一种含复合助熔剂的低熔点垃圾焚烧飞灰及在熔融高炉渣流化床热回收固化工艺中的应用制造技术

本发明专利技术公布了一种含复合助熔剂的低熔点垃圾焚烧飞灰及在熔融高炉渣流化床热回收固化工艺中的应用，通过向飞灰或熔融的高炉渣中添加助熔剂，降低熔融高炉渣的熔融温度，使熔融高炉渣包覆飞灰后能在较低的温度下保持熔融态，一方面利于完全包覆飞灰，防止飞灰中的重金属挥发；另一方面使高炉渣包覆飞灰后发生相变的位置更深入到流化床内，使相变时产生的潜热同比热容更大的流化介质换热和蓄热，再利用换热器从流化介质内回收余热；此外，通过添加助熔剂降低熔融温度改变了包覆飞灰的熔融高炉渣的黏温度特性，显著改变了熔渣的高温流动性，避免熔渣在流化床水冷壁表面固化结渣，提高了流化床回收余热运行安全性。提高了流化床回收余热运行安全性。提高了流化床回收余热运行安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种含复合助熔剂的低熔点垃圾焚烧飞灰及在熔融高炉渣流化床热回收固化工艺中的应用


[0001]本专利技术公开了一种含复合助熔剂的低熔点垃圾焚烧飞灰及在熔融高炉渣流化床热回收固化工艺中的应用，属于节能减排技术、重金属固化技术、锅炉安全


技术介绍

[0002]到2020年，垃圾焚烧处理率达到40％。但垃圾焚烧过程产生底渣和飞灰等固体废物，限制了其推广应用。垃圾焚烧过程中飞灰的产量大约为生活垃圾质量的2％-5％，飞灰中含有Pb，Hg，Cu，Cd，Zn，Ni和Cr等高浓度的重金属污染物，还含有二噁英等有机污染物，而被列入危险废弃物名录(HW18)。
[0003]目前，垃圾焚烧飞灰的无害化处理技术主要包括固化填埋技术、水泥窑协同处置技术和高温熔融技术等。固化填埋技术将飞灰与水泥/螯合剂以一定比例混合将飞灰中重金属固定在稳定的胶结物中送入垃圾填埋厂填埋处理。由于我国生活垃圾中塑料类物质含量较高,焚烧飞灰中氯化物,尤其是碱金属氯化物含量较高,采用水泥或石灰固化时其固化体的强度与浸水持久性较差,其对重金属的长期固定效果差,二恶英很难被消除或稳定化，存在“二次污染”隐患。水泥窑协同处置技术由于将飞灰中富集浓缩的重金属等污染物重新分散在水泥熟料产品中，形成“逆向污染”风险。高温熔融技术是采用高温处理将飞灰中的二噁英等有毒有害有机物彻底破坏，同时其他物质熔融成为玻璃渣，该方法在日本被广泛使用，高温熔融技术具有稳定化程度高,品质均匀，可达到无害化、稳定化和资源化的目标，被视为飞灰处理的先进技术，但是高温熔融技术所需要的高温环境导致处理成本较高，若借助现有的高温热源和设备将极大的降低垃圾焚烧飞灰高温熔融处置的成本。
[0004]另一方面，我国是钢铁生产大国，2019年我国钢铁产量达到8亿吨以上，按照每生产1吨生铁产生0.3-0.35吨高炉渣核算，年产2.5亿吨1400℃高温熔融炉渣，每吨高温熔融炉渣相当于60kg标准煤。目前主要采用水淬法回收高炉渣，其不仅造成大量水消耗(10t水/t渣)，而且没有回收熔融炉渣显热，还易产生含硫污染物。因此，开发高温熔融炉渣余热回收技术和系统迫在眉睫。高炉渣出炉温度1450～1650℃，而垃圾飞灰的主要成分为CaO、SiO2、Al2O3，钙硅比较大因此飞灰的熔融温度较高达到1430℃，采用向熔融高炉渣中添加飞灰使飞灰玻璃化的方法，若飞灰投入量与熔融高炉渣比超过上限，会导致熔融高炉渣快速凝固，难以达到利用熔融高炉渣包埋飞灰中的重金属，防止飞灰中重金属挥发污染环境的目的。另外熔融高炉渣过快的凝固使高炉渣在发生相变时放出的潜热主要发生在换热器的上部，潜热多被流化床内的流化空气带走，由于流化空气的比热容较小，因此利用换热器从该流化空气中回收热量的效率低于直接从高比热容的固体或熔融态热介质中回收热量的效率，且流化床也存在局部为温度过高难以安全运行的问题。对于上述采用在流化床内包埋飞灰和回收熔融渣潜热的技术方案，最重要的还是流化床的操作安全性，高温物料在流化床的高温区中通常采用液态形式下排较为安全，特别是针对设有水冷壁衬里的流化床炉体，要在水冷壁衬里表面形成稳定的可流动的渣层结构，防止水冷壁表面结渣，影响流化床
的安全运行。

