新型垃圾焚燒飛灰固化系統(tǒng)的研發(fā)應用

1、新型垃圾焚燒飛灰固化系統(tǒng)的研發(fā)應用目 錄一 立項依據(jù)11.1 國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢11.2 項目開發(fā)的目的意義11.3 本項目達到的技術水平及市場前景3二 開發(fā)內容和目標42.1 項目主要目標、內容及關鍵技術42.2 技術創(chuàng)新52.3 主要技術經濟指標6三 開發(fā)試驗方法及技術路線7四 計劃進度8五 經費預算9六 主要儀器設備清單10新型垃圾焚燒飛灰固化系統(tǒng)的研發(fā)應用一 立項依據(jù)1.1 國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.1.1 研究背景垃圾焚燒處理是近年來在國內大力發(fā)展的垃圾處理方式。垃圾焚燒飛灰含有二惡英及重金屬等有害物，根據(jù)生活垃圾焚燒污染控制標準（GB18485-2014）規(guī)定：“生活垃圾焚

2、燒飛灰應按危險廢物管理”。因此，飛灰必須單獨收集，不得與生活垃圾、焚燒殘渣等混合，也不得與其他危險廢物混合。垃圾焚燒飛灰處理系統(tǒng)設備市新建垃圾焚燒處理項目重要的組成設施。清華大學教授聶永豐認為“基于中國城市垃圾焚燒飛灰的性質和處理特性，焚燒飛灰的處理與利用技術必須從資源化利用和環(huán)境影響兩方面加以考慮，既要考慮焚燒飛灰資源化利用的可行性，在經濟成本與環(huán)境保護中找到最佳平衡點，又要使焚燒飛灰處理產物的環(huán)境特性達到所限定的標準”。依據(jù)項目運行經驗，我國的飛灰含重金屬、二噁英等有害物質較多，加之工藝要求高、政策支持途徑少，飛灰鮮有資源化利用，飛灰的環(huán)保處理費用一般高達1000元/噸。高額的飛灰的環(huán)保處

3、理支出，無論是項目公司還是政府機構，都是難以承擔的。為了克服飛灰處理難題，綜合提升垃圾處理經濟效益與環(huán)保效益，同時有力的保障并加強飛灰處理環(huán)保性、安全性，大力促進環(huán)保事業(yè)發(fā)展，國內外行業(yè)相關政府機構、院校、公司等組織都在不斷開展飛灰處理工藝研發(fā)與設備制造。1.1.2 研究現(xiàn)狀經過近幾十年的研究，目前常用的飛灰固化處理技術有熔融固化技術、化學藥劑穩(wěn)定化技術、濕式化學處理技術、水泥-穩(wěn)定劑固化技術等。一、熔融固化技術熔融固化技術也就是飛灰燒結法和高溫熔融法。（1）燒結法飛灰燒結法是將飛灰與燒結介質進行混合燒結，如玻璃屑、玻璃粉，在10001100高溫下熔融，改變飛灰的物理和化學狀態(tài)改變后，降溫使其

4、固化，形成玻璃固化體，借助玻璃體結構的穩(wěn)定性、致密性、安全性，確保固體化的永久穩(wěn)定。（2）高溫熔融法高溫熔融法是在特定的加熱爐內，使飛灰加熱至1400，徹底焚毀有毒有害有機物，并使飛灰所含重金屬與自身含有的SiOx成分進行熔融混合，從而完全改變的飛灰原有性狀，不再具有危險性質。高溫熔融法除了具備燒結法處理飛灰的優(yōu)點之外，熔融固化的最大優(yōu)點是可以得到高質量的建筑材料。然而，熔融固化需要將大量物料加溫到熔點以上，無論采用電或其它加熱，需要的能源和費用都相當高。二、化學藥劑（螯合）穩(wěn)定化技術化學藥劑穩(wěn)定技術主要是利用具有螯合功能，能從含有離子的物質中有選擇地捕集、分離特定金屬離子的化合物。當一種金屬

5、離子與一電子供體結合時，生成物稱為絡合物或配位化合物。如果與金屬相結合的物質含有兩個或更多的供電子基團，以致于形成具有環(huán)狀結構的絡合物時，則生成物不論是中性的分子或是帶有電荷的離子均稱為螯合物或內絡合物，這種類型的成環(huán)作用稱為螯合作用，而電子給予體則成為穩(wěn)定劑。三、濕式化學處理技術濕式化學處理技術有加酸萃取、堿萃取、生物浸出萃取和煙氣中和碳酸化法等。該方法是依據(jù)不同物質在酸性條件下溶解度較高的特性，將飛灰中的有害物質提取出來，例如硫磺酸、鹽酸、乙酸等酸洗飛灰，并且可回收部分重金屬，如鋅、鉛等。該工藝運行成本較低，不足之處是操作時間長、處理能力小、工藝要求高，一般在項目廠區(qū)很少使用。四、水泥-穩(wěn)

