某市生活垃圾焚烧发电厂飞灰处理工艺探索和实践

卢圣良

（广州中和环境科技有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

根据国家对城市基础设施建设的要求，城市垃圾处理厂的建设是城市规划的重要组成部分，且城市生活垃圾的处理要做到“无害化、减量化、资源化”。虽然大部分城市建设了垃圾填埋场，但服务年限均有限。城市区域内生活垃圾的产生和消纳之间的矛盾日益凸显，如何全量化、无害化处理生活垃圾，是本次研究的重点。

目前，国内外有3 种最常见的生活垃圾处理方式：焚烧、堆肥和卫生填埋。除这3 种主要方式外，国外还有一些正在开发的新型处理技术，如化学/生物处理法、热解法、填海、堆山造景等方式。

焚烧过程中排放的飞灰属危险废物，因此飞灰的处置是垃圾无害化处理过程中的重要步骤。本研究介绍了国内外固化、稳定化、无害化处理飞灰的主要方法及优缺点，对某市生活垃圾焚烧发电厂飞灰处理系统工艺进行了探索与实践。

1 概况

据统计，某市生活垃圾填埋场进场量约650 t/d。随着该市的经济发展和人口的增长，生活垃圾产生量也在不断增加，预计生活垃圾产生量接近1000 t/d。

某市生活垃圾焚烧发电厂拥有两台500 t/d 的机械炉排焚烧炉，两台中温次高压余热锅炉（450 ℃，6.4 MPa），一台25 MW 中温次高压凝汽式汽轮机（440 ℃，6.2 MPa）及一台25 MW 的发电机，每天可处理1000 t 生活垃圾。

本厂烟气净化系统采用“低氮燃烧和SNCR（炉内脱销）+半干式脱酸+干法喷射+活性炭吸附+布袋除尘”的组合工艺。

工厂的废水和配套渗滤液经处理后可以回用。炉排焚烧炉产生的炉渣是一种常见的废物，可将其收集后运输到该市建筑废弃物及资源化利用厂。由于飞灰为危险废物，需要采用化学药剂稳定化工艺处理并达到无害标准后，将其运输至厂区附近的飞灰填埋场进行处理。

2 飞灰处理工艺方案

2.1 熔融稳定化技术

熔融稳定化技术在应用中主要有两种处理方式：烧结法和高温熔融法。

2.1.1 烧结法

烧结法是一种在高温下熔化飞灰废物（如待处理的玻璃薄片、玻璃粉和其他危险废物混合造粒）的方法[1]。改变飞灰的物理化学状态后，将其冷却形成玻璃稳定剂，高密度晶体结构可确保固化产物的永久稳定性[2]。

烧结法的优点有如下两点。

（1）系统结构紧凑，在水溶液、酸性溶液和碱性溶液中的渗出率很低。

（2）减容系数大。

但是烧结法的装置比较复杂，而且该方法需要高温环境即需要提供热能，处理费用较高。另外，熔融过程中也存在重金属氯化物挥发的问题。

2.1.2 高温熔融法

高温熔融法是利用燃料和电能将飞灰熔融至1400 ℃，并将其冷却形成炉渣的方法[3]。炉渣可以用作建筑材料，因此常运用此方法对大量飞灰进行无害再利用。

除了具备烧结法的优点外，该方法的最大优点是能够提取优质建筑材料[4]。然而，为了稳定物料，许多材料需要加热到熔点以上，这需要高能量和高成本。

2.2 水泥稳定化技术

水泥是最常用的稳定材料之一，已有100 多年的历史。水泥稳定化是指将水泥和灰按一定比例混合，并加入适量水以稳定水泥。在水泥水化过程中，通过吸附、化学吸附、沉淀、离子交换、钝化等方法实现飞灰稳定化处理。

水泥中的硅酸二钙、硅酸三钙通过水化反应转化为CaO·SiO2·mH2O 凝胶和Ca（OH）2·CaO·SiO2·mH2O凝胶，加入飞灰后形成CaO·SiO2稳定化物。

使用水泥的优点是成本经济、应用经验丰富、技术成熟、加工成本低、工艺设备简单。

但由于水泥的用量大，会导致稳定化物增容率高，而且飞灰对水泥的硬化、抗压强度等方面存在负面影响，处理后的砌块均难以达到较高的强度，影响后续的填埋。当使用混合水泥稳定化技术处理飞灰和含有大量有机物的生活垃圾时，垃圾中有机物分解产生的酸性物质（有机酸、二氧化碳等）降低了重金属在稳定材料中的稳定性，酸雨也可能改变其稳定性。

结果表明，单独使用水泥稳定化方法会增加二次污染的风险，对飞灰处理厂的施工和生产要求高，并增加成本。

2.3 化学药剂稳定化技术

由于常规的水泥稳定化技术存在缺陷，例如，稳定化物重量增加15%～20%以上，体积也随之增加，进而加大了填埋场库容压力，同时还存在着稳定化物受酸侵蚀的长期稳定性问题，使用高效化学稳定剂已成为重金属废物无害化处理领域一个新的研究方向。

化学药剂稳定化技术（也称为稳定技术）使用具有螯合功能的特殊化合物，主要用于选择性检测和分离金属离子溶液中的特定金属离子[5]。

螯合物通常比普通络合物更稳定，这种结构通常具有5 个或6 个元素的环状结构。为了形成更稳定的产品，化学实验中最常用的乙二胺四乙酸（EDTA）可以使2 个氮原子和4 个羧基氧原子与金属配合，其中1 个分子和6 个金属离子（钙）可以被紧紧包裹。

