城市生活垃圾焚烧飞灰熔融处理技术发展现状的

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1源环I 5李完

阮仔龙陈

庚

李国岫陈梅倩

(北京交通大学机械与电子控制工程学院北京 10 4 ) 0 04摘要针对城市生活垃圾焚烧过程中产生的飞灰所带来的二次污染问题 .简要介绍飞灰熔融技术的基本原理以及

飞灰熔融炉，分析飞灰熔融过程中重金属的迁移特性和二恶英的分解特性，为实现垃圾焚烧飞灰的减量化、无害化和资

源化提供理论参考。关键词垃圾焚烧飞灰熔融技术重金属二恶英

中图分类号：X7 5 0

文献标识码：A

文章编号： 1 7— 0 4(0 7 0— 0 6 0 6 2 9 6 2 0 )2 0 1 - 3

随着城市人 1: 3的增长和生活水平的提高 .国城市生活我垃圾 ( W )的数量以每年 1%左右的速度递增，预计到 MS 0

中有机物发生热分解、燃烧及气化，而无机物则熔融形成玻璃态熔渣。飞灰经熔融处理后，中的二恶英等有机物受热其

21 0 0年将达到 2 . t城市生活垃圾的处理方式有填埋法、 9亿。 堆肥法、焚烧法。焚烧法在减量化、资源化等方面有着无可比拟的优势，一些发达国家，瑞士、麦、在如丹日本等国已得到了很大程度的应用。在我国一些用地紧张、圾处理量大的垃城市，北京、如上海、圳等地也得到了较快的发展。但垃圾深焚烧所产生的飞灰会带来新的环境问题，其是其中的重金尤

分解被破坏：飞灰中所含的沸点较低的重金属盐类转移到气体中并以熔融飞灰的形式捕集下来；其余的金属则转移到玻璃熔渣中，大大降低了重金属的浸出特性。日本从 2 0世纪

8 0年代开始，由政府主导进行熔融技术开发计划 .就目前已经成为应用熔融法处理焚烧飞灰最广泛的国家之一。

K t n r和 N sial as oi u i dt h 4等人采用高于 15￣ 4 0C的高温熔融工艺处理垃圾焚烧飞灰，果表明：超过 9 .%的二恶英在高温结 9 9熔融过程中被分解，融后的玻璃态物质经检测 .金属完熔重全符合日本的标准，融物质的机械强度达到日本对同类材熔料的要求

属和二恶英，都是剧毒性物质。目前我国的

相关标准f B8 8— 0 1 G 14 5 2 o 1中已明确将垃圾焚烧产生的飞灰列为危险废弃物I对这些二次污染物的妥善处理，但能在一定程度”。不上促进垃圾焚烧技术的应用和发展 .且可以在无害化的基而

础上实现焚烧飞灰的资源化。因此，如何安全有效地处置焚烧飞灰，已成为迫在眉睫的环境和社会问题嘲。飞灰的固化处理方式主要有熔融固化、水泥固化、

典型的飞灰熔融处理系统如图 1示所

沥青固化、学稳定化处理、化酸或其他溶剂洗涤法等。熔融技术是近年来新兴的飞灰处理技术，水泥固化等方与法相比，融处理技术的无害化程度彻底、品稳定性熔产高、行费用适中、量显著，可以将飞灰转变为无运减并

毒、稳定的熔渣作为路基和混泥土等建筑材料使用I在 。上述飞灰固化处理技术中，融固化处理技术I,目前熔 n是国内外研究最多的，是美国、国、也德日本等发达国家最推崇的处理技术。图 1垃圾焚烧飞灰熔融处理系统流程

l飞灰熔融技术原理飞灰熔融的主要原理是：高温约 10￣状况下 .在 4 0C飞灰

2熔融炉 目前国内外已研制出多种熔融炉并投入使用 .据所使根

作者简介：阮仔龙 ( 9 3,,士研究生，究方向：市生活垃圾焚烧技术。 1 8 -)男硕研城

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1源环境 5李墨璺 1至 Q _曼Z=窒璺CN 35—1272, TK

用热源的不同。主要可分为燃料式与电力式两大类，具体分类如表 1示。所表 1熔融炉的分类 燃料式熔融炉表面熔融炉旋回流熔融炉焦碳床熔融炉内部熔融炉电力式熔融炉电弧式熔融炉电阻式熔融炉

熔融炉只可处理固体，而等离子体炉不但可以处理固体，还可以处理液体和气体等多种形态废弃物。

等离子体熔融炉感应式熔融炉

下面以最简单的表面熔融炉和当前流行的等离子熔融炉为例 .简要介绍它们的工作原理和特点。21表面熔融炉 .

