CN115212694A - 一种飞灰等离子熔融烟气处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞灰等离子熔融烟气处理方法及装置，用于处理等离子熔融生活垃圾中产生的烟气，方法包括：S1：通过高温气相换热器将所述烟气与空气进行换热；S2：通过多级传质除尘单元将所述烟气与垃圾渗滤液进行传热及传质除尘；S3：通过碱洗塔对所述烟气以碱液进行洗涤以脱除二氧化硫；S4：通过过滤吸附单元脱除烟气中的二噁英和粉尘并进行排放。所述飞灰等离子熔融烟气处理方法通过协同处理对烟气垃圾渗滤液进行处理。还通过结合热空气直接接触对垃圾渗滤液进行传热浓缩，以对垃圾渗滤液进行处理。

Description

一种飞灰等离子熔融烟气处理方法及装置
技术领域
本发明属于垃圾焚烧处理技术，更具体地说，涉及一种飞灰等离子熔融烟气处理方法及装置。
背景技术
目前焚烧发电已然成为生活垃圾的主要处理方式之一，垃圾焚烧发电过程可以以“一进四出”进行概括，四出是指炉渣、飞灰、渗滤液及烟气。目前烟气严格执行国家相关标准，可以进行达标排放。炉渣可以用作制砖或建筑材料进行综合利用。以国内主流的炉排炉考虑，飞灰产生量约占进场垃圾量的3%-5%，目前主要进行螯合填埋，占用了大量土地资源，还有二次污染的风险。渗滤液进行处理后产生20%-40%左右的浓缩液用以制浆或回喷，会造成设备腐蚀，影响设备寿命。
针对垃圾焚烧飞灰，高温等离子熔融是终极处理手段之一。等离子熔融作为一种高温处理的技术手段，可以实现生活垃圾焚烧飞灰无害化处理。在进行等离子熔融处理时，由于等离子中心温度在1500℃以上，飞灰中的挥发性重金属成分、低熔点盐类（以碱金属氯化物为主）、以及生成的酸性气体（以氯化氢和二氧化硫为主）会挥发进入烟气，同时烟气会携带一部分未反应完全的飞灰进入烟气处理***，从而产生一定的二次飞灰。二次飞灰中含盐量很高，同时含有大量的重金属和二噁英，属于危险废弃物，一般需要进行填埋处置，一方面提高了整个飞灰等离子熔融工艺的成本，不利于推广，另一方面也无法实现飞灰的彻底的无害化和资源化。垃圾渗滤液浓缩液目前垃圾焚烧场内一般用于制浆或回喷炉内进行处理，会加重垃圾焚烧***内设备的腐蚀，影响设备的运行寿命。
CN 107998827 A公开了一种高温含酸烟气氯化氢回收***，涉及含 酸烟气资源化处理领域。通过动力波洗涤器、水洗塔、碱液塔依次连接，高温含酸烟气依次经动力波洗涤器、水洗塔、碱液塔处理后直接排放；动力波洗涤塔的底部一侧通过输送泵依次连接过滤器和第一再沸器，第一再沸器的出口端连接盐酸解析塔，输送泵用于将动力洗涤塔底部的含有氯化氢与重金属盐的高温混合废水输送至盐酸解吸塔内，再通过连接在盐酸解析塔底部的第一再沸器进行闪蒸，使得混合液中的氯化氢变成气体析出。该发明通过对烟气洗涤后，再对洗涤液进行盐酸解析的方式从烟气中回收氯化氢气体，但工艺链复杂冗长，需要大量3-8℃的冷冻水，消耗大量能源制冷，能耗成本高昂；另外，由于未能对洗涤液中的重金属成分、碱金属盐类成分进行控制和分离，容易出现盐类结壁和污泥堵塞等情况，造成工艺不稳定甚至崩溃，也造成了资源的浪费。
CN 106994284 A公开了一种飞灰熔融尾气净化工艺，飞灰融炉尾气首先通过急冷装置降温至100℃以下，然后进入晶核团聚室，尾气中的重金属氯化物在低频声波作用下形成大粒径颗粒物而析出，并通过两相分离装置被分离出来，脱除重金属氯化物的尾气继续通过石墨降膜吸收塔除去HCl气体，再通过酸性气体洗涤塔除去剩余酸性气体，最终得到洁净的尾气外排。该专利所述的重金属盐其实是混杂了盐类成分和重金属成分的二次飞灰，所以该专利并未能从根本上解决熔融产生二次飞灰的本质，后续还需要对其进行安全填埋等处理，也并未实现二次飞灰中有价成分的资源化。
