一种垃圾焚烧飞灰资源化处理工艺及系统

技术领域

本发明属于环境保护与固体废物处理领域，涉及一种垃圾焚烧飞灰资源化处理工艺及系统。

背景技术

经济的快速发展和城市化进程的加快，使得城市的数量和规模不断增长，随之而来的城市生活垃圾也逐年增加。垃圾焚烧发电技术能够最大限度地实现生活垃圾的减量化、无害化和资源化，同时还具有占用土地资源少的优势，已成为全球城市生活垃圾的主要处理方法。

生活垃圾焚烧厂在处理垃圾的过程中，会产生占垃圾处理量约3～5％的焚烧飞灰。焚烧飞灰指在垃圾焚烧烟气净化系统中收集而得的残余物，其含有一定量的可溶性重金属、二噁英和可溶性盐，属于危险废物。焚烧飞灰的妥善处理处置是生化垃圾焚烧领域的重点和难点，是制约垃圾焚烧技术进一步发展的瓶颈。当前，垃圾焚烧飞灰主要通过固化/稳定化处理后填埋，其处理成本较低，但是，固化填埋不能实现飞灰的资源化利用，同时其减容和减量率较低，占用城市填埋场库容。因此，稳定固化焚烧飞灰中的可溶性重金属，去除焚烧飞灰中的二噁英，减少飞灰中可溶性盐含量，实现焚烧飞灰的无害化处理和资源化利用势在必行。

水热法，是指一种在密封的压力容器中，以水作为溶剂，利用外部热源进行加热、加压，使反应介质中的水处于高温高压状态的一种处理方法。其温度区间为100～374℃，压力区间为0.5～22.5MPa，相比于常温状态，在该状态下反应物间传质阻力降低，分子间氢键减弱，有机物溶解度增加，而无机物溶解度降低。因此，可以将焚烧飞灰作为溶质，炉渣作为催化剂，水作为溶剂，在有氧条件下进行水热反应，稳定焚烧飞灰中重金属，去除其二噁英。

专利号CN108721824A公开了一种垃圾焚烧飞灰同步稳定重金属和降解多环芳香烃的方法，焚烧飞灰作为溶质，水作为溶剂，添加硅铝调和剂和双氧水，进行水热反应可以使重金属浸出浓度和毒性当量均降低约90％。专利号CN111672876A公开了一种水热无害化处理垃圾焚烧飞灰的方法，以焚烧飞灰作为溶质，水作为溶剂，加入磁性羟基磷灰石粉末和双氧水，进行水热反应也可以实现对焚烧飞灰中可溶性重金属的稳定和多环芳香烃的降解脱毒。

但是，以上专利存在反应时间长、反应效率低、加热和保温过程能耗高、调理剂价格较高以及难以去除焚烧飞灰中的可溶性盐等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种垃圾焚烧飞灰资源化处理工艺及系统，以解决现有技术反应时间长、反应效率低、加热和保温过程能耗高、调理剂价格较高以及难以去除焚烧飞灰中的可溶性盐的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种垃圾焚烧飞灰资源化处理系统，包括一级水热反应系统、二洗系统和分盐系统；一级水热反应系统包括反应釜及反应釜上分别连通的垃圾焚烧发电厂废热水管道、飞灰与炉渣管道、氧气管道；二洗系统包括一级脱水系统、二级水洗系统和二级脱水系统，其中，一级脱水系统分别与反应釜和分盐系统连通，二级脱水系统通过两路管道分别与反应釜和垃圾焚烧发电厂膜处理系统连通。

进一步，一级脱水系统包括依次连通的一级离心机、一级滤液沉降池和一级滤液收集池，一级离心机与反应釜连通，一级滤液收集池与分盐系统连通；二级脱水系统包括依次连通的二级离心机、二级滤液沉降池和二级滤液收集池，一级离心机和二级水洗系统连通，二级滤液收集池通过两路管道分别与反应釜和垃圾焚烧发电厂膜处理系统连通。

进一步，一级离心机和二级水洗系统通过刮板机连通。

进一步，还包括后处理系统；后处理系统包括依次连通的烘干机、破碎机和产品仓，烘干机分别与二级脱水系统和垃圾焚烧发电厂疏水系统连通。

进一步，还包括辅助系统；辅助系统包括设于反应釜外围的保温层及连通保温层的蒸汽管道。

进一步，辅助系统还包括连通保温层和如权利要求4中所述的烘干机的保温水管道。

一种垃圾焚烧飞灰资源化处理工艺，包括以下步骤：

S1.一级水热反应：

将反应物料通入反应釜进行水热反应，反应温度150～200℃，反应压力0.5～2.0MPa，液固比3:1～10:1(mL/g)，反应时间4～12h；反应物料包括垃圾焚烧发电厂废热水、飞灰、炉渣、氧气和二级脱水系统排出的二洗水；

