CN109647849A - 垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统，包括与焚烧炉排烟筒依次相连的降温塔、布袋除尘器、吸收塔、洗涤池，与降温塔和布袋除尘器相连的飞灰收集器，与飞灰收集器依次连接水洗池、干燥箱、造粒机、熔融池、冷却池，熔融池内产生的烟气通入焚烧炉内进行二次处理，熔融池中产生的飞灰进入与熔融池相连的冷却池内，造粒机上连接有添加剂仓，用于向造粒机内通入添加剂；降温塔和布袋除尘器上均连接有石灰水储存仓和活性炭仓，布袋除尘器上连接有空压机；所述洗涤池内有与烟气体积比为1:2‑2.5的洗涤液。本发明具有能够协同处理废气和飞灰、成本低、处理效果好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾处理技术领域，更具体地说，它涉及一种垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统。
背景技术
近年来，由于生活垃圾焚烧处理具有减量化大、资源利用率高等特点而越来越受到关注。但垃圾焚烧处理过程中会产生有毒烟气、底渣和飞灰，这也制约了该技术的推广应用。因此，垃圾焚烧污染控制成为了环境工程领域研究的热点。其中飞灰的产量大约为生活垃圾质量的2％-5％，飞灰中不但含有Pb，Hg，Cu，Cd，Zn，Ni和Cr等高浓度的重金属污染物，还含有二噁英等有机污染物，因此，垃圾焚烧飞灰被列入危险废弃物名录(HW18)。垃圾焚烧飞灰具有极强的致畸和致癌毒性，一旦随意排放到环境中，其危害性不言而喻。
目前，垃圾焚烧飞灰的无害化处理技术有熔融/玻璃固化、水泥固化、化学稳定法、酸或其它溶剂洗提法等。现有技术中，申请公布号为CN102173721A的中国发明专利文件公开了一种垃圾焚烧飞灰固结剂及垃圾焚烧飞灰的固结方法，该发明具有降低飞灰中的重金属浸出毒性的优点。但是在实际使用时会降低沥青的性能，另一方面还是会有少量的重金属发生渗漏，造成二次污染。
垃圾焚烧中产生的废气主要为酸性气体，如CO、NOX、SO2、HCl等，现有技术中，申请公布号为CN104896488A的中国发明专利文件中国公开了一种处理垃圾焚烧废气的系统，该发明虽具有废气排出后无需降温、节约能耗和处理废气流量大的有点，但是功能较为单一，只能处理废气使用。
目前对于垃圾焚烧废气和飞灰的处理方法存在以下缺陷：1、协同性差，垃圾焚烧厂的垃圾焚烧废气和飞灰处理工程都是单独完成；2、处理成本高，垃圾焚烧飞灰处理方法主要通过固化后填埋，占地面积大，处理成本较高；3、处理效果低，焚烧废气经过处理后直接排放，对附近环境造成伤害；飞灰固化效果比较差，且飞灰中的重金属和二噁英没有脱离完全，对填埋场周围环境潜在风险。在较长时间的填埋处理中，飞灰中的重金属和二噁英又渗滤到环境中，造成第二次污染。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统，其具有协同处理焚烧废气和飞灰、处理成本低、处理效果好的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统，包括与焚烧炉排烟筒相连的降温塔、与降温塔相连的布袋除尘器、与布袋除尘器相连的吸收塔与吸收塔连接的洗涤池，降温塔和布袋除尘器的飞灰通过管道引入位于降温塔下方的飞灰收集器，飞灰收集器中的飞灰通过管道进入水洗池中的水中，经过水洗后的飞灰通过管道进入干燥箱，降温塔中的热量经过管道进入干燥箱，经过干燥的飞灰通过管道进入造粒机，在造粒机内制成颗粒，再输送至熔融池内进行熔融处理；
