CN106765145A - 飞灰的熔融方法以及用于熔融的飞灰组合物 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种飞灰的熔融方法，包括：在飞灰中加入添加剂，以降低飞灰的熔融温度；将加入添加剂的飞灰通过进料装置送入飞灰等离子熔融处理装置中进行熔融处理。本发明还提供一种用于熔融的飞灰组合物，包括：飞灰和添加剂；所述组合物中碱性氧化物和酸性氧化物含量相当。根据本发明，不仅可以解决飞灰熔点高所带来的浪费能源的问题，而且能够产生高品质的、无毒无害的具有玻璃体结构的残渣，使等离子熔融装置更好地实现对飞灰的减量化、无害化、资源化处置。

Description

飞灰的熔融方法以及用于熔融的飞灰组合物

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧处理领域，具体而言涉及一种飞灰的熔融方法以及用于熔融的飞灰组合物。

背景技术

垃圾焚烧在我国呈现良好的发展势头，被认为是我国处理城市垃圾的一个重要方向。垃圾焚烧会产生大量飞灰，约占垃圾焚烧总量的3％～5％，飞灰中含有大量的重金属和二噁英会带来新的环境问题。《国家危险废物名录》已经明确规定垃圾焚烧飞灰为危险废物，如何实现这类二次污染物的妥善处置已成为垃圾焚烧行业亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种飞灰的熔融方法，包括：在所述飞灰中加入添加剂，以降低所述飞灰的熔融温度；将加入所述添加剂的飞灰通过进料装置送入飞灰等离子熔融处理装置中进行熔融处理。

在一个示例中，加入所述添加剂后，所述飞灰中的碱性氧化物和酸性氧化物含量相当。

在一个示例中，所述碱性氧化物包括CaO，所述酸性氧化物包括SiO₂。

在一个示例中，所述添加剂至少包含SiO₂和Al₂O₃。

在一个示例中，所述飞灰来自垃圾焚烧炉。

在一个示例中，所述垃圾焚烧炉包括炉排焚烧炉、回转窑焚烧炉或者流化床焚烧炉。

在一个示例中，所述飞灰贮存于飞灰仓，所述添加剂贮存于添加剂仓，通过卸料阀将所述飞灰仓中的飞灰送至飞灰计量装置进行飞灰称重，通过卸料阀和螺旋输送机将所述添加剂仓中的添加剂送至添加剂计量装置进行添加剂称重，所述飞灰计量装置和所述添加剂计量装置独立设置。

在一个示例中，所述等离子飞灰熔融处理装置包括采用金属电极的等离子炬技术的处理装置或者采用石墨电极的等离子弧技术的处理装置。

本发明还提供一种用于熔融的飞灰组合物，包括：飞灰和添加剂；所述组合物中碱性氧化物和酸性氧化物含量相当。

在一个示例中，所述碱性氧化物包括CaO，所述酸性氧化物包括SiO₂。

在一个示例中，所述添加剂至少包含SiO₂和Al₂O₃。

在一个示例中，所述飞灰组合物的熔融温度为1300℃-1400℃。

根据本发明，不仅可以解决飞灰熔点高所带来的浪费能源的问题，而且能够产生高品质的、无毒无害的具有玻璃体结构的残渣，使等离子熔融装置更好地实现对飞灰的减量化、无害化、资源化处置。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为SiO₂-Al₂O₃-CaO三元物相图；

图2为根据本发明示例性实施例的方法依次实施的步骤的流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的方法步骤和/或结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。

垃圾焚烧飞灰是垃圾焚烧过程中排出的微小颗粒，其中含有重金属、二噁英等物质，属于危险废物。我国的《危险废物污染防治技术政策》(国家环境保护总局，2001)中第9条对飞灰的规定：不得在产生地长期贮存；不得进行简易处置及排放。垃圾焚烧烟气净化系统捕集物和烟道沉降的底灰构成飞灰，飞灰在产生地必须进行必要的稳定化和固化处理之后方可运输，所述稳定化是指利用药剂与飞灰中的重金属等物质发生化学反应(例如溶解、沉淀、螯合等)，将污染物转变成溶解度小和化学性质稳定的物质，所述固化是指利用造粒设备使稳定化后的飞灰成型并具有一定的强度。

