摘要 : 介紹了(le)城市垃圾(ji)焚燒灰渣基本的物理(li)化學(xue)性(xing)質，初步探討(tao)了(le)垃圾(ji)焚燒處理(li)中的積(ji)灰、結渣形成的機(ji)理(li)，為焚燒爐的正常運(yun)行提供(gong)科(ke)(ke)學(xue)的保(bao)證，為灰渣的深度開發利(li)用及污染防治提供(gong)科(ke)(ke)學(xue)依(yi)據。

關鍵詞：垃圾焚燒(shao),殘渣結渣機理,再利用

1 垃(la)圾焚燒殘渣的(de)基(ji)本(ben)性質

為(wei)了正(zheng)確地處理(li)、管理(li)城市垃(la)圾焚燒后(hou)的(de)(de)灰渣(zha)，應全(quan)面了解(jie)這(zhe)些灰渣(zha)的(de)(de)物(wu)理(li)和(he)化學性質，如灰渣(zha)的(de)(de)粒徑大小分布、表面積、形態、密度(du)、組成及化學性質等。

1.1垃圾焚燒殘(can)渣(zha)的(de)化學組成

垃圾焚(fen)燒后灰燼的基本化學組(zu)成見表(biao)1。

                                                            表1 垃圾焚燒后灰燼的化學基本組成 （％）化學成分
 

1.2城市垃圾焚(fen)燒(shao)殘渣

城市垃圾焚(fen)燒(shao)后的(de)(de)(de)(de)(de)殘(can)渣主要(yao)(yao)包括飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)(hui)和(he)(he)底(di)渣。根(gen)據Ontiveros J L , Clapp T L and Kosson D S等人的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究，將垃圾焚(fen)燒(shao)爐的(de)(de)(de)(de)(de)飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)(hui)按粒徑(jing)分(fen)(fen)為7檔：〈 20μm，20～41μm，42～60μm，61～110μm，111～149μm，150～230μm， 〉230μm。粒徑(jing)大(da)(da)于230μm的(de)(de)(de)(de)(de)，主要(yao)(yao)是焦炭的(de)(de)(de)(de)(de)薄片, 焦炭片越(yue)少，顆(ke)(ke)(ke)粒燃(ran)(ran)燒(shao)得越(yue)完全，它與(yu)第2次供(gong)風有密切的(de)(de)(de)(de)(de)關系。對顆(ke)(ke)(ke)粒的(de)(de)(de)(de)(de)密度和(he)(he)表面積進行分(fen)(fen)析(xi)，測(ce)量表明：飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)(hui)密度的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)(da)小可(ke)表明物(wu)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)燃(ran)(ran)燼性，密度越(yue)大(da)(da)燃(ran)(ran)燼性越(yue)好；飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)(hui)的(de)(de)(de)(de)(de)密度越(yue)大(da)(da)則(ze)有更大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)表面積，灰(hui)(hui)表面積隨粒徑(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)減小而(er)(er)增(zeng)大(da)(da)，這種(zhong)現象(xiang)與(yu)爐的(de)(de)(de)(de)(de)效率(lv)或裝(zhuang)置的(de)(de)(de)(de)(de)收集(ji)效率(lv)有關。通(tong)過分(fen)(fen)析(xi)灰(hui)(hui)的(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)體總揮發(fa)度可(ke)考(kao)察(cha)各個組成未燃(ran)(ran)燼的(de)(de)(de)(de)(de)情況。城市垃圾焚(fen)燒(shao)飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)(hui)最(zui)多的(de)(de)(de)(de)(de)顆(ke)(ke)(ke)粒主要(yao)(yao)是黑(hei)色和(he)(he)白色顆(ke)(ke)(ke)粒，形(xing)狀(zhuang)包括扁平和(he)(he)園狀(zhuang)型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)，成渣結塊(kuai)時也有球型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)，然而(er)(er)，球型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)粒子(zi)不太多。Taylor用碎(sui)(sui)海綿、卷(juan)紙狀(zhuang)、畫(hua)板狀(zhuang)等詞語來(lai)描述(shu)垃圾焚(fen)燒(shao)飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)(hui)的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)狀(zhuang)。通(tong)過電子(zi)掃(sao)描圖可(ke)見飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)(hui)晶(jing)型(xing)結構的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成， Cahill and Newland 等人用揮發(fa)富集(ji)理(li)論來(lai)解釋，鋁和(he)(he)硅的(de)(de)(de)(de)(de)氣化(hua)溫(wen)度比(bi)焚(fen)燒(shao)溫(wen)度高，因而(er)(er)成為其他(ta)揮發(fa)元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)核。Furuya等人分(fen)(fen)析(xi)得到飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)(hui)顆(ke)(ke)(ke)粒為CaSO4型(xing)。但Ontiveros J L, Clapp T L and Kosson D S等人對飛(fei)(fei)(fei)(fei)灰(hui)(hui)樣品的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究表明，它們的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)體結構除(chu)了CaSO4型(xing)之外，還有可(ke)能有NaCl 或KCl型(xing)。底(di)渣主要(yao)(yao)是碎(sui)(sui)玻(bo)璃、金屬(shu)殘(can)片、石子(zi)、灰(hui)(hui)粉和(he)(he)結塊(kuai)的(de)(de)(de)(de)(de)渣。