熔融池内产生的烟气通入焚烧炉内进行二次处理，熔融池中产生的飞灰进入与熔融池相连的冷却池内，造粒机上连接有添加剂仓，用于向造粒机内通入添加剂；
降温塔和布袋除尘器上均连接有石灰水储存仓和活性炭仓，布袋除尘器上连接有空压机；
所述洗涤池内有与烟气体积比为1:2-2.5的洗涤液。
通过采用上述技术方案，由于采用降温塔对焚烧后的烟气进行降温处理，降温处理能够使烟气中的酸性物质从烟气中脱离，含有酸性物质的飞灰从烟气中脱离至飞灰收集器中，布袋除尘器再次分离烟气中的飞灰和固体颗粒，且布袋除尘器上粘附的尘饼上含有大量的消石灰和活性炭，能够继续与烟气中的酸性污染物发生中和反应，并且吸附重金属和二噁英，再次对酸性污染物进行吸收，之后烟气从吸收塔的底部进入吸收塔内，能够增大气液接触面积，延长烟气的处理时间，使烟气在吸收塔内充分反应，对烟气进行洗涤处理，经过吸收塔洗涤的烟气进入洗涤池内，洗涤池内的洗涤液能够再次对烟气中的重金属离子、酸性污染物以及易溶于水的污染物进行吸收，获得复合排放标准的气体；收集在飞灰收集器中的飞灰经过水洗，能够除去易溶于水中的有机物，之后使用降温塔中的热量对干燥箱进行干燥，提高了能源利用率，降低了系统的运行成本，再用造粒机对飞灰和添加剂进行混合造粒，之后进行熔融得到无害的熔渣，将熔渣可以用作建筑材料，且经过熔融处理的飞灰无环境危害，不需填埋，不会对环境造成二次伤害，通过同时对焚烧产生的废气和飞灰进行处理，相互协同，且处理成本低，处理效果好。
进一步地，所述洗涤液包含以下重量份的物质：26-38份水、1.5-2.2份碳酸氢钠、2.1-2.6份天然植物液除臭剂、1.2-1.8份次氯酸钠、1.6-1.9份氢氧化钠、0.8-1.2份磷酸三钠、0.9-1.5份乙二胺四乙酸。
通过采用上述技术方案，因为烟气中含有较多酸性气体，如CO、NOX、SO2、HCl等，因此需要使用含有碱性的物质的溶液对烟气中的酸性气体进行中和，碳酸氢钠、次氯酸钠和氢氧化钠均属于碱性物质，能够对酸性气体进行中和，磷酸三钠和乙二胺四乙酸能够和金属离子产生络合反应，将金属离子从烟气中脱离，且天然植物除臭液能够去除烟气中的异味，达到净化烟气的效果。
进一步地，所述添加剂包含以下组分：0.8-1.6份磷酸亚铁、0.2-0.6份氧化钙、2.1-3.1份硅酸钠、0.2-0.5份有机硫TMT-15、1.3-1.6份硅藻土、0.5-0.9份活性炭。
通过采用上述技术方案，使用有机硫TMT-15，能够与飞灰中的重金属离子鳌合，使飞灰中的重金属离子转化为难溶的化合物，使飞灰较为稳定，减少飞灰中污染物的释放，并且使用磷酸亚铁和氧化钙，通过致密的网状胶结物使飞灰固化，实现对飞灰的包裹作用，使飞灰污染物钝化，并且能够提高飞灰的强度和抗环境侵蚀的能力，同时氧化钙能够与飞灰中的As形成沉淀，磷酸亚铁能够与重金属形成沉淀，实现飞灰的稳定，通过各种添加剂与飞灰共同混合，对飞灰进行固化稳定化处理，降低飞灰中的污染物释放，增强了飞灰抗环境腐蚀的能力，避免飞灰产生二次污染，且增加具有多孔结构的活性炭和硅藻土，能够吸附飞灰的异味和二噁英，达到净化飞灰的效果，同时能够增加飞灰的强度。
进一步地，所述水洗池底部连接有二氧化碳鼓泡机。
通过采用上述技术方案，由于使用二氧化碳鼓泡机向水洗池内通入二氧化碳气泡，能够促进重金属离子的溶解，提高重金属的回收率，并且增大飞灰的净化率。
进一步地，所述吸收塔中设置多层格栅，格栅上放置大量直径为5-7cm的耐酸碱的塑料小球，且塔内设置多层上喷下淋水嘴。
