本發(fā)明涉及飛灰處理領(lǐng)域,具體涉及一種利用等離子體炬資源化處理垃圾焚燒飛灰的方法。
背景技術(shù):
隨著我國(guó)工業(yè)化、信息化和城鎮(zhèn)化的深入以及現(xiàn)代化社會(huì)的飛速發(fā)展,環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重,持續(xù)霧霾天氣和高pm2.5與民眾健康利害攸關(guān),從而加大了民眾對(duì)空氣污染嚴(yán)重性的關(guān)注,而pm2.5的主要來(lái)源之一就是垃圾等廢棄物的焚燒。自1979年以來(lái),我國(guó)城市生活垃圾總量每年以約9%的平均速度增長(zhǎng),少數(shù)特大城市更是超過(guò)了這一速度,歷年來(lái),全國(guó)無(wú)序堆放的廢棄物總量多達(dá)80億噸,已嚴(yán)重污染了大氣和地下水資源。
長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)內(nèi)外主要采用衛(wèi)生填埋、生物堆肥和焚燒等方法來(lái)處理生活垃圾;但是,這些方法存在諸多弊端,如填埋法占地面積較大,存在二次污染;焚燒法易產(chǎn)生大量二噁英和呋喃,而二噁英是目前世界上最具毒性的有機(jī)物之一,生活垃圾焚燒飛灰被《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄(2008)》列為危險(xiǎn)廢物進(jìn)行管理,按要求以危險(xiǎn)廢物處理。目前的處理方式普遍存在處理不徹底、存在二次污染和資源浪費(fèi)嚴(yán)重等各種問(wèn)題,這就使得人們不得不尋求更有效的處理方法來(lái)妥善處理和有效利用廢棄物。目前飛灰處理的主要方法包括固化/穩(wěn)定化、等離子體熔融、燒結(jié)、水泥窯協(xié)同處理等。
等離子體熔融玻璃化是當(dāng)前最先進(jìn)的飛灰處理手段,等離子熔融技術(shù)處理飛灰的機(jī)理如下:從微觀角度來(lái)說(shuō),由于外加電場(chǎng)作用,介質(zhì)會(huì)放電并產(chǎn)生大量攜能電子,分子由于受到攜能電子的強(qiáng)烈轟擊而發(fā)生電離和激發(fā),同時(shí)伴隨著一系列的物理和化學(xué)反應(yīng),使復(fù)雜有毒有害的大分子廢棄物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單無(wú)毒害的小分子安全物質(zhì),廢棄物因此得以降解和無(wú)害化去除;從宏觀角度來(lái)說(shuō),電弧放電產(chǎn)生高達(dá)7000℃的等離子體,將飛灰加熱至很高溫度,從而迅速有效地摧毀廢棄物??扇嫉挠袡C(jī)成分充分裂解氣化,使轉(zhuǎn)化成可燃性氣體如一氧化碳、氫氣等,可用于能源回收。不可燃的無(wú)機(jī)成分經(jīng)等離子高溫處理后變成無(wú)害渣體,可用作建筑材料,如玻璃和金屬等。但是目前等離子熔融技術(shù)處理飛灰存在諸多不足之處,飛灰直接進(jìn)入處理設(shè)備中,在處理爐內(nèi)的等離子體射流沖擊下,將會(huì)造成后續(xù)尾氣中二次飛灰問(wèn)題;系統(tǒng)中產(chǎn)生的煙氣亦不能得到友善處理,原料熔融過(guò)程所排放的煙氣主要為co2、so2、h2o、nacl、kcl等物質(zhì)直接排放,造成資源的浪費(fèi),易形成二次飛灰。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的問(wèn)題,在于現(xiàn)有的處理垃圾焚燒飛灰的方法,不夠徹底,易形成二次污染。
為解決上述問(wèn)題,本發(fā)明提供一種利用等離子體炬資源化處理垃圾焚燒飛灰的方法,具體包括以下幾個(gè)步驟:
(1)在飛灰或底渣中加入添加劑混合均勻,使ca和si的質(zhì)量比為1﹕1~3.8;
(2)將步驟(1)中調(diào)配的混合體壓縮成片,經(jīng)破碎、整粒和篩分工藝,得顆粒狀物料;
(3)將上述顆粒狀物料通入等離子體炬熔融爐中,熔融后的飛灰熔體經(jīng)風(fēng)冷冷卻形成玻璃體;
(4)將上述等離子炬熔融爐內(nèi)原料熔融過(guò)程排放的煙氣通入氯鹽收集單元,此系統(tǒng)包括串聯(lián)的換熱裝置一和換熱裝置二,換熱裝置一內(nèi)控制溫度900~1000℃,換熱裝置二內(nèi)控制溫度350~450℃;
