可根据飞灰的成分、熔渣的温度、渣沟内熔渣的流量确定，并考虑留有一定的富余处理能力和协同处置作业率。

根据本发明的方法，在具体的实施方案中，由于高炉渣的主要成分为CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO，与垃圾焚烧飞灰的主要成分相近，飞灰喷入量可通过以下方法计算获得：

Q灰＝(T熔渣温度－T熔渣最低流动性温度)*Q渣/T熔渣温度；

其中，Q灰为单位时间内的飞灰喷入量，Q渣为高炉出渣流量。

在本发明的方法中，优选地，考虑预留2倍以上的富余处理能力，飞灰采用压缩空气或氮气输送，喷入量≤1.16kg/s，喷灰比≤2％，和/或，高炉出渣平均流量为60-70kg/s。考虑到不同种类垃圾焚烧飞灰的具体成分不同，且飞灰中有机物成分气化吸热的影响，出渣不均匀性的影响。实际生产中，为确保喷入熔渣内的飞灰能够完全熔化，实际飞灰喷入量会低于理论计算值。

本发明另一方面提供了上述方法中使用的处置垃圾焚烧飞灰的***，包括：

渣沟，用于接收高温熔渣，以及用于混合熔渣流动；

飞灰预处理装置，用于混合飞灰和水得到水洗飞灰，并烘干后与玻璃粉混合均匀形成飞灰混合物；

飞灰喷入装置，与所述飞灰预处理装置连通，用于将所述飞灰混合物喷入所述渣沟中的熔渣内部，形成混合熔渣；

集气装置，用于收集混合熔渣表面溢出的气体；

水淬冲渣处理装置，与渣沟末端连通，用于接收混合熔渣并对其处理。

根据本发明的***，所述飞灰喷入装置设置有一个或多个耐高温喷口，所述耐高温喷口在工作时位于熔渣的渣面以下。

根据本发明的***，还包括尾气净化装置，与所述集气装置连通，用于净化尾气。

根据本发明的***，所述集气装置中的气体与所述飞灰预处理装置连通，用于烘干水洗飞灰。利用渣沟收集的气体的热能烘干水洗飞灰，经过余热利用后将高温气体的温度降低到200℃以下，之后再进入后续的尾气净化装置处理；通过上述余热利用能够有效利用高温尾气中的热能，并用于烘干水洗飞灰，实现了能量的高效利用。

通过上述技术方案，本发明利用钢厂高炉出渣及渣处理主工艺协同熔融固化垃圾焚烧飞灰，在高炉出渣时，将飞灰混合物喷入渣沟中的熔渣内，本发明飞灰喷入熔渣内部形成多个飞灰团，飞灰团被熔渣包裹，利用熔渣高温熔化飞灰；飞灰团分布于熔渣内，且随熔渣在渣沟中流动，飞灰熔化后与熔渣实现混合，同时，熔渣内有气体搅拌，搅拌的气体来源于喷灰的输送气体，飞灰内有机物的气化分解气体，以及飞灰内盐的气化气体，更好地促进了气体熔化与熔渣的混合过程，无需再利用搅拌装置。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明利用钢厂高炉出渣的高温熔渣处理飞灰，将得到的尾气净化处理，含有重金属等有害成分被固化在渣玻璃体中，得到成品固化水渣，其可用于生产水泥的原料。因此同时实现了垃圾焚烧飞灰的环保处理和资源化利用，避免了出现二次污染，本发明***采用的均是常规处理装置，处理方法简单，效果好，成本低。

对于一座产铁8000t/d的高炉，按320kg/t铁渣比，每天的渣量约2500t。如果按1％的比例处理飞灰，每天可处理飞灰约25t。我国钢铁工业发达，2018年生铁产量约7.7亿吨，每天高炉产生的熔渣量十分巨大，预计将能高效解决我国垃圾焚烧飞灰的处理难题。

附图说明

图1为本发明实施例钢厂协同处置垃圾焚烧飞灰的方法的流程示意图。

图2为本发明实施例钢厂协同处置垃圾焚烧飞灰***的渣沟处结构示意图。

标记如下：1-输灰管，2-飞灰喷入装置，3-渣沟，4-熔渣，5-集气装置，6-飞灰团，7-气泡。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。