6、定劑固化技術水泥固化和化學藥劑穩(wěn)定技術結合的飛灰處理方式是目前國內垃圾焚燒處理項目常采用的技術，并形成了水泥-穩(wěn)定劑固化技術。該技術是在飛灰中同時添加水泥材料和化學藥劑，使飛灰中的重金屬離子被捕捉、螯合，最終固定在與水泥凝固成型的固化物中。該固化物通過檢測滿足一定的要求，可以通過填埋進行最終處置。1.2 項目開發(fā)的目的意義依據(jù)工藝原理，熔融固化技術是垃圾焚燒飛灰最佳的處理技術。然而，該工藝操作溫度較高、裝置復雜、費用較高、控制困難，并存在熔融過程中重金屬氯化物揮發(fā)的問題，所以，只在日本和歐洲有少數(shù)經濟發(fā)達的國家應用。相較于熔融固化技術，化學藥劑（螯合）穩(wěn)定化技術具有一定的設備經濟優(yōu)勢，單單獨采

7、用化學藥劑，飛灰固化物的成形存在一定困難，對藥劑的配制和混煉設備的要求都較高，也不太適于我國垃圾項目建設使用。濕式化學處理技術目前尚且處理工藝研究階段，需進一步進行工藝實踐。水泥-穩(wěn)定劑固化技術是目前國內垃圾焚燒處理項目常采用的技術，在工藝技術方面，國內外也已經累積了大量的經驗，飛灰的處理費用呈良好的降低趨勢。本項目研究新型垃圾焚燒飛灰處理系統(tǒng)，目的是提升水泥-穩(wěn)定劑固化技術水平，提高該工藝處理自動化水平，減少占地面積，節(jié)約資源，形成一體化研發(fā)制，并在國內外垃圾焚燒處理項目飛灰處理領域進行推廣。1.3 本項目達到的技術水平及市場前景本項目針對垃圾焚燒飛灰固化系統(tǒng)的研究與工程應用現(xiàn)狀，本著開源節(jié)

8、流的原則，自行研究開發(fā)適于國內生活垃圾焚燒處理項目建設的新型垃圾焚燒飛灰固化系統(tǒng)。（1）使用該裝置能有效的對垃圾焚燒飛灰進行固化處理，達到飛灰處理穩(wěn)定化、固定化基本目標，并符合最終安全處置要求。（2）本裝置運用工藝技術簡單有效、設計簡單、自動化程度高，能高效運行。此外，該裝置的研發(fā)能降低垃圾焚燒處理項目建設運營的設備投入、空間占地面積投入、藥劑投入，具備經濟效益顯著，研發(fā)成功后能在國內外垃圾焚燒處理項目飛灰處理領域進行推廣，市場前景廣闊。二 開發(fā)內容和目標2.1 項目主要目標、內容及關鍵技術2.1.1 項目目標本裝置核心技術采用“水泥-穩(wěn)定劑固化技術”，通過本次研發(fā)，實現(xiàn)垃圾焚燒飛灰處理的穩(wěn)定

9、化、固定化處理效果的同時，具有一定的先進性、經濟性優(yōu)勢，達到國內外領先水平。本項目研究目標有：（1）在現(xiàn)有理論與技術基礎上提高整個處理裝置的穩(wěn)定化、固定化處理效果、運行穩(wěn)定性、降低投資、降低處理成本、優(yōu)化工藝，研發(fā)適于國內生活垃圾焚燒飛灰固化的設備。（2）設計研發(fā)并優(yōu)化設備結構、流程設計、并通過工程實踐調整運行參數(shù)，提高飛灰固化處理的自動化水平。2.1.2 研發(fā)內容（1）工藝原理研究：依據(jù)現(xiàn)有“水泥-穩(wěn)定劑固化技術”運行經驗，針對國內垃圾焚燒項目的建設及飛灰的性狀特點，進行優(yōu)化改良。（2）裝置設計研究：按優(yōu)化的工藝流程進行裝置的一體化設計，實現(xiàn)裝置的配置的集約高效，減少設備投資的同時，縮短飛灰

10、固化處理時間與設備運行能耗、物耗。（3）自動化設計研究：實現(xiàn)飛灰固化裝置的一體化設計同時，進行該裝置的自動化設計研究，進一步減少人力操作成本。2.1.3 關鍵技術新型垃圾焚燒飛灰固化系統(tǒng)廣泛借鑒目前國內外研發(fā)現(xiàn)狀與工藝特點，選用目前研究應用最為廣泛的“水泥-穩(wěn)定劑固化技術”，針對垃圾焚燒項目的應用進行研發(fā)。本產品關鍵技術有：（1）一體化設計設計：以往的飛灰水泥-穩(wěn)定劑固化技術構成設備多、占地面積大、處理流程廠，加大了飛灰的單位處理成本也浪費了寶貴的空間資源。本飛灰固化系統(tǒng)進行一體化設計設計，可以精簡設備、減少占用空間、處理流程也大大縮短。因此，這是該裝置整體技術設計關鍵之一。（2）定量設計：本

