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1.概述
目前我國城市生活垃圾焚燒廠已達300多家，年焚燒處理能力達到7000萬噸，按平均5-8%的比例計算，焚燒飛灰每年有350-560萬噸。飛灰中含有大量的重金屬和二噁英。被國際定性為危險廢物。
國際上比較安全的垃圾飛灰處理方法有三種：（1）熔融處理資源化（2）螯合處理填埋（3）固化處理填埋。發達國家推廣飛灰熔融處理后再生利用，將經過高溫熔融處理后可作為水泥原料或建筑材料，變廢為寶。
通常采用煤粉、焦炭或電熱熔融方法熔融處理飛灰，處理成本很高，飛灰噸處理成本不低于1000元，所以在國內難以推廣。等離子熔融技術造價昂貴，未有工業化連續應用，風險高，只能望而卻步。
我建議發展并推廣以垃圾焚燒廠滲濾液產生的沼氣為燃料，使用純氧助燃飛灰熔融爐處理技術。不僅消化了垃圾焚燒廠產生的沼氣，實現了同步資源化處置，又大大降低了處理成本，可以一舉多得。
2.純氧燃燒技術
純氧燃燒是一種氧化反應，即燃料（天然氣、液化氣、沼氣、重油等）與氧氣在高溫下發生劇烈的氧化反應而發光發熱。任何燃燒過程都包括三個要素——燃料、氧氣及高溫，傳統空氣燃燒就是利用空氣中21%的氧氣來進行助燃，但是空氣中約79%的氮氣在高溫下也會部分與氧氣發生氧化反應產生大量有害物質NOx，空氣燃燒產生的煙氣量較大，79%的氮氣也會加熱至高溫，帶走部分熱量因此空氣燃燒的熱效率較低，且浪費能源污染大氣。由此可見提高助燃氣體中氧氣的濃度是提高燃燒效率的關鍵措施。隨著制氧的技術和裝備的進步，從空氣中分離氧氣的技術日漸成熟，不但制得氧氣的濃度越來越高，而且制氧的成本也在不斷降低，這就為純氧燃燒創造了有利的基礎。使用純度大于91%的氧氣，按照一定的氧/燃比與燃料混合燃燒，產生低動量火焰的純氧燃燒技術應運而生。相比空氣助燃技術，純氧燃燒技術具有火焰溫度高、熱量傳導快、燃燒效率高、廢氣排放少等節能環保的優良特點。
2.1.純氧燃燒的特點
2.1.1熱效率高，提高熔化率
純氧燃燒因氮氣含量少，比空氣助燃時煙氣的黑度大得多，且火焰傳播速度快，火焰溫度高（焰芯溫度可達2800℃），輻射系數大，對玻璃液輻射加強，對玻璃液的傳熱量增加，熱效率高，熔化率增大。
2.1.2煙氣量小，節能減排
純氧燃燒廢氣排放量減少60%以上，既減少了氮氣進入的動力，又大大減少了廢氣帶出的熱量。廢氣中NOx也下降80%～90%，相應減少了原料揮發，所以SO2和F2排量可下降20%，粉塵含量也可降低50%以上，減少了原料的飛揚，節省了配合料。延長了熱交換的時間，提高了熱傳導的效率，因此純氧燃燒帶來了明顯的節能減排的效果。
2.3.氧氣的制備
目前工業化制氧技術主要有變壓吸附與深冷兩種。變壓吸附制氧就是空氣經除塵后，由鼓風機鼓入盛有多種專用吸附劑（分子篩等）的吸附塔底部，絕大部分CO2、N2、SO2、H2O及少量O2在塔內被吸附劑吸咐，而大部分O2則透過床層從塔頂排出，得到氧含量約93%左右的純氧。深冷制氧設備主要由空氣壓縮機組（包括過濾器、壓縮機、供油系統等）、空氣冷卻系統（空氣冷卻塔、水冷卻塔、氟里昂冷凍機組、水泵、水過濾器等）、分子篩凈化系統（凈化器、加熱器等）、透平膨脹機、分餾塔（上塔、下塔、過冷器等）、換熱器等組成，空氣經過制氧機組分離后，可獲得純氧（含氧量99%）、純氮及各種純凈的稀有氣體。
從工藝過程來看深冷法比變壓吸附法工藝過程長，工藝較復雜，需用設備的種類和臺數較多，且需耐受高壓或超低溫，投資成本高，同時制氧量越低單位耗電量也越高，但裝置能力可達到較大規模，所以一般用氧量超過10000Nm3/h時采用深冷法比較合適。變壓吸附制氧法具有基建投資小、水電消耗少、經營成本低、安全性能好、操作維修簡單、啟動供氧特快、自動化程度高、用工少等許多優點，缺點是不能制得氧含量95%以上純氧，且制氧量不大，一般適用于10000Nm3/h以下規模。
