CN111545039A

CN111545039A - 垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化系统及工艺方法

Info

Publication number: CN111545039A
Application number: CN202010385317.7A
Authority: CN
Inventors: 魏秀珍; 马栋豪; 陈金媛
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2020-05-09
Filing date: 2020-05-09
Publication date: 2020-08-18

Abstract

本发明提供了一种垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化系统及工艺方法，本发明用氧化镁料浆作为脱酸剂，脱除垃圾焚烧烟气中的酸性气态物，脱酸剩余的氧化镁和反应生成的氯化镁可以在飞灰固化中作为氯氧镁水泥胶凝原材料使用，本发明有效降低了垃圾焚烧飞灰中的Ca元素含量，在低氧化镁、氯化镁掺量下即可实现对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化，其浸出毒性远低于生活垃圾填埋限值，同时飞灰固化体还具有良好的抗压强度和较小的增容比，该系统和工艺方法保护了土地资源，大大节约了垃圾焚烧飞灰的处置成本，同时降低了飞灰中重金属对环境造成污染的风险。

Description

垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化系统及工艺方法

技术领域

本发明涉及危险废物处理处置技术领域，尤其涉及一种垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化系统及工艺方法。

背景技术

近年来，我国的城市生活垃圾焚烧处理正处于快速发展阶段。垃圾焚烧产生的烟气含有许多酸性物质，必须进行脱酸净化。垃圾焚烧飞灰是垃圾焚烧厂的烟气净化系统中收集的残余物，一般包括除尘器飞灰和反应塔飞灰，由烟气中固体颗粒、加入的化学药剂及化学反应产物等组成。飞灰富含Pb、Ni、Cr、Zn、As等高水平浓度的潜在重金属物质，若不对其进行固化、稳定化处置会对水体、土壤、空气环境造成严重的危害。

水泥基固化飞灰是较为常用的飞灰固化稳定化技术。由于我国生活垃圾焚烧飞灰中溶解性Cl^-的质量占比高达9％～11％，对传统硅酸盐基水泥固化飞灰会产生强烈的抑制效果。导致硅酸盐水泥固化技术存在高掺量、高增容比、金属固化效果差等问题，制约了其在固化飞灰中实际的应用效果。

氯氧镁水泥固化垃圾焚烧飞灰是一项非常有前景的飞灰固化技术。氯氧镁水泥是由氧化镁和氯化镁溶液在一定配比下混合凝结而成的气硬性凝胶材料，具有早期强度高、凝结快、致密度高等优点，氯氧镁水泥的主要胶凝材料氧化镁的饱和水溶液呈弱碱性pH为9.0～10.5。因此氯氧镁水泥对重金属，尤其是两性重金属具有极佳的固化效果。但是氯氧镁水泥固化过程中若存在较多Ca²⁺会影响其安定性导致固化体膨胀、开裂，甚至无法完成胶凝。由于目前国内外常用的垃圾焚烧烟气脱酸使用的碱剂普遍为消石灰，导致飞灰中的Ca²⁺的质量占比可达20％～35％。严重制约了氯氧镁水泥在固化垃圾焚烧飞灰中的应用。

CN 108191320A发明了一种利用生活垃圾焚烧飞灰制作防水氯氧镁耐火砖的方法。其通过在飞灰中加入硫化合物和水对CaO进行熟化，以期消除所生产建材中因游离态CaO(f-CaO)而产生的内应力。但是其硫化合物和氧化镁的质量掺量较高，分别占到飞灰干灰质量的6％～9％和35％～45％。且需要将一次固化后的飞灰固化体骨料破碎后用硅酸盐水泥进行二次固化。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化系统及工艺方法。本发明通过该垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化系统，结合本发明工艺，有效降低了垃圾焚烧飞灰中的Ca元素含量，在低氧化镁、氯化镁掺量下即可实现对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化，其浸出毒性远低于生活垃圾填埋限值。同时飞灰固化体还具有良好的抗压强度和较小的增容比。该系统和工艺保护了土地资源，大大节约了垃圾焚烧飞灰的处置成本，同时降低了飞灰中重金属对环境造成污染的风险。