11、飛灰固化系統(tǒng)進行一體化設計設計的同時，藥劑投加、反應時間、成品出料均采用定量設計。這不僅避免了資源的浪費，也能使得飛灰處理效果更加有保障。因此，這是該裝置整體技術設計關鍵之一。（3）自動化控制設計：本飛灰固化系統(tǒng)進行自動化設計，采用PLC系統(tǒng)進行系統(tǒng)控制并與垃圾項目廠區(qū)核心控制系統(tǒng)相連，可以實時對飛灰固化進行調控，有利于提高現(xiàn)場作業(yè)效率，也能實現(xiàn)對飛灰處理的監(jiān)控，這是該裝置整體技術設計關鍵之一。（4）針對性設計：針對國內生活垃圾飛灰的特點，對本系統(tǒng)部分結構、參數(shù)進行針對性設計，利于發(fā)揮本系統(tǒng)的處理效率，這也是該裝置整體技術設計關鍵之一。2.2 技術創(chuàng)新本新型垃圾焚燒飛灰固化體統(tǒng)，主要由括除塵器

12、、粉狀水泥儲料倉、第一定量螺旋輸送機、第二定量螺旋輸送機、攪拌桶、漿液泵、壓濾機和進水裝置組成。定量螺旋輸送機為現(xiàn)有技術，是集機械傳動和稱重為一體的裝置，采用水泥和水來固化飛灰，可使飛灰較好地凝固在一起，且能減少揚塵。系統(tǒng)的第一定量螺旋輸送機的進料口與除塵器的出灰口相連，出料口與攪拌桶相連；第二定量螺旋輸送機的進料口與粉狀水泥儲料倉相連，出料口也與攪拌桶相連。系統(tǒng)的進水裝置也與攪拌桶相連用于定量地向攪拌桶輸送水，用于定量地向攪拌桶輸送水。系統(tǒng)的攪拌桶與漿液泵的入口相連，漿液泵的出口與壓濾機的進料口相連。壓濾機設有排渣機構和濾液排出口，壓濾機主要于固液分離，分離出的固化物可通過排渣機構排出，分離

13、出的液體可通過濾液排出口排出。系統(tǒng)攪拌桶內的攪拌器主要用于將飛灰、水泥和水攪拌均勻。本裝置具有以下特點：（1）新型垃圾焚燒飛灰固化系統(tǒng)采用第一定量螺旋輸送機定量輸送飛灰，采用第二定量螺旋輸送機定量輸送水泥，無需設置專門的稱重系統(tǒng)，簡化了結構、節(jié)約了成本，并且采用壓濾機將混合物進行固液分離，不僅使壓濾機分離出的固化物成形效果好，而且在各組分的配比出現(xiàn)輕微的偏差時，也不會對成形效果產生太大的影響。（2）本系統(tǒng)進水裝置的結構簡單、操作方便，只要通過控制濾液泵的電機轉速即可定量控制水量。本系統(tǒng)還對壓濾機分離出的濾液進行循環(huán)利用，避免了濾液對環(huán)境的污染。（3）本系統(tǒng)設備結構簡單，占地面積小，可集中布置于

14、除塵器下方。（4）本系統(tǒng)采用自動化控制，同時與項目廠區(qū)核心控制系統(tǒng)相連，可以進行實時調整與監(jiān)控。2.3 主要技術經濟指標主要技術經濟指標序號指標名稱指標一、技術指標1核心工藝水泥-穩(wěn)定劑固化技術2控制方式PLC3處理能力520t/d4處理達標率>99.99%經濟指標1配備功率15kw2使用壽命10year3維護周期（month）64正常運行率>95%5試劑有效利用效率>98%三 開發(fā)試驗方法及技術路線本項目工藝流程如圖所示。首先進行飛灰固化系統(tǒng)的技術研究與理論模型建立：對生活垃圾焚燒處理產生的飛灰特點進行分析，在此基礎上，結合現(xiàn)有處理技術特點，確定本處理裝置技術，并確定各技術

15、參數(shù)。其次，搭建處理裝置并進行中試試驗：中試試驗的研究內容有飛灰進料控制、藥劑進料控制、固化穩(wěn)定化反應傳質研究、壓濾成型等。最后，在中試試驗的基礎上，進行實際應與完善：在實際操作中確定裝置設計可行，各參數(shù)設計符合要求，并最終建立自動化控制。技術路線圖四 計劃進度計劃進度表起始時間結束時間持續(xù)時間進度目標要求2016.102016.1290天項目相關資料和信息的收集。2017.12017.6180天選擇技術方案、選購相關設備及器材、飛灰固化系統(tǒng)制作。2017.72017.12180天對飛灰固化系統(tǒng)進行操作實驗，初步確定最佳設計參數(shù)并完成相關試驗報告。2018.12018.0260天在上述試驗基礎上改進設備結構和安裝布置，并建立自動化控制系統(tǒng)。2018.32018.6120天項目實踐，驗證并確定各設計參數(shù)。2018.72018.10120天市場推廣，并拓展本裝置應用領域。五 經費預算項目經費支出預算表經費支出預算內容預算數(shù)2016年2017年2018年新產品設計費