通过采用上述技术方案，当烟气从塔底进入吸收塔内时，能够与从塔顶被喷淋在塑料小球上的喷淋液充分接触，废气中的NOX、HCl、粉尘等被吸收至喷淋液中，塑料小球增大了气液的接触面积，并且延长了气液的接触时间，使反应充分进行。
进一步地，所述焚烧炉的上方连接有尿素溶液储存罐，用于向焚烧炉中喷洒尿素溶液。
通过采用上述技术方案，喷洒的尿素溶液与水和一氧化氮发生反应，最终生产氮气，具体反应方程式如下：(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2，4NH3+4NO→4N2+6H2O，主要进行了脱氮处理，降低NOX的浓度，使其达到排放标准。
进一步地，所述熔融池的熔融方式为等离子体熔融、回转窑或熔块炉。
进一步地，所述水洗池内添加有与飞灰质量比为1:1.2-1.6的重金属离子捕捉剂。
通过采用上述技术方案，当飞灰进入水洗池内进行水洗时，水洗池内的重金属离子捕捉剂能够与飞灰中的重金属离子发生鳌合作用，使重金属离子转化为难溶的化合物，从而从飞灰中脱离，减少飞灰中污染物的释放。
进一步地，所述水洗池中飞灰与水的质量比为1:10-15，水洗时间为20-30min，搅拌速率为300-300转/min。
通过采用上述技术方案，将飞灰引入水洗池中进行水洗，水洗能够去除飞灰中可溶性盐和氯离子，降低可溶性盐的浓度，进而降低重金属的溶出。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、本发明的废气和飞灰处理系统能够同时处理废气和飞灰，且废气处理过程与飞灰处理过程相互协同，具有良好的处理效果，且对飞灰进行熔融处理，不需填埋，降低生产成本，避免飞灰对环境的二次污染。
第二、本发明中在水洗池内放置二氧化碳鼓泡机，能够增加重金属离子的溶出，提高重金属离子的回收，提高净化效果。
第三、本发明中通过使用降温塔中的热量对干燥箱进行干燥，合理利用了能源，提高了能源的利用率。
第四、本发明中通过向干燥后的飞灰中投入添加剂，使飞灰与添加剂共混挤出，能够使飞灰固化，且使飞灰中的重金属离子转化为难溶的化合物，减少飞灰中污染物的释放，提高飞灰的强度和抗环境侵蚀的能力，降低飞灰中的污染物释放，增强了飞灰抗环境腐蚀的能力，避免飞灰产生二次污染。
第五、本发明中通过向水洗池中投入重金属离子捕捉剂，能够鳌合飞灰中的重金属离子，使重金属离子转化为难溶的化合物，从而与飞灰脱离，降低飞灰中污染物的排放。
附图说明
图1是本发明提供的废气和飞灰的处理方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
洗涤液的制备例1-3
制备例1：将1.2千克次氯酸钠、1.6千克氢氧化钠和26千克水置于反应釜中，搅拌溶解，再将1.5千克碳酸氢钠和2.1千克天然植物液除臭剂置于反应釜中，搅拌溶解，并混合均匀，最后将0.8千克磷酸三钠和0.9千克乙二胺四乙酸加入反应釜中，搅拌混合均匀。
制备例2：将1.4千克次氯酸钠、1.7千克氢氧化钠和32千克水置于反应釜中，搅拌溶解，再将1.9千克碳酸氢钠和2.4千克天然植物液除臭剂置于反应釜中，搅拌溶解，并混合均匀，最后将1.0千克磷酸三钠和1.2千克乙二胺四乙酸加入反应釜中，搅拌混合均匀。
制备例3：将1.8千克次氯酸钠、1.9千克氢氧化钠和38千克水置于反应釜中，搅拌溶解，再将2.2千克碳酸氢钠和2.6千克天然植物液除臭剂置于反应釜中，搅拌溶解，并混合均匀，最后将1.2千克磷酸三钠和1.5千克乙二胺四乙酸加入反应釜中，搅拌混合均匀。
实施例
