本發(fā)明涉及垃圾焚燒處理領(lǐng)域，具體而言涉及一種飛灰的熔融方法以及用于熔融的飛灰組合物。

背景技術(shù)：

垃圾焚燒在我國呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭，被認(rèn)為是我國處理城市垃圾的一個(gè)重要方向。垃圾焚燒會(huì)產(chǎn)生大量飛灰，約占垃圾焚燒總量的3％～5％，飛灰中含有大量的重金屬和二噁英會(huì)帶來新的環(huán)境問題?！秶椅ｋU(xiǎn)廢物名錄》已經(jīng)明確規(guī)定垃圾焚燒飛灰為危險(xiǎn)廢物，如何實(shí)現(xiàn)這類二次污染物的妥善處置已成為垃圾焚燒行業(yè)亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種飛灰的熔融方法，包括：在所述飛灰中加入添加劑，以降低所述飛灰的熔融溫度；將加入所述添加劑的飛灰通過進(jìn)料裝置送入飛灰等離子熔融處理裝置中進(jìn)行熔融處理。

在一個(gè)示例中，加入所述添加劑后，所述飛灰中的堿性氧化物和酸性氧化物含量相當(dāng)。

在一個(gè)示例中，所述堿性氧化物包括CaO，所述酸性氧化物包括SiO₂。

在一個(gè)示例中，所述添加劑至少包含SiO₂和Al₂O₃。

在一個(gè)示例中，所述飛灰來自垃圾焚燒爐。

在一個(gè)示例中，所述垃圾焚燒爐包括爐排焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐或者流化床焚燒爐。

在一個(gè)示例中，所述飛灰貯存于飛灰倉，所述添加劑貯存于添加劑倉，通過卸料閥將所述飛灰倉中的飛灰送至飛灰計(jì)量裝置進(jìn)行飛灰稱重，通過卸料閥和螺旋輸送機(jī)將所述添加劑倉中的添加劑送至添加劑計(jì)量裝置進(jìn)行添加劑稱重，所述飛灰計(jì)量裝置和所述添加劑計(jì)量裝置獨(dú)立設(shè)置。

在一個(gè)示例中，所述等離子飛灰熔融處理裝置包括采用金屬電極的等離子炬技術(shù)的處理裝置或者采用石墨電極的等離子弧技術(shù)的處理裝置。

本發(fā)明還提供一種用于熔融的飛灰組合物，包括：飛灰和添加劑；所述組合物中堿性氧化物和酸性氧化物含量相當(dāng)。

在一個(gè)示例中，所述堿性氧化物包括CaO，所述酸性氧化物包括SiO₂。

在一個(gè)示例中，所述添加劑至少包含SiO₂和Al₂O₃。

在一個(gè)示例中，所述飛灰組合物的熔融溫度為1300℃-1400℃。

根據(jù)本發(fā)明，不僅可以解決飛灰熔點(diǎn)高所帶來的浪費(fèi)能源的問題，而且能夠產(chǎn)生高品質(zhì)的、無毒無害的具有玻璃體結(jié)構(gòu)的殘?jiān)沟入x子熔融裝置更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)飛灰的減量化、無害化、資源化處置。

附圖說明

本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。

附圖中：

圖1為SiO₂-Al₂O₃-CaO三元物相圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法依次實(shí)施的步驟的流程圖。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

為了徹底了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的方法步驟和/或結(jié)構(gòu)。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對(duì)尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。

應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。

垃圾焚燒飛灰是垃圾焚燒過程中排出的微小顆粒，其中含有重金屬、二噁英等物質(zhì)，屬于危險(xiǎn)廢物。我國的《危險(xiǎn)廢物污染防治技術(shù)政策》(國家環(huán)境保護(hù)總局，2001)中第9條對(duì)飛灰的規(guī)定：不得在產(chǎn)生地長期貯存；不得進(jìn)行簡易處置及排放。垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)捕集物和煙道沉降的底灰構(gòu)成飛灰，飛灰在產(chǎn)生地必須進(jìn)行必要的穩(wěn)定化和固化處理之后方可運(yùn)輸，所述穩(wěn)定化是指利用藥劑與飛灰中的重金屬等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(例如溶解、沉淀、螯合等)，將污染物轉(zhuǎn)變成溶解度小和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)，所述固化是指利用造粒設(shè)備使穩(wěn)定化后的飛灰成型并具有一定的強(qiáng)度。

