摘要：垃圾焚燒飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協同處置技術是飛灰資源化處置技術。技術的主要原理是利用飛灰中氯鹽易溶于水的特性，和飛灰成分與水泥原料成分比較相近的特點，首先將飛灰中的氯鹽通過水洗的方法進行分離制鹽，然后把脫氯后的飛灰利用水泥窯協同處置高溫煅燒制成水泥熟料。該技術包括五個系統，分別是飛灰洗脫系統、水質凈化系統、蒸發制鹽系統、烘干系統和入窯系統。該項技術已成功應用于飛灰的規模化處置工程，氯元素去除率達95%以上，可將飛灰處置成工業二級副產鹽和水泥熟料原料，整個工藝無廢氣、廢水外排，完全實現了飛灰處置的資源化、無害化、減量化。該技術充分利用了水泥窯高溫窯爐的特點和飛灰的特有性質，尤其適用于水泥行業的環保轉型和危廢的資源化處置，其有很好的發展前景。

關鍵詞：飛灰；水泥窯；水洗；協同處置

1垃圾焚燒飛灰現狀

1.1飛灰簡介

生活垃圾焚燒飛灰是在生活垃圾焚燒發電過程中主要收集于煙氣管道、煙氣凈化裝置、旋風分離器和布袋除塵器等容重較輕、粒徑細小的粉體物質[1]。隨著煙氣凈化水平的不斷提高，排放到大氣中的煙氣越來越清潔，而凈化系統截留捕集的細顆粒物（飛灰）成分越來越復雜、危害性越來越大。飛灰中主要的危害性物質含有苯并芘、苯并蒽、二噁英等有機污染物和Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Ni等重金屬。除此之外，還含有NaCl和KCl等可溶性鹽以及與水泥熟料比較相近的CaO、SiO2、Al2O3等成分。

由于垃圾焚燒產業爆發式增長，未來飛灰產量巨大，到2020年底，垃圾總焚燒量達59.14萬t/d，年產生飛灰量約為1000萬t。我國垃圾焚燒主要以機械爐排爐焚燒廠和循環流化床焚燒廠為主，爐排爐產生飛灰量約占垃圾焚燒量的3%～5%，含氯量為12%～20%；循環流化床產生飛灰量約占垃圾焚燒量的10%～15%，含氯量為3%～5%。

隨著飛灰填埋場地的減少，飛灰的資源化處置越來越受到政府和社會各界環保人士的重視[2]。當前國家環保部、工信部及各地方環保部門大力推廣水泥窯協同處置。對飛灰的資源化處置不僅有助于實現垃圾的藍色焚燒，同時在水泥產能過剩的當下，有助于水泥企業進行環保轉型，將水泥生產企業由“污染排放型”的工業生產企業升級成為“飛灰終結者”的城市污染消納型企業。

1.2水泥窯協同處置方式

目前垃圾焚燒飛灰的水泥窯協同處置方式主要為直噴+水泥窯協同處置技術和水洗提鹽（FWD）和水泥窯協同處置技術。這兩種處置方式對飛灰的處置能力、適應能力及對水泥生產的影響都有很大不同。

1.2.1 直噴+水泥窯協同處置技術

直噴入窯的原理是直接將飛灰噴入水泥窯，然后通過旁路放風將飛灰中的鉀、鈉、硫、氯放出，利用水泥窯高溫對重金屬和二噁英進行固化和分解。但它有很大的局限：①處置能力較低，并且要保證絕對均勻入窯；②有二次污染物，旁路放風放出的高含氯窯灰處理將會是企業新的難題，仍需進行水洗脫鹽處理；③對水泥的生產有影響，需旁路放風，會影響熟料產能，入窯速度控制不好會造成窯系統結皮；④雖然建設和直接處置費用較低，但比較適宜處置少量的含氯量在3%以下的飛灰。

