一种处置焚烧飞灰的复合球和熔融处理装置及方法与流程

本发明涉及焚烧飞灰处理领域，尤其涉及一种处置焚烧飞灰的复合球和熔融处理装置及方法。

背景技术：

生活垃圾或医疗废弃物的焚烧飞灰中富集了大量重金属、二噁英等有毒有害物质，属于危险废物。

目前用于垃圾焚烧飞灰无害化处理的方式主要有以下几种：

第一种是固化填埋，将飞灰与水泥/螯合剂以一定比例混合，固化处理后送入垃圾填埋厂填埋处理。由于我国生活垃圾中塑料类物质含量较高,焚烧飞灰中氯化物,尤其是碱金属氯化物含量较高,采用水泥或石灰固化时其固化体的强度与浸水持久性较差,其对重金属的阻截仅是由于其强碱性作用的缘故。同时对重金属的长期固定效果差,二恶英很难被消除或稳定化，存在“二次污染”隐患。

第二种是水泥窑协同处置，但是由于处理过程易受飞灰性质影响，且存在将飞灰中通多重复杂过程富集浓缩的重金属等污染物重新分散在水泥熟料产品中，形成“逆向污染”风险。

第三种为熔融处理法，即采用高温处理将飞灰中的二噁英等有毒有害有机物彻底破坏，同时其他物质熔融成为玻璃渣，该方法在日本被广泛使用，高温处理法虽然处理费用较高,但因其稳定化程度高,品质均匀,可达到无害化、稳定化和资源化的目标，被视为飞灰处理的先进技术。

国际上和国内目前主要推崇等离子飞灰熔融法，但由于面临等离子炬技术不成熟，价格高，寿命短，无法连续运行；飞灰中氯元素含量较高，在高温处理过程中产生hcl、cl2等酸性气体，同时存在碱金属挥发，对设备造成严重腐蚀，即使采用耐腐蚀的耐火材料，也面临更换频繁问题；等离子处理电耗高；易挥发重金属和盐类无法固化等问题，始终难以实现推广应用。

技术实现要素：

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种处置焚烧飞灰的复合球和熔融处理装置及方法，能高效、经济、环保、便捷的熔融处理焚烧飞灰，解决现有等离子处理焚烧飞灰存在系统复杂、设备投资、维护和运行费用高、无法长时间连续运行、电耗高以及易挥发重金属和盐类固化比例低等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种处置焚烧飞灰的复合球，该复合球是由飞灰小球的中心核和完全包覆在该飞灰小球的中心核外面的外壳构成的包裹飞灰的复合球；

所述外壳为单层致密石墨碳外壳或单层致密碳化硅外壳；或者，所述外壳为石墨碳和碳化硅按规律排列形成的多层结构外壳；或者，所述外壳为石墨碳按规律排列形成的多层结构外壳。

本发明实施方式提供一种处置焚烧飞灰的熔融处理装置，包括：

电感熔融炉和若干包裹飞灰的复合球；其中，各包裹飞灰的复合球均采用权利要求1至3任一项所述的处置焚烧飞灰的复合球；

若干所述包裹飞灰的复合球填充设置在所述电感熔融炉内，能利用该电感熔融炉高频电场对各包裹飞灰的复合球的外壳和作为中心核的飞灰小球中的活性炭进行感应加热熔融处置组成飞灰小球的焚烧飞灰。

本发明实施方式还提供一种处置焚烧飞灰的熔融处置方法，采用本发明所述的熔融处理装置，包括以下步骤：

步骤1，将待处置焚烧飞灰与助熔剂充分混合后压实为飞灰小球，用石墨碳和/或碳化硅包裹住飞灰小球，形成以飞灰小球为中心核，石墨碳和/或碳化硅为外壳的包裹飞灰的复合球；所述外壳为单层致密石墨碳外壳或单层致密碳化硅外壳；或者，所述外壳为石墨碳和碳化硅按规律排列形成的多层结构外壳；或者，所述外壳为石墨碳按规律排列形成的多层结构外壳；

步骤2，将按所述步骤1方式制备的包裹飞灰的复合球装填于电感熔融炉中，盖紧上盖，并在该电感熔融炉内通入氮气，形成惰性气氛；

步骤3，对所述电感熔融炉通电，利用所述电感熔融炉的高频电场对包裹飞灰的复合球的外壳和飞灰小球中的活性炭进行感应加热，使包裹飞灰的复合球升温至1500℃，保温一段时间，使复合球中作为中心核的飞灰小球被间接加热至熔融；

