一种自维持式阴燃处置废弃物焚烧飞灰中二噁英的装置及方法

本发明涉及废物焚烧飞灰无害化处置领域，特别涉及一种自维持式阴燃处置废弃物焚烧飞灰中二噁英的装置及方法。

背景技术：

1、生活垃圾焚烧发电技术已成为我国现今生活垃圾处置的主流技术。截至2022年，生活垃圾焚烧年处置量约1.9亿吨，占全国生活垃圾清运量79％。与此同时焚烧产生的飞灰按生活垃圾处理量的3-15％计，年产量已超千万吨。因富集剧毒物质二噁英等持久性有机物和重金属等，飞灰已被列入我国危险废物名录(hw18)。

2、我国生活垃圾焚烧飞灰目前仍以填埋为主，因土地资源紧缺，且危险废物属性所限，导致绝大部分地区土地和经济性均难以满足飞灰填埋需求。生态环境部发布的《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范(试行)》(hj 1134-2020)在规范飞灰无害化处置的同时，给出了飞灰资源化利用的前置基本要求，其有害物质含量需满足：氯含量≤2％、重金属浸出风险满足(gb 8978)以及二噁英毒性当量浓度低于50ng teq/kg等。目前国内外已有较多飞灰无害化和资源化技术研发和一定的示范应用。其中，二噁英因分子量大、热稳定性高、化学结构复杂、微痕量级含量等特点使其脱除降解技术难度大，成为几乎所有飞灰无害化与资源化技术的难点之一。对比分析表明，非热处置技术对二噁英去除效果极其有限；热处置技术中高温烧结和高温熔融工艺能高效降解飞灰中二噁英，但能耗高、成本大；水泥窑协同处置飞灰虽已得到一定应用，但掺烧量有限且对入炉飞灰有特定要求并受控于水泥产物等限制。相对而言低温热分解工艺符合“低碳减排”的节能需求，但现有技术对处置过程中还原性气氛和装置密封性要求较高，同时全过程400℃以上的温度需求致使其能耗较大，吨飞灰处置能耗需求约为1500mj，特别是该技术因无高温段而无法稳定保障多变特性飞灰中二噁英的彻底分解，因此此类技术的可靠性和适宜性尚有待提高。

3、阴燃燃烧方式(以下简称阴燃技术)是通过发生在多孔介质表面的缓慢、无焰的非均相氧化放热反应过程，实现对处置对象的减容减量或降解有机污染物等目的。阴燃技术中热量可由凝聚在多孔介质表面或掺混在多孔介质之间具有热值的物质通过氧化放热反应提供，阴燃处置过程除在反应启动阶段需外界供应热量外，后续处置所需热量全部由处置物料自身提供，可显著降低能耗成本，为解决当前废物焚烧行业飞灰处置关键瓶颈问题提供一个新方法。

技术实现思路

1、本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种自维持式阴燃处置废弃物焚烧飞灰中二噁英的装置及方法。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种自维持式阴燃处置废弃物焚烧飞灰中二噁英的装置，包括飞灰小球和生物质废弃物混合的输送单元和阴燃反应单元；

3、所述飞灰小球和生物质废弃物混合的输送单元用于根据阴燃自维持条件和飞灰粒径大小以及二噁英含量，将飞灰颗粒制备成飞灰小球，调控飞灰小球和生物质废弃物掺混比例并混合均质后，输送到阴燃反应单元；

4、所述阴燃反应单元用于调控装卸料及点火流程，飞灰小球作为多孔介质为生物质废弃物阴燃反应提供所需的活化反应表面，并且将阴燃产生的热量积蓄在阴燃反应室内部以引燃下游区域物料，进而实现阴燃处置过程的自维持；相较于焚烧，阴燃反应区域及产生的尾气具有微还原性气氛，抑制二噁英再生成并对飞灰中高价态高毒性重金属起到还原降/脱毒作用。

5、进一步地，所述飞灰小球是按照飞灰颗粒粒径将其分级制备成3-10mm的小球，生物质废弃物添加比例根据采用的生物质种类和热值以及所需的阴燃自维持条件进行调控。

6、进一步地，所述阴燃反应单元中，峰值温度维持在400-850℃，实现飞灰小球中的二噁英的解吸或降解；同时尾气中co等还原性气氛，有助于抑制二噁英的再生成并对高价态重金属起到还原作用。

7、进一步地，所述阴燃反应单元中，通过热电偶实时监测物料的阴燃反应温度，通过调控装卸料及点火流程或及时启动电阻加热点火装置，确保阴燃自维持。

8、进一步地，根据飞灰粒径大小与二噁英含量成反比的规律，对不同粒径飞灰进行筛分，粒径大于20μm的飞灰经水洗后直接制备成3-10mm的飞灰小球，而粒径小于20μm的飞灰经水洗后加入质量分数5-10％的cao后制备成飞灰小球，对不同粒径的飞灰小球进行阴燃处理，调节飞灰处理所需的阴燃峰值温度及停留时间。

9、进一步地，所述阴燃反应单元包含阴燃反应室风室罩，待阴燃反应筒底端热电偶达到点火温度时，将空气输送至阴燃反应室风室罩；在风室罩装有惰性多孔介质，起到支撑反应筒中物料和均匀风室气流作用。

