一种飞灰碳化处置工艺
阅读说明：本技术 一种飞灰碳化处置工艺 (Fly ash carbonization treatment process ) 是由 朱准平 钟坚 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种飞灰碳化处置工艺,采用以下处理步骤：经收集的飞灰,与碳源进行充分混合,然后进入高温碳化装置,在无氧条件下进行加热,首先使得二噁英类有机物挥发和热分解,生成的气体进入碳化装置的一次燃烧和二次燃烧装置,进行充分燃烧形成以二氧化碳为主的气体,二噁英热分解形成的固体主要为无定形碳,部分随着气体进入尾气处理过程,部分则沉淀下来,成为固体碳,排出碳化装置外,冷却后,经检验符合标准要求后,可储存与转运。相比现有的飞灰处置技术,本发明可同时解决飞灰的两大危害(即二噁英与重金属浸出毒性),产物可实现综合利用,如用作水泥原料等。(The invention provides a fly ash carbonization treatment process, which adopts the following treatment steps: the collected fly ash is fully mixed with a carbon source, and then enters a high-temperature carbonization device to be heated under the anaerobic condition, so that dioxin organic matters are volatilized and thermally decomposed at first, the generated gas enters a primary combustion and secondary combustion device of the carbonization device to be fully combusted to form gas mainly containing carbon dioxide, the solid formed by the thermal decomposition of the dioxin is mainly amorphous carbon, part of the solid enters a tail gas treatment process along with the gas, and part of the solid is precipitated to form solid carbon which is discharged out of the carbonization device and can be stored and transported after being tested to meet the standard requirements. Compared with the existing fly ash disposal technology, the invention can simultaneously solve two major hazards of the fly ash (namely the leaching toxicity of dioxin and heavy metal), and the product can realize comprehensive utilization, such as being used as a cement raw material and the like.)
技术领域
本发明属于废弃物的处置方法，具体的说，涉及一种飞灰碳化处置工艺。
背景技术
