新型垃圾焚烧飞灰固化系统的研发应用.docx
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新型垃圾焚烧飞灰固化系统的研发应用
新型垃圾焚烧飞灰固化系统的研发应用
一立项依据
1.1国内外研究现状与发展趋势
1.1.1研究背景
垃圾焚烧处理是近年来在国内大力发展的垃圾处理方式。
垃圾焚烧飞灰含有二恶英及重金属等有害物，根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）规定：
“生活垃圾焚烧飞灰应按危险废物管理”。
因此，飞灰必须单独收集，不得与生活垃圾、焚烧残渣等混合，也不得与其他危险废物混合。
垃圾焚烧飞灰处理系统设备市新建垃圾焚烧处理项目重要的组成设施。
清华大学教授聂永丰认为“基于中国城市垃圾焚烧飞灰的性质和处理特性，焚烧飞灰的处理与利用技术必须从资源化利用和环境影响两方面加以考虑，既要考虑焚烧飞灰资源化利用的可行性，在经济成本与环境保护中找到最佳平衡点，又要使焚烧飞灰处理产物的环境特性达到所限定的标准”。
依据项目运行经验，我国的飞灰含重金属、二噁英等有害物质较多，加之工艺要求高、政策支持途径少，飞灰鲜有资源化利用，飞灰的环保处理费用一般高达1000元/吨。
高额的飞灰的环保处理支出，无论是项目公司还是政府机构，都是难以承担的。
为了克服飞灰处理难题，综合提升垃圾处理经济效益与环保效益，同时有力的保障并加强飞灰处理环保性、安全性，大力促进环保事业发展，国内外行业相关政府机构、院校、公司等组织都在不断开展飞灰处理工艺研发与设备制造。
1.1.2研究现状
经过近几十年的研究，目前常用的飞灰固化处理技术有熔融固化技术、化学药剂稳定化技术、湿式化学处理技术、水泥-稳定剂固化技术等。
一、熔融固化技术
熔融固化技术也就是飞灰烧结法和高温熔融法。
（1）烧结法
飞灰烧结法是将飞灰与烧结介质进行混合烧结，如玻璃屑、玻璃粉，在1000～1100℃高温下熔融，改变飞灰的物理和化学状态改变后，降温使其固化，形成玻璃固化体，借助玻璃体结构的稳定性、致密性、安全性，确保固体化的永久稳定。
（2）高温熔融法
高温熔融法是在特定的加热炉内，使飞灰加热至1400℃，彻底焚毁有毒有害有机物，并使飞灰所含重金属与自身含有的SiOx成分进行熔融混合，从而完全改变的飞灰原有性状，不再具有危险性质。
高温熔融法除了具备烧结法处理飞灰的优点之外，熔融固化的最大优点是可以得到高质量的建筑材料。
然而，熔融固化需要将大量物料加温到熔点以上，无论采用电或其它加热，需要的能源和费用都相当高。
二、化学药剂（螯合）稳定化技术
化学药剂稳定技术主要是利用具有螯合功能，能从含有离子的物质中有选择地捕集、分离特定金属离子的化合物。
当一种金属离子与一电子供体结合时，生成物称为络合物或配位化合物。
如果与金属相结合的物质含有两个或更多的供电子基团，以致于形成具有环状结构的络合物时，则生成物不论是中性的分子或是带有电荷的离子均称为螯合物或内络合物，这种类型的成环作用称为螯合作用，而电子给予体则成为稳定剂。
三、湿式化学处理技术
湿式化学处理技术有加酸萃取、碱萃取、生物浸出萃取和烟气中和碳酸化法等。
该方法是依据不同物质在酸性条件下溶解度较高的特性，将飞灰中的有害物质提取出来，例如硫磺酸、盐酸、乙酸等酸洗飞灰，并且可回收部分重金属，如锌、铅等。
该工艺运行成本较低，不足之处是操作时间长、处理能力小、工艺要求高，一般在项目厂区很少使用。
四、水泥-稳定剂固化技术
水泥固化和化学药剂稳定技术结合的飞灰处理方式是目前国内垃圾焚烧处理项目常采用的技术，并形成了水泥-稳定剂固化技术。
该技术是在飞灰中同时添加水泥材料和化学药剂，使飞灰中的重金属离子被捕捉、螯合，最终固定在与水泥凝固成型的固化物中。
该固化物通过检测满足一定的要求，可以通过填埋进行最终处置。
1.2项目开发的目的意义
依据工艺原理，熔融固化技术是垃圾焚烧飞灰最佳的处理技术。
