一种生活垃圾焚烧飞灰熔融无害化协同处置的系统的制作方法

1.本发明涉及生活垃圾焚烧飞灰的无害处理技术，尤其涉及一种生活垃圾焚烧飞灰熔融无害化协同处置的系统。


背景技术：

2.随着我国社会经济的快速发展、城市化进程的加快以及人民生活水平的迅速提高，城市生活垃圾的排放量逐年增加。城市生活垃圾不仅占用大量的土地，破坏城市景观，而且对人类赖以生存的环境造成了持续性的污染，进而对人类的健康构成威胁，因此世界各国都把城市生活垃圾的减量化、无害化和资源化作为综合解决城市生活垃圾的原则。我国处理生活垃圾的三种方式分别是: 堆肥处理、填埋处理和焚烧处理，焚烧处理由于能够最大程度地减少土地占用量，且在焚烧过程垃圾中有害有机物得到彻底分解，从源头上避免这些物质对环境造成影响，对人体健康造成伤害，逐渐成为我国主要垃圾处置方式。
3.飞灰是生活垃圾焚烧处理过程产生的必然副产物，约占焚烧生活垃圾总量的3%~5%，飞灰一般呈灰白色或深灰色，颗粒细小（粒径分布通常在1~150μm之间），比表面积大（3~18m2/g），主要组成成分有cao、sio2、al2o3、na2o、k2o等氧化物，同时含有二噁英和pb、cd、zn等较高浓度的重金属，属于国家明文限制的危险废物。目前，飞灰的无害化处置技术已经成为制约垃圾焚烧发电行业发展的重要因素之一，我国垃圾焚烧飞灰处置方式主要有：水泥固化后填埋和水泥窑协同处置，但两种处置方式均在一定问题，如：水泥固化虽然能抑制飞灰中重金属的浸出，但却不能降解飞灰中的二噁英，且固化后飞灰增容明显，不利于运输和填埋，也不具备后续资源化利用的条件；水泥窑协同对氯元素控制严格，导致飞灰的添加量非常低，且氯元素的引入会严重影响水泥的品质，使之处置能力相对有限。
4.公开日为2008年9月3日，公开号为cn101255991a的中国发明专利文献中，公开了一种垃圾飞灰无害化处理的系统及方法，该方案提供的方法是将垃圾焚烧飞灰首先与改性洗涤液混合，在较低液固比及碱度下制成液固态混合物，然后通过液体分离器将改性飞灰与水洗液分离，改性飞灰压制成棒状或块状经晾晒送入焚烧装置焚烧，液体经蒸发设备提盐后回收使用，该方法虽然在一定程度上可实现垃圾焚烧飞灰的无害化处理，但处置过程难以实现连续化生产，即使实现连续生产处置效果将较难保证，同时棒状或块状飞灰晾晒过程难免有挥发性气味挥发，且含盐废水蒸发处理工序复杂，因此整个工艺过程较难实现清洁化生产。
5.公开日为2009年10月14日，公开号为cn101554632a的中国发明专利文献中，公开了利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，该方法将垃圾飞灰在高炉喷吹粉煤钱混入煤粉中，通过高炉喷煤工艺将粉煤与垃圾飞灰混合物送入高炉炉缸内，利用高炉炉缸区高温和还原性气氛，达到飞灰处理。
6.公开日为2016年04月13日，公开号为cn105478438a的中国发明专利文献中，公开了一种垃圾飞灰水泥窑协同处置及无害化资源循环利用方法，该方法将垃圾飞灰经水洗脱盐、混凝沉淀去除重金属后送入水泥窑焚烧。这类协同处置工艺需要根据窑炉终端产品特
点，限定飞灰添加比例亦或将入炉飞灰进行前处理，如：钢铁高炉生产对外来杂质的承受限度较低，很难开展垃圾飞灰的协同处理，水泥窑协同处理一般需要将飞灰水洗至氯含量小于1%，即使这样氯元素的引入也会对水泥品质产出不利影响，同时水洗液处理工序复杂。