(5)將步驟(4)中氯鹽收集單元中排出的煙氣通入hcl收集單元;
(6)將步驟(5)中hcl收集單元排出的煙氣進(jìn)入so2回收單元。
向飛灰中加入含si的添加劑對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理,處理后的原料通過(guò)進(jìn)料單元送入等離子體炬熔融爐內(nèi),熔融后的飛灰熔體經(jīng)風(fēng)冷冷卻形成玻璃體,爐內(nèi)產(chǎn)生的尾氣首先經(jīng)過(guò)氯鹽收集去除氯鹽,此系統(tǒng)內(nèi)部為換熱結(jié)構(gòu),換熱裝置一內(nèi)使煙氣降溫至900~1000℃,nacl和kcl被分離出來(lái),再進(jìn)入串聯(lián)換熱裝置二,換熱裝置二內(nèi)控制溫度350~450℃,fecl2、zncl2等物質(zhì)被分離出來(lái);再進(jìn)入酸回收單元回收hcl、so2回收單元回收so2,使尾氣得到無(wú)害化處理,處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥回爐,廢水回用,熱量回收,無(wú)害化減量化的同時(shí)回收產(chǎn)生的副產(chǎn)品及熱量。
進(jìn)一步地,將換熱器二中分離得到的物質(zhì)溶于水后用naoh調(diào)ph值為10-12。fecl2、zncl2等物質(zhì)被分離出來(lái),再溶于水后調(diào)ph值為10-12,利于提純分離出fe、zn等微量重金屬,定期回爐,回收利用。
上述步驟(1)中的添加劑為含硅的廢液、垃圾焚燒底渣、碎玻璃或建筑垃圾。使用含硅的生活垃圾焚燒底渣、碎玻璃、建筑垃圾、高熱量有毒廢液等替代其他含硅產(chǎn)品,使得廢棄物能夠合理利用,并能夠使飛灰形成玻璃體,固化重金屬。
進(jìn)一步地,上述步驟(2)中顆粒狀物料的粒徑優(yōu)選為10-40mm。有利于熔融過(guò)程中受熱均勻,同時(shí)減少后續(xù)熔融爐或燒結(jié)過(guò)程中的夾帶或煙道二次飛灰現(xiàn)象。
上述步驟(3)中以純氧作為等離子體炬工作氣體。利用氧氣為工作氣體使工藝過(guò)程無(wú)額外一氧化氮或者二氧化氮產(chǎn)生,利于煙氣的后處理,部分飛灰或添加劑中的含有的含氮有機(jī)物中產(chǎn)生的一氧化氮或者二氧化氮量極少,最終排出一氧化氮或者二氧化氮?dú)怏w低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
步驟(3)中等離子體熔融爐內(nèi)溫度為1100-1600℃,有利于玻璃態(tài)的形成。
進(jìn)一步地,上述步驟(4)中換熱裝置一內(nèi)控制溫度優(yōu)選為1000℃,換熱器二內(nèi)控制溫度優(yōu)選為400℃。
進(jìn)一步地,將換熱器二中分離得到的物質(zhì)溶于水后用naoh調(diào)ph值為10-12。fecl2、zncl2等物質(zhì)被分離出來(lái),再溶于水后調(diào)ph值為10-12,利于提純分離出來(lái)的fe、zn等微量重金屬,定期回爐,回收利用。
進(jìn)一步地,步驟(5)具體為將步驟(4)中氯鹽收集單元中排出的煙氣通入水中,得hcl溶液。該操作簡(jiǎn)單可行,成本低廉。
進(jìn)一步地,步驟(6)中的so2回收單元,具體為將步驟(5)中hcl回收單元排出的煙氣與ca(oh)2進(jìn)行反應(yīng)后,再進(jìn)入晶須制備單元進(jìn)行晶須的制備。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果在于:
(1)在等離子體熔融前對(duì)飛灰或底渣加入添加劑預(yù)處理,有利于減少后續(xù)熔融爐或燒結(jié)過(guò)程中的夾帶或煙道二次飛灰現(xiàn)象;
(2)本發(fā)明提供的方法通過(guò)等離子體熔融技術(shù),得到玻璃態(tài)混合體,有利于固化飛灰等污染物中的重金屬;
(3)對(duì)排出的煙氣進(jìn)行處理,可以回收hcl、晶須、nacl、kcl等,做到減量化、無(wú)害化、資源化的目的。
具體實(shí)施方式
為了更好地理解本發(fā)明,下面結(jié)合本實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡明。
