生活垃圾焚燒飛灰冷頂電熔融技術(shù)應(yīng)用探究＊

劉天璐，張艷春，劉 強(qiáng)，秦 謀，李 浩，張 君

（1.中國雄安集團(tuán)生態(tài)建設(shè)投資有限公司，河北 保定 071700；2.北京環(huán)衛(wèi)集團(tuán)房山有限公司，北京 102400）

1 工程背景概述

近年來，我國生活垃圾處理能力不斷提高，焚燒處理由于減量化效果好和資源利用率高等優(yōu)勢已成為垃圾處理的主流工藝之一。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2021 年我國運(yùn)行的生活垃圾焚燒無害化處理廠有583 座，日處理能力為7.195 33×105t/d，總處理量可達(dá)1.801 97×108t，以全國生活垃圾清運(yùn)量2.486 92×108t 為基數(shù)，則焚燒無害化處理率約為72.46%［1］。采用爐排爐技術(shù)的生活垃圾焚燒爐產(chǎn)生的原始飛灰約為垃圾焚燒量的2%～5%，采用循環(huán)流化床技術(shù)的生活垃圾焚燒爐產(chǎn)生的原始飛灰約為垃圾焚燒量的8%～13%［2］。根據(jù)GB 18485—2014 生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，垃圾焚燒飛灰屬于危險(xiǎn)固體廢物，必須進(jìn)行穩(wěn)定化處理，將其對環(huán)境和人體造成的威脅降到最低后方可進(jìn)行最終處置。因此，如何處置垃圾焚燒飛灰成為了亟需解決的重要課題。

1.1 國內(nèi)外飛灰固化和穩(wěn)定化技術(shù)

目前國內(nèi)外已有的生活垃圾焚燒飛灰固化和穩(wěn)定化處理工藝主要有3 種。

一是水泥窯處置法，即對飛灰進(jìn)行專業(yè)的水洗處理，再通過壓濾烘干，最后將分離后的飛灰送入水泥窯煅燒。由于飛灰中的氯元素會降低水泥的硬度和強(qiáng)度，故水泥熟料生產(chǎn)工藝控制要求決定協(xié)同處理飛灰的摻混百分比［3］。水洗產(chǎn)生的高濃度無機(jī)鹽廢水必須經(jīng)過處理去除其中的氯化物和重金屬，一般采用化學(xué)沉淀法去除水洗液中的重金屬成分，采用反滲透、蒸發(fā)結(jié)晶、電滲析等方法去除飛灰水洗液中的氯鹽［4］。Yan 等［5］通過研究將飛灰水洗液蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生的結(jié)晶鹽與KCl和LiCl 按照最佳混合比制成的儲能材料顯示出良好的熱穩(wěn)定性。

二是藥劑螯合固化穩(wěn)定化技術(shù)，即通過物理化學(xué)反應(yīng)將有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿芙庑?、低遷移性和低毒性物質(zhì)進(jìn)行分區(qū)填埋，這是目前國內(nèi)飛灰處理的主流工藝技術(shù)。這種技術(shù)一方面由于增加了螯合藥劑等，未達(dá)到減容減量的目的；另一方面隨時(shí)間推移螯合物中部分有毒有機(jī)物可能會逐漸溶出，對環(huán)境存在長期的、潛在的威脅［6］。Sun 等［2］研究了飛灰中潛在有毒元素在水泥基質(zhì)中的化學(xué)吸附、共沉淀、陽離子置換和物理包封等固化機(jī)制，發(fā)現(xiàn)飛灰中的氯化物、硫酸鹽和有毒元素初始含量對水合反應(yīng)有顯著影響；討論了鋁酸鈣水泥、鎂基水泥以及堿活性水泥這類新型水泥基螯合劑的固化優(yōu)勢，提出將城市固體廢物焚燒飛灰轉(zhuǎn)化為環(huán)保建筑材料是一個(gè)很有前景的方式，符合全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

