垃圾焚烧飞灰水洗除氯资源化技术脱氯飞灰水泥窑协同

摘要：飞灰水洗除盐脱氯结合水泥窑协同处置是一种垃圾焚烧飞灰资源化处置技术。该技术的原理是利用垃圾焚烧飞灰成分与水泥原料成分相近、有害成分氯盐（氯化钠、氯化钾）易溶于水的特点，把脱氯后的飞灰利用水泥窑高温煅烧制成水泥熟料。飞灰水洗是将飞灰中的氯盐通过水洗进行脱除，含氯盐废水经过蒸发制取氯盐，蒸发出来的水回到水洗系统达到水循环利用。该技术包括四个系统，分别是飞灰水洗系统、水处理系统、MVR蒸发系统、脱氯飞灰入窑系统。通过飞灰水洗技术，可以把垃圾焚烧飞灰中95%以上氯元素脱离出去，将飞灰处置成工业二级副产盐和水泥生产原料，整个工艺无废气、废水外排，可以完全实现飞灰的资源化、无害化、减量化，具有广阔的发展前景。

关键词：垃圾焚烧飞灰、水洗、水泥窑协同、脱氯、除氯、除盐脱氯

1垃圾焚烧飞灰现状

1.1飞灰简介

生活垃圾焚烧飞灰（以下简称飞灰）是在生活垃圾焚烧发电过程中收集于烟气净化设备中的粉体物质。随着烟气净化水平不断提高，捕集的飞灰成分更复杂、危害性更大。飞灰中主要危害性物质含有二噁英和铬、砷、铅等重金属，根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》规定：“生活垃圾焚烧飞灰应按危险废物管理”。飞灰必须单独收集，不得与生活垃圾、焚烧残渣等混合。生活垃圾焚烧飞灰不得在产生地长期储存，不得进行简易处置，不得排放[1]。生活垃圾焚烧飞灰产生地必须进行必要的稳定化、固化处理之后方可运输，运输需使用专用运输工具。采用密闭收集和输送的方式输送至飞灰储仓，经浸出毒性试验合格后送至填埋场填埋[2]。固化填埋存在体积增容较大、占用土地资源问题，发展前景有限。

近年我国垃圾焚烧产业爆发式增长，未来飞灰产量巨大，2020年6月10日，生态环境部副部长赵英民在《第二次全国污染源普查公报》发布会上提到，“十二五”和“十三五”期间（2011-2020年），我国垃圾焚烧厂的数量增加了303%，焚烧处理量增加了577%，到了2019年增长到401座，处理量达1.2亿吨/年，截至2020年6月1日，我国在运行的垃圾焚烧厂总计455座。我国垃圾焚烧主要以机械炉排炉焚烧和循环流化床焚烧为主，炉排炉产生飞灰量约占垃圾焚烧量的3%～5%，含氯量为10%～20%；循环流化床产生飞灰量约占垃圾焚烧量的15%～20%，含氯量为3%～5%[3]。

1.2 飞灰水洗+水泥窑协同处置技术

飞灰中含有可溶性盐以及与水泥熟料比较相近的CaO、SiO2、Al2O3等成分，其中可溶性盐主要成分为钾、钠、氯离子等对水泥窑煅烧有害物质约占飞灰量的30%，不可溶物质主要成分为钙、硅、铝、铁等可成为水泥配料组分约占飞灰量的70%。根据飞灰成分与水泥原料成分相近的特性，用飞灰代替部分水泥原料，不仅有效处理固体危险废弃物，同时生产的水泥性也可达到国际普通硅酸盐水泥的标准，实现了资源回收综合利用，节省了生产水泥用的矿产资源。但飞灰中高含量的氯盐会对水泥窑造成窑尾烟室结皮、回转窑体高温氯腐蚀等不利影响，而且水泥中Cl元素含量过高会引起钢筋的腐蚀，国家规定水泥中氯含量必须小于0.06%。为了确保水泥窑协同处置飞灰稳定、可持续运行，真正实现飞灰的资源化，必须把飞灰中所含的大量氯离子进行脱除，因此如何脱氯是整个飞灰资源化过程的关键。