发明内容
本发明提供一种飞灰等离子熔融烟气处理方法及装置以解决烟气成分资源化不彻底、能耗高的问题。
本发明采用如下的技术方案。
一种飞灰等离子熔融烟气处理方法，用于处理等离子熔融生活垃圾中产生的烟气，包括：
S1：通过高温气相换热器将所述烟气与空气进行换热；
S2：通过多级传质除尘单元将所述烟气与垃圾渗滤液进行传热及传质除尘；
S3：通过碱洗塔对所述烟气以碱液进行洗涤以脱除二氧化硫；
S4：通过过滤吸附单元脱除烟气中的二噁英和粉尘并进行排放
进一步的，在步骤S1中，进入高温气相换热器前的烟气温度为1100℃以上，烟气经过高温气相换热器在1s内降温至480-520℃，空气由常温升至350-400℃。
进一步的，在步骤S2中，垃圾渗滤液的盐浓度控制为0.5-2%，COD值控制为1000mg/L，垃圾渗滤液与烟气逆流直接接触反应，渗滤液被蒸发浓缩，并且将烟气中的HCl、重金属、碱金属盐类和粉尘进行脱除，形成洗涤液，多级传质除尘单元的洗涤液采用由后向前逐级喷射，由一级装置外排，洗涤液的排液混合盐浓度控制为10-20% 。
进一步的，在步骤S3中，经过多级传质除尘单元处理的烟气温度控制在90℃进入碱洗塔，碱洗塔出口烟气温度为60℃，循环碱液PH值控制为7-9，排液盐浓度控制为5-15% 。
进一步的，多级传质除尘单元的外排的洗涤液进入沉淀中和单元，加入固体NaOH中和其中的酸性成分，加入固体Na2CO3沉淀其中的可溶性钙镁离子形成沉淀污泥，沉淀污泥送入等离子炉进行再次熔融处理；加入絮凝剂对洗涤液中的重金属成分进行沉淀，形成重金属污泥，重金属污泥作为金属资源进行冶炼提取。
进一步的，经过中和沉淀的洗涤液进入鼓泡蒸发洁净单元，将高温换热器所产生的高温空气直接通入洗涤液进行接触式鼓泡换热蒸发，形成结晶混合盐产品。
进一步的，碱洗塔外排的亚硫酸盐溶液经过蒸发结晶形成亚硫酸钠产品，或作为液相盐溶液加以利用。
进一步的，高温换热器为列管翅片式，烟气走管程，空气走壳程，列管直径范围为30-100mm，换热器采用激波辅助清灰单元对降温凝结的灰进行清理。
本发明还提供一种用于飞灰等离子熔融烟气处理方法中的装置，包括：
高温气相换热器，用于连接二燃室以通入烟气，所述高温气相换热器通入空气以对烟气进行换热；
多级传质除尘单元，连接所述高温气相换热器，所述多级传质除尘单元通入垃圾渗滤液以对烟气进行传热及传质除尘；
碱洗塔，连接所述多级传质除尘单元，所述碱洗塔用于对所述烟气进行碱洗；
过滤吸附单元，连接所述碱洗塔以对所述烟气进行过滤；
烟囱，连接所述过滤吸附单元用于排出烟气。
进一步的，所述装置还包括：
沉淀中和单元，连接所述多级传质除尘单元，用于对多级传质除尘单元的外排液进行沉淀中和反应；
鼓泡蒸发洁净单元，连接所述沉淀中和单元用于对沉淀中和单元排出的洗涤液进行接触式鼓泡换热蒸发。
有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
（1）本发明引入垃圾渗滤液对烟气进行洗涤，垃圾渗滤液作为除尘传质的介质，在节省水资源的同时，解决垃圾渗滤液浓液的处理难题，不再需要进行炉膛回喷和浓液制浆，提高了垃圾焚烧炉热效率和设备稳定性，达到了“以废治废”的目的。
