CN117139346B - 一种生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***及方法，生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***包括：飞灰二恶英脱毒单元，用于脱氯预处理湿灰/原灰进行全域密闭干燥‑热解脱附‑冷却过程，去除飞灰中的二恶英类物质；尾气处理‑碳捕集换热单元，用于处理热解脱附过程气态二恶英类物质的同时捕集烟气CO2再利用，且余热用于CO2解吸和飞灰中二恶英热吹脱；跨临界CO2烘干制冷单元，利用超临界CO2的放热特性和亚临界CO2的吸热特性对飞灰脱毒过程进行干燥和快速降温冷却。
Description
技术领域
本发明属于垃圾焚烧飞灰处理技术领域，具体涉及一种生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***及方法。
背景技术
目前工业上成熟应用的飞灰资源化利用技术主要是水洗预处理-水泥窑协同处置，而该技术对掺入飞灰量有限制要求，且不适用于无水泥窑地区。为了拓展飞灰处理产物资源化利用途径，降低水泥窑协同处置飞灰的制约性，飞灰中二恶英的去除至关重要。
低温热解技术具有反应条件温和，处理量大，装备技术成熟，投资成本低等优势，是最具工业化应用前景的技术。飞灰在低于600℃的中低温加热处理过程，二恶英会发生一系列复杂的物理化学变化，存在解吸脱附、脱氯降解、氧化开环分解、氯化反应、从头合成和前驱体合成等，各反应存在竞争作用。热解技术的局限性在于二恶英会从固相转移至气相，且过程中容易发生二恶英再合成反应，气相中二恶英毒性变大风险增加，废气中依旧存在二恶英类物质。因此建立一套经济高效、低碳节能、可连续化运行，且保证运行全环境无二恶英类物质毒性风险的垃圾焚烧飞灰二恶英脱毒***是必要的。
公开号为CN113814259A的发明专利公开了一种垃圾焚烧飞灰中二恶英的低温降解装置和方法，该发明采用两级加热炉，既能保证飞灰固相中二恶英的降解，又能使气相脱附的二恶英及有机污染物气体在第二级螺旋加热炉中充分降解，效率高且操作简单，具有较高的经济性。但该发明未提供防止二恶英在低温降解过程中再合成的解决方案。
发明内容
现有飞灰二恶英低温热解/热脱附技术只局限于飞灰中二恶英去除，却忽视了进入气相中的二恶英污染及再合成，为克服这一缺陷，本发明提供了一种生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***及方法，可避免二恶英在低温段的再合成，并全过程实现降碳减排、清洁能源利用。
本发明的技术方案是：一种生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***，包括：
飞灰二恶英脱毒单元，用于脱氯预处理湿灰/原灰进行全域密闭干燥-热解脱附-冷却过程，去除飞灰中的二恶英类物质；
尾气处理-碳捕集换热单元，用于处理热解脱附过程气态二恶英类物质的同时捕集烟气CO2再利用，且余热用于CO2解吸和飞灰中二恶英热吹脱；
跨临界CO2烘干制冷单元，利用超临界CO2的放热特性和亚临界CO2的吸热特性对飞灰脱毒过程进行干燥和快速降温冷却。
本***可应用于原灰和脱氯预处理湿灰两种不同性质的飞灰物料处理，耦合了尾气碳捕集换热技术，利用跨临界CO2高压放热、低压吸热特性用于飞灰烘干和冷却，快速降低出料飞灰温度至50℃以下，避免二恶英在低温段的再合成，全过程实现降碳减排、清洁能源利用。
作为优选，所述飞灰二恶英脱毒单元包括干燥炉、热解脱附炉和冷却炉，热解脱附炉位于干燥炉的下游并与干燥炉通过管道连接，热解脱附炉的下游设有冷却炉并与冷却炉通过管道连接，热解脱附炉上连有一级布袋除尘器，一级布袋除尘器与所述尾气处理-碳捕集换热单元连接，干燥炉上连有二级布袋除尘器，二级布袋除尘器与所述跨临界CO2烘干制冷单元连接。从热解脱附炉中进行二恶英脱毒处理后的含二恶英尾气经一级布袋除尘器除尘后进入尾气处理-碳捕集换热单元，将残留的二恶英进一步燃烧分解成CO2、H2O、NOx等无毒小分子物质。干燥炉中脱氯预处理湿灰干燥过程产生的烟气经过二级布袋除尘器降尘处理得到湿热空气进入跨临界CO2烘干制冷单元，生成凝析水和干燥空气返回飞灰二恶英脱毒单元，用作冷却炉循环冷却水和干燥炉内的水分提取载体，使原物料得到充分循环利用，实现降碳减排、清洁能源利用。
