生活垃圾焚燒爐渣分選處理工藝研究

黃炳輝

（廣東省佛山市順德區(qū)騰源環(huán)保水務(wù)工程有限公司，廣東 佛山 528300）

1 引言

近幾年來，我國已有不少城市建成投產(chǎn)生活垃圾焚燒發(fā)電廠，通過焚燒，大大減少了垃圾的體積，徹底焚毀垃圾中的毒性物質(zhì)，同時回收利用焚燒產(chǎn)生的廢熱。然而，焚燒過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物爐渣（包括爐排上殘留的焚燒殘渣和從爐排間掉落的顆粒物）因其資源豐富，產(chǎn)生量仍然較大（約占垃圾質(zhì)量的20%～30%），且對環(huán)境具有一定的污染，因而日益?zhèn)涫苋藗兊年P(guān)注，并且已有不少的專家學(xué)者對其資源化利用進(jìn)行了深入的研究。已有的研究和工程實(shí)踐表明，爐渣的資源化利用是可行的[1]，但是由于爐渣中含有一定數(shù)量的Fe、有色金屬（主要為Cu、Al）和未燃盡的剩余垃圾等，若直接利用可能會對人類健康和環(huán)境造成不利影響，另外，由于這些物質(zhì)的存在也不能滿足資源化利用所規(guī)定的技術(shù)要求，因此爐渣在資源化利用前，須對其進(jìn)行分選預(yù)處理，以回收利用Fe、Cu、Al等廢舊金屬，分離收集未燃盡的剩余垃圾，并妥善處理。

2 爐渣的性質(zhì)

2.1 物理性質(zhì)

爐渣是由陶瓷和磚石碎片、石頭、玻璃、熔渣、鐵和其他廢舊金屬及未燃盡的可燃物組成的不均勻混合物。大顆粒爐渣（＞20mm）以陶瓷、磚塊和鐵為主，小顆粒爐渣（＜20mm）則主要為熔渣和玻璃。原狀爐渣呈黑褐色，風(fēng)干后為灰色，含水率為10.5%～19.0%，自然堆積密度為0.86g／cm3，振搗實(shí)密度則為1.05g／cm3。焚燒爐渣有刺激性氣味，像臭雞蛋，久聞有眩暈感。

爐渣中Fe的總含量在5%～8%，主要為鐵罐和少量的鐵絲、鐵釘和瓶蓋之類的物質(zhì)。去除鐵后的爐渣主要含熔渣、陶瓷碎片、磚石和玻璃，可燃物的總量小于0.5%，比較適合做材料利用。由于爐渣含F(xiàn)e及有色金屬（主要為Al），與酸性液體接觸時，會產(chǎn)生H2，在爐渣資源化利用時可能會造成膨脹等不利影響。

爐渣粒徑分布主要集中在2～50mm的范圍內(nèi)（占61.1%～77.2%），小于0.074mm 的顆粒不到0.6%，基本符合道路建材（骨料、級配碎石或級配礫石等）的級配要求[2]。

2.2 化學(xué)性質(zhì)

焚燒爐渣的化學(xué)成分中，SiO2的含量最高，達(dá)45.03%，其次為CaO 和 Al2O3，分別為18.94% 和9.55%，堿含量為5.81%，其他化學(xué)成分的含量相對較少。爐渣的化學(xué)成分與用于水泥混凝土工業(yè)中的硅質(zhì)混和材料，是十分相似的。爐渣礦物組成主要為α－SiO2，其次是方解石、鈣長石等，與用于建筑的天然骨料相似[1]。

3 分選處理工藝

3.1 分選目的

將爐渣中可回收利用的或不利于資源化利用要求的物料分離收集，并妥善處理。將Fe、Cu、Al等廢舊金屬分離收集并回收利用；將未燃盡的布匹、塑料袋與長木條等可燃垃圾分離收集，返送垃圾焚燒發(fā)電廠內(nèi)進(jìn)行二次燃燒；將熔渣、陶瓷類碎片、玻璃和其他一些不可燃物質(zhì)在分選過程中，經(jīng)破碎和篩分后進(jìn)行資源化利用或者運(yùn)至垃圾填埋場作無害化填埋處理。