三是熱處理技術(shù)，包括燒結(jié)、熔融和玻璃固化法。因?yàn)榛以闹饕煞峙c硅酸鹽類似，故參照冶金和玻璃工業(yè)技術(shù)，飛灰處理形成玻璃狀的熔渣，經(jīng)鑒定后可作為建筑骨材加以回收利用［7］。燒結(jié)法是指粉末顆粒在低于熔點(diǎn)溫度下，受熱將晶體中的氣體排出，粉末顆粒因此黏結(jié)呈致密堅(jiān)硬的燒結(jié)體［8］。熔融和玻璃固化法是利用高溫使固體廢物中的有機(jī)物質(zhì)（含毒性、腐蝕性、傳染性物質(zhì)）裂解氣化為可燃合成氣（主要成分為CO、H2）、無機(jī)物質(zhì)（含礦物質(zhì)、重金屬類物質(zhì)）高溫熔融為玻璃態(tài)物質(zhì)并回收利用［9］。其中國內(nèi)外飛灰熔融技術(shù)主要有3 種：①電阻灰熔融爐，以日本JFE 三相交流灰熔融技術(shù)和IHI 直流電阻灰熔融技術(shù)為代表；②燃料式灰熔融爐，以日本日立造船株式會社早期的柴油熔融爐和大同特殊鋼火焰式灰熔融技術(shù)為代表；③電弧爐，以日本大同特殊鋼電弧熔煉技術(shù)、日立造船雙電極等離子體電弧灰熔融爐和英國Tetronics 灰熔融技術(shù)為代表［10］。

在上述固化和穩(wěn)定化技術(shù)中，熔融固化技術(shù)對能源和投入的需求高、對殘?jiān)臏p容率高、固化效果好。我國飛灰熔融技術(shù)仍然處于研發(fā)階段，已經(jīng)有很多研究團(tuán)隊(duì)開展近工業(yè)化試驗(yàn)，但有許多技術(shù)難點(diǎn)亟需突破，目前尚無工程化穩(wěn)定運(yùn)行的報(bào)道［11］。

1.2 我國飛灰資源化利用政策及現(xiàn)狀

隨著城市周邊填埋場用地緊張和“無廢城市”的大力推進(jìn)，飛灰的“出路”問題嚴(yán)重制約生活垃圾焚燒產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。2020 年7 月，國家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合印發(fā)《城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)實(shí)施方案》，提出加快建設(shè)焚燒飛灰處置設(shè)施，其中京津冀及周邊、長三角、粵港澳大灣區(qū)、長江經(jīng)濟(jì)帶、黃河流域等重點(diǎn)區(qū)域要綜合考慮各因素跨區(qū)域布局建設(shè)飛灰協(xié)同處置設(shè)施，要探索推動(dòng)符合條件的飛灰危險(xiǎn)廢物豁免管理。2020 年8 月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布HJ 1134—2020 生活垃圾焚燒飛灰污染控制技術(shù)規(guī)范（試行），作為指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)，該技術(shù)規(guī)范規(guī)定了生活垃圾焚燒飛灰收集、貯存、運(yùn)輸、處理和處置過程的污染控制技術(shù)要求，首次對探索飛灰熔融處理提出了要求。2021 年5 月，國家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合印發(fā)《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》，提出鼓勵(lì)有條件的地區(qū)開展飛灰熔融處理技術(shù)應(yīng)用。2022 年1 月，國家發(fā)展改革委同生態(tài)環(huán)境部等3 部委研究制定《關(guān)于加快推進(jìn)城鎮(zhèn)環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》并報(bào)國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)施，明確提出要加快提高焚燒飛灰、滲濾液、濃縮液、填埋氣、沼渣、沼液處理和資源化利用能力。2023 年5 月，生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合國家發(fā)展改革委印發(fā)《危險(xiǎn)廢物重大工程建設(shè)總體實(shí)施方案（2023—2025 年）》，提出要在全國統(tǒng)籌布局建設(shè)一批以飛灰等為重點(diǎn)的區(qū)域性特殊危險(xiǎn)廢物集中處置中心。

