飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的回收分离系统及工艺的制作方法

1.本发明属于环境工程技术领域，涉及生活垃圾焚烧的下游处理技术，具体为飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的回收分离系统及工艺。

背景技术：

2.生活垃圾焚烧产生的飞灰中含有大量的重金属、二噁英、氯盐等有毒有害物质，属于危险废弃物hw18。目前，飞灰的处理方式主要是固化后填埋，该方式需占用大量土地资源，存在严重的二次污染风险。等离子熔融技术是目前最先进的飞灰处置方法之一，该方法可将飞灰中的二噁英分解为co、co2、h2o、hcl等小分子气体，且重金属被包裹在玻璃体的四面体网络结构中，无法浸出。通过等离子熔融技术，可有效解决飞灰中的二噁英及重金属污染问题。但是，氯盐污染问题还是无法解决。飞灰中氯盐的主要成分包括氯化钠、氯化钾和氯化钙，约占飞灰总质量的20～45％。飞灰经等离子熔融后，大部分氯化钠和氯化钾、以及少量的氯化钙进入烟气中。氯盐的熔点为700～800℃，当烟气在管道中温度降低时，氯盐很容易在管道中凝结，形成非常坚硬的盐壳，从而堵塞管道，造成设备停炉。
3.中国发明专利申请cn 113105138a公开了一种垃圾焚烧飞灰水洗脱氯和水洗液蒸发分质结晶的处理方法及系统。该方法通过将飞灰经过三级水洗、过滤沉淀、蒸发结晶、结晶分离等步骤，实现了飞灰中氯盐的分离和回收。但是，该方法需要对飞灰进行水洗，然后将水洗后的飞灰进行干燥，并将水洗液进行沉淀过滤、蒸发结晶，因此需要消耗大量的化学药剂和能量。另外，水洗液中还含有少量细小飞灰颗粒，不可避免地含有少量二噁英，因此仍存在二噁英污染风险。
4.中国发明专利申请cn 107008127a公开了一种等离子体飞灰熔融尾气的湿法净化工艺。该工艺将飞灰熔融尾气先急冷降温至100℃以下，再通过水洗塔和碱洗塔，之后经过沉淀、絮凝、分离和烘干，将尾气中的氯盐进行回收利用。但是，该方法需要对烟气进行急冷，浪费了大量的烟气余热。而且水洗塔后也需要对水洗液进行沉淀过滤、蒸发结晶，需要消耗大量的化学药剂和能量。另外，该方法得到的氯盐是氯化钠和氯化钾的混合物，不能满足工业盐的标准。
5.中国发明专利cn 113441536b公开了一种飞灰处理系统和飞灰处理方法。该方法将飞灰熔融后的烟气，先进行除尘，再对烟气进行冷却，将氯盐凝结在内壁上，之后开启加热器将氯盐熔融后排出收集。该方法需要采用高温除尘器，技术要求和成本均较高，而且氯盐很容易在管道和除尘器中凝结。另外，氯盐凝结在内壁上，会形成非常坚硬的盐壳，很难加热熔化。且该方法需要消耗大量的能量，而且得到的也是氯化钠和氯化钾的混合物。
6.综上所述，现有飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的分离和回收方法存在以下缺陷：(1)烟气余热无法利用；(2)蒸发水消耗大量能量；(3)得到的是混盐而非工业盐。

技术实现要素：

7.解决的技术问题：为了克服现有技术的不足，本发明采用熔盐循环换热对烟气进
行冷却，一方面避免水洗带来的二噁英污染风险，另一方面充分利用烟气余热，且不需要对水洗液进行沉淀过滤和蒸发结晶；另外，本发明的工艺实现了氯化钠、氯化钾和氯化钙的分离，满足工业盐的标准。鉴于此，本发明提供了飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的回收分离系统及工艺。
