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摘要：介绍了城市垃圾焚烧灰渣基本的物理化学性质，初步探讨了垃圾焚烧处理中的积灰、结渣形成的机理，为焚烧炉的正常运行提供科学的保证，为灰渣的深度开发利用及污染防治提供科学依据。关键词：垃圾焚烧　残渣　结渣机理再利用　　1垃圾焚烧残渣的基本性质　　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。　　1.1垃圾焚烧残渣的化学组成　　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]（％）

2、化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OBaOCr2O3PbOSO3CH2O其他含量43.68.767.2913.117.741.633.920.080.0620.291.891.662.257.1　　1.2城市垃圾焚烧残渣　　城市垃圾焚烧后的残渣主要包括飞灰和底渣。根据OntiverosJL,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

3、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

4、成，CahillandNe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、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。　　1.4垃圾焚烧灰中金属的分布及化学性质　

5、　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Nem，厚度一般都有200mm)左右。它使下部送风受到阻碍，燃烧减缓。垃圾燃尽后形成的渣块尺寸松散，小尺寸(＜100mm)占全部灰渣的比例约为20％,可能与以下2个因素密切相关，一是因为垃圾成分中有大量的低熔点物质，如塑料、橡胶等各种高分子化合物，加上垃圾中含有大量的煤渣、尘土、碎玻璃陶片等。当垃圾进入主焚

6、烧阶段时，各种高分子化合物就软化缩合，将大量的灰分粘在一起，形成大的块状混合物；二是这种成团的缩合物，在燃烧过程中，供氧不充分，可能处于还原或半还原气氛中，这就使无机物灰渣溶点降低，从而形成在底部灰层中的结渣[8]。　　　垃圾锅炉炉膛火中心温度一般可达1000℃，燃料中的灰份大多呈熔化状态，而四周水冷壁附近烟温较低，如果烟气中携带的灰粒在接触壁面时仍呈熔化或粘性状态，则会逐渐粘附在管壁上形成紧密的灰渣层。焚烧锅炉结焦由许多复杂的因素引起，如炉内空气动力场、炉型、燃烧器布置方式及结构特性，垃圾的尺寸等都将影响炉内结焦状况。保证空气和燃料的良好

7、混合，避免在水冷壁附近形成还原性气氛，合理而良好的炉内空气动力工况是防止锅炉内结的前提。　　2.2垃圾焚烧炉结渣机理的探讨[9、10]　　锅炉结渣是个很复杂的物理化学过程,　它涉及物料的燃烧、炉内传热、传质、物料的潜在结渣倾向、灰粒子在炉内运动以及灰与管壁间的粘附等复杂过程,　至今还没有能定量描述结渣过程的数学模型。　　　笔者试着从灰粒输运机理及在炉壁、管壁上的粘接和结聚长大成灰渣的机理探讨结渣机理。　　灰颗粒的输运主要有气相扩散、热迁移、惯性迁移。对于尺寸很小颗粒和气相灰分，费克扩散、小粒子的布朗扩散和湍流旋涡扩散是重要的输运方式。对稍大

8、的颗粒,　是以热迁移的方式输运。热迁移是由于炉内温度梯度的存在而使小粒子从高温区向低温区运动。研究表明热迁移是造成灰分沉积的重要因素之一。对于较大的灰粒,　惯性力是造成灰粒向水冷