為進(jìn)一步推動(dòng)飛灰資源化利用，各地在“無廢城市”建設(shè)過程中積極探索，大幅減少飛灰等危險(xiǎn)廢物填埋處置量，為此飛灰熔融技術(shù)越來越得到重視。本項(xiàng)目研究對象位于京津冀地區(qū)某生活垃圾處理設(shè)施，該處理設(shè)施安裝1 臺10 t/d 生活垃圾焚燒飛灰電熔融設(shè)備。本研究對該項(xiàng)目飛灰電熔融設(shè)備試運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，以期為后續(xù)新建或在建的飛灰熔融技術(shù)應(yīng)用設(shè)備提供基本數(shù)據(jù)，從而為我國探索飛灰熔融技術(shù)應(yīng)用提供實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。

2 工藝流程與設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 冷頂電熔融技術(shù)原理

在常溫下一般玻璃是絕緣材料，玻璃的電導(dǎo)率隨著溫度的升高而增大。一般玻璃的電阻率在常溫下為1011～1012Ω·m，而在熔融狀態(tài)下為10-2～10-3Ω·m。在高溫下熔融玻璃成為一種電導(dǎo)體，其中的金屬鈉離子、鉀離子等在電流通過時(shí)發(fā)生離子遷移產(chǎn)生焦耳熱，這就是玻璃電熔融技術(shù)。

本研究中的冷頂熔融爐是將飛灰與石英砂或碎玻璃混勻，調(diào)節(jié)飛灰中的硅、鈣、鋁及形成體成分的含量，使其滿足玻璃化學(xué)反應(yīng)的組成要求。采用玻璃電熔融技術(shù)在高溫1 000～1 300 ℃對飛灰進(jìn)行熔融處理，飛灰中的有機(jī)物發(fā)生熱分解被破壞，無機(jī)物中的SiO2在熔融處理后形成Si-O 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，把飛灰中重金屬包封固化在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，形成具有剛性的非晶態(tài)玻璃物質(zhì)。玻璃液面覆蓋1層生料，上部空間溫度約為70～170 ℃，即所謂的冷頂。熔化的產(chǎn)物在重力條件下形成分層，由排放口流出，玻璃體產(chǎn)物組成均勻，玻璃態(tài)熔渣使飛灰中重金屬形成不易浸出的形態(tài)。

玻璃電熔融過程的主要化學(xué)反應(yīng)如下：

1）碳酸鹽、硫酸鹽的分解反應(yīng)見式（1）～式（3）。

2）鈉鹽的熔融反應(yīng)見式（4）～式（5）。

3）硅酸鹽反應(yīng)和金屬元素（以M 表示）參與成核反應(yīng)，見式（6）～式（7）。

其中，金屬參與成核反應(yīng)是飛灰中重金屬被穩(wěn)定化處理的關(guān)鍵反應(yīng)，氧化鈉中的氧打斷了硅氧鍵是降低熔點(diǎn)的關(guān)鍵。

2.2 工藝流程及設(shè)備布置

10 t/d 生活垃圾焚燒飛灰冷頂電熔融工藝流程如圖1 所示。將原始飛灰、石英砂以及助溶劑等通過混料機(jī)等進(jìn)行混合，然后吊裝至冷頂熔融爐加熱熔融，熔融體通過急冷水淬形成玻璃水淬渣，熔融爐產(chǎn)生的煙氣通過煙道送至生活垃圾焚燒車間。

圖1 工藝流程示意Figure 1 Schematic of process flow

熔融車間設(shè)備布置平立面示意如圖2 所示，車間東側(cè)為生活垃圾焚燒車間，整個(gè)車間長19 880 mm，寬7 500 mm，車間自南向北布置有原料混合區(qū)、飛灰倉、電氣控制室、冷頂電熔融設(shè)備及操作檢修平臺，車間自混料機(jī)至熔融爐頂部布置有電動(dòng)葫蘆方便吊裝混合料。原料混合區(qū)內(nèi)布置有稱量區(qū)、翻斗提升機(jī)、混合機(jī)，電氣控制室布置有配電柜以及控制柜。冷頂電熔融設(shè)備西側(cè)布置有變壓器，東側(cè)設(shè)樓梯通往操作檢修平臺。