作为优选，所述干燥炉包括双层介质炉体，所述双层介质炉体包括内介质层筒和外介质层筒，外介质层筒套在内介质层筒外，外介质层筒外套有保温层筒，双层介质炉体的输入端和输出端分别连有第一密封螺旋进料器和第一密封螺旋出料器。内介质层筒用于湿物料的烘干粉碎；外介质层筒用于热烟气的流通，通过热传导维持内介质层筒所需干燥温度；保温层筒用于减少炉体的热量损失。
作为优选，所述内介质层筒为可绕自身轴线旋转的转动件，所述双层介质炉体上还设有第一传动电机，第一传动电机与所述内介质层筒传动连接，内介质层筒两端分别设有进料段和出料段，进料段和出料段之间为烘干段，进料段和出料段内筒壁安装有旋流板，烘干段内壁分布有一排磨球，磨球通过与内介质层筒直径适配的链条固定在烘干段内壁上，烘干段内壁沿周向分布有长短相间的抄板。通过第一传动电机控制内介质层筒的旋转速度，保证内介质层筒受热均匀。脱氯预处理湿灰/原灰从自由下落至第一密封螺旋进料器并被送入干燥炉内介质层筒进料段，随着内介质层筒的旋转旋流板将物料推送至烘干段，内介质层筒转动过程中磨球被抄板托住向上提升，当上升至抄板倾斜，无法支撑磨球保持平衡的位置时，磨球掉落，砸在内介质层筒内底部物料上，使大块物料破碎成小块物料，增加了热空气与脱氯预处理湿灰的接触面积，极大提高了表面水分汽化速率，如此循环往复，完成物料的粉碎-干燥-粉碎。干燥粉体物料随着内介质层筒旋转进入出料段，随着内介质层筒正转将物料推送至第一密封螺旋出料器中被输出。
作为优选，所述热解脱附炉包括可转动的内筒和热解脱附炉体，内筒内置于热解脱附炉体中，内筒内壁上设有轴向沿伸的螺旋抄板，内筒两端分别设有第二密封螺旋进料器和第二出料仓。随着内筒的旋转，物料可被螺旋抄板推送至第二出料仓中。
作为优选，所述冷却炉包括中空螺旋推送器和冷却套管，中空螺旋推送器内置于冷却套管中，中空螺旋推送器与冷却炉传动电机连接，中空螺旋推送器包括中轴直通管和扇形环绕管道，扇形环绕管道螺旋环绕在中轴直通管外，扇形环绕管道内充有辅助冷却介质，中空螺旋推送器外周面上设有狼牙锯齿状凸起，狼牙锯齿状凸起与中轴直通管连通，中轴直通管内还设有呈阶梯状分布的扰流传热介质板，冷却套管具有夹层，夹层与中轴直通管连通并充有主体冷却介质。中空螺旋推送器用于将物料向前端输送，狼牙锯齿状凸起与中轴直通管连通构成主体介质冷却循环通道，扇形环绕管道构成辅助介质冷却循环通道，辅助冷却介质循环过程先初步将飞灰温度降低，然后主体冷却介质循环过程将飞灰温度降低至工艺要求水平，辅助冷却介质循环和主体冷却介质循环相辅相成，极大提高冷却效率。
作为优选，所述尾气处理-碳捕集换热单元包括二燃室，二燃室下游设有一级换热器和二级碳捕换热模块，二燃室与一级换热器连接，一级换热器与二级碳捕换热模块连接，所述一级布袋除尘器与二燃室连接。除尘尾气进入二燃室焚烧处理，二燃室温度为1100℃，二恶英类等有机物被燃烧分解为CO2、H2O、NOX等小分子物质。二燃室的高温烟气经过一级换热器降温后得到中温烟气进入二级碳捕换热模块进行尾气CO2捕集。
作为优选，所述二级碳捕换热模块包括两个碳捕换热器，两个碳捕换热器通过多个阀门连接。通过阀门切换控制，各碳捕换热器交替进行吸附/解吸工作，实现烟气中CO2的吸附换热和脱附储存。