1.2.2 水洗提鹽（FWD）+水泥窯協同處置技術

水洗提鹽的原理是利用水洗對飛灰中的鉀、鈉、硫、氯進行提取，制成工業產品，余下部分送入水泥窯進行高溫煅燒，利用水泥窯高溫對重金屬和二噁英進行固化和分解。適應能力很強，相比于直噴入窯有很大的優勢。①處置能力較大，可以達到熟料產能的5%甚至更高；②無二次污染物；③對水泥的生產幾乎沒有影響；④雖然建設和直接處置費用較高，但各種飛灰均可處理。

利用垃圾焚燒飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協同處置技術是先對飛灰進行水洗提鹽[3]，降低飛灰中的氯含量在1%以下，再利用水泥窯協同處置。這套技術不僅成本合理而且技術安全可靠，目前在我國已有工程化應用實例，取得了很好的應用效果，是目前解決生活垃圾焚燒飛灰的最優選擇。

2生活垃圾焚燒飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協同處置工藝簡介

2.1 水洗提鹽（FWD）和水泥窯協同處置工藝

生活垃圾焚燒飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協同處置技術由飛灰洗脫系統、水質凈化系統、蒸發制鹽系統、烘干系統和入窯煅燒系統五大系統組成。技術能夠達到自動連續下料，水洗效果穩定，用水量小，重金屬和二噁英轉移率低，運行穩定，自動化程度高，經預處理后的飛灰含氯量可達到≤1%的特點。生活垃圾焚燒飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協同處置工藝見圖1。

2.2 飛灰洗脫系統

飛灰洗脫系統的主要功能是將飛灰中的鉀、鈉、硫、氯等離子通過水洗工藝，使其從飛灰中分離出來，以滿足飛灰入窯要求。

本系統采用逆流漂洗技術，飛灰漿液經過第一級洗脫反應器和洗脫分離器固液分離后，洗脫灰進入下一級的洗脫反應器中進行第二次洗滌，洗脫液進入到水質凈化處理系統。洗滌次數和用水量根據飛灰中氯含量的檢測結果決定。一般情況下，二次水洗可以有效去除飛灰中的氯離子，為保證飛灰洗脫系統的處理效果，進行第三次洗脫，確保氯離子的有效去除率在95%以上。第三次洗脫分離后的洗脫灰進行貯存，其含氯量控制在1%以內，貯存的洗脫灰送入水泥企業進行濕灰干化處理，進入水泥窯進行高溫煅燒生成水泥熟料。

就機械爐排爐垃圾焚燒工藝產生的飛灰，一般采用三級逆流漂洗。具體項目建設時，需采用幾級水洗，可根據實際飛灰含氯量的高低，進行水洗次數的調整。飛灰水洗時，飛灰中絕大部分可溶性鹽類溶于水，同時應控制重金屬和二噁英轉移到洗脫液當中。通過飛灰洗脫系統，飛灰中氯離子的有效去除率在95%以上，水洗后飛灰中CaO的含量在53%左右，達到了優質石灰石中CaO﹥50%的標準。根據實際生產線運行情況，經過水洗的飛灰的投加量為水泥窯熟料產能的5%左右，在水泥窯協同處置飛灰的過程中，窯況穩定，沒有窯尾結皮堵塞的問題，對水泥窯生產的熟料沒有任何影響[4]。

2.3水質凈化系統

水質凈化系統的主要功能是對洗脫系統中的飛灰洗脫液進行水質凈化，去除洗脫液中含有的鈣、鎂及重金屬等離子和少量懸浮物，經過絮凝沉淀、化學沉淀等處理技術將重金屬離子和鈣鎂離子分別沉淀下來，使飛灰洗脫液滿足蒸發系統工藝要求。

飛灰洗脫液，除含有氯、鉀、鈉等及重金屬離子外，還有少量懸浮物。經物理沉淀后加入化學試劑將重金屬離子和鈣鎂離子沉淀。鈣鎂污泥和含帶重金屬的少量污泥與返回飛灰水洗部分繼續進行固液分離。飛灰水洗液經過物理沉淀、化學沉淀、多級過濾等多道水處理流程后進入MVR系統，使水質硬度指標控制在50mg/L以下，濁度控制指標在5NTU以下。