实施例1：一种垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统，参见图1，与焚烧炉连接的降温塔、与降温塔依次连接的布袋除尘器、吸收塔和洗涤池、与降温塔和布袋除尘器连接的飞灰收集器、与飞灰收集器依次连接的水洗池、干燥箱、造粒机、熔融炉和冷却池。
焚烧炉上连接有尿素溶液储存罐，尿素溶液储存管内的尿素溶液质量分数为40％，通过管道喷洒进焚烧炉中，焚烧炉中产生的烟气通过管道进入降温塔内，降温塔和布袋除尘器上通过管道均连接有石灰水储存仓和活性炭仓，布袋除尘器上通过管道连接有空压机；不断向降温塔内和布袋除尘器上喷洒石灰水，并且不断投入活性炭，吸收烟气中的酸性物质和臭味，通过空压机向布袋除尘器内提供压缩空气，帮助布袋除尘器完成喷吹清灰的作用。
吸收塔为逆流式喷淋填料吸收塔，吸收液为质量分数为30％的氢氧化钠溶液和质量分数为37％的尿素溶液，填料为拉西环，拉西环为萍乡市承雨化工有限公司制备的型号为100y的陶瓷波纹填料；吸收塔的底部连接有废液池，用于接收喷淋洗涤烟气后的废液，经过吸收塔洗涤的烟气通过管道进入洗涤池的底部，洗涤池内有与烟气体积比为1:2的洗涤液，其中洗涤液由制备例1制备而成，烟气进入洗涤池内，洗涤液对烟气中的酸性物质、重金属离子和有机污染物进行吸收，洗涤液由制备例1制备而成；经过洗涤池洗涤吸收后的烟气检测是否符合排放标准，若符合排放标准，则直接排放，若不符合排放标准，则使用管道将烟气再次引入焚烧炉内进行二次处理。
经过飞灰收集器收集的飞灰经过管道引入水洗池内，水洗池的底部连接有二氧化碳鼓泡机，在水洗池内经过水洗的飞灰通过管道引入干燥箱内，干燥箱与降温塔通过管道连接，通过降温塔中的烟气余热对水洗后的飞灰进行干燥，干燥后的飞灰与添加剂仓中的添加剂在造粒机中按照1:1.57的比例混合，造粒机将飞灰和添加剂制成直径为35mm的颗粒，之后将颗粒输送至熔融炉中进行熔融处理，飞灰经过熔融之后得到表面粗糙、棱角较多的熔渣，熔融炉在熔融过程中产生的废气经过管道进入焚烧炉中，再次进行处理，熔融炉产生的飞灰经过管道进入冷却池中，冷却得到无污染且表面光滑致密的玻璃熔渣。
其中水洗池中飞灰与水的质量比为1:10，水洗时间为20min，搅拌速率为300转/min，二氧化碳鼓泡机鼓入水洗池中的二氧化碳量与飞灰的比例为1L/min:1Kg；水洗池内添加有与飞灰质量比为1:1.2的重金属离子捕捉剂，重金属离子捕捉剂为武汉博仁迪科技有限公司生产的型号为TMT-18F的重金属离子捕捉剂。
添加剂仓中的添加剂如表1所示，“份”代表重量份。
熔融炉为等离子提熔融炉，等离子体熔融炉的熔融温度为1800℃，冷却池的冷却方式为风冷。
实施例2-4：一种垃圾焚烧废气和飞灰的处理系统，与实施例1的区别在于，添加剂所含组分和各组分的重量份数如表1所示。
表1实施例1-4中添加剂所含组分及各组分的重量份数
实施例5：一种垃圾焚烧废气和飞灰的处理系统，与实施例1的区别在于，洗涤池内有与烟气体积比为1:2.3的洗涤液。
实施例6：一种垃圾焚烧废气和飞灰的处理系统，与实施例1的区别在于，洗涤池内有与烟气体积比为1:2.5的洗涤液。
实施例7：一种垃圾焚烧废气和飞灰的处理系统，与实施例1的区别在于，飞灰与添加剂在造粒机中按照1:2.16的比例混合。
实施例8：一种垃圾焚烧废气和飞灰的处理系统，与实施例1的区别在于，飞灰与添加剂在造粒机中按照1:1.87的比例混合。
实施例9：一种垃圾焚烧废气和飞灰的处理系统，与实施例1的区别在于，洗涤液由制备例2制备而成，水洗池中飞灰与水的质量比为1:12，水洗时间为25min，搅拌速率为350转/min，二氧化碳鼓泡机鼓入水洗池中的二氧化碳量与飞灰的比例为1L/min:5Kg；水洗池内添加有与飞灰质量比为1:1.3的重金属离子捕捉剂，重金属离子捕捉剂为武汉博仁迪科技有限公司生产的型号为TMT-18F的重金属离子捕捉剂，等离子体熔融炉的熔融温度为1900℃，冷却池的冷却方式为水冷。