實(shí)施例1
將飛灰與建筑垃圾均勻混合,通過(guò)輥壓器壓縮成片,再經(jīng)過(guò)破碎、整粒和篩分工藝得到平均粒徑為32mm的顆粒狀物料,將該顆粒狀物料通入等離子體炬熔融爐中,以氧氣作為等離子體炬工作載氣,熔融爐溫度為1500℃,熔融后的飛灰經(jīng)風(fēng)冷冷卻得到玻璃態(tài)物體;熔融爐中的煙氣排出,先后通入換熱裝置一和換熱裝置二,其中換熱裝置一將煙氣溫度降為1000℃,nacl和kcl被分離出來(lái),換熱裝置二將煙氣溫度降為400℃,fecl2、zncl2等物質(zhì)被分離出來(lái);將從換熱裝置二出來(lái)的煙氣通入水中回收hcl,將不溶于水的煙氣通入ca(oh)2中,回收so2。經(jīng)上述處理的煙氣最后排出,達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例2
將飛灰與碎玻璃均勻混合,通過(guò)輥壓器壓縮成片,再經(jīng)過(guò)破碎、整粒和篩分工藝得到平均粒徑為25mm的顆粒狀物料,該物料中,ca與si的質(zhì)量比值為4.0,將該顆粒狀物料通入等離子體炬熔融爐中,以氧氣作為等離子體炬工作載氣,熔融爐溫度為1300℃,熔融后的飛灰經(jīng)風(fēng)冷冷卻得到玻璃態(tài)物體;熔融爐中的煙氣排出,先后通入換熱裝置一和換熱裝置二,其中換熱裝置一將煙氣溫度降為980℃,nacl和kcl被分離出來(lái),換熱裝置二將煙氣溫度降為390℃,fecl2、zncl2等物質(zhì)被分離出來(lái),將分離得到的fecl2、zncl2溶于水后用naoh調(diào)ph值為12,得到固體的氫氧化沉淀物,回爐后得到鐵、鋅的氧化物回收利用;將從換熱裝置二出來(lái)的煙氣通入水中,回收hcl;將不溶于水的煙氣通入ca(oh)2中,回收so2。經(jīng)上述處理的氣體最后排出,達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例3
將飛灰與垃圾焚燒底渣均勻混合,該底渣中si含量較高,通過(guò)輥壓器壓縮成片,再經(jīng)過(guò)破碎、整粒和篩分工藝得到平均粒徑為20mm的顆粒狀物料,將該顆粒狀物料通入等離子體炬熔融爐中,以氧氣作為等離子體炬工作載氣,熔融爐溫度為1100℃,熔融后的飛灰經(jīng)風(fēng)冷冷卻得到玻璃態(tài)物體;熔融爐中的煙氣排出,先后通入換熱裝置一和換熱裝置二,其中換熱裝置一將煙氣溫度降為900℃,nacl和kcl被分離出來(lái),換熱裝置二將煙氣溫度降為400℃,fecl2、zncl2等物質(zhì)被分離出來(lái);將從換熱裝置二出來(lái)的煙氣通入水中,回收hcl;將不溶于水的煙氣通入ca(oh)2中,回收so2。經(jīng)上述處理的氣體最后排出,達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例4
將飛灰與廢液均勻混合,該廢液中si含量較高,通過(guò)輥壓器壓縮成片,再經(jīng)過(guò)破碎、整粒和篩分工藝得到平均粒徑為10mm的顆粒狀物料,將該顆粒狀物料通入等離子體炬熔融爐中,以氧氣作為等離子體炬工作載氣,熔融爐溫度為1100℃,熔融后的飛灰經(jīng)風(fēng)冷冷卻得到玻璃態(tài)物體;熔融爐中的煙氣排出,先后通入換熱裝置一和換熱裝置二,其中換熱裝置一將煙氣溫度降為1000℃,nacl和kcl被分離出來(lái),換熱裝置二將煙氣溫度降為400℃,fecl2、zncl2等物質(zhì)被分離出來(lái),將分離得到的fecl2、zncl2溶于水后用naoh調(diào)ph值為11,得到固體的氫氧化沉淀物,回爐后得到鐵、鋅的氧化物回收利用;將從換熱裝置二出來(lái)的煙氣通入布袋除塵器中,除去其中夾雜的少量固體粉塵;然后將從布袋除塵器中排放不來(lái)的煙氣通入水中,得hcl溶液;將不溶于水的煙氣繼續(xù)通入ca(oh)2溶液中,回收so2。經(jīng)上述處理的氣體最后排出,達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
上述實(shí)施例僅僅是較佳的實(shí)施例,并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾,都應(yīng)作為本發(fā)明的技術(shù)范疇。