1.3垃圾(ji)焚燒殘渣(zha)與二次污(wu)染(ran)控制技(ji)術

廢棄物(wu)(wu)焚(fen)燒(shao)過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)，不可(ke)(ke)避免地產生(sheng)HCl、SOx、NOx、CO等無機污染物(wu)(wu)，同時(shi)可(ke)(ke)能還會(hui)產生(sheng)苯(ben)(ben)(ben)并(bing)芘、苯(ben)(ben)(ben)并(bing)蒽(en)、二惡英等有機物(wu)(wu)和(he)Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Ni等痕(hen)量重金屬污染。因(yin)此，凈化集塵裝置(zhi)和(he)凈化過(guo)(guo)(guo)濾集塵裝置(zhi)是垃(la)圾(ji)焚(fen)燒(shao)過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵配(pei)套系統(tong)。其常用裝置(zhi)有機械集塵裝置(zhi)，用于(yu)從氣體中(zhong)分離出粒徑約為20～30μｍ以上的(de)(de)(de)(de)(de)顆粒；靜電除塵器(qi)，用于(yu)捕集小(xiao)至0.5μm左右的(de)(de)(de)(de)(de)微細粒子；袋式過(guo)(guo)(guo)濾器(qi)，用于(yu)除去1μｍ以下的(de)(de)(de)(de)(de)粒子，同時(shi)也對去除 PCDD效果最(zui)好。另外，為了(le)脫氯脫硫(liu)，在(zai)850～1050℃的(de)(de)(de)(de)(de)爐(lu)(lu)溫范圍內，通常會(hui)向爐(lu)(lu)內噴(pen)入磨碎的(de)(de)(de)(de)(de)氫氧化鈣、氫氧化鎂、醋酸鈣、醋酸鎂、醋酸鎂鈣、甲酸鈣、丙(bing)酸鈣或苯(ben)(ben)(ben)甲酸鈣等吸收劑(ji)。為了(le)減少 PCDD的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)成，在(zai)焚(fen)燒(shao)爐(lu)(lu)余熱鍋爐(lu)(lu)前噴(pen)氨，由于(yu)氨與(yu)氯的(de)(de)(de)(de)(de)結合能力強(qiang)于(yu)前驅物(wu)(wu)與(yu)氯的(de)(de)(de)(de)(de)結合能力及噴(pen)氨可(ke)(ke)以使合成 PCDD的(de)(de)(de)(de)(de)催化劑(ji)失去催化作(zuo)用。因(yin)此，垃(la)圾(ji)焚(fen)燒(shao)所采取的(de)(de)(de)(de)(de)一系列(lie)控制二次污染的(de)(de)(de)(de)(de)技術，都極大地影響灰渣的(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)(wu)理形態和(he)化學性質。

1.4垃圾焚燒(shao)灰中(zhong)金(jin)屬的分(fen)布及化學性(xing)質

了解飛(fei)灰中(zhong)(zhong)金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)粒(li)徑(jing)分(fen)布(bu)(bu)情況對其(qi)形成機理和(he)(he)管理很(hen)重要。Kaufherr和(he)(he)Lichtman研究發現：鋁、鉀(jia)、鎂和(he)(he)鐵(tie)金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)粒(li)徑(jing)變化不大(da)。Hansen和(he)(he)Fisher的(de)(de)(de)(de)研究發現：鈦、鈉、鉿、釷(tu)和(he)(he)碳飛(fei)灰的(de)(de)(de)(de)硅鋁母體有(you)(you)(you)聯系。Cahill和(he)(he)Newland得(de)出(chu)在(zai)(zai)爐膛中(zhong)(zhong)高(gao)揮(hui)(hui)發點的(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)作為(wei)核(he)晶的(de)(de)(de)(de)理論。因此鋁、硅和(he)(he)鎂是形成飛(fei)灰的(de)(de)(de)(de)晶核(he)，沸(fei)點低的(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)易(yi)(yi)揮(hui)(hui)發并(bing)(bing)濃縮為(wei)飛(fei)灰顆粒(li)。鉛(qian)和(he)(he)鈣(gai)由(you)于(yu)(yu)易(yi)(yi)揮(hui)(hui)發而堆積在(zai)(zai)金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)。對每個(ge)粒(li)徑(jing)區間(jian)的(de)(de)(de)(de)飛(fei)灰金(jin)屬含(han)量(liang)進行(xing)分(fen)析，一般來(lai)說它們的(de)(de)(de)(de)金(jin)屬含(han)量(liang)都隨粒(li)徑(jing)的(de)(de)(de)(de)減(jian)小而增大(da)，大(da)多數金(jin)屬都有(you)(you)(you)這(zhe)種趨勢，只(zhi)是鋁、鎂、鋇(bei)、鐵(tie)、鎳(nie)、鉀(jia)受粒(li)徑(jing)的(de)(de)(de)(de)影響不太(tai)大(da)，因為(wei)這(zhe)些(xie)元(yuan)素(su)(su)是灰的(de)(de)(de)(de)晶核(he)。對每個(ge)粒(li)徑(jing)的(de)(de)(de)(de)灰表(biao)面(mian)積進行(xing)比較，隨著顆粒(li)的(de)(de)(de)(de)減(jian)小，增加的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)積更有(you)(you)(you)利于(yu)(yu)富集。鋁、鎂、鋇(bei)、鐵(tie)、鎳(nie)、鉀(jia)、鉻(ge)和(he)(he)鉛(qian)這(zhe)些(xie)核(he)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)并(bing)(bing)不隨粒(li)徑(jing)變小而有(you)(you)(you)太(tai)大(da)的(de)(de)(de)(de)變化。但(dan)其(qi)它元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)卻隨粒(li)徑(jing)的(de)(de)(de)(de)減(jian)小有(you)(you)(you)一個(ge)顯(xian)著的(de)(de)(de)(de)變化。在(zai)(zai)大(da)多數情況下，這(zhe)種變化是呈(cheng)線性的(de)(de)(de)(de)。鉀(jia)、鈉、鈣(gai)、鎳(nie)在(zai)(zai)飛(fei)灰上比較在(zai)(zai)底(di)(di)渣上更容易(yi)(yi)沉積。在(zai)(zai)相同的(de)(de)(de)(de)工廠中(zhong)(zhong)，金(jin)屬在(zai)(zai)灰中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)分(fen)布(bu)(bu)是不同的(de)(de)(de)(de)，如鐵(tie)在(zai)(zai)底(di)(di)渣中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)遠(yuan)遠(yuan)高(gao)于(yu)(yu)飛(fei)灰中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)，鋁、鋇(bei)、鉻(ge)、銅和(he)(he)鉛(qian)在(zai)(zai)飛(fei)灰和(he)(he)底(di)(di)渣中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)基本(ben)上是均等的(de)(de)(de)(de)。用(yong)(yong)水相提(ti)取的(de)(de)(de)(de)方法可把灰溶解在(zai)(zai)水中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)陰、陽離(li)子的(de)(de)(de)(de)種類分(fen)開(kai)。可用(yong)(yong)物(wu)質(zhi)和(he)(he)電荷平(ping)衡的(de)(de)(de)(de)原理來(lai)測(ce)量(liang)它們的(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)形式(shi)，結果表(biao)明鉀(jia)和(he)(he)鈉主要以氯鹽(yan)的(de)(de)(de)(de)形式(shi)存(cun)在(zai)(zai)，但(dan)也以硫酸鹽(yan)的(de)(de)(de)(de)形式(shi)的(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)，鈣(gai)主要是以硫酸鹽(yan)形式(shi)存(cun)在(zai)(zai)。