本发明的技术方案如下：

一种垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化系统，包括：烟气脱酸系统和飞灰固化系统；

所述烟气脱酸系统包括：脱酸氧化镁粉仓、氧化镁浆料池、喷雾反应塔、布袋除尘器、烟囱；喷雾反应塔的顶部设有离心雾化器，并且喷雾反应塔侧壁的上部和下部分别设有反应塔进风口、反应塔出风口，脱酸氧化镁粉仓与氧化镁浆料池连接，氧化镁浆料池通过离心雾化器与喷雾反应塔连接，喷雾反应塔通过反应塔出风口与布袋除尘器连接，布袋除尘器经引风机连接至烟囱；

所述飞灰固化系统包括：灰库、固化氧化镁粉仓、氯化镁储仓、清水罐、氯化镁溶药罐、螺旋式混合装置；氯化镁储仓和清水罐连接至氯化镁溶药罐，氯化镁溶药罐、灰库、固化氧化镁粉仓各自经氯化镁溶液计量罐、飞灰计量罐、固化氧化镁计量罐连接至螺旋式混合装置；

同时，烟气脱酸系统中的喷雾反应塔的底部和布袋除尘器的底部与飞灰固化系统中的灰库连接。

进一步，

所述离心雾化器的雾化粒径小于150μm，优选60～90μm；

所述布袋除尘器所用滤袋材质为PPS或PTFE，滤袋孔径为0.2～3μm。

本发明还提供了一种利用上述系统进行垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化的工艺方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将脱酸氧化镁与水混合，配制浓度为10～15wt％的氧化镁料浆，并通过离心雾化器雾化呈小液滴从喷雾反应塔自上而下喷洒，垃圾焚烧烟气通过反应塔进风口进入喷雾反应塔以下流式与雾化后的氧化镁料浆反应脱酸生成镁盐，大颗粒灰渣从喷雾反应塔底部进入灰库；

所述喷雾反应塔中，烟气停留时间大于10s，通常在10～25s；

(2)脱酸后的烟气从反应塔出风口引出进入布袋除尘器，滤袋过滤的飞灰从布袋除尘器底部进入灰库，净化后的烟气经检测后通过引风机从烟囱排出；

反应塔出风口控制温度为高于烟气露点10～60℃，优选为20～30℃；

(3)氯化镁溶液、固化氧化镁、灰库中的灰粒各自经计量罐配比后，进入螺旋式混合装置混合均匀，制备成氯氧镁水泥凝胶后装入吨袋固化养护，养护3～7天后的固化体可作填埋处置；

所述灰库中的灰粒中Mg元素质量占比为20％～35％，Ca元素质量占比低于5％；

所述固化氧化镁的质量为所述飞灰质量的10％～25％；

所述氯化镁溶液中，MgCl₂的质量为所述飞灰质量的8％～15％；水的质量为所述飞灰质量的60％～80％。

所述工艺方法中，脱酸氧化镁和固化氧化镁采用材料为白云石轻烧粉或菱镁矿轻烧粉，有效MgO活性为50％～80％，目数为150目～320目；

进一步，所述脱酸氧化镁目数为250目～320目，所述固化氧化镁目数为150目。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、使用氧化镁料浆作为脱酸剂，脱除垃圾焚烧烟气中的酸性气态物。氧化镁料浆的pH为9.0～10.5，呈弱碱性，减少了传统半干式脱酸工艺在高温下消石灰对反应塔的腐蚀现象。

2、消石灰浆液液滴与烟气中的SO₄ ²⁺反应会在消石灰表面形成CaSO₄固体包裹，限制脱酸反应进一步进行。而氧化镁料浆与酸性气体反应生成可溶性镁盐，不存在固体颗粒包裹现象，反应充分。

