垃圾焚燒廠爐渣干法分選工藝設(shè)計研究

文/張惠林

目前，國內(nèi)的垃圾焚燒項目快速發(fā)展，焚燒的生活垃圾量越來越多，國內(nèi)的生活垃圾處理逐步由以往的填埋無害化處理向焚燒無害化處理轉(zhuǎn)變[1-3]。根據(jù)《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃要求到2025 年城市生活垃圾資源化利用率將達到60%左右，“十四五”期間生活垃圾焚燒處理能力將提升至80 萬噸/日，較“十三五”規(guī)劃目標(biāo)的59.14 萬噸/日提升35.27%[4-7]。生活垃圾焚燒可使垃圾最大程度的減容，但仍熱會產(chǎn)生20%～30%的爐渣[8-12]，預(yù)計到2025 年全國的爐渣量估計超過2.0×105t/d。以往的爐渣主要采用填埋處理，既占用了大量的填埋場庫容，又浪費了資源[13-16]。目前，國內(nèi)填埋場庫容越來越緊張，爐渣填埋的成本越來越高，因而導(dǎo)致了國內(nèi)爐渣處理廠如雨后春筍般涌現(xiàn)。由于爐渣成分十分復(fù)雜，必須對爐渣進行分選處理，去除雜質(zhì)和金屬，得到高質(zhì)量的集料產(chǎn)品，方能實現(xiàn)爐渣的綜合利用。

目前，爐渣分選工藝主要分為干法分選工藝和濕法分選工藝，其中濕法分選工藝又可分選重選濕法分選工藝和洗滌式濕法分選工藝[17-19]。當(dāng)前國內(nèi)爐渣處理廠主要采用重選濕法分選工藝，僅少數(shù)爐渣廠采用干法分選工藝。而國外數(shù)量超過80%的爐渣廠采用干法分選工藝，剩余爐渣廠采用洗滌式濕法分選工藝。雖然濕法分選工藝存在金屬回收率高、集料產(chǎn)品質(zhì)量好、產(chǎn)品用途范圍廣等優(yōu)點，但也存在分選系統(tǒng)復(fù)雜、耗水量高、冬季結(jié)冰、設(shè)備腐蝕嚴重、水處理成本高等問題[20-25]。爐渣干法分選系統(tǒng)簡單，生產(chǎn)過程中不使用循環(huán)水，不會產(chǎn)生無水污染，具有占地面積小、維修費用低、管理方便和生產(chǎn)環(huán)境好等優(yōu)點，是國內(nèi)爐渣分選工藝的發(fā)展的方向。因此，對于以回收金屬為主，對集料產(chǎn)品質(zhì)量要求較低，且處于高寒、缺水地區(qū)的項目，不宜采用濕法分選工藝，可考慮采用干法分選工藝。

1 爐渣干法分選工藝設(shè)計

工藝的設(shè)計是爐渣分選廠設(shè)計十分重要環(huán)節(jié)，其流程制定過程中需綜合考慮原料性質(zhì)、產(chǎn)品方案、用戶要求、產(chǎn)品回收率和經(jīng)濟效益等因素，并遵循技術(shù)先進、成熟高效、合理可行、回收率最大化的原則。具體說明如下：

（1）對原料的性質(zhì)進行成分分析，并進行篩分試驗，掌握詳細的物料試驗數(shù)據(jù)；

（2）結(jié)合原料成分和市場需求，制定合理的產(chǎn)品方案和分選技術(shù)指標(biāo)，如金屬回收率、再生集料含雜率等指標(biāo)；

（3）根據(jù)原料性質(zhì)和產(chǎn)品要求，合理選擇和搭配各個工藝環(huán)節(jié)，確保制定出的工藝流程先進合理、成熟高效，達到技術(shù)最優(yōu)；

（4）實際生產(chǎn)過程中，工藝可以靈活調(diào)整，并能根據(jù)用戶的要求分選出不同質(zhì)量規(guī)格的產(chǎn)品；

（5）選擇技術(shù)成熟可靠的工藝設(shè)備，合理搭配銜接，發(fā)揮設(shè)備的最佳效能，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率；

（6）在滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下獲得最大的產(chǎn)品回收率，降低再生集料的含雜率，提高爐渣的綜合利用效率，以期達到最高的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.1 工藝流程制定

爐渣干法分選工藝，主要分為上料、人工除雜、除鐵、預(yù)篩分、大料風(fēng)選、破碎、產(chǎn)品篩分、產(chǎn)品風(fēng)選、渦流分選等環(huán)節(jié)，其中預(yù)篩分的分級粒徑尺寸為20mm，產(chǎn)品篩分的粒徑尺寸為5mm、10mm。

