本发明属于固废处置领域，尤其涉及一种灰渣处置系统及其处置工艺。
背景技术：
废弃物焚烧处理过程中所产生的飞灰与炉渣(以下简称灰渣)含有大量的二恶英、重金属等有害物质，如未经处理直接排放，将会污染土壤及地下水，以环境及人类造成危害。国内目前比较常见的灰渣处置方法有化学药剂稳定化技术、熔融热处理技术和水泥窑协同处置技术。
化学药剂稳定化技术是指利用化学药剂通过化学反应使有毒有害物质转化为低溶解性、低迁移性及低毒性物质的过程，以处理重金属废物为主，但对二噁英和溶解盐无明显作用，并且高分子鳌合剂等药剂价格高，导致成本过高。灰渣中大量可溶性盐将会快速转移到渗滤液中，使渗滤液变成难以处理的高盐渗滤液，极难处理，严重危害地下水和土壤。并且，填埋处理需要占用大量的土地。灰渣在螯合固化过程中有接近2倍的体积增容，按照埋深10米计算，每年需要占用土地约6000亩。随着城市建设的迅速发展，城市功能的增加，城市建设用地越来越紧张，无法扩大填埋设施建设用地。根据住建部《生活垃圾焚烧飞灰固化稳定化处理技术标准》，灰渣螯合固化成本至少1400元以上(不包含土地和填埋场建设成本)，并且未来还需要二次处理填埋物。
熔融热处理技术是指在熔融炉内利用燃料或电力将灰渣加热到
1400℃以上高温，飞灰中二噁英等有机污染物发生热分解、燃烧及气化，无机物则熔融形成玻璃质熔渣，飞灰中重金属元素包裹在烧结熔融的玻璃态网络中，有效控制重金属浸出。然而该技术产生的二次烟气中含有大量的氯、硫及铅镉等易挥发重金属元素，处理难度大，成本极高。
水泥窑协同处置技术是将灰渣以某种方式送入水泥窑，利用水泥窑1600℃高温气体焚烧，从而彻底消除二噁英等有机污染物，将重金属固熔于水泥熟料晶格中，实现无害化、减量化处理。水泥窑的分解炉吸收、五级预热器吸附、增湿塔、余热发电、布袋收尘等多级烟气处理措施确保烟气排放达标。目前常用的投加方式是直接喷加和水选后投加。直接喷加是指将灰渣从窑头、窑尾烟室、分解炉等部位直接喷入水泥熟料生产系统。但灰渣中的氯硫对水泥熟料的生产过程影响极大，容易造成生产系统的结皮堵塞，从而影响生产运行。水选投加是指利用水洗手段对灰渣中的钾钠氯盐进行分离出来，脱盐后的灰渣送入水泥窑，脱盐水经处理和蒸发后回收循环利用。但灰渣水洗后需耗费很多能源对其进行干燥，最终形成干粉料参与熟料煅烧；脱盐水里面含有大量的重金属，需对其另行处置。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可减少有害物质排放、工艺过程简单、能量回收的灰渣处置系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种灰渣处置工艺，包括以下步骤：
1)待处理的灰渣在喂料装置中与添加料混合，进入熔融装置；
2)熔融装置将灰渣加热至熔融状，其中产生的气体进入挥发气处置装置；
3)碱液制备装置中存有制备好的碱性溶液，液泵将碱性溶液输送至挥发气处置装置中；
4)挥发性气体与碱性溶液发生化学反应产生盐溶液，并将气体除雾后达标排放；
5)盐溶液被液泵输送至碱液制备装置中析晶沉淀。
优选地，所述步骤2)中熔融状态的灰渣经冷却后被收集起来用作建筑材料，在冷却的过程中产生大量的水蒸汽进入余热发电系统，为余热发电系统提供热量。
优选地，所述步骤4)中急冷后的挥发性气体除去了大部分盐分，少量含有挥发性重金属有害物质的挥发性气体被引风机抽出，进入水泥窑，参与水泥熟料的烧成。
优选地，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液，其浓度为5-50％。
优选地，步骤2)中，熔融时间为1-6小时，温度1000-1500度，压力为常压。
本发明还提供了一种灰渣处置系统，包括有喂料装置及与其依次连接的熔融装置、挥发气处置装置和碱液制备装置，所述喂料装置用于将待处理的灰渣和添加料相混合；所述熔融装置一端与喂料装置相连通，将灰渣和添加料混合物加热至熔融状态，另一端与余热发电系统连通以供热发电；所述挥发气处置装置分别和熔融装置及碱液制备装置相连通，将熔融装置中产生的挥发性气体与碱液制备装置中预制的碱性溶液导入挥发气处置装置中相互混合反应除雾后达标排放。
