生活垃圾焚燒發(fā)電廠飛灰靜壓減容技術(shù)研究

劉志鵬

關(guān)鍵字 垃圾焚燒；螯合固化；飛灰；靜壓減容

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，生活垃圾產(chǎn)生量持續(xù)增長，對(duì)我國生態(tài)環(huán)境、社會(huì)發(fā)展的影響日益加劇。生活垃圾處理技術(shù)中，垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)因其具有減容顯著、減少二次污染的環(huán)保優(yōu)勢(shì)以及替代燃煤的資源特點(diǎn)，在我國得以迅速發(fā)展。飛灰是垃圾焚燒的必然產(chǎn)物，富集高浸出濃度的重金屬、可溶鹽和二噁英、呋喃等有機(jī)污染物，屬于危險(xiǎn)廢物（《國家危險(xiǎn)廢物名錄》編號(hào)HW18），產(chǎn)量占焚燒垃圾量的3%～5%。

我國生活垃圾焚燒飛灰產(chǎn)量巨大，隨著垃圾焚燒產(chǎn)業(yè)的增長，未來還將繼續(xù)增加。2017 年全國生活垃圾清運(yùn)量為2.15 億噸，生活垃圾焚燒量為8463 萬噸，生活垃圾焚燒率為39.33%，并且焚燒處理比例逐年上升。2020 年，飛灰產(chǎn)生量預(yù)計(jì)將達(dá)到1000 萬噸。

1 垃圾焚燒飛灰處理處置技術(shù)

目前，焚燒飛灰處理處置的常用方式包括兩大類：固化穩(wěn)定化填埋和資源化利用。

1.1 固化穩(wěn)定化填埋

固化穩(wěn)定化填埋是目前國內(nèi)外主流的飛灰處置技術(shù)，但在填埋操作上有所不同，歐美國家一般送入危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)。我國2008 年修訂頒布的《生活垃圾衛(wèi)生填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，飛灰經(jīng)預(yù)處理滿足一定的入場(chǎng)要求后，可以進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)的獨(dú)立單元進(jìn)行填埋。

固定穩(wěn)定化填埋技術(shù)包括水泥固化、熔融固化和化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)。

（1）水泥固化因具有成本低廉、工藝簡單、固化產(chǎn)物強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用，該技術(shù)將垃圾焚燒飛灰和水泥按一定比例混合，加入適量的水，經(jīng)水化反應(yīng)后形成堅(jiān)固的水泥固化體。其原理是通過吸附、沉降、離子交換、鈍化等方式，使重金屬離子以氫氧化物或絡(luò)合物的形式固化于水泥水化產(chǎn)物中，從而降低飛灰中有害成分的可滲透性，達(dá)到穩(wěn)定化、無害化處理的目的。但經(jīng)水泥固化處置后，飛灰中的重金屬難以達(dá)到長期穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）熔融固化技術(shù)是指將飛灰和細(xì)小的玻璃質(zhì)混合，在高溫條件下使飛灰中的有機(jī)物燃燒氣化，無機(jī)物熔融成玻璃質(zhì)固化體。熔融固化后，重金屬能夠穩(wěn)定固化于玻璃體SiO 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)。因熔融技術(shù)具有能耗大、成本高等缺點(diǎn)，制約了在國內(nèi)的推廣和應(yīng)用。

（3）固定重金屬，可以采用化學(xué)藥劑穩(wěn)定化技術(shù)，利用化學(xué)藥劑通過化學(xué)反應(yīng)將重金屬離子轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿芙庑?、低遷移性及低毒性的沉淀物或穩(wěn)定的絡(luò)合物，具有添加量小、固化效果好、長期穩(wěn)定性能高等優(yōu)點(diǎn)，但因飛灰成分波動(dòng)大，目前仍難以開發(fā)具有普適性的穩(wěn)定劑。

1.2 資源化利用

資源化利用，主要包括兩大類：水泥窯協(xié)同處理、等離子體氣化熔融處置技術(shù)。

（1）水泥窯協(xié)同處理，具有窯內(nèi)溫度高、窯內(nèi)湍流強(qiáng)烈、堿性氣氛等特點(diǎn)，且飛灰的成分與水泥原料接近，是消除飛灰中有害有機(jī)物和固定重金屬的有效手段。但水泥生產(chǎn)對(duì)進(jìn)料成分特別是氯離子含量要求極高，飛灰入窯前必須進(jìn)行預(yù)處理，降低氯化物含量。

（2）等離子體氣化熔融處置技術(shù)，是利用等離子體炬產(chǎn)生的高強(qiáng)度熱量作為氣化熔融爐的熱源，完全分解二噁英及其他有機(jī)污染物。最終，形成玻璃態(tài)無機(jī)物的一項(xiàng)新型無害化技術(shù)，但與玻璃熔融固化方式類似，也存在能耗大、成本高的缺點(diǎn)。

