一种基于水蒸汽诱导的垃圾焚烧飞灰还原脱氯方法及装置与流程

本发明属于危险固体废物处理技术领域，涉及一种基于水蒸汽诱导的垃圾焚烧飞灰还原脱氯方法及装置。

背景技术：

近年来，随着城市化进程的加快，以生活垃圾为代表的城市固体废弃物(msw)排放量日益增加，由此带来的废弃物处理问题始终困扰着城市管理者。热处理由于具有减容化、无害化、资源化等特点，近年来被许多国家广泛采用。目前，已有超过一千台垃圾焚烧炉在我国运行，可处理垃圾总量的35％以上。但是，垃圾焚烧过程中会产生大量的灰渣，包括炉渣和飞灰。

其中，飞灰作为危险废弃物，其处理也已成为一个棘手的环保问题。msw焚烧飞灰主要由金属氧化物、碳酸盐、硅酸盐等无机物和少量有机物组成，其成分与生产水泥的原料类似。因此，水泥固化及水泥窑协同处置是飞灰资源化利用的主要方法之一，但是飞灰中的氯化物(包括氯化钾、氯化钠、氯化镁等)会导致固化体强度低、有害物质浸出率高等问题，因此，在水泥固化飞灰之前必须对飞灰中的氯化物进行脱除。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于水蒸汽诱导的垃圾焚烧飞灰还原脱氯方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于水蒸汽诱导的垃圾焚烧飞灰还原脱氯方法，该方法包括以下步骤：

1)将飞灰进行干燥处理，得到干燥飞灰；

2)将干燥飞灰与催化剂混合，得到混合物；

3)将混合物置于气化炉内，并进行升温；

4)向气化炉内喷洒水蒸汽，并进行热处理。

进一步地，步骤1)中，所述的干燥处理过程中，干燥温度为100-110℃，干燥时间为20-28h。

进一步地，步骤1)中，所述的干燥飞灰的含水率≤10％。

进一步地，步骤2)中，所述的催化剂为铁粉或铝粉。零价还原性铁粉和铝粉能有效去除有机氯化物，是良好的氯化物脱除剂。

进一步地，步骤2)中，所述的催化剂与干燥飞灰的质量比为1-10:100。

进一步地，步骤3)中，将混合物置于气化炉内，并升温至500-800℃。

进一步地，步骤4)中，所述的热处理过程在氮气气氛中进行，并且氮气流量为15-25ml/min。

进一步地，步骤4)中，所述的水蒸汽的温度为180-220℃，热处理时间为0.5-3h。

进一步地，步骤4)中，所述的水蒸汽与干燥飞灰的质量比为0.25-1:100。

一种基于所述方法的垃圾焚烧飞灰还原脱氯装置，该装置包括气化炉以及分别与气化炉的内部相连通的氮气输送单元、水蒸汽输送单元。该装置还包括与气化炉的内部相连通的尾气处理器。

目前，最主要的脱氯手段是水洗脱氯工艺，其缺点是仅能去除可溶性氯，而对于以friedel盐等形式存在的不可溶氯去除效果几乎为零；同时水洗也会导致飞灰中重金属及其他离子进入水中，带来附加的处理成本。热处理是飞灰脱氯的另一种方法，能使不溶性氯化物分解、蒸发，同时也能去除飞灰中的二噁英、重金属等物质，但单独使用热处理进行脱氯效果不佳，达不到预期结果。因此，本发明创造性地将水洗法和热处理两种方法结合在一起，提供一种在水蒸汽诱导下添加催化剂进行飞灰脱氯的方法，该方法具有设备简单、易于实现等优势，可有效去除飞灰中可溶性氯和不可溶氯。

