公布日：2022.09.30
申请日：2022.06.27
分类号：B09B3/38(2022.01)I;B09B3/40(2022.01)I;B09B3/70(2022.01)I;C22B7/00(2006.01)I;C22B7/02(2006.01)I;F23G5/16(2006.01)I;F23G5/44(2006.01)I;F23G5/46
(2006.01)I;F23G7/06(2006.01)I;F23J15/02(2006.01)I;F23J15/04(2006.01)I;F23J15/06(2006.01)I;B09B101/30(2022.01)N
摘要
本发明涉及一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法，属于危废处理处理技术领域。本发明公开了一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法，本发明的处理方法主要是首先将生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥经过预处理同时控制含水量，然后在熔融炉进行高温气化熔融处理、在熔渣调质炉进行调质后急冷成型、在二燃室中进行燃烧处理，最后进行烟气净化、二次飞灰处理与资源化利用。本发明的处理方法充分利用生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥三种大宗固废中的有效成分实现废弃物解毒和资源化利用，降低能源和资源消耗，处理产物可结合应用场景实现多路径、高附加值的资源化利用，实现资源绿色循环利用。
权利要求书
1.一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)预处理：将生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥在混炼机中进行搅拌混合，烘干脱水后形成含水率不高于15％～30％的预处理产物和烟气Ⅰ，所述预处理产物为颗粒状或块状；(2)高温熔融：将步骤(1)中制备的预处理产物送入熔融炉中，在1300～1500℃下、还原气氛中进行气化熔融，得到液态熔渣和烟气Ⅱ；(3)熔渣处理：将步骤(2)中的液态熔渣流入熔渣调质炉中，在1300～1500℃下、氧化性气氛中进行调质和氧化反应，反应结束后排出进行淬冷成型，得到资源化利用产物和烟气Ⅲ；(4)烟气处理：将所述烟气Ⅰ、烟气Ⅱ和烟气Ⅲ送入二燃室进行燃烧处理后，进入空预器中降温至800～950℃后喷入PNCR脱硝剂去除烟气中氮氧化物，再急冷降温至150～200℃，经除尘器除尘后得到二次飞灰和除尘后烟气，所述除尘后烟气再依次经过活性炭固定床吸附挥发性重金属、水洗脱酸，得到混合酸和脱酸后烟气，所述脱酸后烟气经双碱法脱硫得到脱硫石膏和脱硫烟气，所述脱硫烟气经过引风机后直接排放；(5)二次飞灰处理：将步骤(4)中除尘器中收集的所述二次飞灰依次进行水洗、水质净化、蒸发结晶、重金属提取处理，得到NaCl、KCl以及富含重金属的污泥。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤(1)中，所述飞灰为垃圾焚烧电厂或危废焚烧处理中心的原灰或水洗后飞灰的任意一种或几种，所述铝灰为一次铝灰或二次铝灰，所述铝灰通过螺旋输送机送入混炼机；所述污泥的含水率为30～80％，污泥为市政污水处理污泥、垃圾焚烧厂渗滤液处理污泥或石油天然气开采油泥、油屑中的任意一种或几种；所述生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥成分调控后CaO、SiO2、Al2O3成分质量比为27～36％:29～36％:18～24％；物料混合过程利用步骤(3)中淬冷成型过程产生的热风或蒸汽实现物料加热来提升物料反应速度；烘干脱水过程采用步骤(4)中冷却换热产生的饱和蒸汽实现间接烘干，饱和蒸汽换热后的冷凝水经冷却塔降温后再返回步骤(4)中的循环冷却使用；对物料混合和烘干过程物料中产生的气体进行冷凝后形成的冷凝水送入垃圾电厂渗滤液处理站。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述熔融炉为等离子体气化熔融炉、燃料型气化熔融炉、直流电弧炉或交流电弧炉中的任意一种或几种。