步骤4，从所述电感熔融炉中将全部的包裹飞灰的复合球卸出，自然冷却或快速冷却后去除外壳得到焚烧飞灰熔融后形成的无害玻璃渣；

步骤5，将所述焚烧飞灰熔融后形成的无害玻璃渣送去普通填埋厂填埋处理或作为建材资源化利用，即完成焚烧飞灰的熔融处理。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的处置焚烧飞灰的复合球和熔融处理装置及方法，其有益效果为：

(1)二噁英分解彻底：由于包裹飞灰的复合球的外壳为石墨碳或碳化硅材料，石墨的熔点可达3652～3697℃，碳化硅熔点2700℃，使得各复合球的温度可达1500℃以上，进而利用各复合球间接加热所处置构成飞灰小球的焚烧飞灰，能有效分解飞灰中的二噁英等有害物质；

(2)有害物质固化效果好：飞灰中的低熔点挥发性物质，如hcl，cl2，nacl，kcl，hg等均被锁定在致密外壳内，所形成的玻璃渣固化效果好，其中熔渣中重金属浸出溶度cr<0.50mg/l、ni<0.30mg/l、cu<0.10mg/l、zn<0.50mg/l、cd<0.03mg/l、pb<0.02mg/l，远低于国家标准gb5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》；

(3)设备投资低：一方面，加热熔融设备为电感熔融炉，相比昂贵、复杂的等离子炬系统，造价大大降低；另一方面，由于有毒有害物质均被锁定在外壳内，整个装置无需烟气处理工艺，系统简单。

(4)运行简单方便：只需将飞灰做成复合球，置于电感熔融炉内加热，而后自然冷却或快速冷却，机械破碎取出玻璃渣，或重新与固废混烧，操作简单易行，无需高技术人员参与。

(5)设备使用寿命长：由于高温熔体与电感熔融炉壁不接触，有效解决设备腐蚀问题，处理装置的使用寿命大大增加。

(6)减容效果好：飞灰体积减少65％～85％，节省填埋占地。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的处置焚烧飞灰的复合球的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的处置焚烧飞灰的熔融处理装置的示意图；

图3为本发明实施例提供的处置焚烧飞灰的熔融处理方法的流程图。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，本发明实施例提供一种处置焚烧飞灰的复合球，该复合球是由飞灰小球的中心核和完全包覆在该飞灰小球的中心核外面的外壳构成的包裹飞灰的复合球；所述外壳为单层致密石墨碳外壳或单层致密碳化硅外壳；或者，所述外壳为石墨碳和碳化硅按规律排列形成的多层结构外壳；或者，所述外壳为石墨碳按规律排列形成的多层结构外壳。

上述复合球中，所述外壳为石墨碳和碳化硅按规律排列形成的多层结构外壳为：

外壳从外至内依次为：外致密石墨碳、碳化硅、内致密石墨碳和疏松石墨碳；

或者，外壳从外至内依次为：致密石墨碳、碳化硅和疏松石墨碳；

所述外壳为石墨碳按规律排列形成的多层结构外壳为：外壳从外至内依次为：致密石墨碳和疏松石墨碳。

上述复合球中，包裹飞灰的复合球的粒径为：10～60mm。

如图2所示，本发明实施例还提供一种处置焚烧飞灰的熔融处理装置，包括：

电感熔融炉20和若干包裹飞灰的复合球10；其中，各包裹飞灰的复合球均采用上述的处置焚烧飞灰的复合球；

若干所述包裹飞灰的复合球填充设置在所述电感熔融炉内，能利用该电感熔融炉高频电场对各包裹飞灰的复合球的外壳和作为中心核的飞灰小球中的活性炭进行感应加热熔融处置组成飞灰小球的焚烧飞灰。

上述熔融处理装置中，包裹飞灰的复合球由以下方式制得：

将焚烧飞灰与助熔剂充分混合后压实为飞灰小球，用石墨碳或碳化硅包裹住飞灰小球制成以飞灰小球为中心核，石墨碳或碳化硅为外壳的包裹飞灰的复合球；

所述石墨碳的外壳为单层结构或多层结构；所述碳化硅的外壳为单层结构或多层结构。

上述包裹飞灰的复合球制备中，助熔剂采用以玻璃粉为主并复合多种添加剂(如cao、碳粉等)形成的混合物。优选的，根据项目飞灰组成特性，配伍玻璃粉(sio2)与cao的比例将碱度(cao：sio2，质量比)控制在0.2～0.6之间，优选比例为0.3；碳粉的用量为1％～5％(占玻璃粉和cao总质量的1％～5％)，优选用量为2％。具体的，也可根据飞灰的性质(如碱度和熔融温度)调配玻璃粉、cao和碳粉的用量比例。