如图1所示，本发明实施例提供了一种钢厂协同处置垃圾焚烧飞灰的方法，包括如下步骤：

高炉出渣，将高炉熔渣排入渣沟内，且熔渣在所述渣沟内流动；

飞灰加水进行预处理，得到水洗飞灰；将所述水洗飞灰烘干后与玻璃粉混合均匀形成飞灰混合物；

将所述飞灰混合物通过位于熔渣渣面以下的喷口喷入熔渣内，熔渣内部形成多个飞灰团，飞灰团被熔渣包裹，利用熔渣高温熔化飞灰，混入熔渣形成混合熔渣，同时所述飞灰团内的气体向熔渣表面上浮，气泡在渣面破裂，气体溢出熔渣；

所述混合熔渣在渣沟内流动，在渣沟末端进入水淬冲渣装置，以将飞灰中不能气化的有害成分固化在渣玻璃体中，得到成品固化水渣。

进一步地，所述进行预处理包括：将飞灰与水混合，采用搅拌装置搅拌3-5分钟，离心分离，得到固体水洗飞灰；并且，离心分离后的废水通过水处理(采用常规污水处理装置处理)并除氯后得到中水，并回用到预处理步骤中，用作与飞灰混合的水。

进一步地，将水洗飞灰烘干后与玻璃粉混合，所述的玻璃粉为粒径300-1250目的粉体。本实施例中优选625目。

进一步地，本实施例飞灰喷入装置的喷口与渣面之间的距离设置为180mm，以确保飞灰团内的飞灰在气泡上浮行程内完全熔化；在其它实施例中飞灰喷入装置的喷口可设置为3-10个，例如3个，10个等。

进一步地，该方法还包括：在混合熔渣流动过程中，利用集气装置收集溢出熔渣的气体，并利用收集气体的余热将所述水洗飞灰进行烘干，以及将降温后的气体送至尾气净化装置处理。

进一步地，该方法还包括：将所述成品粒化固化水渣磨细形成高炉渣粉。

在其它的实施例中，在飞灰预处理步骤中，还可设置飞灰的成分调整步骤，即在飞灰混合物喷入熔渣前，通过调整飞灰的成分，改善飞灰的含水、熔化、气化及分解特性。

相应地，本发明实施例还提供了上述方法中使用的处置垃圾焚烧飞灰的***，包括：

渣沟，用于接收高温熔渣，以及用于混合熔渣流动；

集气装置，用于收集混合熔渣表面溢出的气体；

水淬冲渣装置，与渣沟末端连通，用于接收混合熔渣并对其处理。

尾气净化装置，与所述集气装置连通，用于净化尾气。

进一步地，所述飞灰喷入装置设置有一个或多个耐高温喷口，例如3个，10个等；所述耐高温喷口在工作时位于熔渣的渣面以下。

进一步地，所述集气装置中的气体与所述飞灰预处理装置连通，用于烘干水洗飞灰。利用渣沟收集的气体的热能烘干水洗飞灰，经过余热利用后将高温气体的温度降低到200℃以下，之后再进入后续的尾气净化装置处理。

图2示意出了钢厂协同处置垃圾焚烧飞灰***的渣沟处结构示意图。包括：输灰管1，飞灰喷入装置2(喷口)，渣沟3，熔渣4，集气装置5，飞灰团6及气泡7。

该***的工作原理如下：当钢厂高炉出渣时，高温熔渣4流入渣沟3，将飞灰混合物通过输灰管1送至飞灰喷入装置2；由飞灰喷入装置2将飞灰喷入渣沟3中的熔渣4内，形成飞灰团6；飞灰喷入装置2的喷口位于渣沟3中熔渣4的渣面以下，控制飞灰的喷入量，使飞灰团6内的飞灰能够在熔渣4内完全熔化，并与高炉熔渣4形成混合熔渣，在渣沟3内继续流动到渣沟末端；同时飞灰中的有机物气化分解，分解气体和喷吹气体在熔渣4内上浮形成气泡7溢出熔渣4的表面，经渣沟上方的集气装置5收集。在上浮过程，气泡7对熔渣4有一定的搅拌作用，有利于熔化的飞灰和高炉熔渣4混合。混合熔渣流到渣沟3的末端进入水淬冲渣装置处理后，将重金属等有害成分固化到渣玻璃体中；完成高炉出渣及渣处理主工艺协同处理垃圾焚烧飞灰，得到成品粒化固化水渣，进一步磨细形成高炉渣粉。

