CN101554632A

CN101554632A - 利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法

Info

Publication number: CN101554632A
Application number: CNA2009101038927A
Authority: CN
Inventors: 李秉正; 杨龙; 邓勇
Original assignee: CHONGQING RUIFAN DEVELOPMENT OF RENEWABLE ENERGY Inc
Current assignee: CHONGQING ANGRUIYUE SCIENCE AND TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: CN101554632B

Abstract

本发明提出一种利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，所述方法是以炼铁高炉为处理装置，将垃圾飞灰在高炉喷吹煤粉前混入煤粉中，通过高炉喷煤工艺将煤粉与垃圾飞灰的混合物送入高炉炉缸内，或是将垃圾飞灰混入炼铁高炉使用的再生球团中，将混有垃圾飞灰的再生球团送入炼铁高炉中，作为炼铁高炉炼铁时的常用原料——球团矿进行正常的冶炼，利用高炉炉缸区域的高温和还原性气氛，达到飞灰处理及再生利用的目的。本发明能大批量处理垃圾飞灰，不需要另建专门的设备，不仅能有效处理掉有害物质，不产生新的有害物质，飞灰中的Ca和一些金属物质还能为炼铁所利用，进入生铁或炉渣中，得到再生利用。

Description

利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法

技术领域

本发明属于垃圾处理技术，具体涉及对垃圾飞灰进行处理的技术。

背景技术

垃圾飞灰是在垃圾焚烧处理中产生的，垃圾飞灰的主要成分有CaO、SiO2、Al2O3、SO3等，其中含有较高浓度的重金属Pb、Cd、Hg、Cr、Cu、Zn等，还有二噁英，因此垃圾飞灰是进入国家危险物目录的物质，必须经过有效处理才能防止其对环境的污染。目前比较安全的垃圾飞灰处理方法有三种：1、水泥混凝固化处理——填埋；2、化学药剂处理——填埋；3、熔融处理——再生利用。而熔融处理——再生利用方法是较先进的处理方法。

熔融处理——再生利用方法又分为两类：一类是高温氧化气氛熔融处理法，另一类是高温还原气氛熔融处理法。现在已有大量的研究表明，熔融处理能够可彻底消除飞灰中的二噁英，飞灰中所含的低沸点的重金属盐类转移到空气中并以熔融飞灰的形式捕集下来，其余金属则转移到玻璃熔渣中，大大降低了重金属的浸出特性，(文献1：北京化工大学环境工程系、中国环境科学研究院：姜永海、席北斗、李秀金、王琪、张晓萱《垃圾焚烧飞灰熔融固化处理过程特性分析》；文献2：哈尔滨工业大学能源科学与工程学院：别如山、刘欢鹏《垃圾焚烧飞灰旋风炉高温熔融处理及再生利用新技术》；文献3：浙江大学：李建新、严建华、倪明江、岑可法《垃圾焚烧飞灰中重金属稳定化处理》)。

但是，采用高温氧化气氛熔融处理，业界的研究要么是设计专用设备，要么是利用炼铁设备中的球团竖炉、烧结炉、炼钢转炉等，这类设备能达到对垃圾飞灰中的有害物质如二噁英等进行处理的要求，但采用高温氧化气氛熔融处理，当熔融温度在800℃以上时，重金属中的三价铬会全部转化成六价鉻，而六价鉻为吞入性毒物/吸入性极毒物，皮肤接触可能导致敏感，更可能造成遗传性基因缺陷，吸入可能致癌，对环境有持久危险性，这在国内外的环境保护标准中都不准许存在。

而采用高温还原气氛熔融法可以有效避免这一问题，但是目前国内外的高温还原气氛熔融法都是采用专门的高温还原气氛熔融设备，如采用表面熔融炉，电弧熔融炉，等离子体熔融炉，旋风炉等，这些设备的建设及运行成本极高，难以进行产业化实施。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提出一种利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，直接利用现有的炼铁高炉，在炼铁过程中同时对垃圾飞灰进行有效处理，不需要建专用设备，大大降低成本，不仅能有效处理掉有害物质，不产生新的有害物质，飞灰中的Ca和一些金属物质还能为炼铁所利用，进入生铁或炉渣中，得到再生利用。

