垃圾焚燒飛灰高溫熔融二噁英零排放技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用

福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院　陳　棋

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垃圾焚燒飛灰高溫熔融二噁英零排放技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用

福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院陳棋

[摘要]該文介紹了垃圾焚燒飛灰高溫熔融二噁英零排放技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用過程，提出一種飛灰高溫熔融處理新工藝，將飛灰送入1350～1500℃的旋風(fēng)爐內(nèi)熔融處理，獲得飛灰中二噁英分解率大于99.9%的優(yōu)化條件。研究飛灰經(jīng)高溫熔融處理后，急冷熔渣及靜電除塵器捕集灰中二噁英、重金屬含量及其浸出毒性，探索飛灰經(jīng)高溫熔融后作為水泥原料和建筑材料的可行性，獲得飛灰與煤粉的合理比例。

[關(guān)鍵詞]垃圾焚燒飛灰高溫熔融二噁英零排放

1　國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢及市場需求

目前國內(nèi)外垃圾焚燒廠普遍采用噴石灰漿或消石灰粉末脫除尾氣中的酸性氣體HCl、SO2，噴活性炭吸附煙氣中二噁英和重金屬，配合布袋除塵器，將尾氣中的煙塵、重金屬和二噁英收集在布袋除塵器內(nèi)去除。采用上述污染控制工藝，布袋除塵器捕集灰（簡稱飛灰）中的重金屬、二噁英嚴(yán)重超標(biāo)。目前國內(nèi)報(bào)道的爐排爐布袋捕集飛灰中二噁英含量有的高達(dá) 7530ng-TEQ/kg。我國生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB18485—2001）明確指出，垃圾焚燒飛灰屬危險(xiǎn)廢物，不能隨意填埋堆放。而目前國內(nèi)垃圾焚燒廠幾乎未作穩(wěn)定處理就按普通灰填埋處理或作他用，處于無序排放狀態(tài)，勢必對大氣、地下水及土壤構(gòu)成潛在威脅。爐排爐產(chǎn)生的飛灰占垃圾焚燒量的3%～5%，而循環(huán)流化床焚燒爐產(chǎn)生的飛灰占垃圾焚燒量的10%～15%，因此，對于日處理1000噸垃圾的發(fā)電廠，每天產(chǎn)生飛灰量是驚人的，如果處理不善，將對環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。

發(fā)達(dá)國家為了實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒二噁英零排放，研發(fā)出一種新型“垃圾氣化熔融一體化焚燒爐”，但由于造價(jià)是常規(guī)焚燒爐的5～6倍，不符合我國目前的經(jīng)濟(jì)條件，而且，這種焚燒爐要求垃圾熱值在 8500kJ/kg以上系統(tǒng)才能穩(wěn)定運(yùn)行，而我國垃圾熱值平均在 4000kJ/kg左右，應(yīng)用條件還不成熟，因此國內(nèi)還未引入這種類型的焚燒爐。

由于我國目前投運(yùn)的所有垃圾焚燒爐廠產(chǎn)生的飛灰都未作無害化處理，預(yù)計(jì)每天產(chǎn)生的飛灰量按5%～10%焚燒量計(jì)算，將達(dá)到2400～4800t/d。飛灰處置壓力很大，而目前還沒有可用的成熟技術(shù)，市場對飛灰熔融技術(shù)及設(shè)備需求量很大。

2　項(xiàng)目主要內(nèi)容

2.1主要技術(shù)內(nèi)容、總體目標(biāo)

“垃圾焚燒飛灰高溫熔融二噁英零排放技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”項(xiàng)目已列入福建省科技攻關(guān)計(jì)劃。該項(xiàng)目提出一種飛灰高溫熔融處理新工藝，將飛灰送入1350～1500℃的旋風(fēng)爐內(nèi)熔融處理，獲得飛灰中二噁英分解率大于 99.9%的優(yōu)化條件；研究飛灰經(jīng)高溫熔融處理后，急冷熔渣及靜電除塵器捕集灰中二噁英、重金屬含量及其浸出毒性，探索飛灰經(jīng)高溫熔融后作為水泥原料和建筑材料的可行性，獲得飛灰與煤粉的合理比例。

2.2需解決的技術(shù)瓶頸和技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)我國實(shí)際情況，本項(xiàng)目提出以煤為輔助燃料的飛灰高溫熔融處理思路，以旋風(fēng)爐技術(shù)為基礎(chǔ)，提出將飛灰送入旋風(fēng)爐內(nèi)高溫熔融，在1350～1500℃溫度下，將垃圾焚燒飛灰中二噁英徹底分解，同時(shí)將飛灰中的重金屬包裹在熔渣里而不能浸出，從而實(shí)現(xiàn)飛灰的無害化。

該項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)飛灰中二噁英分解率大于 99.9%；飛灰經(jīng)高溫熔融后完全無害，可資源化利用，還原性氣氛下 NOx排放濃度小于450mg/m3，解決了現(xiàn)有國外技術(shù)高溫熔融處理飛灰成本太高的問題，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