目前，國內已有優秀的變壓吸附廠家的裝置工藝水平達到了國際先進水平。變壓吸附制氧設備，產氧量可達1600Nm3/h，產品純度91%，100%純氧電耗保持在0.40kwh/m3左右（含壓氧），生產成本可進一步降低。
4、飛灰純氧環境下燃燒特性分析
垃圾焚燒飛灰的成分復雜，而且各種成分的含量與垃圾的種類、垃圾焚燒前處理工藝、焚燒爐爐型、焚燒工藝參數和煙氣處理工藝等很多因素有關。而飛灰的主要成分CaO、SiO2、Al2O3和Cl元素占總重量的90％左右是決定飛灰熔融溫度、燒失量及金屬固化效果的主要因素。
研究表明，當采用干法或半干法凈化焚燒煙氣時，噴入煙氣中的大量消石灰會富集在飛灰中，成為飛灰中CaO的主要來源。飛灰中的CaO具有固硫作用，固硫產物CaSO4在高溫下生成一種難以分解的復合相：硫鋁酸鈣（3CaO?3Al2O3?CaSO4）。SiO2和Al2O3均是飛灰中的主要成分，在飛灰的熔融/玻璃化過程中，SiO2和Al2O3幾乎全部留在熔融渣中，使得飛灰熔融渣中SiO2、Al2O3以及CaO三者的含量達到90％以上。研究表明，飛灰中的SiO2有利于熔融過程中抑制易揮發性金屬的揮發，將其固化在穩定的熔渣中，降低廢氣的處理費用，同時可以降低飛灰的熔點。
當采用干法或半干法凈化焚燒煙氣中的酸性氣體時，Cl元素主要以CaCl2的形式聚集在飛灰中。Cl元素對飛灰的揮發量影響很大。一般原灰中Cl元素的含量在5～25％之間，而在熔融渣中幾乎檢測不到Cl元素，并且對熔融爐產生飛灰分析其主要成分是Ca、K、Na和Cl，因此可以認為飛灰中的Cl元素在高溫熔融過程中轉移到煙氣中，在冷卻過程中一部分又凝縮或發生化學反應生成鹽類物質（如KCl、NaCl）[關于氯元素以何種形式揮發，有兩種說法，部分學者認為CaCl2的熔點只有772℃，高于熔點后會揮發；也有學者認為高溫下CaCl2會和其它物質發生下列反應而生成低沸點的氯化物而揮發到煙氣中，同時造成重金屬大量溢出。
MeO＋CaCl2àMeCl2＋CaO（Me代表金屬元素）
在高溫熔融過程中，這兩種情況均可能發生，對Cl元素的揮發有所貢獻；可見過多Cl元素，會造成煙氣量的增大，增加煙氣處理的負荷，同時也不利于將原灰中更多的金屬留在玻璃體中。
以上飛灰熔融中擔心的問題，在純氧燃燒中均得到了良好的解決。某大型集團公司年產6-8萬噸的玻璃纖維池窯，以采用天然氣作為燃料，純氧助燃連續生產窯爐，經過多年的技術積累和開發，其技術日臻完美，世界領先。熔融溫度可達1650℃，正常生產每噸耗天然氣約25∽300立方。可作為飛灰熔融的參考樣板技術，加以開發成為我國垃圾焚燒產生飛灰熔融資源化的核心技術。
5.結語
當前，城市生活垃圾焚燒發電在我國飛速發展，但飛灰的最終處理遠不如人意，成為生活垃圾焚燒發電處理全過程污染控制和風險管理中最為薄弱的環節。隨著，國家關于《生活垃圾焚燒污染控制標準》新標準的正式施行，煙氣凈化標準進一步向國際先進水平看齊，控制生活垃圾焚燒“最后攻堅戰”污染的重點應該轉向飛灰處理。
我國現有垃圾焚燒廠含有重金屬、二噁英等的垃圾焚燒灰，堆存或簡單處理極易造成嚴重的環境污染，應發展適宜中國國情的熔融資源化處置技術。由于中國的生活垃圾未進行分類收集的，垃圾焚燒灰與國外非常大的區別，不能盲目直接引進外國技術，應結合垃圾焚燒灰的組成、生活垃圾處理規模、能量來源、建設投資費、運行費用、操作復雜性等方面來綜合考慮，開發和使用符合中國國情的飛灰資源化處置技術與裝備，所以無論從企業經濟效益的角度還是從社會責任感的角度來衡量，純氧燃燒技術都是垃圾焚燒產生飛灰資源化處置最理想的選擇，也必將成為今后發展的方向。
（作者單位：中國光大國際環保能源濰坊有限公司）