7.公开日为2016年12月7日，公开号为cn106196092a的中国发明专利文献中，公开了一种垃圾焚烧炉飞灰高温熔融法处理的热能回收利用装置及方法，该方法将飞灰高温熔融炉与垃圾焚烧锅炉耦合，在实现垃圾飞灰高温熔融无害化处置的同时，回收飞灰高温熔融炉外排灰渣和烟气显热，但该工艺处理能力相对有限，同时高温设备长周期运行面临生产问题。
8.可以看出，目前的垃圾焚烧飞灰处置方式，均存在脱毒不彻底、处置量有限、能耗高且长周期安全稳定运行方面存在的等问题。


技术实现要素：

9.本发明提出了一种生活垃圾焚烧飞灰热熔融无害化协同处置的系统，旨在彻底实现生活垃圾焚烧飞灰无害化处理处置，提高系统稳定性时间，提升垃圾焚烧电厂运行收益，实现飞灰资源化利用。
10.本发明的技术方案如下：一种生活垃圾焚烧飞灰熔融无害化协同处置的系统，包括垃圾焚烧子系统和垃圾飞灰气化熔融无害化处置子系统，垃圾焚烧子系统将收集的飞灰输送至垃圾飞灰气化熔融无害化处置子系统进行气化熔融无害化处理；所述垃圾焚烧子系统包括垃圾前处理单元、垃圾焚烧炉、余热锅炉、发电单元、尾气净化单元、排烟系统、飞灰收集单元、炉渣收集系统；所述垃圾飞灰气化熔融无害化处置子系统包括：飞灰仓、碳基原料仓、粘结剂仓、垃圾飞灰成型单元、热熔融气化炉和玻璃态熔渣收集单元，飞灰仓用于存放垃圾焚烧子系统送来的飞灰，碳基原料仓用于存放碳基原料，粘结剂仓用于存放粘结剂仓，飞灰仓、碳基原料仓、粘结剂仓均通过管路连接输送到垃圾飞灰成型单元，飞灰、碳基燃料和粘接剂按照一定比例在垃圾飞灰成型单元内均匀混合成型，飞灰中含有的重金属、盐被碳基燃料均匀包裹形成成型的飞灰燃料；所述飞灰燃料通过管路输送到热熔融气化炉；在热熔融气化炉内，成型的飞灰燃料发生氧化还原反应，生产以co、h2为主的燃料气和液态熔融灰渣，所述燃料气由热熔融气化炉顶部侧面引出，输送至垃圾焚烧子系统的垃圾焚烧炉炉膛，液态熔融灰渣由热熔融气化炉底部落入玻璃态熔渣收集单元内，经过激冷成玻璃态灰渣间隔排出。
11.所述垃圾焚烧子系统产生的飞灰包括电除尘和布袋除尘飞灰，其中含有重金属、二噁英、氯盐等，属于危险废物。
12.所述飞灰、碳基原料、粘结剂的混合比例为：飞灰10~60wt%，碳基原料40~90wt%，粘结剂0~5 wt%。所述飞灰、碳基原料、粘结剂的具体配比可根据不同碳基原料灵活调整，要求制得的成型飞灰燃料的湿基落地强度>55%，干基冷压强度>180n。
13.所述碳基原料可以是煤、生物质、焦粉、石油焦等碳基燃料，也可以是含碳固废（含危废），如：废活性炭、废轮胎粉、树脂粉、含油污泥、药渣等。
14.所述粘结剂是指可以将焚烧飞灰与碳基燃料粘合物料，可以是有机类的粘结剂
如：煤沥青、煤焦油、淀粉、木质纤维素、生物质、纸浆废液、脂肪酸残渣、甘油渣泥等，亦或无机类的粘结剂如：膨润土、高岭土、黏土、石灰等，还可以是采用有机或无机类材料或微量固化剂制成的复合型粘结剂。
15.所述垃圾飞灰成型单元是采用机械方法将飞灰、碳基原料和粘结剂混合后的混合物料制成特定形状的设备，含物料均化、成型、烘干等功能。
16.所述垃圾飞灰成型单元制得的成型飞灰燃料呈块状或棒状，可满足热熔融气化炉热解气化。所述块状或棒状飞灰燃料，可实现如下效果：首先，通过垃圾飞灰成型单元可实现含二噁英的飞灰与碳基燃料的均匀混合，保证热熔融气化炉内含二噁英的飞灰均由碳基燃料包裹，这样气化反应产生的高温还原气氛可实现对二噁英高效彻底分解；同时，通过垃圾飞灰成型单元可实现飞灰中含有的重金属、盐等成分被碳基燃料均匀包裹，高温环境下碳基燃料含有的无机灰形成熔融态灰渣，及时捕获飞灰中的重金属、盐等成分，形成多种矿物成分液态熔融灰渣，避免重金属、盐等成分向气态挥发；最后，多种矿物成分液态熔融灰渣经水淬形成的玻璃态灰渣性质稳定，经浸出性试验可判定为一般固废处理，实现飞灰中各种重金属、盐等成分有效固定。