优选地，所述挥发气处置装置包括有喷淋塔及与其依次连接的引风机、若干阀门、洗涤塔和水泥窑，以及设于洗涤塔内部的布风器和设于洗涤塔上方的除雾塔，熔融装置产生的挥发性气体进入所述喷淋塔和洗涤塔与碱溶液进行化学反应，所述引风机抽出含挥发性有害物质的气体进入水泥窑参与水泥熟料的烧成，所述阀门控制挥发性气体的流向水泥窑或洗涤塔，所述布风器将挥发性气体鼓入洗涤塔，所述除雾塔将洗涤后的气体除雾和排放。
优选地，所述碱液制备装置包括有储罐、定量喂料机、搅拌器、析晶池和制备池，所述储罐连接定量喂料机，所述搅拌器设于制备池内，盐溶液在析晶池内析晶沉淀并将多余的盐溶液流入制备池，所述定量喂料机将储罐内按已定重量的固体碱输送至制备池中，固体碱被搅拌器搅拌溶解形成碱溶液。
优选地，所述喂料装置包括有运载装置、若干储仓、定量喂料机和若干输送机，所述储仓与输送机连接，所述运载装置载送灰渣和添加料至储仓，所述储仓储存有灰渣和添加料，所述定量喂料机将灰渣和添加料定量计量后送至输送机中，所述输送机将灰渣和添加料混合并输送至熔融装置。所述运载装置包括有电动葫芦和罐车，所述添加料包括有碎玻璃、二氧化硅、氧化钙、氧化铝等，具体物料需根据灰渣的具体成分确定，所述储仓包括有灰渣储仓和添加料储仓，所述输送机为螺旋输送机。
优选地，所述熔融装置包括有入口、出口、排气口、高温熔融炉、加热电极和急冷排渣装置，所述入口设于高温熔融炉的上端，所述加热电极设于高温熔融炉的两侧，急冷排渣装置设于出口的后端，所述排气口设于高温熔融炉的右上方，灰渣进入高温熔融炉里，加热电极加热灰渣，所述出口输出熔融状态的灰渣，急冷排渣装置冷却灰渣，所述排气口将熔融时产生的挥发气体排出至喷淋塔中。
优选地，所述挥发气处置装置和碱液制备装置设有4个液泵，所述喷淋塔、洗涤塔和制备池后面分别设有1至2个液泵，并用于将液体从喷淋塔和洗涤塔输送至析晶池内和/或从制备池输送至喷淋塔和洗涤塔内。
优选地，所述余热发电系统包括有冷凝器及与其连接的发电装置，所述冷凝器内设有有机工质，所述有机工质吸热变成气态进入发电装置做功发电，所述冷凝器将水蒸汽凝结成液态。
优选地，所述阀门包括有第一阀门和第二阀门，当进行水泥窑工作时，第二阀门关闭，第一阀门打开，挥发气体从第一阀门进入水泥窑；当水泥窑发生故障时，第一阀门关闭，第二阀门打开，挥发性气体经布风器鼓入洗涤塔里的氢氧化钠溶液中彻底洗涤，挥发性气体中残余的氯、硫、重金属等有害物质全部与氢氧化钠反应，形成沉淀物进入溶液中，并随氢氧化钠溶液由液泵泵回碱液制备装置的析晶池，在析晶池内析晶沉淀。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、使用熔融技术处置灰渣，直接实现灰渣的无害化处理，避免水泥协同过程所需的各种繁琐工艺。
2、使用电力作为高温熔融的能源，避免因燃料燃烧时产生的大量二次烟气，降低烟气处置量。
3、利用碱液去除高温熔融装置二次烟气中的氯和硫，避免氯硫组分进入水泥熟料生产系统，影响生产运行。
4、利用水泥协同技术处置二次烟气，避免原高温熔融装置处置二次烟气时产生的高额成本。
5、引入orc(有机工质)发电技术，冷凝水淬时产生的水蒸汽，避免水汽外逸，同时回收水蒸汽中的能量，转化为电能。
6、增加了碱液洗涤设施作为备用烟气处理装置。当水泥生产出现问题而停机时，二次烟气引入碱液洗涤设施，经洗涤后达标排放，保证高温熔融装置能持续运行而不会因为水泥生产系统停机而停机。
附图说明
图1为本发明一种灰渣处置工艺的流程图；
图2为本发明一种灰渣处置系统的结构示意图。
图2中，10为喂料装置，101为运载装置，1021为灰渣储仓，1022为添加料储仓，103为定量喂料机，104为输送机，20为熔融装置，201为高温熔融炉，202为加热电极，203为入口，204为出口，205为排气口，206为急冷排渣装置，30为余热发电系统，301为冷凝器，302为发电装置，40为碱液制备装置，401为析晶池，402为储罐，403为制备池，404为搅拌器，50为挥发气处置装置，501为喷淋塔，502为引风机，503为第一阀门，504为第二阀门，505为水泥窑头罩，506为水泥回转窑，507为布风器，508为洗涤器，509为除雾器，60为液泵。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种灰渣处置工艺，包括以下步骤：
