专利名称：利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法
技术领域：
本发明属于垃圾处理技术，具体涉及对垃圾飞灰进行处理的技术。
背景技术：
垃圾飞灰是在垃圾焚烧处理中产生的，垃圾飞灰的主要成分有CaO、 Si02、 A1203、 S03等，其中含有较高浓度的重金属Pb、 Cd、 Hg、 Cr、 Cu、 Zn等，还有二噁英，因此垃圾飞灰是进入国家危险物目录的物质，必须经 过有效处理才能防止其对环境的污染。目前比较安全的垃圾飞灰处理方法有 三种1、水泥混凝固化处理——填埋；2、化学药剂处理——填埋；3、熔 融处理——再生利用。而熔融处理——再生利用方法是较先进的处理方法。
熔融处理——再生利用方法又分为两类 一类是高温氧化气氛熔融处理
法，另一类是高温还原气氛熔融处理法。现在已有大量的研究表明，熔融处 理能够可彻底消除飞灰中的二噁英，飞灰中所含的低沸点的重金属盐类转移 到空气中并以熔融飞灰的形式捕集下来，其余金属则转移到玻璃熔渣中，大
大降低了重金属的浸出特性，(文献l:北京化工大学环境工程系、中国环境 科学研究院:姜永海、席北斗、李秀金、王琪、张晓萱《垃圾焚烧飞灰熔融固 化处理过程特性分析》；文献2:哈尔滨工业大学能源科学与工程学院别如 山、刘欢鹏《垃圾焚烧飞灰旋风炉高温熔融处理及再生利用新技术》；文献3: 浙江大学李建新、严建华、倪明江、岑可法《垃圾焚烧飞灰中重金属稳定 化处理》)。
但是，采用高温氧化气氛熔融处理，业界的研究要么是设计专用设备，要么是利用炼铁设备中的球团竖炉、烧结炉、炼钢转炉等，这类设备能达到 对垃圾飞灰中的有害物质如二噁英等进行处理的要求，但采用高温氧化气氛
熔融处理，当熔融温度在80(TC以上时，重金属中的三价铬会全部转化成六
价鉻，而六价鉻为吞入性毒物/吸入性极毒物，皮肤接触可能导致敏感，更可 能造成遗传性基因缺陷，吸入可能致癌，对环境有持久危险性，这在国内外 的环境保护标准中都不准许存在。
而采用高温还原气氛熔融法可以有效避免这一问题，但是目前国内外的 高温还原气氛熔融法都是采用专门的高温还原气氛熔融设备，如采用表面熔 融炉，电弧熔融炉，等离子体熔融炉，旋风炉等，这些设备的建设及运行成 本极高，难以进行产业化实施。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提出一种利用炼铁高炉对 垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，直接利用现有的炼铁高炉，在 炼铁过程中同时对垃圾飞灰进行有效处理，不需要建专用设备，大大降低成
本，不仅能有效处理掉有害物质，不产生新的有害物质，飞灰中的Ca和一 些金属物质还能为炼铁所利用，进入生铁或炉渣中，得到再生利用。 本发明的技术方案如下.-
本方法是直接利用现有成熟的炼铁高炉作为设备，并在炼铁的过程中同 时对垃圾飞灰进行处理和再生利用。
具体的方法有两种， 一种是在高炉喷吹煤粉前，将喷吹总重量1°/。-10% 的垃圾飞灰混入煤粉中，通过正常的高炉喷煤工艺将煤粉和垃圾飞灰的混合 粉末送入高炉炉缸内，垃圾飞灰在还原气氛下被高温分解，有效地避免了C一+向C,+的转化，达到处理及再生利用的目的。
另一种方法是将垃圾飞灰作为球团矿的原料使用，重量按普通球团矿原 料总重量的1%-10%混入普通球团矿的原料中，制成再生球团，进入高炉中 按现行炼铁的常规方法进行高温还原冶炼，在不影响高炉冶炼过程的同时， 达到处理及再生利用的目的。而再生球团在入高炉时，替代普通球团的比例