17.所述的热熔融气化炉可以采用以纯氧/空气和水蒸气/二氧化碳作为气化剂的块煤熔渣气化炉，或者采用以等离子为热源的等离子热熔融炉，亦或采用以电加热熔融炉。
18.当采用块煤熔渣气化炉时，成型飞灰燃料从块煤熔渣气化炉顶部送入炉内，建立3~6米气化床料层，同时通入气化剂，气化剂通过块煤熔渣气化炉炉体周围分布的若干气化剂进口进入炉内，气化剂与飞灰燃料发生氧化还原反应。
19.所述气化剂分为纯氧/空气和水蒸气/二氧化碳，分别通过两路管路通入热熔融气化炉。
20.所述块煤熔渣气化炉主要由气化室、熔渣室、燃烧短接和熔渣激冷室构成，在气化室内发生氧化还原反应，核心区反应温度高达2000℃以上，气化室为还原性气氛，飞灰燃料停留时间大于0.5小时；此时，碳基燃料灰渣中含有的sio2‑
al2o3‑
cao氧化物，以氧原子为载体转移电子攻击 c
‑
cl 键使其断裂，al 作为 cao 的电子供体促进电子的释放，在此条件下飞灰燃料中的二噁英被彻底分解成小分子合成气，飞灰燃料中的金属盐、重金属与碳基燃料灰渣熔融形成液态熔渣；液态熔渣聚集在熔渣室，熔渣室通过燃烧短接内高温气体保持液态熔渣温度、搅拌熔渣翻滚和控制其液位，熔渣室内的液态熔渣依靠自身重力落入熔渣激冷室，液态熔渣在熔渣激冷室内激冷成玻璃态灰渣，然后间隔排出块煤熔渣气化炉，玻璃态灰渣可作为一般固废外送至铺路或做建材。
21.当采用等离子热熔熔炉时，成型飞灰燃料从等离子热熔熔炉顶部送入炉内，建立2~4米气化床料层，在等离子作用下飞灰燃料被加热熔融，从而进行气化剂与飞灰燃料发生氧化还原反应。
22.当采用电加热熔融炉时，成型飞灰燃料从电加热熔融炉顶部送入炉内，在电加热作用下飞灰燃料被加热熔融，从而进行气化剂与飞灰燃料发生氧化还原反应。
23.其中，所述热熔融气化炉顶部侧面引出的燃料气温度在250~550℃之间，通过管道直接送至垃圾焚烧炉，作为垃圾焚烧炉补充燃料，补充燃料可提高垃圾焚烧炉内燃料的热值，增强炉内物料的湍动程度，极大改善垃圾焚烧炉燃烧状况，提升垃圾燃尽率，提高垃圾发电机组出力，提升垃圾焚烧电厂发电效益。因此通过块煤熔渣气化炉与垃圾焚烧炉耦合
协调处置，垃圾焚烧飞灰被无害出处置，实现资源化利用。
24.所述垃圾焚烧炉可以是炉排链条炉，由垃圾飞灰气化熔融无害化处置子系统引入的高温燃料气可以从炉排炉一次风进口处引入垃圾焚烧炉炉膛，也可从二次风进口处引入垃圾焚烧炉炉膛，特别的优选从一次风进口处引入垃圾焚烧炉炉膛。
25.所述垃圾焚烧炉是循环流化床炉，由垃圾飞灰气化熔融无害化处置子系统引入的高温燃料气可以从一次风进口处引入循环流化床垃圾焚烧炉，也可从二次风进口处引入循环流化床垃圾焚烧炉，特别的优选从一次风进口处引入循环流化床垃圾焚烧炉炉膛。
26.本发明的有益效果如下：1、本发明可以直接在现有的垃圾焚烧电厂系统上耦合垃圾焚烧飞灰气化熔融无害化处置系统单元，通过两个子系统协同处置，将危废属性的垃圾焚烧飞灰转变成一般固废熔融玻璃态灰渣，就地实现飞灰的无害化处置与资源化利用，大幅节约垃圾焚烧飞灰转运或者螯合填埋带来管理和运营费用，提高垃圾焚烧电厂运营收益。
27.2、飞灰气化熔融无害化处置子系统产生的高热值燃气直接送入垃圾焚烧炉，可提高焚烧炉内燃料的热值，增强炉内物料的湍动程度，极大改善垃圾焚烧炉燃烧状况，提升垃圾燃尽率，提高垃圾发电机组出力，提升垃圾焚烧电厂发电效益。