然而，该工艺操作温度较高、装置复杂、费用较高、控制困难，并存在熔融过程中重金属氯化物挥发的问题，所以，只在日本和欧洲有少数经济发达的国家应用。
相较于熔融固化技术，化学药剂（螯合）稳定化技术具有一定的设备经济优势，单单独采用化学药剂，飞灰固化物的成形存在一定困难，对药剂的配制和混炼设备的要求都较高，也不太适于我国垃圾项目建设使用。
湿式化学处理技术目前尚且处理工艺研究阶段，需进一步进行工艺实践。
水泥-稳定剂固化技术是目前国内垃圾焚烧处理项目常采用的技术，在工艺技术方面，国内外也已经累积了大量的经验，飞灰的处理费用呈良好的降低趋势。
本项目研究新型垃圾焚烧飞灰处理系统，目的是提升水泥-稳定剂固化技术水平，提高该工艺处理自动化水平，减少占地面积，节约资源，形成一体化研发制，并在国内外垃圾焚烧处理项目飞灰处理领域进行推广。
1.3本项目达到的技术水平及市场前景
本项目针对垃圾焚烧飞灰固化系统的研究与工程应用现状，本着开源节流的原则，自行研究开发适于国内生活垃圾焚烧处理项目建设的新型垃圾焚烧飞灰固化系统。
（1）使用该装置能有效的对垃圾焚烧飞灰进行固化处理，达到飞灰处理稳定化、固定化基本目标，并符合最终安全处置要求。
（2）本装置运用工艺技术简单有效、设计简单、自动化程度高，能高效运行。
此外，该装置的研发能降低垃圾焚烧处理项目建设运营的设备投入、空间占地面积投入、药剂投入，具备经济效益显著，研发成功后能在国内外垃圾焚烧处理项目飞灰处理领域进行推广，市场前景广阔。
二开发内容和目标
2.1项目主要目标、内容及关键技术
2.1.1项目目标
本装置核心技术采用“水泥-稳定剂固化技术”，通过本次研发，实现垃圾焚烧飞灰处理的稳定化、固定化处理效果的同时，具有一定的先进性、经济性优势，达到国内外领先水平。
本项目研究目标有：
（1）在现有理论与技术基础上提高整个处理装置的稳定化、固定化处理效果、运行稳定性、降低投资、降低处理成本、优化工艺，研发适于国内生活垃圾焚烧飞灰固化的设备。
（2）设计研发并优化设备结构、流程设计、并通过工程实践调整运行参数，提高飞灰固化处理的自动化水平。
2.1.2研发内容
（1）工艺原理研究：
依据现有“水泥-稳定剂固化技术”运行经验，针对国内垃圾焚烧项目的建设及飞灰的性状特点，进行优化改良。
（2）装置设计研究：
按优化的工艺流程进行装置的一体化设计，实现装置的配置的集约高效，减少设备投资的同时，缩短飞灰固化处理时间与设备运行能耗、物耗。
（3）自动化设计研究：
实现飞灰固化装置的一体化设计同时，进行该装置的自动化设计研究，进一步减少人力操作成本。
2.1.3关键技术
新型垃圾焚烧飞灰固化系统广泛借鉴目前国内外研发现状与工艺特点，选用目前研究应用最为广泛的“水泥-稳定剂固化技术”，针对垃圾焚烧项目的应用进行研发。
本产品关键技术有：
（1）一体化设计设计：
以往的飞灰水泥-稳定剂固化技术构成设备多、占地面积大、处理流程厂，加大了飞灰的单位处理成本也浪费了宝贵的空间资源。
本飞灰固化系统进行一体化设计设计，可以精简设备、减少占用空间、处理流程也大大缩短。
因此，这是该装置整体技术设计关键之一。
（2）定量设计：
本飞灰固化系统进行一体化设计设计的同时，药剂投加、反应时间、成品出料均采用定量设计。
这不仅避免了资源的浪费，也能使得飞灰处理效果更加有保障。
因此，这是该装置整体技术设计关键之一。
（3）自动化控制设计：
本飞灰固化系统进行自动化设计，采用PLC系统进行系统控制并与垃圾项目厂区核心控制系统相连，可以实时对飞灰固化进行调控，有利于提高现场作业效率，也能实现对飞灰处理的监控，这是该装置整体技术设计关键之一。
（4）针对性设计：
针对国内生活垃圾飞灰的特点，对本系统部分结构、参数进行针对性设计，利于发挥本系统的处理效率，这也是该装置整体技术设计关键之一。
2.2技术创新
本新型垃圾焚烧飞灰固化体统，主要由括除尘器、粉状水泥储料仓、第一定量螺旋输送机、第二定量螺旋输送机、搅拌桶、浆液泵、压滤机和进水装置组成。