表面熔融炉f r c ln ra e是燃料式熔融炉中 s f emet gfn

c) ua i u最典型的一。炉内温度维持在 10~ 4 0C,了高热值废种 3 0 10￣除

气物可自燃外，一般使用重油和燃气为辅助燃料。这种炉子燃烧器直接在熔融物表面加热 .使其表面造成薄膜状的熔融 .用重力使熔渣自然流下。构如图 2所示。这种方式利结按

熔融的产物很难直接接触到炉体。因为焚烧灰渣本身可以像绝缘体一样保护炉体。但这种炉子会产生相当大的排烟量， 适合处理量相对小的情况。焚烧炉灰

图 3等离子体熔融炉

3熔融过程中重金属的迁移和二恶英的分解特性31重金属的危害性 ,垃圾焚烧产生了大量的飞灰，国飞灰年产量达 2我 0多万 t重金属则是飞灰最重要的污染成分之一。金属的危害 .重

在于它不能被微生物分解且能在生物体内富集形成其它毒性更强的化合物，在环境中重金属经历地质和生物双重循环迁移转化，终通过大气、水、物等渠道为人体所摄取，最饮食 对人体的健康产生负面效应，致癌、畸等 1飞灰的无害如致 6]。化处理 .仅可以减轻重金属对环境的污染，不而且有助于垃圾焚烧技术的进一步推广。图 2表面熔融炉

3 .重金属的迁移特性 2

影响重金属迁移特性的基本因素有：氧化钙的含量、 碱2 等离子体熔融炉 . 2

性氧化物含量、含量、行环境(度、氛、间等)。氯运温气时等 日本京都大学 T ko aM研究发现， a有利于熔融过 aak CO程中抑制飞灰中易挥发性金属的挥发，并将其固化在稳定的

等离子体熔融炉 (ls afrae的研究和应用倍受关 pam n c ) u

注图 3为日本三菱重工公司研制的石墨电极等离子体熔融炉 .炉主要由等离子体发生装置、渣及石灰供给装置、该灰空

熔渣中，降低了废气的处理费用。渣中 C Z、h C熔 d、n P、u元素的残留率与气氛无关，随飞灰中碱性氧化物含量的增加而但

气冷却装置、烟气排放装置、融渣排放口等组成，个炉膛熔整气氛为还原性气氛、灰渣及石灰在高温等离子体的加热下被熔融 .内渣温可达 10￣上，可连续出渣，该炉处炉 5 0C以并经

增加，当碱

性氧化物含量足够高时，这几种重金属几乎不挥发。 N、rA的残留率受气氛影响显著，而 iC、 s而且与碱性氧化

理后灰渣中二恶英类毒性物的高温分解率达 9 .%以上I 9 9 5 1。与其他熔融炉相比，等离子体熔融炉具有独特的优点：

物含量的关系不是很明朗。当垃圾内无机氯或有机氯含量较多时 .烧过程就有氯的存在，在一定条件下与重金属反燃并

①炉内能量密度集中，损失小，理效率高； H 1 O 热处② C、 x N和 P的排放量很少， M二次飞灰量小；应用范同广，般的③一

应产生颗粒小、沸点低的氯化物而加剧了重金属的挥发，使其由底灰向飞灰或由飞灰向烟气的迁移增加。

2 o . o 7No. 2

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1源环境 5李运行环境对重金属迁移特性的影响包括温度、气氛、时 L .以显著提高二恶英的分解率；且当飞灰中加入 1% C可而 0的 L时，可以将二恶英的完全分解温度由 16%降至 C 40

间 3方面。温度对各种重金属的行为特性随各种元素呈现出很大差别。 nP几乎都对熔融温度不太敏感， C、 u N、 Z,b而 dC、i

10%. 10提高了经济性。C O添加剂对飞灰熔融过程二恶英 a分解的影响因熔融气氛而异：氧化性气氛下，入 C O会在加 a

C受温度的影响则较明显。 r随着温度的升高， i N挥发量逐渐增加。 d和 C C f的挥发量随温度呈现先增加后减少趋势； u C却与 C d和 C刚好相反， r随温度升高，挥发量先减少后增加。熔融气氛对研究重金属的迁移也有一定影响。 b和 C P d在氧

降低二恶英的分解率，而在还原气氛下加入 C O会提高二恶 a英的分解率。

4结语 熔融炉的合理选择，有助于优化熔融效果，提高经济性。对飞灰熔融处理过程中重金属和二恶英这两大危害物的迁移转化、解特性的研究，理清熔融处理机理的前提。过分是通采用合理的温度、间、氛以及添加剂等熔融条件，以使时气可

化和还原两种气氛下的挥发率都很高； u和 N在 N气氛 C i 下挥发率比氧化性气氛下低；而 C在氧化性气氛下挥发率 f

更低。原因在于 N在氧化性气氛下容易生成低沸点的氧化 i物， C在氧化条件下易生成高沸点的 CO。而 f r,重金属的挥发效果与熔融时间存在一定关系。 d C、 i Z C、 u N和 n的挥发率对时间变化不大； b和 C的挥发率随时间增加有所升高， r P r C最为突出。

