城市垃圾焚燒爐內(nèi)灰渣的性質(zhì)及結(jié)渣機理初探

城市垃圾焚燒爐內(nèi)灰渣的性質(zhì)及結(jié)渣機理初探

摘要：介紹了城市垃圾焚燒灰渣基本的物理化學(xué)性質(zhì)，初步探討了垃圾焚燒處理中的積灰、結(jié)渣形成的機理，為焚燒爐的正常運行提供科學(xué)的保證，為灰渣的深度開發(fā)利用及污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵字：垃圾焚燒殘渣結(jié)渣機理再利用1垃圾焚燒殘渣的基本性質(zhì)為了正確地處理、管理城市垃圾焚燒后的灰渣，應(yīng)全面了解這些灰渣的物理和化學(xué)性質(zhì)，如灰渣的粒徑大小分布、表面積、形態(tài)、密度、組成及化學(xué)性質(zhì)等。1.1垃圾焚燒殘渣的化學(xué)組成垃圾焚燒后灰燼的基本化學(xué)組成見表1。表1垃圾焚燒后灰燼的化學(xué)基本組成[1]

（％）化學(xué)成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OBaOCr2O3PbOSO3CH2O其他含量43.68.767.2913.117.741.633.920.080.0620.291.891.662.257.11.2城市垃圾焚燒殘渣馬登服城陳市分垃釘圾般焚笑燒耗后箭的豆殘倦渣補主搭要撈包泡括傻飛名灰拒和充底療渣是。斷根擾據(jù)濱O攏n粒t民i悟v崗e筑r貌o修s旗值J猴

