焚烧飞灰处理的专利技术综述

代亚平

摘 要：焚烧技术是处理有机废物的重要手段，所产生的焚烧飞灰已经被国家明确列为危险废物，其中含有的有毒重金属、二噁英等物质严重危害环境和人体健康。从专利技术的角度出发，介绍处理焚烧飞灰工艺的专利申请概况，从技术构思和技术功效着手，介绍焚烧飞灰处理的技术路线发展脉络，为后续的研发提供方向和指导。

关键词：焚烧飞灰;技术功效;发展脉络

中图分类号：X70 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）34-0-03

Summary of Patent Technology on Incineration Fly Ash Treatment

DAI Yaping

（Guangdong Center for Patent Examination Cooperation of the Patent Office of the State Intellectual Property Office，

Guangzhou Guangdong 510000）

Abstract： Incineration technology is an important means of processing organic waste， and the fly ash has been clearly classified as hazardous waste. The toxic heavy metals， dioxins， etc. contained in it seriously endanger the environment and human health. From the perspective of patented technology， this article introduces the overview of patent applications for the processing of incineration fly ash， considering the technical concept and efficacy， introduces the development context of the technical route of fly ash processing， and provides guidance for subsequent research and development.

Keywords： fly ash;technical effect;development context

焚烧飞灰属于《国家危险废物名录》规定的有害物质。因此，在对焚烧飞灰进行排放或资源化利用前必须进行无害化处理，以避免其进入环境后产生更大危害。目前，焚烧飞灰处理技术日趋成熟，各企业从各自需求和出发点提出了针对性处理措施。笔者从专利技术的角度出发，总结焚烧飞灰处理技术发展状况。

1 焚烧飞灰处理技术的专利申请概况

检索和统计不同国别的专利申请量，结果如图1所示。2002—2021年，中国在焚烧飞灰处理技术方面的专利申请总量处于首位，其次是日本、韩国、美国。我国的焚烧飞灰处理技术专利申请量在全球申请量中占比最大，与我国强调保护环境的政策息息相关。

由图1可见：早期日本的申请量最大，随后呈逐年下降趋势，2016年的申请量出现波动增加，但整体是逐年减少的趋势;中国虽然早期申请量较少，但后期变化较大，基本呈逐年增长趋势，从2006年开始申请量超过日本，位居榜首，此后申请量一直处于首位。日本在早期的申请量相对较多，其研发起步早;中国在早期的申请量相对较少，后期变化显著，研发投入集中在中后期。此种变化趋势和在数据库中阅览的专利申请情况是一致的。

2006年以后，我国焚烧飞灰处理技术的专利申请量一直位居首位，且呈增长趋势，而其他国家的专利申请量要么呈降低趋势，要么基本稳定。我国的专利申请量不断增长的变化过程与经济发展趋势相吻合，证明我国在生产生活中针对污染的治理不断增强，研发投入不断增加。

2 焚烧飞灰的处理技术发展脉络

关于飞灰的处理技术，初期的研究方向在于将飞灰颗粒从废气中除去;随后开始研究如何稳定飞灰颗粒中的有害物质，降低其在环境中的溶解度，提高飞灰利用的稳定性;近期有一些申请人开始研究如何提取飞灰中的重金属，实现资源的循环利用。

最早采用物理技术处理焚烧飞灰，使飞灰颗粒被水洗脱。例如，发明专利《焚烧炉和废物的处理方法》在气体排放的路径上设置气体洗涤器，将飞灰颗粒洗涤分离[1]。上述方法主要在于降低飞灰中的颗粒物含量，但没有对飞灰进行进一步处理。

《废弃物的焚烧灰处理方法和装置》将飞灰颗粒分离后引入燃烧室中进行再次燃烧，以进一步除去飞灰中的有害物质，为后续的飞灰热处理给出了很好的指引[2]。发明《碱性飞灰的处理方法》提出向飞灰中添加化学成分的方法固定/无害化有害物质，通过向飞灰中添加螯合剂和水实现重金属的稳定化，添加碱性物质除去废气中的氯化氢[3];《焚烧炉含盐粉尘的处理方法》将粉尘、水以及含有水热反应性钙化合物的工业废料混合后，利用蒸汽压实形成硬化的固体，为后续的飞灰固化处理和以废治废提供了方向[4]。

2000年，东南大学的发明专利申请《城市生活垃圾干燥气化熔融处理方法》公开一种城市生活垃圾处理的方法，将焚烧飞灰送入高温熔融焚烧爐中进行进一步处理，以降低毒性[5]。此后，国内开始研究焚烧飞灰的处理技术并申请专利。我国飞灰处理技术的研究起步相对较晚，呈缓慢增长趋势，直到2014年，专利申请量明显增加。可见，飞灰处理技术研究在我国仍然具有一定的市场。