3、脱酸剩余的氧化镁和反应生成的氯化镁可以在飞灰固化中作为氯氧镁水泥胶凝原材料使用。

4、飞灰中CaO含量低于5％，仅有烟气中本身存在部分，无额外投加。几乎不存在游离态CaO(f-CaO)，大大减少了对氯氧镁水泥固化飞灰的安定性影响。使得仅用低飞灰质量占比的氧化镁、氯化镁和水即可对飞灰中重金属起到良好固化效果，增容比低，其重金属浸出低于生活垃圾填埋限值(GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》)。操作简单方便，具备良好的经济效益。

附图说明

图1为本发明垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化系统的结构示意图；

图中：1-脱酸氧化镁粉仓，2-氧化镁浆料池，3-喷雾反应塔，4-布袋除尘器，5-引风机，6-烟囱，7-灰库，8-固化氧化镁粉仓，9-氯化镁储仓，10-清水罐，11-氯化镁溶药罐，12-飞灰计量罐，13-固化氧化镁计量罐，14-氯化镁溶液计量罐，15-螺旋式混合装置，301-离心雾化器，302-反应塔进风口，303-反应塔出风口。

具体实施方式

以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1

如图1所示，一种垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化系统，包括：

脱酸氧化镁粉仓1、氧化镁浆料池2、3-喷雾反应塔3、4-布袋除尘器4、5-引风机5、烟囱6、灰库7、固化氧化镁粉仓8、氯化镁储仓9、清水罐10、氯化镁溶药罐11、飞灰计量罐12、固化氧化镁计量罐13、氯化镁溶液计量罐14、螺旋式混合装置15、离心雾化器301、反应塔进风口302、反应塔出风口303。

本发明一种垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化系统包括：烟气脱酸系统和飞灰固化系统。在烟气脱酸系统和飞灰固化系统均使用到氧化镁，为作区分，分别命名为脱酸氧化镁和固化氧化镁。

使用螺旋输送机将脱酸氧化镁从脱酸氧化镁粉仓1输送到氧化镁浆料池2加水搅拌制备成浓度为10％～15％的MgO/Mg(OH)₂料浆，通过离心雾化器301雾化呈小液滴从喷雾反应塔3自上而下喷洒，垃圾焚烧烟气通过反应塔进风口302进入喷雾反应塔3以下流式与雾化后的氧化镁料浆充分混合。吸收烟气中SO₂、HCl、HF等酸性气体。微量的HF与Mg(OH)₂反应生成MgF₂。SO₂与Mg(OH)₂反应生成亚硫酸镁(MgSO₃)，部分亚硫酸镁进一步被氧化成硫酸镁(MgSO₄)。HCl和Mg(OH)₂反应生成MgCl₂。硫酸镁和氯化镁均属于镁系水泥的胶凝材料，在一定配比下与氧化镁胶凝反应可以生成硫氧镁水泥和氯氧镁水泥，对垃圾焚烧飞灰中的重金属均能起到固化作用。使用垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化的工艺有效利用了用于烟气脱酸的氧化镁，同时也利用了烟气飞灰中大量Cl元素。而这种Cl元素在传统硅酸盐基水泥固化垃圾焚烧飞灰中往往会起到强烈的抑制作用。

氧化镁料浆和烟气中酸性气体反应过程中。氧化镁雾滴中的水分同时得以蒸发。为使氧化镁料浆中的水分充分蒸发、酸性气体充分脱除，烟气在喷雾反应塔3的停留时间大于10s。大颗粒灰渣从喷雾反应塔3底部进入灰库7。

脱酸后的烟气从反应塔出风口303引出进入布袋除尘器4。未反应完全的MgO/Mg(OH)₂在滤袋内部形成滤饼层，进一步脱除烟气中的酸性气体。布袋除尘器4可以脱除1μm以上的固体颗粒，98％的悬浮颗粒在这一阶段被去除。滤袋过滤的飞灰从布袋除尘器4底部进入灰库7，净化后的烟气经检测后通过引风机5从烟囱6排出。