（2）通过本发明中的烟气处理工艺，烟气中的酸性气体、重金属、粉尘、盐类成分通过垃圾渗滤液逆流传质除尘进行脱除，进入到洗涤液中，再经过后续工艺进行中和沉淀分离，粉尘和部分二噁英回等离子炉进行熔融处理，重金属成分形成重金属泥进行资源化冶炼，盐类成分经过蒸发形成混合盐。
（3）将垃圾渗滤液与烟气协同处理，通过与烟气换热后的热空气加热垃圾渗滤液，无需其他热源，节省能源。渗滤液浓液中含有少量COD，如果采用蒸汽列管蒸发会引起结壁，导致换热效率的下降直至换热工艺崩溃，本发明中采用高温气相换热器为烟气急冷降温的同时，回收烟气中的余热，再通过鼓泡蒸发的形式避免了渗滤液中COD对工艺和装备的影响。
（4）在经过多级传质除尘后的洁净烟气再进行碱洗，可以形成较为纯净的亚硫酸盐碱洗液，可以作为亚硫酸钠溶液加以利用或进行蒸发洁净制备亚硫酸钠产品；
（5）通过板式滤吸附单元过滤烟气无需二次除尘。
附图说明
图1为本实施例的飞灰等离子熔融烟气处理装置的示意框图。
图中：
1、高温气相换热器；2、逆流浓缩传质除尘单元；3、传质除尘单元；4、碱洗塔；5、过滤吸附单元；6、烟囱；7、沉淀中和单元；8、蒸发结晶单元；9、二燃室。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
请参见图1，本发明所采用的高温气相换热器1；逆流浓缩传质除尘单元2；传质除尘单元3；碱洗塔4；过滤吸附单元5；烟囱6；沉淀中和单元7；蒸发结晶单元8均采用本领域常规设备，本领域技术人员知晓其结构及原理，在此不再赘述其内部结构。
请参见图1，本发明实施例1提供一种飞灰等离子熔融烟气处理方法，用于处理等离子熔融生活垃圾中产生的烟气，包括：
S1：通过高温气相换热器1将所述烟气与空气进行换热；
S2：通过多级传质除尘单元将所述烟气与垃圾渗滤液进行传热及传质除尘；
S3：通过碱洗塔4对所述烟气以碱液进行洗涤以脱除二氧化硫；
S4：通过过滤吸附单元5脱除烟气中的二噁英和粉尘并进行排放。
飞灰等离子熔融指通过一定手段产生等离子体作为热源，并利用其高温特性将物料由固相转变为液相，是一种生活垃圾焚烧飞灰无害化处置的手段。
熔融烟气指飞灰等离子熔融所产生的气体，其主要污染物成分包括挥发性重金属成分、低熔点盐类（以碱金属氯化物为主）、酸性气体（以氯化氢和二氧化硫为主）以及一部分未反应完全的飞灰，另外还有一定量的二噁英存在其中。
渗滤液浓缩液指垃圾渗滤液经过预处理及生化处理后在渗滤液深度处理过程中，经反渗透膜和纳滤膜截留的残液。
二次飞灰指在飞灰等离子熔融处理工艺中，在烟气处理***由各类除尘设备捕集下来的微小颗粒物。
本发明实施例2提供一种飞灰等离子熔融烟气处理方法，用于处理等离子熔融生活垃圾中产生的烟气，包括：
S1：通过高温气相换热器1将所述烟气与空气进行换热。
飞灰等离子熔融烟气经过二燃室9后温度为1100℃以上，高温烟气进入高温气气换热器中进行急冷降温，换热介质为常温空气。
烟气经过高温气相换热器1在1s内降温至480-520℃，优选换热时间为0.3-0.7s，空气由常温（室温）升至350-400℃。
在本步骤中，高温换热器形式为列管翅片式，烟气走管程，空气走壳程，列管直径范围为30-100mm，换热器采用激波辅助清灰单元对降温凝结的高灰（含结晶盐）进行清理，防止结壁和堵塞。
S2：通过多级传质除尘单元将所述烟气与垃圾渗滤液进行传热及传质除尘。