本发明的技术方案如下：

本方法是直接利用现有成熟的炼铁高炉作为设备，并在炼铁的过程中同时对垃圾飞灰进行处理和再生利用。

具体的方法有两种，一种是在高炉喷吹煤粉前，将喷吹总重量1％-10％的垃圾飞灰混入煤粉中，通过正常的高炉喷煤工艺将煤粉和垃圾飞灰的混合粉末送入高炉炉缸内，垃圾飞灰在还原气氛下被高温分解，有效地避免了Cr³⁺向Cr⁶⁺的转化，达到处理及再生利用的目的。

另一种方法是将垃圾飞灰作为球团矿的原料使用，重量按普通球团矿原料总重量的1％-10％混入普通球团矿的原料中，制成再生球团，进入高炉中按现行炼铁的常规方法进行高温还原冶炼，在不影响高炉冶炼过程的同时，达到处理及再生利用的目的。而再生球团在入高炉时，替代普通球团的比例在1-30％范围内。

再生球团包含的其它原料有：

含铁60％以上的炼钢除尘污泥占10-60％；

含铁60％以上的烧结除尘灰占15％-45％，(“烧结除尘灰”是烧结厂在铁矿石烧结过程中，经过除尘器收集起来的含铁灰尘，它包括机头除尘灰、机尾除尘灰及环冷除尘灰，由于烧结除尘灰的含铁量只有40％-55％左右，在混入再生球团之前必须用选矿方法将其富集到含铁量60％以上)；

含铁量60％以上的炼铁重力除尘灰占10-45％(由于炼铁重力除尘灰的含铁量只有40％-55％，在混入再生球团之前必须用选矿方法将其富集到含铁量60％以上)。

按上述所有原料重量总和在加入1-2％的粘结剂GY-3和重金属稳定剂TSA-1 0.2-0.5％。

将所有原料按常规的球团矿制作方法制作成再生球团。

本发明在充分研究国际国内现有的垃圾飞灰熔融处理理论的基础上，撇开了本领域技术人员的常规思维，没有从设计专门的还原气氛熔融炉着手，而是巧妙地利用了钢铁行业的炼铁高炉。因为经申请人研究发现，只有在充分的还原气氛中，才能保证垃圾飞灰三价铬不再转化为六价铬，而炼铁高炉具有最佳的高温(1400-1800℃)还原气氛，它既能有效地对垃圾飞灰进行无害化处理，还能利用垃圾飞灰中的有用元素，转化到炼制的生铁中。而其它冶金炉，如烧结炉、球团竖炉、炼钢转炉等都不是在还原气氛中工作，无法有效抑制三价铬向六价铬转变，因而无法直接对垃圾飞灰进行无害化处理，除非在能有效抑制三价铬向六价铬转变的预处理添加剂研制成功后，方可进行试生产。

以下是对垃圾飞灰在炼铁高炉中进行熔融处理的机理分析：

在炼铁高炉中，充分的还原气氛和1400-1800℃的高温，垃圾飞灰中的二噁英及其他有害物质可以被彻底分解，对此国内外有关专家已经做过研究，详见背景技术中提及的文献1、2，三价铬可以保持不变，而铬金属、三价或四价铬并不具有这些毒性，详见文献3，不再产生剧毒物质六价鉻。

