某市生活垃圾焚燒發電廠飛灰處理工藝探索和實踐

盧圣良

（廣州中和環境科技有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

根據國家對城市基礎設施建設的要求，城市垃圾處理廠的建設是城市規劃的重要組成部分，且城市生活垃圾的處理要做到“無害化、減量化、資源化”。雖然大部分城市建設了垃圾填埋場，但服務年限均有限。城市區域內生活垃圾的產生和消納之間的矛盾日益凸顯，如何全量化、無害化處理生活垃圾，是本次研究的重點。

目前，國內外有3 種最常見的生活垃圾處理方式：焚燒、堆肥和衛生填埋。除這3 種主要方式外，國外還有一些正在開發的新型處理技術，如化學/生物處理法、熱解法、填海、堆山造景等方式。

焚燒過程中排放的飛灰屬危險廢物，因此飛灰的處置是垃圾無害化處理過程中的重要步驟。本研究介紹了國內外固化、穩定化、無害化處理飛灰的主要方法及優缺點，對某市生活垃圾焚燒發電廠飛灰處理系統工藝進行了探索與實踐。

1 概況

據統計，某市生活垃圾填埋場進場量約650 t/d。隨著該市的經濟發展和人口的增長，生活垃圾產生量也在不斷增加，預計生活垃圾產生量接近1000 t/d。

某市生活垃圾焚燒發電廠擁有兩臺500 t/d 的機械爐排焚燒爐，兩臺中溫次高壓余熱鍋爐（450 ℃，6.4 MPa），一臺25 MW 中溫次高壓凝汽式汽輪機（440 ℃，6.2 MPa）及一臺25 MW 的發電機，每天可處理1000 t 生活垃圾。

本廠煙氣凈化系統采用“低氮燃燒和SNCR（爐內脫銷）+半干式脫酸+干法噴射+活性炭吸附+布袋除塵”的組合工藝。

工廠的廢水和配套滲濾液經處理后可以回用。爐排焚燒爐產生的爐渣是一種常見的廢物，可將其收集后運輸到該市建筑廢棄物及資源化利用廠。由于飛灰為危險廢物，需要采用化學藥劑穩定化工藝處理并達到無害標準后，將其運輸至廠區附近的飛灰填埋場進行處理。

2 飛灰處理工藝方案

2.1 熔融穩定化技術

熔融穩定化技術在應用中主要有兩種處理方式：燒結法和高溫熔融法。

2.1.1 燒結法

燒結法是一種在高溫下熔化飛灰廢物（如待處理的玻璃薄片、玻璃粉和其他危險廢物混合造粒）的方法[1]。改變飛灰的物理化學狀態后，將其冷卻形成玻璃穩定劑，高密度晶體結構可確保固化產物的永久穩定性[2]。

燒結法的優點有如下兩點。

（1）系統結構緊湊，在水溶液、酸性溶液和堿性溶液中的滲出率很低。

（2）減容系數大。

但是燒結法的裝置比較復雜，而且該方法需要高溫環境即需要提供熱能，處理費用較高。另外，熔融過程中也存在重金屬氯化物揮發的問題。

2.1.2 高溫熔融法

高溫熔融法是利用燃料和電能將飛灰熔融至1400 ℃，并將其冷卻形成爐渣的方法[3]。爐渣可以用作建筑材料，因此常運用此方法對大量飛灰進行無害再利用。

除了具備燒結法的優點外，該方法的最大優點是能夠提取優質建筑材料[4]。然而，為了穩定物料，許多材料需要加熱到熔點以上，這需要高能量和高成本。

2.2 水泥穩定化技術

水泥是最常用的穩定材料之一，已有100 多年的歷史。水泥穩定化是指將水泥和灰按一定比例混合，并加入適量水以穩定水泥。在水泥水化過程中，通過吸附、化學吸附、沉淀、離子交換、鈍化等方法實現飛灰穩定化處理。

水泥中的硅酸二鈣、硅酸三鈣通過水化反應轉化為CaO·SiO2·mH2O 凝膠和Ca（OH）2·CaO·SiO2·mH2O凝膠，加入飛灰后形成CaO·SiO2穩定化物。

使用水泥的優點是成本經濟、應用經驗豐富、技術成熟、加工成本低、工藝設備簡單。

但由于水泥的用量大，會導致穩定化物增容率高，而且飛灰對水泥的硬化、抗壓強度等方面存在負面影響，處理后的砌塊均難以達到較高的強度，影響后續的填埋。當使用混合水泥穩定化技術處理飛灰和含有大量有機物的生活垃圾時，垃圾中有機物分解產生的酸性物質（有機酸、二氧化碳等）降低了重金屬在穩定材料中的穩定性，酸雨也可能改變其穩定性。

結果表明，單獨使用水泥穩定化方法會增加二次污染的風險，對飛灰處理廠的施工和生產要求高，并增加成本。

2.3 化學藥劑穩定化技術

由于常規的水泥穩定化技術存在缺陷，例如，穩定化物重量增加15%～20%以上，體積也隨之增加，進而加大了填埋場庫容壓力，同時還存在著穩定化物受酸侵蝕的長期穩定性問題，使用高效化學穩定劑已成為重金屬廢物無害化處理領域一個新的研究方向。

化學藥劑穩定化技術（也稱為穩定技術）使用具有螯合功能的特殊化合物，主要用于選擇性檢測和分離金屬離子溶液中的特定金屬離子[5]。

螯合物通常比普通絡合物更穩定，這種結構通常具有5 個或6 個元素的環狀結構。為了形成更穩定的產品，化學實驗中最常用的乙二胺四乙酸（EDTA）可以使2 個氮原子和4 個羧基氧原子與金屬配合，其中1 個分子和6 個金屬離子（鈣）可以被緊緊包裹。