8.技术方案：飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的回收分离系统，所述系统包括形成闭环回路的急冷塔、熔盐储存罐a、换热器和熔盐储存罐b，且熔盐储存罐a和换热器之间设有熔盐泵a，换热器和熔盐储存罐b之间设有熔盐泵b，熔盐储存罐b和急冷塔之间设有熔盐泵c；其中，熔盐储存罐a外接重金属回收利用系统，熔盐储存罐b外接冷却结晶器，换热器外接过热蒸汽输出设备。
9.优选的，熔盐储存罐a内部中间设有纵向挡板。
10.以上所述系统回收分离飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的工艺，所述工艺包括以下步骤：
11.s1、将飞灰等离子熔融后的高温烟气送至急冷塔，同时向急冷塔中喷射低温熔盐，使得高温烟气和低温熔盐逆流换热，形成高温熔盐和处理后烟气，处理后烟气经烟气出口排出后再进行烟气净化；
12.s2、s1中产生的高温熔盐进入熔盐储存罐a中，静置沉淀分离后，将重金属沉淀物排出至重金属回收利用系统，处理后的高温熔盐通过熔盐泵a送入换热器中；
13.s3、在换热器内高温熔盐与水进行间接换热，将水加热成过热蒸汽后进入过热蒸汽输出设备，同时使得高温熔盐降温为低温熔盐；
14.s4、低温熔盐通过熔盐泵b进入熔盐储存罐b中，一部分进入冷却结晶器中，一部分循环回急冷塔；在冷却结晶器中，分段冷却结晶分离获得氯化钠、氯化钙和氯化钾。
15.优选的，s1中高温烟气从急冷塔下部进入、上部排出，低温熔盐从急冷塔顶部向下喷射。
16.优选的，按重量百分比计，s1中喷射的低温熔盐组分为氯化钠:氯化钾:氯化钙＝40～60:30～40:10～20，熔盐的使用温度为500～900℃。
17.优选的，s1中低温熔盐喷射的液滴粒径为100～200μm。
18.优选的，s2中，s1产生的高温熔盐进入熔盐储存罐a挡板远离熔盐泵a的一侧。
19.优选的，s2中，静置沉淀分离后，含重金属的高温熔盐沉积在挡板一侧的底部，上层清液流到挡板另一侧并经熔盐泵a送入换热器。
20.优选的，s4中，按重量百分比计，熔盐储存罐b内的低温熔盐组分需控制为氯化钠:氯化钾:氯化钙＝40～60:30～40:10～20；具体方法为：定期取样检测熔盐储存罐b中的熔盐，超出以上重量百分比范围时，将熔盐储存罐b中的熔盐全部排出到冷却结晶器中进行分盐，并重新配比以上重量百分比范围内的熔盐。
21.优选的，s4中，分段冷却结晶时第一阶段为氯化钠的结晶温度490～500℃，第二阶段为氯化钙的结晶温度470～480℃，第三阶段为氯化钾的结晶温度450～460℃。
22.有益效果：(1)本发明所述系统及工艺避免了水洗带来的二噁英污染风险和化学药剂的使用；(2)所述系统及工艺采用熔盐循环换热对烟气进行冷却，充分利用烟气的余热，无需向烟气中喷水急冷，因此不需要对水洗液进行沉淀过滤和蒸发结晶；(3)所述系统及工艺避免了氯盐回收后为混盐而出路较难的问题，可在熔盐储存罐中通过分段结晶实现
氯化钠、氯化钾和氯化钙的分离。
附图说明
23.图1是本发明所述工艺的原理流程图；
24.图2是本发明所述系统的结构示意图；
25.其中，1为急冷塔，2为熔盐储存罐a，3为熔盐泵a，4为换热器，5为熔盐泵b，6为熔盐储存罐b，7为熔盐泵c，8为冷却结晶器，9为过热蒸汽输出设备。
具体实施方式
26.以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
27.实施例1
