垃圾焚烧炉飞灰熔融特性及重金属的分布

图 2> 焚烧飞灰熔融炉装置示意图 %".CD& 2> !EF&?& GH H$I /JF&J HDG? K!AL ?&$M"5. /NN/D/MCJ > 2 —(/HH$&； = —MC(& GH #$= O: ； : —EDCE"($&； P —JM"E@ GH QC/DMR ; ?G$I(*&5C?；8 —H$GS?&M&D；< —/M?GJNF&D&；T —/(JGD(U &D； + —EG5MDG$ C5"M GH M&?N&D/MCD&
29 =9 => 熔融实验方法 > 飞灰试样在 238 B V 2 B 干燥 =P F， 用 233 目和 =83 目的筛网筛分后放入干 放入石墨坩埚中， 燥器中备用。秤取试样 : . 左右， 启 动 )W% 2< X T8 X <23 型 管 式 高 温 加 热 炉，以 23 B X ?"5升温到 T33 B ， 把装有样品的坩埚置入管 式炉加热段， 继续升温至设定温度， 恒温 ,3 ?"5 后， 在炉中缓慢冷却至室温后取出。 29 =9 :> 差热分析 > 采用 ’&@"5 Y$?&D ZW# ; T 型差 热分析仪。3 [ 2 833 B ， 扫描速率 =39 33 *&. X ?"5， 试样质 量 为 2P9 T= ?.， 粒 径 尺 寸 为 39 3<: ?? [ 39 2P, ??。测试条件为：升温速率 P3 B X ?"5； 氧气 气氛， 氧气流量 83 ?\ X ?"5。 29 =9 P> 重金属分析 > 参照 ]!Y’# !A+P< ; :383(
； -. 极易挥发，
主要以均质作用形成金属液滴， 或经异质作用沉积 于飞灰颗粒表面； 而 )/、 )$、 0/、 1 则主要以可溶性 盐类形式存在
［ 23 ］
， 其中 ’(、 45 等重金属严重超出危
险废物鉴别标准 （ （ 6783+89 : ; 2,,< ） 。 ! 9 "# 实验装置和方法 29 =9 2 > 飞灰熔融实验装置 > 飞灰熔融实验在图 2 所示的管式高温加热炉系统上完成。主要包括熔融 炉、 温度控制、 气路和气体收集系统等部分。温度控 制部分采用 ,3=’ 自动温度调节控制器， 能精确控制 反应物加热段的温度。熔融炉本体水平放置， 炉膛 内径 +3 ??， 长 +83 ??， 采用硅钼棒加热，最大加热 最高温度可加热至 2 <33 B 。 功率为 28 @A，
［ +， ,］
对焚烧炉飞灰及熔融试样进行酸消解后， 测定重金 属的质量分数。方法如下， 将试样破碎并研磨， 称取 2 . 试 样 加 入 23 ?\ 的 质 量 分 数 为 83^ 的 硝 酸， ,8 B 回流 28 ?"5， 然后加入 8 ?\ 浓硝酸， 加热回流 :3 ?"5 并冷却， 加入去离子水和质量分数为 :3^ 的 -= O= ， 缓 慢 加 热 至 气 泡 消 失， 冷 却 后， 持续加入 -= O= 直至外观不再改变， 然后加入 23 ?\ 浓盐酸以 ,8 B 回流 28 ?"5， 冷却后用去离子水清洗， 经过滤 定量稀释到 233 ?\ 摇匀后成消解液备测。 试样采用 ’OYK! （ LL ） 型电感耦合等离子体光 谱质谱联用仪进行分析， L)’ 仪器参数： 高频功率， 29 28 @A； 冷却气， 28 \ X ?"5； 辅助气， 39 83 \ X ?"5； 雾 化气， 39 P8 \ X ?"5； 试 液 提 升 量， 29 8 \ X ?"5； 泵 速， 233 D X ?"5。
() 实验部分
! 3 !" 原灰试样分析 " 飞灰试样均取自华东某生活
) 收稿日期： "!!& % !* % (& ；修回日期： "!!# % !$ % !* ) 基金项目：教育部高等学校博士点基金 （ "!!$!"*+!!# ） ， 江苏省建设系统科技计划 （ ,-"!!$(( ） 。 ) 作者简介：王学涛 （ (’.+ % ） ， 男， 河南孟津人， 博士研究生， 从事洁净煤燃烧及固体废弃物资源化利用等方面的研究。/01.+*"2 (+$3 456。
图 => 飞灰试样的差热分析曲线 %".CD& => ZW# N$GMJ GH H$I /JF&J J/?N$&J
