一种焚烧炉炉灰的处理系统的制作方法

本实用新型涉及焚烧炉炉灰，具体为一种焚烧炉炉灰的处理系统。

背景技术：

在石化和化工产品的生产过程中，经常会产生含盐的有机废液，这些有机废液往往成分复杂、毒性大、盐含量高，处置困难。将这种废液进行焚烧是一种通用性强、工艺流程相对简单的处理方式。但在焚烧过程中会产生炉灰和飞灰，这些炉灰的主要成分是碳酸盐，还含有少量硫酸盐，微量的铬、镍等重金属以及微量的铁、铝、n、p等杂质。

对于上述炉灰，目前的处理方法是作为危废送有资质的企业固化填埋处理，或者将炉灰溶解成含盐废水，使其中的重金属等杂质符合排放标准后排放。然而，这种处理方式不仅污染环境，且投资和运行费用也很高。

技术实现要素：

本实用新型的一个主要目的在提供一种焚烧炉炉灰的处理系统，包括溶解单元、冷冻结晶单元、酸化脱碳单元、脱重金属单元、过滤单元和吸附单元；其中，所述溶解单元用于对待处理的焚烧炉炉灰进行溶解，以得到溶液；所述冷冻结晶单元用于对所述溶解单元得到的溶液进行冷冻结晶处理；所述酸化脱碳单元用于对所述冷冻结晶单元排出的结晶母液进行酸化、去除二氧化碳的处理，以除去其中的碳酸根和/或碳酸氢根离子；所述脱重金属单元用于对所述酸化脱碳单元排出的溶液进行还原处理、沉淀处理，以除去其中的重金属；所述过滤单元用于对所述脱重金属单元的出水进行过滤处理；所述吸附单元用于对所述过滤单元的滤液进行吸附处理。

根据本实用新型一实施方式，所述溶解单元、所述冷冻结晶单元、所述酸化脱碳单元、所述脱重金属单元、所述过滤单元以及所述吸附单元依次相连。

根据本实用新型一实施方式，所述溶解单元包括溶解槽和过滤器，所述过滤器设置于所述溶解槽和所述冷冻结晶单元之间。

根据本实用新型一实施方式，所述处理系统包括换热器，所述换热器设置于所述过滤器和所述冷冻结晶单元之间。

根据本实用新型一实施方式，所述处理系统包括与所述溶解单元相连的进水管路，在所进水管路上设置有加热装置，所述换热器分别与所述过滤器、所述冷冻结晶单元、所述进水管路以及所述酸化脱碳单元相连。

根据本实用新型一实施方式，所述冷冻结晶单元包括冷冻结晶分离装置，所述冷冻结晶分离装置包括进液口和出液口；所述换热器包括物料腔和换热腔，所述物料腔包括第一进液口和第一出液口，所述换热腔包括第二进液口和第二出液口；所述换热器通过所述第一进液口与所述过滤器相连，通过所述第一出液口与所述冷冻结晶分离装置的进液口相连，通过所述第二进液口与所述冷冻结晶分离装置的出液口相连，通过所述第二出液口分别与所述进水管路、所述酸化脱碳单元相连。

根据本实用新型一实施方式，所述处理系统包括第二结晶单元，所述第二结晶单元与所述吸附单元相连，用于对所述吸附单元的排水进行冷冻结晶处理或蒸发结晶处理。

根据本实用新型一实施方式，所述脱重金属单元包括还原反应器和絮凝沉淀池。

根据本实用新型一实施方式，所述酸化脱碳单元包括除碳器。

根据本实用新型一实施方式，所述过滤单元包括多介质过滤器，所述吸附单元包括螯合床。

本实用新型一实施方式的处理系统，能够将焚烧炉炉灰中的盐进行回收，并得到可利用的高质量附加产品；而炉灰中的重金属等杂质得到浓缩和富集，大幅度减少了需要处置的固体危废。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式的焚烧炉炉灰的处理系统的结构及作业流程示意图。