28.如图1-2所示，飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的回收分离系统，其特征在于，所述系统包括形成闭环回路的急冷塔1、熔盐储存罐a2、换热器4和熔盐储存罐b 6，且熔盐储存罐a 2和换热器4之间设有熔盐泵a 3，换热器4和熔盐储存罐b 6之间设有熔盐泵b 5，熔盐储存罐b 6和急冷塔1之间设有熔盐泵c 7；其中，熔盐储存罐a 2外接重金属回收利用系统，熔盐储存罐b 6外接冷却结晶器8，换热器4外接过热蒸汽输出设备9。
29.熔盐储存罐a 2内部中间设有纵向挡板。
30.以上所述系统回收分离飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的工艺，所述工艺包括以下步骤：
31.s1、将飞灰等离子熔融后的高温烟气送至急冷塔1，同时向急冷塔1中喷射低温熔盐，使得高温烟气和低温熔盐逆流换热，形成高温熔盐和处理后烟气，处理后烟气经烟气出口排出后再进行烟气净化；
32.s2、s1中产生的高温熔盐进入熔盐储存罐a 2中，静置沉淀分离后，将重金属沉淀物排出至重金属回收利用系统，处理后的高温熔盐通过熔盐泵a3送入换热器4中；
33.s3、在换热器4内高温熔盐与水进行间接换热，将水加热成过热蒸汽后进入过热蒸汽输出设备9，同时使得高温熔盐降温为低温熔盐；
34.s4、低温熔盐通过熔盐泵b 5进入熔盐储存罐b 6中，一部分进入冷却结晶器8中，一部分循环回急冷塔1；在冷却结晶器8中，分段冷却结晶分离获得氯化钠、氯化钙和氯化钾。
35.其中，s1中高温烟气从急冷塔1下部进入、上部排出，低温熔盐从急冷塔1顶部向下喷射。
36.按重量百分比计，s1中喷射的低温熔盐组分为氯化钠:氯化钾:氯化钙＝40～60:30～40:10～20，熔盐的使用温度为500～900℃。
37.s1中低温熔盐喷射的液滴粒径为100～200μm。
38.s2中，s1产生的高温熔盐进入熔盐储存罐a 2挡板远离熔盐泵a 3的一侧。
39.s2中，静置沉淀分离后，含重金属的高温熔盐沉积在挡板一侧的底部，上层清液流到挡板另一侧并经熔盐泵a 3送入换热器4。
40.s4中，按重量百分比计，熔盐储存罐b 6内的低温熔盐组分需控制为氯化钠:氯化钾:氯化钙＝40～60:30～40:10～20；具体方法为：定期取样检测熔盐储存罐b 6中的熔盐，超出以上重量百分比范围时，将熔盐储存罐b 6中的熔盐全部排出到冷却结晶器8中进行分盐，并重新配比以上重量百分比范围内的熔盐。
41.s4中，分段冷却结晶时第一阶段为氯化钠的结晶温度490～500℃，第二阶段为氯化钙的结晶温度470～480℃，第三阶段为氯化钾的结晶温度450～460℃。
42.实施例2
43.采用实施例1所述系统及工艺回收分离飞灰等离子熔融后烟气中氯盐，具体步骤如下：
44.s1、将飞灰等离子熔融后的高温烟气送至急冷塔1，同时向急冷塔1中喷射低温熔盐，使得高温烟气和低温熔盐逆流换热，形成高温熔盐和处理后烟气，处理后烟气经烟气出口排出；其中，高温烟气从急冷塔1下部进入、上部排出，低温熔盐从急冷塔1顶部向下喷射。高温烟气进口温度为910℃，出口温度为590℃；低温熔盐进口温度为550℃，出口温度为840℃。在该过程中，高温烟气中的氯盐变成液体颗粒，重金属凝结成固体小颗粒，与气相分离，进入高温熔盐中。低温熔盐喷射的液滴粒径为170μm，以保证熔盐与高温烟气的充分混合和传热，使高温烟气中的氯盐和重金属尽可能完全地溶解到熔盐中。
45.s2、s1中产生的高温熔盐进入熔盐储存罐a 2中，静置沉淀分离后，将重金属沉淀物排出至重金属回收利用系统，处理后的高温熔盐通过熔盐泵a 3送入换热器4中。其中，高温熔盐进入熔盐储存罐a 2挡板远离熔盐泵a 3的左侧，高温熔盐中的重金属因密度较大，与高温熔盐分离，沉淀到熔盐储存罐a 2的底部。定期从熔盐储存罐a 2底部将重金属排出，进行资源回收利用。熔盐储存罐a 2出口高温熔盐的温度为830℃。