作为优选，所述跨临界CO2烘干制冷单元包括CO2储气罐，CO2储气罐的进气口与所述二级碳捕换热模块连接，CO2储气罐的出气口连有压缩机，压缩机的出气口连有气体冷却器，气体冷却器的下游设有CO2储液器，气体冷却器与CO2储液器间连有高压膨胀阀，CO2储液器与CO2储气罐连接，CO2储液器与所述冷却炉连接，冷却炉上连有蒸发器，蒸发器与压缩机连接，蒸发器与所述二级布袋除尘器连接，蒸发器与气体冷却器连接，气体冷却器与干燥炉连接。气态CO2经压缩机加压后排出高压高温CO2进入气体冷却器，在气体冷却器中等压冷凝放热，得到中温高压液态CO2，放出的热量用于加热蒸发器降温去湿后的低温干空气，中温高压液态CO2通过高压膨胀阀降压分流后得到低温低压液态CO2和部分气态CO2，随后气液相一同进入CO2储液器中分流，罐内的气态CO2返回至CO2储气罐中。储液器中的低温液态CO2进入冷却炉主体冷却介质循环通道，通过阶梯形的扰流传热介质板和中轴直通管的传递作用对热解脱附后的飞灰物料进行降温冷却，吸热后的液态CO2气化后进入蒸发器，低温低压的CO2气液混合物由蒸发器中来自二级布袋除尘器的湿热空气加热后进入压缩机；二级布袋除尘器的湿热空气经蒸发器降温去湿后进入气体冷却器，低温干空气经由气体冷却器换热升温后，进入干燥炉内介质层筒，将脱氯预处理湿灰/原灰的水分汽化带走，进入二级布袋除尘器除尘湿空气在蒸发器中凝结析出，从而实现对物料的连续干燥。
一种应用所述生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***的生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化方法，包括如下步骤：
步骤一、开启热解脱附炉预热；将脱氯预处理湿灰/原灰输入至干燥炉进行干燥得到粉状飞灰；
步骤二、干燥飞灰输入已预热的热解脱附炉，快速升温至热解脱附温度完成二恶英脱毒，解毒飞灰进入冷却炉降温；
步骤三、解毒后烟气进入二级碳捕换热模块，进行CO2吸附同时预热冷空气，烟气进行尾气净化处理，预热后冷空气经一级换热器进入热解脱附炉内筒，进行二恶英热分解和热脱附；
步骤四、从热解脱附炉内出来的尾气除尘后进入二燃室，将残留的二恶英燃烧分解成无毒小分子物质；
步骤五、由二级碳捕换热模块捕集的CO2转换成液态CO2作为主体冷却介质进入冷却炉，吸热后进入蒸发器，返回压缩机，如此循环往复，实现对二恶英脱毒飞灰的快速冷却。
本发明的有益效果是：
通过干燥炉内的链式磨球和长短相间的抄板结构相配合，可对脱氯预处理湿灰块状物料和团聚状物料进行粉碎干燥处理，增加了干燥过程中低温空气与湿灰的接触面积，极大提高了表面水分汽化速率，缩短了湿灰干燥时间。
热解脱附炉通过外腔室间接加热和内筒中温空气直接接触物料传热，增加了飞灰热分解和热脱附效率，同时内筒中温空气的流通，避免了气态二恶英在炉膛内积聚和再合成，能实现连续运行过程中每一批次飞灰物料二恶英毒性当量低至30ng-TEQ/kg。
耦合了尾气碳捕集换热技术，吸附高温烟气中的CO2，同时利用高温烟气解吸吸附材料中CO2，实现吸附材料的循环利用，也充分回收热能加热冷空气用于飞灰热分解和热脱附，减少了燃气消耗量；利用跨临界CO2高压放热特性干燥湿灰，利用跨临界CO2低压吸热特性将热解脱附后的飞灰表面温度快速冷却至50℃以下，避免二恶英在低温段的再合成，实现降碳减排、清洁能源利用。
冷却炉采用双介质分步冷却循环***，通过中空螺旋推送器搭载主体冷却介质液态CO2和辅助冷却介质自来水，热解脱附炉解毒飞灰在螺旋推送过程中先与自来水换热降温，然后再由液态CO2快速将温度降低至50℃以下，两者相辅相成，极大的提高了冷却效率，缩短了冷却时间。
附图说明
图1为本发明的***结构示意图；
图2为本发明中干燥炉结构示意图；
图3为本发明中热解脱附炉结构示意图；
图4为本发明中冷却炉结构示意图。
实施方式
下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1所示，一种生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附处理无害化***，包括：
飞灰二恶英脱毒单元I，用于脱氯预处理湿灰/原灰进行全域密闭干燥-热解脱附-冷却过程，彻底将飞灰中的二恶英类物质去除；