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。

参照图1，本实用新型一实施方式提供了一种焚烧炉炉灰的处理系统，用于对焚烧炉炉灰进行处理，包括溶解单元、冷冻结晶单元、酸化脱碳单元、脱重金属单元、过滤单元7和吸附单元8。

于一实施方式中，焚烧炉炉灰包含盐类物质，例如碳酸钠、硫酸钠，或者，碳酸钠、氯化钠。

于一实施方式中，溶解单元用以将待处理的焚烧炉炉灰进行溶解，从而使其中的盐类物质溶解、水不溶物沉淀分离，得到含盐溶液；冷冻结晶单元与溶解单元相连，用于对溶解单元所得的含盐溶液进行冷冻结晶处理(降温结晶)，以回收碳酸钠晶体；酸化脱碳单元与冷冻结晶单元相连，用以对冷冻结晶单元的外排冷冻结晶母液进行酸化处理，并脱除其中的碳酸盐；脱重金属单元与酸化脱碳单元相连，用于对酸化脱碳后的溶液进行化学还原，以将其中的铬等重金属离子还原成低价态，并将低价态的重金属离子转化为沉淀去除；过滤单元7与脱重金属单元相连，用以对脱重金属单元的出水进行过滤处理；吸附单元8与过滤单元7相连，用于对过滤单元7的滤液进行吸附处理，以脱除其中的残余重金属离子。

于一实施方式中，在溶解单元的外部设置有进水管路，用于溶解炉灰的水可通过进水管路进入溶解单元。

于一实施方式中，溶解单元包括溶解槽1，在溶解槽1内设置有搅拌装置和沉淀区。作业时，将焚烧炉炉灰和水送入溶解单元的溶解槽1内，在搅拌装置的作用下，炉灰中的可溶性盐溶解在水中，而不溶物沉淀在溶解槽1的底部，定期从溶解槽1排出。

本实用新型对溶解槽1、搅拌装置和沉淀区没有特殊的限定，可采用本领域常见的溶解槽，例如高密度澄清池或斜板沉淀池；搅拌装置可以为机械搅拌机等。

于一实施方式中，溶解单元的盐浓度为8～28wt％；优选为10～22wt％，例如15％、20％、25％等，其中，此盐浓度是指体系中碳酸盐的浓度。

于一实施方式中，溶解单元的溶解温度可以为5～50℃，进一步优选为20～40℃，再进一步优选为25～35℃，以便可以将盐水的浓度尽可能提高而又不会浪费更多的能耗，同时还能够保证在后续的冷冻结晶之前，不会因为盐结晶析出而导致设备和管道的堵塞。

于一实施方式中，在进水管路上设置有加热装置10，用以对溶解炉灰所使用的水进行加热处理，以更好的控制溶解温度，使其达到期望值。

本实用新型对于加热装置的形式和加热介质没有特殊的限定，例如可采用本领域常见的列管式换热器，采用蒸汽或热水加热等。

于一实施方式中，溶解单元包括过滤器2，过滤器2设置于溶解槽1和冷冻结晶单元之间，以对溶解槽1排出的含盐混合液进行过滤处理，进一步降低盐水中的悬浮物含量，得到澄清溶液，例如可将悬浮物含量降至5mg/l以下。

于一实施方式中，过滤器2可以是介质过滤器，可在一种或多种过滤介质存在下对含盐混合液进行过滤。

本实用新型对于介质过滤器的结构没有特殊限定，可采用本领域通常使用的多介质过滤器，多介质过滤器可以是立式、单层卧式或双层卧式，亦可采用滤池。

本实用新型对于过滤介质的种类也没有特殊限定，可采用一种或多种本领域通常使用的过滤介质，例如石英砂等。过滤介质的粒度可以根据水质情况适当调整。

于一实施方式中，冷冻结晶单元包括冷冻结晶分离装置3。

于一实施方式中，冷冻结晶分离装置3包括进液口和出液口，其通过进液口与过滤器2相连通。

于一实施方式中，自过滤器2排出的滤液进入冷冻结晶分离装置3；在冷冻结晶分离装置3内，通过外部冷却介质将滤液冷冻降温，随着温度的降低，滤液中溶解的碳酸钠达到过饱和状态以晶体形式析出，并从溶液中分离出来，所得的碳酸钠纯度较高，能够达到工业级标准；微量的其它溶解性杂质仍然存在于滤液中，不会析出，而其中的硫酸钠由于浓度较低也以溶液形式存在而不会析出，从而得到了纯度很高的碳酸钠产品。

