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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  来源:节能环保  作者:普曦峰  2020/10/9 8:56:10  我要投稿  

北极星垃圾发电网讯:【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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