2積灰和結渣對垃圾焚燒爐的影響

2.1積灰、結渣(zha)的(de)形(xing)成

爐(lu)管壁(bi)(bi)(bi)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)積灰(hui)(hui)、結渣(zha)(zha)(zha)是(shi)(shi)(shi)(shi)一(yi)(yi)種普(pu)遍(bian)現(xian)(xian)象，在(zai)(zai)爐(lu)膛內火焰中(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)處的(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)高，燃(ran)(ran)料(liao)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)灰(hui)(hui)分(fen)大(da)(da)多呈(cheng)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)狀(zhuang)態，而在(zai)(zai)爐(lu)管壁(bi)(bi)(bi)附近的(de)(de)(de)(de)(de)煙溫(wen)(wen)(wen)則較低，一(yi)(yi)般(ban)(ban)在(zai)(zai)接觸(chu)受(shou)(shou)熱(re)面(mian)(mian)時已凝固，沉(chen)積在(zai)(zai)壁(bi)(bi)(bi)面(mian)(mian)上(shang)成(cheng)疏松狀(zhuang)，就形成(cheng)積灰(hui)(hui)；如果煙氣中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)灰(hui)(hui)粒在(zai)(zai)接觸(chu)壁(bi)(bi)(bi)面(mian)(mian)時仍(reng)呈(cheng)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)狀(zhuang)態或粘性狀(zhuang)態，則粘附在(zai)(zai)爐(lu)管壁(bi)(bi)(bi)上(shang)形成(cheng)緊密(mi)的(de)(de)(de)(de)(de)灰(hui)(hui)渣(zha)(zha)(zha)層(ceng)，就形成(cheng)了結渣(zha)(zha)(zha)。結渣(zha)(zha)(zha)主要(yao)由煙氣中(zhong)(zhong)(zhong)夾帶的(de)(de)(de)(de)(de)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)或部(bu)(bu)(bu)分(fen)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)顆粒碰撞在(zai)(zai)爐(lu)墻(qiang)、水冷(leng)墻(qiang)或熔(rong)(rong)融的(de)(de)(de)(de)(de)沉(chen)淀物(wu)形式出(chu)現(xian)(xian)在(zai)(zai)輻(fu)射受(shou)(shou)熱(re)面(mian)(mian)上(shang)。如水冷(leng)壁(bi)(bi)(bi)、水排(pai)管、過熱(re)器排(pai)管等(deng)。造成(cheng)鍋爐(lu)結渣(zha)(zha)(zha)的(de)(de)(de)(de)(de)主要(yao)原(yuan)因(yin)是(shi)(shi)(shi)(shi)灰(hui)(hui)份(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)份(fen)及其(qi)熔(rong)(rong)點(dian)。垃(la)圾(ji)(ji)焚燒形成(cheng)結渣(zha)(zha)(zha)由于灰(hui)(hui)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)和惰(duo)性氣體的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)例增加、氧化(hua)(hua)劑穿透灰(hui)(hui)層(ceng)進(jin)入物(wu)料(liao)深部(bu)(bu)(bu)與(yu)可(ke)燃(ran)(ran)物(wu)進(jin)行反(fan)應也愈困難(nan), 整個反(fan)應減(jian)弱。溫(wen)(wen)(wen)度(du)比(bi)焚燒段有所(suo)下(xia)(xia)降，這(zhe)就是(shi)(shi)(shi)(shi)燃(ran)(ran)盡(jin)(jin)階段的(de)(de)(de)(de)(de)到(dao)來，直(zhi)到(dao)整個剩(sheng)余(yu)可(ke)燃(ran)(ran)質燒盡(jin)(jin)。然(ran)而，焚燒生活垃(la)圾(ji)(ji)在(zai)(zai)主焚燒階段，當物(wu)料(liao)溫(wen)(wen)(wen)度(du)較高時，在(zai)(zai)料(liao)層(ceng)底部(bu)(bu)(bu)會形成(cheng)大(da)(da)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)焦塊(kuai)(kuai)，其(qi)尺(chi)寸(cun)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)長度(du)可(ke)達800～1000mm，厚度(du)一(yi)(yi)般(ban)(ban)都有200mm)左右(you)。