3.2 工藝流程

廣東省佛山市某垃圾焚燒發(fā)電廠，設(shè)計日處理城市生活垃圾700t，爐渣產(chǎn)生量約為140～210t／d。其配套設(shè)計的爐渣分選處理場，主要采用破碎、篩分、磁力分選、跳汰分選、搖床分選等固體廢物處理技術(shù)，取得十分滿意的效果。通過分選預(yù)處理，每天分離收集Fe、Cu、Al等廢舊金屬4～5t，未燃盡的剩余垃圾40～50t，其余為剩余爐渣。剩余爐渣性質(zhì)穩(wěn)定，粒徑分布均勻，可滿足資源化利用的技術(shù)要求。爐渣分選處理工藝流程如圖1所示。

3.3 工藝說明

垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒爐產(chǎn)生的爐渣經(jīng)出渣機(jī)輸送，直接裝入運(yùn)輸車，經(jīng)地磅計重后，運(yùn)達(dá)并卸放于爐渣分選處理場的分選前堆放場。

分選前堆放場設(shè)計堆放時間為2～3d，爐渣含有的水分在此被分離收集，爐渣含水率降低，初步干化爐渣。

用鏟車將干化后的爐渣運(yùn)至分選處理車間，并提升至喂料機(jī)。

圖1 爐渣分選工藝流程

喂料機(jī)上設(shè)有粗格網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸150mm×150mm，可將大件塑料袋、長木條等物質(zhì)截留，通過人工分揀將其分離收集。

爐渣從喂料機(jī)落入皮帶輸送機(jī)Ⅰ，經(jīng)輸送并提升進(jìn)入50mm轉(zhuǎn)筒篩。

大于50mm的篩上物，主要含有粗大石頭、溶渣、塑料袋、布匹、粗大鐵件等，其中粗大石頭和溶渣等經(jīng)皮帶輸送機(jī)Ⅱ輸送進(jìn)入破碎機(jī)Ⅰ內(nèi)進(jìn)行破碎處理，然后再通過鏟車返送入喂料機(jī)。在皮帶輸送機(jī)Ⅱ輸送過程中，塑料袋和布匹等通過人工分揀被分離收集；粗大鐵件通過磁選機(jī)Ⅰ被分離收集，實(shí)現(xiàn)第一次分離收集Fe。

小于50mm的篩下物，經(jīng)皮帶輸送機(jī)Ⅲ輸送并提升，經(jīng)水力沖洗后進(jìn)入破碎機(jī)Ⅱ。在輸送機(jī)Ⅲ的中部，設(shè)有1臺磁選機(jī)Ⅱ，在輸送過程中，在磁力的作用下實(shí)現(xiàn)第二次分離收集Fe。

爐渣經(jīng)破碎機(jī)Ⅱ破碎后，在水力作用下，自流進(jìn)入跳汰機(jī)。在水力輸送過程中，設(shè)有2臺磁選機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)第3次分離收集Fe，金屬鐵件再進(jìn)入破碎機(jī)Ⅲ內(nèi)進(jìn)行破碎處理，將金屬鐵件破碎成細(xì)小均勻金屬的顆粒，以便于后續(xù)金屬的分類收集。破碎后再經(jīng)磁選機(jī)Ⅳ磁選分離，實(shí)現(xiàn)第4次分離收集Fe。磁選物進(jìn)入8mm轉(zhuǎn)筒篩分離收集Fe，未被磁選的進(jìn)入搖床處理，在搖床溝槽和水力的作用下，第1次分離收集有色金屬顆粒，如Cu、Al等。

跳汰機(jī)設(shè)置2臺，在水介質(zhì)的作用下，密度大的有色金屬顆粒群（如Cu、Al等）集中到底層，密度小的顆粒群（爐渣）進(jìn)入上層。上層的爐渣被水平水流帶到機(jī)外成為輕產(chǎn)物，下層的有色金屬透過篩板排出成為重產(chǎn)物，重產(chǎn)物繼續(xù)進(jìn)入3臺搖床，實(shí)現(xiàn)有色金屬顆粒的第2次分離收集。

