危险废物焚烧设施灰渣收集技术研究与实践

徐俊虎，孙岩斌，卢 静，夏丽华

（1.广州雅居乐固体废物处理有限公司，广东 广州 510623；2.中国城市建设研究院有限公司，北京 100120；3.中国城市规划设计研究院，北京 100044；4.华油惠博普科技股份有限公司，北京 100088）

1 引言

危险废物是指列入国家危险废物名录或根据国家危险废物鉴别标准和鉴别方法认定具有危险特性的固体废物。2019年我国危险废物经营许可证共有3 220份，核准处置、利用和收集量1.02 ×108t/a（其中收集量1.201 ×107t/a），实际处置、利用和收集量2.697 ×107t（其中收集量5.7 ×105t/a），核准能力和实际能力差距较大。在处置、利用的2.542 ×107t危险废物中（不含医废和存量），资源化、填埋、焚烧、水泥窑和其他无害化处置方式占比分别为75.0%、6.2%、7.1%、4.0%和7.7%。故我国实际焚烧规模约为1.804 8 ×106t/a，随着《危险废物名录》更新修订、综合性处置要求提升、社会资本不断进入，焚烧等无害化处置方式占比有望进一步提升。

我国焚烧类危险废物灰分含量一般为22%～26%［1］，原 始 灰渣量为4.332 ×105t/a（取 值24%），而在烟气处理中添加药剂反应截留灰渣量一般为焚烧量的8%～12%，该部分灰渣量为1.805 ×105t/a（取值10%），故灰渣总量为6.137 ×105t/a。目前我国焚烧灰渣管理规范有GB 16889—2008生活垃圾填埋场污染控制标准和GB 18598—2019危险废物填埋污染控制标准，其中感染类医废焚烧灰渣满足GB 16889—2008要求［2］，可进入生活垃圾填埋场中单独分区填埋。其他焚烧灰渣应满足GB 18598—2019要求［3-4］，未经处理飞灰采用密封包装后，可进入刚性填埋场，经处理满足入场要求的可进入柔性填埋场填埋。近年我国固废处置项目基于节省选址成本，常在循环产业园进行协同实施［5］，而焚烧灰渣的资源化利用也已转入实践阶段，例如灰渣熔融玻璃化后建材利用已有突破［6］，却受制于技术衔接、政策成本等原因难以推广应用［7-8］。

2 危险废物焚烧设施灰渣产生特性

2.1 焚烧设备线灰渣产生节点

目前我国危险废物焚烧行业污染控制、合规建设、运营监管和性能测试等标准体系比较完善，焚烧设施采用的主流工艺路线和灰渣排放节点也大同小异［9］（图1），主流工艺有回转窑+二燃室+余热锅炉（非选择催化还原法SNCR）+急冷塔+干法塔+袋式除尘器+湿法塔+烟气加热器+烟囱等，其主要灰渣产生节点有回转窑焚烧炉（分体式）、二燃室灰渣排放口、余热锅炉卸灰阀、急冷塔卸灰阀和袋式除尘器灰斗排口等，考虑到目前大多数回转窑尾部直接伸入二燃室，焚烧炉系统灰渣排放口仅考虑二燃室底部。

图1 危险废物焚烧设施工艺流程及灰渣排放节点Figure 1 The process flow and ash＆slag discharge nodes of hazardous waste incineration facility

2.2 焚烧灰渣性质及收集方式

我国多数危险废物焚烧设施通过前端配伍将大部分的危险废物混合处理，导致后端收集的灰渣性质差别较大（表1），主要反馈为以下几个方面：①进料种类性质复杂决定了不同焚烧设施焚烧灰渣性质不同；②相同条件下的焚烧炉设施炉内物态流场、温度场和湍流场的变化引起烟气中随灰分进入的重金属种类、体量不等导致灰渣性质不一；③烟气在不同净化单元中反应产物因加入药剂种类、体量不同致使灰渣性质差异较大。

表1 焚烧设施不同排放节点灰渣性质及收集方式Table 1 The properties and collection methods of ash at different discharge points of incineration facilities

由表1可知，危险废物焚烧设施在二燃室、余热锅炉、急冷塔和除尘器底部等处产生的灰渣，在温度、均质度、含水率、外观性状、主要成分以及密封、收集方式等方面差别较大。

3 危险废物焚烧灰渣收集设计

3.1 某100 t/d焚烧线灰渣产生计算

选取某100 t/d回转窑焚烧设施（主要尺寸φ4.2 m×16.0 m，倾角1.5 °，窑内停留时间60～90 min），焚烧物料配伍后特性见表2。焚烧各系统药剂添加量及灰渣产生量见表3，其物料平衡见图2。

表2 焚烧物料配伍后特性Table 2 The compatibility characteristics of incinerated materials

表3 焚烧各系统药剂添加量及灰渣产生量Table 3 The additive amount and ash yield of each system of the incineration

图2 焚烧物料平衡Figure 2 The material balance of the incineration

3.2 通用灰渣收集输送系统性能比较

我国通用的灰渣收集输送系统大致分为机械输灰系统和气力输灰系统，其中机械输灰系统包括螺旋输送机、刮板输送机、斗式提升机和空气斜槽等，气力输灰系统包括正压气力除灰系统、低正压气力除灰系统、负压气力除灰系统和小仓泵正压气力输送系统等。

3.2.1 机械输灰系统比较

机械输灰系统大约有4种（表4）：螺旋输送机利用螺旋叶片旋转推移物料；刮板输送机借助运动刮板链条连续输送散装物料；斗式提升机是垂直输送粉料的机械；空气斜槽是利用低压空气输送蓬松粉料［11］。

