一种利用烟气处理焚烧飞灰的系统和方法

本发明涉及垃圾焚烧飞灰处理，特别涉及一种利用烟气处理焚烧飞灰的系统和方法。

背景技术：

1、随着时代的发展，城市生活垃圾、医疗废物以及工业生产废物日渐增多，将城市生活垃圾、医疗废物以及工业生产废物进行焚烧是目前我国处理这些垃圾的主要方式。焚烧飞灰中不仅包括cl、ca、k、na、si、al、o等元素，而且还含有高浓度的重金属，如hg、pb、cd、cu、cr及zn等，以及具有很强危害性的二噁英，如果处理不当，则会造成严重的环境污染，且这些污染物质可以通过污染水体、土壤，进而危害到动植物以及人体的健康，如何处理飞灰，防止二噁英和重金属对自然产生危害是目前亟需解决的问题。现有技术中，常常采用热处理技术，即对飞灰进行烧结、熔融、玻璃化和气化，虽然有效，但是能源消耗大，成本过高，并且会增加污染物进入气相造成二次污染的风险。此外，垃圾焚烧产生的烟气经脱硫脱硝处理以后，经常还含有过量的二氧化碳，直接排入大气中，会加速温室效应的形成，如何对烟气中的二氧化碳进行充分利用也是目前亟需解决的问题。因此发明一种利用烟气处理焚烧飞灰的系统和方法显得尤为必要。

技术实现思路

1、针对以上现有技术的不足，本发明第一方面提供了一种飞灰预处理系统，可以对飞灰进行预处理，可以对飞灰进行活化，为后续反应做准备。本发明第二方面提供了一种利用烟气处理焚烧飞灰的系统，充分利用焚烧垃圾产生的余热以及含有大量二氧化碳的烟气，对飞灰进行处理。本发明第三方面提供了一种利用烟气处理焚烧飞灰的方法，将含有大量二氧化碳的烟气与脱卤剂、矿化剂结合使用，对飞灰进行处理，使得最终得到的飞灰中二噁英和重金属的浓度满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(gb16889-2008)中的污染浓度限值。具体通过以下技术实现：

2、本发明第一方面提供了一种飞灰预处理系统，包括第一配料罐、第二配料罐、第三配料罐、球磨机、搅拌装置和电机；第一配料罐与第二配料罐的出口均与球磨机的入口接通；球磨机一端设有第一齿轮，球磨机的出口与搅拌装置相接通；电机输出端设有第二齿轮；搅拌装置包括搅拌容器和搅拌桨，搅拌桨顶端设有第三齿轮；第一齿轮、第三齿轮分别与第二齿轮啮合；第三配料罐的出口与搅拌容器相接通；第一配料罐、第二配料罐、第三配料罐和搅拌装置内均设有称重传感器。

3、本发明第二方面提供了一种利用烟气处理焚烧飞灰的系统，包括上述飞灰预处理系统和反应装置，反应装置包括空腔，空腔与搅拌装置的出口相接通；反应装置的底部设有浆液出口，反应装置的上部设有烟气进口和烟气出口。

4、在本发明的系统中，原始飞灰经过第一配料罐进入球磨机的同时，脱卤剂通过第二配料罐进入到球磨机内，原始飞灰和脱卤剂可以分别通过第一配料罐和第二配料罐底部的称重传感器将两者的重量配比控制在合适范围内；球磨机完成研磨后，将研磨后的飞灰导入搅拌装置中，同时矿化剂通过第三配料罐加入到搅拌装置中，研磨后的飞灰和矿化剂可以分别通过搅拌容器和第三配料罐底部的称重传感器将两者的重量配比控制在合适范围内；向搅拌容器内加水，并搅拌得到浆液；将浆液导入到反应装置内，同时通过反应装置上的烟气进口向其内通入烟气，烟气与浆液在反应装置内充分接触、反应；反应后的浆液通过浆液出口导入下一工序，烟气通过烟气出口排出。

