生活垃圾焚燒飛灰的資源化工藝能耗探究

隨著城市化進(jìn)程加快，生活垃圾處理成為各大城市的重要課題。生活垃圾焚燒作為無(wú)害化、減量化、資源化的重要手段，廣泛應(yīng)用于垃圾處理。然而，焚燒產(chǎn)生的飛灰因含有重金屬、二噁英等有害物質(zhì)，成為亟待解決的環(huán)境問(wèn)題。生活垃圾焚燒飛灰的有效處理及資源化利用，不僅有助于減少環(huán)境污染，還能降低對(duì)人類健康的威脅。然而，飛灰資源化過(guò)程中的能耗問(wèn)題不容忽視，不同處理工藝對(duì)能耗的影響直接關(guān)系到處理成本及處置效率。因此，優(yōu)化飛灰處理工藝中的能耗，提升其綠色低碳特性，已成為亟待解決的問(wèn)題。

1.飛灰資源化處理路徑

目前，生活垃圾焚燒飛灰處置仍然以填埋方式為主，盡管填埋能夠安全處置飛灰，但其并非一種可持續(xù)的資源化解決方式，且對(duì)土地資源造成較大壓力。隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)格，飛灰資源化逐漸成為解決這一問(wèn)題的重要途徑。飛灰資源化主要包括產(chǎn)業(yè)協(xié)同處置、中間產(chǎn)物建材化[1、FAST工藝等路徑。在上述路徑中，飛灰水洗工藝作為必需的處置環(huán)節(jié)，其作用在整個(gè)資源化過(guò)程中具

有關(guān)鍵性地位[2]

飛灰水洗工藝可有效去除飛灰中的可溶性鹽及部分重金屬[3，改善飛灰的物理化學(xué)性質(zhì)，并利用蒸發(fā)分鹽系統(tǒng)對(duì)水洗母液中的鹽類進(jìn)行回收，為后續(xù)的全鏈條資源化利用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。飛灰水洗工藝搭配后續(xù)的熱處理系統(tǒng)或產(chǎn)業(yè)協(xié)同處置，不僅有助于飛灰的無(wú)害化和減量化，還能顯著提高資源的回收效率，推動(dòng)飛灰資源化的可持續(xù)發(fā)展。目前，飛灰水洗工藝主要包含逆流水洗工藝、減量酸洗工藝等技術(shù)路線。

1.1逆流水洗工藝路線

多級(jí)逆流水洗是一種高效的飛灰水洗工藝，通過(guò)設(shè)置多個(gè)洗滌聯(lián)槽，利用梯級(jí)逆流的水洗方式，去除飛灰中可溶性鹽及部分重金屬。目前，以三級(jí)逆流水洗應(yīng)用最為廣泛[4，將飛灰與水以一定比例制漿后，依次經(jīng)過(guò)三級(jí)洗滌：一級(jí)洗滌后的母液送入母液處理系統(tǒng)，二級(jí)洗滌產(chǎn)生的水洗液回用至一級(jí)，三級(jí)洗滌產(chǎn)生的水洗液回用于二級(jí)。整個(gè)水洗工藝段水和灰的物料流向相反，不僅減少了用水量且脫除效果佳，可溶性鹽去除率可達(dá) 95% 以上。水洗母液經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶分鹽單元，產(chǎn)出鉀鈉結(jié)晶鹽等副產(chǎn)品并對(duì)外銷售，進(jìn)一步提升了資源化利用水平。

1.2減量酸洗工藝路線

減量酸洗工藝是基于逆流水洗工藝的衍生工藝，其核心在于添加強(qiáng)酸將水洗環(huán)節(jié)的混合體系調(diào)整為弱堿性（pH8.5～9） ），在嚴(yán)格控制飛灰中重金屬溶出的同時(shí)，將飛灰中 80% 以上的鈣溶出得到鈣鹽產(chǎn)品[5]。在固液分離后，水洗母液經(jīng)預(yù)處理后蒸發(fā)濃縮，得到滿足標(biāo)準(zhǔn)的鈣鹽產(chǎn)品。蒸發(fā)系統(tǒng)的冷凝水全部回用，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。

2.能耗分析方法

本文以溫州某廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)為實(shí)例，分析生活垃圾焚燒飛灰資源化處置中兩種工藝路線的能耗差異。生活垃圾焚燒飛灰資源化處置全生命周期的能耗主要集中在以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

2.1運(yùn)輸環(huán)節(jié)