2 垃圾焚燒飛灰靜壓減容技術(shù)

生活垃圾焚燒飛灰屬于危險(xiǎn)廢物，按照法規(guī)要求，一般采用加入螯合劑和水泥進(jìn)行穩(wěn)定化和固化處理，滿足《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）要求后，轉(zhuǎn)運(yùn)至生活垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行衛(wèi)生填埋。

由于在飛灰中加入了螯合劑和水泥，質(zhì)量和體積都有明顯增加，且進(jìn)入填埋場(chǎng)的飛灰密度也較小，一般約為0.8-0.9 g/cm3。隨著國內(nèi)各地區(qū)（特別是發(fā)達(dá)地區(qū)）新建填埋場(chǎng)規(guī)劃用地日趨緊張，現(xiàn)有填埋場(chǎng)的庫容利用效率日益受到政府和相關(guān)職能部門的高度重視。

將粉狀飛灰進(jìn)行靜壓減容方式制成磚塊式飛灰，可以有效減少單位飛灰的體積，提高現(xiàn)有填埋場(chǎng)的使用年限，提高填埋場(chǎng)的利用效率，降低生物質(zhì)電廠的運(yùn)營成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 垃圾焚燒飛灰靜壓減容生產(chǎn)線

目前依托國內(nèi)某垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)，已完成一套垃圾焚燒飛灰靜壓減容生產(chǎn)線，以液壓靜壓機(jī)為核心設(shè)備，將飛灰通過模具塑型壓制成高密度磚塊，并通過自動(dòng)碼垛系統(tǒng)進(jìn)行打包。

生產(chǎn)線主要由原料存儲(chǔ)輸送系統(tǒng)（1）、皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)（2）、過渡存料系統(tǒng)（3）、喂料系統(tǒng)（4）、壓磚成型系統(tǒng)（5）、出磚系統(tǒng)（6）、打包碼垛系統(tǒng)（7）、回板清掃及翻板系統(tǒng)（8）、送板系統(tǒng)（9）、液壓系統(tǒng)（10）、電控系統(tǒng)（11）、托盤輸送系統(tǒng)（12）、除塵系統(tǒng)（13）等組成，其總圖見圖1。

已進(jìn)行水泥/化學(xué)藥劑穩(wěn)定化的飛灰被送入原料儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)，通過皮帶輸送系統(tǒng)進(jìn)入過渡存料系統(tǒng)，按照系統(tǒng)節(jié)拍由喂料系統(tǒng)送入壓磚成型系統(tǒng)，在下模板上被壓制成塊狀；塊狀灰磚及下模板由送板系統(tǒng)送入的下一工作過程的下模板推出壓磚成型系統(tǒng)，進(jìn)入打包碼垛系統(tǒng)，由碼垛機(jī)上夾頭將灰磚從下模板上取出，并送入并行的碼垛托盤上。

圖1 飛灰靜壓減容生產(chǎn)線

圖2 改造取料打包碼垛線

下模板在灰磚被取出后，經(jīng)由回板清掃及翻板系統(tǒng)送入送板系統(tǒng)，模版上殘留的物料被清除干凈，并在下一工作流程中使用上次壓制時(shí)的背側(cè)，使模板兩側(cè)磨損均勻，延長模版的使用壽命。當(dāng)壓磚成型系統(tǒng)完成一次壓制，上模面離開下模板后，送板系統(tǒng)將新的下模板送入壓磚成型系統(tǒng)，新的下模板將壓磚成型系統(tǒng)內(nèi)的下模板推出，完成一個(gè)完整的工作流程。

4 垃圾焚燒飛灰靜壓減容生產(chǎn)線改造

由于現(xiàn)有飛灰靜壓減容生產(chǎn)線每個(gè)工作節(jié)拍中都要使用下模板，并在打包碼垛系統(tǒng)將灰磚取出后，下模板要經(jīng)過一整套生產(chǎn)線回到送板系統(tǒng)中，動(dòng)作機(jī)構(gòu)多，控制流程煩瑣，生產(chǎn)線故障率偏高，使用穩(wěn)定性較差。

為提高生產(chǎn)線穩(wěn)定性，降低故障率，決定對(duì)飛灰靜壓兼容生產(chǎn)線進(jìn)行改造，將原本循環(huán)使用的下模版固定在壓磚成型系統(tǒng)中，并由原來的塑料材質(zhì)改為金屬材質(zhì)，提高使用壽命。