工藝描述如下：采用鏟車或抓斗將爐渣送至上料斗內(nèi)，料斗下方設(shè)置連續(xù)給料的振動給料機。給料機將爐渣均勻、連續(xù)的輸送至下方輸渣膠帶機。在輸渣膠帶機的兩側(cè)設(shè)置人工分揀工位，可將爐渣中的大件雜物分揀出來，避免影響后續(xù)的分選系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。分揀出來的可燃雜物，采用車輛運至焚燒廠焚燒處理；不可燃物，運輸至填埋場處理。輸渣皮帶機的上方設(shè)置有多道除鐵器，可以將爐渣中的廢鐵分選出來，得到廢鐵產(chǎn)品。輸渣膠帶機將爐渣輸送至預(yù)篩分環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)采用篩孔為20mm 的滾筒篩，可以將爐渣篩分為0～20mm 和＞20mm 兩個粒級的物料，其中0～20mm 進入產(chǎn)品篩分環(huán)節(jié)，＞20mm 物料進入大料風(fēng)選環(huán)節(jié)。大料風(fēng)選環(huán)節(jié)采用風(fēng)選機將大料中的輕飄雜物分選出來，分選后的大料進入大塊破碎機進行破碎至＜20mm，然后返回至預(yù)篩分環(huán)節(jié)繼續(xù)篩分，從而形成了粒度控制的閉路循環(huán)，防止超尺寸物料進入下一環(huán)節(jié)。0～20mm 的物料進入產(chǎn)品篩分環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)可將物料篩分為0～5mm、5～10mm 和10～20mm 三種集料，其中5～10mm、10～20mm進入產(chǎn)品風(fēng)選環(huán)節(jié)，0～5mm直接作為集料產(chǎn)品。產(chǎn)品風(fēng)選環(huán)節(jié)采用風(fēng)選機對物料進行風(fēng)選，分選出其中的輕飄雜物，分選后的集料直接進入渦流分選環(huán)節(jié)進行處理。風(fēng)速為風(fēng)選機的最關(guān)鍵的指標(biāo)，需要根據(jù)輕飄物的密度進行合理的確定。渦流分選機主要是采用高速旋轉(zhuǎn)磁棍產(chǎn)生交變磁場切割有色金屬，在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦電流，進而在金屬內(nèi)部產(chǎn)生與磁棍磁場相反的磁場，有色金屬顆粒會因兩個磁場產(chǎn)生的排斥力而向前跳躍并從爐渣中分離出去。渦流分選環(huán)節(jié)可以將爐渣中的有色金屬分選出來，并得到5～10mm、10～20mm 再生集料產(chǎn)品。具體詳見圖1。

該工藝分選得到的0～5mm 集料產(chǎn)品，可作為填埋場覆土使用；5～10mm 和10～20mm 的集料產(chǎn)品可以作為路基集料使用。

圖1 干法分選工藝流程圖

1.2 設(shè)備選型

以300t/d 的爐渣處理規(guī)模為例，進行設(shè)備選型計算，具體設(shè)備選型結(jié)果詳見表1。

表1 主要設(shè)備選型表

2 控制噪聲設(shè)計

爐渣設(shè)備在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量噪聲，需要在設(shè)計時就考慮降噪措施。

2.1 工程設(shè)計降噪措施

（1）所有的爐渣分選工藝設(shè)備、原料和產(chǎn)品均布置在封閉的車間內(nèi)，降低車間內(nèi)噪聲對外界的影響；

（2）設(shè)備選型時，盡量選用符合標(biāo)準的低噪聲設(shè)備，從根源上降低噪聲；

（3）工藝布置時，在保證溜槽不積料的情況下，盡量降低落料高度，減小溜槽傾角，降低物料轉(zhuǎn)載時的噪聲；

（4）采用皮帶機輸送物料，盡量減少物料的車輛轉(zhuǎn)運，降低轉(zhuǎn)運車輛的噪聲。

2.2 運行措施

（1）加強員工的設(shè)備操作技能培訓(xùn)，做好設(shè)備的檢查和維護，降低設(shè)備的故障率，避免出現(xiàn)設(shè)備故障的噪聲；

（2）運行過程中盡可能的關(guān)閉無通風(fēng)、通行要求的門窗，減少室內(nèi)噪音的外泄；

（3）盡量白天運行，避免夜間運行，降低夜間噪聲。

3 控制粉塵設(shè)計

爐渣干法分選工藝對爐渣的含水量要求較嚴格，其含水量越低干法分選的效果越好。但爐渣含水量較低時，會在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的粉塵。因此，爐渣干法分選廠在設(shè)計和運營時，須考慮采取降塵措施，以滿足環(huán)保要求。