固化氧化镁粉仓8中的氧化镁和灰库7中的氧化镁和飞灰分别通过螺旋输送机输送到飞灰计量罐12和固化氧化镁计量罐13中，经计量后各自输送到螺旋式混合装置15进行搅拌。氯化镁储仓9中的氯化镁和清水罐10中的清水输送到氯化镁溶药罐11预先进行搅拌溶解，所得的氯化镁溶液输送到螺旋式混合装置15与固化氧化镁和飞灰搅拌，搅拌10～30min后，从螺旋式混合装置15底部排出到吨袋中进行养护。

一种本发明典型的飞灰固化配比为：固化氧化镁的质量为所述飞灰质量的15％。MgCl₂的质量为所述飞灰质量的9％。水的质量为所述飞灰质量的70％。

一种按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557—2009)检测的飞灰，其Cu、Zn、Cd、Pb重金属毒性浸出分别为2.87mg/L、5.72mg/L、0.53mg/L、0.82mg/L。经本工艺固化后的飞灰固化体，其养护七天后的抗压强度为3.6Mpa。Cu和Cd金属元素的浸出毒性分别为0.05mg/L和0.11mg/L。Cd和Pb的浸出毒性低于0.01mg/L。固化后符合生活垃圾填埋限值(GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》)，可以进行填埋处置。

本发明对飞灰中的重金属起到固化效果的是氧化镁和氯化镁水溶液在胶凝后产生的518相(5Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O)和318相(3Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O)。另外包裹在飞灰颗粒表面的氢氧化镁也对重金属起到了良好的固化效果。而在传统烟气半干法脱酸产生的飞灰中存在大量游离态的CaO(f-CaO)，强烈地抑制了氧化镁和氯化镁水溶液的胶凝，因而无法产生518相和318相。也没有氢氧化镁对重金属进行固化。相反，由于较高的CaO含量导致的高pH值还会加速大量Cd、Pb等两性重金属元素的浸出。

本发明充分利用了烟气脱酸中的产物氯化镁和未反应完全的氧化镁，并且排除了CaO对氯化镁水泥固化飞灰的干扰，仅用低飞灰质量占比的氧化镁、氯化镁和水即可对飞灰中重金属起到良好固化效果，增容比低，操作简单方便具备良好的经济效益。

Claims

1.一种垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化系统，其特征在于，所述垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化系统包括：烟气脱酸系统和飞灰固化系统；

2.如权利要求1所述垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化系统，其特征在于，所述离心雾化器的雾化粒径小于150μm。

3.如权利要求1所述垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化系统，其特征在于，所述布袋除尘器所用滤袋材质为PPS或PTFE，滤袋孔径为0.2～3μm。

4.一种利用权利要求1所述系统进行垃圾焚烧烟气脱酸协同飞灰固化的工艺方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(3)氯化镁溶液、固化氧化镁、灰库中的灰粒各自经计量罐配比后，进入螺旋式混合装置混合均匀，制备成氯氧镁水泥凝胶后装入吨袋固化养护，养护3～7天后的固化体可作填埋处置。

5.如权利要求4所述的工艺方法，其特征在于，步骤(1)中，所述喷雾反应塔中，烟气停留时间大于10s。

6.如权利要求4所述的工艺方法，其特征在于，步骤(2)中，反应塔出风口控制温度为高于烟气露点10～60℃。

7.如权利要求4所述的工艺方法，其特征在于，步骤(3)中，所述灰库中的灰粒中Mg元素质量占比为20％～35％，Ca元素质量占比低于5％。

8.如权利要求4所述的工艺方法，其特征在于，步骤(3)中，所述固化氧化镁的质量为所述飞灰质量的10％～25％。

9.如权利要求4所述的工艺方法，其特征在于，步骤(3)中，所述氯化镁溶液中，MgCl₂的质量为所述飞灰质量的8％～15％；水的质量为所述飞灰质量的60％～80％。

10.如权利要求4所述的工艺方法，其特征在于，所述脱酸氧化镁和固化氧化镁采用材料为白云石轻烧粉或菱镁矿轻烧粉，有效MgO活性为50％～80％，目数为150目～320目。