46.s3、在换热器4内高温熔盐与水进行间接换热，将水加热成过热蒸汽并进入过热蒸汽输出设备9，同时使得高温熔盐降温为低温熔盐。水从室温加热成400℃的过热蒸汽，可外售进行供热、发电等。换热后低温熔盐温度为570℃。
47.s4、低温熔盐通过熔盐泵b 5进入熔盐储存罐b 6中，一部分进入冷却结晶器8中，一部分循环回急冷塔1；在冷却结晶器8中，分段冷却结晶分离获得氯化钠、氯化钙和氯化钾，其中，氯化钠的结晶温度为495℃，氯化钙的结晶温度为475℃，氯化钾的结晶温度为455℃。熔盐储存罐b 6出口低温熔盐温度为550℃。
48.另外，本实施例中仍需将熔盐储存罐b 6中的低温熔盐组分控制为氯化钠:氯化钾:氯化钙＝40～60:30～40:10～20，具体方法为定期对罐内熔盐进行取样检测，若熔盐组分偏离以上范围，需要罐内熔盐全部排出到冷却结晶器中进行分盐，并重新配比新的熔盐，防止熔盐可使用温度过低，造成熔盐分解，或者可使用温度过高，造成管路堵塞。
49.本实施例在实际应用过程中将低温熔盐与高温烟气进行直接混合和传热。一方面将烟气的余热进行充分利用，转化为熔盐的显热，之后产生过热蒸汽以供热和发电；另一方面将烟气中的氯盐和重金属溶解到熔盐中，之后通过沉淀和冷却，实现氯盐和重金属的回收利用，避免了水洗法需要大量药剂和能量的缺点。
50.低温熔盐中氯盐的组分配比严格控制为氯化钠、氯化钾、氯化钙，设计了所用熔盐的成分也为氯化钠、氯化钾、氯化钙。氯化钠：氯化钾：氯化钙＝40～60：30～40：10～20，该组分的熔盐的使用温度为500～900℃左右。熔盐和烟气中氯盐成分相同，一方面利用相似
相溶原理，使烟气中的氯盐最大程度地溶解到熔盐中；另一方面使熔盐的成分波动较小，以便延长循环使用时间。
51.本实施例中根据氯化钠、氯化钙、氯化钾的结晶分离温度不同，将熔盐进行分布冷却结晶，从而实现氯化钠、氯化钙、氯化钾的高效分离。该方法可以得到较为纯净的工业盐，避免了常规方法得到混盐出路较难的问题。
52.本实施例中氯盐回收分离系统得到的氯化钠、氯化钙、氯化钾的比例及纯度如下表所示。
53.组分比例(％)纯度(％)氯化钠6798.3氯化钙1297.5氯化钾2195.6
54.实施例3
55.采用实施例1所述系统及工艺回收分离飞灰等离子熔融后烟气中氯盐，具体步骤如下：
56.s1、将飞灰等离子熔融后的高温烟气送至急冷塔1，同时向急冷塔1中喷射低温熔盐，使得高温烟气和低温熔盐逆流换热，形成高温熔盐和处理后烟气，处理后烟气经烟气出口排出；其中，高温烟气从急冷塔1下部进入、上部排出，低温熔盐从急冷塔1顶部向下喷射。高温烟气进口温度为890℃，出口温度为570℃；低温熔盐进口温度为550℃，出口温度为820℃。在该过程中，高温烟气中的氯盐变成液体颗粒，重金属凝结成固体小颗粒，与气相分离，进入高温熔盐中。低温熔盐喷射的液滴粒径为140μm，以保证熔盐与高温烟气的充分混合和传热，使高温烟气中的氯盐和重金属尽可能完全地溶解到熔盐中。
57.s2、s1中产生的高温熔盐进入熔盐储存罐a 2中，静置沉淀分离后，将重金属沉淀物排出至重金属回收利用系统，处理后的高温熔盐通过熔盐泵a 3送入换热器4中。其中，高温熔盐进入熔盐储存罐a 2挡板远离熔盐泵a 3的左侧，高温熔盐中的重金属因密度较大，与高温熔盐分离，沉淀到熔盐储存罐a 2的底部。定期从熔盐储存罐a 2底部将重金属排出，进行资源回收利用。熔盐储存罐a 2出口高温熔盐的温度为810℃。