在1-30%范围内。
再生球团包含的其它原料有
含铁60%以上的炼钢除尘污泥占10-60%;
含铁60%以上的烧结除尘灰占15%-45%，("烧结除尘灰"是烧结厂在 铁矿石烧结过程中，经过除尘器收集起来的含铁灰尘，它包括机头除尘灰、 机尾除尘灰及环冷除尘灰，由于烧结除尘灰的含铁量只有40%-55%左右，在 混入再生球团之前必须用选矿方法将其富集到含铁量60%以上)；
含铁量60%以上的炼铁重力除尘灰占10-45% (由于炼铁重力除尘灰的 含铁量只有40%-55%，在混入再生球团之前必须用选矿方法将其富集到含铁 量60%以上)。
按上述所有原料重量总和在加入1-2%的粘结剂GY-3和重金属稳定剂 TSA-1 0.2-0.5%。
将所有原料按常规的球团矿利记博彩app制作成再生球团。 本发明在充分研究国际国内现有的垃圾飞灰熔融处理理论的基础上，撇 开了本领域技术人员的常规思维，没有从设计专门的还原气氛熔融炉着手， 而是巧妙地利用了钢铁行业的炼铁高炉。因为经申请人研究发现，只有在充 分的还原气氛中，才能保证垃圾飞灰三价铬不再转化为六价络，而炼铁高炉具有最佳的高温G400-180(TC)还原气氛，它既能有效地对垃圾飞灰进行 无害化处理，还能利用垃圾飞灰中的有用元素，转化到炼制的生铁中。而其 它冶金炉，如烧结炉、球团竖炉、炼钢转炉等都不是在还原气氛中工作，无 法有效抑制三价铬向六价铬转变，因而无法直接对垃圾飞灰进行无害化处 理，除非在能有效抑制三价铬向六价铬转变的预处理添加剂研制成功后，方 可进行试生产。
以下是对垃圾飞灰在炼铁高炉中进行熔融处理的机理分析 在炼铁高炉中，充分的还原气氛和1400-180(TC的高温，垃圾飞灰中的 二噁英及其他有害物质可以被彻底分解，对此国内外有关专家已经做过研 究，详见背景技术中提及的文献l、 2，三价铬可以保持不变，而铬金属、三 价或四价铬并不具有这些毒性，详见文献3，不再产生剧毒物质六价鉻。
垃圾飞灰以混入煤粉中喷吹或混入再生球团中进入炼铁高炉后，垃圾飞 灰中的CaO和其他金属物质得到再生利用。外国专家M.TaKaoba和S.SaKai 等进行的熔融实验研究表明了熔融过程中重金属的迁移特性Zn、 Cr、 Mn、 Ca、 Ti、 Al、 Ni、 Cu等高挥发点金属转移到熔渣中，低挥发点金属如Pb、 Cd转移到飞灰和熔融炉废气中。再结合国内外高炉内非铁元素的还原研究 表明，在高炉冶炼条件下，Cd、 Co、 Ni、 Pb、 P、 Zn等可以被全部还原， A1203、 CaO、 MgO不能被还原而全部进入炉渣，Cr、 Mn、 Si、 Ti、 V等只 能还原部分，其中Mn有60-40%进入生铁，5-10%被煤气带走其余以MnO 的状态进入炉渣；Zn被还原后极为挥发并再次氧化成ZnO， 一部分渗入炉 衬， 一部分则随煤气带出高炉，经处理后富集中于除尘灰中，可进一步回收; Pb、 Cd等则主要沉积于炉底；V约有70-80%进入生铁，剩余部分进入炉渣中；Cr约有45%被还原进入生铁，其余以0:203进入炉渣中;11则主要进入 炉渣中;Cu、 Co、 Ni、 P等全部进入生铁中。结合两者的研究可以表明，垃 圾飞灰中的各种成分和重金属物质在高炉冶炼条件下，经过高炉高温还原气 氛熔融法无害化处理后，多数进入高炉水渣，可以制造水泥，少数进入洗涤 灰，经炼锌、选铁后可制水泥或制砖铺路，还有一部分可以还原进入生铁， 得到再生利用，而且都不再存在有害物质。