圖2 設(shè)備布置平立面示意Figure 2 The plan and sectional schematic of equipment layout

2.3 核心設(shè)備介紹

10 t/d 生活垃圾焚燒飛灰冷頂電熔融設(shè)備如圖3 所示。主要由機(jī)械自動(dòng)布料系統(tǒng)、冷頂熔融爐、出料系統(tǒng)、玻璃渣冷卻系統(tǒng)、玻璃渣收集轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)等組成。

圖3 窯爐正視圖示意Figure 3 Front view schematic of kiln

其中冷頂熔融爐主要包括熔爐主體、電氣系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)、循環(huán)水系統(tǒng)、電爐加熱和測溫元件等。熔爐主體選用十二邊形深池結(jié)構(gòu)窯爐，在結(jié)構(gòu)上分為熔化池、流液間、上升道和料道4 個(gè)部分。運(yùn)行時(shí)混合料緩慢向下進(jìn)入電極區(qū)，被熔化成玻璃液，飛灰中的重金屬被固定在玻璃相中。飛灰熔融系統(tǒng)采用連續(xù)排渣、間斷放熔鹽形式，配合料完全熔化后，玻璃液流經(jīng)流液間、上升道、料道，滴落到鏈板傳送機(jī)上，而后經(jīng)過急冷水淬得到一定粒度的玻璃水淬渣。熔融爐產(chǎn)生的煙氣引入垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)入口，隨生活垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣一并進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)處理。

冷頂熔融爐主要參數(shù)如表1 所示。電熔爐采用380 V 供電，電極加熱采用恒流控制方式，硅碳棒加熱采用恒溫控制方式。針對飛灰和玻璃等原料特性，通過合理的電極布置實(shí)現(xiàn)高溫熔化。主熔化頂布置2 個(gè)400 kVA 電極，上升道布置30 kVA 加熱電極，料道布置30 kVA 電極，料道碳棒空間布置40 kVA 電極加熱。

表1 冷頂熔融爐主要參數(shù)Table 1 Main parameters of the cold top electric melting furnace

2.4 飛灰及添加物物性參數(shù)

本項(xiàng)目試運(yùn)行采用的物料有飛灰、石英砂以及助溶劑。生活垃圾焚燒產(chǎn)生原始飛灰的主要化學(xué)成分是CaO、SiO2、Al2O3、Na2O、Fe2O3以及氯化物等，一般為微米級細(xì)顆粒（＜300 μm）。石英砂采用0.6～20.0 mm 碎玻璃，其中SiO2、CaO、A2O3、 MgO、 Na2O 占 比 分 別 為71.5%、 9.5%、1.0%、4.0%、14.0%。助溶劑采用工業(yè)級硼砂（Na2B4O7·5H2O）和純堿，其中硼砂為白色結(jié)晶性粉末，產(chǎn)自土耳其ETIMADEN。

3 運(yùn)行效果分析

在檢查確認(rèn)生產(chǎn)線所有材料設(shè)備狀況良好的前提下，嚴(yán)格按照圖4 升溫計(jì)劃曲線控制生產(chǎn)線升溫。升溫采用硅碳棒輻射加熱，配合電極在熔融玻璃內(nèi)部產(chǎn)生焦耳熱。升溫過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測窯爐狀況，隨著窯爐材料熱脹的情況調(diào)整相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)螺栓頂絲，保證窯爐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

圖4 生產(chǎn)線升溫計(jì)劃曲線Figure 4 Heating up plan curve of production line

當(dāng)爐內(nèi)實(shí)際溫度達(dá)到1 200 ℃，待預(yù)填的碎玻璃完全熔化后生產(chǎn)線順利出玻璃料（圖5），立即轉(zhuǎn)正式運(yùn)行調(diào)試。根據(jù)前期小試經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)飛灰添加比例為30% 時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)玻璃化并達(dá)到重金屬及二英浸出標(biāo)準(zhǔn)。故正式調(diào)試期間按照飛灰∶碎玻璃∶硼砂∶純堿=3.00∶2.33∶2.33∶2.33 比例進(jìn)料。正式出料運(yùn)行階段共14 h，玻璃熔融體出料共計(jì)5.9 t，折算后為10.11 t/d，滿足產(chǎn)能設(shè)計(jì)10 t/d（10 t 為混合體）的要求。