垃圾焚燒飛灰的處理技術(shù)很多，主要有水泥固化、化學(xué)藥劑穩(wěn)定化、酸溶劑提取、熔融固化等。其中，由于具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無二次污染問題等優(yōu)點(diǎn)，熔融固化技術(shù)被認(rèn)為是目前最為先進(jìn)的垃圾焚燒飛灰處理方法，在減量化、無害化、資源化上均有很大優(yōu)勢。該技術(shù)是在1300℃～1500℃的高溫條件下，將飛灰中的有機(jī)物分解、氣化，而無機(jī)物熔融成玻璃質(zhì)熔渣。該技術(shù)可以最大限度地實(shí)現(xiàn)灰渣減容，同時(shí)實(shí)現(xiàn)重金屬穩(wěn)定化和徹底消除二噁英污染物，而且玻璃化后的飛灰可以用作建筑或鋪路材料，有效地實(shí)現(xiàn)了廢物的資源化利用。

由于熔融固化技術(shù)對(duì)高溫和還原氣氛的要求較高，目前廣泛采用的技術(shù)主要包括富氧焦炭技術(shù)、電熔融技術(shù)和等離子熔融技術(shù)等。富氧焦炭技術(shù)主要來源于鋼鐵冶金技術(shù)，該技術(shù)主要依靠焦炭在富氧環(huán)境下產(chǎn)生的高溫將飛灰進(jìn)行熔融，對(duì)焦炭的消耗量較高。電熔融技術(shù)采用電加熱器替代焦炭產(chǎn)生熱源，但存在設(shè)備侵蝕、加熱元件更換復(fù)雜的問題。等離子熔融技術(shù)主要分為炬技術(shù)和弧技術(shù)，前者主要依靠等離子火炬產(chǎn)生的高溫氣體對(duì)物料進(jìn)行加熱，后者通過陰陽極間產(chǎn)生的高溫電弧對(duì)物料進(jìn)行加熱。由于等離子熔融技術(shù)具有能量效率高、生產(chǎn)過程清潔、不使用焦炭等優(yōu)點(diǎn)，目前正受到越來越多研究者的重視。

對(duì)于目前的飛灰等離子熔融處理工藝而言，存在下述問題：直接將飛灰進(jìn)行熔融，或添加少量添加劑，使飛灰熔融的同時(shí)浪費(fèi)大量的能源；飛灰成分變化大，導(dǎo)致產(chǎn)生的玻璃體殘?jiān)|(zhì)量較差，無法到達(dá)無毒無害產(chǎn)品的要求。

飛灰成份主要是由CaO、SiO₂、Al₂O₃組成，并含有少量的K₂O、Na₂O。單獨(dú)的氧化物的熔點(diǎn)都很高，例如CaO的熔點(diǎn)高達(dá)2572度，因此，把飛灰熔融掉需要很多的能量。由物相圖可以知道，當(dāng)三種氧化物以一定比例混合，混合物的熔點(diǎn)可以大大降低。另外，能否形成無毒無害的玻璃體結(jié)構(gòu)，跟飛灰的成分密切相關(guān)，理論研究表明，在飛灰中的堿性氧化物和酸性氧化物含量相當(dāng)?shù)那闆r下，飛灰熔融后更容易形成玻璃體。

一般情況下，飛灰中的主要物質(zhì)由SiO₂、Al₂O₃、CaO組成，成分如下：SiO₂的重量百分含量為7.39％，Al₂O₃的重量百分含量為1.25％，CaO的重量百分含量為91.36％。由圖1所示的物相圖可知，飛灰的熔點(diǎn)不在玻璃化區(qū)域以內(nèi)(熔融溫度在2400度左右)，而且SiO₂和Al₂O₃的含量非常少，這些物質(zhì)是形成玻璃化產(chǎn)品的必需元素。

