一种热态高炉渣熔融消纳垃圾焚烧飞灰的热平衡计算方法技术

本发明专利技术涉及垃圾焚烧飞灰熔融处理技术领域，公开了一种热态高炉渣熔融消纳垃圾焚烧飞灰的热平衡计算方法，该方法包括：(1)通过假设条件，构建计算基本模型；(2)利用热力学计算软件Factsage，计算不同飞灰消纳量的重构熔渣的液相线温度；(3)结合液相线温度，计算得到熔渣显热、飞灰吸热量、重构熔渣显热，建立三者平衡关系。本发明专利技术所述的方法适用范围广泛，针对性和可操作性强，可以计算出不同状态高炉渣熔融消纳不同垃圾焚烧飞灰的热平衡，并能够计算得到该工况下的飞灰最大消纳量，本发明专利技术还可以计算出不同热态熔渣熔融消纳其他危险废弃物的热平衡。热平衡。热平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种热态高炉渣熔融消纳垃圾焚烧飞灰的热平衡计算方法


[0001]本专利技术涉及垃圾焚烧飞灰熔融处理
，具体涉及一种热态高炉渣熔融消纳垃圾焚烧飞灰的热平衡计算方法。

技术介绍

[0002]据统计，2020年全国生活垃圾无害化处理量23452.3万吨，其中焚烧方式无害化处理量为14607.6万吨，占比62.3％，生活垃圾焚烧产生的飞灰占其总质量的3％～5％。垃圾焚烧飞灰(以下简称“飞灰”)因其含有较高浸出浓度重金属(Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Ni等)和高毒性有机废物(如二噁英、呋喃和多环芳烃等)，而被列为危险废物(HW18)，因此对飞灰无害化处理处置尤为重要。
[0003]目前常见飞灰无害化处理处置包括化学药剂稳定、水泥固化和熔融玻璃化等。化学药剂稳定只在特定条件下固化特定重金属，常结合水泥固化。水泥固化因增加飞灰体积，导致填埋占据大批土地资源。熔融玻璃化能降低重金属浸出毒性，还能减容减量、降解毒性有机污染物，且能生成可资源化利用原料。但是高温熔融能耗大、成本高，Bingham等估计熔融玻璃化每吨飞灰成本在100～500美元，处理成本是水泥固化的15倍左右。若借助现有未利用余热资源，将极大降低飞灰熔融能耗成本。热态高炉渣就是这样一种未被充分利用的高品质余热资源，其出渣温度达1450℃以上，热焓值达1700MJ
·
t
‑1，每吨渣含有相当于60kg标准煤完全燃烧后释放的热量。目前中国全年高炉渣产量约3亿吨，余热资源丰富。高炉渣主要成分为CaO(34～42％)、SiO2(28～38％)和Al2O3(8～20％)。其中较高含量的Si、Al在熔融玻璃化飞灰中可促进玻璃体形成，从而加强对重金属束缚，增加重金属固化率，降低重金属浸出毒性。但是热态高炉渣显热有限，实际能完全熔融消纳垃圾焚烧飞灰量仍然未知。掺入过多垃圾焚烧飞灰，热态高炉渣显热无法完全熔融处理飞灰，会无法达标处理飞灰中重金属污染。若掺入量过少，热态高炉渣显热无法充分利用，也会造成一种资源浪费。因此，有必要提供一种热态高炉渣熔融消纳垃圾焚烧飞灰的热平衡计算方法，为钢铁企业利用热态熔渣熔融消纳垃圾焚烧飞灰掺入量提供参考便利。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种热态高炉渣熔融消纳垃圾焚烧飞灰的热力平衡计算方法，该方法适用范围广泛，针对性和可操作性强，可以计算出不同状态高炉渣熔融消纳不同垃圾焚烧飞灰的热平衡，并能够计算得到该工况下的飞灰最大消纳量，本专利技术还可以计算出不同热态熔渣熔融消纳其他危险废弃物的热平衡。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种热态高炉渣熔融消纳垃圾焚烧飞灰的热平衡计算方法，该方法包括以下步骤：
[0006](1)通过假设条件，构建计算基本模型；
[0007](2)利用热力学计算软件Factsage，计算不同飞灰消纳量的重构熔渣的液相线温度；
[0008](3)结合液相线温度，计算得到熔渣显热、飞灰吸热量、重构熔渣显热，建立三者平衡关系。
[0009]优选地，在步骤(1)中，所述假设条件为：1)高炉熔渣排放时为1500℃的均匀熔体；垃圾焚烧飞灰初始温度为25℃，飞灰简化为多元氧化物组分的模拟灰；2)高炉熔渣熔化垃圾焚烧飞灰过程为绝热过程，不与外界发生热量交换，熔渣显热完全用于熔化垃圾焚烧飞灰；3)高炉熔渣熔化垃圾焚烧飞灰的速率快，不受动力学条件限制，即当熔渣的显热大于垃圾焚烧飞灰熔化所吸收的热量时，垃圾焚烧飞灰能够完全熔化，熔化后的重构熔渣组分均匀；4)高炉熔融熔渣的比热容不随其组分与温度而变化，取熔渣的比热容为1.21kJ/(kg
·
℃)，飞灰熔融吸热量过程简化为多元氧化物组分由常温到目标温度下的焓变；5)忽略垃圾焚烧飞灰与高炉熔渣混匀过程中晶型转变或化学反应的热量。
[0010]优选地，在步骤(2)中，所述液相线温度的计算具体步骤为：在Factsage中的Equilib模块，选择FactPS、FToxid数据库，输入重构熔渣组分质量，选择可能产物边界条件，设定计算条件为压强为1atm，计算得到液相线温度。