5、优选地，反应装置一侧设有压缩机，压缩机与空腔相接通，空腔内设有压力传感器。压力传感器与压缩机电连接，可以对反应装置内的压力进行控制。进一步优选地，反应装置内的压力为0-2mpa。

6、优选地，空腔内设有温度传感器。温度传感器可对空腔内的温度进行监测。

7、优选地，还包括飞灰干化装置。飞灰干化装置用于降低飞灰的含水率，同时可以加速飞灰与脱卤剂、矿化剂和烟气中的二氧化碳产生反应。

8、优选地，飞灰干化装置包括干化管，干化管外围设有夹层，夹层内设有管道。通过夹层内的管道，可以对干化管施加外部热源，提高干化管内的温度。进一步优选地，还包括烟气处理装置和焚烧系统的冷凝系统，所述冷凝系统的出口管与所述管道接通。夹层及管道的设置可以利用在焚烧系统发挥过冷凝作用后带有大量热量的冷凝水，对这部分热量进行二次利用，对飞灰进行干化处理。烟气处理装置可以将烟气进行脱硫脱硝处理，然后将处理后的烟气用于后续反应。

9、优选地，还包括储存罐。储存罐可以对干化后的飞灰进行暂时的保存，待达到一定的量后再集中进行固化处理。

10、优选地，还包括飞灰固化设备。飞灰经飞灰固化设备后可以得到飞灰固化体，便于处置，例如填埋。

11、优选地，第一配料罐、第二配料罐、第三配料罐、球磨机和搅拌装置内均设有吹扫装置。吹扫装置可以对管内壁进行清洁，同时帮助排尽内容物。

12、本发明第三方面提供了一种利用烟气处理焚烧飞灰的方法，使用了上述的利用烟气处理焚烧飞灰的系统，包括以下步骤：

13、将原始飞灰与脱卤剂混匀，研磨，得到脱卤飞灰；将脱卤飞灰与矿化剂混匀，加水，搅拌，得到浆液；将浆液与经脱硫脱硝处理后的烟气进行反应，经干化，固化，养护，得到飞灰固化体；

14、其中，脱卤剂包括铝和氧化铝。

15、在本发明中，al/γ-al2o3的作用体现在两个方面，第一，γ-al2o3表面具有活性五配位[alo5]7-基团，在球磨机械力导致的局部升温、错位、表面活化等驱动力作用下，提供电子，能使二噁英中c-o键断裂，起到开环的作用；al粉具有金属延展性，在球的挤压下会首先成为片状结构，然后在飞灰nacl和kcl等具有棱角结构的结晶盐作用下，破碎产生大量表面，具有高效还原作用，能打断二噁英c-cl键，起到高效脱氯的作用；al和γ-al2o3协同作用，在机械力化学作用下，降解飞灰中二噁英；第二，经过球磨后，al/γ-al2o3粉末粒径大幅下降，al逐渐氧化成al2o3，与γ-al2o3一起，具有很高的碱溶活性，可以在矿化和水化这两个碱性条件溶解提供[al(oh)4-]，促进水化硅酸钙、afm和aft等水化产物的产生，为二氧化碳的矿化和重金属固化提供物质基础。

16、本发明的方法中，浆液与烟气的反应分为碳化和水化两个阶段：在碳化阶段，氧化镁可以释放氢氧根，二硅酸钠具有碱度缓释作用，二者相互作用可以保证碳化阶段飞灰体系处于高效碳化的ph范围，避免碳化后造成的碱度过低导致固化困难，也可避免因碱度快速释放导致利用效率低，造成后期固化体反碱的问题；同时飞灰与烟气接触的过程中，碳化产生碳酸钙、碳酸镁等碳酸盐，可以作为水化反应的原料；在水化阶段，二硅酸钠发挥离子交换作用，改善浆液中ca/al比和ca/si比，提供水化所需要的硅酸根，氧化镁可以和飞灰中的氯盐反应，促进飞灰产生3mg(oh)2·mgcl2·8h2o和5mg(oh)2·mgcl2·8h2o，在较低ph范围内可(ph＝9-10)稳定存在，保证了固化飞灰在填埋场的长期安全性能；碳化阶段生成的碳酸盐作为与原料与铝、飞灰结合生成层状的ca-(al/fe)-co3-ldh材料和柱状ca-(al/fe)-co3-aft材料，从而固化重金属，碳酸盐型的ca-(al/fe)-co3-ldh和ca-(al/fe)-co3-aft较氢氧根型和卤素型的ldh和aft溶度更低，更容易生成，也更为稳定。反应过程如下：