4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述气化熔融炉中还原性气氛产生方式具体为：控制进入熔融炉的气体含氧量0～20％、向熔融炉中通入还原性气体或者加入还原性固体物质，控制炉膛温度1300～1500℃；所述还原性气体为H2或CO，所述还原性固体为焦炭；所述气化熔融炉在不同高度上设置有两个排渣口，上部排渣口用于连续性或间歇性排出液态熔渣，下部排渣口用于定期排出熔池底部的含金属熔渣，所述含金属熔渣经冷却后得到金属富集物。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述熔渣调质炉采用电阻加热炉或感应炉；所述淬冷成型为风冷、水冷或换热降温中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述熔渣调质炉中还包括添加CaF2来增加液态熔渣的流动性；所述熔渣调质炉内为氧化性气氛、温度控制在1300～1500℃，其中所述氧化性气氛具体为：向熔池中通入空气或富氧气体来处理步骤(1)和(2)中未反应的物质，实现玻璃体渣达标；所述淬冷成型采用风冷、水淬设备或带水冷换热的对辊压制成型设备，输出玻璃体渣；；所述淬冷成型产生的热风或蒸汽送入步骤(1)中的混合设备用以加热混合物料。
7.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤(4)中，所述二燃室采用以天然气或柴油为燃料的空气预热式燃烧器，其中二燃室中烟气温度大于1100℃、烟气停留时间大于2s，其中二燃室的烟气出口与空预器连接；步骤(1)中预处理产物的含氯量大于5％时，采用的急冷降温设备为喷水急冷塔，通过喷入雾化水进行急冷降温，步骤(1)中预处理产物的含氯量小于等于5％时，采用的急冷降温设备为余热锅炉，输出饱和蒸汽用于供热、发电或为步骤(1)中物料烘干脱水处理提供热量，处理后的冷凝水经冷却塔冷却后返回余热锅炉；所述急冷降温设备中出口烟气进入除尘器滤除烟气中的固体颗粒物形成二次飞灰；所述除尘器中出口烟气进入活性炭固定床以吸附烟气中的易挥发性重金属化合物和二噁英，其中易挥发性重金属化合物中的重金属为Hg或Pb；活性炭固定床中出口烟气进入水洗塔进行水洗脱酸以脱除烟气中易溶于水的酸性气体和NH3，其中易溶于水的酸性气体为HCl或HF。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，常温空气进入空预器与热烟气换热后，送入二燃室燃烧器或步骤(1)的烘干过程中用于烘干物料，其中空预器后端安装有PNCR脱硝系统喷枪阵列；常温空气进入空预器与高温烟气换热后，空气温度升至200～300℃，高温烟气降温至800～950℃；向800～950℃温度区间的高温烟气喷入PNCR脱硝剂，使烟气中氮氧化物含量降低至满足排放标准要求；所述急冷降温设备的入口烟气温度为800～950℃，出口烟气温度为150～200℃；所述水洗塔采取多级水洗串联使用的方法，所述多级水洗串联使用过程中后级脱酸水返回前级使用，最后一级采用工业水，第一级脱酸循环水的pH达到1～3的设定值时，排出混合酸用于二次飞灰的重金属提取。
9.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤(4)中，水洗脱酸后的烟气进入脱硫塔脱除烟气中难溶入水的酸性气体以满足排放标准，其中难溶入水的酸性气体为SO2；所述脱硫塔中采用Ca(OH)2和NaOH进行双碱法脱硫，定期排出脱硫石膏。
10.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤(5)中，所述水洗、水质净化、蒸发结晶、重金属提取处理的具体操作步骤如下：(1)三级逆流水洗：将所述二次飞灰以1:3～6的水灰比进行三级逆流式水洗，水洗后压滤得到洗灰水和滤渣；(2)水质净化：向步骤(1)中的洗灰水中加入氢氧化钠、碳酸钠、硫化钠、氢氧化钙、氧化钙中的任意一种或几种作为混凝药剂，沉淀分离后得到富含重金属的污泥和上清液；(3)蒸发结晶：所述上清液采用MVR或多效蒸发工艺，分离得到蒸发冷凝水和质量满足工业盐标准的NaCl、KCl，其中蒸发冷凝水继续用于步骤(1)中的逆流水洗；(4)重金属提取：所述富含重金属污泥和滤渣采用分步沉淀工艺分离得到金属氢氧化物，加入权利要求1中步骤(4)产生的混合酸，将pH值调节为1～3，分步加入片碱调节pH值为4～10，在pH值为4～6、6～7、7～10的阶段分步沉淀分离分别得到富含金属氢氧化物的污泥和进入脱硫塔脱硫处理的碱性废水；所述金属氢氧化物中的金属为Cu、Zn或Pb中的任意一种或几种。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1.一种生活垃圾焚烧飞灰协同污泥和铝灰高温熔融处理方法，所述方法包括如下步骤：