于一实施方式中，冷冻结晶分离装置3的冷冻温度可以为0～30℃，优选为5～10℃，选择上述冷冻温度能够使碳酸钠尽可能多地从溶液中结晶析出并且降低了冷冻成本。

于一实施方式中，在过滤器2与冷冻结晶分离装置3之间设置有换热器21，用以将冷冻结晶分离装置3排出的温度相对较低的冷冻结晶母液与温度相对较高的冷冻结晶进料(过滤器2排出的滤液)进行热交换，以充分回收利用热量，节约能耗。

于一实施方式中，换热器21包括物料腔、换热腔、第一进液口、第一出液口、第二进液口和第二出液口，第一进液口、第一出液口与物料腔相连，第二进液口、第二出液口与换热腔相连，物料腔与换热腔不连通但可进行热交换。

于一实施方式中，换热器21通过第一进液口与过滤器2相连，通过第一出液口与冷冻结晶分离装置3的进液口相连，通过第二进液口与冷冻结晶分离装置3的出液口相连，通过第二出液口与酸化脱碳单元相连。

于一实施方式中，换热器21的换热腔还与溶解单元相连，例如通过第二出液口与进水管路相连，进而与溶解单元的溶解槽1相连。

于一实施方式中，作业时，过滤器2排出的滤液进入换热器21的物料腔，自冷冻结晶分离装置3的出液口排出的冷冻结晶母液通过第二进液口进入换热器21的换热腔，过滤器2滤液与冷冻结晶母液通过物料腔、换热腔进行热交换。其中，结晶母液通过热交换吸收了过滤器滤液的一部分热量温度升高，使得过滤器滤液的温度降低，利于后续冷冻结晶处理的进行，从而减少了冷冻结晶装置的能耗；升温后的结晶母液自第二出液口排出换热器21，被分为两部分，一部分(循环结晶母液)通过进水管路返回溶解单元，作为溶剂循环使用；另一部分(外排结晶母液)进入酸化脱碳单元进行后续处理。

于一实施方式中，返回到溶解单元中的循环结晶母液的量多于进入酸化脱碳单元的外排结晶母液，即，换热器21排出的大部分结晶母液返回到溶解单元，为避免杂质的累积，将少部分结晶母液送至酸化脱碳单元。

于一实施方式中，酸化脱碳单元包含除碳器4。

于一实施方式中，将外排结晶母液与酸混合后共同进入除碳器4，通过向外排结晶母液中加入酸调节其ph值至1～3.5，进一步可以为1.5～2.5，例如可以为2.0、3.0等，以使其中的co3^2-和hco3^-离子转化成co2，再通过向除碳器4中鼓入空气，可使co2脱除。

于一实施方式中，用于调节外排结晶母液ph值的酸可以是盐酸、硫酸等常见无机酸。具体可根据焚烧炉炉灰中除碳酸盐外的盐种类来确定，如果主要是硫酸盐则优选使用硫酸，如果主要是氯化钠则优选盐酸，以免加酸过程中引入的离子对后续处理过程带来不利影响。

于一实施方式中，脱重金属单元包括还原反应器5和絮凝沉淀池6。

于一实施方式中，作业时，向除碳器4出水中加入还原剂，之后除碳器4出水进入还原反应器5，在还原反应器5内，除碳器4出水与投加的还原剂发生氧化还原反应，除碳器4出水中的例如正六价的铬(cr2o7^2-和/或cro4^2-)在酸性条件下被还原成低价态的cr³⁺。