以下是利用方法处理垃圾飞灰的经济效益预算飞灰中含铁8%，每吨 垃圾飞灰能产生铁水80公斤，价值194元；含CaO平均为30。/。，为300公 斤氧化钙相当于600公斤石灰石，价值45元；含钛为1.8%，进入铁水0.6%， 价值100元；含锰1%，价值192.75元；含铜0.5%，价值56元；每吨垃圾 飞灰能产生0.5吨高炉水渣，价值25元，可见每吨垃圾飞灰直接再生价值 612.75元。
以垃圾飞灰混入煤粉喷吹进入高炉中处理计算
飞灰惨入煤粉比例为1%，喷煤比100kg/t铁水，即飞灰与铁水比为lkg/t 铁水，因飞灰为渣相构成，即可视为增加高炉炉渣为lkg/t铁水，而渣铁比 为50%，即500kg渣/t铁水，对应焦比为500 kg/t铁水，艮卩lkg渣消耗lkg 焦炭，故lkg飞灰消耗热量为lkg焦炭，即在飞灰掺入煤粉比例为1%时， 焦比上升幅度为lkg/t铁水，飞灰中CaO的含量为30%,可视为焦比上升幅 度为0.7kg/t铁水，按lkg飞灰价值为0.61275元，lkg焦炭为1.5元计算， 则经济效益为-0.43725元/kg飞灰，如年处理10000吨飞灰，则需付出437.25 万元。
以垃圾飞灰制作再生球团计算，每年600万吨产能的高炉可用288万吨的球团矿，加入的再生球团按10%计算，需要28.8万吨再生球团，垃圾飞 灰的利用量按再生球团的8%计算，便可处理2.3万吨的垃圾飞灰。相应加 大再生球团的入炉比例，垃圾飞灰的处理量可逐步增加到20万吨以上。以 重庆同兴垃圾发电厂为例，它每年产生2万多吨垃圾飞灰，按现行的方法需 要花费500多万元去用水泥固化填埋,如采用本方法处理，一方面将节约500 多万元，另一方面还将产生再生价值一千多万元。
可见，本发明的优点是十分显著的不需要另建专门的设备，并且还给 高炉炼铁带来好处，建设及运行费用极低，能大批量处理垃圾飞灰，经此无 害化处理后的垃圾飞灰，可进入再生资源、纳入循环经济的范畴，每一个城 市的垃圾飞灰都可以在就近的钢铁厂进行减量化、无害化、资源化处理，因 此本方法有着巨大的社会效益和经济效益。
具体实施例方式
实施例1:与煤粉混合喷吹方式，垃圾飞灰混入量是喷吹总重量1%-10%:
高炉喷煤工艺系统主要由原煤贮运、煤粉制备、煤粉输送、煤粉喷吹、 干燥气体制备和供气动力系统组成。可采用如
图1所示的高炉煤粉喷吹系统
(并列罐式)，其中l.翻斗车2.受媒机3.皮带机4.原煤仓5.给煤机6.磨煤 机7.干燥气炉8.布袋收集器9.锁气器IO.塞头阀ll.煤粉仓12.粉仓电子秤 13.流化嘴14.球面换向阀15.喷吹罐下料阀16.软连接17.喷吹罐18.喷吹 罐电子秤19.下煤阀20.喷吹阀21.混合器(或可调煤粉给料器)22.喷煤粉 球阀23.安全阀24.补气调节器25.分配器26.喷枪球阀27.喷枪28.弹子阀 29.常压阀30.过滤器31.空气贮罐32.补气逆止器33.充压阀34.散放阀。 垃圾飞灰由罐装车从垃圾发电厂运送到炼铁厂高炉喷煤工艺系统，将罐装车的放灰管接入带电子计量装置的输送系统中，按设计量按时输入进喷煤
工艺系统中的给煤机5内，经磨煤机6混合均匀后，进入煤粉仓11，再进 入喷吹罐17，接着进入混合器21，经过过滤器30、进入分配器25，再经过 喷枪27进入高炉炉缸。
煤粉进入高炉炉缸后燃烧， 一方面产生热量维持炉内温度(1600-1800) °C;另一方面产生大量一氧化碳和氢维持炉内还原气氛。
垃圾飞灰进入高炉炉缸后一方面在高温的作用下，迅速熔融，二噁英及 其他有害物质被彻底分解，重金属中的铁、铜、锰、镍、铬、钛全部或部分 熔入铁水中，部分和铝、镁全部熔入玻璃熔渣中，铅和鎘沉入炉底，还有很 少部分和锌进入烟气中，经洗涤除尘器进入除尘灰中；另一方面三价铬在还 原气氛中保持不变，不会被氧化成剧毒物质六价铬。部分进入铁水中，部分 进入玻璃熔渣中。