定量螺旋输送机为现有技术，是集机械传动和称重为一体的装置，采用水泥和水来固化飞灰，可使飞灰较好地凝固在一起，且能减少扬尘。
系统的第一定量螺旋输送机的进料口与除尘器的出灰口相连，出料口与搅拌桶相连；第二定量螺旋输送机的进料口与粉状水泥储料仓相连，出料口也与搅拌桶相连。
系统的进水装置也与搅拌桶相连用于定量地向搅拌桶输送水，用于定量地向搅拌桶输送水。
系统的搅拌桶与浆液泵的入口相连，浆液泵的出口与压滤机的进料口相连。
压滤机设有排渣机构和滤液排出口，压滤机主要于固液分离，分离出的固化物可通过排渣机构排出，分离出的液体可通过滤液排出口排出。
系统搅拌桶内的搅拌器主要用于将飞灰、水泥和水搅拌均匀。
本装置具有以下特点：
（1）新型垃圾焚烧飞灰固化系统采用第一定量螺旋输送机定量输送飞灰，采用第二定量螺旋输送机定量输送水泥，无需设置专门的称重系统，简化了结构、节约了成本，并且采用压滤机将混合物进行固液分离，不仅使压滤机分离出的固化物成形效果好，而且在各组分的配比出现轻微的偏差时，也不会对成形效果产生太大的影响。
。
（2）本系统进水装置的结构简单、操作方便，只要通过控制滤液泵的电机转速即可定量控制水量。
本系统还对压滤机分离出的滤液进行循环利用，避免了滤液对环境的污染。
（3）本系统设备结构简单，占地面积小，可集中布置于除尘器下方。
（4）本系统采用自动化控制，同时与项目厂区核心控制系统相连，可以进行实时调整与监控。
2.3主要技术经济指标
主要技术经济指标
序号
指标名称
指标
一、技术指标
1
核心工艺
水泥-稳定剂固化技术
2
控制方式
PLC
3
处理能力
5~20t/d
4
处理达标率
>99.99%
经济指标
1
配备功率
15kw
2
使用寿命
10year
3
维护周期（month）
6
4
正常运行率
>95%
5
试剂有效利用效率
>98%
三开发试验方法及技术路线
本项目工艺流程如图所示。
首先进行飞灰固化系统的技术研究与理论模型建立：
对生活垃圾焚烧处理产生的飞灰特点进行分析，在此基础上，结合现有处理技术特点，确定本处理装置技术，并确定各技术参数。
其次，搭建处理装置并进行中试试验：
中试试验的研究内容有飞灰进料控制、药剂进料控制、固化稳定化反应传质研究、压滤成型等。
最后，在中试试验的基础上，进行实际应与完善：
在实际操作中确定装置设计可行，各参数设计符合要求，并最终建立自动化控制。
技术路线图
四计划进度
计划进度表
起始时间
结束时间
持续时间
进度目标要求
2016.10
2016.12
90天
项目相关资料和信息的收集。
2017.1
2017.6
180天
选择技术方案、选购相关设备及器材、飞灰固化系统制作。
2017.7
2017.12
180天
对飞灰固化系统进行操作实验，初步确定最佳设计参数并完成相关试验报告。
2018.1
2018.02
60天
在上述试验基础上改进设备结构和安装布置，并建立自动化控制系统。
2018.3
2018.6
120天
项目实践，验证并确定各设计参数。
2018.7
2018.10
120天
市场推广，并拓展本装置应用领域。
五经费预算
项目经费支出预算表
经费支出预算
内容
预算数
2016年
2017年
2018年
新产品设计费/万元
工艺规程制定费/万元
设备调试费/万元
用于研究开发的原材料、半成品试制费/万元
5
20
15
技术图书资料费/万元
中间实验费/万元
用于研究开发的仪器设备折旧/万元
研究人员工资/万元
5
10
10
委托其他单位进行科研试制的费用/万元
与技术开发有关的其他费用/万元
2
10
5
合计/万元
12
40
30
总计/万元
82
六主要仪器设备清单
主要仪器设备清单
名称
单价
数量
实验台
0.5万元
2个
飞回固化试验装置
20万元
1个
工艺管线
1万元
1套
PC及软件
1.5万元
1套
飞灰理化分析（委外）
5万元
/
单价合计
28.5万元
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