1)经待处理的灰渣在喂料装置10中与添加料混合，进入熔融装置20；
2)熔融装置20将灰渣加热至熔融状，其中产生的气体进入挥发气处置装置50；
3)碱液制备装置40中存有制备好的碱性溶液，液泵60将碱性溶液输送至挥发气处置装置50中；
4)挥发性气体与碱性溶液发生化学反应产生盐溶液，并将气体除雾后达标排放；
5)盐溶液被液泵60输送至碱液制备装置40中析晶沉淀。
所述步骤1)中进入熔融炉的灰渣要求是粉状的，如灰渣呈颗粒状，则需进行粉碎预处理，添加料用量为总投料量的0-30％。
所述步骤2)中熔融状态的灰渣经冷却后被收集起来用作建筑材料，在冷却的过程中产生大量的水蒸汽进入余热发电系统30，为余热发电系统30提供热量。所述水蒸汽的温度100-105℃。
所述步骤4)中急冷后的挥发性气体除去了大部分盐分，少量含有挥发性重金属有害物质的挥发性气体被引风机502抽出，进入水泥窑，参与水泥熟料的烧成。挥发性重金属是汞、镉、铅、砷、镍等，挥发性气体除去盐分为碱、氯、硫；气体除雾标准为《hj.t176-2005危险废物集中焚烧处置工程建设技术规范》。
所述碱性溶液为氢氧化钠溶液，其浓度为5-50％。
步骤2)中，熔融时间为1-6小时，温度1000-1500度，压力为常压。
本发明还提供了一种灰渣处置系统，包括有喂料装置10及与其依次连接的熔融装置20、挥发气处置装置50和碱液制备装置40，所述喂料装置10用于将待处理的灰渣和添加料相混合；所述熔融装置20一端与喂料装置10相连通，将灰渣和添加料混合物加热至熔融状态，另一端与余热发电系统30连通以供热发电；所述挥发气处置装置50分别和熔融装置20及碱液制备装置40相连通，将熔融装置20中产生的挥发性气体与碱液制备装置40中预制的碱性溶液导入挥发气处置装置50中相互混合反应除雾后达标排放。
所述挥发气处置装置50包括有喷淋塔501及与其依次连接的引风机502、若干阀门、洗涤塔508和水泥窑，以及设于洗涤塔508内部的布风器507和设于洗涤塔508上方的除雾塔509，熔融装置20产生的挥发性气体进入所述喷淋塔501和洗涤塔508与碱溶液进行化学反应，所述引风机502抽出含挥发性有害物质的气体进入水泥窑参与水泥熟料的烧成，所述阀门控制挥发性气体的流向水泥窑或洗涤塔508，所述布风器507将挥发性气体鼓入洗涤塔508，所述除雾塔509将洗涤后的气体除雾和排放。所述水泥窑包括有水泥窑头罩505和水泥回转窑506。
所述碱液制备装置40包括有储罐402、定量喂料机103、搅拌器404、析晶池401和制备池403，所述储罐402连接定量喂料机103，所述搅拌器404设于制备池内403，盐溶液在析晶池401内析晶沉淀并将多余的盐溶液流入制备池403，所述定量喂料机103将储罐402内按已定重量的固体碱输送至制备池403中，固体碱被搅拌器404搅拌溶解形成碱溶液。
所述喂料装置10包括有运载装置101、若干储仓102、定量喂料机103和若干输送机104，所述储仓102与输送机104连接，所述运载装置101载送灰渣和添加料至储仓102，所述储仓102储存有灰渣和添加料，所述定量喂料机103将灰渣和添加料定量计量后送到输送机104上，所述输送机104将灰渣和添加料混合并输送至熔融装置20。所述运载装置101包括有电动葫芦和罐车，所述添加料包括有碎玻璃、二氧化硅、氧化钙、氧化铝等，具体物料需根据灰渣的具体成分确定，所述储仓102包括有灰渣储仓1021和添加料储仓1022，所述输送机104为螺旋输送机。
所述熔融装置20包括有入口203、出口204、排气口205、高温熔融炉201、加热电极202和急冷排渣装置206，所述入口203设于高温熔融炉201的上端，所述加热电极202设于高温熔融炉201的两侧，急冷排渣装置206设于出口的后端，所述排气口205设于高温熔融炉201的右上方，灰渣进入高温熔融炉201里，加热电极202加热灰渣，所述出口204输出熔融状态的灰渣，急冷排渣装置206冷却灰渣，所述排气口205将熔融时产生的挥发气体排出至喷淋塔501中。
