一种飞灰催化热解工艺及系统

1.本发明涉及飞灰处理技术领域，尤其涉及一种飞灰催化热解工艺及系统。


背景技术：

2.为防治环境污染，改善生态环境质量，规范和指导生活垃圾焚烧飞灰的环境管理，国家生态环境部发布《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范》（hj1134-2020），针对目前垃圾焚烧飞灰处置方式制定了更为详细的规范与标准。其中，低温热分解、高温烧结和高温熔融等飞灰处理工艺应满足以下要求：应控制飞灰处理产物中二噁英残留的总量应不超过50 ng-teq/kg（以飞灰干重计）。
3.飞灰的无害化处置技术分为热处置和非热处置技术，其中热处置技术可以对飞灰中有毒物质二噁英进行高效降解。目前，低温热分解技术因比传统热处置技术能耗低，得到更广泛的应用。在惰性气氛中，飞灰中的二噁英在250℃~350℃的条件下即可进行热分解，但在该温度下飞灰中有机物可以和氧气发生从头合成反应生成二噁英，低温热分解技术对氧气含量控制有严格的要求。飞灰在低温热解过程中会脱附一定量的二噁英，并且对于垃圾焚烧飞灰，热解尾气中还含有so2、no、no2、cl2、颗粒物等大气污染物。
4.中国专利cn 105126606 a 公开了一种低温热解-催化降解处理焚烧飞灰中挥发性有机物的方法，将飞灰输送至低温热解装置在非氧化气氛中100~350℃热解10~60分钟，产生热解混合物。将混合物输送至催化降解装置，催化剂主要采用含钛、钨或钒，在氧化气氛中100~400℃降解300秒。但是该方法在氧化条件下二噁英易再生，且飞灰热解过程中脱附二噁英含量有限，不能保证二噁英降解效果；飞灰未干燥处置，在该温度下会板结堵塞。