尾气处理-碳捕集换热单元II，处理热解脱附过程气态二恶英类物质的同时捕集烟气CO2再利用，且余热用于CO2解吸和飞灰中二恶英的热吹脱；
跨临界CO2烘干制冷单元III，利用超临界CO2的放热特性和亚临界CO2的吸热特性对飞灰脱毒过程进行干燥和快速降温冷却。
飞灰二恶英脱毒单元I包括干燥炉1、热解脱附炉2、冷却炉3、打包机4、一级布袋除尘器5和二级布袋除尘器6。干燥炉1进料处上方有预处理湿灰/原灰进料储仓，干燥炉1出料口与热解脱附炉2进料口连接，热解脱附炉2具有出料口和出气口，热解脱附炉2出气口与一级布袋除尘器5之间连接有引风机5-1，热解脱附炉2出料口与冷却炉3进料口连接。打包机4与冷却炉3出料口连接，打包机4出灰口连接有脱毒吨袋飞灰储仓。
尾气处理-碳捕集换热单元II包括二燃室7、一级换热器8、二级碳捕换热模块9、喷淋塔10、脱硝塔11、活性炭吸附罐12和烟囱13。一级布袋除尘器5出气口与二燃室7进气口连接，二燃室7可利用高达1100℃的高温将除尘后含气态二恶英的尾气进行焚烧处理。喷淋塔10进气口与二级储碳换热模块9烟气出口连接，进行烟气脱酸；脱硝塔11进气口与喷淋塔10出气口连接，完成烟气中NOX的脱除；活性炭吸附罐12进气口与脱硝塔11出气口连接，活性炭吸附罐12用于尾气最终净化保障处理，使尾气由烟囱13洁净排放至环境中。所述二燃室7出气口与一级换热器8热介质进口连接，一级换热器8热介质出口与二级碳捕换热模块9连接。进入二燃室7的高温烟气经过一级换热器8降温后得到中温烟气进入二级碳捕换热模块9进行尾气CO2捕集。二级碳捕换热模块9由碳捕换热器A和碳捕换热器B两个碳捕换热器通过多个阀门连接而成，碳捕换热器内含钙基吸附材料层，用于CO2的捕集，通过阀门切换控制碳捕换热器A和碳捕换热器B交替进行吸附/解吸工作，实现烟气中CO2的吸附换热和脱附储存。
所述跨临界CO2烘干制冷单元III包括CO2储气罐14、压缩机15、气体冷却器16、高压膨胀阀17、CO2储液器18和蒸发器19。CO2储气罐14与二级碳捕换热模块9上的CO2解吸出气口连接；压缩机15进气口与CO2储气罐14出气口连接，气体冷却器16具有物料进、出口和进、出气口，气体冷却器16物料进口与压缩机15出气口连接；高压膨胀阀17进口与气体冷却器16物料出口连接；CO2储液器18物料进口与高压膨胀阀17出口连接，CO2储液器18顶部排气口与CO2储气罐14顶部进气口连接；冷却炉3具有主体冷却介质进、出口，CO2储液器18物料出口与冷却炉3主体冷却介质进口连接，蒸发器19物料进口与冷却炉3主体冷却介质出口连接，蒸发器19物料出口与压缩机15进气口连接，蒸发器19换热介质进口与二级布袋除尘器6连接，蒸发器19换热介质出口与气体冷却器16换热介质进口连接，气体冷却器16换热介质出口与干燥炉1内介质层筒进气口连接。
如图2所示，干燥炉包括第一密封螺旋进料器1-1、第一传动电机1-2、双层介质炉体1-3和第一密封螺旋出料器1-4，主要用于烘干脱氯预处理湿灰或原灰，同时均质物料粒径，将成块状或者团聚状的湿灰变为干燥粉状均匀物料。
第一密封螺旋进料器1-1由螺旋进料电机1-1a驱动，第一密封螺旋进料器1-1分两段，前段为单轴螺旋结构，前段设有脱氯预处理湿灰/原灰进口1-5和二次灰进口1-6，用于二级布袋除尘器6收集的灰返回处理；后段为双轴嵌套结构，包括内轴和外轴，内轴为第一密封螺旋进料器1-1的前段延伸，外轴上方设有湿空气排放口1-7，内轴尾端设有半锥型挡板1-8，防止烘干过程物料的水汽随着吹脱热空气进入进口处湿灰中。第一密封螺旋进料器1-1处设有进料仓。