飞灰水洗的原理是通过水洗把飞灰中的钾、钠、氯进行溶解、提取，制成二级副工业产品，水洗后的飞灰（又称脱氯飞灰）送入水泥窑进行高温煅烧，利用水泥窑高温对重金属和二噁英进行固化和分解。相比于传统的直喷入水泥窑协同处置方式，适应能力强，有以下几方面优势：①处置能力较大，可以达到熟料产能的5%甚至更高；②无二次污染物；③对水泥的生产几乎没有影响；④虽然前期投资建设费用较高，但对各种氯含量的飞灰均可处理。

三级逆流漂洗的飞灰水洗工艺可以在较低用水量（约0.6吨水）、较低能耗（约110度电）的条件下脱除飞灰中的氯离子；飞灰水洗浆液为碱性，重金属基本不会溶出，同时水处理系统可再次对可溶性重金属离子进行拦截、去除，确保除钠、钾以外的重金属不进入水体；二噁英类物质在强酸、强碱下稳定，极难溶于水，只吸附在水中悬浮物中，将悬浮物去除，水中就不存在二噁英。整个飞灰水洗工艺，可以实现废水全部循环利用，零排放，同时有效的控制飞灰中氯含量≤1%，脱氯飞灰含水率≤30%，水洗后的脱氯飞灰通过水泥窑协同处置，最终实现生活垃圾焚烧飞灰的资源化，同时以飞灰作为原材料的水泥性能完全满足《通用硅酸盐水泥》标准。

生活垃圾焚烧飞灰利用飞灰水洗和水泥窑协同处置技术是先对飞灰进行水洗脱氯、脱盐，降低飞灰中的氯含量在1%以下，再利用水泥窑协同处置。这套技术不仅成本合理而且技术安全可靠，目前在我国已有工程化应用实例，取得了很好的应用效果，是目前解决生活垃圾焚烧飞灰的最优选择。

2飞灰水洗和水泥窑协同处置工艺简介

2.1 飞灰水洗和水泥窑协同处置工艺

飞灰水洗和水泥窑协同处置技术由飞灰水洗制浆系统、废水净化处理系统、MVR蒸发系统、脱氯飞灰入窑煅烧系统四部分组成。飞灰水洗技术能够实现自动连续下料、水洗效果稳定、用水量小（可循环利用）、重金属和二噁英转移率低、蒸气循环利用、能耗低、运行稳定、自动化程度高的特点，经预处理后的脱氯飞灰含氯量可控制到≤1%，含水率在≤35%。飞灰水洗制浆、废水净化处理、MVR蒸发出盐工艺见下图。

2.2 水洗制浆系统

水洗制浆系统的主要功能是将飞灰中的钾、钠、氯等离子通过水洗制浆工艺，使其从飞灰中分离出来，大幅降低飞灰中钾、钠、氯的含量，以满足脱氯飞灰入窑要求。

水洗制浆系统采用逆流三级漂洗技术，用低氯废水漂洗高氯飞灰。原灰和二级中氯废水进入制浆池，按照特定的水灰比，通过搅拌器混合制浆，经过一级固液分离，飞灰水洗滤渣进入二级制浆，高氯废水进入水处理系统。二级制浆过程中用三级低氯废水，按照特定的水灰比，经搅拌器对飞灰进行漂洗，经过二级固液分离，飞灰水洗滤渣进入三级制浆，中氯废水用于原灰制浆。三级制浆过程中用蒸馏水，按照特定的水灰比，经搅拌器对飞灰进行漂洗，经过三级固液分离，低氯废水用于二级制浆，最后的脱氯飞灰入水泥窑协同处置（也可与其他有处置资质的水泥公司合作处置）。洗涤次数和用水量根据飞灰中氯含量的检测结果决定，含氯量控制在1%以内，调节固液分离设备参数，控制脱氯飞灰含水率在30%以内，具体可根据水泥窑协同入窑要求进行调整。一般情况下，二次水洗可以有效去除飞灰中的氯离子，为保证飞灰洗脱系统的处理效果，进行第三次洗脱，确保氯离子的有效去除率在95%以上。经过水洗后的脱氯飞灰进湿灰库密闭贮存，也可直接入水泥窑协同处置，在水泥窑内进行高温煅烧生成水泥熟料。