随后，从初始的简单研究如何去除飞灰中的颗粒，到后期通过手段降低飞灰中有害物质的含量以降低排放后对环境的危害，各申请人开始研究对飞灰中的有害物质进行针对性处理或联合处理，以提高有害物质的稳定性，降低其在环境中的浸出浓度。例如，发明专利申请《一种垃圾焚烧炉烟气多种污染物协同处理工艺方法》先在干式脱酸塔中对烟气进行脱酸，然后将烟气通过预置催化剂的过滤单元进行烟道净化，实现二次脱酸、重金属吸附脱除、除尘、脱硝和二噁英分解的协同处理[6]。一些申请人开始研究如何提取飞灰中的重金属以便实现循环利用，或者将飞灰和固体废弃物混合实现以废治废的目的。例如，《一种垃圾焚烧飞灰和含铜污泥的协同处理方法》将垃圾焚烧飞灰和含铜污泥混合造球，将球料、助熔剂和燃料混合，然后熔炼获得熔渣和烟气，再根据焚烧飞灰的氯含量选择熔渣的进一步处理方案，实现了两种废料的协同处置，缩短了工艺流程并降低了投资成本[7]。通过阅读最新的申请可知，申请人通过优化处理步骤、改善添加药剂的成分以实现更加经济的处理方式并提高处理效率。例如：《一种飞灰高温熔融循环再利用处理工艺》将飞灰制粒添加到熔融系统熔融，然后将熔体排出加工成保温棉，通过处理工艺的改进，减少尾气中的杂质含量，提高飞灰的资源化利用率[8];发明专利申请《一种垃圾焚烧飞灰和含铜污泥的协同处理方法》将水洗后的飞灰与含铜污泥、废活性炭混合造粒干燥，然后与添加剂一起进行氧化还原熔融，可以回收含铜的有价值产品，达到以废治废的目的[9]。

3 技术功效趋势

技术功效能够反映飞灰处理技术的研发方向，对技术功效发展变化趋势展开研究有助于宏观地了解各类技术的应用价值和研发方向，进而促使研发主体对研发路线进行适应性调整，避免重复研发，降低成本，提高技术更新水平。图2为2000—2021年中国专利的技术功效分析。对2000—2021年的中国专利申请进行分析，着重从成本降低、效率提高、稳定性提高、环境改善和污染避免5个方面探究技术功效趨势。2000年的专利申请技术功效集中为环境改善，而2001年的专利申请的技术功效集中为复杂性降低，2002年至今的研究着重在处理成本的降低，可见经济效益是考虑的重点，其次是提高效率、提高稳定性、改善环境以及避免污染。经济效益决定处理方法的应用范围。通常企业在选择飞灰处理方法时，在确定好处理目标的情况下，经济性是决定方法选择的首要考虑因素。成本越低的处理方法越能为企业所接受。2002—2021年，技术功效方面也出现了变化。2002—2013年，着重于成本降低方面的专利技术申请与其他功效的研发和申请相比只是略占优势，推测此段时间应当属于摸索阶段。随着研发的深入，2013—2021年，关注成本降低的专利申请数量出现较大波动，可见后期关注成本方面的研发和申请数量更多，也是通过前期的摸索和实践发展而来的趋势。

从图2可以看出，关于成本因素的研究已经具有一定规模，相关研发主体在后续的研究中可以从环境改善、污染避免方面进行考虑，从而研发出更加符合经济价值和环境价值的处理工艺，也可以从更加细化的角度考虑，如对添加药剂的种类进行进一步探索，对反应条件进行进一步控制。

4 结语

从专利申请的角度出发，概述焚烧飞灰处理技术脉络，并通过不同国家的专利申请数量比较，发现日本在飞灰处理方面的研发最早，大概在1970年开始。我国关于飞灰处理的研究大概始于2000年，起步相对较晚，但后续专利申请量增长迅速。近年来，我国焚烧飞灰处理技术的专利申请总量最大，且相关专利申请量呈逐年增长的趋势。

在处理功效方面，初始的研发方向在于环境改善，此后开始考虑成本和技术的复杂性、处理效率、稳定性等，而通过对最新的发明专利申请技术方案进行总结，可以看出目前着重从处理工艺和药剂选择方面进行改进。

相关研发主体在后续选择研发方向时，可以参考研究现状和功效进行针对性选择，在研发成本控制的基础上考虑环境因素，也可以从控制污染因素的角度出发对需要的药剂进行进一步研究，或者探索成本更加低廉且对环境更加友好的处理工艺，探索更加绿色和有效的提取工艺。

参考文献：

[1]CLEAR AIR WASTE REDUCTION INc.焚烧炉和废物的处理方法：GB1139471A[P].1969-01-08.

[2]VON ROLL AG.废弃物的焚烧灰处理方法和装置：JP53144175A[P].1978-12-15.

[3]NIPPON KOKAN KK.碱性飞灰的处理方法：JP06002276B2[P].1994-01-12.

[4]SANTE CORP.焚烧炉含盐粉尘的处理方法：US4941772A[P].1990-07-17.

[5]东南大学.城市生活垃圾干燥气化熔融处理方法：CN1115517C[P].2000-12-20.

[6]北京中科润宇环保科技股份有限公司.一种垃圾焚烧炉烟气多种污染物协同处理工艺方法：CN113262623A[P].2021-08-17.

[7]湖南锐异资环科技有限公司.一种垃圾焚烧飞灰和含铜污泥的协同处理方法：CN112795776A[P].2021-05-14.

[8]浙江依诺环保科技股份有限公司.一种飞灰高温熔融循环再利用处理工艺：CN113798307A[P].2021-12-17.

[9]上海康恒环境股份有限公司.一种垃圾焚烧飞灰和含铜污泥的协同处理方法：CN11366782A[P].2021-11-19.