它(ta)使下(xia)(xia)部(bu)(bu)(bu)送風受(shou)(shou)到(dao)阻礙，燃(ran)(ran)燒減(jian)緩(huan)。垃(la)圾(ji)(ji)燃(ran)(ran)盡(jin)(jin)后(hou)形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)渣(zha)(zha)(zha)塊(kuai)(kuai)尺(chi)寸(cun)松散，小尺(chi)寸(cun)(＜100mm)占全部(bu)(bu)(bu)灰(hui)(hui)渣(zha)(zha)(zha)的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)例約為20％,可(ke)能與(yu)以下(xia)(xia)2個因(yin)素密(mi)切(qie)相關，一(yi)(yi)是(shi)(shi)(shi)(shi)因(yin)為垃(la)圾(ji)(ji)成(cheng)分(fen)中(zhong)(zhong)(zhong)有大(da)(da)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)低熔(rong)(rong)點(dian)物(wu)質，如塑料(liao)、橡膠(jiao)等(deng)各(ge)種高分(fen)子(zi)化(hua)(hua)合(he)物(wu)，加上(shang)垃(la)圾(ji)(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)含有大(da)(da)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)煤渣(zha)(zha)(zha)、塵土、碎玻璃陶片等(deng)。當垃(la)圾(ji)(ji)進(jin)入主焚燒階段時，各(ge)種高分(fen)子(zi)化(hua)(hua)合(he)物(wu)就軟化(hua)(hua)縮合(he)，將大(da)(da)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)灰(hui)(hui)分(fen)粘在(zai)(zai)一(yi)(yi)起，形成(cheng)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)塊(kuai)(kuai)狀(zhuang)混(hun)合(he)物(wu)；二是(shi)(shi)(shi)(shi)這(zhe)種成(cheng)團的(de)(de)(de)(de)(de)縮合(he)物(wu)，在(zai)(zai)燃(ran)(ran)燒過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)，供氧不充(chong)分(fen)，可(ke)能處于還原(yuan)或半還原(yuan)氣氛中(zhong)(zhong)(zhong)，這(zhe)就使無機物(wu)灰(hui)(hui)渣(zha)(zha)(zha)溶點(dian)降低，從而形成(cheng)在(zai)(zai)底部(bu)(bu)(bu)灰(hui)(hui)層(ceng)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)結渣(zha)(zha)(zha)。

垃圾鍋(guo)爐(lu)(lu)(lu)爐(lu)(lu)(lu)膛火中心溫(wen)度一般(ban)可達1000℃，燃(ran)料(liao)中的(de)灰(hui)(hui)份大多(duo)呈(cheng)熔(rong)化狀態，而四(si)周水(shui)冷壁(bi)附近煙溫(wen)較低(di)，如(ru)果煙氣(qi)(qi)中攜帶的(de)灰(hui)(hui)粒(li)在接觸(chu)壁(bi)面時仍呈(cheng)熔(rong)化或粘(zhan)性狀態，則會逐漸(jian)粘(zhan)附在管壁(bi)上形成緊密的(de)灰(hui)(hui)渣層。焚燒(shao)(shao)鍋(guo)爐(lu)(lu)(lu)結(jie)(jie)(jie)焦由許多(duo)復雜的(de)因素引起，如(ru)爐(lu)(lu)(lu)內空氣(qi)(qi)動(dong)力(li)場、爐(lu)(lu)(lu)型、燃(ran)燒(shao)(shao)器布置方式及(ji)結(jie)(jie)(jie)構特性，垃圾的(de)尺寸(cun)等(deng)都(dou)將影響爐(lu)(lu)(lu)內結(jie)(jie)(jie)焦狀況(kuang)。保證空氣(qi)(qi)和燃(ran)料(liao)的(de)良好混合，避免(mian)在水(shui)冷壁(bi)附近形成還原性氣(qi)(qi)氛，合理而良好的(de)爐(lu)(lu)(lu)內空氣(qi)(qi)動(dong)力(li)工(gong)況(kuang)是防止鍋(guo)爐(lu)(lu)(lu)內結(jie)(jie)(jie)的(de)前提(ti)。

2.2垃圾(ji)焚燒爐結渣機理的探討(tao)