稳定剂含有第五族～第七族的配位原子和其他元素，主要元素为O、N、S。

化学药剂稳定化技术具有以下优点。

（1）具有很好的稳定效果，稳定化物达标填埋后，重金属溶出顾虑小。

（2）有很好的减容率，便于稳定化物的运输和填埋处理。

（3）该技术的工艺较简单，化学药剂的消耗量不大，场地面积需求也不大。

但是目前该技术采用的化学药剂均为专利产品，造价较高，采购有局限性，而且单独采用化学药剂，飞灰稳定化物[6]成形存在一定困难，其对药剂的配制和混炼设备的要求都较高。

2.4 湿式化学处理技术

湿式化学处理技术包括酸萃取、碱萃取、生物浸出和废气中和碳化等。

其中，酸萃取方法利用各种重金属在酸性条件下溶解度较高的特性，用硫酸、盐酸、乙酸和其他酸将锌或铅等重金属从飞灰中浸出，尤其是二次飞灰（熔融过程中产生的粉末），然后回收重金属。

酸萃取的缺点是重金属难以提取，而且必须处理过程中产生的排水、废物和污泥。因此，目前较少应用该方法。

2.5 水泥-化学药剂稳定化技术

针对采用单一处理方式均有不足的情况，国内开始研究水泥-化学药剂稳定化技术[7]。该技术是在飞灰中同时添加水泥材料和化学药剂，使飞灰中的重金属离子被捕捉、螯合，最终固定在成形的稳定化物中。该技术的优点如下。

（1）工艺简单，对设备的技术要求不高。

（2）成本较低，所需的水泥用量和稳定剂量都较小，购置也较方便。

（3）能源消耗小，不需要加热和电解设备。

根据目前类似项目的建设经验和经济数据分析，水泥-化学药剂稳定化处理后的飞灰稳定化物可作为普通废物直接填埋，其综合处理的成本甚至低于水泥稳定化成本（水泥稳定化物填埋费用较高）。

2.6 飞灰处理技术比较

以上各项技术均可用于飞灰的稳定化，其中较优的技术为水泥-化学药剂稳定化技术。但由于采用化学药剂[8]稳定化技术，即通过加入化学药剂对飞灰进行螯合反应，而不采用水泥，可以节省部分填埋空间。故该厂飞灰处理推荐采用化学药剂（螯合剂）稳定化技术。

3 飞灰处理工程技术方案

3.1 除灰系统

本装置由半干法反应塔和布袋除尘器组成。

3.1.1 飞灰及反应物产生量

飞灰和反应物可以经半干法反应塔和布袋除尘器处理后被分离出来。表1为额定运行条件下生活垃圾焚烧发电厂的飞灰排放量。

表1 飞灰排放量

3.1.2 飞灰收集与输送

半干法反应塔和布袋除尘器灰箱中的飞灰由刮板输送，再由斗式提升机输送至主厂房外的灰箱。

该厂设置了一个有效容积为300 m3的灰库，其容积可以满足远期3 台炉正常运行时约7d 的贮存量，灰库被布置在烟气净化区内。

3.2 飞灰稳定化系统

3.2.1 飞灰稳定化方案

稳定剂稳定化技术成熟，工艺简单，成本低，符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）的要求。该厂的飞灰稳定化系统采用螯合技术，使飞灰得到了安全处理。

3.2.2 飞灰稳定化处理工艺流程

来自生活垃圾焚烧发电厂的飞灰通过螺旋输送机被定量输送至灰库和混合器，飞灰在混合器中被混合。同时，启动螯合稀释液输送泵和供水系统，向混合器供应螯合剂和水。稳定浆液在稳定成型机中形成，之后在养护间进行养护，最后被运至飞灰填埋

区填埋。

3.2.3 设计规模及物料计算

该厂日产生飞灰约26.40 t，飞灰稳定化系统按1 班8 h 作业记，每小时需处理约3.3 t 飞灰，建议飞灰稳定化处理速度为15 t/h。

飞灰稳定化设备主要有灰库、盘式定量给料机、可变速螺旋给料机、飞灰混炼机、螯合剂供给装置和养生皮带输送机。

该装置采用全密封设计，可有效防止飞灰和产生异味，更具环保性。它还具有空气交换和加热系统，以保证产品稳定冷凝并适当干燥。

所采用的飞灰稳定化工艺中水、螯合剂的添加量建议分别为飞灰量的20%和3%。2×500 t/d 机组容量飞灰稳定化系统的物料消耗量如表2所示。

表2 2×500 t/d 机组容量飞灰稳定化系统的物料消耗量

稳定飞灰按照标准《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》（HJ/T 300—2007）进行测试，并按照《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）进行达标分析，达标后运送飞灰至飞灰填埋场进行安全处置。

通过特殊的运输方式运输飞灰，以防止运输过程中的泄漏。飞灰稳定化物的排灰量如表3所示。

表3 飞灰排灰量（稳定化后）

4 结语

随着经济的发展和人们环保意识的增强，未来城市生活垃圾焚烧飞灰的处理水平应随着污染物排放量的增加而不断提高。化学药剂稳定化工艺在飞灰达到无害水平后将其运输至飞灰填埋场，可实现安全无害的处理。