(1)预处理：将生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥在混炼机中进行搅拌混合，烘干脱水后形成含水率不高于15％～30％的预处理产物和烟气Ⅰ，所述预处理产物为颗粒状或块状；
(2)高温熔融：将步骤(1)中制备的预处理产物送入熔融炉中，在1300～1500℃下、还原气氛中进行气化熔融，得到液态熔渣和烟气Ⅱ；
(3)熔渣处理：将步骤(2)中的液态熔渣流入熔渣调质炉中，在1300～1500℃下、氧化性气氛中进行调质和氧化反应，反应结束后排出进行淬冷成型，得到资源化利用产物和烟气Ⅲ；
(4)烟气处理：将所述烟气Ⅰ、烟气Ⅱ和烟气Ⅲ送入二燃室进行燃烧处理后，进入空预器中降温至800～950℃后喷入PNCR脱硝剂去除烟气中氮氧化物，再急冷降温至150～200℃，经除尘器除尘后得到二次飞灰和除尘后烟气，所述除尘后烟气再依次经过活性炭固定床吸附挥发性重金属、水洗脱酸，得到混合酸和脱酸后烟气，所述脱酸后烟气经双碱法脱硫得到脱硫石膏和脱硫烟气，所述脱硫烟气经过引风机后直接排放；
(5)二次飞灰处理：将步骤(4)中除尘器中收集的所述二次飞灰依次进行水洗、水质净化、蒸发结晶、重金属提取处理，得到NaCl、KCl以及富含重金属的污泥。
优选的，步骤(1)中，所述飞灰为垃圾焚烧电厂或危废焚烧处理中心的原灰或水洗后飞灰的任意一种或几种；所述铝灰为一次铝灰或二次铝灰，所述铝灰通过螺旋输送机送入混炼机。
优选的，步骤(1)中，所述污泥的含水率为30～80％，污泥为市政污水处理污泥、垃圾焚烧厂渗滤液处理污泥或石油天然气开采油泥油屑中的任意一种或几种。
优选的，步骤(1)中，所述生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥成分调控后CaO、SiO2、Al2O3成分质量比为27～36％:29～36％:18～24％。
优选的，步骤(1)中，物料混合过程利用步骤(3)中淬冷成型过程产生的热风或蒸汽实现物料加热来提升物料反应速度。
优选的，步骤(1)中，烘干脱水过程采用步骤(4)中冷却换热产生的饱和蒸汽实现间接烘干，饱和蒸汽换热后的冷凝水经冷却塔降温后再返回步骤(4)中的循环冷却使用。
优选的，步骤(1)中，对物料混合和烘干过程物料中产生的气体进行冷凝后形成的冷凝水送入垃圾电厂渗滤液处理站。
优选的，步骤(2)中，所述熔融炉为等离子体气化熔融炉、燃料型气化熔融炉、直流电弧炉或交流电弧炉中的任意一种或几种。
进一步优选的，所述气化熔融炉中还原性气氛产生方式具体为：控制进入熔融炉的气体含氧量0～20％、向熔融炉中通入还原性气体或者加入还原性固体物质，控制炉膛温度1300～1500℃；所述还原性气体为H2或CO，所述还原性固体为焦炭。
进一步优选的，所述气化熔融炉在不同高度上设置有两个排渣口，上部排渣口用于连续性或间歇性排出液态熔渣，下部排渣口用于定期排出熔池底部的含金属熔渣；所述含金属熔渣经冷却后得到金属富集物。
优选的，步骤(3)中，所述熔渣调质炉采用电阻加热炉或感应炉。
进一步优选的，所述熔渣调质炉中还包括添加CaF2来增加液态熔渣的流动性。
进一步优选的，所述熔渣调质炉内为氧化性气氛、温度控制在1300～1500℃；
所述氧化性气氛具体为：向熔池中通入空气或富氧气体来处理步骤(1)和(2)中未反应的物质，实现玻璃体渣达标。
优选的，步骤(3)中，所述淬冷成型为风冷、水冷或换热降温中的任意一种；
所述淬冷成型采用风冷、水淬设备或带水冷换热的对辊压制成型设备，输出玻璃体渣；
所述淬冷成型产生的热风或蒸汽送入步骤(1)中的混合设备用以加热混合物料。
优选的，步骤(4)中，所述二燃室采用以天然气或柴油为燃料的空气预热式燃烧器；
所述二燃室中烟气温度大于1100℃、烟气停留时间大于2s，其中二燃室的烟气出口与空预器连接。
进一步优选的，常温空气进入空预器与热烟气换热后，送入二燃室燃烧器或步骤(1)的烘干过程中用于烘干物料；
所述空预器后端安装有PNCR脱硝系统喷枪阵列。
进一步优选的，常温空气进入空预器与高温烟气换热后，空气温度升至200～300℃，高温烟气降温至800～950℃。