圖5 生產(chǎn)線窯爐內(nèi)及出料照片F(xiàn)igure 5 Photos of kiln interior and discharge

通過對此次運(yùn)行過程中原始飛灰以及熔融產(chǎn)生的玻璃水淬渣（圖6）進(jìn)行重金屬浸出和二英檢測，判斷飛灰熔融后產(chǎn)物的穩(wěn)定性。

圖6 添加飛灰前后玻璃產(chǎn)物Figure 6 Glass products before and after adding fly ash

重金屬檢測結(jié)果如表2 所示，原始飛灰中鎘（Cd） 與 鉛（Pb） 兩 項(xiàng) 重 金 屬 含 量 高 于GB 5085.3—2007 危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別中的限值，飛灰熔融產(chǎn)物樣品1#的各項(xiàng)參數(shù)均低于GB 5085.3—2007 中的限值。飛灰熔融產(chǎn)物樣品2#中鎘（Cd）與鉛（Pb）兩項(xiàng)重金屬含量仍高于GB 5085.3—2007 中的限值，但較原始飛灰中的浸出值分別減少了58.5%、48.1%。通過重金屬檢測結(jié)果分析，熔融工藝對各項(xiàng)重金屬有明顯的固化效果，說明重金屬取代硅酸鹽礦物中部分Ca2＋、Al3＋而包封在硅酸鹽的網(wǎng)狀晶格中，故飛灰熔融技術(shù)在工藝上具備可行性。但由于飛灰與助溶劑等混合不均勻，導(dǎo)致熔融產(chǎn)物的重金屬浸出特性不穩(wěn)定。

表2 重金屬檢測結(jié)果Table 2 Heavy metal detection results

圖7 熔融前后飛灰中二英異構(gòu)體濃度分布Figure 7 Concentration distribution of dioxin isomer in fly ash before and after melting

無論在原始飛灰中還是在熔融產(chǎn)物中，氯代化合物（T4CDD/Fs+P5CDD/Fs+H6CDD/Fs） 的含量明顯低于高氯代化合物（H7CDD/Fs+ O8CDD/F），說明高氯代二英類揮發(fā)性比低氯代化合物低，更容易凝結(jié)在產(chǎn)物中［12］。原始飛灰和飛灰熔融產(chǎn)物的二英濃度檢測結(jié)果如表3 所示，原始飛灰的17 種二英同系物毒性當(dāng)量總和約為0.16 μg-TEQ/kg，飛灰熔融產(chǎn)物的毒性當(dāng)量總和約為0.011 μg-TEQ/kg，約占原始飛灰的6.88%。以上說明熔融工藝能有效減少固體產(chǎn)物中的二英濃度，降低熔融產(chǎn)物的毒性當(dāng)量。