生活垃圾(及其他废弃物，包括危险废弃物)焚烧过程中，通过延期净化系统捕集物和烟道、烟囱地步沉降的底灰称为飞灰，属于危险废弃物(代号HW18，代码为772-002-18)，它不仅富集重金属(如Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Ni等)，而且也是致癌祸首，二噁英类物质主要富集体，是一种同时具有重金属、高浸出浓度和二噁英类物质高毒性当量的双重危险废弃物，在世界范围内被公认为是一种危害性较大的废弃物。目前处置办法一般为填埋，无法真正解决飞灰的两大危害问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种飞灰碳化处置工艺，旨在同时解决飞灰的两大危害，为后续的资源化利用创造基础条件。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种飞灰碳化处置工艺，采用以下处理步骤：经收集的飞灰，与碳源进行充分混合，然后进入高温碳化装置，在无氧条件下进行间接加热(原料中心温度为300～600℃)，首先使得二噁英类有机物挥发和热分解，生成的气体进入碳化装置的一次燃烧和二次燃烧装置，进行充分燃烧形成以二氧化碳为主的气体，二噁英热分解形成的固体主要为无定形碳，部分随着气体进入尾气处理过程，部分则沉淀下来，成为固体碳，排出碳化装置外，冷却后，经检验符合标准要求后，可储存与转运。
所述碳源采用炭粉或者预处理垃圾，所述预处理垃圾为垃圾经碳化后形成的再生炭，指生活垃圾或其他以有机物为主要成分的废弃物，经过预处理(包括但不限于分选、粉碎、造粒)后的原料。
其中，在上述的技术方案中，所述飞灰在进入高温碳化装置之前加入消石灰粉充分混合。
或者，在碳化装置的气体燃烧室内气体燃烧的同时再喷入消石灰粉，以吸附燃烧形成的酸性气体，如HF、HCl、SOx。
其中，在上述的技术方案中，飞灰先进行水洗脱盐，经沉淀、压滤、干化后进入碳化处置流程，干化后含水率降低至30％以下。水洗目的主要是脱盐及重金属进行回收，碳化主要目的则是去除二噁英。
或者飞灰先进入碳化处置流程，然后再进行水洗脱盐，经沉淀、压滤、干化后含水率降低至30％以下。
其中，在上述的技术方案中，所述炭粉的品质要求：要求颗粒度＜2mm，含碳量≥20％。
其中，所述消石灰(Ca(OH)2)粉品质要求：纯度≥70％，颗粒度≤0.5mm。
其中，所述飞灰与炭粉的混合比例，按照实际重金属与碳含量进行计算，重金属与碳的重量比为1：5～1：40。
其中，所述飞灰与消石灰粉的混合比例，按照飞灰中S+Cl元素总量与消石灰中Ca元素总量进行计算，S+Cl：Ca＝1：2～1：50。
其中，所述飞灰与预处理垃圾的混合比例小于等于1：10。
其中，碳化处理的温度400～900℃，碳化处理的时间10～60min，碳化过程的氧含量控制≤1％，碳化装置内一般控制为略负压，其内部压力一般为-10～-100Pa。
其中，碳化装置开始运行前，采用压缩氮气清炉，使碳化装置内部含氧量≤3％，生产过程中也采用氮气保护。
进一步地，在碳化装置的气体燃烧室内气体燃烧的同时再喷入消石灰粉，以吸附燃烧形成的酸性气体(如HF、HCl、SOx)。
飞灰的基本理化特性：
含水率：一般5％以下，密度：堆积密度一般为0.5～1.0g/cm3，真密度一般为2.8～3.21g/cm3，基本成分(以垃圾焚烧飞灰为例)：Ca、Si、S、Mg、Al、K、Na、Fe、P等无机元素约占总量的70～90％，Cl约占总量的2～12％，S约占总量的1～8％，Cr、As、Cd、Hg、Pb、Cu、Ni、Zn等重金属约占总量的0.1～2％。另有二噁英类污染物合计总量约1～20μg TEQ/kg。
二噁英分解机理：
二噁英是具有相似结构和理化特性的一组多氯取代的平面芳烃类化合物，属氯代含氧三环芳烃类化合物，包括75种多氯代二苯并-对-二噁英(polychlorodibenzo-p-dioxins，PCDDs)和135种多氯代二苯并呋喃(polychloro-dibenzofurans，PCDFS)，它在高温无氧(低氧)环境中，(也可选择消石灰参与催化)，二噁英发生脱氯/缩合反应，C-Cl键断裂，Cl元素被Ca元素吸附，形成氯盐，其他C、H、O为主的有机元素则不断热分解，形成小分子链气体(如H2、CH4、CO等)和固定碳，其中气体进入气体燃烧室，进行燃烧供热，固定碳则与其他无机成分排出碳化装置外，进行综合利用。
重金属固化机理：
在高温还原环境中离子态的重金属则被炭粉中的碳固定，形成碳基复合材料(C-X，X＝Cr、As、Cd、Hg、Pb、Cu、Ni、Zn等)，重金属改变了存在状态，无法再以离子状态析出，从而达到《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》
GB5085.3-2007及《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB16889-2008。