S2.二洗和分盐：

水热反应结束后，反应物料经过降温后排入一级脱水系统，将固体物料和液体分离；

将一级脱水系统分离出的液体排入分盐系统，通过分盐系统得到纯度较高的NaCl和KCl，以用作工业原料；

将一级脱水系统分离出的固体物料送入二级水洗系统进行水洗，形成液固混合物，然后排入二级脱水系统，将固体物料和液体分离，该液体即为二洗水；

将二级脱水系统分离出的二洗水分成两路：一路作为补水通入反应釜，另一路通入垃圾焚烧发电厂膜处理系统。

进一步，步骤S1中，通过破碎机将炉渣破碎后和飞灰按照一定比例加入灰渣仓，在灰渣仓中充分混合后送入反应釜。

进一步，还包括以下步骤：

S3.后处理：将二级脱水系统分离出的固体物料依次经烘干机烘干、破碎机破碎后送入产品仓，以用作工业原料；烘干产生的蒸汽接入垃圾焚烧发电厂疏水系统，以在垃圾焚烧发电厂循环利用。

进一步，向设于反应釜外围的保温层内通入饱和蒸汽以对反应釜进行保温，热交换后形成的保温水通入烘干机进行烘干，产生的蒸汽接入垃圾焚烧发电厂疏水系统，以在垃圾焚烧发电厂循环利用。

本发明的有益效果在于：

1.特别适用于在垃圾焚烧发电厂就地处理焚烧飞灰，可以实现就地取热(垃圾焚烧发电厂余热)、就地取材(焚烧飞灰、炉渣)以及就地处理(利用垃圾焚烧发电厂膜系统处理二洗水)，有助于降低处理成本，提高处理效率。

2.综合处理焚烧飞灰中的重金属、二噁英和氯离子，当前的水热处理工艺和技术主要侧重于处理重金属和二噁英，而忽略了对氯离子的去除，本发明特别利用二洗系统和分盐系统对氯离子进行处理。

3.变废为宝，实现资源综合利用，将垃圾焚烧发电厂产生的炉渣用作催化剂和吸收剂，将焚烧飞灰分类提纯(稳定化产物和纯度较高的NaCl、KCl)，实现资源化利用。

4.对二级脱水系统分离出的固体物料烘干后，产生的蒸汽通入垃圾焚烧发电厂疏水系统，可以在垃圾焚烧发电厂循环利用，节约资源。

5.向设于反应釜外围的保温层内通入饱和蒸汽，可以对反应釜进行保温。保温水通入烘干机进行烘干，产生的蒸汽接入垃圾焚烧发电厂疏水系统，从而在垃圾焚烧发电厂循环利用。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明垃圾焚烧飞灰资源化处理系统的流程示意图。

附图标记：蒸汽减温减压器1、炉水减温减压器2、灰渣仓3、给料阀4、计量斗5、安全阀6、气体增压泵7、储气罐8、减压阀9、反应釜10、一级离心机11、一级滤液输送泵12、一级滤液沉降池13、一级滤液收集池14、刮板机15、二级水洗设备16、二级离心机17、二级滤液输送泵18、二级滤液沉降池19、二级滤液收集池20、二级滤液输送泵21、烘干机22、破碎机23、斗提机24、产品仓25、分盐系统26、分盐输送泵27。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1，为一种垃圾焚烧飞灰资源化处理系统，包括一级水热反应系统、二洗系统、分盐系统26、后处理系统和辅助系统。

具体来说，一级水热反应系统包括反应釜10及反应釜10上分别连通的垃圾焚烧发电厂废热水管道、飞灰与炉渣管道、氧气管道。垃圾焚烧发电厂废热水(也为炉水)管道上设有炉水减温减压器2，飞灰与炉渣管道上依次设有灰渣仓3、给料阀4和计量斗5，氧气管道上依次设有气体增压泵7和储气罐8。反应釜10壁体上设有安全阀6。

二洗系统包括一级脱水系统、二级水洗系统和二级脱水系统。二级水洗系统主要包括二级水洗设备16。一级脱水系统包括依次连通的一级离心机11、一级滤液沉降池13和一级滤液收集池14，一级离心机11与反应釜10连通，一级滤液收集池14与分盐系统26连通，一级离心机11通向一级滤液沉降池13的管道上设有一级滤液输送泵12，一级滤液收集池14通向分盐系统26的管道上设有分盐输送泵27；二级脱水系统包括依次连通的二级离心机17、二级滤液沉降池19和二级滤液收集池20，一级离心机11和二级水洗设备16通过刮板机15连通，二级滤液收集池20通过两路管道分别与反应釜10和垃圾焚烧发电厂膜处理系统连通，二级离心机17通向二级滤液沉降池19的管道上设有二级滤液输送泵21。二级滤液收集池20连通的两路管道上均设有二级滤液输送泵21。