双层介质炉体1-3位于第一密封螺旋进料器1-1和第一密封螺旋出料器1-4之间，由内介质层筒1-9、外介质层筒1-10和保温层筒1-11从内向外依次嵌套而成，内介质层筒1-9可绕自身轴线旋转，第一传动电机1-2位于双层介质炉体1-3的输入端。第一密封螺旋出料器1-4由单轴螺旋片和第一出料仓1-12组成，第一出料仓1-12上方设有热空气进口1-13，用于将湿物料表面水汽排出内介质层筒1-9，加快物料的烘干速率。第一密封螺旋出料器1-4由螺旋出料电机1-4a驱动。第一传动电机1-2与内介质层筒1-9通过传动齿轮传动连接，通过第一传动电机1-2控制内介质层筒1-9的旋转速度，保证内介质层筒1-9受热均匀；内介质层筒1-9用于湿物料的烘干粉碎，内介质层筒1-9由进料段1-9a、烘干段1-9b和出料段1-9c组成，烘干段1-9b位于进料段1-9a和出料段1-9c之间。外介质层筒1-10上设有热烟气进口1-10a和热烟气出口1-10b。
脱氯预处理湿灰/原灰从所述进料仓自由下落至第一密封螺旋进料器1-1中，在螺旋进料电机1-1a驱动下送入内介质层筒1-9的进料段1-9a，进料段1-9a内筒壁安装有旋流板a1，随着筒体正转将物料推送至烘干段1-9b。烘干段1-9b截面如图2中放大所示，在筒体底部分布有一排刚玉制成的磨球b1，磨球b1通过与内介质层筒1-9内径适配的链条b2固定在烘干段1-9b内壁上，防止物料推进过程磨球b1被带走移出内介质层筒1-9，进料段1-9a和出料段1-9c内筒壁分布有长短相间的抄板b3，磨球b1被长抄板支撑时，当长抄板随着筒体的旋转上升至越过自身水平位置时，磨球b1掉落砸在内介质层筒1-9内底部物料上；磨球b1被短抄板支撑时，当短抄板随着筒体的旋转上升至与筒中心略大于45°角的位置时，磨球b1即失衡掉落砸在底部物料上，使大块物料破碎成小块物料。物料随着内介质层筒1-9筒体旋转进入出料段1-9c，出料段1-9c内筒壁安装有旋流板c1，随着筒体正转将物料推送至第一密封螺旋出料器1-4中，第一密封螺旋出料器1-4中安装有湿度检测探头1-14，达到干燥要求的飞灰随着螺旋出料电机1-4a的驱动送至第一出料仓1-12中。
如图3所示，热解脱附炉包括第二密封螺旋进料器2-1、热解脱附炉体2-2、第二出料仓2-3和内筒2-4，内筒2-4内置于热解脱附炉体2-2中，第二密封螺旋进料器2-1和第二出料仓2-3位于内筒2-4两端。第二密封螺旋进料器2-1上方设有干燥飞灰进料口2-1a和二次飞灰进口2-1b。随着第二密封螺旋进料器2-1电机的传送，干燥粉料进入内筒2-4；内筒2-4外壁通过传动齿轮与第二传动电机2-5相连；内筒2-4内壁上安装有纵向沿伸的螺旋抄板2-6，其截面如图3中放大所示，随着内筒2-4的旋转，物料沿抄板慢慢推送至末端第二出料仓2-3中，第二出料仓2-3上方设有热解脱附炉进气口2-3a，第二密封螺旋进料器2-1与内筒2-4间设有热解脱附炉出气口2-7。
内筒2-4与热解脱附炉体2-2之间为外腔室2-8，外腔室2-8内壁等间距分布有四个点火器，点火器与天然气和助燃空气进气口连接，通过伸入外腔室的多个热电偶2-9测温来调控加热温度。热解脱附炉燃烧产生的烟气出口2-10通过管道连接至热烟气进口1-10a，用于加热内介质层筒炉体，干燥脱氯预处理湿灰/原灰。
如图4所示，冷却炉3包括冷却炉传动电机3-1、中空螺旋推送器3-2和冷却套管3-3，中空螺旋推送器3-2内置于冷却套管3-3中。冷却炉传动电机3-1与中空螺旋推送器3-2连接，用于将物料向前端输送。中空螺旋推送器3-2包括中轴直通管3-4、扇形环绕管道3-5和狼牙锯齿状凸起3-6，狼牙锯齿状凸起3-6环绕在中轴直通管3-4外侧，其截面如图4中放大所示。狼牙锯齿状凸起3-6与中轴直通管3-4连通，作为主体介质冷却循环通道；中轴直通管3-4内部还有呈阶梯状分布的扰流传热介质板3-4a；扇形环绕管道3-5具有独立的管道进口3-5a和管道出口3-5b，扇形环绕管道3-5为辅助介质冷却循环通道。冷却套管3-3具有夹层，夹层与中轴直通管3-4连通并充有主体冷却介质，与内筒3-7内的热飞灰进行换热冷却。冷却炉飞灰进口3-8位于冷却套管3-3上方，冷却炉飞灰出口3-9位于冷却套管3-3下方。冷却炉3采用双介质分步冷却循环***，主体冷却介质采用液态CO2，辅助冷却介质采用自来水，自来水循环过程先初步将飞灰温度降低，然后液态CO2继续将温度降低至50℃以下，两者相辅相成，极大提高冷却效率。
