生活垃圾焚烧炉渣资源化利用技术发展现状研究-北极星垃圾发电网

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【摘要】立足于焚烧炉渣资源化利用现状，对几种典型的资源化利用技术进行分析，包括金属回收、制成免烧砖与路基填充料，最后通过案例分析的方式，对炉渣处理系统进行设计和应用，如垃圾焚烧系统、液压传动系统、烟气净化系统、炉渣飞灰处理系统等等，力求炉渣得到无害处理，资源化利用率得到显著提高。

【关键词】生活垃圾焚烧；炉渣；资源利用

引言

在城市化不断深入之下，生活垃圾数量不断增加，为了实现生活垃圾无害化处理，垃圾焚烧与利用技术得到广泛应用。我国相关文件明确规定，焚烧炉渣以一般固体废弃物处理，并对此类废弃物的综合利用标准加以明确，各项资源化利用技术日益成熟，带来了可观的经济效益。

1 焚烧炉渣资源化利用现状

早在几十年前，国外发达国家便开始对生活垃圾焚烧资源利用进行研究，主要从环境影响与资源利用方面着手，对焚烧厂中产生的飞灰与炉渣进行收集和处理，使其变成二次资源投入使用。炉渣是生活垃圾焚烧的产物，占垃圾总重量的20% ~30% ，飞灰约占0.5%左右。据调查，2019年全国共有5932t生活垃圾进行焚烧，产生520~780万t的炉渣，飞灰量约13万t，在无形中增加了炉渣的处理难度，填埋场的用地资源日益紧张。为了节约填埋用地、降低处理成本，可通过炉渣再利用的方式来实现。

在发达国家中，主要通过卫生填埋与资源利用等方式对炉渣进行处理，欧盟国家的炉渣利用率位居第一，超过总体的50% 。我国相关规定指出，炉渣可直接投入卫生填埋场中处理，但由于飞灰中含有二噁英等有害物质，需要进行特殊处理后，使有害物质含量降低到允许范围内，才可进行卫生填埋，否则将其当作危险废弃物处理。从理化性质上来看，炉渣具有骨料特性，内部重金属含量、溶解盐较低，无放射性危害，在资源利用时对环境的干扰较小，且炉渣中有机物含量相对较少，强度高，可将其制作成建筑材料投入到土木工程中。现阶段，炉渣资源主要被用来制作成集料与覆盖材料，应用到道路工程与填埋场之中。

2 生活垃圾焚烧炉渣资源化利用技术

2.1 炉渣预处理与金属回收

为了促进炉渣资源的优化利用，需对其进行预处理，利用筛分装置将直径低于100 mm 的颗粒选出进入后续环节，体积超过100mm 的金属进行破碎，人工挑出未彻底燃烧的垃圾，集中送回焚烧炉中重新焚烧。整个工艺无需对外排水，真正做到污水野零排放冶。据调查，炉渣中含有一定的废旧金属，如铁、铜、铝等等，一般可回收的金属含量为5% ~8% ，具有一定的回收价值，可再次利用。通过对炉渣中金属回收性的研究显示，炉渣中铁、铜、铝的回收率分别为14.8%、52.7%与73.1% 。由此可见，炉渣内部有价金属的可回收率相对较高，回收处理具有一定的可行性。

2.2 制作环保砖

在预处理后，炉渣的含水率约为2%，密度约为1250kg/m3，吸水率约为9% ，利用饱和酸钠溶液经过5次浸泡与烘干后，炉渣质量损失为4.31%左右，坚固性符合免烧砖的相关要求。目前，在美国与荷兰等地已经将生活垃圾焚烧的炉渣制作成建筑材料，应用到工程建设之中，使用较为频繁的制作方式是将炉渣与骨料按特定比例混合后，与水泥、水搅拌后形成混凝土砖。美国针对此类免烧砖对环境的影响进行实验评估，在海底利用免烧砖建成两座人工暗礁，并对周围环境变化进行连续6年的跟踪调查，结果显示，免烧砖中无有毒成分，满足混凝土替代骨料的要求。Rothel等利用此类免烧砖建设船库，并对建筑内部的空气质量进行为期2年半的监测，结果显示，建筑内部空气中的颗粒态 PC-DD、TSP、挥发有机物等均未出现明显改变，由此可见，炉渣中的污染物被锁定在水泥砖中。从总体上来看，在工程实践与环保层面来看，利用炉渣制作环保砖十分可行。

