垃圾焚烧飞灰高温熔融二噁英零排放技术研发及应用

福建省锅炉压力容器检验研究院　陈　棋



垃圾焚烧飞灰高温熔融二噁英零排放技术研发及应用

福建省锅炉压力容器检验研究院陈棋

[摘要]该文介绍了垃圾焚烧飞灰高温熔融二噁英零排放技术的研发及应用过程，提出一种飞灰高温熔融处理新工艺，将飞灰送入1350～1500℃的旋风炉内熔融处理，获得飞灰中二噁英分解率大于99.9%的优化条件。研究飞灰经高温熔融处理后，急冷熔渣及静电除尘器捕集灰中二噁英、重金属含量及其浸出毒性，探索飞灰经高温熔融后作为水泥原料和建筑材料的可行性，获得飞灰与煤粉的合理比例。

[关键词]垃圾焚烧飞灰高温熔融二噁英零排放

1　国内外相关行业发展现状、趋势及市场需求

目前国内外垃圾焚烧厂普遍采用喷石灰浆或消石灰粉末脱除尾气中的酸性气体HCl、SO2，喷活性炭吸附烟气中二噁英和重金属，配合布袋除尘器，将尾气中的烟尘、重金属和二噁英收集在布袋除尘器内去除。采用上述污染控制工艺，布袋除尘器捕集灰（简称飞灰）中的重金属、二噁英严重超标。目前国内报道的炉排炉布袋捕集飞灰中二噁英含量有的高达 7530ng-TEQ/kg。我国生活垃圾焚烧污染控制标准（GB18485—2001）明确指出，垃圾焚烧飞灰属危险废物，不能随意填埋堆放。而目前国内垃圾焚烧厂几乎未作稳定处理就按普通灰填埋处理或作他用，处于无序排放状态，势必对大气、地下水及土壤构成潜在威胁。炉排炉产生的飞灰占垃圾焚烧量的3%～5%，而循环流化床焚烧炉产生的飞灰占垃圾焚烧量的10%～15%，因此，对于日处理1000吨垃圾的发电厂，每天产生飞灰量是惊人的，如果处理不善，将对环境造成严重威胁。

发达国家为了实现垃圾焚烧二噁英零排放，研发出一种新型“垃圾气化熔融一体化焚烧炉”，但由于造价是常规焚烧炉的5～6倍，不符合我国目前的经济条件，而且，这种焚烧炉要求垃圾热值在 8500kJ/kg以上系统才能稳定运行，而我国垃圾热值平均在 4000kJ/kg左右，应用条件还不成熟，因此国内还未引入这种类型的焚烧炉。

由于我国目前投运的所有垃圾焚烧炉厂产生的飞灰都未作无害化处理，预计每天产生的飞灰量按5%～10%焚烧量计算，将达到2400～4800t/d。飞灰处置压力很大，而目前还没有可用的成熟技术，市场对飞灰熔融技术及设备需求量很大。

2　项目主要内容

2.1主要技术内容、总体目标

“垃圾焚烧飞灰高温熔融二噁英零排放技术研发及应用”项目已列入福建省科技攻关计划。该项目提出一种飞灰高温熔融处理新工艺，将飞灰送入1350～1500℃的旋风炉内熔融处理，获得飞灰中二噁英分解率大于 99.9%的优化条件；研究飞灰经高温熔融处理后，急冷熔渣及静电除尘器捕集灰中二噁英、重金属含量及其浸出毒性，探索飞灰经高温熔融后作为水泥原料和建筑材料的可行性，获得飞灰与煤粉的合理比例。

2.2需解决的技术瓶颈和技术指标

根据我国实际情况，本项目提出以煤为辅助燃料的飞灰高温熔融处理思路，以旋风炉技术为基础，提出将飞灰送入旋风炉内高温熔融，在1350～1500℃温度下，将垃圾焚烧飞灰中二噁英彻底分解，同时将飞灰中的重金属包裹在熔渣里而不能浸出，从而实现飞灰的无害化。

该项目可实现飞灰中二噁英分解率大于 99.9%；飞灰经高温熔融后完全无害，可资源化利用，还原性气氛下 NOx排放浓度小于450mg/m3，解决了现有国外技术高温熔融处理飞灰成本太高的问题，具有自主知识产权，填补了国内空白。