28.3、灰气化熔融无害化处置子系统掺混的碳基燃料可以是垃圾电厂周边收集到的含碳固废（特别是危废），如：生物质、废活性炭、废轮胎粉、树脂粉、含油污泥、药渣等，熔融气化炉与垃圾焚烧炉耦合可实现大宗固体废物高效高质利用，变废为宝，节能减碳，赋予垃圾发电机组作为区域性污染物终结者的功能角色，形成以垃圾发电厂为中心的区域性能源供应与环保服务设施平台。
附图说明
29.图1为本发明的原理结构示意图。
具体实施方式
30.实施例1如图1所示，本实施例提供的一种生活垃圾焚烧飞灰熔融无害化协同处置的系统，包括垃圾焚烧子系统和垃圾飞灰气化熔融无害化处置子系统，垃圾焚烧子系统将收集的飞灰输送至垃圾飞灰气化熔融无害化处置子系统进行气化熔融无害化处理。
31.所述垃圾焚烧子系统包括垃圾前处理单元、垃圾焚烧炉、余热锅炉、发电单元、尾气净化单元、排烟系统、飞灰收集单元、炉渣收集系统。
32.所述垃圾飞灰气化熔融无害化处置子系统包括：飞灰仓、碳基原料仓、粘结剂仓、垃圾飞灰成型单元、热熔融气化炉和玻璃态熔渣收集单元。其中，飞灰仓用于存放垃圾焚烧子系统送来的飞灰，碳基原料仓用于存放碳基原料，粘结剂仓用于存放粘结剂仓，飞灰仓、碳基原料仓、粘结剂仓均通过管路连接输送到垃圾飞灰成型单元，飞灰、碳基燃料和粘接剂按照一定比例在垃圾飞灰成型单元内均匀混合成型，飞灰中含有的重金属、盐被碳基燃料均匀包裹形成成型的飞灰燃料；所述飞灰燃料通过管路输送到热熔融气化炉；在热熔融气化炉内，成型的飞灰燃料发生氧化还原反应，生产以co、h2为主的燃料气和液态熔融灰渣，所述燃料气由热熔融气化炉顶部侧面引出，输送至垃圾焚烧子系统的垃圾焚烧炉炉膛，液
态熔融灰渣由热熔融气化炉底部落入玻璃态熔渣收集单元内，经过激冷成玻璃态灰渣间隔排出。
33.所述垃圾焚烧子系统产生的飞灰包括电除尘和布袋除尘飞灰，其中含有重金属、二噁英、氯盐等，属于危险废物。
34.所述飞灰、碳基原料、粘结剂的混合比例为：飞灰10~60wt%，碳基原料40~90wt%，粘结剂0~5 wt%。所述飞灰、碳基原料、粘结剂的具体配比可根据不同碳基原料灵活调整，要求制得的成型飞灰燃料的湿基落地强度>55%，干基冷压强度>180n。
35.对于不同配比的成型飞灰燃料，其所含重金属浓度也不同，如下表所示：对于50wt%飞灰添加量时粗煤气微量元素分析数据，如下表所示：由表可知，通过协同处置工艺飞灰中的氯、氟、氮的特征污染物不易进入到合成气中；挥发性重金属污染物也不易进入合成气中，远低于相关标准（gb18484
‑
2001）；二噁英类物质在高温还原性气氛下几乎不会产生。
36.对于50wt%飞灰添加量时熔融炉水淬灰渣重金属浸出性，如下表所示：根据《gb5085.3
‑
2007危险废物鉴别标准
‑
浸出毒性鉴别》中对重金属的规定限值要求，多种矿物成分液态熔融灰渣经水淬形成的玻璃态灰渣中重金属浸出毒性均低于标准限值。
37.所述垃圾飞灰成型单元制得的成型飞灰燃料呈块状或棒状，可满足热熔融气化炉热解气化，具体实现效果如下：首先，通过垃圾飞灰成型单元可实现含二噁英的飞灰与碳基燃料的均匀混合，保证热熔融气化炉内含二噁英的飞灰均由碳基燃料包裹，这样气化反应产生的高温还原气氛可实现对二噁英高效彻底分解；同时，通过垃圾飞灰成型单元可实现飞灰中含有的重金属、盐等成分被碳基燃料均匀包裹，高温环境下碳基燃料含有的无机灰形成熔融态灰渣，及时捕获飞灰中的重金属、盐等成分，形成多种矿物成分液态熔融灰渣，避免重金属、盐等成分向气态挥发；最后，多种矿物成分液态熔融灰渣经水淬形成的玻璃态灰渣性质稳定，经浸出性试验可判定为一般固废处理，实现飞灰中各种重金属、盐等成分有
效固定。