鍋爐(lu)結渣是個很復雜(za)的(de)物理化學(xue)過程(cheng)(cheng),它涉(she)及物料的(de)燃燒、爐(lu)內傳(chuan)熱、傳(chuan)質、物料的(de)潛在結渣傾向、灰(hui)粒(li)子在爐(lu)內運動(dong)以及灰(hui)與(yu)管壁(bi)間的(de)粘附等復雜(za)過程(cheng)(cheng),至今還沒有能定量描(miao)述結渣過程(cheng)(cheng)的(de)數學(xue)模型(xing)。

筆者試著從灰(hui)粒輸運機理及在(zai)爐壁(bi)、管(guan)壁(bi)上(shang)的粘接和(he)結聚長(chang)大成(cheng)灰(hui)渣的機理探討(tao)結渣機理。

灰(hui)顆粒(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)輸運(yun)主(zhu)要(yao)有氣(qi)相擴散(san)、熱遷移(yi)、慣性(xing)遷移(yi)。對(dui)于尺寸(cun)很小(xiao)顆粒(li)(li)(li)(li)和氣(qi)相灰(hui)分，費克擴散(san)、小(xiao)粒(li)(li)(li)(li)子的(de)(de)(de)布朗擴散(san)和湍流(liu)(liu)(liu)旋渦擴散(san)是重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)輸運(yun)方式(shi)。對(dui)稍大(da)的(de)(de)(de)顆粒(li)(li)(li)(li),是以(yi)熱遷移(yi)的(de)(de)(de)方式(shi)輸運(yun)。熱遷移(yi)是由于爐內溫度梯度的(de)(de)(de)存在而使小(xiao)粒(li)(li)(li)(li)子從高溫區(qu)向(xiang)(xiang)低(di)溫區(qu)運(yun)動(dong)。研究表明熱遷移(yi)是造成灰(hui)分沉積的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)因素之一。對(dui)于較大(da)的(de)(de)(de)灰(hui)粒(li)(li)(li)(li),慣性(xing)力是造成灰(hui)粒(li)(li)(li)(li)向(xiang)(xiang)水(shui)(shui)冷壁(bi)面輸運(yun)的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)因素。當含灰(hui)氣(qi)流(liu)(liu)(liu)轉(zhuan)向(xiang)(xiang)時,具有較大(da)慣性(xing)動(dong)量(liang)的(de)(de)(de)灰(hui)粒(li)(li)(li)(li)離開(kai)氣(qi)流(liu)(liu)(liu)而撞擊(ji)到爐的(de)(de)(de)水(shui)(shui)冷壁(bi)面。灰(hui)粒(li)(li)(li)(li)撞擊(ji)水(shui)(shui)冷壁(bi)面的(de)(de)(de)概率(lv)取決于灰(hui)粒(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)慣性(xing)動(dong)量(liang)、所受阻力、在氣(qi)流(liu)(liu)(liu)中的(de)(de)(de)位(wei)置以(yi)及氣(qi)流(liu)(liu)(liu)速(su)度。

