生活垃圾焚燒發電廠飛灰靜壓減容技術研究

劉志鵬

關鍵字 垃圾焚燒；螯合固化；飛灰；靜壓減容

0 引言

隨著社會經濟發展和城鎮化進程加快，生活垃圾產生量持續增長，對我國生態環境、社會發展的影響日益加劇。生活垃圾處理技術中，垃圾焚燒發電技術因其具有減容顯著、減少二次污染的環保優勢以及替代燃煤的資源特點，在我國得以迅速發展。飛灰是垃圾焚燒的必然產物，富集高浸出濃度的重金屬、可溶鹽和二噁英、呋喃等有機污染物，屬于危險廢物（《國家危險廢物名錄》編號HW18），產量占焚燒垃圾量的3%～5%。

我國生活垃圾焚燒飛灰產量巨大，隨著垃圾焚燒產業的增長，未來還將繼續增加。2017 年全國生活垃圾清運量為2.15 億噸，生活垃圾焚燒量為8463 萬噸，生活垃圾焚燒率為39.33%，并且焚燒處理比例逐年上升。2020 年，飛灰產生量預計將達到1000 萬噸。

1 垃圾焚燒飛灰處理處置技術

目前，焚燒飛灰處理處置的常用方式包括兩大類：固化穩定化填埋和資源化利用。

1.1 固化穩定化填埋

固化穩定化填埋是目前國內外主流的飛灰處置技術，但在填埋操作上有所不同，歐美國家一般送入危險廢物填埋場。我國2008 年修訂頒布的《生活垃圾衛生填埋污染控制標準》規定，飛灰經預處理滿足一定的入場要求后，可以進入垃圾填埋場的獨立單元進行填埋。

固定穩定化填埋技術包括水泥固化、熔融固化和化學藥劑穩定化技術。

（1）水泥固化因具有成本低廉、工藝簡單、固化產物強度高等優點而被廣泛采用，該技術將垃圾焚燒飛灰和水泥按一定比例混合，加入適量的水，經水化反應后形成堅固的水泥固化體。其原理是通過吸附、沉降、離子交換、鈍化等方式，使重金屬離子以氫氧化物或絡合物的形式固化于水泥水化產物中，從而降低飛灰中有害成分的可滲透性，達到穩定化、無害化處理的目的。但經水泥固化處置后，飛灰中的重金屬難以達到長期穩定狀態。

（2）熔融固化技術是指將飛灰和細小的玻璃質混合，在高溫條件下使飛灰中的有機物燃燒氣化，無機物熔融成玻璃質固化體。熔融固化后，重金屬能夠穩定固化于玻璃體SiO 網狀結構內。因熔融技術具有能耗大、成本高等缺點，制約了在國內的推廣和應用。

（3）固定重金屬，可以采用化學藥劑穩定化技術，利用化學藥劑通過化學反應將重金屬離子轉變為低溶解性、低遷移性及低毒性的沉淀物或穩定的絡合物，具有添加量小、固化效果好、長期穩定性能高等優點，但因飛灰成分波動大，目前仍難以開發具有普適性的穩定劑。

1.2 資源化利用

資源化利用，主要包括兩大類：水泥窯協同處理、等離子體氣化熔融處置技術。

（1）水泥窯協同處理，具有窯內溫度高、窯內湍流強烈、堿性氣氛等特點，且飛灰的成分與水泥原料接近，是消除飛灰中有害有機物和固定重金屬的有效手段。但水泥生產對進料成分特別是氯離子含量要求極高，飛灰入窯前必須進行預處理，降低氯化物含量。

（2）等離子體氣化熔融處置技術，是利用等離子體炬產生的高強度熱量作為氣化熔融爐的熱源，完全分解二噁英及其他有機污染物。最終，形成玻璃態無機物的一項新型無害化技術，但與玻璃熔融固化方式類似，也存在能耗大、成本高的缺點。

2 垃圾焚燒飛灰靜壓減容技術

生活垃圾焚燒飛灰屬于危險廢物，按照法規要求，一般采用加入螯合劑和水泥進行穩定化和固化處理，滿足《生活垃圾填埋污染控制標準》（GB16889-2008）要求后，轉運至生活垃圾填埋場內進行衛生填埋。

由于在飛灰中加入了螯合劑和水泥，質量和體積都有明顯增加，且進入填埋場的飛灰密度也較小，一般約為0.8-0.9 g/cm3。隨著國內各地區（特別是發達地區）新建填埋場規劃用地日趨緊張，現有填埋場的庫容利用效率日益受到政府和相關職能部門的高度重視。

將粉狀飛灰進行靜壓減容方式制成磚塊式飛灰，可以有效減少單位飛灰的體積，提高現有填埋場的使用年限，提高填埋場的利用效率，降低生物質電廠的運營成本，提高經濟效益。

3 垃圾焚燒飛灰靜壓減容生產線

目前依托國內某垃圾焚燒發電企業，已完成一套垃圾焚燒飛灰靜壓減容生產線，以液壓靜壓機為核心設備，將飛灰通過模具塑型壓制成高密度磚塊，并通過自動碼垛系統進行打包。

生產線主要由原料存儲輸送系統（1）、皮帶機輸送系統（2）、過渡存料系統（3）、喂料系統（4）、壓磚成型系統（5）、出磚系統（6）、打包碼垛系統（7）、回板清掃及翻板系統（8）、送板系統（9）、液壓系統（10）、電控系統（11）、托盤輸送系統（12）、除塵系統（13）等組成，其總圖見圖1。