于一实施方式中，加入除碳器4出水中的还原剂为亚硫酸钠，氧化还原反应式如下：

cr2o7^2-+3so3^2-+8h⁺→3so4^2-+2cr³⁺+4h2o

2cro4^2-+3so3^2-+10h⁺→3so4^2-+2cr³⁺+5h2o

于一实施方式中，通过调节还原反应后溶液的ph值使其中的金属离子形成氢氧化物胶体或沉淀，再加入絮凝剂促进固体的聚集和沉降，可将溶液中的铬等重金属离子的大部分去除。

于一实施方式中，经还原反应后的溶液进入絮凝沉淀池6，向絮凝沉淀池6投加naoh以将溶液的ph值调整到7～8左右；在碱性条件下，cr³⁺与oh^-反应生成cr(oh)3沉淀，al³⁺和fe³⁺也与oh^-反应生成相应的胶体和沉淀，然后投加少量絮凝剂，例如pam等，以促进固体的聚集和沉降。此外，还可以根据水质情况选择性地投加其他所需药剂等。相关沉淀反应式如下：

cr³⁺+3oh^-→cr(oh)3↓

al³⁺+3oh^-→al(oh)3↓

fe³⁺+3oh^-→fe(oh)3↓

于一实施方式中，絮凝沉淀池6排出的沉淀出水进入过滤单元7，在过滤单元7设置有介质过滤器，可在一种或多种过滤介质存在下进行过滤，以使废水中的悬浮物含量进一步降低，例如降到5mg/l以下。

本实用新型对于过滤单元7的介质过滤器的形式没有特殊限定，可采用本领域通常使用的多介质过滤器，多介质过滤器可以是立式、单层卧式或双层卧式，亦可采用滤池。

本实用新型对过滤介质的种类也没有特殊限定，可采用一种或多种本领域通常使用的过滤介质，例如石英砂等。过滤介质的粒度可以根据水质情况适当调整。

于一实施方式中，自过滤单元7排出的滤液进入吸附单元8，吸附单元8可采用树脂吸附水中的多价阳离子，以将滤液(废水)中残留的重金属含量降低到100ppb以下。

于一实施方式中，吸附单元8可以采用螯合床，废水中的高含盐量不会对其吸附能力造成任何影响。

于一实施方式中，在吸附单元8的下游设置有结晶单元9，用以对吸附单元8的排水进行蒸发或冷冻结晶处理，回收钠盐晶体和水。

于一实施方式中，在结晶单元9设置有结晶分离装置，包含硫酸钠的吸附单元出水进入结晶单元9，通过对吸附单元出水进行蒸发或冷冻结晶处理，回收硫酸钠晶体和水。

于另一实施方式中，在结晶单元9设置有氯化钠蒸发结晶器，包含氯化钠的吸附单元出水进入结晶单元9，通过对吸附单元出水进行蒸发结晶处理，回收氯化钠晶体和水。

于一实施方式中，通过外部加热介质将吸附单元出水加热蒸发，随着水分的蒸发，水中溶解的硫酸钠达到过饱和状态以结晶形式析出，并从溶液中分离出来，同时可将结晶单元9的排液回收利用。

本实用新型对结晶单元9的结晶分离装置并没有特殊的限定，例如可以采用本领域公知的多效蒸发或mvr蒸发结晶。

于一实施方式中，可将溶解单元排出的不溶物、过滤器2的反洗排水、絮凝沉淀池6排出的沉淀污泥和过滤单元7的反洗排水合并后进行脱水处理，脱水污泥外送，而吸附单元8的再生废液则可返回到脱重金属单元(例如还原反应器5)进行继续处理。

本实用新型一实施方式的焚烧炉炉灰处理系统对焚烧炉炉灰的来源没有限定，只要其中含有碳酸钠、硫酸钠等盐即可。

本实用新型一实施方式的焚烧炉炉灰的处理系统，可分别对焚烧炉炉灰中的碳酸钠、硫酸钠等盐进行针对性的资源化回收，并对炉灰中的铬、镍、铁、铝等重金属和杂质离子进行浓缩、富集和脱除，对重金属的脱除效果稳定可靠，具有显著的经济效益和环境效益。