3.1 工程設(shè)計措施

（1）所有的爐渣原料和產(chǎn)品均布置在封閉的車間內(nèi)，降低車間內(nèi)粉塵對外界的影響，同時保護物料不受外界氣象的影響；

（2）產(chǎn)生粉塵較大的設(shè)備（如分級篩、破碎機），均設(shè)置外罩或者布置在單獨的封閉房間內(nèi)，減少粉塵外溢；

（3）工藝布置時，盡量降低落料高度，減少粉塵的產(chǎn)生量；

（4）在粉塵產(chǎn)生較多的地方，設(shè)置除塵器裝置，對含塵空氣進行過濾，降低車間的粉塵含量，保證車間內(nèi)的粉塵濃度符合當(dāng)?shù)丨h(huán)保規(guī)范要求。

3.2 運行措施

（1）保持爐渣合理的含水率，減少粉塵的產(chǎn)生；

（2）定期檢查除塵裝置，清理設(shè)備積灰，減少漏風(fēng)點，并定期更換濾芯，提高除塵效率；

（3）嚴格根據(jù)操作規(guī)范沖洗地面，保持車間地面的清潔，減少起塵點；

（4）加強車間的通風(fēng)，保持室內(nèi)空氣的流通，減少車間粉塵的集聚，減少對生產(chǎn)人員的危害。

4 經(jīng)濟效益測算

4.1 項目總投資

以處理規(guī)模為300t/d 的爐渣處理廠為例進行測算。爐渣分選車間的總投資約1500 萬元（不含征地費），其中土建費800 萬元，設(shè)備費400 萬元，安裝費200 萬元，其他費用100 萬元。

4.2 成本測算

分選車間的總用電負荷約200kW，勞動定員15 人。經(jīng)粗略測算，分選車間的電費約為30 萬元/年，燃油費為60 萬元/年，修理費為10 萬元/年，管理費15 萬元/年，綜合折舊費60 萬元/年，人工費50 萬元/年，總成本為225 萬元/年，綜合單位成本約為22.73 元/t。

4.3 收益測算

爐渣處理規(guī)模為300t/d，年處理量9.9×104t，年產(chǎn)再生集料約9.0×104t。經(jīng)過考察，爐渣廠的主要收入來源于金屬的銷售收入，再生集料的銷售收入占比非常少，且受建材市場的行情影響較大，本次測算將再生集料的銷售收入忽略不計。經(jīng)粗略測算，該規(guī)模的爐渣廠可年回收廢鐵2500t，銷售收入為200 萬元/年；廢鋁300t，銷售收入為180萬元/年；其他金屬50t，銷售收入為20萬元/年；項目金屬的總銷售收入為400 萬元，綜合單價收入40.40元/t。

因此，爐渣的稅前凈利潤約為17.67 元/t。根據(jù)國家相關(guān)政策，爐渣處理廠稅收優(yōu)惠政策。因此，經(jīng)粗略估算，達產(chǎn)后爐渣廠年凈利潤約174.93 萬元，投資回收期約8.57年。本項目為固廢處理項目，雖經(jīng)濟效益不高，但能夠取得很好的環(huán)境效益，其綜合效益是十分明顯的。

5 結(jié)論

爐渣分選工藝主要分為干法分選工藝和濕法分選工藝。國內(nèi)普遍采用濕法分選工藝，但干法分選工藝在高寒、缺水地區(qū)的具有一定的優(yōu)勢。

爐渣干法分選工藝，主要包括上料、人工除雜、除鐵、預(yù)篩分、大料風(fēng)選、破碎、產(chǎn)品篩分、產(chǎn)品風(fēng)選、渦流分選等環(huán)節(jié)，分選得到的0～5mm 集料產(chǎn)品，可作為填埋場覆土使用；5～10mm 和10～20mm 的集料產(chǎn)品可以作為路基集料使用。具體的工藝設(shè)置可根據(jù)爐渣原料性質(zhì)和產(chǎn)品要求，合理選擇和搭配各個工藝環(huán)節(jié)，確保制定出的工藝流程先進合理、成熟高效，達到技術(shù)最優(yōu)。

由于爐渣干法分選要求爐渣含水率較低，爐渣較為干燥，分選系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的噪聲和粉塵，項目設(shè)計和運營過程必須采取合理的降噪、除塵措施，以減少項目對環(huán)境的影響，滿足環(huán)保的要求。

對于處理規(guī)模為300t/d 的爐渣處理廠，經(jīng)粗略測算，達產(chǎn)后年凈利潤約174.93 萬元，投資回收期約8.57 年。本項目為固廢處理項目，雖經(jīng)濟效益不高，但能夠取得很好的環(huán)境效益，其綜合效益也是十分明顯的。