垃圾焚烧飞灰的处理技术很多，主要有水泥固化、化学药剂稳定化、酸溶剂提取、熔融固化等。其中，由于具有化学性质稳定、无二次污染问题等优点，熔融固化技术被认为是目前最为先进的垃圾焚烧飞灰处理方法，在减量化、无害化、资源化上均有很大优势。该技术是在1300℃～1500℃的高温条件下，将飞灰中的有机物分解、气化，而无机物熔融成玻璃质熔渣。该技术可以最大限度地实现灰渣减容，同时实现重金属稳定化和彻底消除二噁英污染物，而且玻璃化后的飞灰可以用作建筑或铺路材料，有效地实现了废物的资源化利用。

由于熔融固化技术对高温和还原气氛的要求较高，目前广泛采用的技术主要包括富氧焦炭技术、电熔融技术和等离子熔融技术等。富氧焦炭技术主要来源于钢铁冶金技术，该技术主要依靠焦炭在富氧环境下产生的高温将飞灰进行熔融，对焦炭的消耗量较高。电熔融技术采用电加热器替代焦炭产生热源，但存在设备侵蚀、加热元件更换复杂的问题。等离子熔融技术主要分为炬技术和弧技术，前者主要依靠等离子火炬产生的高温气体对物料进行加热，后者通过阴阳极间产生的高温电弧对物料进行加热。由于等离子熔融技术具有能量效率高、生产过程清洁、不使用焦炭等优点，目前正受到越来越多研究者的重视。

对于目前的飞灰等离子熔融处理工艺而言，存在下述问题：直接将飞灰进行熔融，或添加少量添加剂，使飞灰熔融的同时浪费大量的能源；飞灰成分变化大，导致产生的玻璃体残渣质量较差，无法到达无毒无害产品的要求。

飞灰成份主要是由CaO、SiO₂、Al₂O₃组成，并含有少量的K₂O、Na₂O。单独的氧化物的熔点都很高，例如CaO的熔点高达2572度，因此，把飞灰熔融掉需要很多的能量。由物相图可以知道，当三种氧化物以一定比例混合，混合物的熔点可以大大降低。另外，能否形成无毒无害的玻璃体结构，跟飞灰的成分密切相关，理论研究表明，在飞灰中的碱性氧化物和酸性氧化物含量相当的情况下，飞灰熔融后更容易形成玻璃体。

一般情况下，飞灰中的主要物质由SiO₂、Al₂O₃、CaO组成，成分如下：SiO₂的重量百分含量为7.39％，Al₂O₃的重量百分含量为1.25％，CaO的重量百分含量为91.36％。由图1所示的物相图可知，飞灰的熔点不在玻璃化区域以内(熔融温度在2400度左右)，而且SiO₂和Al₂O₃的含量非常少，这些物质是形成玻璃化产品的必需元素。

由图1所示的物相图可知，将垃圾焚烧过程产生的飞灰输入等离子熔融装置之前，在飞灰中加入一定量的添加剂，使飞灰中的碱性氧化物和酸性氧化物含量相当，不仅可以降低飞灰的熔融温度，而且能够提高飞灰熔融形成的玻璃体的品质。所述添加剂至少包含SiO₂和Al₂O₃，通过加入所述添加剂以降低飞灰中CaO的重量百分含量，提高SiO₂和Al₂O₃的重量百分含量。例如，通过加入所述添加剂使飞灰中CaO的重量百分含量由91.36％降至35％，同时，使飞灰中SiO₂的重量百分含量由7.39％升至40％，Al₂O₃的重量百分含量由1.25％升至17％，此时，包括CaO在内的碱性氧化物和包括SiO₂在内的酸性氧化物含量相当，从而使飞灰的熔融温度由2400度左右降至1300度左右，即飞灰的熔融温度位于实施等离子熔融的温度范围(1300℃～1500℃)的最低值附近，优选1300℃-1400℃，飞灰中SiO₂和Al₂O₃的含量大幅提升，从而使飞灰熔融后形成的玻璃体具有较高的品质。所述添加剂除了含有SiO₂和Al₂O₃，还可以含有少量的金属氧化物，例如K₂O、Na₂O等，这些金属氧化物对飞灰的熔融温度以及飞灰熔融后形成的玻璃体的品质影响不大。

