生活垃圾焚烧炉渣分选处理工艺研究

2013-08-28黄炳辉

绿色科技 2013年7期

黄炳辉

（广东省佛山市顺德区腾源环保水务工程有限公司，广东佛山 528300）

1 引言

近几年来，我国已有不少城市建成投产生活垃圾焚烧发电厂，通过焚烧，大大减少了垃圾的体积，彻底焚毁垃圾中的毒性物质，同时回收利用焚烧产生的废热。然而，焚烧过程中产生的副产物炉渣（包括炉排上残留的焚烧残渣和从炉排间掉落的颗粒物）因其资源丰富，产生量仍然较大（约占垃圾质量的20%～30%），且对环境具有一定的污染，因而日益备受人们的关注，并且已有不少的专家学者对其资源化利用进行了深入的研究。已有的研究和工程实践表明，炉渣的资源化利用是可行的[1]，但是由于炉渣中含有一定数量的Fe、有色金属（主要为Cu、Al）和未燃尽的剩余垃圾等，若直接利用可能会对人类健康和环境造成不利影响，另外，由于这些物质的存在也不能满足资源化利用所规定的技术要求，因此炉渣在资源化利用前，须对其进行分选预处理，以回收利用Fe、Cu、Al等废旧金属，分离收集未燃尽的剩余垃圾，并妥善处理。

2 炉渣的性质

2.1 物理性质

炉渣是由陶瓷和砖石碎片、石头、玻璃、熔渣、铁和其他废旧金属及未燃尽的可燃物组成的不均匀混合物。大颗粒炉渣（＞20mm）以陶瓷、砖块和铁为主，小颗粒炉渣（＜20mm）则主要为熔渣和玻璃。原状炉渣呈黑褐色，风干后为灰色，含水率为10.5%～19.0%，自然堆积密度为0.86g／cm3，振捣实密度则为1.05g／cm3。焚烧炉渣有刺激性气味，像臭鸡蛋，久闻有眩晕感。

炉渣中Fe的总含量在5%～8%，主要为铁罐和少量的铁丝、铁钉和瓶盖之类的物质。去除铁后的炉渣主要含熔渣、陶瓷碎片、砖石和玻璃，可燃物的总量小于0.5%，比较适合做材料利用。由于炉渣含Fe及有色金属（主要为Al），与酸性液体接触时，会产生H2，在炉渣资源化利用时可能会造成膨胀等不利影响。

炉渣粒径分布主要集中在2～50mm的范围内（占61.1%～77.2%），小于0.074mm 的颗粒不到0.6%，基本符合道路建材（骨料、级配碎石或级配砾石等）的级配要求[2]。

2.2 化学性质

焚烧炉渣的化学成分中，SiO2的含量最高，达45.03%，其次为CaO 和 Al2O3，分别为18.94% 和9.55%，碱含量为5.81%，其他化学成分的含量相对较少。炉渣的化学成分与用于水泥混凝土工业中的硅质混和材料，是十分相似的。炉渣矿物组成主要为α－SiO2，其次是方解石、钙长石等，与用于建筑的天然骨料相似[1]。

3 分选处理工艺

3.1 分选目的

将炉渣中可回收利用的或不利于资源化利用要求的物料分离收集，并妥善处理。将Fe、Cu、Al等废旧金属分离收集并回收利用；将未燃尽的布匹、塑料袋与长木条等可燃垃圾分离收集，返送垃圾焚烧发电厂内进行二次燃烧；将熔渣、陶瓷类碎片、玻璃和其他一些不可燃物质在分选过程中，经破碎和筛分后进行资源化利用或者运至垃圾填埋场作无害化填埋处理。

3.2 工艺流程

广东省佛山市某垃圾焚烧发电厂，设计日处理城市生活垃圾700t，炉渣产生量约为140～210t／d。其配套设计的炉渣分选处理场，主要采用破碎、筛分、磁力分选、跳汰分选、摇床分选等固体废物处理技术，取得十分满意的效果。通过分选预处理，每天分离收集Fe、Cu、Al等废旧金属4～5t，未燃尽的剩余垃圾40～50t，其余为剩余炉渣。剩余炉渣性质稳定，粒径分布均匀，可满足资源化利用的技术要求。炉渣分选处理工艺流程如图1所示。