58.s3、在换热器4内高温熔盐与水进行间接换热，将水加热成过热蒸汽并进入过热蒸汽输出设备9，同时使得高温熔盐降温为低温熔盐。水从室温加热成400℃的过热蒸汽，可外售进行供热、发电等。换热后低温熔盐温度为550℃。
59.s4、低温熔盐通过熔盐泵b 5进入熔盐储存罐b 6中，一部分进入冷却结晶器8中，一部分循环回急冷塔1；在冷却结晶器8中，分段冷却结晶分离获得氯化钠、氯化钙和氯化钾，其中，氯化钠的结晶温度为492℃，氯化钙的结晶温度为472℃，氯化钾的结晶温度为452℃。熔盐储存罐b 6出口低温熔盐温度为530℃。
60.另外，本实施例中仍需将熔盐储存罐b 6中的低温熔盐组分控制为氯化钠:氯化钾:氯化钙＝40～60:30～40:10～20，具体方法为定期对罐内熔盐进行取样检测，若熔盐组分偏离以上范围，需要罐内熔盐全部排出到冷却结晶器中进行分盐，并重新配比新的熔盐，防止熔盐可使用温度过低，造成熔盐分解，或者可使用温度过高，造成管路堵塞。
61.本实施例在实际应用过程中将低温熔盐与高温烟气进行直接混合和传热。一方面将烟气的余热进行充分利用，转化为熔盐的显热，之后产生过热蒸汽以供热和发电；另一方
面将烟气中的氯盐和重金属溶解到熔盐中，之后通过沉淀和冷却，实现氯盐和重金属的回收利用，避免了水洗法需要大量药剂和能量的缺点。
62.低温熔盐中氯盐的组分配比严格控制为氯化钠、氯化钾、氯化钙，设计了所用熔盐的成分也为氯化钠、氯化钾、氯化钙。氯化钠：氯化钾：氯化钙＝40～60：30～40：10～20，该组分的熔盐的使用温度为500～900℃左右。熔盐和烟气中氯盐成分相同，一方面利用相似相溶原理，使烟气中的氯盐最大程度地溶解到熔盐中；另一方面使熔盐的成分波动较小，以便延长循环使用时间。
63.本实施例中根据氯化钠、氯化钙、氯化钾的结晶分离温度不同，将熔盐进行分布冷却结晶，从而实现氯化钠、氯化钙、氯化钾的高效分离。该方法可以得到较为纯净的工业盐，避免了常规方法得到混盐出路较难的问题。
64.本实施例中氯盐回收分离系统得到的氯化钠、氯化钙、氯化钾的比例及纯度如下表所示。
65.组分比例(％)纯度(％)氯化钠6399.1氯化钙1497.9氯化钾2396.1

技术特征：

1.飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的回收分离系统，其特征在于，所述系统包括形成闭环回路的急冷塔(1)、熔盐储存罐a(2)、换热器(4)和熔盐储存罐b(6)，且熔盐储存罐a(2)和换热器(4)之间设有熔盐泵a(3)，换热器(4)和熔盐储存罐b(6)之间设有熔盐泵b(5)，熔盐储存罐b(6)和急冷塔(1)之间设有熔盐泵c(7)；其中，熔盐储存罐a(2)外接重金属回收利用系统，熔盐储存罐b(6)外接冷却结晶器(8)，换热器(4)外接过热蒸汽输出设备(9)。2.根据权利要求1所述的飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的回收分离系统，其特征在于，熔盐储存罐a(2)内部中间设有纵向挡板。3.权利要求1或2所述系统回收分离飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：s1、将飞灰等离子熔融后的高温烟气送至急冷塔(1)，同时向急冷塔(1)中喷射低温熔盐，使得高温烟气和低温熔盐逆流换热，形成高温熔盐和处理后烟气，处理后烟气经烟气出口排出后再进行烟气净化；s2、s1中产生的高温熔盐进入熔盐储存罐a(2)中，静置沉淀分离后，将重金属沉淀物排出至重金属回收利用系统，处理后的高温熔盐通过熔盐泵a(3)送入换热器(4)中；s3、在换热器(4)内高温熔盐与水进行间接换热，将水加热成过热蒸汽后进入过热蒸汽输出设备(9)，同时使得高温熔盐降温为低温熔盐；s4、低温熔盐通过熔盐泵b(5)进入熔盐储存罐b(6)中，一部分进入冷却结晶器(8)中，一部分循环回急冷塔(1)；在冷却结晶器(8)中，分段冷却结晶分离获得氯化钠、氯化钙和氯化钾。