以車輛燃油消耗為主，能耗分析主要考慮原灰、水洗后飛灰及原輔材料的運(yùn)輸。為控制相關(guān)變量，在兩種工藝路線下，假設(shè)原灰、水洗后飛灰及原輔材料的運(yùn)輸距離一致，但由于處理工藝不同，以單位原灰處置量為基準(zhǔn)，原輔材料用量及水洗后飛灰重量有所不同，從而影響運(yùn)輸能耗。根據(jù)各環(huán)節(jié)的物料量及運(yùn)輸距離，計(jì)算相應(yīng)的燃油消耗，并在分析中進(jìn)行區(qū)分。

2.2飛灰水洗環(huán)節(jié)

以攪拌器、漿液泵、壓濾機(jī)等設(shè)備耗電為主。盡管兩種工藝路線采用的生產(chǎn)設(shè)備基本相同，但由于工藝參數(shù)的差異，可能導(dǎo)致設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和工作時(shí)間不同。在能耗計(jì)算時(shí)，以單位原灰處置量的能源消耗進(jìn)行分析，評(píng)估兩種工藝在水洗階段的電力消耗及水量消耗等因素，并將其納入總體能耗分析中。

2.3母液蒸發(fā)分鹽環(huán)節(jié)

以鍋爐設(shè)備天然氣消耗及MVR裝置耗電為主，能耗分析側(cè)重于兩種工藝路線所產(chǎn)生的母液組成及蒸發(fā)量的差異。逆流水洗工藝產(chǎn)生的母液陽(yáng)離子主要為鉀、鈉離子，其蒸發(fā)單元旨在分離出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的氯化鉀及氯化鈉結(jié)晶鹽。減量酸洗工藝產(chǎn)生的母液陽(yáng)離子主要為鈣離子，其蒸發(fā)單元旨在濃縮制備符合標(biāo)準(zhǔn)的氯化鈣溶液。在能耗計(jì)算時(shí)，以單位原灰處置量為基準(zhǔn)，分別量化蒸發(fā)單元的電力消耗及鍋爐天然氣的消耗等，并將上述數(shù)據(jù)納入總體能耗分析中。

2.4終端資源化環(huán)節(jié)

主要涉及水泥窯協(xié)同處置的能源消耗。該環(huán)節(jié)的能耗主要來(lái)源于水泥窯的燃料消耗以及窯體運(yùn)行所需的綜合電力消耗[。針對(duì)單位原灰處置量，不同工藝路線處理后的飛灰量及其特性有所不同，將直接影響水泥窯協(xié)同處置的綜合能耗，本次評(píng)估將作為重要組成部分納入整體能耗評(píng)估中。

本次評(píng)估結(jié)合定量分析及對(duì)比分析方法，對(duì)以上四個(gè)環(huán)節(jié)能耗進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)估。首先，通過(guò)收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)并結(jié)合設(shè)備技術(shù)參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)，計(jì)算各環(huán)節(jié)能耗。然后，使用標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量轉(zhuǎn)換方法，將不同類型的能耗統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)煤，以便進(jìn)行全面對(duì)比。最后，在同一工藝路線下匯總各環(huán)節(jié)能耗，并與另一工藝路線進(jìn)行對(duì)比，分析兩條工藝路徑的能效差異。

3.基于溫州某廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)的案例分析

針對(duì)運(yùn)輸、飛灰水洗、蒸發(fā)分鹽、終端資源化4個(gè)環(huán)節(jié)，本文收集了溫州某廠的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)并基于單位原灰處理量能耗指標(biāo)進(jìn)行了兩種工藝路線的能耗比對(duì)，具體內(nèi)容見表1。

根據(jù)能耗數(shù)據(jù)對(duì)比，減量酸洗工藝在飛灰資源化總體能耗中相較于逆流水洗工藝降低約 27% 。這一優(yōu)勢(shì)主要源于減量酸洗工藝處置后飛灰減量化及副產(chǎn)品蒸發(fā)量小等特點(diǎn)。減量酸洗工藝在多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如水洗、蒸發(fā)系統(tǒng)的電力消耗，以及終端資源化的燃料和電力消耗等方面，較逆流水洗工藝表現(xiàn)出明顯的低能耗特性?？傮w而言，減量酸洗工藝具備較高的能源利用效率，適用于低碳節(jié)能的飛灰資源化應(yīng)用場(chǎng)景。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文以溫州某廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，探究了生活垃圾焚燒飛灰資源化處置過(guò)程中兩種工藝路徑——逆流水洗工藝和減量酸洗工藝的能耗表現(xiàn)。通過(guò)對(duì)飛灰資源化全生命周期能耗數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，減量酸洗工藝表現(xiàn)出更優(yōu)的能效，為實(shí)現(xiàn)飛灰資源化過(guò)程中的低碳、節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)提供了更具潛力的解決方案。本文為生活垃圾焚燒飛灰資源化處置工藝的優(yōu)化提供量化依據(jù)，為減少能源消耗、提高資源回收效率提供科學(xué)支持。

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作者單位：上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）