垃圾焚烧厂炉渣干法分选工艺设计研究

文/张惠林

目前，国内的垃圾焚烧项目快速发展，焚烧的生活垃圾量越来越多，国内的生活垃圾处理逐步由以往的填埋无害化处理向焚烧无害化处理转变[1-3]。根据《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》，规划要求到2025 年城市生活垃圾资源化利用率将达到60%左右，“十四五”期间生活垃圾焚烧处理能力将提升至80 万吨/日，较“十三五”规划目标的59.14 万吨/日提升35.27%[4-7]。生活垃圾焚烧可使垃圾最大程度的减容，但仍热会产生20%～30%的炉渣[8-12]，预计到2025 年全国的炉渣量估计超过2.0×105t/d。以往的炉渣主要采用填埋处理，既占用了大量的填埋场库容，又浪费了资源[13-16]。目前，国内填埋场库容越来越紧张，炉渣填埋的成本越来越高，因而导致了国内炉渣处理厂如雨后春笋般涌现。由于炉渣成分十分复杂，必须对炉渣进行分选处理，去除杂质和金属，得到高质量的集料产品，方能实现炉渣的综合利用。

目前，炉渣分选工艺主要分为干法分选工艺和湿法分选工艺，其中湿法分选工艺又可分选重选湿法分选工艺和洗涤式湿法分选工艺[17-19]。当前国内炉渣处理厂主要采用重选湿法分选工艺，仅少数炉渣厂采用干法分选工艺。而国外数量超过80%的炉渣厂采用干法分选工艺，剩余炉渣厂采用洗涤式湿法分选工艺。虽然湿法分选工艺存在金属回收率高、集料产品质量好、产品用途范围广等优点，但也存在分选系统复杂、耗水量高、冬季结冰、设备腐蚀严重、水处理成本高等问题[20-25]。炉渣干法分选系统简单，生产过程中不使用循环水，不会产生无水污染，具有占地面积小、维修费用低、管理方便和生产环境好等优点，是国内炉渣分选工艺的发展的方向。因此，对于以回收金属为主，对集料产品质量要求较低，且处于高寒、缺水地区的项目，不宜采用湿法分选工艺，可考虑采用干法分选工艺。

1 炉渣干法分选工艺设计

工艺的设计是炉渣分选厂设计十分重要环节，其流程制定过程中需综合考虑原料性质、产品方案、用户要求、产品回收率和经济效益等因素，并遵循技术先进、成熟高效、合理可行、回收率最大化的原则。具体说明如下：

（1）对原料的性质进行成分分析，并进行筛分试验，掌握详细的物料试验数据；

（2）结合原料成分和市场需求，制定合理的产品方案和分选技术指标，如金属回收率、再生集料含杂率等指标；

（3）根据原料性质和产品要求，合理选择和搭配各个工艺环节，确保制定出的工艺流程先进合理、成熟高效，达到技术最优；

（4）实际生产过程中，工艺可以灵活调整，并能根据用户的要求分选出不同质量规格的产品；

（5）选择技术成熟可靠的工艺设备，合理搭配衔接，发挥设备的最佳效能，提高系统的生产效率；

（6）在满足产品质量要求的前提下获得最大的产品回收率，降低再生集料的含杂率，提高炉渣的综合利用效率，以期达到最高的经济效益和社会效益。

1.1 工艺流程制定

炉渣干法分选工艺，主要分为上料、人工除杂、除铁、预筛分、大料风选、破碎、产品筛分、产品风选、涡流分选等环节，其中预筛分的分级粒径尺寸为20mm，产品筛分的粒径尺寸为5mm、10mm。

工艺描述如下：采用铲车或抓斗将炉渣送至上料斗内，料斗下方设置连续给料的振动给料机。给料机将炉渣均匀、连续的输送至下方输渣胶带机。在输渣胶带机的两侧设置人工分拣工位，可将炉渣中的大件杂物分拣出来，避免影响后续的分选系统的正常运转。分拣出来的可燃杂物，采用车辆运至焚烧厂焚烧处理；不可燃物，运输至填埋场处理。输渣皮带机的上方设置有多道除铁器，可以将炉渣中的废铁分选出来，得到废铁产品。输渣胶带机将炉渣输送至预筛分环节，该环节采用筛孔为20mm 的滚筒筛，可以将炉渣筛分为0～20mm 和＞20mm 两个粒级的物料，其中0～20mm 进入产品筛分环节，＞20mm 物料进入大料风选环节。大料风选环节采用风选机将大料中的轻飘杂物分选出来，分选后的大料进入大块破碎机进行破碎至＜20mm，然后返回至预筛分环节继续筛分，从而形成了粒度控制的闭路循环，防止超尺寸物料进入下一环节。0～20mm 的物料进入产品筛分环节，该环节可将物料筛分为0～5mm、5～10mm 和10～20mm 三种集料，其中5～10mm、10～20mm进入产品风选环节，0～5mm直接作为集料产品。产品风选环节采用风选机对物料进行风选，分选出其中的轻飘杂物，分选后的集料直接进入涡流分选环节进行处理。风速为风选机的最关键的指标，需要根据轻飘物的密度进行合理的确定。涡流分选机主要是采用高速旋转磁棍产生交变磁场切割有色金属，在金属内部产生涡电流，进而在金属内部产生与磁棍磁场相反的磁场，有色金属颗粒会因两个磁场产生的排斥力而向前跳跃并从炉渣中分离出去。涡流分选环节可以将炉渣中的有色金属分选出来，并得到5～10mm、10～20mm 再生集料产品。具体详见图1。