2.4蒸發制鹽系統

飛灰經過水洗后的水為高鹽水，蒸發結晶的進水主要為NaCl和KCl，采用機械壓縮蒸發技術、閃蒸結晶、重結晶技術以實現工業鹽的結晶分離，實現水的循環利用，蒸發結晶得到的水全部回，經過水洗結晶鹽的主要成分為氯化鈉和氯化鉀，產生的鹽作為工業鹽使用。蒸發系統主要采用MVR技術，該技術在應用到飛灰洗脫液結晶制鹽之前，在化工、海水淡化領域應用已較為廣泛，技術的工業化應用已成熟、穩定。2.5烘干系統和入窯煅燒系統

烘干系統的主要功能是降低水洗灰的含水率，保證在入窯處理過程中不影響水泥窯正常生產。對水洗后的飛灰進行烘干處置，將水洗飛灰中的水分降低到2%以下，保證飛灰中的水分對窯況沒有影響。

入窯煅燒系統是經過預處理后的飛灰利用氣力輸送設備通過密封設備，直接將預處理后的飛灰輸送到窯尾1400℃高溫段，進入水泥窯煅燒。在水泥窯協同處置過程中二噁英被完全分解，重金屬被以化學方式固化到水泥熟料中，[5]實現了飛灰的無害化處置。

綜上所述，生活垃圾焚燒飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協同處置技術核心是飛灰的洗脫系統和水質凈化系統，這兩個系統是保證鹽產品合格和入窯飛灰合格的重要前提，而蒸發系統、烘干系統、入窯煅燒系統是傳統技術在水泥窯協同處置飛灰中的應用。

3飛灰的清潔化處置原理

3.1 飛灰水洗脫氯及水資源循環利用問題

我國飛灰中氯含量大部分高達到100g/kg以上，而水泥中的Cl元素含量過高會引起鋼筋的腐蝕，所以普通水泥中規定氯含量必須小于200mg/kg，因此如何分離、除去氯、是整個生產過程的關鍵。獨特的水洗裝置可以在較低用水量的條件下達到使飛灰中氯離子含量≤1%的效果；為了飛灰的協同處置必須把飛灰中所含的大量的氯進行去除，則需通過水洗；采用多級逆流漂洗技術配合專門的水洗反應裝置，運行過程中每噸飛灰實際用水量在0.7噸左右，可大幅度節約用水量；因此如何分離、除去氯、水的循環利用是整個生產過程的關鍵。為了飛灰的資源利用必須解決怎樣使氯含量降低到標準情況下時，使水資源的利用達到最高，節約水資源；而此技術完全使污水循環利用，不外排，最大限度的解決了水資源浪費。

3.2重金屬問題

飛灰中對人體危害最大的重金屬的有5種：鉛、汞、鉻、砷、鎘等；由于飛灰水洗液會加入堿液，使其完全處于堿性條件下，重金屬基本不會溶出，會隨不可溶沉淀物進入水泥窯中，重金屬被固化在水泥晶格中，徹底處理無危害。

3.3水洗脫氯過程中的二噁英問題

二噁英類物質極性小，極難溶于水。而在苯、甲苯、二甲苯等有機溶劑中的溶解度則可達0.05%～0.18%。二噁英具有很強的熱穩定性，熔點為303～305℃，高于750℃即開始分解，800℃時2s內可完全分解。二噁英在高溫、強酸、強堿、氧化劑作用下都相當穩定。這是水洗工藝具有可行性的技術基礎。二噁英在不同溶劑中的溶解度見表1。

從上述分析可以看出，二噁英不溶于水，只能吸附在水中的懸浮物中，所以只要將水中的懸浮物去除，水中就不會存在二噁英；而二噁英會隨不可溶沉淀物進入水泥窯中在高溫環境下被徹底分解，且不具備二次合成的條件。