3.3 工艺说明

垃圾焚烧发电厂焚烧炉产生的炉渣经出渣机输送，直接装入运输车，经地磅计重后，运达并卸放于炉渣分选处理场的分选前堆放场。

分选前堆放场设计堆放时间为2～3d，炉渣含有的水分在此被分离收集，炉渣含水率降低，初步干化炉渣。

用铲车将干化后的炉渣运至分选处理车间，并提升至喂料机。

图1 炉渣分选工艺流程

喂料机上设有粗格网，网格尺寸150mm×150mm，可将大件塑料袋、长木条等物质截留，通过人工分拣将其分离收集。

炉渣从喂料机落入皮带输送机Ⅰ，经输送并提升进入50mm转筒筛。

大于50mm的筛上物，主要含有粗大石头、溶渣、塑料袋、布匹、粗大铁件等，其中粗大石头和溶渣等经皮带输送机Ⅱ输送进入破碎机Ⅰ内进行破碎处理，然后再通过铲车返送入喂料机。在皮带输送机Ⅱ输送过程中，塑料袋和布匹等通过人工分拣被分离收集；粗大铁件通过磁选机Ⅰ被分离收集，实现第一次分离收集Fe。

小于50mm的筛下物，经皮带输送机Ⅲ输送并提升，经水力冲洗后进入破碎机Ⅱ。在输送机Ⅲ的中部，设有1台磁选机Ⅱ，在输送过程中，在磁力的作用下实现第二次分离收集Fe。

炉渣经破碎机Ⅱ破碎后，在水力作用下，自流进入跳汰机。在水力输送过程中，设有2台磁选机，从而实现第3次分离收集Fe，金属铁件再进入破碎机Ⅲ内进行破碎处理，将金属铁件破碎成细小均匀金属的颗粒，以便于后续金属的分类收集。破碎后再经磁选机Ⅳ磁选分离，实现第4次分离收集Fe。磁选物进入8mm转筒筛分离收集Fe，未被磁选的进入摇床处理，在摇床沟槽和水力的作用下，第1次分离收集有色金属颗粒，如Cu、Al等。

跳汰机设置2台，在水介质的作用下，密度大的有色金属颗粒群（如Cu、Al等）集中到底层，密度小的颗粒群（炉渣）进入上层。上层的炉渣被水平水流带到机外成为轻产物，下层的有色金属透过筛板排出成为重产物，重产物继续进入3台摇床，实现有色金属颗粒的第2次分离收集。

跳汰机上层轻产物随水流进入25mm转筒筛，25mm转筒筛的筛上物为相对细少的未燃尽的垃圾，如塑料、布块等。筛下物为细小的粒径均匀的炉渣，其主要成分为SiO2、CaO和Al2O3等，筛下物随水流进入分选后堆放场，进行渣水分离。

成品炉渣用铲车装车后，运至干化场进行干化处理。经干化处理后即可综合利用或者运到垃圾填埋场进行无害化填埋处理。

分离出来的水，经沉淀池沉淀处理后进入循环水池，然后通过循环泵供分选设备循环使用。

3.4 主要构筑物

垃圾分选处理场内主要构筑物有：分选处理车间1间，分选前堆放场1个，分选后堆放场1个，循环水池1组，办公楼（设有办公室、维修间、宿舍、厨房、卫生间等）1幢，门卫室1间，以及场内配套的道路、绿化、消防、照明等设施。

3.5 主要设备

垃圾分选处理场内主要设备有：50mm、25mm、8mm滚筒式筛分机各1台，皮带输送机4台，破碎机5台，磁选机5台，跳汰机2台，摇床4台，循环水泵6台，斗车2台，清洗搅拌机1台，运输车辆6台，铲车2台等。

4 炉渣资源化利用途径

炉渣经分选预处理后，炉渣中的Fe、Cu、Al等废旧金属得到回收利用，炉渣中未燃尽的剩余垃圾得到分离收集，并妥善处理，剩余炉渣可以综合利用，根据相关的研究及工程实践，剩余炉渣资源化利用途径主要有：石油沥青路面的替代骨料；水泥或混凝土的替代骨料；填埋场覆盖材料；路堤、路基等的填充材料；制造环保砖等[3～6]。