垃圾飞灰以混入煤粉中喷吹或混入再生球团中进入炼铁高炉后，垃圾飞灰中的CaO和其他金属物质得到再生利用。外国专家M.TaKaoba和S.SaKai等进行的熔融实验研究表明了熔融过程中重金属的迁移特性：Zn、Cr、Mn、Ca、Ti、Al、Ni、Cu等高挥发点金属转移到熔渣中，低挥发点金属如Pb、Cd转移到飞灰和熔融炉废气中。再结合国内外高炉内非铁元素的还原研究表明，在高炉冶炼条件下，Cd、Co、Ni、Pb、P、Zn等可以被全部还原，Al₂O₃、CaO、MgO不能被还原而全部进入炉渣，Cr、Mn、Si、Ti、V等只能还原部分，其中Mn有60-40％进入生铁，5-10％被煤气带走其余以MnO的状态进入炉渣；Zn被还原后极为挥发并再次氧化成ZnO，一部分渗入炉衬，一部分则随煤气带出高炉，经处理后富集中于除尘灰中，可进一步回收；Pb、Cd等则主要沉积于炉底；V约有70-80％进入生铁，剩余部分进入炉渣中；Cr约有45％被还原进入生铁，其余以Cr₂O₃进入炉渣中；Ti则主要进入炉渣中；Cu、Co、Ni、P等全部进入生铁中。结合两者的研究可以表明，垃圾飞灰中的各种成分和重金属物质在高炉冶炼条件下，经过高炉高温还原气氛熔融法无害化处理后，多数进入高炉水渣，可以制造水泥，少数进入洗涤灰，经炼锌、选铁后可制水泥或制砖铺路，还有一部分可以还原进入生铁，得到再生利用，而且都不再存在有害物质。

以下是利用方法处理垃圾飞灰的经济效益预算：飞灰中含铁8％，每吨垃圾飞灰能产生铁水80公斤，价值194元；含CaO平均为30％，为300公斤氧化钙相当于600公斤石灰石，价值45元；含钛为1.8％，进入铁水0.6％，价值100元；含锰1％，价值192.75元；含铜0.5％，价值56元；每吨垃圾飞灰能产生0.5吨高炉水渣，价值25元，可见每吨垃圾飞灰直接再生价值612.75元。

以垃圾飞灰混入煤粉喷吹进入高炉中处理计算

飞灰掺入煤粉比例为1％，喷煤比100kg/t铁水，即飞灰与铁水比为1kg/t铁水，因飞灰为渣相构成，即可视为增加高炉炉渣为1kg/t铁水，而渣铁比为50％，即500kg渣/t铁水，对应焦比为500kg/t铁水，即1kg渣消耗1kg焦炭，故1kg飞灰消耗热量为1kg焦炭，即在飞灰掺入煤粉比例为1％时，焦比上升幅度为1kg/t铁水，飞灰中CaO的含量为30％，可视为焦比上升幅度为0.7kg/t铁水，按1kg飞灰价值为0.61275元，1kg焦炭为1.5元计算，则经济效益为--0.43725元/kg飞灰，如年处理10000吨飞灰，则需付出437.25万元。

以垃圾飞灰制作再生球团计算，每年600万吨产能的高炉可用288万吨的球团矿，加入的再生球团按10％计算，需要28.8万吨再生球团，垃圾飞灰的利用量按再生球团的8％计算，便可处理2.3万吨的垃圾飞灰。相应加大再生球团的入炉比例，垃圾飞灰的处理量可逐步增加到20万吨以上。以重庆同兴垃圾发电厂为例，它每年产生2万多吨垃圾飞灰，按现行的方法需要花费500多万元去用水泥固化填埋，如采用本方法处理，一方面将节约500多万元，另一方面还将产生再生价值一千多万元。

可见，本发明的优点是十分显著的：不需要另建专门的设备，并且还给高炉炼铁带来好处，建设及运行费用极低，能大批量处理垃圾飞灰，经此无害化处理后的垃圾飞灰，可进入再生资源、纳入循环经济的范畴，每一个城市的垃圾飞灰都可以在就近的钢铁厂进行减量化、无害化、资源化处理，因此本方法有着巨大的社会效益和经济效益。