灰(hui)(hui)(hui)渣(zha)在(zai)(zai)管(guan)壁(bi)(bi)(bi)上(shang)沉(chen)(chen)(chen)(chen)積存在(zai)(zai)兩個(ge)(ge)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)過程(cheng)(cheng)：一個(ge)(ge)為(wei)初(chu)始(shi)(shi)沉(chen)(chen)(chen)(chen)積層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)過程(cheng)(cheng), 初(chu)始(shi)(shi)沉(chen)(chen)(chen)(chen)積層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)為(wei)化(hua)學活性(xing)(xing)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)薄灰(hui)(hui)(hui)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng), 它(ta)是由(you)尺寸十分(fen)小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)灰(hui)(hui)(hui)顆(ke)粒(li)組(zu)成(cheng)(cheng)。主(zhu)要是由(you)揮發(fa)性(xing)(xing)灰(hui)(hui)(hui)組(zu)分(fen)在(zai)(zai)水(shui)冷壁(bi)(bi)(bi)上(shang)冷凝和微小顆(ke)粒(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)遷移沉(chen)(chen)(chen)(chen)積共同(tong)作用(yong)而形(xing)成(cheng)(cheng)，由(you)于(yu)(yu)粘(zhan)附以及(ji)與(yu)(yu)(yu)(yu)管(guan)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)學反應而生(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)非常牢固的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)覆蓋層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)。初(chu)始(shi)(shi)沉(chen)(chen)(chen)(chen)積層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中堿(jian)金(jin)(jin)屬類(lei)和堿(jian)土金(jin)(jin)屬類(lei)硫酸鹽(yan)含(han)量較(jiao)高(gao),這些微小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)顆(ke)粒(li)由(you)范(fan)德(de)瓦爾力和靜電力保持(chi)在(zai)(zai)管(guan)壁(bi)(bi)(bi)上(shang)，并(bing)與(yu)(yu)(yu)(yu)管(guan)壁(bi)(bi)(bi)金(jin)(jin)屬反應生(sheng)成(cheng)(cheng)低熔點化(hua)合物(wu)，強化(hua)了微小顆(ke)粒(li)與(yu)(yu)(yu)(yu)壁(bi)(bi)(bi)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)連接。初(chu)始(shi)(shi)沉(chen)(chen)(chen)(chen)積層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)具有(you)(you)(you)良好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)絕熱(re)性(xing)(xing)能，它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)使管(guan)壁(bi)(bi)(bi)外表(biao)面(mian)(mian)溫(wen)(wen)度(du)升高(gao)。另一個(ge)(ge)沉(chen)(chen)(chen)(chen)積過程(cheng)(cheng)為(wei)較(jiao)大灰(hui)(hui)(hui)粒(li)在(zai)(zai)慣性(xing)(xing)力作用(yong)下沖擊到(dao)管(guan)壁(bi)(bi)(bi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)初(chu)始(shi)(shi)沉(chen)(chen)(chen)(chen)積層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)上(shang)，當(dang)初(chu)始(shi)(shi)沉(chen)(chen)(chen)(chen)積層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)具有(you)(you)(you)粘(zhan)性(xing)(xing)時(shi)，它(ta)捕(bu)獲慣性(xing)(xing)力輸運的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)灰(hui)(hui)(hui)顆(ke)粒(li)，并(bing)使渣(zha)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)厚度(du)迅速增(zeng)加(jia)。由(you)于(yu)(yu)初(chu)始(shi)(shi)沉(chen)(chen)(chen)(chen)積層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)主(zhu)要是由(you)揮發(fa)分(fen)灰(hui)(hui)(hui)組(zu)分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)冷凝及(ji)微小顆(ke)粒(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)遷移而引起(qi)，因而從工程(cheng)(cheng)角(jiao)度(du)考慮，很(hen)難防止初(chu)始(shi)(shi)沉(chen)(chen)(chen)(chen)積層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)。造成(cheng)(cheng)爐內結(jie)渣(zha)迅速增(zeng)加(jia)，并(bing)對鍋爐安全運行構(gou)成(cheng)(cheng)威脅的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要因素是慣性(xing)(xing)沉(chen)(chen)(chen)(chen)積。由(you)慣性(xing)(xing)輸送的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)灰(hui)(hui)(hui)粒(li)在(zai)(zai)初(chu)始(shi)(shi)沉(chen)(chen)(chen)(chen)積層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)粘(zhan)接除與(yu)(yu)(yu)(yu)初(chu)始(shi)(shi)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)質有(you)(you)(you)關外，還與(yu)(yu)(yu)(yu)撞擊灰(hui)(hui)(hui)粒(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)高(gao)底(di)有(you)(you)(you)關，當(dang)撞擊灰(hui)(hui)(hui)粒(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)很(hen)高(gao)，呈溶融狀液態時(shi)，很(hen)容易發(fa)生(sheng)粘(zhan)接，使結(jie)渣(zha)過程(cheng)(cheng)加(jia)劇。灰(hui)(hui)(hui)渣(zha)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)厚度(du)通常是不(bu)均勻(yun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，它(ta)與(yu)(yu)(yu)(yu)爐膛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)、燃(ran)燒中心位置(zhi)(zhi)、空氣動力特性(xing)(xing)、爐膛溫(wen)(wen)度(du)特性(xing)(xing)及(ji)燃(ran)料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)理化(hua)學性(xing)(xing)質有(you)(you)(you)關。在(zai)(zai)爐膛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)同(tong)位置(zhi)(zhi)，灰(hui)(hui)(hui)渣(zha)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)厚度(du)和結(jie)構(gou)將有(you)(you)(you)很(hen)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)差(cha)別。

垃(la)(la)圾焚(fen)燒(shao)與一般(ban)燃(ran)(ran)料(liao) (重(zhong)油、煤、天然(ran)氣(qi)(qi) )燃(ran)(ran)燒(shao)相(xiang)比，垃(la)(la)圾發(fa)(fa)熱值低而含水量高(gao)，質地相(xiang)當低劣(lie)；焚(fen)燒(shao)過(guo)(guo)程極為復(fu)雜，氣(qi)(qi)、液、固體多項反(fan)應(ying)混合發(fa)(fa)展，多孔介質中的(de)傳遞、同相(xiang)和(he)異相(xiang)間傳遞交(jiao)互發(fa)(fa)生，并受晶界過(guo)(guo)程、電化學過(guo)(guo)程和(he)應(ying)力演變過(guo)(guo)程等多重(zhong)因(yin)素的(de)影(ying)響；另外，由(you)于垃(la)(la)圾形狀不均，質量隨(sui)季節、年代和(he)地區而變化，相(xiang)應(ying)的(de)熱值變化幅度(du)較大(da)，結果焚(fen)燒(shao)過(guo)(guo)程中煙氣(qi)(qi)溫度(du)和(he)成(cheng)分波動也很大(da)。所以，垃(la)(la)圾焚(fen)燒(shao)環境中發(fa)(fa)生的(de)結渣比一般(ban)燃(ran)(ran)料(liao)燃(ran)(ran)燒(shao)過(guo)(guo)程中更復(fu)雜，有(you)待于進一步探討。

