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| 发布时间：2023-08-10 17:25:39 | 来源：危废行业分享 | 作者：本站编辑 | 浏览次数： |
全世界对生活垃圾焚烧过程中二恶英的排放问题十分重视，并制定了十分严格的二噁英排放限值，发达国家一般要求垃圾焚烧烟气中二噁英排放浓度小于0.1ng-TEQ/m3。世界各国尤其是发达国家十分重视垃圾焚烧污染物控制技术，投入大量精力研制绿色焚烧技术，以减少焚烧过程中二恶英排放。
20世纪80年代末90年代初，出现了生活垃圾焚烧残余物（炉渣和飞灰）高温熔融技术，用以分解焚烧残余物中的二恶英并实现玻璃化处理。生活垃圾焚烧熔融技术研究过程中，生活垃圾气化熔融发电和气化熔融制气的研究成为当时的世界热点，并被认为是21世纪的垃圾处理二恶英类零排放综合利用技术。
生活垃圾焚烧残余物熔融根据热源的种类不同主要分为两大类，一类是电力式熔融炉，一类是燃料式熔融炉。另外，以处理原生生活垃圾、有机固体废物或有机危险废物为主的气化熔融炉，在发达国家已得到较为广泛的应用。
电力熔融炉以电作为热源，使用交流电作为电源时，电极呈正三角形布置在炉顶。使用直流电作为电源时，炉内布置正负电极。炉的出料口附近设置伴热电极或辅助燃烧器，以稳定熔池中熔浆温度和出渣口工作温度，从而预防出渣口堵塞。根据加热的原理不同，电力式熔融炉主要分为电阻炉和电弧炉。
1.1.1电阻熔融炉
电阻炉的加热主要依靠电流在焚烧灰渣及熔融物质中流动产生的电阻热。三相交流电电阻炉的基本结构如图所示，进料口与排气口位于炉顶，炉体侧面有2个出料口，炉顶插入3根石墨电极。运行时，电极埋入灰渣及熔融物中，电流流过熔体和灰渣产生电阻热，从而形成高温熔融条件。
1.1.2电弧熔融炉
电弧炉采用三相交流电源，电弧炉的加热主要依靠电极和焚烧灰渣之间的电弧热。三相交流电电弧炉的基本结构如图所示，进料口与排气口位于炉顶，出料口位于炉侧，炉顶插入3根石墨电极。运行时，电极产生温度3000～5000℃的电弧使灰渣熔融。
以辅助燃料作为热源，辅助燃料与空气燃烧以加热物料，固态辅助燃料主要以焦炭为主。目前日本燃料式熔融炉以表面炉和焦炭床炉为主。
1.2.1表面熔融炉
是指使用高温火焰对焚烧灰渣的表面进行加热的熔融炉，根据灰渣进口是否旋转分为固定式和回转式。
进料口保持固定不动的表面炉被称为固定式表面炉。TAKUMA固定式表面炉的外部和内部结构分别如图所示。该炉共设置4个进料口，进料口以正方形排列，包围位于炉正中的高温火焰，底部设有一个出料口。运行时，焚烧灰渣由4个进料口同时进入，灰渣受推料装置作用进入温度1200～1450℃的熔融区。由于热源受灰渣包围，因此系统内的辐射热可得到充分利用，灰渣熔融后由底部出渣口排出。
进料口围绕热源缓慢旋转的表面炉被称为回转式表面炉。KUBOTA回转式表面炉的基本结构如图所示，该炉由外筒和内筒两部分构成，喷嘴装置位于炉顶中心，出料口位于相对的炉底中心。运行时，内筒固定，外筒缓慢旋转，焚烧灰渣通过位于外筒的进料口进入炉内，呈半球状包围炉中心的高温火焰，可最大限度利用系统内的辐射热，灰渣熔融后由底部出料口排出。
1.2.2焦炭床炉
焦炭床炉是以焦炭作为热源的熔融炉，其基本结构如图所示。炉体呈圆锥形结构，由上至下逐渐变小，进料口和烟气出口位于炉顶，出渣口位于炉体底部，炉体下部设置助燃风进口。运行时，焚烧灰渣、焦炭和石灰石由进料口一起进入熔融炉，焦炭在锥形炉体下部形成焦炭床层，助燃风经进风口与焦炭持续发生燃烧反应，以供灰渣中无机物熔融所需的熔融热，熔浆经焦炭床层缝隙后从炉底出渣口流出。垃圾焚烧残余物在熔融过程中，需连续向焦炭床层中补充焦炭和助熔剂。
日本气化熔融炉以处理生活垃圾等原生有机固体废物为主，多为分体式的气化炉耦合熔融炉技术为主。根据气化炉和耦合工艺来看，主要有回转窑、流化床、固定床和热选式等技术流派。
2.1.1内热式回转窑气化熔融一体炉
该技术首先由美国ABB公司、欧洲VONROLL公司研制，此后日本住友公司、日立造船公司引进此技术并在日本建成了几个垃圾处理厂。
技术特点：生活垃圾与石灰石一起进入回转窑，生活垃圾在回转窑内依次经历干燥、热解、气化、燃烧、熔融阶段；烟气从回转窑进入二燃室；烟气在余热锅炉进行余热回收并进入后续烟气净化系统进行处理；熔渣和金属从窑尾出渣口中排出并被水淬急冷，水淬渣和金属经分选机分选出金属和无机残渣，金属回收利用，无机残渣则作为建材利用。
2.1.2外热式回转窑气化熔融分体炉
分体式回转窑气化熔融技术的气化过程主要在外热式回转窑内完成，由于后续熔融过程设备的不同故整体工艺及设备流程不尽相同。该技术首先是德国西门子公司开发，后来日本三井造船公司、田熊公司、日本IHI等多家公司从德国引进消化后，又作了创新改进，在日本得到了发展，出现了不同形式。