后处理系统包括依次连通的烘干机22、破碎机23、斗提机24和产品仓25，烘干机22分别与二级离心机17和垃圾焚烧发电厂疏水系统连通。

辅助系统包括设于反应釜10外围的保温层、连通保温层的蒸汽管道，以及连通保温层和烘干机22的保温水管道。蒸汽管道上设有蒸汽减温减压器1，保温水管道上设有减压阀9。

采用该系统进行垃圾焚烧飞灰资源化处理工艺，包括以下步骤：

S1.一级水热反应：

将反应物料通入反应釜10进行水热反应，反应温度150～200℃，反应压力0.5～2.0MPa，液固比3:1～10:1(mL/g)，反应时间4～12h；反应物料包括垃圾焚烧发电厂废热水、飞灰、炉渣、氧气和二级脱水系统排出的二洗水；通过破碎机23将炉渣破碎后和飞灰按照一定比例加入灰渣仓3，在灰渣仓3中充分混合后送入反应釜10；其中，炉渣添加比例越高越好，考虑到经济性，炉渣占比为10％-20％。

水热反应利用垃圾焚烧发电厂废热水就地取热。而二洗水可以作为温度调节用水。

在水热反应过程中，飞灰和炉渣中含有的钙、硅、铝元素可以生成沸石类硅铝酸盐矿物，利用沸石类硅铝酸盐矿物对重金属具有极强的物理化学吸附、离子交换、物理捕集等原理，从而稳定飞灰中的重金属；此外，通过XRD检测分析，发现炉渣中含有一定量的羟基磷灰石，羟基磷灰石通过吸附或离子交换的机理也可以固化稳定化一定量的重金属。通过上述两种途径，焚烧飞灰中的重金属元素得到很好的控制。

在水热条件下，有机物溶解度增加，焚烧飞灰中的二噁英等多环芳香烃会逐步溶于水中，在氧气充足的条件下，焚烧飞灰中含有的过渡金属V、Mn、Cu、Cr、Fe、Ni等的氧化物，可以作为活性组分，产生大量的羟基自由基，利用羟基自由基的强氧化作用，可以促进飞灰中二噁英等多环芳香烃的氧化分解，进而降低焚烧飞灰毒性。

S2.二洗和分盐：

水热反应结束后，反应物料经过降温后排入一级离心机11，将固体物料和液体分离；

一级离心机11分离出的液体中含有大量的可溶性盐，经一级滤液沉降池13混凝沉淀处理除去其中的二价盐，并经一级滤液收集池14收集后排入分盐系统26，通过分盐系统26得到纯度较高的NaCl和KCl，以用作工业原料；

一级离心机11分离出的固体物料中仍然含有一定量的可溶性盐，通过刮板机15将其送入二级水洗设备16进行水洗，水洗介质为自来水和药剂，水洗时间为30min，形成液固混合物，然后排入二级离心机17，将固体物料和液体分离，该液体即为二洗水；

二洗水中含盐量相对较低，通过二级滤液沉降池19进一步混凝沉淀处理，并经二级滤液收集池20收集后分成两路：一路作为补水通入反应釜10，用作温度调节用水，另一路通入垃圾焚烧发电厂膜处理系统进一步处理。

二级离心机17排出的固体物料中的重金属、二噁英和可溶性盐则得到有效去除，实现无害化。

S3.后处理：将二级离心机17分离出的固体物料依次经烘干机22烘干、破碎机23破碎后，通过斗提机24送入产品仓25，以用作工业原料，如作为建材原料加以资源化利用；烘干产生的蒸汽接入垃圾焚烧发电厂疏水系统，以在垃圾焚烧发电厂循环利用。

在无害化、资源化处理的过程中，向设于反应釜10外围的保温层内通入饱和蒸汽以对反应釜10进行保温，热交换后形成的保温水通入烘干机22进行烘干，产生的蒸汽同样接入垃圾焚烧发电厂疏水系统，以在垃圾焚烧发电厂循环利用。

本发明特别适用于在垃圾焚烧发电厂就地处理焚烧飞灰，可以实现就地取热(垃圾焚烧发电厂余热)、就地取材(焚烧飞灰、炉渣)以及就地处理(利用垃圾焚烧发电厂膜系统处理二洗水)，有助于降低处理成本，提高处理效率。

本发明综合处理焚烧飞灰中的重金属、二噁英和氯离子，当前的水热处理工艺和技术主要侧重于处理重金属和二噁英，而忽略了对氯离子的去除，本发明特别利用二洗系统和分盐系统26对氯离子进行处理。

本发明变废为宝，实现资源综合利用，将垃圾焚烧发电厂产生的炉渣用作催化剂和吸收剂，将焚烧飞灰分类提纯(稳定化产物和纯度较高的NaCl、KCl)，实现资源化利用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。