所述挥发气处置装置50和碱液制备装置40设有4个液泵60，所述喷淋塔501、洗涤塔508和制备池403后面分别设有1至2个液泵60，并用于将液体从喷淋塔501和洗涤塔508输送至析晶池401内和/或从制备池403输送至喷淋塔501和洗涤塔508内。
所述余热发电系统30包括有冷凝器301及与其连接的发电装置302，所述冷凝器301内设有有机工质，所述有机工质吸热变成气态进入发电装置302做功发电，所述冷凝器301将水蒸汽凝结成液态。
所述阀门包括有第一阀门503和第二阀门504，当进行水泥窑工作时，第二阀门504关闭，第一阀门503打开，挥发性气体经第一阀门503进入水泥窑头罩505，与来自水泥窑冷却机的高温二次风混合，进入水泥回转窑506，参与水泥熟料的烧成，发挥水泥协同处置效应；当水泥窑发生故障时，第一阀门503关闭，第二阀门504打开，挥发性气体经布风器507鼓入洗涤塔508里的氢氧化钠溶液中彻底洗涤，挥发性气体中残余的氯、硫、重金属等有害物质全部与氢氧化钠反应，形成沉淀物进入溶液中，并随氢氧化钠溶液由液泵60泵回碱液制备装置40的析晶池401，在析晶池401内析晶沉淀。
实施例1
灰渣处置的工艺步骤如下：
1)经预处理的灰渣由运载装置101送入储仓，将市场上采购的添加料送入另一个储仓，灰渣和添加料经定量喂料机103计量后进入输送机104混合，并送入熔融装置20；
2)加热电极202加热灰渣和添加料至熔融状态，熔融状态的灰渣经出口到达急冷装置206，冷却后的灰渣收集起来用作建筑材料，在冷却的过程中产生大量的水蒸汽进入余热发电系统30，为余热发电系统30提供热量，当水蒸汽热交换结束后，凝结成水流回急冷装置206；
3)水蒸汽提供热量给冷凝器301里的有机工质，有机工质吸热后变成气态，从冷凝器301进入发电装置302，推动发电装置302做功发电，将产生的电力给熔融装置20使用，有机工质冷却后凝结成液态回到冷凝器301，形成有机工质循环；
4)碱液制备装置40的储罐内装有氢氧化钠固体，氢氧化钠固体经定量喂料机103计量后投入制备池403，搅拌器404加快氢氧化钠的溶解速度，确保氢氧化钠溶液均匀稳定，制备好氢氧化钠溶液后，液泵60将氢氧化钠液体喷入喷淋塔501和洗涤塔508，氢氧化钠液体吸收挥发气中的氯和硫等有害物质，形成钠盐；
5)灰渣加热产生的挥发性气体从排气口排出到挥发性气体处置系统50的喷淋塔501里，高温挥发性气体与氢氧化钠液体接触，急速冷却，避免二恶英的再次合成。在急冷过程中，溶液中的氢氧化钠与挥发气中的酸性物质(氯、硫等)反应，形成钠盐(氯化钠、硫酸钠等)，钠盐进入氢氧化钠溶液中，随氢氧化钠溶液由液泵60泵回碱液制备装置40的析晶池401，在析晶池401内析晶沉淀；
6)急冷后的挥发性气体除去了大部分盐分，但仍含有少量挥发性重金属等有害物质，该挥发性气体被引风机502抽出，第二阀门504关闭，第一阀门503打开，挥发性气体经第一阀门503进入水泥窑头罩505，与来自水泥窑冷却机的高温二次风混合，进入水泥回转窑506，参与水泥熟料的烧成，发挥水泥协同处置效应；
7)当水泥窑出现故障时，第一阀门503关闭，第二阀门504打开，挥发性气体经布风器507鼓入洗涤塔508中的氢氧化钠溶液中彻底洗涤，挥发性气体中残余的氯、硫、重金属等有害物质全部与氢氧化钠反应，进入溶液中，并随氢氧化钠溶液由液泵60泵回碱液制备装置40的析晶池401，在析晶池401内析晶沉淀；
8)经洗涤塔508洗涤后的气体经除雾塔509除雾后达标排放。
工艺过程中，挥发气处置装置50会反应生成氢氧化钠和氯化钠混合溶液，且该混合溶液进入析晶池401。混合溶液中含有过量的氯化钠，由于氢氧化钠和氯化钠溶解性质不一样，氯化钠首先从溶液中析晶出来。析晶后的溶液进入制备池403，氯化钠晶体定期从析晶池401中清出。
洗涤塔508的氢氧化钠溶液由碱液制备装置40的液泵60提供，确保洗涤塔508内保持一定的液位，保证挥发性气体的洗涤效果。
另外，第一阀门503和第二阀门504切换后，整个灰渣处置工艺系统的喂料量和工艺操作皆需作相应调整。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。