S1中降温后的烟气进入多级传质除尘单元，在该单元中，利用垃圾渗滤液浓液作为洗涤液对烟气进行逆流喷射传热传质，垃圾渗滤液浓液盐浓度控制为0.5-2%，COD值控制为1000mg/L，渗滤液与烟气逆流直接接触反应，渗滤液得到蒸发浓缩，并且将烟气中的HCl、重金属、碱金属盐类和粉尘进行脱除，形成洗涤液，逆流喷射传热传质级数为2-4级，多级装置的洗涤液采用由后向前逐级喷射，由一级装置外排，洗涤液的排液混合盐浓度控制为10-20%，优选值为15%。
图1所示实施例中，多级传质除尘单元设有两组，以对烟气进行重复洗涤。其中第一组多级传质除尘单元（逆流浓缩传质除尘单元2）中由于烟气温度较高，通入的垃圾渗滤液被部分蒸发浓缩；第二组多级传质除尘单元（传质除尘单元3）由于烟气温度较低，通入的垃圾渗滤液被加热。
可以理解，在其他实施例中，多级传质除尘单元也可以只设置一组。
S3：通过碱洗塔4对所述烟气以碱液进行洗涤以脱除二氧化硫。
经过多级传质除尘的烟气温度控制在90℃进入碱洗塔4，以碱液进行洗涤脱除残余的二氧化硫，碱洗塔4出口烟气温度为60℃，循环碱液PH值控制为7-9，排液盐浓度控制为5-15%，优选值为10%。
S4：通过过滤吸附单元5脱除烟气中的二噁英和粉尘并进行排放。
碱洗塔4出口烟气经过板式过滤吸附单元5脱除残余的二噁英和粉尘后，达标排放。
S5：将S2中排出的垃圾渗滤液通入沉淀中和单元7，加入固体NaOH中和其中的酸性成分，加入固体Na2CO3沉淀其中的可溶性钙镁离子形成沉淀污泥；加入絮凝剂对洗涤液中的重金属成分进行沉淀，形成重金属污泥。
其中，酸性成分主要包括HCl，SO2；絮凝剂可以采用PAM等。
沉淀污泥中含有部分二噁英，送入等离子炉进行再次熔融处理。
重金属污泥作为金属资源进行有价金属的冶炼提取。
S6：通过鼓泡蒸发洁净单元将S5中反应后的垃圾渗滤液与S1中换热后的高温空气进行接触式鼓泡换热蒸发，形成结晶混合盐产品。
在本步骤中，高温空气量根据洁净洗涤液蒸发量进行调节，必要时进行外热源补热以维持蒸发过程稳定。
传质除尘过程中渗滤液仅仅得到了一定浓缩或者升温，而主要的蒸发过程则发生在蒸发结晶单元，并且由于渗滤液中含有COD，一般的间接换热蒸发器存在长期运行的结壁现象导致不能实现，因此本申请结合热空气直接接触进行传热浓缩，解决了此问题。
S7：对S3中碱洗塔4外排的亚硫酸盐溶液经过蒸发结晶形成亚硫酸钠产品，或作为液相盐溶液加以利用。
可以理解，在步骤S2后，即可实施步骤 S5与S6；在步骤S3后，即可实施步骤S7。
步骤S3与S4、步骤S5与S6为两组相独立的步骤，可同时实施。
步骤S7与步骤S4为两组相独立的步骤，可同时实施。
本发明实施例3提供一种实施例1及实施例2中使用的装置，包括：
高温气相换热器1，用于连接二燃室9以通入烟气，所述高温气相换热器1通入空气以对烟气进行换热；
多级传质除尘单元，连接所述高温气相换热器1，所述多级传质除尘单元通入垃圾渗滤液以对烟气进行传热及传质除尘；
碱洗塔4，连接所述多级传质除尘单元，所述碱洗塔4用于对所述烟气进行碱洗；
过滤吸附单元5，连接所述碱洗塔4以对所述烟气进行过滤；
烟囱6，连接所述过滤吸附单元5用于排出烟气；
沉淀中和单元7，连接所述多级传质除尘单元，用于对多级传质除尘单元的外排液进行沉淀中和反应；
鼓泡蒸发洁净单元8，连接所述沉淀中和单元7用于对沉淀中和单元7排出的洗涤液进行接触式鼓泡换热蒸发。