2.3結渣(zha)現象(xiang)的危害性

結(jie)(jie)渣會(hui)(hui)降(jiang)低爐(lu)(lu)(lu)內(nei)受熱(re)(re)(re)面的(de)(de)(de)傳(chuan)熱(re)(re)(re)能力。一般垃圾焚燒處理系統(tong)受到結(jie)(jie)渣沾(zhan)污后，水(shui)冷(leng)壁、水(shui)冷(leng)管等換熱(re)(re)(re)設(she)(she)備的(de)(de)(de)傳(chuan)熱(re)(re)(re)能力降(jiang)低；并(bing)影響爐(lu)(lu)(lu)內(nei)火焰的(de)(de)(de)狀態，除(chu)爐(lu)(lu)(lu)膛出(chu)口煙(yan)(yan)(yan)溫相(xiang)應(ying)提高(gao)；還可(ke)(ke)產生(sheng)堵(du)塞(sai)現象，除(chu)傳(chuan)熱(re)(re)(re)效率降(jiang)低，并(bing)提高(gao)排煙(yan)(yan)(yan)溫度，降(jiang)低鍋(guo)爐(lu)(lu)(lu)運行經(jing)濟(ji)性(xing)。在(zai)傳(chuan)熱(re)(re)(re)作用減弱的(de)(de)(de)情況(kuang)(kuang)下，為了(le)(le)維(wei)(wei)持同樣的(de)(de)(de)蒸發(fa)量，就需要(yao)消耗(hao)更多的(de)(de)(de)燃(ran)料(liao)(liao)，使(shi)送引(yin)(yin)風(feng)機(ji)負(fu)荷(he)增(zeng)(zeng)設(she)(she)。由于(yu)通(tong)(tong)風(feng)設(she)(she)備容(rong)量有限(xian)，加(jia)之結(jie)(jie)渣情況(kuang)(kuang)下容(rong)易(yi)發(fa)生(sheng)煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)通(tong)(tong)道的(de)(de)(de)局部(bu)堵(du)塞(sai)，可(ke)(ke)能因引(yin)(yin)風(feng)量不足，燃(ran)燒室內(nei)產生(sheng)正壓，限(xian)制鍋(guo)爐(lu)(lu)(lu)出(chu)力。另外(wai)，由于(yu)飛(fei)灰(hui)(hui)易(yi)粘結(jie)(jie)在(zai)換熱(re)(re)(re)器及其它設(she)(she)備上(shang)，引(yin)(yin)起過(guo)熱(re)(re)(re)器沾(zhan)污和(he)腐(fu)(fu)蝕。由于(yu)總的(de)(de)(de)傳(chuan)熱(re)(re)(re)阻力增(zeng)(zeng)大，使(shi)鍋(guo)爐(lu)(lu)(lu)可(ke)(ke)能無法維(wei)(wei)持滿負(fu)荷(he)運行，只好增(zeng)(zeng)加(jia)回投料(liao)(liao)量，引(yin)(yin)起爐(lu)(lu)(lu)膛出(chu)口溫進一步提高(gao)，使(shi)灰(hui)(hui)渣更容(rong)易(yi)粘在(zai)受熱(re)(re)(re)面上(shang)，形(xing)成惡性(xing)循(xun)環(huan)，導致一系列鍋(guo)爐(lu)(lu)(lu)惡性(xing)事故發(fa)生(sheng)。在(zai)高(gao)溫煙(yan)(yan)(yan)氣(qi)作用粘結(jie)(jie)在(zai)水(shui)冷(leng)壁或(huo)高(gao)溫過(guo)熱(re)(re)(re)器上(shang)的(de)(de)(de)灰(hui)(hui)渣會(hui)(hui)與管壁發(fa)生(sheng)復雜的(de)(de)(de)化(hua)學反應(ying)，形(xing)成高(gao)溫腐(fu)(fu)蝕。結(jie)(jie)渣以后，為了(le)(le)維(wei)(wei)持鍋(guo)爐(lu)(lu)(lu)出(chu)力，增(zeng)(zeng)加(jia)入(ru)爐(lu)(lu)(lu)燃(ran)料(liao)(liao)量而(er)通(tong)(tong)風(feng)不足，燃(ran)燒不完全，一些可(ke)(ke)燃(ran)物(wu)可(ke)(ke)能被帶到對流受熱(re)(re)(re)面，在(zai)煙(yan)(yan)(yan)道角落積(ji)起來(lai)繼續(xu)，發(fa)生(sheng)煙(yan)(yan)(yan)道再燃(ran)燒現象，產生(sheng)嚴重的(de)(de)(de)破(po)壞性(xing)后果。