实施例2:
一、制成再生球团方式
再生球团矿原料组成方案1: 含铁60%以上的炼钢除尘污泥占30%; 含铁量60%以上的烧结除尘灰占40%; 含铁量60%以上的炼铁重力除尘灰占30%; 垃圾飞灰占3%;
粘接剂GY-3 1%、重金属稳定剂丁8八-10.2%。
再生球团矿原料组成方案2:含铁60%以上的炼钢除尘污泥占50%;
含铁量60%以上的烧结除尘灰占30%; 含铁量60%以上的炼铁重力除尘灰占20%;
垃圾飞灰占10%;
粘接剂GY-3 2%、重金属稳定剂TSA-1 0.4%。 再生球团矿原料组成方案3 含铁60%以上的炼钢除尘污泥占50%; 含铁量60%以上的烧结除尘灰占40%; 含铁量60%以上的炼铁重力除尘灰占10%;
垃圾飞灰占5%;
粘接剂GY-3 1%、重金属稳定剂TSA-1 0.5%。
再生球团的工艺流程与普通球团的工艺流程是完全相同的，区别在于原 料的不同和焙烧温度的不同。焙烧的炉温需控制在20CTC起到80(TC以下。 最好控制在60(TC左右，以防止三价铬被氧化成剧毒物质六价铬。 采用竖炉以"炉料与气流逆向交换"的工艺引风焙烧氧化球团矿，其工艺流 程详如下
将原料进干燥机烘干后，通过圆盘给料机在搅拌机内与同样通过另一台 圆盘给料机进料的粘接剂GY-3和重金属稳定剂TSA-1按比例进行充分混合 搅拌，经皮带输送机到圆盘造球机，加水后造成生球，通过滚轴筛对生球及 碎料筛分后，送进竖式焙烧炉上部的布料器入炉，通过干燥、预热、焙烧、 均热、冷却等工序，将铁粉球团焙烧成熟料球团从炉底排出，通过自动卸料 机由斗式提升机运至成品料仓，进行储存、外运。(1) 原料干燥
再生球团原料，通过干燥机将多余水分脱出以达到生产标准要求。
(2) 配料
干燥过的再生球团原料和粘接剂GY-3和重金属稳定剂TSA-l ，通过控制各 自使用量的圆盘给料机进入搅拌机进行充分混合及搅拌。
(3) 团球
混合均匀的再生球团原料和接剂GY-3和重金属稳定剂TSA-l经皮带输送机 运至圆盘造球机，加水后在圆盘造球机内团成生球团，圆盘造球机送出的生 球由皮带输送机送至滚轴筛，将碎料筛出，合格球团进入下一道工序。
(4) 上料
竖炉进料口分为两层，生球团进口，中间层为煤进口和进气风门。生球团由 皮带机送到顶层布料器，由人工控制均匀布料。竖炉焙烧用煤由提升机送至 加煤平台，由人工加煤、控制风门进风量。竖炉上料时球团为湿物料，故通 过皮带输送机加料不会产尘；因竖炉上煤口和风口处于同一高度，上煤时产 生的少量煤尘会迅速随气流进入风门燃烧。因此上料工序也无粉尘污染产 生。
(5) 竖炉焙烧竖炉为引风烧结负压操作，经滚轴筛筛出的合格生球团由竖炉顶层加入，在 炉内依次完成干燥、预热、焙烧、均热、冷却等工序，生产出酸性球团矿。 冷却后的球团矿从竖炉下层卸料平台经自卸机运至斗式提升机处，经筛选入 储料仓。竖炉出料时，无粉尘产生，因为竖炉采用引风焙烧工艺，气流与炉 料逆向运动，出料时产生的粉尘会随气流重新进入炉内；另外，出料粉尘的 粒径和密度均较大，没有随气流进入炉内的粉尘也不会扬起。
(6) 球团矿过筛
球团自圆盘造球机造出后，要通过滚轴筛进行第一次筛分，焙烧后的球团还 要经过斗式提升机后的第二次筛分。这样合格球团即可储存、外售，筛余物 返回搅拌机后进入圆盘造球机重新参与造球。
(7) 成品储存外运
球团矿经斗式提升机运至成品料仓储存，即可由料仓卸料部分进行装车外运。
二、再生球团进高炉炼铁