尾气处理过程一般包括急冷降温、脱硫脱酸处理、脱硝、除尘等处理措施，使排放标准达到《危险废物焚烧污染控制标准》(GB18484-2001)所规定的尾气排放标准。
以上：飞灰的碳化过程中，消石灰粉为非必要添加剂，由于二噁英为有机物，在高温还原环境中会脱附、热分解，进入碳化装置的燃烧室燃烧时，再通过燃烧控制，使其充分燃烧，同时在燃烧室内喷入消石灰粉，吸附Cl元素也可以实现二噁英的分解，达到无害化的目的。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
相比现有的飞灰处置技术，本工艺方案可同时解决飞灰的两大危害(即二噁英与重金属浸出毒性)，产物可实现综合利用，如用作水泥原料等。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明所述飞灰碳化处置工艺第一种实施例的工艺流程图；
图2是本发明所述飞灰碳化处置工艺第二种实施例的工艺流程图；
图3是本发明所述飞灰碳化处置工艺第三种实施例的工艺流程图；
图4是本发明所述飞灰碳化处置工艺第四种实施例的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参考图1所示，一种飞灰碳化处置工艺，采用以下处理步骤：经收集的飞灰，与炭粉、消石灰粉进行充分混合，然后进入高温碳化装置，在无氧条件下进行加热，首先使得二噁英类有机物挥发和热分解，生成的气体进入碳化装置的一次燃烧和二次燃烧装置，进行充分燃烧形成以二氧化碳为主的气体，二噁英热分解形成的固体主要为无定形碳，部分随着气体进入尾气处理过程，部分则沉淀下来，成为固体碳，排出碳化装置外，冷却后，经检验符合标准要求后，可储存与转运。尾气处理过程一般包括急冷降温、脱硫脱酸处理、脱硝、除尘等处理措施，使排放标准达到《危险废物焚烧污染控制标准》(GB18484-2001)所规定的尾气排放标准。
其中，炭粉的品质要求：要求颗粒度＜2mm，含碳量≥20％，消石灰(Ca(OH)2)粉品质要求：纯度≥70％，颗粒度≤0.5mm。
其中，飞灰与炭粉的混合比例，按照实际重金属与碳含量进行计算，重金属与碳的重量比为1：5～1：40；飞灰与消石灰粉的混合比例，按照飞灰中S+Cl元素总量与消石灰中Ca元素总量进行计算，S+Cl：Ca＝1：2～1：50。
其中，碳化处理的温度400～900℃，碳化处理的时间10～60min，碳化过程的氧含量控制≤1％，碳化装置内一般控制为略负压，其内部压力一般为-10～-100Pa。碳化装置开始运行前，采用压缩氮气清炉，使碳化装置内部含氧量≤3％，生产过程中也采用氮气保护。在碳化装置的气体燃烧室内气体燃烧的同时再喷入消石灰粉，以吸附燃烧形成的酸性气体(如HF、HCl、SOx)。
以上：飞灰的碳化过程中，消石灰粉既可以单独在最开始碳化时加入，或者单独在燃烧室内喷入消石灰粉，也可以在碳化过程和燃烧室内都加入。
实施例2
参考图2所示，与实施例1不同的是，碳的来源由炭粉变成了垃圾经碳化后形成的再生炭，其他反应和处理机理一致，飞灰与预处理垃圾的混合比例小于等于1：10。
实施例3
参考图3所示，飞灰先进行水洗脱盐，经沉淀、压滤、干化后进入碳化处置流程，干化后含水率降低至30％以下。水洗目的主要是脱盐及重金属进行回收，碳化主要目的则是去除二噁英。
实施例4
参考图4所示，与实施例3不同的是，碳化和水洗两个流程可以颠倒，即飞灰先进入碳化处置流程，然后再进行水洗脱盐，经沉淀、压滤、干化后含水率降低至30％以下。
某垃圾焚烧厂产生的飞灰总量10吨，掺入废木炭粉(含碳量85％)1.5吨，经充分搅拌后，连续进入高温高速碳化装置，在含氧量≤0.5％，内部温度≥700℃的环境下，连续加热20分钟后，排出碳化装置，进行冷却、储存。
处理前后对比：
原始飞灰污染指标：
处理后飞灰的污染指标：
说明：“-”表示低于检出限值。
由此可见，采用本发明的碳化处置工艺处理的飞灰，各种重金属含量大大降低，二噁英的含量更是大大降低，达到《危险废物焚烧污染控制标准》(GB18484-2001)所规定的排放标准。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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