实施例10：一种垃圾焚烧废气和飞灰的处理系统，与实施例1的区别在于，洗涤液由制备例3制备而成，水洗池中飞灰与水的质量比为1:15，水洗时间为30min，搅拌速率为400转/min，二氧化碳鼓泡机鼓入水洗池中的二氧化碳量与飞灰的比例为1L/min:10Kg；水洗池内添加有与飞灰质量比为1:1.5的重金属离子捕捉剂，重金属离子捕捉剂为武汉博仁迪科技有限公司生产的型号为TMT-18F的重金属离子捕捉剂，等离子体熔融炉的熔融温度为2000℃，冷却池的冷却方式为液氮冷。
对比例
对比例1：一种垃圾焚烧废气和飞灰的处理系统，与实施例1的区别在于，洗涤池内有与烟气体积比为1:1.7的洗涤液。
对比例2：一种垃圾焚烧废气和飞灰的处理系统，与实施例1的区别在于，洗涤池内有与烟气体积比为1:2.8的洗涤液。
对比例3：一种垃圾焚烧废气和飞灰的处理系统，与实施例1的区别在于，飞灰与添加剂在造粒机中按照1:1.27的比例混合。
对比例4：一种垃圾焚烧废气和飞灰的处理系统，与实施例1的区别在于，飞灰与添加剂在造粒机中按照1:2.45的比例混合。
对比例5：一种垃圾焚烧废气和飞灰的处理系统，与实施例1的区别在于，不设置洗涤池。
性能检测试验
按照实施例1-10和对比例1-5中的处理系统对焚烧废气和飞灰进行处理，取相同体积的处理后的废气进行检测，按照GB18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》中的方法对各类污染物进行检测，并以其中生活垃圾焚烧炉排放烟气中污染物在一小时的浓度均值作为排放标准，除二噁英类污染物的单位为ngTEQ/m3外，其余污染物的单位均为mg/m3，。
其中氮氧化物以NO2计，汞及其化合物以Hg计，铬、铊及其化合物以Cd+Tl计，砷、镍及其混合物以As+Ni计，检测结果如表2所示。
表2实施例1-10和对比例1-5中排放的烟气中污染物的浓度值
由表2中数据可以看出，按照实施例1-10中处理系统处理的废气中各种污染物的含量均远远小于GB18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》中的排放标准，而按照对比例1-5中处理系统处理的废气中各种污染物的含量均较高，且均超过GB18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》中的排放标准。
按照实施例1-10和对比例1-5中的处理系统对焚烧废气和飞灰进行处理，取相同质量熔融后的熔渣，利用扫描电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测定熔渣中重金属的种类及数量，按照GB/T15555.1-15555.11《固体废物浸出毒性测定方法》中的方法检测熔渣中重金属的浸出液浓度，以GB/T5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中的固体废物浸出毒性浓度限值作为标准,检测结果如表3所示。
表3实施例1-10和对比例1-5中的熔渣检测结果