该工艺分选得到的0～5mm 集料产品，可作为填埋场覆土使用；5～10mm 和10～20mm 的集料产品可以作为路基集料使用。

图1 干法分选工艺流程图

1.2 设备选型

以300t/d 的炉渣处理规模为例，进行设备选型计算，具体设备选型结果详见表1。

表1 主要设备选型表

2 控制噪声设计

炉渣设备在生产过程中会产生大量噪声，需要在设计时就考虑降噪措施。

2.1 工程设计降噪措施

（1）所有的炉渣分选工艺设备、原料和产品均布置在封闭的车间内，降低车间内噪声对外界的影响；

（2）设备选型时，尽量选用符合标准的低噪声设备，从根源上降低噪声；

（3）工艺布置时，在保证溜槽不积料的情况下，尽量降低落料高度，减小溜槽倾角，降低物料转载时的噪声；

（4）采用皮带机输送物料，尽量减少物料的车辆转运，降低转运车辆的噪声。

2.2 运行措施

（1）加强员工的设备操作技能培训，做好设备的检查和维护，降低设备的故障率，避免出现设备故障的噪声；

（2）运行过程中尽可能的关闭无通风、通行要求的门窗，减少室内噪音的外泄；

（3）尽量白天运行，避免夜间运行，降低夜间噪声。

3 控制粉尘设计

炉渣干法分选工艺对炉渣的含水量要求较严格，其含水量越低干法分选的效果越好。但炉渣含水量较低时，会在生产过程中产生大量的粉尘。因此，炉渣干法分选厂在设计和运营时，须考虑采取降尘措施，以满足环保要求。

3.1 工程设计措施

（1）所有的炉渣原料和产品均布置在封闭的车间内，降低车间内粉尘对外界的影响，同时保护物料不受外界气象的影响；

（2）产生粉尘较大的设备（如分级筛、破碎机），均设置外罩或者布置在单独的封闭房间内，减少粉尘外溢；

（3）工艺布置时，尽量降低落料高度，减少粉尘的产生量；

（4）在粉尘产生较多的地方，设置除尘器装置，对含尘空气进行过滤，降低车间的粉尘含量，保证车间内的粉尘浓度符合当地环保规范要求。

3.2 运行措施

（1）保持炉渣合理的含水率，减少粉尘的产生；

（2）定期检查除尘装置，清理设备积灰，减少漏风点，并定期更换滤芯，提高除尘效率；

（3）严格根据操作规范冲洗地面，保持车间地面的清洁，减少起尘点；

（4）加强车间的通风，保持室内空气的流通，减少车间粉尘的集聚，减少对生产人员的危害。

4 经济效益测算

4.1 项目总投资

以处理规模为300t/d 的炉渣处理厂为例进行测算。炉渣分选车间的总投资约1500 万元（不含征地费），其中土建费800 万元，设备费400 万元，安装费200 万元，其他费用100 万元。

4.2 成本测算

分选车间的总用电负荷约200kW，劳动定员15 人。经粗略测算，分选车间的电费约为30 万元/年，燃油费为60 万元/年，修理费为10 万元/年，管理费15 万元/年，综合折旧费60 万元/年，人工费50 万元/年，总成本为225 万元/年，综合单位成本约为22.73 元/t。

4.3 收益测算

炉渣处理规模为300t/d，年处理量9.9×104t，年产再生集料约9.0×104t。经过考察，炉渣厂的主要收入来源于金属的销售收入，再生集料的销售收入占比非常少，且受建材市场的行情影响较大，本次测算将再生集料的销售收入忽略不计。经粗略测算，该规模的炉渣厂可年回收废铁2500t，销售收入为200 万元/年；废铝300t，销售收入为180万元/年；其他金属50t，销售收入为20万元/年；项目金属的总销售收入为400 万元，综合单价收入40.40元/t。

因此，炉渣的税前净利润约为17.67 元/t。根据国家相关政策，炉渣处理厂税收优惠政策。因此，经粗略估算，达产后炉渣厂年净利润约174.93 万元，投资回收期约8.57年。本项目为固废处理项目，虽经济效益不高，但能够取得很好的环境效益，其综合效益是十分明显的。

5 结论

炉渣分选工艺主要分为干法分选工艺和湿法分选工艺。国内普遍采用湿法分选工艺，但干法分选工艺在高寒、缺水地区的具有一定的优势。

炉渣干法分选工艺，主要包括上料、人工除杂、除铁、预筛分、大料风选、破碎、产品筛分、产品风选、涡流分选等环节，分选得到的0～5mm 集料产品，可作为填埋场覆土使用；5～10mm 和10～20mm 的集料产品可以作为路基集料使用。具体的工艺设置可根据炉渣原料性质和产品要求，合理选择和搭配各个工艺环节，确保制定出的工艺流程先进合理、成熟高效，达到技术最优。

由于炉渣干法分选要求炉渣含水率较低，炉渣较为干燥，分选系统在生产过程中会产生大量的噪声和粉尘，项目设计和运营过程必须采取合理的降噪、除尘措施，以减少项目对环境的影响，满足环保的要求。

对于处理规模为300t/d 的炉渣处理厂，经粗略测算，达产后年净利润约174.93 万元，投资回收期约8.57 年。本项目为固废处理项目，虽经济效益不高，但能够取得很好的环境效益，其综合效益也是十分明显的。