一种生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化方法，处理对象为脱氯预处理湿灰，含水率为37.5%，呈大小不一的块状或团聚状颗粒，干基二恶英毒性当量浓度为850 ng-TEQ/kg。本方法具体步骤如下：
步骤一、初始运行时，先开启热解脱附炉2预热，预热温度为450～550℃，预热时间为0.5~1h，天然气燃烧产生的热烟气进入干燥炉1的外介质层筒1-10，间接加热内介质层筒1-9，维持内介质层筒温度为105~150℃；打开脱氯预处理湿灰进料仓，开启第一密封螺旋进料器1-1，将脱氯预处理湿灰推送至内介质层筒1-9的进料段1-9a；启动第一传动电机1-2，设置内介质层筒1-9滚筒正转转速为0.5~50r/min，脱氯预处理湿灰经由进料段1-9a内筒壁的旋流板a1进入干燥段1-9b，随着筒体的旋转，磨球b1及抄板b3的协同工作，内介质层筒1-9转动过程中磨球b1被抄板b3托住向上提升，当上升至抄板倾斜，无法支撑磨球b1保持平衡的位置时，磨球b1掉落，砸在内介质层筒1-9内底部物料上，使大块物料破碎成小块物料，增加了热空气与湿灰的接触面积，极大提高表面水分汽化速率，如此循环往复，完成物料的粉碎-干燥-粉碎；经过2h粉碎烘干，均质得到的粉状飞灰经由出料段1-9c内筒壁旋流板c1传送至第一密封螺旋出料器1-4中，湿度检测探头1-14监测飞灰含水率为0.5%，开启螺旋出料电机1-4a将干燥飞灰传送至出料斗1-12随后进入热解脱附炉2进料器2-1中。若出现含水率高于1%的情况，则可反转螺旋出料电机1-4a和第一传动电机1-2将飞灰送回干燥段1-9b继续烘干，直至飞灰干燥至含水率低于1%；
步骤二、热解脱附炉2的螺旋进料器2-1将干燥飞灰输送至已预热到465℃的内筒2-4，干燥飞灰物料可快速升温至热解脱附温度，开启第二电机2-5，设置内筒2-4正转速率为0.5r/min，内筒2-4旋转，内筒内壁上纵向沿伸的螺旋抄板2-6将干燥飞灰缓慢向前推送，经过1～1.5h完成二恶英脱毒过程，解毒飞灰中二恶英毒性当量浓度为23ng-TEQ/kg，进入第二出料仓2-3中，随后进入冷却炉3降温。
步骤三、经外介质层筒1-10余热利用后的烟气与来自一级换热器8的中温烟气混合，降低整体烟气温度后进入二级碳捕换热模块9，开启碳捕换热器A和碳捕换热器B烟气进/出口阀门和冷空气换热进/出口阀门，同时进行烟气CO2吸附同时预热冷空气，随后烟气依次进入喷淋塔10、脱硝塔11、活性炭吸附罐12中进行尾气净化处理；冷空气经初步预热后进入一级换热器8与高温烟气换热升温，然后从热解脱附炉2的第二出料仓2-3上方热解脱附炉进气口2-3a进入内筒2-4中，用于二恶英热分解和热脱附，气流从2-7排出，带走炉膛内的气态二恶英类物质，避免了因二恶英类物质在炉膛内的浓度积聚，从而降低飞灰中二恶英降解效率，且为避免大量扬尘带出，气流速度控制在0.05～0.1m/s。
步骤四、从内筒2-4出来的含二恶英尾气由引风机5-1引入一级布袋除尘器5，除尘后的尾气进入二燃室7，在1100℃~1200℃的高温环境下将残留的二恶英燃烧分解成CO2、H2O、NOx等无毒小分子物质。二燃室7出口的高温烟气分成两路，一路烟气进入一级换热器8进行余热回收；另一路烟气进入二级碳捕换热模块9对吸附饱和的碳捕换热器A先进行解吸脱附CO2，随后烟气返回至一级换热器8进行余热回收；解吸出的CO2气体进入CO2储气罐14中储存。切换阀门开关9-1，解吸后的碳捕换热器A继续进行烟气CO2吸附，碳捕换热器B进入解吸状态，如此交替进行吸附/解吸连续工作。
步骤五、二恶英解毒后的飞灰进入冷却炉3进料端3-8，开启冷却炉传动电机3-1，热飞灰物料经过中空螺旋推送器3-2及冷却套管3-3的换热冷却，飞灰表面温度在5～10min内快速降至50℃以下。中空螺旋推送器3-2采用双介质分步冷却循环***，主体中轴直通管3-4冷却介质采用液态CO2，中轴直通管3-4内部还有呈阶梯型分布在管内侧的扰流传热介质板3-4a，可加快热飞灰与管内液态CO2的传热速率，迅速降低温度；沿中轴直通管3-4外壁螺旋环绕的扇形环绕管道3-5冷却介质采用自来水循环冷却，飞灰在冷却炉内筒3-7翻炒传送过程中与扇形盘3-5的接触面积较大，先初步将飞灰温度降低，然后再进一步由中轴直通管3-4和冷却套管3-3内的液态CO2快速将温度降低至50℃以下，两者相辅相成，极大提高冷却效率；