机械炉排炉垃圾焚烧工艺产生的飞灰因氯含量高，一般采用三级逆流漂洗。具体项目建设时，需采用几级水洗，可根据实际进厂飞灰含氯量的高低，进行水洗次数的调整。飞灰水洗时，飞灰中绝大部分可溶性盐类溶于水，二噁英因不溶于水被截留，可溶于水的重金属在碱性水处理系统中被截留。通过飞灰水洗系统，脱氯飞灰中氯离子的有效去除率在95%以上，水洗后脱氯飞灰中CaO的含量在53%左右(脱氯飞灰+水处理产出的CaCO3)，达到了优质石灰石中CaO﹥50%的标准。根据实际生产线运行情况，经过水洗的脱氯飞灰投加量为水泥窑熟料产能的5%左右，在水泥窑协同处置飞灰的过程中，窑况稳定没有窑尾结皮堵塞的问题，对水泥窑生产的熟料没有任何影响。

2.3废水净化处理系统

废水净化处理系统的主要功能是对水洗制浆系统分离出来的高氯废水进行处理，去除废水中含有的钙、镁及重金属等离子，经过絮凝沉淀、化学沉淀等处理技术将重金属离子和钙镁离子分别沉淀下来，使待蒸发液满足MVR蒸发系统工艺要求。

用脱钙药剂与高氯废水中游离钙离子进行反应，通过固液分离，钙渣根据水份不同，选择进水泥窑协同处置或者进入制浆系统。分离后的高氯废水用除镁及其他重金属的药剂进行反应，将重金属离子和镁离子进行沉淀、分离。高氯废水进入脱氨塔进行氨氮脱除（根据出盐的纯度要求，设立重金属、氨氮、有机物等脱除工序），用盐酸调节废水pH值，用活性炭、螯合剂、PAM等药剂对废水中的少量悬浮物、有机物进行脱除，通过以上多步措施，确保待蒸发水池钙离子、M碱度控制在50ppm以下，浊度在10以下（透光度在90%以上）。

2.4MVR蒸发系统

MVR蒸发系统，又称多效蒸发循环系统，利用机械式蒸汽压缩技术，让自身产生的二次蒸汽经压缩机压缩,温度、压力提高,热焓增加,然后进入换热器充当蒸汽使用,充分利用了蒸汽的潜能。MVR系统除了首次开机过程中需要外接鲜蒸汽对系统进行加热促使二次蒸汽的生成外，基本不需外界提供蒸汽。MVR蒸发系统设备紧凑，具有占地面积小、所需空间小、节能的特点。MVR蒸发系统一般包含：预热器、循环泵、降膜换热器及分离器、强制换热器及强制循环泵、结晶分离器及气液分离器。MVR蒸发技术在应用到飞灰水洗废水蒸发制盐之前，在化工、海水淡化领域应用已较为广泛，该技术的工业化应用已成熟、稳定。

经水处理合格的含氯废水，打入MVR系统进行加热、蒸发、浓缩、结晶，把水和NaCl、KCl进行分离，蒸馏水回用与制浆系统，从而实现水的循环利用，分离出来的NaCl和KCl可作为工业盐使用。

2.5脱氯飞灰入窑煅烧系统

脱氯飞灰入窑煅烧系统是把飞灰水洗后含氯量、含水率都在控制范围内脱氯飞灰与水处理过程中产出的钙渣，通过密封输送设备输送水泥窑与原材料一起进行在1400℃以上高温段煅烧半小时以上。在水泥窑协同处置过程中二噁英被完全分解，重金属被以化学方式固化到水泥熟料晶格中，从而实现了飞灰的无害化处置。

生活垃圾焚烧飞灰水洗和水泥窑协同处置技术核心是飞灰的水洗制浆系统和水处理系统，这两个系统是保证MVR蒸发系统正常运行和脱氯飞灰满足入窑要求的重要前提。

3总结

飞灰水洗技术结合水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰，实现了飞灰的减量化、无害化、资源化，在国家绿色、环保、可持续发展政策不断推进下，有很好的发展前景。

参考文献：

[1] 中国环境科学学会．城市生活垃圾处理知识问答．北京：中国环境科学出版社，2012

[2] 环保部.关于城市生活垃圾焚烧飞灰处有关问题的复函环办函，2014，122号

[3] 当飞灰遇上了水泥窑.中国环联网，2017