3　研究方法和技術(shù)路線

本項(xiàng)研究采用實(shí)驗(yàn)室研究與現(xiàn)場旋風(fēng)爐中試試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法。其技術(shù)路線是：在實(shí)驗(yàn)室研究多種類煤粉與兩種典型垃圾焚燒飛灰（分別來源循環(huán)流化床和爐排爐的飛灰）混合后的熔融特性及NOx排放特性；在一臺75t/h旋風(fēng)爐上進(jìn)行飛灰與煤粉在特定比例下的高溫熔融試驗(yàn)，研究尾氣、熔渣及靜電除塵器捕集飛灰中重金屬、二噁英含量及NOx、SO2、HCl排放濃度，研究熔渣及靜電除塵器捕集飛灰中重金屬浸出毒性，評估飛灰作為建筑材料的可行性。

4　項(xiàng)目試驗(yàn)研究結(jié)果

在一臺 75t/h旋風(fēng)爐上進(jìn)行飛灰高溫熔融試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果如下：

4.1二噁英檢測結(jié)果

首先對原始飛灰中二噁英含量進(jìn)行檢測，測得原始飛灰中二噁英含量為 201～375ng-TEQ/kg，飛灰經(jīng)高溫熔融后，急冷熔渣中二噁英的含量為 2～3ng-TEQ/kg；尾氣中煙塵二噁英含量為 0.018ng-TEQ/m3，尾氣中煙氣二噁英含量為0.015ng-TEQ/m3，尾氣二噁英總含量為0.033ng-TEQ/m3；靜電除塵器捕集飛灰二噁英含量為 23～26ng-TEQ/kg。從試驗(yàn)結(jié)果看，尾氣中二噁英含量遠(yuǎn)低于國際發(fā)達(dá)國家的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)（0.1ng-TEQ/m3），更低于我國現(xiàn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)（1ng-TEQ/m3）。急冷熔渣及靜電除塵器捕集飛灰中二噁英含量非常低，完全無害，可以循環(huán)利用。

4.2重金屬檢測結(jié)果

原始飛灰、靜電除塵器飛灰以及熔渣中的重金屬檢測結(jié)果表明，原始飛灰中重金屬含量遠(yuǎn)高于焚燒后靜電除塵飛灰以及急冷熔渣。重金屬浸出試驗(yàn)結(jié)果表明，盡管原始飛灰、靜電除塵器飛灰以及熔渣中重金屬浸出量都低于國家危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)允許的最高允許濃度，但是急冷熔渣及靜電除塵器捕集灰中重金屬的浸出量低于原始飛灰1～2個(gè)數(shù)量級。由此可見，飛灰經(jīng)過高溫熔融處理后，尾氣、急冷熔渣、除塵器捕集灰是無害的，急冷熔渣、除塵器捕集灰可以直接資源化利用。

4.3NOx及SO2排放濃度

從空氣預(yù)熱器出口抽取煙氣檢測尾氣中的NOx及SO2排放濃度可見，NOx排放濃度高于國家排放標(biāo)準(zhǔn)，這也是旋風(fēng)爐自身的弱點(diǎn)，未來新設(shè)計(jì)的旋風(fēng)爐飛灰熔融爐需要考慮在二燃室采用噴 NH3或尿素進(jìn)行 SNCR脫硝，在尾部 280～320℃范圍內(nèi)增設(shè)噴NH3進(jìn)行SCR脫硝工藝，確保尾氣NOx濃度達(dá)到國家現(xiàn)行環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。由于尾部沒有脫硫裝置，所以，SO2濃度也超標(biāo)，因此，需要增加脫硫裝置。

4.4HCl排放濃度

由于焚燒飛灰中含有較高濃度Cl，它們主要是氯的金屬化合物以及飛灰中含有機(jī)氯化合物（二噁英類），在高溫下分解生成HCl存在于煙氣中，測試結(jié)果表明，在尾氣中氧濃度為8%～9%時(shí)，煙氣中HCl濃度為43～65mg/m3，低于目前環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)（100 mg/m3）。

通過 75t/h旋風(fēng)爐中試試驗(yàn)，獲得飛灰中二噁英分解率大于99.9%的優(yōu)化條件是：焚燒溫度大于1350;℃獲得焚燒飛灰中重金屬遷移規(guī)律即重金屬主要包裹在熔渣及飛灰內(nèi)，熔渣、靜電除塵器飛灰中的重金屬浸出毒性遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。

所有這些研究結(jié)果表明，垃圾焚燒飛灰經(jīng)過高溫熔融處理后屬于無害物質(zhì)，可以資源化利用，達(dá)到了原來預(yù)期的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn):

[1] 中國科學(xué)院水生生物研究所二噁英檢測實(shí)驗(yàn)室.二噁英檢測報(bào)告[R].2007.

[2] GB 18485—2001, 生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[3] GB 5085.3—1996, 危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——浸出毒性鑒別[S]．