步骤六、由二级碳捕换热模块9捕集的CO2储存在CO2储气罐14中，经压缩机15加压后排出的高压高温CO2在气体冷却器16中等压冷凝放热得到中温高压液态CO2，经由高压膨胀阀17降压分流后得到低温低压液态CO2和部分气态CO2，随后气液相一同进入CO2储液器18中分流，气态CO2返回至CO2储气罐14中，液态CO2进入冷却炉3作为主体冷却介质。冷却炉3中吸热后的液态CO2和气化后的CO2气液混合物进入蒸发器19，由蒸发器19中来自二级布袋除尘器6的湿热空气加热后返回压缩机15，如此循环往复，实现对二恶英脱毒飞灰的快速冷却；
步骤七、干燥炉1内介质层筒1-9脱氯预处理湿灰干燥过程由从第一出料仓1-12上方热空气进口1-13进入的与脱氯预处理湿灰呈逆流方向的低温热空气将水分汽化带走，经过二级布袋除尘器6降尘处理得到湿热空气，进入蒸发器19中降温去湿，冷凝析出的水可作为冷却炉3的循环冷却用水，干空气随后进入气体冷却器16，气体冷却器16中由高温高压CO2等压冷凝放出的热量将干空气加热至110℃，随后由干燥炉1热空气进口1-13进入内介质层筒1-9，运行初期需补充新鲜空气进入气体冷却器16，如此循环往复，实现对脱氯预处理湿灰的连续干燥。初期湿灰含水率高，为了加快表面水分的蒸发速率，前1h控制内介质层筒1-9低温热空气流速为1.5～2.5 m/s，后期湿灰含水率降低，为了降低气流携带飞灰量，后1h控制内介质层筒低温热空气流速为0.1～0.5m/s。
实施例2：
所述生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化方法的处理对象为原灰，含水率为2.5%，呈粉末夹杂小颗粒状，干基二恶英毒性当量浓度为575 ng-TEQ/kg。与实施例1区别在于所需粉碎烘干时间为0.5h，所述干燥炉1内介质层筒1-9低温热空气流速为0.1～0.5m/s，解毒飞灰中二恶英毒性当量浓度为18ng-TEQ/kg。
Claims (8)
1.一种生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***，其特征是，包括：
飞灰二恶英脱毒单元，用于脱氯预处理湿灰/原灰进行全域密闭干燥-热解脱附-冷却过程，去除飞灰中的二恶英类物质；
尾气处理-碳捕集换热单元，用于处理热解脱附过程气态二恶英类物质的同时捕集烟气CO2再利用且余热用于CO2解吸和飞灰中二恶英热吹脱；
跨临界CO2烘干制冷单元，利用超临界CO2的放热特性和亚临界CO2的吸热特性对飞灰脱毒过程进行干燥和快速降温冷却；
飞灰二恶英脱毒单元包括干燥炉、热解脱附炉和冷却炉，热解脱附炉位于干燥炉的下游并与干燥炉通过管道连接，热解脱附炉的下游设有冷却炉并与冷却炉通过管道连接，热解脱附炉上连有一级布袋除尘器，一级布袋除尘器与尾气处理-碳捕集换热单元连接，干燥炉上连有二级布袋除尘器，二级布袋除尘器与跨临界CO2烘干制冷单元连接；
尾气处理-碳捕集换热单元包括二燃室，二燃室下游设有一级换热器和二级碳捕换热模块，二燃室与一级换热器连接，一级换热器与二级碳捕换热模块连接，一级布袋除尘器与二燃室连接；
跨临界CO2烘干制冷单元包括依次相连的CO2储气罐、压缩机、气体冷却器、高压膨胀阀和CO2储液器，CO2储气罐与二级碳捕换热模块连接，CO2储液器与CO2储气罐连接，由二级碳捕换热模块捕集的CO2储存在CO2储气罐中，经压缩机加压后排出的高压高温CO2在气体冷却器中等压冷凝放热得到中温高压液态CO2，经由高压膨胀阀降压分流后得到低温低压液态CO2和部分气态CO2，随后气液相一同进入CO2储液器中分流，气态CO2返回至CO2储气罐中，液态CO2进入冷却炉作为主体冷却介质；冷却炉中吸热后的液态CO2和气化后的CO2气液混合物进入蒸发器，由蒸发器中来自二级布袋除尘器的湿热空气加热后返回压缩机，如此循环往复，实现对二恶英脱毒飞灰的快速冷却。