本发明可用于废弃物焚烧飞灰的还原脱氯，飞灰的主要成分为金属氧化物、碳酸盐、硅酸盐，并含有铅、铬、汞、镍、锌、铜等重金属以及氯化物。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)本发明采用的飞灰还原脱氯方法与传统的水洗脱氯法相比，解决了其水资源消耗量大、不可溶氯去除率低等缺点，脱氯效果显著；且本发明脱氯处理工艺简单，脱氯后的飞灰可用于水泥固化及水泥窑协同处置，实现飞灰的资源化利用，具有广阔的市场应用前景；

2)既可高效去除可溶性氯化物，又能使不可溶氯分解，解决了传统水洗法不可溶氯去除率低的缺陷，脱氯效果显著，且脱氯处理工艺简单。

附图说明

图1为本发明中还原脱氯装置的结构示意图；

图中标记说明：

1—气化炉、2—尾气处理器、3—氮气瓶、4—氮气管路、5—阀、6—流量计、7—水槽、8—水蒸汽管路、9—蠕动泵、10—水蒸汽发生器、11—热电偶、12—待处理样品。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

飞灰取自上海某生活垃圾焚烧厂，飞灰中氯元素的含量为11.52％。将飞灰置于烘箱内，在105℃下干燥24h，得到干飞灰；将50g飞灰置于气化炉内(不添加催化剂)，用转子流量计控制氮气流量50ml/min，该气化炉反应器由管式电加热器加热，由温度控制器调节预设温度为500-800℃，升温速率20℃/min，进行热处理，反应前通氮气吹扫，热处理过程中整个系统通氮气保护，以维持惰性环境；样品在炉内升到设定温度后保温1h。利用离子色谱仪(ics-1000)对处理后的飞灰进行总氯含量和可溶性氯含量测量。

实验结果见表1：

表1

实施例2：

飞灰取自上海某生活垃圾焚烧厂，飞灰中氯元素的含量为11.52％。将飞灰置于烘箱内，在105℃下干燥24h，得到干飞灰；将50g飞灰置于气化炉内(不添加催化剂)，用转子流量计控制氮气流量50ml/min，该气化炉反应器由管式电加热器加热，由温度控制器调节预设温度为700℃，升温速率20℃/min，进行热处理，反应前通氮气吹扫，热处理过程中整个系统通氮气保护，以维持惰性环境；样品在炉内升到设定温度后保温1h，并开启蠕动泵和水蒸汽发生器，向炉内喷洒水蒸汽，所用水蒸汽和飞灰的质量比为0.25-1。利用离子色谱仪(ics-1000)对处理后的飞灰进行总氯含量和可溶性氯含量测量。

实验结果见表2：

表2

实施例3：

飞灰取自上海某生活垃圾焚烧厂，飞灰中氯元素的含量为11.52％。将飞灰置于烘箱内，在105℃下干燥24h，得到干飞灰；将50g飞灰置于气化炉内(不添加催化剂)，用转子流量计控制氮气流量50ml/min，该气化炉反应器由管式电加热器加热，由温度控制器调节预设温度为700℃，升温速率20℃/min，进行热处理，反应前通氮气吹扫，热处理过程中整个系统通氮气保护，以维持惰性环境；样品在炉内升到设定温度后保温0.5-3h，并开启蠕动泵和水蒸汽发生器，向炉内喷洒水蒸汽，所用水蒸汽和飞灰的质量比为1:1。利用离子色谱仪(ics-1000)对处理后的飞灰进行总氯含量和可溶性氯含量测量。

实验结果见表3：

表3

实施例4：

飞灰取自上海某生活垃圾焚烧厂，飞灰中氯元素的含量为11.52％。将飞灰置于烘箱内，在105℃下干燥24h，得到干飞灰；将催化剂铁粉和飞灰按质量比2.5-10％机械混合，置于气化炉内，用转子流量计控制氮气流量50ml/min，该气化炉反应器由管式电加热器加热，由温度控制器调节预设温度为700℃，升温速率20℃/min，进行热处理，反应前通氮气吹扫，热处理过程中整个系统通氮气保护，以维持惰性环境；样品在炉内升到设定温度时保温2h，并开启蠕动泵和水蒸汽发生器，向炉内喷洒水蒸汽，所用水蒸汽和飞灰的质量比为1:1。利用离子色谱仪(ics-1000)对处理后的飞灰进行总氯含量和可溶性氯含量测量。