表4 机械输灰系统性能对比Table 4 The performance comparison of mechanical ash delivery system

由表4可知，螺旋输送机每段输送距离和输送量有限，适合水平输送中低温、低含水率粉状物料，但动力消耗大、易磨损，不适宜块状/砂状物料。刮板输送机输送距离、输送量较螺旋输送机有大幅提高，能在10m高度范围内向高位料仓输送物料，但需要设置矩形廊道以方便设备安装。斗式提升机适合向高位料仓输送物料。空气斜槽动力消耗仅为螺旋输送机的1%～3%，但要求物料含水率低于1%，只能向下输送。

危险废物焚烧设施二燃室、余热锅炉、急冷塔、布袋除尘器等干态排灰点位置分散，排灰量大小不等，排出灰渣颗粒度、均匀度、含水率、化学组分及性质各不相同，故各排灰点收集方式不宜完全相同。综合表4分析，对灰渣量较小的排灰点可直接用灰斗收集，对灰渣量较大的排灰点可采用螺旋输送机收集。

3.2.2 气力输灰系统比较

气力输灰系统大约有4种：高正压除灰系统（大仓泵）是干灰经闸板阀、星型卸灰阀进入空气斜槽，通过斜槽将来自不同灰斗的干灰集中输送给1台大仓泵再远距离输送；低正压除灰系统是利用回转式鼓风机作为气源，产生0.1 ～0.2 MPa的输送正压，灰斗下设手动插板阀、锁气阀，锁气阀进卸料按设定程序逐个控制，将分散灰斗排灰逐个输送至灰库；负压气力除灰系统是利用风机产生系统负压，灰斗下设物料输送阀，工作按设定程序逐个打开，将分散灰斗排灰直接集中输送至灰库；小仓泵正压气力输送系统是灰斗下设有小仓泵和气动出料阀，利用压缩空气将灰斗排灰通过仓式泵与空气混合，并吹入输送管道直接排入灰库［12-14］。4种气力输灰系统的性能对比情况如表5所示。

表5 气力输灰系统性能对比Table5 The performance comparison of pneumatic ash conveying system

由表5可知，大仓泵、小仓泵适合若干分散灰斗集中长距离输送至某一灰斗，低正压系统适合某处灰斗向多处灰斗短距离分散输送，负压系统适合若干低位灰斗向某一高位灰斗集中输送。综合考虑能耗、输送距离和输送方向，小仓泵系统更适合危险废物焚烧设施灰斗灰渣收集。

3.3 灰渣收集技术优化应用实践

目前我国危险废物焚烧设施未有灰渣自动化收集系统，考虑到各干态排灰点灰渣位置、性质、成分、产生量各不相同，一般灰渣量大的排灰点采用螺旋输送机收集，灰渣量小的排灰点直接采用灰斗贮存，难以达到自动化、连续化的运行效果。本次研究拟采用小仓泵系统对焚烧设施灰渣进行收集输送。

焚烧设施二燃室排渣因工艺差别可能为湿渣，本次小仓泵系统设计仅对余热锅炉、急冷塔和布袋除尘器排出灰渣进行收集，其中余热锅炉、急冷塔和布袋除尘器灰渣量比例由表3可知分别为1.6%、0.8%和33.6%。本次设计对灰渣量大的布袋除尘器若干灰斗设置1套大型号小仓泵系统，并电加热辅助灰斗保温避免板结；对灰渣量小的余热锅炉和急冷塔灰斗集中设置1套或2套小型号小仓泵系统，焚烧设施灰渣收集系统配套空压机及灰渣贮存系统共用（图3）。

图3 灰渣收集系统优化工艺示意Figure3 The process schematic of ash and slag collection system

通过对焚烧设施灰渣收集系统工艺进行设计优化（图4），可减少螺旋输送机、储存灰斗和灰渣暂存库等附属设施，优化后系统能实现自动化运行，减少员工值守及其工作量。

图4 灰渣收集系统优化后焚烧设施工艺流程示意Figure 4 The process flow schematic of incineration facility after optimization of ash collection system

根据国家统计局数据，2019年我国337个一至五线城市生活垃圾产生量约达3.43 ×108t［15］，估算出2020年中国城市生活垃圾产生量达3.6 ×108t。根据国家统计局统计年鉴数据，生活垃圾无害化处置比例为99.2 5%（焚烧比例约为50%），据此计算生活垃圾焚烧飞灰产生量约为6.087 1 ×106t（占比约为5%）［16-17］，考虑到生活垃圾焚烧飞灰也属于危险废物，且基本属性与危险废物焚烧飞灰相近［18］，本系统在生活垃圾焚烧设施飞灰收集方面具有潜在应用空间［19］。

4 结论

1）通过对机械输灰、气力输灰全面比较，综合考虑能耗、输送距离和输送方向，小仓泵系统更适合作为危险废物焚烧设施灰斗灰渣收集的动力设备，避免直接接触，有利于劳动安全卫生。

2）通过对焚烧设施灰渣收集系统工艺进行设计优化，可减少螺旋输送机、储存灰斗和灰渣暂存库等附属设施，优化后系统能实现自动化运行，减少员工值守及其工作量。

3）2020年中国城市生活垃圾焚烧飞灰产生量约为6.087 1 ×106t，《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》明确指出，2025年焚烧产能8.0 ×105t/d、焚烧产能占比达65%，未来5 a内飞灰增长预计超过33%，该套焚烧设施灰渣收集系统在生活垃圾焚烧设施领域具有潜在的应用空间。