城市垃圾焚烧炉内灰渣的性质及结渣机理初探

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1、城市垃圾焚烧炉内灰渣的性质及结渣机理初探　　为了正确地处理、管理城市垃圾焚烧后的灰渣，应全面了解这些灰渣的物理和化学性质，如灰渣的粒径大小分布、表面积、形态、密度、组成及化学性质等。　　垃圾焚烧后灰烬的基本化学组成见表1。　　　　　　表1垃圾焚烧后灰烬的化学基本组成[1]　　　　化学成分　　SiO2　　Al2O3　　Fe2O3　　CaO　　MgO　　K2O　　Na2O　　BaO　　Cr2O3　　PbO　　SO3　　C　　H2O　　其他　　含量　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　城市垃圾焚烧后的残渣主要包括飞灰和底渣。根据Ontiveros

2、JL,ClappTLandKossonDS等人的研究[2]，将垃圾焚烧炉的飞灰按粒径分为7档：〈20μm，20～41μm，42～60μm，61～110μm，111～149μm，150～230μm，〉230μm。粒径大于230μm的，主要是焦炭的薄片,焦炭片越少，颗粒燃烧得越完全，它与第2次供风有密切的关系。对颗粒的密度和表面积进行分析，测量表明：飞灰密度的大小可表明物料的燃烬性，密度越大燃烬性越好；飞灰的密度越大则有更大的表面积，灰表面积随粒径的减小而增大，这种现象与炉的效率或装置的收集效率有关。通过分析灰的固体总挥发度可考察各个组成未燃烬的情况。城市垃圾焚烧飞灰最

3、多的颗粒主要是黑色和白色颗粒，形状包括扁平和园状型的，成渣结块时也有球型的，然而，球型的粒子不太多。Taylor[3]用碎海绵、卷纸状、画板状等词语来描述垃圾焚烧飞灰的形状。通过电子扫描图可见飞灰晶型结构的形成，CahillandNewland[4]等人用挥发富集理论来解释，铝和硅的气化温度比焚烧温度高，因而成为其他挥发元素的晶核。Furuya[5]等人分析得到飞灰颗粒为CaSO4型。但OntiverosJL,ClappTLandKossonDS[2]等人对飞灰样品的研究表明，它们的晶体结构除了CaSO4型之外，还有可能有NaCl或KCl型。底渣主要是碎玻璃、金属残

4、片、石子、灰粉和结块的渣。　　废弃物焚烧过程中，不可避免地产生HCl、SOx、NOx、CO等无机污染物，同时可能还会产生苯并芘、苯并蒽、二恶英等有机物和Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Ni等痕量重金属污染。因此，净化集尘装置和净化过滤集尘装置是垃圾焚烧过程中的关键配套系统。其常用装置有机械集尘装置，用于从气体中分离出粒径约为20～30μｍ以上的颗粒；静电除尘器，用于捕集小至μm左右的微细粒子；袋式过滤器，用于除去1μｍ以下的粒子，同时也对去除PCDD效果最好。另外，为了脱氯脱硫，在850～1050℃的炉温范围内，通常会向炉内喷入磨碎的氢氧化钙、氢氧化镁、醋酸钙、醋酸镁

5、、醋酸镁钙、甲酸钙、丙酸钙或苯甲酸钙等吸收剂。为了减少PCDD的生成，在焚烧炉余热锅炉前喷氨，由于氨与氯的结合能力强于前驱物与氯的结合能力及喷氨可以使合成PCDD的催化剂失去催化作用。因此，垃圾焚烧所采取的一系列控制二次污染的技术，都极大地影响灰渣的物理形态和化学性质。　　了解飞灰中金属的粒径分布情况对其形成机理和管理很重要。Kaufherr和Lichtman[6]研究发现：铝、钾、镁和铁金属的粒径变化不大。Hansen和Fisher[7]的研究发现：钛、钠、铪、钍和碳飞灰的硅铝母体有联系。Cahill和Newland[4]得出在炉膛中高挥发点的物质作为核晶的理论。

6、因此铝、硅和镁是形成飞灰的晶核，沸点低的物质易挥发并浓缩为飞灰颗粒。铅和钙由于易挥发而堆积在金属的表面。对每个粒径区间的飞灰金属含量进行分析，一般来说它们的金属含量都随粒径的减小而增大，大多数金属都有这种趋势，只是铝、镁、钡、铁、镍、钾受粒径的影响不太大，因为这些元素是灰的晶核。对每个粒径的灰表面积进行比较，随着颗粒的减小，增加的表面积更有利于富集。铝、镁、钡、铁、镍、钾、铬和铅这些核元素的含量并不随粒径变小而有太大的变化。但其它元素的含量却随粒径的减小有一个显著的变化。在大多数情况下，这种变化是呈线性的。钾、钠、钙、镍在飞灰上比较在底渣上更容易沉积。在相同的工厂中

7、，金属在灰中的分布是不同的，如铁在底渣中的含量远远高于飞灰中的含量，铝、钡、铬、铜和铅在飞灰和底渣中的含量基本上是均等的。用水相提取的方法可把灰溶解在水中的阴、阳离子的种类分开。可用物质和电荷平衡的原理来测量它们的存在形式，结果表明钾和钠主要以氯盐的形式存在，但也以硫酸盐的形式的存在，钙主要是以硫酸盐形式存在。　　2积灰和结渣对垃圾焚烧炉的影响　　炉管壁面的积灰、结渣是一种普遍现象，在炉膛内火焰中心处的温度高，燃料中的灰分大多呈熔化状态，而在炉管壁附近的烟温则较低，一般在接触受热面时已凝固，沉积在壁面上成疏松状，就形成积灰；如果烟气中的灰粒在接触壁面时仍呈熔化状