由圖1所示的物相圖可知，將垃圾焚燒過程產(chǎn)生的飛灰輸入等離子熔融裝置之前，在飛灰中加入一定量的添加劑，使飛灰中的堿性氧化物和酸性氧化物含量相當(dāng)，不僅可以降低飛灰的熔融溫度，而且能夠提高飛灰熔融形成的玻璃體的品質(zhì)。所述添加劑至少包含SiO₂和Al₂O₃，通過加入所述添加劑以降低飛灰中CaO的重量百分含量，提高SiO₂和Al₂O₃的重量百分含量。例如，通過加入所述添加劑使飛灰中CaO的重量百分含量由91.36％降至35％，同時(shí)，使飛灰中SiO₂的重量百分含量由7.39％升至40％，Al₂O₃的重量百分含量由1.25％升至17％，此時(shí)，包括CaO在內(nèi)的堿性氧化物和包括SiO₂在內(nèi)的酸性氧化物含量相當(dāng)，從而使飛灰的熔融溫度由2400度左右降至1300度左右，即飛灰的熔融溫度位于實(shí)施等離子熔融的溫度范圍(1300℃～1500℃)的最低值附近，優(yōu)選1300℃-1400℃，飛灰中SiO₂和Al₂O₃的含量大幅提升，從而使飛灰熔融后形成的玻璃體具有較高的品質(zhì)。所述添加劑除了含有SiO₂和Al₂O₃，還可以含有少量的金屬氧化物，例如K₂O、Na₂O等，這些金屬氧化物對(duì)飛灰的熔融溫度以及飛灰熔融后形成的玻璃體的品質(zhì)影響不大。

圖2為根據(jù)本發(fā)明提供的飛灰的熔融方法依次實(shí)施的步驟的流程圖。首先，執(zhí)行步驟201，在飛灰中加入添加劑，以降低飛灰的熔融溫度。接著，執(zhí)行步驟202，將加入添加劑的飛灰通過進(jìn)料裝置送入飛灰等離子熔融處理裝置進(jìn)行熔融處理。

根據(jù)本發(fā)明提供的飛灰的熔融方法以及用于熔融的飛灰組合物，不僅可以解決飛灰熔點(diǎn)高所帶來的浪費(fèi)能源的問題，而且能夠產(chǎn)生高品質(zhì)的、無毒無害的具有玻璃體結(jié)構(gòu)的殘?jiān)沟入x子熔融裝置更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)飛灰的減量化、無害化、資源化處置。

作為示例，根據(jù)焚燒爐的結(jié)構(gòu)，所述垃圾焚燒爐主要分為爐排焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐和流化床焚燒爐。

爐排焚燒爐分為固定爐排焚燒爐和活動(dòng)爐排焚燒爐，固定爐排焚燒爐目前較少使用，活動(dòng)爐排焚燒爐主要包括水平鏈條機(jī)械爐排焚燒爐和傾斜機(jī)械爐排焚燒爐兩種，傾斜機(jī)械爐排焚燒爐的類型主要有并列搖動(dòng)式、臺(tái)階式、往復(fù)移動(dòng)式、傾斜履帶式、滾筒式等。機(jī)械爐排焚燒爐大體可分為三段：干燥段、燃燒段和燃燼段，各段的供應(yīng)空氣量和運(yùn)行速度可以調(diào)節(jié)。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是一個(gè)帶耐火材料的傾斜圓筒，繞著其水平軸旋轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)窯焚燒爐可以單獨(dú)使用或者作為機(jī)械爐排焚燒爐的干燥段。

流化床焚燒爐是基于流態(tài)化原理進(jìn)行固體廢棄物的焚燒，其爐膛內(nèi)裝有布風(fēng)板、導(dǎo)流板、載熱媒介惰性顆粒等，在焚燒過程中，物料呈沸騰狀態(tài)。

作為示例，通過所述進(jìn)料裝置將從垃圾焚燒爐排出的飛灰和所述添加劑按一定比例混合均勻后，送入等離子熔融處理裝置。飛灰貯存于飛灰倉，添加劑貯存于添加劑倉，通過卸料閥將飛灰倉中的飛灰送至飛灰計(jì)量裝置進(jìn)行飛灰稱重，通過卸料閥和螺旋輸送機(jī)將添加劑倉中的添加劑送至添加劑計(jì)量裝置進(jìn)行添加劑稱重，飛灰計(jì)量裝置和添加劑計(jì)量裝置獨(dú)立設(shè)置。

作為示例，所述等離子飛灰熔融處理裝置包括采用金屬電極的等離子炬技術(shù)的處理裝置、采用石墨電極的等離子弧技術(shù)的處理裝置等。

本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。