原本壓制后的灰磚隨下模板運(yùn)動(dòng)進(jìn)入打包碼垛系統(tǒng)，新設(shè)計(jì)改為由一臺(tái)平動(dòng)夾取裝置直接從壓磚成型系統(tǒng)中取出，并向后運(yùn)動(dòng)放入由液壓升降平臺(tái)及地面輥道組成打包碼垛系統(tǒng)中。

改造后的取料及打包碼垛系統(tǒng)主要由自動(dòng)取磚設(shè)備（1）、液壓升降平臺(tái)（2）和動(dòng)力輥道組成（3），其組成見下圖2。

在壓磚成型系統(tǒng)完成塊狀灰磚壓制后，自動(dòng)取磚設(shè)備的夾頭伸入壓磚成型系統(tǒng)內(nèi)，在上模板與下模板之間將灰磚夾取牢固，之后夾頭在液壓系統(tǒng)作用下后退進(jìn)入液壓升降平臺(tái)范圍內(nèi)，將灰磚放置在碼垛托盤上，當(dāng)一層灰磚鋪滿后，液壓升降平臺(tái)下降一定高度，完成下一個(gè)工作循環(huán)直到碼垛完成，托盤在動(dòng)力輥道作用下推至叉車取貨位置，并將新托盤送入碼垛位置。

改造后的生產(chǎn)線較原有設(shè)計(jì)問題性有所提高，但對(duì)系統(tǒng)的工作效率產(chǎn)生一定影響，低于改造前的生產(chǎn)能力，但能滿足目前所依托企業(yè)的生產(chǎn)能力。

5 壓制后灰磚的理化性能

5.1 浸出毒性檢測(cè)

為了分析和研究螯合灰經(jīng)壓制成塊后與原螯合灰浸出毒性的差異，以及飛灰壓塊的綜合物理性能，委托專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)飛灰浸出毒性進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)選用HJ/T 300-2007 固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法中規(guī)定的浸提劑，用于檢測(cè)原螯合飛灰與飛灰壓塊的毒性。從檢測(cè)結(jié)果分析，原螯合灰經(jīng)壓制成塊后，除了鋇元素的浸出毒性量有所輕微增加（遠(yuǎn)小于國標(biāo)限值），其他所有檢測(cè)項(xiàng)均有明顯降低，且遠(yuǎn)小于國標(biāo)限值，檢測(cè)表及國標(biāo)限制見表1。

表1

表2

結(jié)論：通過飛灰靜壓減容技術(shù)處理，飛灰壓塊的浸出毒性優(yōu)于原螯合灰的浸出毒性，完全能夠滿足《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）

5.2 二噁英類檢測(cè)

原螯合飛灰與飛灰壓塊二噁英類檢測(cè)結(jié)果如表2。

從檢測(cè)結(jié)果分析，原螯合灰經(jīng)壓制成塊后，二噁英類總量明顯降低，且均小于《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）中規(guī)定限制的 3 μgTEQ/kg。

5.3 飛灰壓塊綜合物理性能檢測(cè)

為了驗(yàn)證飛灰壓塊成品在后續(xù)運(yùn)輸和填埋過程中的穩(wěn)定性和可靠性，確保能夠?qū)w灰壓塊成品轉(zhuǎn)運(yùn)至生活垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行衛(wèi)生填埋，委托了專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行飛灰壓塊成品的各項(xiàng)綜合物理性能檢測(cè)（見表3）。

檢測(cè)方法根據(jù)GB/T 4111-2013《混凝土砌塊和磚試驗(yàn)方法》，對(duì)飛灰壓塊成品的吸水率、相對(duì)含水率、干燥收縮值、軟化系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、塊體密度等進(jìn)行了詳細(xì)檢測(cè)。

綜合物理性能檢測(cè)結(jié)論：通過飛灰靜壓減容技術(shù)處理，飛灰壓塊的各項(xiàng)物理性能指標(biāo)已達(dá)到混凝土砌塊和磚塊的性能指標(biāo)，能夠保證其在后續(xù)運(yùn)輸和填埋過程中的穩(wěn)定性和可靠性。

6 結(jié)語

通過飛灰靜壓減容技術(shù)，可將生活垃圾焚燒發(fā)電廠產(chǎn)生的飛灰比重從0.8-0.9 kg/m3提高至1.65 kg/m3，同重量的飛灰體積減小近一半，從而可以將原有的飛灰填埋場(chǎng)的使用年限提高一倍，這對(duì)提高土地使用率是非常有益的，可以有效緩解目前有關(guān)填埋場(chǎng)用地緊張的局面，同時(shí)可以降低生活垃圾焚燒發(fā)電廠的運(yùn)營成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

目前的靜壓減容生產(chǎn)線生產(chǎn)能力偏低，設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，已開展下一代生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)研究工作，減少設(shè)備總量，提高工作能力。

表3