10、另一方面，本发明还提供了一种自维持阴燃处置废弃物焚烧飞灰中二噁英的方法，该方法的具体步骤为：

11、(1)根据阴燃自维持条件和飞灰粒径大小与二噁英含量关系，将水洗后飞灰颗粒制备成飞灰小球并在粒径小于20μm飞灰小球制备中掺混质量分数5-10％cao；调控飞灰小球和生物质废弃物混合比例；

12、(2)调控阴燃反应的装卸料及点火流程，飞灰小球作为阴燃反应中多孔介质不仅为生物质废弃物阴燃提供所需的活化反应表面，而且能储存阴燃产生的热量并引燃下游物料，实现阴燃处置的自维持；

13、(3)峰值温度达400-850℃，能确保飞灰中二噁英的解吸或降解，同时阴燃反应区的微缺氧状态及尾气中的还原性气氛抑制二噁英再生成并还原飞灰中高价态有毒重金属。

14、本发明的有益效果为：

15、1、添加质量分数6-15％的废木屑和废稻糠等生物质废料可实现飞灰小球的阴燃峰值温度在400-850℃，维持混合物料在850℃高温点不低于2秒的停留时间，为飞灰小球内部二噁英的高效脱除提供了保障。

16、2、除启动阶段外，阴燃处置过程所有热量均由掺混在多孔介质之间的生物质废料通过氧化放热反应提供，保障了阴燃处置过程的低能耗和低成本且生物质废料在协同处置同时不增加实质碳排放，相较其他技术有明显的碳减排效益。此外，每个反应筒底部内置的电阻加热盘可以在阴燃反应中断等意外非自维持情况下随时开启，充分保障反应筒中物料全部经过阴燃处置，确保处置的可靠性和稳定性。

17、3、阴燃技术中尾气在预热原始物料的过程中冷却，排烟温度通常在200℃以下，避开了二噁英低温再生成温度区间。此外，阴燃过程高温、低温物理区域分别对应高氧、低氧浓度气氛，为二噁英热分解提供了非常适宜的温度和气氛条件。

18、4、阴燃尾气在冷凝去水后经活性炭吸附处置后排空，保障了污染性非凝结气体等的去除，确保了尾气的清洁安全。

技术特征：

1.一种自维持式阴燃处置废弃物焚烧飞灰中二噁英的装置，其特征在于，包括飞灰小球和生物质废弃物混合的输送单元和阴燃反应单元；

2.根据权利要求1所述的一种自维持式阴燃处置废弃物焚烧飞灰中二噁英的装置，其特征在于，所述飞灰小球是按照飞灰颗粒粒径将其分级制备成3-10mm的小球，生物质废弃物添加比例根据采用的生物质种类和热值以及所需的阴燃自维持条件进行调控。

3.根据权利要求1所述的一种自维持式阴燃处置废弃物焚烧飞灰中二噁英的装置，其特征在于，所述阴燃反应单元中，峰值温度维持在400-850℃，实现飞灰小球中的二噁英的解吸或降解；同时尾气中co等还原性气氛，有助于抑制二噁英的再生成并对高价态重金属起到还原作用。

4.根据权利要求1所述的一种自维持式阴燃处置废弃物焚烧飞灰中二噁英的装置，其特征在于，所述阴燃反应单元中，通过热电偶实时监测物料的阴燃反应温度，通过调控装卸料及点火流程或及时启动电阻加热点火装置，确保阴燃自维持。

5.根据权利要求1所述的一种自维持式阴燃处置废弃物焚烧飞灰中二噁英的装置，其特征在于，根据飞灰粒径大小与二噁英含量成反比的规律，对不同粒径飞灰进行筛分，粒径大于20μm的飞灰经水洗后直接制备成3-10mm的飞灰小球，而粒径小于20μm的飞灰经水洗后加入质量分数5-10％的cao后制备成飞灰小球，对不同粒径的飞灰小球进行阴燃处理，调节飞灰处理所需的阴燃峰值温度及停留时间。

6.根据权利要求1所述的一种自维持式阴燃处置废弃物焚烧飞灰中二噁英的装置，其特征在于，所述阴燃反应单元包含阴燃反应室风室罩，待阴燃反应筒底端热电偶达到点火温度时，将空气输送至阴燃反应室风室罩；在风室罩装有惰性多孔介质，起到支撑反应筒中物料和均匀风室气流作用。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述装置的自维持式阴燃处置废弃物焚烧飞灰中二噁英的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：

技术总结本发明公开一种自维持式阴燃处置废弃物焚烧飞灰中二噁英的装置及方法，包括飞灰小球和生物质废弃物混合和输送单元、送风单元、阴燃反应单元、尾气处理单元、监测单元和控制单元。阴燃处置技术具有绿色低碳、过程可控等优势，其中废木屑、稻糠等生物质固废作为能量来源，飞灰小球作为多孔介质提供阴燃处置所需的化学反应表明，且能蓄热保温传递热量引燃下游区域，实现反应自维持，并维持400‑850℃的峰值温度范围，在无需通入额外能量下即可充分脱除飞灰中二噁英等有机污染物。本发明可实现飞灰的连续阴燃处置，尾气组分稳定，二次污染可控，投资和运行成本低，为废物领域的高能耗处置现状提供新思路，具有可观的推广价值。技术研发人员：付建英,詹明秀,李晓东,徐旭,林晓青,王进卿,张生东,姬大伟受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29