图2为根据本发明提供的飞灰的熔融方法依次实施的步骤的流程图。首先，执行步骤201，在飞灰中加入添加剂，以降低飞灰的熔融温度。接着，执行步骤202，将加入添加剂的飞灰通过进料装置送入飞灰等离子熔融处理装置进行熔融处理。

根据本发明提供的飞灰的熔融方法以及用于熔融的飞灰组合物，不仅可以解决飞灰熔点高所带来的浪费能源的问题，而且能够产生高品质的、无毒无害的具有玻璃体结构的残渣，使等离子熔融装置更好地实现对飞灰的减量化、无害化、资源化处置。

作为示例，根据焚烧炉的结构，所述垃圾焚烧炉主要分为炉排焚烧炉、回转窑焚烧炉和流化床焚烧炉。

炉排焚烧炉分为固定炉排焚烧炉和活动炉排焚烧炉，固定炉排焚烧炉目前较少使用，活动炉排焚烧炉主要包括水平链条机械炉排焚烧炉和倾斜机械炉排焚烧炉两种，倾斜机械炉排焚烧炉的类型主要有并列摇动式、台阶式、往复移动式、倾斜履带式、滚筒式等。机械炉排焚烧炉大体可分为三段：干燥段、燃烧段和燃烬段，各段的供应空气量和运行速度可以调节。

回转窑焚烧炉是一个带耐火材料的倾斜圆筒，绕着其水平轴旋转。回转窑焚烧炉可以单独使用或者作为机械炉排焚烧炉的干燥段。

流化床焚烧炉是基于流态化原理进行固体废弃物的焚烧，其炉膛内装有布风板、导流板、载热媒介惰性颗粒等，在焚烧过程中，物料呈沸腾状态。

作为示例，通过所述进料装置将从垃圾焚烧炉排出的飞灰和所述添加剂按一定比例混合均匀后，送入等离子熔融处理装置。飞灰贮存于飞灰仓，添加剂贮存于添加剂仓，通过卸料阀将飞灰仓中的飞灰送至飞灰计量装置进行飞灰称重，通过卸料阀和螺旋输送机将添加剂仓中的添加剂送至添加剂计量装置进行添加剂称重，飞灰计量装置和添加剂计量装置独立设置。

作为示例，所述等离子飞灰熔融处理装置包括采用金属电极的等离子炬技术的处理装置、采用石墨电极的等离子弧技术的处理装置等。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (12)

1.一种飞灰的熔融方法，其特征在于，包括：在所述飞灰中加入添加剂，以降低所述飞灰的熔融温度；将加入所述添加剂的飞灰通过进料装置送入飞灰等离子熔融处理装置中进行熔融处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加入所述添加剂后，所述飞灰中的碱性氧化物和酸性氧化物含量相当。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碱性氧化物包括CaO，所述酸性氧化物包括SiO₂。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述添加剂至少包含SiO₂和Al₂O₃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞灰来自垃圾焚烧炉。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述垃圾焚烧炉包括炉排焚烧炉、回转窑焚烧炉或者流化床焚烧炉。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞灰贮存于飞灰仓，所述添加剂贮存于添加剂仓，通过卸料阀将所述飞灰仓中的飞灰送至飞灰计量装置进行飞灰称重，通过卸料阀和螺旋输送机将所述添加剂仓中的添加剂送至添加剂计量装置进行添加剂称重，所述飞灰计量装置和所述添加剂计量装置独立设置。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子飞灰熔融处理装置包括采用金属电极的等离子炬技术的处理装置或者采用石墨电极的等离子弧技术的处理装置。

9.一种用于熔融的飞灰组合物，其特征在于，包括：飞灰和添加剂；所述组合物中碱性氧化物和酸性氧化物含量相当。

10.根据权利要求9所述的飞灰组合物，其特征在于，所述碱性氧化物包括CaO，所述酸性氧化物包括SiO₂。

11.根据权利要求9所述的飞灰组合物，其特征在于，所述添加剂至少包含SiO₂和Al₂O₃。

12.根据权利要求9所述的飞灰组合物，其特征在于，所述飞灰组合物的熔融温度为1300℃-1400℃。