4.根据权利要求3所述的回收分离飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的工艺，其特征在于，s1中高温烟气从急冷塔(1)下部进入、上部排出，低温熔盐从急冷塔(1)顶部向下喷射。5.根据权利要求3所述的回收分离飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的工艺，其特征在于，按重量百分比计，s1中喷射的低温熔盐组分为氯化钠:氯化钾:氯化钙＝40～60:30～40:10～20，熔盐的使用温度为500～900℃。6.根据权利要求3所述的回收分离飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的工艺，其特征在于，s1中低温熔盐喷射的液滴粒径为100～200μm。7.根据权利要求3所述的回收分离飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的工艺，其特征在于，s2中，s1产生的高温熔盐进入熔盐储存罐a(2)挡板远离熔盐泵a(3)的一侧。8.根据权利要求7所述的回收分离飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的工艺，其特征在于，s2中，静置沉淀分离后，含重金属的高温熔盐沉积在挡板一侧的底部，上层清液流到挡板另一侧并经熔盐泵a(3)送入换热器(4)。9.根据权利要求3所述的回收分离飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的工艺，其特征在于，s4中，按重量百分比计，熔盐储存罐b(6)内的低温熔盐组分需控制为氯化钠:氯化钾:氯化钙＝40～60:30～40:10～20；具体方法为：定期取样检测熔盐储存罐b(6)中的熔盐，超出以上重量百分比范围时，将熔盐储存罐b(6)中的熔盐全部排出到冷却结晶器(8)中进行分盐，并重新配比以上重量百分比范围内的熔盐。10.根据权利要求3所述的回收分离飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的工艺，其特征在于，s4中，分段冷却结晶时第一阶段为氯化钠的结晶温度490～500℃，第二阶段为氯化钙的结晶温度470～480℃，第三阶段为氯化钾的结晶温度450～460℃。

技术总结

本发明公开了飞灰等离子熔融后烟气中氯盐的回收分离系统及工艺，所述系统包括形成闭环回路的急冷塔、熔盐储存罐A、换热器和熔盐储存罐B；其中，熔盐储存罐A外接重金属回收利用系统，熔盐储存罐B外接冷却结晶器，换热器外接过热蒸汽输出设备。与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明所述系统及工艺避免了水洗带来的二噁英污染风险和化学药剂的使用；(2)所述系统及工艺采用熔盐循环换热对烟气进行冷却，充分利用烟气的余热，无需向烟气中喷水急冷，因此不需要对水洗液进行沉淀过滤和蒸发结晶；(3)所述系统及工艺避免了氯盐回收后为混盐而出路较难的问题，可在熔盐储存罐中通过分段结晶实现氯化钠、氯化钾和氯化钙的分离。离。离。