一种垃圾焚烧飞灰脱毒的系统与方法与流程

本发明涉及垃圾焚烧处理的，尤其涉及一种垃圾焚烧飞灰脱毒的系统与方法。

背景技术：

1、我国城市生活垃圾快速增长，从2010年至2020年，全国垃圾清运量从10805万吨显著增加到23512万吨，翻了两倍多。生活垃圾焚烧发电因其减容减量和能源回收的优势而越来越受到青睐，2020年7月，国家发改委、住建部、生态环境部等三部门联合印发《城镇生活垃圾分类和处理设施补短板强弱项实施方案》，全面推进焚烧处理能力建设，加快建设焚烧飞灰处置设施。由于焚烧飞灰组分复杂，含有重金属、二噁英类有机化合物和氯盐，污染物含量高难脱除，不当处置会带来严重环境问题，我国法律法规将焚烧飞灰列为危险废弃物。2020年我国的垃圾焚烧飞灰产量超过700万吨，因此，合理地对垃圾焚烧飞灰进行脱毒处置，已成普遍和迫切的需求。

2、目前，垃圾焚烧飞灰的主要处置方法有高温熔融、低温热分解、水热法处置、生物浸提、化学浸提、机械化学法等。但是，由于垃圾焚烧的污染物种类复杂，资源化利用难度高，单一技术难以满足垃圾焚烧飞灰脱毒要求，例如，高温熔融技术的能耗、成本高，低温热分解无法实现重金属稳定化，水热法处置的技术适应性弱，生物浸提的周期长、效率低，化学浸提的效果不稳定等等，目前也有一些对垃圾焚烧飞灰综合处理系统和方法，如cn113714246a一种垃圾焚烧飞灰处理系统及方法，通过热解器，焙烧炉、溶融炉、激冷装置、金属回收装置及换热器，通过低温热解预处理、高温氯化焙烧及熔融三个温度段的处理，实现飞灰中金属氯化分离富集、二噁英彻底分解，达到飞灰解毒目的；但是整个处理过程，均需要较高的温度。目前，大家也都忽略了经过热解之后的热飞灰，在冷却过程中二噁英再次生成的问题。为此，非常有必要设计一种垃圾焚烧飞灰脱毒的方法和系统，解决飞灰处置成本高、重金属稳定化差、适应性弱、处置效率低，飞灰冷却过程过程中二噁英二次生成等问题，实现垃圾焚烧飞灰脱毒无害化的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的就是克服现有技术的不足，提出一种垃圾焚烧飞灰脱毒的方法和系统，充分去除垃圾焚烧飞灰中的二噁英类有机化合物、重金属和可溶盐，实现垃圾焚烧飞灰的无害化、资源化、减量化。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明的第一方面提供了一种垃圾焚烧飞灰脱毒系统，包括：

4、进灰装置：由灰贮仓、布袋除尘器、下料阀和螺旋输送机组成，用于向系统中连续进料，灰灰贮仓的底部通入氮气；

5、低温热分解装置：包括依次连接的预热室和保温室，预热室末端设有排气口；螺旋输送机下料口与预热室进料口连接，保温室出料口处通入氮气；

6、飞灰冷却装置：包括依次连接的一级飞灰水冷螺旋输送机、飞灰缓冲仓和二级飞灰水冷螺旋输送机，所述一级飞灰水冷螺旋输送机和二级飞灰水冷螺旋输送机的结构相同，分别设有进料口、出料口、进水口和出水口；保温室出料口与一级飞灰水冷螺旋输送机的进料口连接，飞灰缓冲仓底部通入氮气；

7、飞灰水洗装置：包括一级搅拌釜、一级泵、一级脱水装置、双向输送机、二级搅拌釜、二级泵、二级脱水装置、单向输送机；用于水洗脱除飞灰中的重金属；二级飞灰水冷螺旋输送机的出料口与一级搅拌釜连接，脱水装置产生的废水进入废水预处理系统；