其中，高温换热器形式为列管翅片式，烟气走管程，空气走壳程，列管直径范围为30-100mm，换热器采用激波辅助清灰单元对降温凝结的高灰（含结晶盐）进行清理，防止结壁和堵塞。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种飞灰等离子熔融烟气处理方法，用于处理等离子熔融生活垃圾中产生的烟气，其特征在于，包括：
S1：通过高温气相换热器将所述烟气与空气进行换热；
S2：通过多级传质除尘单元将所述烟气与垃圾渗滤液进行传热及传质除尘；
S3：通过碱洗塔对所述烟气以碱液进行洗涤以脱除二氧化硫；
S4：通过过滤吸附单元脱除烟气中的二噁英和粉尘并进行排放。
2.根据权利要求1所述的一种飞灰等离子熔融烟气处理方法，其特征在于，在步骤S1中，进入高温气相换热器前的烟气温度为1100℃以上，烟气经过高温气相换热器在1s内降温至480-520℃，空气由常温升至350-400℃。
3.根据权利要求1所述的一种飞灰等离子熔融烟气处理方法，其特征在于，在步骤S2中，垃圾渗滤液的盐浓度控制为0.5-2%，COD值控制为1000mg/L，垃圾渗滤液与烟气逆流直接接触反应，渗滤液被部分蒸发浓缩，并且将烟气中的HCl、重金属、碱金属盐类和粉尘进行脱除，形成洗涤液，多级传质除尘单元的洗涤液采用由后向前逐级喷射，由一级装置外排，洗涤液的排液混合盐浓度控制为10-20% 。
4.根据权利要求3所述的一种飞灰等离子熔融烟气处理方法，其特征在于，在步骤S3中，经过多级传质除尘单元处理的烟气温度控制在90℃进入碱洗塔，碱洗塔出口烟气温度为60℃，循环碱液PH值控制为7-9，排液盐浓度控制为5-15% 。
5.根据权利要求3所述的一种飞灰等离子熔融烟气处理方法，其特征在于，多级传质除尘单元的外排的洗涤液进入沉淀中和单元，加入固体NaOH中和其中的酸性成分，加入固体Na2CO3沉淀其中的可溶性钙镁离子形成沉淀污泥；加入絮凝剂对洗涤液中的重金属成分进行沉淀，形成重金属污泥。
6.根据权利要求5所述的一种飞灰等离子熔融烟气处理方法，其特征在于，经过中和沉淀的洗涤液进入鼓泡蒸发洁净单元，将高温换热器所产生的高温空气直接通入洗涤液进行接触式鼓泡换热蒸发，形成结晶混合盐产品。
7.根据权利要求5所述的一种飞灰等离子熔融烟气处理方法，其特征在于，碱洗塔外排的亚硫酸盐溶液经过蒸发结晶形成亚硫酸钠产品，或作为液相盐溶液加以利用。
8.根据权利要求1所述的一种飞灰等离子熔融烟气处理方法，其特征在于，高温换热器为列管翅片式，烟气走管程，空气走壳程，列管直径范围为30-100mm，换热器采用激波辅助清灰单元对降温凝结的灰进行清理。
9.一种用于如权利要求1所述的飞灰等离子熔融烟气处理方法中的装置，其特征在于，包括：
高温气相换热器，用于连接二燃室以通入烟气，所述高温气相换热器通入空气以对烟气进行换热；
多级传质除尘单元，连接所述高温气相换热器，所述多级传质除尘单元通入垃圾渗滤液以对烟气进行传热及传质除尘；
碱洗塔，连接所述多级传质除尘单元，所述碱洗塔用于对所述烟气进行碱洗；
过滤吸附单元，连接所述碱洗塔以对所述烟气进行过滤；
烟囱，连接所述过滤吸附单元用于排出烟气。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
沉淀中和单元，连接所述多级传质除尘单元，用于对多级传质除尘单元的外排液进行沉淀中和反应；
鼓泡蒸发洁净单元，连接所述沉淀中和单元及所述高温气相换热器，用于通过高温气相换热器排出的高温空气对沉淀中和单元排出的洗涤液进行接触式鼓泡换热蒸发。
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