表3 二英檢測結(jié)果Table 3 Test results of dioxin

表3 二英檢測結(jié)果Table 3 Test results of dioxin

二images/BZ_61_423_508_467_553.png英類I-TEFs 原始飛灰飛灰熔融產(chǎn)物組分濃度/（μg/kg）1多氯二苯并對二images/BZ_61_423_508_467_553.png英——多氯二苯并呋喃2，3，7，8-T4CDD 1，2，3，7，8-P5CDD 1，2，3，4，7，8-H6CDD 1，2，3，6，7，8-H6CDD 1，2，3，7，8，9-H6CDD 1，2，3，4，6，7，8-H7CDD O8CDD 2，3，7，8-T4CDF 1，2，3，7，8-P5CDF 2，3，4，7，8-P5CDF 1，2，3，4，7，8-H6CDF 1，2，3，6，7，8-H6CDF 1，2，3，7，8，9-H6CDF 2，3，4，6，7，8-H6CDF 1，2，3，4，6，7，8-H7CDF 1，2，3，4，7，8，9-H7CDF O8CDF 0.5 0.1 0.1 0.1 0.01 0.001 0.1 0.05 0.5 0.1 0.1 0.1 0.1 0.01 0.01 0.001組分濃度/（μg/kg）0.014 0.020 0.023 0.056 0.015 0.31 0.20 0.092 0.064 0.18 0.063 0.069 0.024 0.083 0.11 0.016 0.017毒性當(dāng)量濃度/（μg-TEQ/kg）0.014 0.010 0.002 3 0.005 6 0.001 5 0.003 1 0.000 20 0.009 2 0.003 2 0.090 0.006 3 0.006 9 0.002 4 0.008 3 0.001 1 0.000 16 0.000 017 0.028 0.033 0.009 7—0.014 0.004 6 0.003 8——0.013 0.003 0 0.004 3毒性當(dāng)量濃度/（μg-TEQ/kg）0.000 50 0.000 55 0.000 075 0.000 065 0.000 060 0.000 28 0.000 033 0.000 97 0.000 060 0.007 0 0.000 46 0.000 38 0.000 037 0.000 033 0.000 13 0.000 030 0.000 004 3

4 成本經(jīng)濟(jì)分析

生活垃圾焚燒飛灰熔融爐運(yùn)行期間的經(jīng)濟(jì)成本主要由電費(fèi)、輔料費(fèi)、人工費(fèi)組成。

4.1 電費(fèi)

飛灰冷頂電熔融設(shè)備采用電加熱方式，在運(yùn)行期間，單日耗電量約為10 000 kWh，按照單價(jià)0.6 元/kWh 計(jì)，所需電費(fèi)約為6 000 元/d。

4.2 輔料費(fèi)

運(yùn)行階段所需輔料主要包括碎玻璃、硼砂、純堿，按照目前試運(yùn)行采用的比例（飛灰添加比例為30%），運(yùn)行1 d 約需碎玻璃、硼砂和純堿各2.33 t。根據(jù)調(diào)試運(yùn)行前輔料采購單價(jià)，碎玻璃為1 100 元/t、純堿為3 950 元/t、硼砂為8 500 元/t，所需輔料費(fèi)約為31 571.5 元/d。因此，據(jù)飛灰添加比例30% 的運(yùn)行工況可推算出，飛灰添加比例增加至50% 時(shí)，運(yùn)行1 d 約需碎玻璃、硼砂和純堿各1.66 t，所需輔料費(fèi)約為22 493 元/d。

4.3 人工費(fèi)

按照調(diào)試運(yùn)行階段的實(shí)際情況，除電氣工程師由垃圾焚燒廠內(nèi)電氣工程師兼任外，運(yùn)行期間每班需單獨(dú)配置配料工2 名、上料工1 名、司爐工1 名、產(chǎn)物操作工1 名以及環(huán)保工程師1 名，按照3 班/d 計(jì)，共計(jì)18 人次。按人工費(fèi)單價(jià)200元計(jì)，人工費(fèi)約為3 600 元/d。

綜上，按照每日滿負(fù)荷處理飛灰的設(shè)計(jì)產(chǎn)量，當(dāng)飛灰添加比為30% 時(shí)，采用飛灰熔融技術(shù)處理飛灰處置成本約為13 723.83 元/t；若提高飛灰添加比至50%，采用飛灰熔融技術(shù)處理飛灰處置成本約為6 418.6 元/t。根據(jù)項(xiàng)目運(yùn)營數(shù)據(jù)，當(dāng)飛灰采用外運(yùn)處置時(shí)，垃圾處理成本為323.55 元/t，其中飛灰處置成本約為7.76 元/t。若采用飛灰熔融處置，當(dāng)飛灰添加比為30% 時(shí)，垃圾處理成本約為369.31 元/t，其中飛灰處置成本約為53.52 元/t，是外運(yùn)處置成本的6.9 倍（約上漲45.76 元/t）；當(dāng)飛灰添加比增至50% 時(shí)，垃圾處理成本約為340.82元/t，其中飛灰處置成本約為25.03 元/t，是外運(yùn)處置的3.2 倍（約上漲17.27 元/t）。