8、重金属固化装置：飞灰循环浆液池、飞灰浆液循环泵、湿式连续球磨机通过浆液管道连接，形成循环回路；飞灰浆液循环泵、湿式连续球磨机之间的浆液管道上设有开关阀a，所述湿式连续球磨机的进料口设置有药剂添加装置，开关阀a与飞灰浆液循环泵之间通过分支浆液管道与三级脱水装置连接，所述分支浆液管道上设有开关阀b；飞灰水洗装置单向输送机出料口与飞灰循环浆液池连接；

9、热解气处理装置：包括依次连接的活性炭喷射装置、布袋除尘器、喷淋塔和引风机；所述预热室末端的排气口通过管道自活性炭喷射装置和布袋除尘器之间与热解气处理装置连接。

10、进一步地，所述低温热分解装置的排气出口处设置有氧含量仪。

11、进一步地，所述低温热分解装置的预热室与保温室均为间接加热螺旋推进式结构，两者呈平行布置，预热室在保温室的上方，预热室的出料口与保温室的进料口连接。

12、进一步地，所述飞灰水洗装置的一级搅拌釜、一级泵、一级脱水装置、双向输送机依次连接，双向输送机的一出料端与一级搅拌釜连接，另一出料端与二级搅拌釜连接，二级搅拌釜后依次连接二级泵、二级脱水装置、单向输送机。

13、进一步地，所述废水处理系统包括废水预处理装置和蒸发分盐装置，所述废水预处理装置包括依次连接的调节罐、脱钙反应罐、重金属脱除罐、沉淀罐、ph调节罐、砂滤罐和清水罐，还包括污泥沉淀池，所述清水罐通过提升泵与蒸发分盐装置连接，调节罐、脱钙反应罐、重金属去除罐、沉淀罐、ph调节罐的污泥进入污泥沉淀池，污泥沉淀池通过污泥泵与飞灰水洗装置的一级搅拌釜连接。

14、本发明的第二方面是提供了一种利用前文所述的垃圾焚烧飞灰脱毒系统对垃圾焚烧飞灰脱毒的方法，该方法具体包括：

15、s1，通过进灰装置向系统中连续地输入待处理的垃圾焚烧飞灰，同时向系统中持续地通入氮气；飞灰进入具有氮气环境的低温热分解装置中，预热室预热温度为200～400℃，保温室加热温度为200～400℃，停留10-60min；飞灰经低温热分解后形成热灰和热解气；

16、s2，热解气通过预热室末端的排气口进入热解气净化装置，排气口处的氧含量仪检测系统中的氧含量，氧含量控制在0-1％；

17、s3，热灰进入具有氮气环境的飞灰冷却装置，在氮气环境中通过两级水冷装置冷却，防止二噁英再次生成；

18、s4，冷却后的飞灰进入飞灰水洗装置经过三级水洗，水洗过程中灰水比1：2～1：4，搅拌10～60分钟，水洗滤液进入废水处理系统，废水经预处理装置处理后进入蒸发分盐装置；水洗后的飞灰固体进入重金属固化装置处理。

19、进一步地，所述飞灰固体在重金属固化装置处理中，当湿式连续球磨机处置飞灰时，开关阀a打开，开关阀b关闭，向湿式连续球磨机中添加重金属固化药剂，重金属固化药剂包括nah2po4和cao，其中nah2po4占重金属固化药剂质量分数的20～80％，重金属固化药剂投加量为飞灰质量的1％～20％。

20、进一步地，当飞灰循环浆液池中补充工艺水时，飞灰浆液的含固浓度控制在10％～50％。

21、进一步地，所述飞灰固体在重金属固化装置处理中，飞灰处置时间为30～240分钟，当达到设定值后，开关阀b打开，开关阀a关闭，飞灰经过三级脱水装置除水，保证飞灰含水里不大于30％。处置后的飞灰用于建材化利用或进行无害化填埋。