3灰渣的(de)危害及綜合(he)利用

3.1灰渣對環境的(de)危害

在垃圾(ji)(ji)焚燒過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)，垃圾(ji)(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)有(you)害元素除有(you)一部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)以氣(qi)(qi)相形式逸出(chu)外，大(da)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)轉入飛(fei)灰(hui)(hui)(hui)和(he)底渣(zha)(zha)中(zhong)(zhong)(zhong)。在垃圾(ji)(ji)灰(hui)(hui)(hui)渣(zha)(zha)處置和(he)利用(yong)過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)，可能構成(cheng)(cheng)一種長期潛在的(de)環境污(wu)染(ran)源。未能被(bei)(bei)除塵器捕獲的(de)超細飛(fei)灰(hui)(hui)(hui)，是(shi)大(da)氣(qi)(qi)氣(qi)(qi)溶膠的(de)組(zu)成(cheng)(cheng)部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)，吸(xi)(xi)(xi)入這些顆粒將會在肺(fei)(fei)中(zhong)(zhong)(zhong)沉(chen)(chen)(chen)積(ji)，當(dang)灰(hui)(hui)(hui)沉(chen)(chen)(chen)積(ji)呼吸(xi)(xi)(xi)系統中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)鼻(bi)，咽和(he)支氣(qi)(qi)管通(tong)(tong)過(guo)纖毛運動到(dao)達胃而被(bei)(bei)溶解(jie)。飛(fei)灰(hui)(hui)(hui)的(de)吸(xi)(xi)(xi)入比(bi)食(shi)入的(de)危險性更(geng)大(da)因(yin)(yin)為其(qi)直接進入血液而不(bu)通(tong)(tong)過(guo)肝和(he)腸。大(da)約25%被(bei)(bei)吸(xi)(xi)(xi)入灰(hui)(hui)(hui)粒沉(chen)(chen)(chen)積(ji)肺(fei)(fei)組(zu)織(zhi)中(zhong)(zhong)(zhong)，這與(yu)其(qi)在含灰(hui)(hui)(hui)環境中(zhong)(zhong)(zhong)所(suo)暴(bao)露的(de)時(shi)間是(shi)成(cheng)(cheng)正比(bi)的(de)。粒徑小于微米的(de)顆粒一般沉(chen)(chen)(chen)積(ji)在肺(fei)(fei)的(de)肺(fei)(fei)泡區，50%~80%的(de)微量元素都吸(xi)(xi)(xi)附在那(nei)里。因(yin)(yin)其(qi)表(biao)(biao)面往(wang)往(wang)富集(ji)有(you)害元素，呼吸(xi)(xi)(xi)到(dao)肺(fei)(fei)部(bu)(bu)(bu)后(hou)(hou)不(bu)易驅除，可能是(shi)誘(you)發癌(ai)癥的(de)主要(yao)原(yuan)因(yin)(yin)。此(ci)外，這部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)飛(fei)灰(hui)(hui)(hui)在垃圾(ji)(ji)廠附近通(tong)(tong)過(guo)干(gan)沉(chen)(chen)(chen)降或濕(shi)沉(chen)(chen)(chen)降落到(dao)地表(biao)(biao)后(hou)(hou)，會污(wu)染(ran)地表(biao)(biao)水體(ti)及植被(bei)(bei)。被(bei)(bei)除塵器捕獲的(de)飛(fei)灰(hui)(hui)(hui)，若采用(yong)濕(shi)排(pai)，飛(fei)灰(hui)(hui)(hui)中(zhong)(zhong)(zhong)有(you)害元素會溶于沖灰(hui)(hui)(hui)水中(zhong)(zhong)(zhong)，造成(cheng)(cheng)污(wu)染(ran)。堆放在儲灰(hui)(hui)(hui)池(chi)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)垃圾(ji)(ji)灰(hui)(hui)(hui)灰(hui)(hui)(hui)渣(zha)(zha)，因(yin)(yin)雨水淋濾(lv)，會污(wu)染(ran)地表(biao)(biao)及地下水。在渣(zha)(zha)灰(hui)(hui)(hui)利用(yong)過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)，如(ru)生(sheng)產建材制(zhi)品，仍(reng)會對周圍環境產生(sheng)影響(xiang)。

3.2灰渣的應用前景

垃圾焚(fen)燒(shao)后，分(fen)散于(yu)垃圾有機(ji)(ji)質(zhi)中的(de)(de)(de)無(wu)機(ji)(ji)組分(fen)在高溫后急(ji)冷的(de)(de)(de)熱動(dong)力(li)條(tiao)件下，形成主(zhu)要成分(fen)以及(ji)主(zhu)要物相內儲存(cun)了(le)大量化(hua)(hua)學內能，有大量游離狀態的(de)(de)(de)Al2O3、SiO2 及(ji)金屬氧(yang)化(hua)(hua)物 (K2O、Na2O、Fe2O3、CaO、MgO)存(cun)在；灰顆粒(li)微細，比(bi)表面積大，易于(yu)與(yu)其它成分(fen)反應形成新的(de)(de)(de)物相。因此(ci)，這(zhe)些灰渣(zha)可作為重要的(de)(de)(de)無(wu)機(ji)(ji)非(fei)金屬資源用(yong)于(yu)建材(cai)、建工(gong)(gong)、陶瓷(ci)、化(hua)(hua)工(gong)(gong)等領(ling)域，廣泛用(yong)于(yu)建筑材(cai)料的(de)(de)(de)生產與(yu)建設工(gong)(gong)程，今后仍(reng)將是(shi)灰渣(zha)最主(zhu)要的(de)(de)(de)利用(yong)途徑。把(ba)焚(fen)燒(shao)垃圾灰再無(wu)害化(hua)(hua)利用(yong)越來越受到人們的(de)(de)(de)高度重視。

4 結語

城(cheng)市(shi)垃圾焚燒后的(de)(de)殘渣(zha)有較大的(de)(de)利(li)用(yong)潛力。研究(jiu)不同地(di)域、不同爐型條件下的(de)(de)垃圾焚燒后的(de)(de)灰(hui)渣(zha)特性，建立灰(hui)渣(zha)的(de)(de)科(ke)(ke)學(xue)體系，從(cong)無序中找出有序的(de)(de)規律，為(wei)焚燒爐的(de)(de)正常運(yun)行提供科(ke)(ke)學(xue)的(de)(de)保證，為(wei)灰(hui)渣(zha)的(de)(de)深度開(kai)發利(li)用(yong)及污染(ran)防治提供科(ke)(ke)學(xue)依(yi)據。

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