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性遷移。對于尺寸很小顆粒和氣相灰分，費克擴散、小粒子的布朗擴散和湍流旋渦擴散是重要的輸運方式。對稍大的顆粒,是以熱遷移的方式輸運。熱遷移是由于爐內(nèi)溫度梯度的存在而使小粒子從高溫區(qū)向低溫區(qū)運動。研究表明熱遷移是造成灰分沉積的重要因素之一。對于較大的灰粒,慣性力是造成灰粒向水冷壁面輸運的重要因素。當(dāng)含灰氣流轉(zhuǎn)向時,具有較大慣性動量的灰粒離開氣流而撞擊到爐的水冷壁面?；伊Ｗ矒羲浔诿娴母怕嗜Q于灰粒的慣性動量、所受阻力、在氣流中的位置以及氣流速度?；以诠鼙谏铣练e存在兩個不同的過程：一個為初始沉積層的形成過程,初始沉積層為化學(xué)活性高的薄灰層,它是由尺寸十分小的灰顆粒組成。主要是由揮發(fā)性灰組分在水冷壁上冷凝和微小顆粒的熱遷移沉積共同作用而形成，由于粘附以及與管子的化學(xué)反應(yīng)而生成的非常牢固的覆蓋層。初始沉積層中堿金屬類和堿土金屬類硫酸鹽含量較高,這些微小的顆粒由范德瓦爾力和靜電力保持在管壁上，并與管壁金屬反應(yīng)生成低熔點化合物，強化了微小顆粒與壁面的連接。初始沉積層具有良好的絕熱性能，它的形成使管壁外表面溫度升高。另一個沉積過程為較大灰粒在慣性力作用下沖擊到管壁的初始沉積層上，當(dāng)初始沉積層具有粘性時，它捕獲慣性力輸運的的灰顆粒，并使渣層厚度迅速增加。由于初始沉積層主要是由揮發(fā)分灰組分的冷凝及微小顆粒的熱遷移而引起，因而從工程角度考慮，很難防止初始沉積層的形成。造成爐內(nèi)結(jié)渣迅速增加，并對鍋爐安全運行構(gòu)成威脅的主要因素是慣性沉積。由慣性輸送的灰粒在初始沉積層上的粘接除與初始層的性質(zhì)有關(guān)外，還與撞擊灰粒的溫度高底有關(guān)，當(dāng)撞擊灰粒的溫度很高，呈溶融狀液態(tài)時，很容易發(fā)生粘接，使結(jié)渣過程加劇?；以鼘拥暮穸韧ǔＪ遣痪鶆虻?，它與爐膛的結(jié)構(gòu)、燃燒中心位置、空氣動力特性、爐膛溫度特性及燃料的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。在爐膛的不同位置，灰渣的厚度和結(jié)構(gòu)將有很大的差別。垃圾焚燒與一般燃料(重油、煤、天然氣)燃燒相比，垃圾發(fā)熱值低而含水量高，質(zhì)地相當(dāng)?shù)土?；焚燒過程極為復(fù)雜，氣、液、固體多項反應(yīng)混合發(fā)展，多孔介質(zhì)中的傳遞、同相和異相間傳遞交互發(fā)生，并受晶界過程、電化學(xué)過程和應(yīng)力演變過程等多重因素的影響；另外，由于垃圾形狀不均，質(zhì)量隨季節(jié)、年代和地區(qū)而變化，相應(yīng)的熱值變化幅度較大，結(jié)果焚燒過程中煙氣溫度和成分波動也很大。所以，垃圾焚燒環(huán)境中發(fā)生的結(jié)渣比一般燃料燃燒過程中更復(fù)雜，有待于進一步探討。2.3結(jié)渣現(xiàn)象的危害性結(jié)渣會降低爐內(nèi)受熱面的傳熱能力。一般垃圾焚燒處理系統(tǒng)受到結(jié)渣沾污后，水冷壁、水冷管等換熱設(shè)備的傳熱能力降低；并影響爐內(nèi)火焰的狀態(tài)，除爐膛出口煙溫相應(yīng)提高；還可產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，除傳熱效率降低，并提高排煙溫度，降低鍋爐運行經(jīng)濟性。在傳熱作用減弱的情況下，為了維持同樣的蒸發(fā)量，就需要消耗更多的燃料，使送引風(fēng)機負荷增設(shè)。由于通風(fēng)設(shè)備容量有限，加之結(jié)渣情況下容易發(fā)生煙氣通道的局部堵塞，可能因引風(fēng)量不足，燃燒室內(nèi)產(chǎn)生正壓，限制鍋爐出力。另外，由于飛灰易粘結(jié)在換熱器及其它設(shè)備上，引起過熱器沾污和腐蝕。由于總的傳熱阻力增大，使鍋爐可能無法維持滿負荷運行，只好增加回投料量，引起爐膛出口溫進一步提高，使灰渣更容易粘在受熱面上，形成惡性循環(huán)，導(dǎo)致一系列鍋爐惡性事故發(fā)生。在高溫?zé)煔庾饔谜辰Y(jié)在水冷壁或高溫過熱器上的灰渣會與管壁發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，形成高溫腐蝕。結(jié)渣以后，為了維持鍋爐出力，增加入爐燃料量而通風(fēng)不足，燃燒不完全，一些可燃物可能被帶到對流受熱面，在煙道角落積起來繼續(xù)，發(fā)生煙道再燃燒現(xiàn)象，產(chǎn)生嚴重的破壞性后果。3灰渣的危害及綜合利用3.1灰渣對環(huán)境的危害在垃圾焚燒過程中，垃圾中有害元素除有一部分以氣相形式逸出外，大部分轉(zhuǎn)入飛灰和底渣中。在垃圾灰渣處置和利用過程中，可能構(gòu)成一種長期潛在的環(huán)境污染源。未能被除塵器捕獲的超細飛灰，是大氣氣溶膠的組成部分，吸入這些顆粒將會在肺中沉積，當(dāng)灰沉積呼吸系統(tǒng)中的鼻，咽和支氣管通過纖毛運動到達胃而被溶解。飛灰的吸入比食入的危險性更大因為其直接進入血液而不通過肝和腸。大約25%被吸入灰粒沉積肺組織中，這與其在含灰環(huán)境中所暴露的時間是成正比的。粒徑小于微米的顆粒一般沉積在肺的肺泡區(qū)，50%~80%的微量元素都吸附在那里。因其表面往往富集有害元素，呼吸到肺部后不易驅(qū)除，可能是誘發(fā)癌癥的主要原因。此外，這部分飛灰在垃圾廠附近通過干沉降或濕沉降落到地表后，會污染地表水體及植被。被除塵器捕獲的飛灰，若采用濕排，飛灰中有害元素會溶于沖灰水中，造成污染。堆放在儲灰池中的垃圾灰灰渣，因雨水淋濾，會污染地表及地下水。在渣灰利用過程中，如生產(chǎn)建材制品，仍會對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。3.2灰渣的應(yīng)用前景垃圾焚燒后，分散于垃圾有機質(zhì)中的無機組分在高溫后急冷的熱動力條件下，形成主要成分以及主要物相內(nèi)儲存了大量化學(xué)內(nèi)能，有大量游離狀態(tài)的Al2O3、SiO2及金屬氧化物(K2O、Na2O、Fe2O3、CaO、MgO)存在；灰顆粒微細，比表面積大，易于與其它成分反應(yīng)形成新的物相。因此，這些灰渣可作為重要的無機非金屬資源用于建材、建工、陶瓷、化工等領(lǐng)域，廣泛用于建筑材料的生產(chǎn)與建設(shè)工程，今后仍將是灰渣最主要的利用途徑。把焚燒垃圾灰再無害化利用越來越受到人們的高度重視。4結(jié)語城市垃圾焚燒后的殘渣有較大的利用潛力。研究不同地域、不同爐型條件下的垃圾焚燒后的灰渣特性，建立灰渣的科學(xué)體系，從無序中找出有序的規(guī)律，為焚燒爐的正常運行提供科學(xué)的保證，為灰渣的深度開發(fā)利用及污染防治提供科學(xué)依據(jù)。5參考文獻1楊雄,孫劍峰.生活垃圾處理及其焚燒產(chǎn)物玻璃化[J].陶瓷研究,2000，15（1）.2OntiverosL,ClappTL,KossonDS.Physicalpropertiesandchemicalspeciesdistributionswithinmunicipalwastecombusterashes.EnvironmentalProgress,1989,8(3):222～206.3TaylorDR,TompkinsMA,KirtonSE,etal.

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