已進行水泥/化學藥劑穩定化的飛灰被送入原料儲存輸送系統，通過皮帶輸送系統進入過渡存料系統，按照系統節拍由喂料系統送入壓磚成型系統，在下模板上被壓制成塊狀；塊狀灰磚及下模板由送板系統送入的下一工作過程的下模板推出壓磚成型系統，進入打包碼垛系統，由碼垛機上夾頭將灰磚從下模板上取出，并送入并行的碼垛托盤上。

圖1 飛灰靜壓減容生產線

圖2 改造取料打包碼垛線

下模板在灰磚被取出后，經由回板清掃及翻板系統送入送板系統，模版上殘留的物料被清除干凈，并在下一工作流程中使用上次壓制時的背側，使模板兩側磨損均勻，延長模版的使用壽命。當壓磚成型系統完成一次壓制，上模面離開下模板后，送板系統將新的下模板送入壓磚成型系統，新的下模板將壓磚成型系統內的下模板推出，完成一個完整的工作流程。

4 垃圾焚燒飛灰靜壓減容生產線改造

由于現有飛灰靜壓減容生產線每個工作節拍中都要使用下模板，并在打包碼垛系統將灰磚取出后，下模板要經過一整套生產線回到送板系統中，動作機構多，控制流程煩瑣，生產線故障率偏高，使用穩定性較差。

為提高生產線穩定性，降低故障率，決定對飛灰靜壓兼容生產線進行改造，將原本循環使用的下模版固定在壓磚成型系統中，并由原來的塑料材質改為金屬材質，提高使用壽命。

原本壓制后的灰磚隨下模板運動進入打包碼垛系統，新設計改為由一臺平動夾取裝置直接從壓磚成型系統中取出，并向后運動放入由液壓升降平臺及地面輥道組成打包碼垛系統中。

改造后的取料及打包碼垛系統主要由自動取磚設備（1）、液壓升降平臺（2）和動力輥道組成（3），其組成見下圖2。

在壓磚成型系統完成塊狀灰磚壓制后，自動取磚設備的夾頭伸入壓磚成型系統內，在上模板與下模板之間將灰磚夾取牢固，之后夾頭在液壓系統作用下后退進入液壓升降平臺范圍內，將灰磚放置在碼垛托盤上，當一層灰磚鋪滿后，液壓升降平臺下降一定高度，完成下一個工作循環直到碼垛完成，托盤在動力輥道作用下推至叉車取貨位置，并將新托盤送入碼垛位置。

改造后的生產線較原有設計問題性有所提高，但對系統的工作效率產生一定影響，低于改造前的生產能力，但能滿足目前所依托企業的生產能力。

5 壓制后灰磚的理化性能

5.1 浸出毒性檢測

為了分析和研究螯合灰經壓制成塊后與原螯合灰浸出毒性的差異，以及飛灰壓塊的綜合物理性能，委托專業檢測機構對飛灰浸出毒性進行了檢測，檢測選用HJ/T 300-2007 固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法中規定的浸提劑，用于檢測原螯合飛灰與飛灰壓塊的毒性。從檢測結果分析，原螯合灰經壓制成塊后，除了鋇元素的浸出毒性量有所輕微增加（遠小于國標限值），其他所有檢測項均有明顯降低，且遠小于國標限值，檢測表及國標限制見表1。

表1

表2

結論：通過飛灰靜壓減容技術處理，飛灰壓塊的浸出毒性優于原螯合灰的浸出毒性，完全能夠滿足《生活垃圾填埋污染控制標準》（GB16889-2008）

5.2 二噁英類檢測

原螯合飛灰與飛灰壓塊二噁英類檢測結果如表2。

從檢測結果分析，原螯合灰經壓制成塊后，二噁英類總量明顯降低，且均小于《生活垃圾填埋污染控制標準》（GB16889-2008）中規定限制的 3 μgTEQ/kg。

5.3 飛灰壓塊綜合物理性能檢測

為了驗證飛灰壓塊成品在后續運輸和填埋過程中的穩定性和可靠性，確保能夠將飛灰壓塊成品轉運至生活垃圾填埋場內進行衛生填埋，委托了專業檢測機構進行飛灰壓塊成品的各項綜合物理性能檢測（見表3）。

檢測方法根據GB/T 4111-2013《混凝土砌塊和磚試驗方法》，對飛灰壓塊成品的吸水率、相對含水率、干燥收縮值、軟化系數、抗壓強度、抗折強度、塊體密度等進行了詳細檢測。

綜合物理性能檢測結論：通過飛灰靜壓減容技術處理，飛灰壓塊的各項物理性能指標已達到混凝土砌塊和磚塊的性能指標，能夠保證其在后續運輸和填埋過程中的穩定性和可靠性。

6 結語

通過飛灰靜壓減容技術，可將生活垃圾焚燒發電廠產生的飛灰比重從0.8-0.9 kg/m3提高至1.65 kg/m3，同重量的飛灰體積減小近一半，從而可以將原有的飛灰填埋場的使用年限提高一倍，這對提高土地使用率是非常有益的，可以有效緩解目前有關填埋場用地緊張的局面，同時可以降低生活垃圾焚燒發電廠的運營成本，提高經濟效益。

目前的靜壓減容生產線生產能力偏低，設計較為復雜，已開展下一代生產線的工藝設計研究工作，減少設備總量，提高工作能力。

表3