17、二硅酸钠碱度缓释作用：

18、

19、二硅酸钠离子交换作用：

20、

21、其他反应过程：

22、5mg(oh)2·mgcl2·8h2o+2co2→mg(oh)2·mgcl2·2mgco3·8h2o+2mg(oh)2+2h2o

23、3mg(oh)2·mgcl2·8h2o+2co2→mg(oh)2·mgcl2·2mgco3·6h2o+4h2o

24、下列反应式中，m为ca或者mg：

25、3cao·al2o3·ca(oh)2·10h2o+mco3+h2o→3cao·al2o3·caco3·11h2o+m(oh)2

26、3cao·al2o3·cacl2·10h2o+mco3+h2o→3cao·al2o3·caco3·11h2o+mcl2

27、3cao·al2o3·caso4·12h2o+mco3→3cao·al2o3·caco3·11h2o+mso4+h2o

28、本发明中的缓凝型减水剂可有效改善飞灰浆液稠度，并可延缓水化时间，保证浆液在整个碳化阶段处于流动状态，便于流化；引气剂可使飞灰流化移动过程中，气相中二氧化碳均匀分散于飞灰浆液中，增大气相二氧化碳与飞灰浆液的接触，提升碳化效率。本发明的方法中加入铝和氧化铝，不仅可以在研磨阶段活化飞灰，利于飞灰二噁英等污染物降解，而且在碳化阶段，也可以促进飞灰与烟气中的二氧化碳接触反应生成碳酸盐，同时在水化阶段，也可作为原料参与生成层状的ca-(al/fe)-co3-ldh材料和柱状ca-(al/fe)-co3-aft材料固化重金属。

29、优选地，矿化剂包括50-70％二硅酸钠、30-40％氧化镁、0.5-1.5％缓凝型减水剂和0.005-0.015％引气剂。

30、优选地，铝和氧化铝的质量比为(2-5)：1。

31、优选地，原始飞灰与脱卤剂的质量比为(5-8)：1。

32、优选地，研磨的时间为3-8h。

33、优选地，脱卤飞灰与矿化剂的质量比为(4-9):1。

34、优选地，水的质量为脱卤飞灰与矿化剂总质量的50-70％。

35、优选地，烟气中二氧化碳的浓度＞15％。

36、优选地，碳化的时间为0.5-1.5h。

37、优选地，飞灰经干化后，飞灰的含水率≤30％。

38、优选地，固化采用加压固化的方式，加压的压力为25-45kn，加压的时间为17-28s。

39、优选地，养护的时间为3-7d。

40、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

41、1、本发明的系统利用了经脱硫脱硝处理后仍含有大量二氧化碳的烟气，不仅节约了成本，同时对烟气实现了减碳处理；

42、2、本发明的系统可以将飞灰焚烧过程中产生的热量用于对碳化后的飞灰进行干化，避免了热能的浪费，也节约了对飞灰的处理成本；

43、3、本发明的系统简单、易操作，在齿轮结构的辅助下，仅使用一台电机同时对球磨机和搅拌桨进行控制，不仅节约了安装空间，同时降低了成本；

44、4、本发明的脱卤剂可同时作用于飞灰二噁英降解和碳化，矿化剂可同时作用于飞灰碳化和重金属稳定化，二者来源广泛，通过本发明系统联用，实现了飞灰二噁英降解-碳捕集-重金属稳定化。