一种基于碳热还原协同硅铝基质自氯化的垃圾焚烧飞灰热净化装置及方法

本发明涉及固体废弃物处理领域，具体涉及一种基于碳热还原协同硅铝基质自氯化的垃圾焚烧飞灰热净化装置及方法。

背景技术：

1、随着我国国民经济快速发展，人民生活水平不断提高，城市化进程稳步推进，城镇人口数量和城镇居民人均可支配收入水平的大幅增加，由此带来了垃圾处理处置的难度。十年间我国城镇人口数增长了35%，城镇居民人均可支配收入增长了129%，与此对应的是生活垃圾清运量从1.58亿吨增至2.35亿吨，增长了49%。目前，城市生活垃圾无害化处理方法主要包括卫生填埋和垃圾焚烧，垃圾焚烧以其减量化、无害化效果显著且处理速度快等优点逐渐成为我国中大型城市的首选。

2、由于我国生活垃圾分类暂未广泛实施，且很多垃圾组分中含有重金属，导致焚烧飞灰中含有重金属，此外焚烧飞灰中还含有二噁英。焚烧飞灰已列入国家危险废物名录，无法直接送入生活垃圾填埋场。对焚烧飞灰进行无害化处理后，可以降低飞灰的处置要求，甚至可以实现资源化利用。目前，飞灰无害化处置处理的方式有：（1）螯合加填埋处置；（2）水泥窑协同处置；（3）等离子体熔融处理。

3、螯合加填埋处置占地大，且长期稳定性差，无法资源化利用飞灰；水泥窑协同处置成本高，且存在稀释作用，难以检测净化效果；等离子熔融处理处理温度高，耗能大，且产生二次飞灰，仍需继续处理。综上所述，目前缺乏一种同时具有低成本、不会造成二次污染且可资源化利用焚烧飞灰处理方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有焚烧飞灰处理技术的不足，基于硅铝固化及碳热还原热净化的原理，开发一种无二次污染、相较飞灰熔融热处理技术能耗低、可实现资源化利用的焚烧飞灰处理新方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种基于碳热还原协同硅铝基质自氯化的垃圾焚烧飞灰热净化装置及方法，包括如下步骤和设计:

3、（1）选取过200目筛的焚烧飞灰、炭粒及硅铝基质以2:1:1-4:1:1的质量比例均匀混合，形成混合物；

4、（2）以8-12mpa的压强，将步骤（1）中所述的混合物压制成10-20mm球形颗粒；

5、（3）将球形颗粒送入回转窑炉，炉内温度为750-800℃，颗粒在炉内停留时间为30-45min，炉内为氮气气氛，炉内气体流动速度为0.02-0.05m/s。窑尾烟气经换热器冷却至150-200℃后，使用布袋除尘器收集烟气中的冷凝产物。

6、（4）将步骤（3）中所述的回转窑炉中气氛切换为空气，颗粒在炉内停留时间为30-60min，炉内气体流动速度为0.02-0.05m/s。窑尾烟气经换热器冷却至150-200℃后，使用布袋除尘器收集烟气中的冷凝产物。

7、（5）将除尘器所收集冷凝产物及炉内固化后的飞灰分类回收，可实现资源化的利用。

8、进一步的，步骤（3）中所述的氮气回转窑炉排出的尾气经换热器和除尘器后，再次进入步骤（3）中所述的氮气回转窑炉，作为炉内载气使用；步骤（4）中所述的空气回转窑炉排出的尾气经换热器和布袋除尘器后，再次进入步骤（4）中所述的空气回转窑炉，作为炉内载气使用，空气回转窑炉需要补充少量氧气以维持炉内氧浓度。

9、进一步的，步骤（3）、（4）中收集到的冷凝产物为重金属及其氯化物或者为碱金属及其氯化物，步骤（4）中炉内剩余飞灰已固化或去除了重金属及二噁英，具有资源化利用的价值。