2.3 制成路基填充料

在物化性质、工程特性方面，炉渣与轻质天然骨料较为相似。经过工艺处理后的炉渣可与沥青、水泥等材料一同铺设路面。针对此类混合料的金属元素渗出情况进行检测可知，镉、铅与锌的释放量相对较低，通过对环境、人类健康、生命周期等因素进行评价，发现管理技术与风险之间存在紧密联系，如若管理技术科学合理，可有效降低风险发生概率，避免对环境产生的不良干扰。在美国、欧洲等发达国家中，已经成功地将炉渣应用到停车场、道路等地基填充之中，在我国也较为普遍，例如，上海苗圃路便是典型的成功案例。针对路表弯沉、路况、基层强度等指标进行监测，发现炉渣在基层材料中的应用十分可行，且长期应用后依然效果良好。

3 工程方案设计

本项目建设于玉溪市红塔区，总占地面积70 982.6m2 ，厂址为山地，但存在雨水冲刷形成的山坳，用地条件一般。厂内功能分区明确，包括生活区、生产区域辅助生产区，各项设施组成一个协调整体，具有安全、美观、成本低等特点。

3.1 垃圾焚烧系统

在本项目中，焚烧炉属于核心设备，对焚烧发电工艺路线与造价具有决定作用。在该系统中，炉排面由多个炉瓦连接而成，炉排片相互重叠，动静结合，每排之间错开，由驱动机构促进排片交替运动，使垃圾充分搅拌与翻滚，提高燃烧效率，垃圾受自重与炉排推力的作用，直接进入渣斗之中。炉排分为干燥、燃烧与燃尽三段，空气从炉排下方经过中间缝隙进入炉膛，起到助燃作用。该系统的另一部分为出渣机，可将燃烧完毕的灰渣推出炉外，如图1所示。在该设备运行中，可将残留的污水去除，使灰渣的含水量处于 15% ~25% 之间，机内水温始终低于60℃。

3.2 液压传动系统

通过液压油缸对出渣装置、炉排等进行驱动，执行机构具有单独的控制阀，可将电机、油缸、油压泵等均汇集到同一个平台中，以此减少管道数量，有效预防管道衔接处出现泄漏。将各个油缸的集油口汇集到相同之处，在各个端口设置压力监测口，通过结构判断调压情况，为调压工作提供便利。在同一个位置可对液压油温度计、压力表、油量机等设备的压力进行调整，将电气控制部件的电线均收纳到中央集束柜中，为外接线提供更多便利。在液压系统运行中，液压站不但能够就地控制，还支持 DCS系统控制。

3.3 烟气净化系统

锅炉出口的烟气温度范围为190℃~240℃，烟气经过烟道进入反应塔上方的溶液喷射系统中。溶液中的主要成分为石灰浆，与烟气中的酸性气体发生反应，溶液中水分蒸发，使烟气温度下降，在反应塔的出口处温度为155℃左右，经过烟道进入除尘器之中。在除尘器与反应塔烟道中设置了Ca(OH)2干粉喷射系统，喷射粉末吸附在布袋上与烟气充分混合，烟气中的二噁英、重金属、粉尘等污染物被活性炭吸附后分离，经过灰斗排出，由输送设备将其送到灰仓中。从除尘器中传出的烟气为清洁型，经过80m高的烟囱排入大气。

3.4 炉渣飞灰处理系统

飞灰由烟气净化而产生，该系统采用机械传输的方式，将焚烧线中收集的飞灰排放至刮板输送机中，利用提升机运送到飞灰贮仓上方，经过输送机分配到两个贮仓中，由水泥罐车将水泥运送到水泥料仓，将飞灰与水泥按照特定比例计量后运送到混炼机中，并对物料充分搅拌，按照比例加入水、水泥、螯合剂等，加入量与飞灰重量相接近，加水量为飞灰重量的15%，加水泥量为飞灰重量的3% ，加螯合剂量为 25% ，具体的处理流程如图2所示。

4 结论

综上所述，通过对生活垃圾焚烧炉渣进行预处理后，使其成为多种资源得到综合利用，在解决炉渣出路的同时还节省了物料。对于发电厂来说，应采用科学完善的炉渣处理系统，使炉渣得到有效处理和净化，有效缓解环保问题，推动焚烧技术在国内外不断推广和应用，为环保工作做出更多贡献。

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