由表3中的数据可以看出，按照实施例1-10中处理系统制得的熔渣所含重金属浸出液的浓度均低于GB/T50568.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中的浓度限值，而按照对比例1-5中处理系统制备的熔渣重金属浸出液的浓度大于GB/T50568.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中的浓度限值，由此说明按照实施例1-10中处理系统处理飞灰，能够获得无害无污染的熔渣。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统，其特征在于，包括与焚烧炉排烟筒相连的降温塔、与降温塔相连的布袋除尘器、与布袋除尘器相连的吸收塔与吸收塔连接的洗涤池；
降温塔和布袋除尘器的飞灰通过管道引入位于降温塔下方的飞灰收集器，飞灰收集器中的飞灰通过管道进入水洗池中的水中，经过水洗后的飞灰通过管道进入干燥箱，降温塔中的热量经过管道进入干燥箱，经过干燥的飞灰通过管道进入造粒机，在造粒机内制成颗粒，再输送至熔融池内进行熔融处理；
熔融池内产生的烟气通入焚烧炉内进行二次处理，熔融池中产生的飞灰进入与熔融池相连的冷却池内，造粒机上连接有添加剂仓，用于向造粒机内通入添加剂；
降温塔和布袋除尘器上均连接有石灰水储存仓和活性炭仓，布袋除尘器上连接有空压机；
所述洗涤池内有与烟气体积比为1:2-2.5的洗涤液。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统，其特征在于，所述洗涤液包含以下重量份的物质：26-38份水、1.5-2.2份碳酸氢钠、2.1-2.6份天然植物液除臭剂、1.2-1.8份次氯酸钠、1.6-1.9份氢氧化钠、0.8-1.2份磷酸三钠、0.9-1.5份乙二胺四乙酸。
3.根据权利要求1所述的垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统，其特征在于，所述添加剂包含以下组分：0.8-1.6份磷酸亚铁、0.2-0.6份氧化钙、2.1-3.1份硅酸钠、0.2-0.5份有机硫TMT-15、1.3-1.6份硅藻土、0.5-0.9份活性炭。
4.根据权利要求1所述的垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统，其特征在于，所述水洗池底部连接有二氧化碳鼓泡机。
5.根据权利要求1所述的垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统，其特征在于，所述吸收塔中设置多层格栅，格栅上放置大量直径为5-7cm的耐酸碱的塑料小球，且塔内设置多层上喷下淋水嘴。
6.根据权利要求1所述的垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统，其特征在于，所述焚烧炉的上方连接有尿素溶液储存罐，用于向焚烧炉中喷洒尿素溶液。
7.根据权利要求1所述的垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统，其特征在于，所述熔融池的熔融方式为等离子体熔融、回转窑或熔块炉。
8.根据权利要求1所述的垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统，其特征在于，所述水洗池内添加有与飞灰质量比为1:1.2-1.6的重金属离子捕捉剂。
9.根据权利要求1所述的垃圾焚烧废气和飞灰的协同处理系统，其特征在于，所述水洗池中飞灰与水的质量比为1:10-15，水洗时间为20-30min，搅拌速率为300-300转/min。
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