实验结果见表4：

表4

实施例5：

飞灰取自上海某生活垃圾焚烧厂，飞灰中氯元素的含量为11.52％。将飞灰置于烘箱内，在105℃下干燥24h，得到干飞灰；将催化剂铝粉和飞灰按质量比2.5-10％机械混合，置于气化炉内，用转子流量计控制氮气流量50ml/min，该气化炉反应器由管式电加热器加热，由温度控制器调节预设温度为700℃，升温速率20℃/min，进行热处理，反应前通氮气吹扫，热处理过程中整个系统通氮气保护，以维持惰性环境；样品在炉内升到设定温度时保温2h，并开启蠕动泵和水蒸汽发生器，向炉内喷洒水蒸汽，所用水蒸汽和飞灰的质量比为1:1。利用离子色谱仪(ics-1000)对处理后的飞灰进行总氯含量和可溶性氯含量测量。

实验结果见表5：

表5

实施例6：

一种基于水蒸汽诱导的垃圾焚烧飞灰还原脱氯方法，包括以下步骤：

1)将飞灰在100℃下干燥处理28h，得到干燥飞灰，干燥飞灰的含水率≤10％；

2)将干燥飞灰与催化剂铝粉混合，使催化剂与干燥飞灰的质量比为1:100，得到混合物；

3)将混合物置于气化炉内，并升温至800℃；

4)向气化炉内喷洒温度为180℃的水蒸汽，使水蒸汽与干燥飞灰的质量比为1:100，并在氮气气氛中进行热处理0.5h，氮气流量为25ml/min。

基于该方法的垃圾焚烧飞灰还原脱氯装置，包括气化炉1以及分别与气化炉1的内部相连通的氮气输送单元、水蒸汽输送单元、尾气处理器2。氮气输送单元包括氮气瓶3、设置在氮气瓶3与气化炉1之间的氮气管路4以及分别设置在氮气管路4上的阀5、流量计6，水蒸汽输送单元包括水槽7、设置在水槽7与气化炉1之间的水蒸汽管路8以及分别设置在水蒸汽管路8上的蠕动泵9、水蒸汽发生器10，气化炉1上插设有热电偶11，气化炉1内部放入待处理样品12。水蒸汽发生器10用于产生水蒸汽。

实施例7：

一种基于水蒸汽诱导的垃圾焚烧飞灰还原脱氯方法，包括以下步骤：

1)将飞灰在110℃下干燥处理20h，得到干燥飞灰，干燥飞灰的含水率≤10％；

2)将干燥飞灰与催化剂铁粉混合，使催化剂与干燥飞灰的质量比为10:100，得到混合物；

3)将混合物置于气化炉内，并升温至500℃；

4)向气化炉内喷洒温度为220℃的水蒸汽，使水蒸汽与干燥飞灰的质量比为0.25:100，并在氮气气氛中进行热处理3h，氮气流量为15ml/min。

实施例8：

一种基于水蒸汽诱导的垃圾焚烧飞灰还原脱氯方法，包括以下步骤：

1)将飞灰在105℃下干燥处理24h，得到干燥飞灰，干燥飞灰的含水率≤10％；

2)将干燥飞灰与催化剂铁粉混合，使催化剂与干燥飞灰的质量比为3:100，得到混合物；

3)将混合物置于气化炉内，并升温至600℃；

4)向气化炉内喷洒温度为200℃的水蒸汽，使水蒸汽与干燥飞灰的质量比为0.75:100，并在氮气气氛中进行热处理2h，氮气流量为20ml/min。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。