[0011]优选地，所述重构熔渣组分包括CaO、SiO2、Al2O3、MgO和Fe2O3。
[0012]优选地，在步骤(3)中，所述熔渣显热的计算公式为：
[0013]其中，Q
sh
为熔渣显热，单位为kJ；M1为熔渣质量，单位为kg；T1为熔渣排放时的温度，单位为℃；T0为熔渣与飞灰完全熔融时的温度，单位为℃；C1为熔渣的比热容，单位为kJ/kg
·
℃。
[0014]优选地，在步骤(3)中，所述飞灰吸热量的计算具体步骤为：在Factsage中的Equilib模块，选择FactPS、FToxid数据库，输入飞灰组分质量，选择可能产物边界条件，设定计算条件为温度为对应的液相线温度，压强为1atm，计算得到飞灰从常温到液相线温度所吸收热量。
[0015]优选地，所述飞灰组分包括CaO、SiO2、Al2O3、MgO和Fe2O3。
[0016]优选地，在步骤(3)中，熔渣显热、飞灰吸热量和重构熔渣显热之间的平衡关系满足：Q
sh
＝Q
end
+Q
S
，
[0017]其中，Q
sh
为熔渣显热，单位为kJ；Q
end
为飞灰吸热量，单位为kJ；Q
S
为重构熔渣显热，单位为kJ。
[0018]优选地，三者平衡关系结合不同飞灰消纳量，通过Origin绘制散点图，得到最大消纳量。
[0019]优选地，所述方法还包括计算出不同热态熔渣熔融消纳其他危险废弃物的热平衡。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：
[0021](1)按照本专利技术的热态高炉渣熔融消纳垃圾焚烧飞灰的热力平衡计算方法，通过假设条件，构建计算基本模型，利用热力学计算软件Factsage，计算得到熔渣显热、飞灰吸热量、重构熔渣显热，建立了热态高炉渣熔融消纳垃圾焚烧飞灰的热力平衡。
[0022](2)按照本专利技术的方法可以计算出不同状态高炉渣熔融消纳不同垃圾焚烧飞灰的热平衡，并能够计算得到该工况下的飞灰最大消纳量。
[0023](3)本专利技术的方法适用范围广泛，针对性和可操作性强，提供的热态高炉渣熔融消
纳垃圾焚烧飞灰的热平衡计算方法，还可以计算出不同热态熔渣熔融消纳其他危险废弃物的热平衡。
附图说明
[0024]图1为不同飞灰消纳量下重构熔渣的液相线温度与碱度；
[0025]图2为不同飞灰消纳量下重构熔渣显热与碱度。
具体实施方式
[0026]以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0027]本专利技术所述的热态高炉渣熔融消纳垃圾焚烧飞灰的热平衡计算方法包括以下步骤：
[0028](1)通过假设条件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热态高炉渣熔融消纳垃圾焚烧飞灰的热平衡计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)通过假设条件，构建计算基本模型；(2)利用热力学计算软件Factsage，计算不同飞灰消纳量的重构熔渣的液相线温度；(3)结合液相线温度，计算得到熔渣显热、飞灰吸热量、重构熔渣显热，建立三者平衡关系。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述假设条件为：1)高炉熔渣排放时为1500℃的均匀熔体；垃圾焚烧飞灰初始温度为25℃，飞灰简化为多元氧化物组分的模拟灰；2)高炉熔渣熔化垃圾焚烧飞灰过程为绝热过程，不与外界发生热量交换，熔渣显热完全用于熔化垃圾焚烧飞灰；3)高炉熔渣熔化垃圾焚烧飞灰的速率快，不受动力学条件限制，即当熔渣的显热大于垃圾焚烧飞灰熔化所吸收的热量时，垃圾焚烧飞灰能够完全熔化，熔化后的重构熔渣组分均匀；4)高炉熔融熔渣的比热容不随其组分与温度而变化，取熔渣的比热容为1.21kJ/(kg
·
℃)，飞灰熔融吸热量过程简化为多元氧化物组分由常温到目标温度下的焓变；5)忽略垃圾焚烧飞灰与高炉熔渣混匀过程中晶型转变或化学反应的热量。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述液相线温度的计算具体步骤为：在Factsage中的Equilib模块，选择FactPS、FToxid数据库，输入重构熔渣组分质量，选择可能产物边界条件，设定计算条件为压强为1atm，计算得到液相线温度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述重构熔渣组分包括CaO、SiO2、Al2O3、MgO和Fe2O3。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：田磊，赵波，韩军，秦林波，严珊，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：