2.根据权利要求1所述生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***，其特征是，所述干燥炉包括双层介质炉体，所述双层介质炉体包括内介质层筒和外介质层筒，外介质层筒套在内介质层筒外，外介质层筒外套有保温层筒，双层介质炉体的输入端和输出端分别连有第一密封螺旋进料器和第一密封螺旋出料器。
3.根据权利要求2所述生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***，其特征是，所述内介质层筒为可绕自身轴线旋转的转动件，所述双层介质炉体上设有第一传动电机，第一传动电机与双层介质炉体的内介质层筒传动连接，内介质层筒两端分别设有进料段和出料段，进料段和出料段之间为烘干段，进料段和出料段内筒壁安装有旋流板，烘干段内壁分布有一排磨球，磨球通过与内介质层筒内径适配的链条固定在烘干段内壁上，烘干段内壁沿周向分布有长短相间的抄板。
4.根据权利要求2所述生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***，其特征是，所述热解脱附炉包括可转动的内筒和热解脱附炉体，内筒内置于热解脱附炉体中，内筒内壁上设有轴向沿伸的螺旋抄板，内筒两端分别设有第二密封螺旋进料器和第二出料仓。
5.根据权利要求1所述生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***，其特征是，所述冷却炉包括中空螺旋推送器和冷却套管，中空螺旋推送器内置于冷却套管中，中空螺旋推送器与一冷却炉传动电机连接，中空螺旋推送器包括中轴直通管和扇形环绕管道，扇形环绕管道螺旋环绕在中轴直通管外，扇形环绕管道内充有辅助冷却介质，中空螺旋推送器外周面上设有狼牙锯齿状凸起，狼牙锯齿状凸起与中轴直通管连通，中轴直通管内还设有呈阶梯状分布的扰流传热介质板，冷却套管具有夹层，夹层与中轴直通管连通并充有主体冷却介质。
6.根据权利要求1所述生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***，其特征是，所述二级碳捕换热模块包括两个碳捕换热器，两个碳捕换热器通过多个阀门连接。
7.根据权利要求1所述生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***，其特征是，冷却炉上连有蒸发器，蒸发器与压缩机连接，蒸发器与所述二级布袋除尘器连接，蒸发器与气体冷却器连接，气体冷却器与干燥炉连接。
8.一种应用权利要求1至7中任一项所述生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化***的生活垃圾焚烧飞灰中低温热解脱附无害化方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一、开启热解脱附炉预热；将脱氯预处理湿灰/原灰输入至干燥炉进行干燥得到粉状飞灰；
步骤二、干燥飞灰输入已预热的热解脱附炉，快速升温至热解脱附温度完成二恶英脱毒，解毒飞灰进入冷却炉降温；
步骤三、解毒后烟气进入二级碳捕换热模块，进行CO2吸附同时预热冷空气，烟气进行尾气净化处理，预热后冷空气经一级换热器进入热解脱附炉内筒，进行二恶英热分解和热脱附；
步骤四、从热解脱附炉内出来的尾气除尘后进入二燃室，将残留的二恶英燃烧分解成无毒小分子物质；
步骤五、由二级碳捕换热模块捕集的CO2转换成液态CO2作为主体冷却介质进入冷却炉，吸热后进入蒸发器，返回压缩机，如此循环往复，实现对二恶英脱毒飞灰的快速冷却。
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