22、本发明中对飞灰低温热分解过程中，氧含量控制在0-1％之间，低温热分解装置采用间接加热螺旋推进式结构，飞灰一边与炉壁充分换热，一边被混合搅拌并往后端输送，低温热分解装置上部为预热室，在该空间内飞灰的温度随着输送距离的增加而不断升高至200-400℃，飞灰中的水分受热蒸发；下部为保温室，在该阶段飞灰在200-400℃温度下停留10-60min，飞灰中的二噁英等有机污染物在缺氧环境下不断分解，并随通入的氮气一起形成热解废气排出低温热分解装置，该部分热解气经过后续的热解气处理装置处理后排到烟囱。

23、氧气是二噁英从头合成反应的氧源，对于二噁英的从头合成至关重要，降低反应气氛中氧气含量能够减少在热脱附过程中二噁英的生成量；氮气气氛下加热飞灰时二噁英会被降解。飞灰在氮气气氛下300℃反应30分钟几乎没有二噁英生成；当含氧10％时，通过飞灰进行相同实验时二噁英生成量较大，且随着氧气含量(0-10％)的增加二噁英的生成量增加。因此，为防止热解过程中二噁英的再生，该低温热分解装置在运行过程需要持续通入氮气，使内部氧含量低于1％。

24、对飞灰固体的重金属固化过程中，重金属固化药剂主要由nah2po4和cao组成，主要是利用重金属会与nah2po4的po43-反应生成不溶性磷酸盐沉淀，cao提供的碱性反应环境则能够促进沉淀反应的进行，nah2po4的含量占重金属固化药剂质量分数的20％-80％。

25、对飞灰的热解气净化过程中，热解气净化装置主要是利用布袋除尘器+活性炭吸附+湿法脱酸喷淋塔的处理工艺，处理含有少量粉尘、酸性物质和二噁英的生活垃圾焚烧飞灰的热解废气，使废气排放标准满足gb18485-2020标准。

26、a、布袋除尘器：含尘气体由低温热分解装置排气出口送入布袋除尘器，随着布袋除尘器的运行，烟气中所含粉尘、微粒因惯性冲击、直接截流、扩散及静电引力等在滤袋外侧表面形成滤饼。

27、b、活性炭喷射装置：利用活性炭吸附烟气中二噁英及重金属等有毒物质来达到烟气高效净化的目的。活性炭与烟气强烈均匀混合后，达到高效吸附效果，实现对烟气中二噁英及重金属等污染物的吸附净化。

28、c、喷淋塔(湿法脱酸)：废气从位于喷淋塔下侧的进气口进入，废气在上升过程中，与从塔内上部喷淋装置喷淋出来的碱溶液混合接触反应，去除烟气中的hcl、so2等酸性气体；喷淋塔底部设置有循环池，在循环池内调节ph值后经循环碱液泵打到喷淋塔顶部继续对烟气进行洗涤；净化后的烟气上升进入除雾器装置，保证喷淋塔出口废气的含湿率不大于75mg/nm3。

29、对飞灰水洗废水的废水处理系统中，飞灰滤液除含有钾盐、钠盐等可溶性盐外，还含有钙镁污泥和含重金属的污泥，如果这些物质直接进入蒸发分盐系统，将引起结垢、堵塞等问题。因此设置了废水预处理装置，使飞灰滤液经过预处理后能满足后续蒸发分盐(mvr)装置的工艺要求。

30、废水预处理装置包括调节罐、脱钙反应罐、重金属脱除罐、沉淀罐、ph调节罐、砂滤罐、清水罐，污泥沉淀池。

31、调节罐：用于储存飞灰水洗产生的高含氯废水，具有均质、均量的作用。废水经重力自流到调节罐，再通过污水提升泵连续输送到脱钙反应罐中处理。

32、脱钙反应罐：通过投加碳酸钠作为沉淀药剂与废水中的钙离子反应，使其形成不溶于水的沉淀物。碳酸钠溶解于水洗废水中发生水解，水解中产生大量的oh-、hco3-、co32-，使得体系中碱度上升。在水洗废水中含有大量的ca2+，可以与co32-形成caco3沉淀，caco3为一种松散的沉淀物质。