技术实现要素：

5.为了解决背景技术中提到的至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种飞灰催化热解工艺及系统，避免了二噁英从头合成，提高飞灰二噁英降解效率，并且可以避免飞灰在高温热解过程中产生板结堵塞的情况。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种飞灰催化热解工艺，包括如下步骤：s1，将待处理的飞灰（垃圾焚烧飞灰、水洗处理后的飞灰或者飞灰相关制品等高热敏性物料）输送至干燥单元进行干燥处理，得到干燥后的飞灰和混合气体；s2，将干燥后的飞灰输送至热解单元进行热解处理；将混合气体输送至催化单元进行催化分解、除尘后通入热解单元和干燥单元形成循环。
7.在本发明的某些实施例中，在s1之前还包括：s0，采用惰性气体对装置进行吹扫，排空干燥单元、热解单元和催化单元内的空气。
8.在本发明的某些实施例中，在所述s0中，控制吹扫后惰性气体中的氧含量低于0.5%。
9.在本发明的某些实施例中，所述干燥单元的温度控制在180℃-250℃。
10.在本发明的某些实施例中，所述热解单元的温度控制在300℃-450℃。
11.在本发明的某些实施例中，在所述s2中，还对混合气体进行余热回收。
12.在本发明的某些实施例中，所述催化分解的温度控制在180℃-200℃，催化剂由质量比为2-3：1的vwti与cao烧结而成。
13.一种飞灰催化热解系统，包括干燥热解系统和催化系统；所述干燥热解系统包括干燥单元和热解单元；所述干燥单元设置有物料入口、物料出口和气体出口；所述热解单元包括螺旋输送装置，螺旋输送装置的第一端与干燥单元的物料出口连接；所述催化系统包括依次连接的催化装置和除尘布袋，所述催化装置的输入端与干燥单元的气体出口连接，所述除尘布袋的出口与热解单元的第二端连接。
14.在本发明的某些实施例中，所述催化系统还包括除湿热泵/制热单元，为所述飞灰干燥催化热解系统降温除湿，所述除湿热泵/制热单元设置在干燥单元和催化装置之间。
15.在本发明的某些实施例中，所述催化系统还包括循环风机，为所述飞灰干燥催化热解系统内气流的循环提供动力；所述循环风机设置于除尘布袋和热解单元之间。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明设计了惰性气体的循环氛围，干燥飞灰的同时保证氧含量达到要求，避免二噁英从头合成，提高飞灰二噁英降解效率，并且惰性气体的循环大大降低了低温热解过程中惰性气体的消耗量。
17.2、本发明通过干燥处理，能够极大程度上避免飞灰在高温热解过程中的板结堵塞，保证系统运行的稳定性和可靠性。
附图说明
18.图1为本发明一实施例的方法流程图。
19.图2为本发明一实施例的整体系统框图。
20.图3为本发明一实施例的热解单元结构示意图。
21.图4为图3中a处局部放大图。
22.图中：1、螺旋输送装置；11、内管；12、外管；13、螺旋叶片；2、第一端；3、第二端；4、水冷套；41、冷却水进管；42、冷却水出管；5、法兰机构；6、轴承。
具体实施方式
23.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例一：如图2所示，本实施例提供一种飞灰催化热解系统，包括干燥热解系统和催化系统.所述干燥热解系统包括干燥单元和热解单元；
所述干燥单元用于对待处理的飞灰（垃圾焚烧飞灰、水洗处理后的飞灰或者飞灰相关制品等高热敏性物料）进行干燥处理，设置有物料入口、物料出口和气体出口。干燥单元的物料入口设置有进料装置，飞灰经进料装置进入干燥单元内。经干燥单元的处理，得到干燥后的飞灰和混合气体。
25.如图3所示，所述热解单元包括螺旋输送装置1，螺旋输送装置1包括相互套设且可相对转动的内管11和外管12，内管11上设置有螺旋叶片13。螺旋输送装置1的第一端2为物料入口（同时还作为烟气出口，使得烟气可以从热解单元流向干燥单元），与干燥单元的物料出口连接，以便接受干燥后的飞灰进行热解。
26.值得一提的是，所述干燥单元和热解单元采用天然气作为热源，设有天然气燃烧器。优选的，热解单元和干燥单元各设一个天然气燃烧器，热解单元为主，干燥单元为辅。
27.另一方面，为了实现热解单元的温度控制，如图4所示，在螺旋输送装置1端部设置有水冷套4，具体是套设在螺旋输送装置1端部的环状套管。水冷套4上设置有冷却水进管41和冷却水出管42，实现内部冷却水的流通。为了保证水冷套4和螺旋输送装置1的适配安装，水冷套4的外侧经法兰机构5与外管12固定连接，内侧经轴承6与内管转动连接。
28.经热解后，飞灰从螺旋输送装置1的第二端3即物料出口输送至成品料仓。
29.为了往装置中充入氮气，本实施例还在干燥单元上设置补气口。
30.所述催化系统包括依次连接的催化装置和除尘布袋，所述催化装置的输入端与干燥单元的气体出口连接，将混合气体导入催化装置内。催化装置内填充有由质量比为2-3：1的v2o
5-wo3/tio2与cao烧结而成的颗粒状催化剂。所述除尘布袋的出口与热解单元的第二端（作为物料出口的同时还作为烟气入口）连接。
31.优选的，除尘布袋选择高温除尘布袋，设有脉冲除尘装置、刮板机及收灰仓。
32.所述催化系统还包括除湿热泵/制热单元，为所述飞灰干燥催化热解系统降温除湿，所述除湿热泵/制热单元设置在干燥单元和催化装置之间，在除湿热泵/制热单元于干燥单元之间还可以设置除尘组件，在气体进入催化装置之前进一步提升除尘效果。
33.所述催化系统还包括循环风机，为所述飞灰干燥催化热解系统内气流的循环提供动力；所述循环风机设置于除尘布袋和热解单元之间，形成烟气的循环流动。
34.实施例二：请参阅图1，本实施例提供一种飞灰催化热解工艺，包括如下步骤：s0，采用惰性气体（如氮气）从干燥单元的补气口进入，飞灰干燥催化热解系统，对装置进行吹扫，排空干燥单元、热解单元和催化单元内的空气。
35.为了保证吹扫的效果，还进行系统中的氧含量检测。系统内干燥单元的气体出口、热解单元的烟气进口、循环风机处设置有氧气检测仪。循环风机设置于催化单元内，用于实现系统内的气体循环。当氧气含量低于0.5%时，开启循环风机，氮气在系统内循环，控制干燥单元的补气口的氮气进气阀，保证系统内氧气含量稳定在0.0%-0.1%，当氧气含量上升时，补充氮气。
36.另外，预开启热解单元内的水冷套；开启热解单元和干燥单元的天然气燃烧器，使热解单元及干燥单元升温；开启除湿热泵/制热单元；控制热解单元温度范围为300℃-450℃，干燥单元温度范为180℃-250℃，轴端密封装置内外温度为25℃-50℃，循环氮气温度范围为100℃-200℃；
s1，将待处理的飞灰（由垃圾焚烧飞灰及其相关制品、水洗飞灰或者高热敏性物料，破碎后得到）输送至干燥单元，利用高温循环氮气使物料干燥，得到干燥后的飞灰和混合气体，干燥后的飞灰的含水率低于2%；s2，将干燥后的飞灰输送至热解单元进行热解处理；将混合气体输送至催化单元进行催化分解、除尘后通入热解单元和干燥单元形成循环。
37.具体的，干燥后的飞灰进入热解单元内高温螺旋输送装置进行热解，热解处置后的物料内二噁英毒性当量浓度小于50 ng-teq/kg，最终输送至成品料仓，在输送过程中对物料进行水冷等方式的降温，降温过程中保证氧气含量低于0.5%；混合气体进入催化系统内，在除湿热泵/制热单元对混合气体进行降温除湿处理，同时回收烟气水分的凝结潜热，对循环氮气加热，余热回收。控制混合气体进入催化装置前温度范围为180℃-200℃,催化反应最佳温度，催化剂选用v2o
5-wo3/tio2与cao烧结而成（比例为2-3：1），进入催化装置催化分解烟气中的污染物,烟气中二噁英及nox 降解率达95%；经过除尘布袋除去飞灰颗粒物，利用循环风机将氮气引入热解单元携带热解过程脱附的烟气进入干燥单元。
38.实施例三：本实施例中的物料为垃圾焚烧电厂布袋飞灰，含水率为15%，二噁英毒性当量浓度为467.05 ng-teq/kg，采用上述的飞灰干燥催化热解工艺进行处理，在温度为120℃的循环氮气高温风作用下进行干燥，干燥处置30min，含水率为1.5%，利用除湿热泵/制热单元使循环混合气体降温、除湿，同时加热循环氮气，180℃的混合气体通过催化装置使混合气体中污染物催化降解。干燥后的飞灰进入热解装置，在350℃进一步热解处置30min，最终飞灰经过降温输送至成品料仓，飞灰中二噁英毒性当量浓度为18.01 ng-teq/kg。
39.实施例四：本实施例中的物料为垃圾焚烧电厂的水洗后的飞灰，含水率为32%，二噁英毒性当量浓度为728.59 ng-teq/kg，采用上述的飞灰干燥催化热解工艺进行处理，水洗飞灰破碎后，经进料装置进入干燥单元，在温度为155℃的循环氮气高温风作用下进行干燥，干燥处置50min后，含水率为1.8%，利用除湿热泵/制热单元使循环混合气体降温、除湿，同时加热循环氮气，200℃的混合气体通过催化装置催化降解。干燥后的飞灰进入热解装置，在350℃进一步热解处置30min，最终飞灰经过降温输送至成品料仓，飞灰中二噁英毒性当量浓度为7.26 ng-teq/kg。
40.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