具体实施方式

实施例1：与煤粉混合喷吹方式，垃圾飞灰混入量是喷吹总重量1％-10％：

高炉喷煤工艺系统主要由原煤贮运、煤粉制备、煤粉输送、煤粉喷吹、干燥气体制备和供气动力系统组成。可采用如图1所示的高炉煤粉喷吹系统(并列罐式)，其中1.翻斗车2.受媒机3.皮带机4.原煤仓5.给煤机6.磨煤机7.干燥气炉8.布袋收集器9.锁气器10.塞头阀11.煤粉仓12.粉仓电子秤13.流化嘴14.球面换向阀15.喷吹罐下料阀16.软连接17.喷吹罐18.喷吹罐电子秤19.下煤阀20.喷吹阀21.混合器(或可调煤粉给料器)22.喷煤粉球阀23.安全阀24.补气调节器25.分配器26.喷枪球阀27.喷枪28.弹子阀29.常压阀30.过滤器31.空气贮罐32.补气逆止器33.充压阀34.散放阀。

垃圾飞灰由罐装车从垃圾发电厂运送到炼铁厂高炉喷煤工艺系统，将罐装车的放灰管接入带电子计量装置的输送系统中，按设计量按时输入进喷煤工艺系统中的给煤机5内，经磨煤机6混合均匀后，进入煤粉仓11，再进入喷吹罐17，接着进入混合器21，经过过滤器30、进入分配器25，再经过喷枪27进入高炉炉缸。

煤粉进入高炉炉缸后燃烧，一方面产生热量维持炉内温度(1600-1800)℃；另一方面产生大量一氧化碳和氢维持炉内还原气氛。

垃圾飞灰进入高炉炉缸后一方面在高温的作用下，迅速熔融，二噁英及其他有害物质被彻底分解，重金属中的铁、铜、锰、镍、铬、钛全部或部分熔入铁水中，部分和铝、镁全部熔入玻璃熔渣中，铅和鎘沉入炉底，还有很少部分和锌进入烟气中，经洗涤除尘器进入除尘灰中；另一方面三价铬在还原气氛中保持不变，不会被氧化成剧毒物质六价铬。部分进入铁水中，部分进入玻璃熔渣中。

实施例2：

一、制成再生球团方式：

再生球团矿原料组成方案1：

含铁60％以上的炼钢除尘污泥占30％；

含铁量60％以上的烧结除尘灰占40％；

含铁量60％以上的炼铁重力除尘灰占30％；

垃圾飞灰占3％；

粘接剂GY-31％、重金属稳定剂TSA-1 0.2％。

再生球团矿原料组成方案2：

含铁60％以上的炼钢除尘污泥占50％；

含铁量60％以上的烧结除尘灰占30％；

含铁量60％以上的炼铁重力除尘灰占20％；

垃圾飞灰占10％；

粘接剂GY-32％、重金属稳定剂TSA-10.4％。

再生球团矿原料组成方案3

含铁60％以上的炼钢除尘污泥占50％；

含铁量60％以上的烧结除尘灰占40％；

含铁量60％以上的炼铁重力除尘灰占10％；

垃圾飞灰占5％；

粘接剂GY-31％、重金属稳定剂TSA-10.5％。

再生球团的工艺流程与普通球团的工艺流程是完全相同的，区别在于原料的不同和焙烧温度的不同。焙烧的炉温需控制在200℃起到800℃以下。最好控制在600℃左右，以防止三价铬被氧化成剧毒物质六价铬。

采用竖炉以“炉料与气流逆向交换”的工艺引风焙烧氧化球团矿，其工艺流程详如下：

将原料进干燥机烘干后，通过圆盘给料机在搅拌机内与同样通过另一台圆盘给料机进料的粘接剂GY-3和重金属稳定剂TSA-1按比例进行充分混合搅拌，经皮带输送机到圆盘造球机，加水后造成生球，通过滚轴筛对生球及碎料筛分后，送进竖式焙烧炉上部的布料器入炉，通过干燥、预热、焙烧、均热、冷却等工序，将铁粉球团焙烧成熟料球团从炉底排出，通过自动卸料机由斗式提升机运至成品料仓，进行储存、外运。