由于流化床垃圾焚烧炉技术较成熟，因而采用不同的流化床气化炉与不同的熔融炉耦合可形成不同的流化床气化熔融技术。
目前日本主要有荏原制作所、三机工业公司、神户制钢、三菱重工、川崎重工等公司从事过流化床气化熔融炉开发应用。
固定床气化熔融炉又被称为“竖炉”、“竖井炉”、“高炉型气化熔融炉”。
新日本制铁公司所研制的固定床气化熔融炉源于炼铁高炉，日本NKK公司NKK气化熔融炉也是源于炼铁高炉，但两家公司在设备结构上有所不同，NKK气化熔融炉中固废、焦炭及石灰石等原辅料并不是从炉顶上加入，而是在炉体中部设计进料装置。
其他固定床气化熔融技术有EPA公司Torrax技术、UUC公司Purox技术、德国FLK技术。
该技术由瑞士热选公司研制，后由日本川崎制铁公司引进并消化改进。设备主要由热解段、气化段、熔融均质段组成。运行时，废物被压缩推动进入热解段，产生热解气和半焦，热解气和半焦在气化段分别完成高温气化，气化残渣经熔融均质完成玻璃化处理。
3.1熔融炉应用现状
据统计，日本有127座生活垃圾焚烧设施设置了灰渣熔融炉，目前有48处设施中的炉仍在运行。其中，电力式熔融炉、燃料式熔融炉各占24个。
电力式熔融炉中有5个采用电阻炉，4个采用电弧炉，其余15个采用等离子熔融炉。
燃料式熔融炉中有22个采用表面熔融炉，2个采用焦炭床炉。
电力式熔融炉中等离子炉数量最多，燃料式熔融炉中表面熔融炉数量最多。
熔渣式回转窑运行复杂、控制难度大，焦炭床炉往固定床气化熔融炉方向发展。
虽然电力式熔融炉和燃料式熔融炉数量相同，但单套设备的处理规模差异较大。电力式熔融炉的处理规模中位数为29.5t/d，而燃料式熔融炉的处理规模中位数为11.5t/d，电力式熔融炉的单台处理规模要远大于燃料式熔融炉，日本大型处理厂偏向使用电力式熔融炉，而小型处理厂则偏向使用燃料式熔融炉。
3.2气化熔融炉应用现状
据统计，日本在114座生活垃圾焚烧设施设置了气化熔融炉，现有109个在运行。
其中，13个焚烧设施采用回转窑气化熔融技术，39个采用流化床气化熔融技术，54个固定床气化熔融炉，3个采用热选式气化熔融技术。
在气化熔融技术所有炉型中，固定床应用最多，流化床次之，回转窑最少；热选式气化熔融技术由于工艺流程复杂，运行电耗高，应用最少。
从技术和设备来源来看，回转窑气化熔融炉中有7个项目由三井造船提供、5个由KUBOTA提供；流化床气化熔融炉中有15个由神钢环境提供；固定床气化熔融炉中有37个由新日铁提供、有8个由JFE提供；热选式气化熔融炉3个项目皆由川崎制铁提供。
从处理规模来看，回转窑的处理规模中位数为86t/d，流化床为66t/d，固定床为84t/d。3个热选式单台平均处理规模为77t/d。处理规模在200t/d以上的气化熔融炉多为固定床。
3.3熔融技术的发展变化
日本采用熔融方式处理的废物规模随时间的变化如图所示。2007-2018年，日本气化熔融规模逐年上升；而焚烧炉+焚烧残余物熔融炉的规模在2012年达到顶峰后逐渐下降。
日本固废熔融处理的实际应用情况受政府政策的影响较大。1996年，日本政府出于填埋土地不足和二噁英污染的考虑，对熔融炉和气化熔融炉的建设和运行提供了补贴资金，促进了熔融处理的推广，熔融处理规模实现了一定程度的增长。随后，因填埋土地得到补充等因素，日本政府于2003年停止了熔融相关补贴资金的发放，并于2010年宣布不收回已发放补贴资金。由于运行和维护成本高等问题，焚烧残余物熔融炉在2010年后开始逐渐停运。相反，气化熔融的处理规模始终保持增长。相对于熔融炉单独熔融处理焚烧灰渣，日本更倾向于使用气化熔融炉直接处理生活垃圾废物。
在现有的固废焚烧残余物处理方式中，填埋法虽然经济性好但存在较大的环境风险和隐患，熔融法虽然经济性差但无害化程度最高。日本在20世纪末开始采用熔融法处理生活垃圾焚烧残余物，在实际工业应用过程中，灰渣熔融技术暴露出建设和运行成本高、运行维护复杂等问题，因此逐渐被废弃。
与此同时，气化熔融技术在日本应用越来越广泛，目前气化熔融炉的处理规模已超过流化床垃圾焚烧炉，仅次于炉排炉垃圾焚烧炉。
从日本熔融技术应用的发展历程和趋势来看，电力式熔融炉主要往等离子熔融方向发展，燃料式式熔融炉主要往表面熔融方向发展，气化熔融炉主要往固定床方向发展。
国内何雪鸿等人进行了回转窑纯氧熔融焚烧技术的经济性分析，研究表明在增加了空分制氧并考虑整体能耗的情况下，回转窑纯氧熔融焚烧发电系统仍有电力可供输出，采用富氧熔融焚烧技术可以实现环境效益和经济效益的双赢。
主要内容来源 | 《日本生活垃圾焚烧灰渣处理技术现状及趋势》，管子豪、丁银贵、刘风华等；《回转窑式纯氧熔融焚烧垃圾技术研究》，何雪鸿，阎维平。