" 9 "# 试样灼烧减量变化 # 试样的灼烧减量变化如 图 : 所示。熔融温度在 2 =33 B 时， 飞灰试样灼烧减 量达 到 最 低， 质 量 分 数 为 =T9 8^ ， 在熔融温度为 2 P33 B 时灼烧减量最高， 质量分数达 <+9 :^ ， 且在 P3 ?"5 内保持恒重， 说明在该温度下试样已经达到
=> 结果与讨论
" 9 !# 试样差热分析 # 飞灰试样的差热分析曲线见 图 =。试样在 P+T B [ 8:P B 出现一小的吸热峰， 而在 8:P B [ 2 2:= B 没有任何峰出现。随着熔融温度的 升高， 在 2 2:= B [ 2 =33 B 出现一个明显的宽吸热 峰， 说明试样在 2 2:= B 左右开始发生熔融， 试样中软 化的玻璃态物质开始熔融， 当温度升到 2 2T2 B 时， 吸热流达到最大值； 继续升温， 在 2 =8= B [ 2 =,3 B 出现小的吸热峰， 说明再次发生熔融， 熔融所吸收的 热量为 <9 +T @_， 最后在 2 :83 B [ 2 :+8 B 出现一个 明显的窄吸热峰。
研究表明， 在 ! "## $ 时， 由于飞灰中 !+, 的无机物 转 变为盐层， 其 挥 发 的 质 量 分 数 仅 有 !-, ， 而在 ! .## $ 时， 由于没有新的无机盐层对挥发性氯盐的 限制， 飞灰挥发的质量分数达到 ++, 。当熔融温度 超过 ! "## $ 时， 灼烧减量呈上升趋势， 碱金属硫酸 盐发生反应， 使部分氯盐和一些金属化合物挥发到 气相中， 飞灰熔融试样质量大幅度减少。
第= 期
王学涛 等：垃圾焚烧炉飞灰熔融特性及重金属的分布
2,>8
小颗粒或烟尘上， 无法凝结的气态重金属物质也有 部分被吸附在烟尘上， 最终被烟气除尘系统捕集形 !"、 #$、 %& 等金属氧化 成飞灰。在垃圾焚烧过程中， 物形成飞灰颗粒的内核， 易挥发性物质如 ’(、 )* 以 氯化物的形式冷凝于颗粒表面
) ) 在大型垃圾焚烧炉飞灰中， 以无机物为主， 其次 是具有较高浸出率的重金属元素， 如 ?@、 :;、 :A 等， 还有一定数量吸附在飞灰的二噁英， 若未经预处理 直接填埋， 将会使重金属发生浸出、 迁移， 对土壤及 地下水造成二次污染
［ ( 8 $］
垃圾焚烧发电厂烟气净化系统的布袋除尘器， 该焚 烧厂处理垃圾能力为 ( !’# 1 P A， 采用 $ 台倾斜往复 推力炉排焚烧工艺， 烟气净化系统由半干法烟气洗 涤塔、 布袋除尘装置、 石灰浆制备系统和活性炭制备 系统组成。该系统采用半干法净化， 即喷雾干燥吸 收塔加布袋除尘器， 在布袋除尘器前增加了静电除 尘器。 用 BQM’*!!K? 型 K 射线荧光光谱仪对飞灰试 样的成分进行分析， 结果如表 ( 所示。飞灰成分因 为受原料、 炉型、 取样位置等因素影响而差异很大。 由于飞灰的成分差异导致垃圾焚烧飞灰比煤灰更易
而包封在硅酸盐的网状晶格中
［ &］
。
对熔融试样中重金属挥发特性研究表明， 低沸点重 金属 ?@、 :A 完全挥发， 具有高挥发性重金属的 GH， 在空气气氛下挥发率仅有 #!9［ +］。另外， 通过熔融 处理， 可分解飞灰中 ’’3 ’9 的二噁英， 从而可有效 地防止二噁英类排放到环境中。 本文通过对垃圾焚烧炉飞灰试样的熔融实验， 对飞灰的化学组成、 灼烧减量、 差热分析等特性及熔 融过程中重金属在不同温度下的分布特性进行了考 察， 为城市生活垃圾焚烧炉飞灰无害化处理提供一 定的依据。
"O $O
分数与焚烧温度、 焚烧炉型和各种重金属及其化合 物的沸点有关， 沸点低于焚烧温度的重金属及其化 合物将完全挥发， 随烟气温度的降低将凝结成均匀
表 () 城市生活垃圾焚烧飞灰的基本成分分析 LN@JR () :56S5C=1=5H NHNJTC=C 5U V-W =H4=HR;N1=5H UJT NCX VNY5; CSR4=RC 45H1RH1 ! P9 -=I" :NI BJ" I$ [R" I$ VEI <N" I \" I ?" I# "*3 ’( "&3 *# ($3 $& +3 "+ "3 $* (!3 +* ’3 &" (3 #" GH :> :; ?@ <= :A BC DE DRNZT 6R1NJ RJR6RH1 45H1RH1 ! P (! % + &’*(3 !! *$(3 *! &+*3 &! "!&*3 !! .*3 #& #3 !& $*3 $# "(3 +.
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