参见图3，本发明实施例进一步提供一种处置焚烧飞灰的熔融处置方法，采用上述的熔融处理装置，包括以下步骤：

步骤1，将待处置焚烧飞灰与助熔剂充分混合后压实为飞灰小球，用石墨碳和/或碳化硅包裹住飞灰小球，形成以飞灰小球为中心核，石墨碳和/或碳化硅为外壳的包裹飞灰的复合球；所述外壳为单层致密石墨碳外壳或单层致密碳化硅外壳；或者，所述外壳为石墨碳和碳化硅按规律排列形成的多层结构外壳；或者，所述外壳为石墨碳按规律排列形成的多层结构外壳；

步骤2，将按所述步骤1方式制备的包裹飞灰的复合球装填于电感熔融炉中，盖紧上盖，并在该电感熔融炉内通入氮气，形成惰性气氛；

步骤3，对所述电感熔融炉通电，利用所述电感熔融炉的高频电场对包裹飞灰的复合球的外壳和飞灰小球中的活性炭进行感应加热，使包裹飞灰的复合球升温至1500℃，保温一段时间，使复合球中作为中心核的飞灰小球被间接加热至熔融；

步骤4，从所述电感熔融炉中将全部的包裹飞灰的复合球卸出，自然冷却或快速冷却后去除外壳得到焚烧飞灰熔融后形成的无害玻璃渣；

步骤5，将所述焚烧飞灰熔融后形成的无害玻璃渣送去普通填埋厂填埋处理或作为建材资源化利用，即完成焚烧飞灰的熔融处理。

上述方法的步骤4中，去除外壳的方式为：机械破碎去除外壳或与固废混烧去除外壳。

上述方法中，若步骤4采用机械破碎去除外壳，还包括：将去除外壳得到的石墨碳原料或碳化硅原料回收后循环再利用。提升了外壳原料的利用率。回收石墨碳原料或碳化硅原料后，焚烧飞灰熔融后形成的无害玻璃渣仍按上述步骤5的方式处理。

上述方法中，若步骤4采用与固废混烧去除外壳，还包括：在步骤5中，将固废混烧去除外壳的焚烧底渣与所述焚烧飞灰熔融后形成的无害玻璃渣一同送去普通填埋厂填埋处理或作为建材资源化利用。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

本发明的处置焚烧飞灰的熔融处置方法，包括以下步骤：

(1)将焚烧飞灰与助熔剂(如玻璃粉、cao、碳粉等的混合物)充分混合后压实为飞灰小球，用石墨碳和/或碳化硅包裹住飞灰小球，形成以飞灰小球为中心核，石墨碳和/或碳化硅为外壳的复合小球；外壳可为单层或多层结构(疏松层、致密层以一定规律排布)；

(2)将制成的复合球装填于电感熔融炉中，盖紧上盖，并在炉内通入氮气，形成惰性气氛；通电后，利用高频电场对外壳和飞灰中的活性炭进行感应加热，使其升温至1500℃以上，保温一段时间，确保作为中心核的飞灰被间接加热至熔融；

(3)将复合小球卸出，自然冷却或快速冷却后，经机械破碎，回收石墨碳或碳化硅原料；其特征在于：石墨碳或碳化硅原料可重复使用亦可单次使用，其处理可采用焚烧法，而后有毒有害物质再次富集到少量飞灰中，仍可以此方法处理该飞灰；

(4)飞灰熔融后形成的无害玻璃渣可送去普通填埋厂填埋处理或作为建材资源化利用；该玻璃渣的特征在于浸出性差，有害物质被固化于二氧化硅网状结构中，暴露在自然环境中不会产生二次污染。