本实施例中，高炉熔渣4的温度约1450℃，熔渣可自由流动的最低熔化性温度按1350℃计算。

由于熔渣的高温，所述飞灰喷入装置2也相应设置耐高温喷口，飞灰喷入装置2的喷口位于渣沟3中熔渣4的渣面以下。飞灰喷入装置2可设于渣沟3的上方，也可以设在渣沟3的底部或侧边，图2仅示意了一种方式。

在本实施例中，水处理装置，搅拌装置，尾气净化装置，水淬冲渣处理装置以及集气装置等均可采用行业内常规装置，根据其功能可获悉其结构，例如：集气装置7可为覆盖于熔渣表面的集气罩；水淬冲渣处理装置5可采用高炉水冲渣处理***等，不再赘述。

其中，为了实现飞灰和熔渣较好的混合效果，飞灰喷入量的估算方法如下：

Q灰＝(T熔渣温度－T熔渣最低流动性温度)*Q渣/T熔渣温度

本实施例中，T熔渣温度为1723k，T熔渣最低流动性温度为1623k，高炉出渣流量Q渣为60kg/s时，理论上可以喷入的飞灰量约为3.48kg/s。但考虑预留2倍以上的富余处理能力，飞灰喷入量需控制在1.10kg/s，即喷灰比控制在1.8％。

本实施例中，采用一座产铁8000t/d的高炉，按320kg/t铁渣比，每天的渣量约2500t，不同铁口轮流出铁、出渣，协同处理飞灰应避开渣头和渣尾等流量不稳定的时间，协同作业率按75％考虑，理论上每天可以处理垃圾焚烧飞灰33.75t(1.8％)，产生巨大的社会经济效益。

此方法也可用于其它与高炉类似的冶金炉渣处理工艺。

显然，本发明的上述实施例仅仅是基于清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种钢厂协同处置垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述处置垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述进行预处理包括：将飞灰与水混合，搅拌3-5分钟，离心分离，得到固体水洗飞灰；优选地，离心分离后的废水通过水处理并除氯后得到中水，并回用到预处理步骤中。

3.根据权利要求1所述处置垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：将水洗飞灰烘干后与玻璃粉混合，所述的玻璃粉为废弃玻璃加工成粒径为300-1250目的粉体。

4.根据权利要求1所述处置垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：飞灰喷口距离渣面的深度大于150mm，确保飞灰团内的飞灰在随气体上浮行程内完全熔化；所述喷口为多个，在熔渣内形成大量的飞灰团。

5.根据权利要求1所述处置垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述方法还包括：在混合熔渣流动过程中，收集溢出熔渣的气体，并利用收集气体的余热将所述水洗飞灰进行烘干，以及将烘干尾气进行净化处理。

6.根据权利要求1所述处置垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于：所述方法还包括：将所述成品粒化固化水渣磨细形成高炉渣粉。

7.一种权利要求1-6任一项方法中使用的处置垃圾焚烧飞灰的***，其特征在于：包括：

渣沟，用于接收高温熔渣，以及用于混合熔渣流动；

集气装置，用于收集混合熔渣表面溢出的气体；

8.根据权利要求7所述处置垃圾焚烧飞灰的***，其特征在于：所述飞灰喷入装置设置有一个或多个耐高温喷口，所述耐高温喷口在工作时位于熔渣的渣面以下。

9.根据权利要求7或8所述处置垃圾焚烧飞灰的***，其特征在于：所述***还包括尾气净化装置，与所述集气装置连通，用于净化尾气。

10.根据权利要求7或8所述处置垃圾焚烧飞灰的***，其特征在于：所述集气装置中的气体与所述飞灰预处理装置连通，用于烘干水洗飞灰；经过余热利用后的尾气再进入后续的尾气净化装置处理。