3.4回轉窯的尾氣處理問題

飛灰經預處理后，氯、堿和重金屬離子已充分得到去除，因此在尾氣處理中除了常規檢測的幾種污染物之外，主要需要考慮防止二噁英產生的問題。二噁英在水泥回轉窯中能夠完全分解，因此只要能在尾氣處理中防止二噁英再合成即可。二噁英的再合成有三個重要因素（①合適的溫度；②足夠濃度的前驅體；③催化劑（銅鹽）），缺一不可。

在本技術中對垃圾飛灰采取了預處理水洗，有效地除去了氯離子，飛灰在水泥生料配料中的使用比例很低，在尾氣中的二噁英分解物被其他氣體充分稀釋，前驅體的濃度會大大降低，另外回轉窯中因燒煤產生的硫會破壞二噁英的催化劑，因此二噁英幾乎不會再合成。

本飛灰加入量進行嚴格控制，尾氣處理采用多級吸收處理并配套高效收塵系統，確保分解后的二噁英不會重新合成，因此不會造成周圍環境的污染。

本技術實現了洗灰水全部回用，重金屬高溫熔融玻璃體固化，二噁英徹底分解。使用經過預處理的飛灰制備的水泥性能完全滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB175—2007）標準。尾氣排放符合《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB4915—2013），《水泥窯協同處置固體廢物污染控制標準》（GB30485—2013）等相關標準。

4技術應用現狀

2012年經由我公司作為核心設計并建設的國內首條水泥窯協同處置生活垃圾焚燒飛灰示范線在北京琉璃河水泥廠落成，并在2014年進行了提產改造，至今已經連續滿負荷（100t/d）運轉三年（最高達到了134t/d）。把含氯高達20%的飛灰完全實現了資源化利用，并且實現了二次污染物零排放。

2017年，我公司再次與北京金隅琉水環保科技有限公司合作建設垃圾焚燒飛灰處置線二期工程，中科國潤作為該項目的主要核心技術設計單位，參與了該項目的設計工作、主要設備采購供應工作、建設工作和調試運行工作。該項目于2018年1月份開始進行投料生產，至今已完全達到設計目標，日處理飛灰量為134t。同時，北京金隅琉水環保科技有限公司在2018年2月取得了由北京市環保局正式頒發的危廢許可證，核準該公司年可處理垃圾焚燒飛灰70000t。

目前國家環保部、工信部、海南省、浙江省等地已把飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協同處置技術作為飛灰處置的重點技術進行鼓勵推廣，另外，山東、云南、湖北、黑龍江等省也積極推進技術的應用。

5總結

飛灰水洗提鹽（FWD）和水泥窯協同處置技術以生活垃圾焚燒飛灰水洗提鹽（FWD）為核心結合水泥窯的相關優勢，實現了飛灰的“三化”處置。為水泥窯協同處置垃圾焚燒飛灰向工程化、產業化，提供安全、可靠、穩定、高效的技術支持，是水泥企業環保轉型的切入點，該技術的應用可徹底實現生活垃圾的藍色焚燒。該技術充分利用了水泥窯高溫窯爐的特點和飛灰的特有性質，技術內在的優勢結合國家政策不斷推進下，有很好的發展前景。

參考文獻：

[1] 張國亮，趙向東.利用水泥窯處置垃圾焚燒飛灰和市政污泥技術[J].中國水泥，2011（8）：43-47.

[2] 李小東，劉陽生.飛灰水洗脫氯及其燒結穩定化的試驗研究[J].北京大學學報（自然科學版），2007，43（6）：752-758.

[3] 白晶晶，張增強，閆大海，等.水洗對飛灰中氯及重金屬元素的脫除研究[J].環境工程，2012，30（2）：104-108.

[4] 趙向東，練禮財，張國亮，等.國內首條水泥窯協同處置示范線技術研究[J].中國水泥，2015（12）：69-72.

[5] 錢光人，周吉峙，施惠生，等.生活垃圾焚燒飛灰安全處置與資源化利用的風險評估[M]，北京：化工出版社，2016.