技术特征：
1.一种飞灰催化热解工艺，其特征在于，包括如下步骤：s1，将待处理的飞灰输送至干燥单元进行干燥处理，得到干燥后的飞灰和混合气体；s2，将干燥后的飞灰输送至热解单元进行热解处理；将混合气体输送至催化单元进行催化分解、除尘后通入热解单元和干燥单元形成循环。2.根据权利要求1所述的一种飞灰干燥催化热解工艺，其特征在于，在s1之前还包括：s0，采用惰性气体对装置进行吹扫，排空干燥单元、热解单元和催化单元内的空气。3.根据权利要求2所述的一种飞灰干燥催化热解工艺，其特征在于，在所述s0中，控制吹扫后惰性气体中的氧含量低于0.5%。4.根据权利要求1所述的一种飞灰干燥催化热解工艺，其特征在于，所述干燥单元的温度控制在180℃-250℃。5.根据权利要求1所述的一种飞灰干燥催化热解工艺，其特征在于，所述热解单元的温度控制在300℃-450℃。6.根据权利要求1所述的一种飞灰干燥催化热解工艺，其特征在于，在所述s2中，还对混合气体进行余热回收。7.根据权利要求1所述的一种飞灰干燥催化热解工艺，其特征在于，所述催化分解的温度控制在180℃-200℃，催化剂由质量比为2-3：1的v2o
5-wo3/tio2与cao烧结而成。8.一种飞灰催化热解系统，其特征在于，包括干燥热解系统和催化系统；所述干燥热解系统包括干燥单元和热解单元；所述干燥单元设置有物料入口、物料出口和气体出口；所述热解单元包括螺旋输送装置，螺旋输送装置的第一端与干燥单元的物料出口连接；所述催化系统包括依次连接的催化装置和除尘布袋，所述催化装置的输入端与干燥单元的气体出口连接，所述除尘布袋的出口与热解单元的第二端连接。9.根据权利要求8所述的一种飞灰干燥催化热解系统，其特征在于，所述催化系统还包括除湿热泵/制热单元，为所述飞灰干燥催化热解系统降温除湿，所述除湿热泵/制热单元设置在干燥单元和催化装置之间。10.根据权利要求8所述的一种飞灰干燥催化热解系统，其特征在于，所述催化系统还包括循环风机，为所述飞灰干燥催化热解系统内气流的循环提供动力；所述循环风机设置于除尘布袋和热解单元之间。

技术总结
本发明公开了一种飞灰干燥催化热解工艺，涉及飞灰处理技术领域，包括如下步骤：S1，将待处理的飞灰输送至干燥单元进行干燥处理，得到干燥后的飞灰和混合气体；S2，将干燥后的飞灰输送至热解单元进行热解处理；将混合气体输送至催化单元进行催化分解、除尘后通入热解单元和干燥单元形成循环，本发明还同步公开了一种飞灰干燥催化热解系统。本发明避免了二噁英从头合成，提高飞灰二噁英降解效率，并且可以避免飞灰在高温热解过程中产生板结堵塞的情况。免飞灰在高温热解过程中产生板结堵塞的情况。免飞灰在高温热解过程中产生板结堵塞的情况。


技术研发人员：陆胜勇 张成博 彭亚旗 丁佳敏
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/7/12