进一步优选的，向800～950℃温度区间的高温烟气喷入PNCR脱硝剂，使烟气中氮氧化物含量降低至满足排放标准要求。
优选的，步骤(4)中，步骤(1)中预处理产物的含氯量大于5％时，采用的急冷降温设备为喷水急冷塔，通过喷入雾化水进行急冷降温；
步骤(1)中预处理产物的含氯量小于等于5％时，采用的急冷降温设备为余热锅炉，输出饱和蒸汽用于供热、发电或为步骤(1)中物料烘干脱水处理提供热量，处理后的冷凝水经冷却塔冷却后返回余热锅炉。
进一步优选的，所述急冷降温设备的入口烟气温度为800～950℃，出口烟气温度为150～200℃。
优选的，步骤(4)中，所述急冷降温设备中出口烟气进入除尘器滤除烟气中的固体颗粒物形成二次飞灰。
优选的，步骤(4)中，所述除尘器中出口烟气进入活性炭固定床以吸附烟气中的易挥发性重金属化合物和二噁英；
所述易挥发性重金属化合物中的重金属为Hg或Pb。
优选的，步骤(4)中，活性炭固定床中出口烟气进入水洗塔进行水洗脱酸以脱除烟气中易溶于水的酸性气体和NH3；
所述易溶于水的酸性气体为HCl或HF。
进一步优选的，所述水洗塔采取多级水洗串联使用的方法，所述多级水洗串联中后级脱酸水返回前级使用，最后一级采用工业水，第一级脱酸循环水的pH达到1～3的设定值时，排出混合酸用于二次飞灰的重金属提取。
优选的，步骤(4)中，水洗脱酸后的烟气进入脱硫塔脱除烟气中难溶入水的酸性气体以满足排放标准；
所述难溶入水的酸性气体为SO2。
进一步优选的，所述脱硫塔中采用Ca(OH)2和NaOH进行双碱法脱硫，定期排出脱硫石膏。
优选的，步骤(5)中，所述水洗、水质净化、蒸发结晶、重金属提取处理的具体操作步骤如下：
(1)三级逆流水洗：将所述二次飞灰以1:3～6的水灰比进行三级逆流式水洗，水洗后压滤得到洗灰水和滤渣；
(2)水质净化：向步骤(1)中的洗灰水中加入氢氧化钠、碳酸钠、硫化钠、氢氧化钙、氧化钙中的任意一种或几种作为混凝药剂，沉淀分离后得到富含重金属的污泥和上清液；
(3)蒸发结晶：所述上清液采用MVR或多效蒸发工艺，分离得到蒸发冷凝水和质量满足工业盐标准的NaCl、KCl，其中蒸发冷凝水继续用于步骤(1)中的逆流水洗；
(4)重金属提取：所述富含重金属污泥和滤渣采用分步沉淀工艺分离得到金属氢氧化物，加入上述步骤(4)产生的混合酸，将pH值调节为1～3，分步加入片碱调节pH值为4～10，在pH值为4～6、6～7、7～10的阶段分步沉淀分离分别得到富含金属氢氧化物的污泥和进入脱硫塔脱硫处理的碱性废水。
所述金属氢氧化物中的金属为Cu、Zn或Pb中的任意一种或几种。
本发明的有益效果在于：本发明公开了一种协同污泥和铝灰的生活垃圾焚烧飞灰高温熔融处理方法，本发明的处理方法主要是首先将生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥经过预处理同时控制含水量，然后在熔融炉进行高温气化熔融处理、在熔渣调质炉进行调质后急冷成型、在二燃室中进行燃烧处理，最后进行烟气净化、二次飞灰处理与资源化利用。本发明的处理方法充分利用生活垃圾焚烧飞灰、铝灰和污泥三种大宗固废中的有效成分实现废弃物解毒和资源化利用，降低能源和资源消耗，处理产物可结合应用场景实现的多路径、高附加值资源化利用，实现资源绿色循环发展，主要有以下优点：
(1)由于污泥含水率高，在混合搅拌过程中，其游离水、毛细水与吸附水能充分与铝灰中的污染物反应，同时实现了铝灰脱毒和污泥脱水，避免了污泥单独脱水过程的能量消耗和大量废水处理难题；
(2)污泥本身具有一定的热值，加上污泥中水与铝灰反应产生可燃气体，能为高能耗的飞灰高温熔融系统提供一定能量补充，降低飞灰高温熔融处理的能量消耗；
(3)高温熔融过程能有效实现重金属固化和二噁英脱毒，产生的高温烟气和熔渣淬冷降温过程的余热返回利用于预处理的混合搅拌和烘干过程，加快了铝灰反应速度和烘干速度，实现了余热高效利用；
(4)飞灰、污泥和铝灰协同处理产物可充分实现资源化利用，玻璃体渣可结合应用场景实现建筑材料领域的多路径、多样化资源化利用，飞灰和铝灰中的氯盐可提取分离出NaCl、KCl盐，与脱硫过程产生的石膏一起都能实现市场销售，熔融炉排出的重金属富集物以及二次飞灰处理产生的Cu、Zn、Pb等贵金属提取物可作为高品质金属矿物售卖给冶金工业企业，实现了废弃物的绿色处理与循环利用，同时也能创造较好的经济收益。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
（发明人：王卫民;吴忠勇;陶应翔;王山;谢庚;孙毅晨;余明锐;赵更新;黄旭）