实施例1

本实施例的处置焚烧飞灰的熔融处理方法，包括以下步骤：

首先将生活垃圾焚烧飞灰与助熔剂(如玻璃粉、cao、碳粉等)混合均匀，压实成飞灰小球；在飞灰小球外包裹石墨碳和/或碳化硅的外壳形成单层结构或多层结构外壳包裹飞灰的复合球；将多个这样的复合球投入电感熔融炉内，利用高频电场对外壳和作为中心核的飞灰小球中的活性炭进行感应加热，使其升温至1500℃以上，飞灰被间接加热至熔融，熔融玻璃体始终被包裹在外壳中；将复合球从电感熔融炉内卸出，自然冷却或快速冷却后经机械破碎，得到飞灰玻璃渣和可循环利用的石墨碳或碳化硅原料。

本实施例焚烧飞灰与处置后熔渣中的重金属含量如表1所示，从中可用看出经本发明方法处置后，熔渣中的重金属大幅降低。

表1为生活垃圾焚烧飞灰及熔渣中的重金属含量

实施例2

本实施例的处置焚烧飞灰的熔融处理方法，包括以下步骤：

首先将医疗废弃物焚烧飞灰与助熔剂(如玻璃粉、cao、碳粉等)混合均匀，压实成飞灰小球；在飞灰小球外包裹石墨碳和/或碳化硅层的外壳形成单层或多层包裹飞灰的复合球；将多个这样的复合球投入电感熔融炉内，利用高频电场对外壳和作为中心核的飞灰小球中的活性炭进行感应加热，使其升温至1500℃以上，飞灰被间接加热至熔融，熔融玻璃体始终被包裹在外壳中；将复合球从电感熔融炉内卸出，自然冷却或快速冷却后经机械破碎，得到飞灰玻璃渣和可循环利用的石墨碳或碳化硅原料。

本实施例焚烧飞灰与处置后熔渣中的重金属含量如表2所示，从中可用看出经本发明方法处置后，熔渣中的重金属大幅降低。

表2为医疗废弃物焚烧飞灰及熔渣中的重金属含量

实施例3

本实施例的处置焚烧飞灰的熔融处理方法，包括以下步骤：

首先将化工污泥焚烧飞灰与助熔剂(如玻璃粉、cao、碳粉等)混合均匀，压实成飞灰小球；在飞灰小球外包裹石墨碳和/或碳化硅层的外壳形成单层或多层包裹飞灰的复合球；将多个这样的复合球投入电感熔融炉内，利用高频电场对外壳和作为中心核的飞灰小球中的活性炭进行感应加热，使其升温至1500℃以上，飞灰被间接加热至熔融，熔融玻璃体始终被包裹在外壳中；将复合球从电感熔融炉内卸出，自然冷却或快速冷却后经机械破碎，得到飞灰玻璃渣和可循环利用的石墨碳或碳化硅原料。

本实施例焚烧飞灰与处置后熔渣中的重金属含量如表3所示，从中可用看出经本发明方法处置后，熔渣中的重金属大幅降低。

表3为化工污泥焚烧飞灰及熔渣中的重金属含量

实施例4

本实施例的处置焚烧飞灰的熔融处理方法，包括以下步骤：

首先将电子废弃物焚烧飞灰与助熔剂(如玻璃粉、cao、碳粉等)混合均匀，压实成飞灰小球；在飞灰小球外包裹石墨碳和/或碳化硅层的外壳形成单层或多层包裹飞灰的复合球；将多个这样的复合球投入电感熔融炉内，利用高频电场对外壳和作为中心核的飞灰小球中的活性炭进行感应加热，使其升温至1500℃以上，飞灰被间接加热至熔融，熔融玻璃体始终被包裹在外壳中；将复合球从电感熔融炉内卸出，自然冷却或快速冷却后经机械破碎，得到飞灰玻璃渣和可循环利用的石墨碳或碳化硅原料。

本实施例焚烧飞灰与处置后熔渣中的重金属含量如表4所示，从中可用看出经本发明方法处置后，熔渣中的重金属大幅降低。

表4为电子废弃物焚烧飞灰及熔渣中的重金属含量

本发明的复合球、处理装置及方法，解决了焚烧飞灰高温处理过程中设备的氯腐蚀问题，同时二噁英分解彻底，重金属固化效果好，其中熔渣中重金属浸出溶度cr<0.50mg/l、ni<0.30mg/l、cu<0.10mg/l、zn<0.50mg/l、cd<0.03mg/l、pb<0.02mg/l，均远远低于国家标准gb5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》，系统无烟气处理设施，投资和运行费用低，且可实现焚烧飞灰的无害化及资源化。

本发明的处理装置具有使用寿命长，工艺流程短，处理效率高及处理成本低等特点，易于工业化应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。