10、进一步的，前述硅铝基质按质量分数计，由以下物质组成：

11、含氧化硅复合物1-5份；

12、含氧化铝复合物3-5份；

13、其中，含氧化硅复合物为高岭土、稻壳灰、石英砂中一种或几种，含氧化铝复合物为高岭土、稻壳灰、矾土中一种或几种。

14、进一步的，硅铝基质中稻壳灰中二氧化硅含量不低于80%，矾土中氧化铝含量不低于50%。

15、进一步的，飞灰送入所述的回转窑炉经过氮气气氛煅烧后，需直接切换气氛继续煅烧，无需更换窑炉以及除尘袋。

16、一种基于碳热还原协同硅铝基质自氯化的垃圾焚烧飞灰热净化装置，其中回转窑炉筒体材质需为刚玉或其他不易粘连材料。

17、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

18、（1）使用飞灰、炭粒混合煅烧的碳热还原方法，使部分重金属发生还原反应，降低其挥发温度，节约能耗；

19、（2）使用飞灰、炭粒及硅铝基质混合煅烧，在促进重金属挥发的同时，同时固化了较难挥发的重金属，降低其毒性浸出浓度。

20、（3）采用混合加压造粒的方法，增大了炭、硅铝基质与飞灰中重金属反应的接触面积，增强了还原反应及固化作用，且降低了飞灰在炉内的扬尘；

21、（3）在同一炉内切换不同加热气氛，氮气气氛下主要促进重金属的挥发效果，空气气氛主要促进硅铝基质形成硅铝酸盐，固化重金属，同时燃尽未反应完的炭粒；

22、（4）采用分气氛热挥发、冷凝收集的方法，可以实现重金属化合物和固化后的飞灰分离回收，有利于其资源化利用；

技术特征：

1.一种基于碳热还原协同硅铝基质自氯化的垃圾焚烧飞灰热净化方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于碳热还原协同硅铝基质自氯化的垃圾焚烧飞灰热净化方法，其特征在于；步骤（3）中所述的氮气回转窑炉排出的尾气经换热器和除尘器后，再次进入步骤（3）中所述的氮气回转窑炉，作为炉内载气使用；步骤（4）中所述的空气回转窑炉排出的尾气经换热器和布袋除尘器后，再次进入步骤（4）中所述的空气回转窑炉，作为炉内载气使用，所述的空气回转窑炉需要补充少量氧气以维持炉内氧浓度。

3.根据权利要求1所述的一种基于碳热还原协同硅铝基质自氯化的垃圾焚烧飞灰热净化方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的一种基于碳热还原协同硅铝基质自氯化的垃圾焚烧飞灰热净化方法，其特征在于，所述硅铝基质按质量分数计，由以下物质组成：

5.根据权利要求1所述的一种硅铝基质，其中稻壳灰中二氧化硅含量不低于80%，矾土中氧化铝含量不低于50%。

6.根据权利要求1所述的一种基于碳热还原协同硅铝基质自氯化的垃圾焚烧飞灰热净化方法，其特征在于：飞灰送入所述的回转窑炉经过氮气气氛煅烧后，需直接切换气氛继续煅烧，无需更换窑炉以及除尘袋。

7.一种基于碳热还原协同硅铝基质自氯化的垃圾焚烧飞灰热净化装置，其特征在于：回转窑炉筒体材质需为刚玉或其他不易粘连材料。

技术总结
本发明提供一种基于碳热还原协同硅铝基质自氯化的垃圾焚烧飞灰热净化装置及方法，其主要步骤包括：（1）将焚烧飞灰、硅铝添加剂及炭粒均匀混合造粒；（2）混合颗粒送入恒温回转窑炉进行氮气气氛煅烧，并收集窑炉烟气中的冷凝产物；（3）继续向回转窑炉通入空气进行煅烧，去除炭颗粒并固化重金属；（4）煅烧后飞灰即可资源化利用。本发明可以较低的温度去除或固化飞灰中的二噁英和重金属，且净化后的飞灰可以资源化利用。

技术研发人员：王昕晔,丁志伟,谢浩,张居兵,卜昌盛,孟俊光,刘长奇
受保护的技术使用者：南京师范大学镇江创新发展研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11