38.所述碳基原料可以是煤、生物质、焦粉、石油焦等碳基燃料，也可以是含碳固废（含危废），如：废活性炭、废轮胎粉、树脂粉、含油污泥、药渣等。
39.所述粘结剂是指可以将焚烧飞灰与碳基燃料粘合物料，可以是有机类的粘结剂如：煤沥青、煤焦油、淀粉、木质纤维素、生物质、纸浆废液、脂肪酸残渣、甘油渣泥等，亦或无机类的粘结剂如：膨润土、高岭土、黏土、石灰等，还可以是采用有机或无机类材料或微量固化剂制成的复合型粘结剂。
40.所述垃圾飞灰成型单元是采用机械方法将飞灰、碳基原料和粘结剂混合后的混合物料制成特定形状的设备，含物料均化、成型、烘干等功能。
41.实施例2在实施例1的基础上，所述热熔融气化炉可以采用块煤熔渣气化炉。
42.当采用块煤熔渣气化炉时，成型飞灰燃料从块煤熔渣气化炉顶部送入炉内，建立3~6米气化床料层，同时通入气化剂，气化剂通过块煤熔渣气化炉炉体周围分布的若干气化剂进口进入炉内，气化剂与飞灰燃料发生氧化还原反应。
43.所述气化剂分为纯氧/空气和水蒸气/二氧化碳，分别通过两路管路通入热熔融气化炉。
44.所述块煤熔渣气化炉主要由气化室、熔渣室、燃烧短接和熔渣激冷室构成，在气化室内发生氧化还原反应，核心区反应温度高达2000℃以上，气化室为还原性气氛，飞灰燃料停留时间大于0.5小时；此时，碳基燃料灰渣中含有的sio2‑
al2o3‑
cao氧化物，以氧原子为载体转移电子攻击 c
‑
cl 键使其断裂，al 作为 cao 的电子供体促进电子的释放，在此条件下飞灰燃料中的二噁英被彻底分解成小分子合成气，飞灰燃料中的金属盐、重金属与碳基燃料灰渣熔融形成液态熔渣；液态熔渣聚集在熔渣室，熔渣室通过燃烧短接内高温气体保持液态熔渣温度、搅拌熔渣翻滚和控制其液位，熔渣室内的液态熔渣依靠自身重力落入熔渣激冷室，液态熔渣在熔渣激冷室内激冷成玻璃态灰渣，然后间隔排出块煤熔渣气化炉，玻璃态灰渣可作为一般固废外送至铺路或做建材。
45.实施例3在实施例1的基础上，所述热熔融气化炉可以采用等离子热熔融炉。
46.当采用等离子热熔熔炉时，成型飞灰燃料从等离子热熔熔炉顶部送入炉内，建立2~4米气化床料层，在等离子作用下飞灰燃料被加热熔融，从而进行气化剂与飞灰燃料发生氧化还原反应。
47.实施例4在实施例1的基础上，所述热熔融气化炉可以电加热熔融炉。
48.当采用电加热熔融炉时，成型飞灰燃料从电加热熔融炉顶部送入炉内，在电加热作用下飞灰燃料被加热熔融，从而进行气化剂与飞灰燃料发生氧化还原反应。
49.实施例5在实施例1
‑
4的任一基础上，所述热熔融气化炉顶部侧面引出的燃料气温度在250~550℃之间，通过管道直接送至垃圾焚烧炉，作为垃圾焚烧炉补充燃料，补充燃料可提高垃圾焚烧炉内燃料的热值，增强炉内物料的湍动程度，极大改善垃圾焚烧炉燃烧状况，提升垃圾燃尽率，提高垃圾发电机组出力，提升垃圾焚烧电厂发电效益。因此通过块煤熔渣气化炉
与垃圾焚烧炉耦合协调处置，垃圾焚烧飞灰被无害出处置，实现资源化利用。
50.实施例6在实施例1
‑
5的任一基础上，所述垃圾焚烧炉可以是炉排链条炉，由垃圾飞灰气化熔融无害化处置子系统引入的高温燃料气可以从炉排炉一次风进口处引入垃圾焚烧炉炉膛，也可从二次风进口处引入垃圾焚烧炉炉膛，特别的优选从一次风进口处引入垃圾焚烧炉炉膛。
51.实施例7在实施例1
‑
5的任一基础上，所述垃圾焚烧炉是循环流化床炉，由垃圾飞灰气化熔融无害化处置子系统引入的高温燃料气可以从一次风进口处引入循环流化床垃圾焚烧炉，也可从二次风进口处引入循环流化床垃圾焚烧炉，特别的优选从一次风进口处引入循环流化床垃圾焚烧炉炉膛。