高炉进料按球团矿30%，烧结矿70%的比例入炉，而再生球团替代普通 球团的比例可在1-30%范围内变化。每一批进料时，将再生球团与普通球团 按计算比例顺序进入皮带机、提升料斗，然后进入高炉。
权利要求
1、利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，其特征在于所述方法以炼铁高炉为处理装置，将垃圾飞灰在高炉喷吹煤粉前混入煤粉中，通过高炉喷煤工艺将煤粉与垃圾飞灰的混合物送入高炉炉缸内，利用高炉炉缸区域的高温和还原性气氛，达到飞灰处理及再生利用的目的。
2、 根据权利要求1所述的利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，其特征在于，所述垃圾飞灰的混入量是总喷吹重量的1%-10%。
3、 利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，其特 征在于所述方法以炼铁高炉为处理装置，将垃圾飞灰混入炼铁高炉使用的球 团矿中，制成再生球团，将混有垃圾飞灰的再生球团送入炼铁高炉中，作为 炼铁高炉炼铁时的常用原料——球团矿进行正常的冶炼，在不影响高炉正常 冶炼过程的前提下达到处理及再生利用的目的。
4、根据权利要求3所述的利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生 循环处理的方法，其特征在于，所述垃圾飞灰的混入量是球团矿总原料量的 1%-10%，而再生球团在入高炉时，替代普通球团的比例在1-30%范围内。
5、根据权利要求4所述的利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生 循环处理的方法，其特征在于，所述垃圾飞灰的混入量是球团矿总原料量的 3-10%。
6、根据权利要求4或5所述的利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、 再生循环处理的方法，其特征在于，所述再生球团包含的其它原料有含铁 60%以上的炼钢除尘污泥占10-60%;含铁量60%的烧结除尘灰占15%-45%，含铁量60%以上的炼铁重力除尘灰占10-45%;垃圾飞灰占1-10%;另夕卜，还按再生球团原料总重量的1-2%加入粘接剂GY-3和案0.2-0.5°/。加入重金属 稳定剂TSA-1进行冷固球团制作和焙烧球团制作。
7、根据权利要求6所述的利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生 循环处理的方法，其特征在于，所述焙烧球团制作时，焙烧的炉温需控制在 20(TC起到80(TC以下。
全文摘要
本发明提出一种利用炼铁高炉对垃圾飞灰进行无害化、再生循环处理的方法，所述方法是以炼铁高炉为处理装置，将垃圾飞灰在高炉喷吹煤粉前混入煤粉中，通过高炉喷煤工艺将煤粉与垃圾飞灰的混合物送入高炉炉缸内，或是将垃圾飞灰混入炼铁高炉使用的再生球团中，将混有垃圾飞灰的再生球团送入炼铁高炉中，作为炼铁高炉炼铁时的常用原料——球团矿进行正常的冶炼，利用高炉炉缸区域的高温和还原性气氛，达到飞灰处理及再生利用的目的。本发明能大批量处理垃圾飞灰，不需要另建专门的设备，不仅能有效处理掉有害物质，不产生新的有害物质，飞灰中的Ca和一些金属物质还能为炼铁所利用，进入生铁或炉渣中，得到再生利用。
文档编号B09B3/00GK101554632SQ20091010389
公开日2009年10月14日 申请日期2009年5月20日 优先权日2009年5月20日
发明者李秉正, 龙 杨, 勇 邓 申请人:重庆瑞帆再生资源开发有限公司