技术实现思路

[0005]针对垃圾焚烧飞灰安全处置和高温熔融炉渣余热利用存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种含复合助熔剂的低熔点垃圾焚烧飞灰及其应用，通过向飞灰或熔融的高炉渣中添加助熔剂，降低熔融高炉渣的熔融温度，使熔融高炉渣包覆飞灰后能在较低的温度下保持熔融态，一方面利于完全包覆飞灰，防止飞灰中的重金属挥发；另一方面使高炉渣包覆飞灰后发生相变的位置更深入到流化床内，使相变时产生的潜热同比热容更大的流化介质换热和蓄热，再利用换热器从流化介质内回收余热；此外，通过添加助熔剂降低熔融温度改变了包覆飞灰的熔融高炉渣的黏温度特性，显著改变了熔渣的高温流动性，避免熔渣在流化床水冷壁表面固化结渣，提高了流化床回收余热运行安全性。
[0006]为解决以上问题，本专利技术提供的技术方案是：一种含复合助熔剂的低熔点垃圾焚烧飞灰，包括依次向垃圾焚烧飞灰中添加的4～5wt％氟化钙、18～22wt％硼酸、4～5wt％氧化铁，余量为垃圾焚烧后得到的垃圾焚烧飞灰。
[0007]可选地，一种含复合助熔剂的低熔点垃圾焚烧飞灰，依次向垃圾焚烧飞灰中添加5～10wt％二氧化硅、4～5wt％氟化钙、10～20wt％硼酸、10wt％四硼酸钠，余量为垃圾焚烧后得到的垃圾焚烧飞灰。
[0008]进一步地，一种含复合助熔剂的低熔点垃圾焚烧飞灰及在熔融高炉渣流化床热回收固化工艺中的应用，所述的低熔点垃圾焚烧飞灰用于与熔融高炉渣混合，冷却后形成玻璃相材料，同时固化重金属，其步骤为：将所述的低熔点垃圾焚烧飞灰破碎后与熔融高炉渣一起加入钢包中混合搅拌，混合熔融物以液态渣滴形式进入流化床内，同时与流化床中的料层颗粒混合，使混合熔融物被料层颗粒包覆，然后一起穿过流化床中料层颗粒间的间隙，在流化床下部固化成料层颗粒并堆积；同时，从流化床下部进入的气流经布气装置后均匀的向上通过流化床中料层颗粒间，与流化床中料层颗粒进行换热后排出，堆积在流化床下部的料层颗粒排出后部分再循环进入流化床与混合熔融物混合。
[0009]进一步地，所述低熔点垃圾焚烧飞灰粉碎后的粒径为0-5.0mm。
[0010]进一步地，所述熔融高炉渣的温度为1400-1600℃。
[0011]进一步地，所述低熔点垃圾焚烧飞灰与熔融高炉渣按质量比为1:10-1:5混合。
[0012]根据本专利技术的步骤，垃圾焚烧飞灰主要成分为SiO2、A12O3、Fe2O3和CaO，其典型重金属Zn、Cu、Pb和Cr的含量，以ZnO、CuO、PbO和Cr2O3计的质量分数范围分别为0-10.00％、0-5.00％、0-0.30％和0-2.00％。垃圾焚烧飞灰的CaO与SiO2含量的比值为1.612～2.655；
[0013]飞灰颗粒被熔融高炉渣液滴在流化床中熔融包裹，通过辐射和对流换热的形式加热水冷壁和空气，使高温熔融物余热得到回收利用，高温熔融物能在850～1100℃内仍保持熔融状态，流动性更高不易在流化床的水冷壁表面结渣，流化床的操作温度可降低至900℃以上，因此，高温熔融物相变时释放的潜热可更多的传递给水冷壁及周围高比热容的颗粒物料，流化床的运行安全性和余热回收效率大幅提高；高温熔融物快速冷却重构成相生成玻璃相冷态炉渣，玻璃相冷态炉渣的结晶形态随着温度而变化，硬度增高，溶解性下降，浸滤实验显示玻璃相冷态炉渣中重金属的渗出率更低。玻璃相冷态炉渣可应用于制备净浆、砂浆及混凝土，能够满足各类相关建筑、土木工程等需求。
[0014]向混合器中投料时，高炉渣口排出的1400-1600℃高温熔融炉渣投入混合器的同时，可通过置于混合器上方投料漏斗将垃圾焚烧飞灰颗粒投料于混合器中，混合器中的搅拌器将高温熔融炉渣和垃圾焚烧飞灰拌匀、熔融，同时保证投料连续均匀稳定，使得垃圾焚烧飞灰与高温熔融炉渣充分接触，能够在短时间内迅速达到熔融状态，生成稳定的高温熔融本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含复合助熔剂的低熔点垃圾焚烧飞灰，其特征在于，包括依次向垃圾焚烧飞灰中添加的4～5wt％氟化钙、18～22wt％硼酸、4～5wt％氧化铁，余量为垃圾焚烧后得到的垃圾焚烧飞灰，所述垃圾焚烧飞灰主要成分为SiO2、A12O3、Fe2O3和CaO，其典型重金属Zn、Cu、Pb和Cr的含量，以ZnO、CuO、PbO和Cr2O3计的质量分数范围分别为0-10.00％、0-5.00％、0-0.30％和0-2.00％，垃圾焚烧飞灰的CaO与SiO2含量的比值为1.612～2.655。2.一种含复合助熔剂的低熔点垃圾焚烧飞灰，依次向垃圾焚烧飞灰中添加5～10wt％二氧化硅、4～5wt％氟化钙、10～20wt％硼酸、10wt％四硼酸钠，余量为垃圾焚烧后得到的垃圾焚烧飞灰，所述垃圾焚烧飞灰主要成分为SiO2、A12O3、Fe2O3和CaO，其典型重金属Zn、Cu、Pb和Cr的含量，以ZnO、CuO、PbO和Cr2O3计的质量分数范围分别为0-10.00％、0-5.00％、0-0.30％和0-2.00％，垃圾焚烧飞灰的CaO与SiO2含量的比值为1.612～2.655。3.如权利要求1～2任一项所述的低熔点垃圾焚烧飞灰在熔融高炉渣...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦林波，韩军，赵波，陈旺生，张强，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：