跳汰機(jī)上層輕產(chǎn)物隨水流進(jìn)入25mm轉(zhuǎn)筒篩，25mm轉(zhuǎn)筒篩的篩上物為相對細(xì)少的未燃盡的垃圾，如塑料、布塊等。篩下物為細(xì)小的粒徑均勻的爐渣，其主要成分為SiO2、CaO和Al2O3等，篩下物隨水流進(jìn)入分選后堆放場，進(jìn)行渣水分離。

成品爐渣用鏟車裝車后，運(yùn)至干化場進(jìn)行干化處理。經(jīng)干化處理后即可綜合利用或者運(yùn)到垃圾填埋場進(jìn)行無害化填埋處理。

分離出來的水，經(jīng)沉淀池沉淀處理后進(jìn)入循環(huán)水池，然后通過循環(huán)泵供分選設(shè)備循環(huán)使用。

3.4 主要構(gòu)筑物

垃圾分選處理場內(nèi)主要構(gòu)筑物有：分選處理車間1間，分選前堆放場1個，分選后堆放場1個，循環(huán)水池1組，辦公樓（設(shè)有辦公室、維修間、宿舍、廚房、衛(wèi)生間等）1幢，門衛(wèi)室1間，以及場內(nèi)配套的道路、綠化、消防、照明等設(shè)施。

3.5 主要設(shè)備

垃圾分選處理場內(nèi)主要設(shè)備有：50mm、25mm、8mm滾筒式篩分機(jī)各1臺，皮帶輸送機(jī)4臺，破碎機(jī)5臺，磁選機(jī)5臺，跳汰機(jī)2臺，搖床4臺，循環(huán)水泵6臺，斗車2臺，清洗攪拌機(jī)1臺，運(yùn)輸車輛6臺，鏟車2臺等。

4 爐渣資源化利用途徑

爐渣經(jīng)分選預(yù)處理后，爐渣中的Fe、Cu、Al等廢舊金屬得到回收利用，爐渣中未燃盡的剩余垃圾得到分離收集，并妥善處理，剩余爐渣可以綜合利用，根據(jù)相關(guān)的研究及工程實(shí)踐，剩余爐渣資源化利用途徑主要有：石油瀝青路面的替代骨料；水泥或混凝土的替代骨料；填埋場覆蓋材料；路堤、路基等的填充材料；制造環(huán)保磚等[3～6]。

5 結(jié)語

（1）綜合利用破碎、篩分、磁力分選、跳汰分選、搖床分選等固廢處理技術(shù)，對爐渣進(jìn)行分選預(yù)處理，可有效回收利用Fe、Cu、Al等廢舊金屬，有效分離收集未燃盡的剩余垃圾，并妥善處理，從而使?fàn)t渣的性質(zhì)滿足資源化利用的技術(shù)要求，變廢為寶。

（2）經(jīng)分選處理后的爐渣具有如下特點(diǎn)：氣味明顯減弱；廢舊金屬和未燃盡的剩余垃圾基本被去除；剩余爐渣顆粒較細(xì)，粒徑分布均勻，其性質(zhì)穩(wěn)定，滿足建筑材料所規(guī)定的技術(shù)要求；容積更小，方便運(yùn)輸或貯存。

（3）在爐渣分選處理場內(nèi)，要注意污水及循環(huán)水的收集與處理，避免對環(huán)境造成二次污染。

[1]陳東河，吳笑梅，樊粵明.城市生活垃圾焚燒爐渣的性質(zhì)及其環(huán)境影響評價[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，2006，19（5）：6～8.

[2]何品晶，宋立群，章 驊，等.垃圾焚燒爐渣的性質(zhì)及其利用前景[J].中國環(huán)境科學(xué)，2003，23（4）：395～398.

[3]章 驊，何品晶.城市生活垃圾焚燒灰渣的資源化利用[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2002，10（1）：6～10.

[4]錢 玲，侯浩波.淺談垃圾焚燒灰渣的資源化利用[J].中國資源綜合利用，2004（10）：9～12.

[5]易 偉，沈金健，楊海根，等.生活垃圾焚燒爐渣制免燒磚實(shí)驗(yàn)研究[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2008（6）：39～41.

[6]丁惠群，吳雁群，徐鎏焯.生活垃圾焚燒爐渣制磚技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化研究[J].墻材革新與建筑節(jié)能，2012（2）：21～25.