本实用新型一实施方式的系统，投资少、运行费用低，能够稳定、可靠地运行。

以下，结合附图及具体实施例对本实用新型一实施方式的焚烧炉炉灰的处理系统进行进一步说明。其中，所使用的原料均为市售获得。

实施例

待处理的焚烧炉炉灰：188.5kg/h；其中，碳酸钠187.8kg/h，硫酸钠0.7kg/h，含有微量铬、镍、铁、铝等。按照下述步骤进行焚烧炉炉灰处理：

s1：用1吨水溶解焚烧炉炉灰，溶解温度为30℃，溶解后盐水组份如下：ni²⁺浓度1.5mg/l，六价铬浓度20mg/l，总铬浓度20mg/l，fe³⁺浓度10mg/l，al³⁺浓度10mg/l，采用斜板沉淀池，沉淀时间2小时，沉淀池出水悬浮物<20mg/l；

将沉淀池出水通过泵提升送入多介质过滤器，多介质过滤器内装石英砂和无烟煤，其中，石英砂装填高度为800mm，无烟煤装填高度为400mm，滤速7.0m/h，介质过滤器出水悬浮物小于5mg/l。

s2：将多介质过滤器出水送入冷冻结晶装置，冷冻结晶温度为5℃；析晶完成后，将0.015m³/h的结晶母液外排至除碳器4，其它结晶母液循环到溶解槽1。

s3：将外排结晶母液加硫酸调节ph到2.0，进入除碳器4，同时向除碳器4中鼓入空气，使产生的co2脱除；除碳器出水中co2浓度为8mg/l以下。

s4：向除碳器出水中投加亚硫酸钠，并通入还原反应池，投加浓度6000mg/l，搅拌30分钟；

然后将还原反应池出水送入絮凝沉淀池，向其中投加氢氧化钠，将体系ph值调节到8.0，并投加1.5ppm的pam絮凝剂，沉淀2小时。

s5：将絮凝沉淀池出水通过泵提升送入过滤单元7的介质过滤器，过滤单元7的介质过滤器内装石英砂和无烟煤，其中，石英砂装填高度为800mm，无烟煤装填高度为400mm，滤速7.0m/h；介质过滤器出水悬浮物小于5mg/l，总铬小于0.5mg/l，总镍小于0.5mg/l。

s6：将过滤单元7的介质过滤器出水送入吸附装置，吸附装置采用树脂吸附，内装螯合树脂，经测试，吸附装置出水总铬小于0.1mg/l，总镍小于0.1mg/l，树脂吸附装置的再生废液返回还原反应池。

s7：将吸附装置出水送入硫酸钠蒸发结晶装置，硫酸钠蒸发结晶装置采用单效减压蒸发，蒸发温度80℃，回收的硫酸钠产品纯度可达98％，符合工业应用要求。

由实施例可知，通过溶解单元的溶解、沉淀和过滤去除了焚烧炉炉灰中的不溶性杂质；通过冷冻结晶单元回收了碳酸钠晶体；通过酸化脱碳单元去除了外排冷冻结晶母液中的碳酸盐；通过脱重金属单元的化学还原、絮凝沉淀和过滤单元去除了大部分的重金属离子，然后通过吸附单元的树脂吸附脱除了残余的重金属离子，最后通过第二结晶单元的蒸发结晶回收了硫酸钠晶体。

通过本实用新型一实施方式的处理系统，使得焚烧炉炉灰中的碳酸钠、硫酸钠等得到回收，而炉灰中的重金属等杂质得到浓缩、富集和脱除，需要处置的固体危废大幅度减量。而且，本实用新型一实施方式的处理系统投资少、运行费用低，能够稳定、可靠地运行，具有显著的经济效益和环境效益。

除非特别限定，本实用新型所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。

本实用新型所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本实用新型的保护范围，本领域技术人员可在本实用新型的范围内作出各种其他替换、改变和改进，因而，本实用新型不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

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