5 存在問題與展望

在生活垃圾焚燒飛灰冷頂熔融爐試運(yùn)行過程中，我們發(fā)現(xiàn)了存在的問題，同時(shí)也對后續(xù)的探索方向進(jìn)行了深入思考。

一是在對運(yùn)行過程中原始飛灰以及熔融產(chǎn)生的玻璃水淬渣進(jìn)行重金屬浸出檢測和二英檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)玻璃水淬渣的重金屬析出不均勻。不同取樣點(diǎn)樣品的析出結(jié)果存在差異，說明飛灰熔融后的生成物穩(wěn)定性不高。雖然飛灰冷頂電熔融技術(shù)在工藝上具備可行性，但技術(shù)的穩(wěn)定性存在波動(dòng)，還需要進(jìn)一步分析熔融化學(xué)過程，探索增強(qiáng)晶格穩(wěn)定性的方法。另外在后續(xù)的資源化利用方面，仍需要大量的理論參數(shù)來判斷飛灰熔融后生成物的穩(wěn)定性。

二是由于冷頂熔融爐設(shè)備試運(yùn)行成本很高，經(jīng)費(fèi)有限，項(xiàng)目現(xiàn)場未針對飛灰成分變化、添加物種類變化及混合比例等進(jìn)行深入的對比試驗(yàn)，因此還有待籌措資金進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)探索。

三是相較于飛灰外運(yùn)處置費(fèi)用，飛灰冷頂熔融處置費(fèi)用過高，本項(xiàng)目采用冷頂熔融工藝處置單位質(zhì)量的飛灰成本是外運(yùn)處置的3.2～6.9 倍，噸垃圾處理成本約上漲17.27～45.76 元/t。若后續(xù)探索出熔融產(chǎn)物的再利用價(jià)值，將再利用收益納入后，重新對生產(chǎn)成本進(jìn)行全生命周期分析，將有效提高此項(xiàng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。

6 結(jié)論

本研究主要以生活垃圾焚燒飛灰作為研究對象，探究了冷頂電熔融處置方案，通過試運(yùn)行驗(yàn)證10 t/d 冷頂電熔融設(shè)備能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。通過對運(yùn)行過程中原始飛灰以及熔融產(chǎn)生的玻璃水淬渣取樣進(jìn)行重金屬浸出檢測、二英檢測分析。一方面發(fā)現(xiàn)飛灰熔融產(chǎn)物對各項(xiàng)重金屬有明顯的固化效果，但不同取樣點(diǎn)熔融產(chǎn)物樣品的重金屬浸出特性不穩(wěn)定。另一方面發(fā)現(xiàn)原始飛灰經(jīng)熔融后17 種二英同系物組分濃度都有不同程度（74.7%～100.0%）的顯著降低，飛灰熔融產(chǎn)物的毒性當(dāng)量總和約占原始飛灰的6.88%。以上數(shù)據(jù)說明熔融工藝能有效減少固體產(chǎn)物中重金屬的析出量以及二英含量，證實(shí)了飛灰冷頂電熔融技術(shù)在工藝上具備可行性，為生活垃圾飛灰冷頂電熔融技術(shù)工業(yè)化提供基本數(shù)據(jù)支撐。另外通過本項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)測算發(fā)現(xiàn)，采用冷頂電熔融工藝處置單位質(zhì)量的飛灰成本是外運(yùn)處置的3.2～6.9 倍，噸垃圾處理成本約上漲17.27～45.76 元/t。雖然本項(xiàng)目中飛灰熔融產(chǎn)物的重金屬析出及二英數(shù)據(jù)能夠證實(shí)熔融處置效果較好，但是在研究中仍存在熔融產(chǎn)物重金屬析出值不穩(wěn)定、原料最經(jīng)濟(jì)配比不明、熔融產(chǎn)物再利用以及經(jīng)濟(jì)性有待提升等問題，需要進(jìn)一步深入研究探索。