重金属的固化率和二恶英的分解率得以提高。从而达到更加彻底的熔融处理效果，减少垃圾焚烧飞灰所带来的二次污

染，使焚烧飞灰在无害化的基础上实现资源化。当前，飞灰熔融还停留在基础研究阶段，气相中的对对

3 3二恶英的危害性

二恶英是指由氯原子取代了由氧原子连接的两个苯环上氢原子的一类物质，主要包括氯代二苯并二恶英 ( C D ) PD s 和氯代二苯并呋喃( C F ) P D s。二恶英是一类异构体组成的剧毒物质，有致癌致畸性，且化学稳定性强，自然环境中很难在被分解破坏[研究表明，恶英排放总量的 8%~ 0都来 7 1 .二 0 9%自于垃圾焚烧，焚烧炉飞灰中所含二恶英又是垃圾焚烧炉而二恶英排放的主要来源[ s q。 3二恶英的分解特性 . 4

重金属捕捉和处置技术还有待提高。此外，融处理的经济熔性仍须进行深入研究，以使其能更好地被市场接受，同时现有的浸出测试也有不完善的地方，需要进一步考虑熔融后产物对环境的长期影响。

参考文献1赵光杰， -焚烧飞灰的熔融特性研究.境科学学报， 0 . () 等垃圾环 2 5 55 0 2 2张益.活垃圾焚烧技术.京：学工业出版社，00生北化 2 03 S baa ￣ s T, oetnb A. n g me t o mu iia sld wa t P ltii Ma a e n f ncp l oi se

影响重金属迁移特性的基本因素有：融气氛、熔温度、添加剂等。

N条件下 O D H C D等组分的含量明显高于空气， C D、 p D条件下该含量，性气氛下两种飞灰的熔渣二恶英总量与毒惰

ic eainrs u s seMa a e e t2 0 ( 3 n i rt e i e. t n g m n, 0 3 2 ) n o d Wa4 Kas n r Nihd . lig a d so e po u t n u i MS tu oi s i aM

et n tn rd ci sng n o W

性当量明显高于氧化性气氛，明氧化性气氛相对惰性气氛说而言更有利于二恶英的分解。融温度对二恶英的分解也有熔一

icn r t s . s n a e n,0 1 2 ( ) n ieae ahWa t ma g me t 2 0, 1 5 d e

5王华.二恶英低减化生活垃圾焚烧灰渣熔融处理技术 .明理工等.昆大学学报，0 2 2 2 ) 20,(7

定的影响。研究发现， 10%时，恶英的分解率达到有在 10二

6李建斯，建华 .涌， .严池等垃圾焚烧过程中重金属迁移特性及控制 .电站系统工程， 0 4 2 ( ) 20,0 1 7 Z e gMig u郑明辉 ),Lu P n y (鹏岩 ),B oZ i e g h n n h i( i ega刘 n a hc n h(包志成 ) ee r h P o rs f omai n e o p s in o . sac rg es R o F r t n a d D c m o io o t f

9 .6%:4 0 99 8 16%时，达到 l0 g O%t J以看出，。可温度越高，二恶英的分解越彻底。但这又降低了熔融的经济性。 C 0和液体陶瓷 ( C)垃圾焚烧飞灰熔融过程二恶英 a L对分解有重要影响，其是液体陶瓷 (C)尤 L添加剂对二恶英的高温分解具有促进作用，液体陶瓷(C是日本针对飞灰熔融过 L)程中产生的重金属和二恶英而研发出的一种添加剂。润东李

Dois ce c vs科学通报 ),19, 4 ( ) i n l ineA i x S o( 9 9 4 58 Ol K, Veme ue . tig r O1 i e r n lnHuzn e Cho db nz2 2 io is n lr ie o p dx xn a d o C lrdb nou a s Ar a e C mp u d l h a d F u s ho o ie zfrn eTrc o o n so Fy As n f l e Gao o Mu ii a I cn r tr i t e f S me n c p l n i e a o s n h Ne t e l n sCh mo p e e rh ra d . e s h r,

嘲等人研究发现： 10%以及氧化性气氛下，C的添加量在 40 L从 0到 1%变化时， 0二恶英分解率呈上升趋势， 1%的添在 0加量时分

解率达到 10 L 0%。 C添加剂对二恶英的分解促进作用对温度有较强的依赖性： 9 0在 0%和 10%时加入 1%的 10 O

17, ( ) 9 7 6 8

9李润东，等垃圾焚烧飞友熔融过程二恶英分解特性 .化工学报，20 5 ( ) 0 4, 5 4

27o. o.20 o N