3　研究方法和技术路线

本项研究采用实验室研究与现场旋风炉中试试验相结合的研究方法。其技术路线是：在实验室研究多种类煤粉与两种典型垃圾焚烧飞灰（分别来源循环流化床和炉排炉的飞灰）混合后的熔融特性及NOx排放特性；在一台75t/h旋风炉上进行飞灰与煤粉在特定比例下的高温熔融试验，研究尾气、熔渣及静电除尘器捕集飞灰中重金属、二噁英含量及NOx、SO2、HCl排放浓度，研究熔渣及静电除尘器捕集飞灰中重金属浸出毒性，评估飞灰作为建筑材料的可行性。

4　项目试验研究结果

在一台 75t/h旋风炉上进行飞灰高温熔融试验研究，试验结果如下：

4.1二噁英检测结果

首先对原始飞灰中二噁英含量进行检测，测得原始飞灰中二噁英含量为 201～375ng-TEQ/kg，飞灰经高温熔融后，急冷熔渣中二噁英的含量为 2～3ng-TEQ/kg；尾气中烟尘二噁英含量为 0.018ng-TEQ/m3，尾气中烟气二噁英含量为0.015ng-TEQ/m3，尾气二噁英总含量为0.033ng-TEQ/m3；静电除尘器捕集飞灰二噁英含量为 23～26ng-TEQ/kg。从试验结果看，尾气中二噁英含量远低于国际发达国家的环保标准（0.1ng-TEQ/m3），更低于我国现行环保标准（1ng-TEQ/m3）。急冷熔渣及静电除尘器捕集飞灰中二噁英含量非常低，完全无害，可以循环利用。

4.2重金属检测结果

原始飞灰、静电除尘器飞灰以及熔渣中的重金属检测结果表明，原始飞灰中重金属含量远高于焚烧后静电除尘飞灰以及急冷熔渣。重金属浸出试验结果表明，尽管原始飞灰、静电除尘器飞灰以及熔渣中重金属浸出量都低于国家危险废物鉴别标准允许的最高允许浓度，但是急冷熔渣及静电除尘器捕集灰中重金属的浸出量低于原始飞灰1～2个数量级。由此可见，飞灰经过高温熔融处理后，尾气、急冷熔渣、除尘器捕集灰是无害的，急冷熔渣、除尘器捕集灰可以直接资源化利用。

4.3NOx及SO2排放浓度

从空气预热器出口抽取烟气检测尾气中的NOx及SO2排放浓度可见，NOx排放浓度高于国家排放标准，这也是旋风炉自身的弱点，未来新设计的旋风炉飞灰熔融炉需要考虑在二燃室采用喷 NH3或尿素进行 SNCR脱硝，在尾部 280～320℃范围内增设喷NH3进行SCR脱硝工艺，确保尾气NOx浓度达到国家现行环保排放标准。由于尾部没有脱硫装置，所以，SO2浓度也超标，因此，需要增加脱硫装置。

4.4HCl排放浓度

由于焚烧飞灰中含有较高浓度Cl，它们主要是氯的金属化合物以及飞灰中含有机氯化合物（二噁英类），在高温下分解生成HCl存在于烟气中，测试结果表明，在尾气中氧浓度为8%～9%时，烟气中HCl浓度为43～65mg/m3，低于目前环保标准（100 mg/m3）。

通过 75t/h旋风炉中试试验，获得飞灰中二噁英分解率大于99.9%的优化条件是：焚烧温度大于1350;℃获得焚烧飞灰中重金属迁移规律即重金属主要包裹在熔渣及飞灰内，熔渣、静电除尘器飞灰中的重金属浸出毒性远低于国家标准。

所有这些研究结果表明，垃圾焚烧飞灰经过高温熔融处理后属于无害物质，可以资源化利用，达到了原来预期的目标。

参考文献:

[1] 中国科学院水生生物研究所二噁英检测实验室.二噁英检测报告[R].2007.

[2] GB 18485—2001, 生活垃圾焚烧污染控制标准[S]．

[3] GB 5085.3—1996, 危险废物鉴别标准——浸出毒性鉴别[S]．