33、重金属脱除罐：重金属脱除罐中除加入螯合剂外，还增加聚合氯化铝(pac)、聚丙烯酰胺(pam)等高分子絮凝剂。聚合氯化铝作为混凝剂，聚丙烯酰胺作为助凝剂，絮凝沉淀快，适用ph值范围广，有效去除水中ss、cod、bod及砷、汞等重金属离子。水洗废水中的重金属在聚合氯化铝作用下发生絮凝，可将重金属元素带离水体。在絮凝过程中可将原先沉淀剂作用下沉淀下的重金属元素以及水中悬浮物沉淀，带离水体。反应后的含沉淀物清洗废水流入沉淀罐中进行固液分离。

34、沉淀罐：将反应生成的沉淀物与废水分离。沉淀物沉淀到罐底通过排泥阀定期排空污泥，污泥通过污泥泵进入后续处理。上清液进入ph调节罐中。

35、ph调节罐：通过投加30％盐酸与废水中的碱进行中和反应，在计量罐中将盐酸稀释至10％，经计量泵打入ph调节罐液面以下，避免酸雾产生。

36、砂滤罐：采用装填有砂砾、石英砂等多介质过滤器过滤混凝沉淀出水中的悬浮物。砂滤罐运行一段时间后要定期进行反冲洗，清除过滤介质截留的悬浮物并确保运行期过滤效果。反冲洗水可回流至调节罐。

37、清水罐：用于贮存经预处理后的出水，通过提升泵接入后续的蒸发分盐设备。

38、污泥沉淀池：污泥沉淀池为泥斗状，用于贮存调节罐、脱钙反应罐、重金属去除罐、沉淀罐、ph调节罐产生的污泥，通过污泥泵将污泥输送到飞灰水洗装置的一级搅拌釜。

39、蒸发分盐装置采用行业内已有的常规装置，主要由蒸发室、气液分离器、机械蒸汽压缩机等组成。蒸发分盐装置可以将飞灰水洗水中的氯化钠、氯化钾资源从废水中分离出来，得到可以外售的工业级氯化钠和氯化钾产品。

40、本发明的有益效果是：本发明通过垃圾焚烧飞灰脱毒系统对垃圾焚烧飞灰产生的二噁英类热解气、飞灰固体中的重金属以及水洗废液中的可溶盐和重金属的高效脱除：飞灰在低温热分解装置内，在通入氮气，氧含量0-1％的条件下，预热室和保温室不断升温至200-400℃，飞灰在此温度下停留10-60min，飞灰中的二噁英等有机污染物不断分解，并随通入的氮气一起形成热解废气，热解废气经过热解气处理装置的布袋除尘器+活性炭吸附+湿法脱酸喷淋塔处理后，废气排放标准满足gb18485-2020标准，直接由烟囱排出；飞灰固体中的重金属，经过飞灰水洗装置一部分转移到废水中，一部分在重金属固化装置中，通过添加nah2po4所占质量分数为20～80％的重金属固化药剂，在湿式连续球磨的条件下，固化飞灰中的重金属，经脱水后，水含量不大于30％的飞灰可用于建材化利用或进行无害化填埋，飞灰水洗废水则在废水预处理装置和蒸发分盐装置的处置下达到无害化要求，同时飞灰废水中分离得到的工业级的氯化钠、氯化钾。

41、经过本发明的垃圾焚烧飞灰脱毒系统和方法处置后的垃圾焚烧飞灰，其二噁英类和重金属浸出均低于标准限值，安全可靠；脱毒后的垃圾焚烧飞灰可建材化利用和无害化填埋；采用本发明的能够实现连续不间断地处置垃圾焚烧飞灰，处置效率高；对垃圾焚烧飞灰进行低温热分解，综合能耗较低，有利于节能。