穩定劑含有第五族～第七族的配位原子和其他元素，主要元素為O、N、S。

化學藥劑穩定化技術具有以下優點。

（1）具有很好的穩定效果，穩定化物達標填埋后，重金屬溶出顧慮小。

（2）有很好的減容率，便于穩定化物的運輸和填埋處理。

（3）該技術的工藝較簡單，化學藥劑的消耗量不大，場地面積需求也不大。

但是目前該技術采用的化學藥劑均為專利產品，造價較高，采購有局限性，而且單獨采用化學藥劑，飛灰穩定化物[6]成形存在一定困難，其對藥劑的配制和混煉設備的要求都較高。

2.4 濕式化學處理技術

濕式化學處理技術包括酸萃取、堿萃取、生物浸出和廢氣中和碳化等。

其中，酸萃取方法利用各種重金屬在酸性條件下溶解度較高的特性，用硫酸、鹽酸、乙酸和其他酸將鋅或鉛等重金屬從飛灰中浸出，尤其是二次飛灰（熔融過程中產生的粉末），然后回收重金屬。

酸萃取的缺點是重金屬難以提取，而且必須處理過程中產生的排水、廢物和污泥。因此，目前較少應用該方法。

2.5 水泥-化學藥劑穩定化技術

針對采用單一處理方式均有不足的情況，國內開始研究水泥-化學藥劑穩定化技術[7]。該技術是在飛灰中同時添加水泥材料和化學藥劑，使飛灰中的重金屬離子被捕捉、螯合，最終固定在成形的穩定化物中。該技術的優點如下。

（1）工藝簡單，對設備的技術要求不高。

（2）成本較低，所需的水泥用量和穩定劑量都較小，購置也較方便。

（3）能源消耗小，不需要加熱和電解設備。

根據目前類似項目的建設經驗和經濟數據分析，水泥-化學藥劑穩定化處理后的飛灰穩定化物可作為普通廢物直接填埋，其綜合處理的成本甚至低于水泥穩定化成本（水泥穩定化物填埋費用較高）。

2.6 飛灰處理技術比較

以上各項技術均可用于飛灰的穩定化，其中較優的技術為水泥-化學藥劑穩定化技術。但由于采用化學藥劑[8]穩定化技術，即通過加入化學藥劑對飛灰進行螯合反應，而不采用水泥，可以節省部分填埋空間。故該廠飛灰處理推薦采用化學藥劑（螯合劑）穩定化技術。

3 飛灰處理工程技術方案

3.1 除灰系統

本裝置由半干法反應塔和布袋除塵器組成。

3.1.1 飛灰及反應物產生量

飛灰和反應物可以經半干法反應塔和布袋除塵器處理后被分離出來。表1為額定運行條件下生活垃圾焚燒發電廠的飛灰排放量。

表1 飛灰排放量

3.1.2 飛灰收集與輸送

半干法反應塔和布袋除塵器灰箱中的飛灰由刮板輸送，再由斗式提升機輸送至主廠房外的灰箱。

該廠設置了一個有效容積為300 m3的灰庫，其容積可以滿足遠期3 臺爐正常運行時約7d 的貯存量，灰庫被布置在煙氣凈化區內。

3.2 飛灰穩定化系統

3.2.1 飛灰穩定化方案

穩定劑穩定化技術成熟，工藝簡單，成本低，符合《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）的要求。該廠的飛灰穩定化系統采用螯合技術，使飛灰得到了安全處理。

3.2.2 飛灰穩定化處理工藝流程

來自生活垃圾焚燒發電廠的飛灰通過螺旋輸送機被定量輸送至灰庫和混合器，飛灰在混合器中被混合。同時，啟動螯合稀釋液輸送泵和供水系統，向混合器供應螯合劑和水。穩定漿液在穩定成型機中形成，之后在養護間進行養護，最后被運至飛灰填埋

區填埋。

3.2.3 設計規模及物料計算

該廠日產生飛灰約26.40 t，飛灰穩定化系統按1 班8 h 作業記，每小時需處理約3.3 t 飛灰，建議飛灰穩定化處理速度為15 t/h。

飛灰穩定化設備主要有灰庫、盤式定量給料機、可變速螺旋給料機、飛灰混煉機、螯合劑供給裝置和養生皮帶輸送機。

該裝置采用全密封設計，可有效防止飛灰和產生異味，更具環保性。它還具有空氣交換和加熱系統，以保證產品穩定冷凝并適當干燥。

所采用的飛灰穩定化工藝中水、螯合劑的添加量建議分別為飛灰量的20%和3%。2×500 t/d 機組容量飛灰穩定化系統的物料消耗量如表2所示。

表2 2×500 t/d 機組容量飛灰穩定化系統的物料消耗量

穩定飛灰按照標準《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法》（HJ/T 300—2007）進行測試，并按照《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）進行達標分析，達標后運送飛灰至飛灰填埋場進行安全處置。

通過特殊的運輸方式運輸飛灰，以防止運輸過程中的泄漏。飛灰穩定化物的排灰量如表3所示。

表3 飛灰排灰量（穩定化后）

4 結語

隨著經濟的發展和人們環保意識的增強，未來城市生活垃圾焚燒飛灰的處理水平應隨著污染物排放量的增加而不斷提高。化學藥劑穩定化工藝在飛灰達到無害水平后將其運輸至飛灰填埋場，可實現安全無害的處理。