锅炉及工业窑炉协同处置城市固废研究现状

锅炉及工业窑炉协同处置固废作为一种新兴处置技术，其工程应用现状如下：

1)水泥窑协同处置城市固废现状。

目前，国际上公认水泥窑协同处置是消纳各种废物、固化有害物质的有效途径。由于水泥厂分布广、生产量大，可实现固废就地处置，彻底分解有毒有害物质，并设有烟气净化设施，减少生产中的能源消耗和CO2排放，有利于减污降碳。水泥窑协同处置固废的主要研究内容如下：

表3 水泥窑协同处置城市固废国内外研究概况

市政污泥和垃圾焚烧飞灰的化学特性、主要成分与水泥生料相似，生产的水泥在颗粒度、相对密度上与硅酸盐水泥相似，稳固性、膨胀密度、固化时间也较好。市政污泥在水泥窑中完全燃烧，充分利用有机成分的热值、实现节能的同时，又能将无机成分作为水泥原料，实现安全处置与利用。污泥含水率越高，热值越低，不添加额外燃料可协同处置含水率高达50%的市政污泥。水泥窑协同处置垃圾焚烧飞灰时，利用高温可去除99%的二噁英，窑内碱性环境抑制酸性气体(如HCl、SO2、HF等)排放，同时能将飞灰中大部分有害重金属固化，表4研究数据显示该技术对Cr、Zn、Cu元素的固化效果较好。且处置后水泥熟料中的重金属含量及浸出浓度均满足《GB30760-2014 水泥窑协同处置固体废物技术规范》的要求(见表5、6)。还要考虑固废对生产工艺、窑炉运行的影响。因垃圾焚烧飞灰、市政污泥含有大量的S、Cl、碱金属和重金属离子，掺入后加剧其在窑内循环和富集，引起内部构件腐蚀，导致结皮结圈问题，严重时将引起预热系统堵塞，从而影响水泥窑正常生产运行。

表4 水泥窑协同处置固废重金属固化率

表5 水泥生料和熟料中重金属含量

2)燃煤锅炉协同处置城市固废现状。

电厂燃煤锅炉也是一种常用于城市固废协同处置的工业设备，炉型主要包括煤粉锅炉和循环流化床锅炉等。国内外对燃煤锅炉协同处置固废进行了相关研究，包括生物质、垃圾衍生燃料(RDF)、污泥、药渣、塑料、废旧轮胎、其他木质废物等。主要研究的内容如表7所示，有关运行工况及污染物排放问题均引起较高关注。

表7 燃煤锅炉协同处置城市固废国内外研究概况

燃煤电厂协同处置市政污泥，无需改造现有焚烧系统，降低了市政污泥处置成本，且污染物排放少，具有较好的环保效益。与燃烧单煤相比，由于市政污泥S、Cl、F元素含量高于煤导致锅炉产生结焦和腐蚀的风险。当市政污泥含水率和掺混比控制在一定范围内，颗粒物、SO2、NOX、二噁英等污染物排放均符合国家标准;市政污泥比例增加使烟尘、SO2浓度下降，炉膛温度和燃烧效率下降，但对锅炉正常运行影响较小;处置后大部分重金属残留在灰渣中，市政污泥掺混并没有带来明显影响。

与垃圾焚烧炉处置相比，燃煤电厂拥有高效的发电系统和集中的空气污染控制装置。燃煤电厂协同处置固废，不能简单沿用已有污染物排放标准(生活垃圾焚烧污染控制标准(GB 18485-2014)、锅炉大气污染物排放标准(GB 13271-2014)、火电厂大气污染物排放标准(GB 13223-2011)、燃煤耦合污泥电厂大气污染物排放标准(DB31/1291-2021)，需要结合固废的污染物特性综合考虑。煤可提高垃圾热值及焚烧过程的稳定性和充分性，垃圾中的碱性成分(高钙基物质)抑制煤焚烧过程中SO2、NOX等有害气体的排放。这对于减轻燃煤锅炉的腐蚀，减少大气污染具有重要意义，是解决我国垃圾问题一种经济可行的方法。

3)其他工业窑炉协同处置城市固废现状。

1995年开始使用炼铁高炉协同处置城市固废，降低了废物处置和钢铁生产的成本。国外学者研究发现炼铁高炉协同处置废弃塑不会影响炼铁的品质，并能减少燃料的使用。我国也对该技术展开了相关研究，采用烧结机协同处置垃圾焚烧飞灰，对烧结指标无不良影响且略有改善，通过常规活性碳系统仍可实现烟气达标排放。由于钢铁生产比建材的生产过程需要更精密的控制，对外来杂质的承受限度较低，且相关研究基础较为薄弱。因此可协同处置的废物类别有限，阻碍了该技术的发展应用。

废物制砖是一种将废物转化为增值产品的方法，可降低对土壤的需求量，具有巨大潜力。污泥制砖充分利用污泥中有机物的热值，燃烧后形成微孔增加建材孔隙率，重金属污染物固定于建材内，实现污泥的资源化利用，达到减量化的目的，降低了制作过程的能源消耗和费用，促进循环经济的发展。但由于污泥制砖过程中可能产生成分复杂的烟气，且存在烧结砖中重金属浸出问题，对环境存在潜在风险。

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