(1)原料干燥

再生球团原料，通过干燥机将多余水分脱出以达到生产标准要求。

(2)配料

干燥过的再生球团原料和粘接剂GY-3和重金属稳定剂TSA-1，通过控制各自使用量的圆盘给料机进入搅拌机进行充分混合及搅拌。

(3)团球

混合均匀的再生球团原料和接剂GY-3和重金属稳定剂TSA-1经皮带输送机运至圆盘造球机，加水后在圆盘造球机内团成生球团，圆盘造球机送出的生球由皮带输送机送至滚轴筛，将碎料筛出，合格球团进入下一道工序。

(4)上料

竖炉进料口分为两层，生球团进口，中间层为煤进口和进气风门。生球团由皮带机送到顶层布料器，由人工控制均匀布料。竖炉焙烧用煤由提升机送至加煤平台，由人工加煤、控制风门进风量。竖炉上料时球团为湿物料，故通过皮带输送机加料不会产尘；因竖炉上煤口和风口处于同一高度，上煤时产生的少量煤尘会迅速随气流进入风门燃烧。因此上料工序也无粉尘污染产生。

(5)竖炉焙烧

竖炉为引风烧结负压操作，经滚轴筛筛出的合格生球团由竖炉顶层加入，在炉内依次完成干燥、预热、焙烧、均热、冷却等工序，生产出酸性球团矿。冷却后的球团矿从竖炉下层卸料平台经自卸机运至斗式提升机处，经筛选入储料仓。竖炉出料时，无粉尘产生，因为竖炉采用引风焙烧工艺，气流与炉料逆向运动，出料时产生的粉尘会随气流重新进入炉内；另外，出料粉尘的粒径和密度均较大，没有随气流进入炉内的粉尘也不会扬起。

(6)球团矿过筛

球团自圆盘造球机造出后，要通过滚轴筛进行第一次筛分，焙烧后的球团还要经过斗式提升机后的第二次筛分。这样合格球团即可储存、外售，筛余物返回搅拌机后进入圆盘造球机重新参与造球。

(7)成品储存外运

球团矿经斗式提升机运至成品料仓储存，即可由料仓卸料部分进行装车外运。

二、再生球团进高炉炼铁

高炉进料按球团矿30％，烧结矿70％的比例入炉，而再生球团替代普通球团的比例可在1-30％范围内变化。每一批进料时，将再生球团与普通球团按计算比例顺序进入皮带机、提升料斗，然后进入高炉。

Claims

1、利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，其特征在于所述方法以炼铁高炉为处理装置，将垃圾飞灰在高炉喷吹煤粉前混入煤粉中，通过高炉喷煤工艺将煤粉与垃圾飞灰的混合物送入高炉炉缸内，利用高炉炉缸区域的高温和还原性气氛，达到飞灰处理及再生利用的目的。

2、根据权利要求1所述的利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，其特征在于，所述垃圾飞灰的混入量是总喷吹重量的1％-10％。

3、利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，其特征在于所述方法以炼铁高炉为处理装置，将垃圾飞灰混入炼铁高炉使用的球团矿中，制成再生球团，将混有垃圾飞灰的再生球团送入炼铁高炉中，作为炼铁高炉炼铁时的常用原料——球团矿进行正常的冶炼，在不影响高炉正常冶炼过程的前提下达到处理及再生利用的目的。

4、根据权利要求3所述的利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，其特征在于，所述垃圾飞灰的混入量是球团矿总原料量的1％-10％，而再生球团在入高炉时，替代普通球团的比例在1-30％范围内。

5、根据权利要求4所述的利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，其特征在于，所述垃圾飞灰的混入量是球团矿总原料量的3-10％。

6、根据权利要求4或5所述的利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，其特征在于，所述再生球团包含的其它原料有：含铁60％以上的炼钢除尘污泥占10-60％；含铁量60％的烧结除尘灰占15％-45％，含铁量60％以上的炼铁重力除尘灰占10-45％；垃圾飞灰占1-10％；另外，还按再生球团原料总重量的1-2％加入粘接剂GY-3和案0.2-0.5％加入重金属稳定剂TSA-1进行冷固球团制作和焙烧球团制作。

根据权利要求6所述的利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，其特征在于，所述焙烧球团制作时，焙烧的炉温需控制在200℃起到800℃以下。