摘要：城市生活垃圾气化熔融技术以其严格的污染控制、显著的减容性和高效的资源利用率等优点被认为是焚烧技术最有潜力的替代技术。其中，灰渣的熔融处理是限制二噁英零排放的重要步骤。本文阐述了灰渣熔融处理技术的原理、各类熔融炉的工艺流程和发展现状，介绍了熔融炉在城市生活垃圾气化熔融系统中的应用情况。
关键词：环境工程学；灰渣；熔融；城市生活垃圾；气化熔融技术
0引言
随着城市生活垃圾(municipall solid waste，MSW)数量的不断增加和全球环境问题的日益突出，垃圾的热化学处理技术近年来取得了迅猛的发展，尤其是焚烧技术应用最为广泛，但传统的焚烧技术在无害化方面存在着明显的缺陷。首先，焚烧从根本上很难严格控制二噁英及重金属的排放[1-3]；其次，焚烧灰渣的处置占地对于许多国家和地区都是日益沉重的负担；另外，垃圾焚烧的回收能源效率和品味都有待进一步提高。
城市生活垃圾气化熔融技术是为解决上述问题而提出的新型垃圾处理技术，减量化程度高，二次污染小，尤其能将二噁英浓度限制在0.01ng-TEQ/Nm3近零排放，垃圾气化的产气可用于发电或供热，熔融的熔渣可用作建筑材料。
该技术受到了欧美、日本等发达国家的足够重视，被认为是焚烧处理的最有希望的替代技术[4，5]。灰渣熔融处理作为垃圾气化熔融技术的组成部分，对实现垃圾处理的无害化、减量化、资源化具有重要意义。
1灰渣熔融处理技术
1.1灰渣熔融技术的基本原理
垃圾经热处理后的无机成分称为灰渣，主要由飞灰和底渣组成。研究表明，飞灰所含的汞、铅、镉等有毒易挥发重金属比底渣多[3]，而且飞灰中二噁英的含量占总排放量的主要部分[6]。目前我国有关标准(GWKB3-2000)已明确将飞灰列为危险固废，必须进行无害化处理。
熔融是灰渣(尤其是飞灰)无害化和资源化的一项处理技术。在高温(1300℃以上)的条件下，灰渣熔融成液态的熔浆，有机物发生热分解、燃烧和气化，二噁英等有机污染物被分解破坏，PCDD/PCDFs分解率达到99%以上，无机物熔浆经快速冷却后变成致密的玻璃质熔渣，体积减小为原灰渣的1/3～1/2，同时重金属被固定在玻璃质熔渣的致密网格中，熔渣的毒性浸出特性大大降低[7]。熔融的金属可以回收，稳定的熔渣作为路基等建筑材料再利用。
1.2灰渣熔融炉的分类及应用现状
根据热源种类可分为燃料式熔融炉和电力式熔融炉两大类[8，9]，进一步划分的熔融炉类型、技术代表和应用如表1。
表1熔融炉分类

1.2.1表面熔融炉
表面熔融炉的辅助燃料为重油或天然气，将灰渣表面加热到1400℃左右，使其表面造成薄膜状的熔融，熔渣在重力作用下自然流下。表面熔融炉按结构差别又可分为固定式和回转式两种。
图1为回转式表面熔融炉，它由双圆筒形炉膛、供给漏斗、燃烧熔融室构成。物料进入内筒和外筒所形成的竖型空间中，依靠外筒的旋转作用分布均匀，受热后物料中的水分蒸发、有机物分解燃烧，产生的气体从熔渣排出口排出，无机物受辐射热而熔融，并从排渣口流出[10]。

图1表面熔融炉

图2内部熔融炉
1.2.2内部熔融炉
内部熔融炉以灰渣中残留炭产生的燃烧热作为熔融热源。如图2，熔融处理过程主要分为进料段、燃烧段、熔融段和熔渣排出段。焚烧炉排出的高温灰渣(含残留炭约10%～15%)进入熔融炉中，炉床处的喷嘴送入500℃的预热空气，使未燃炭燃烧，另外由电力式加热器提供辅助热源使温度提升至约1200～1300℃，以促使灰渣熔融。由于灰渣的残炭量难以保持固定，因此该熔融炉的操作稳定性较差。
1.2.3旋风熔融炉
旋风熔融炉以飞灰为处理对象，熔融炉本体为一立式圆筒，一般可分为旋风熔融、熔渣分离和熔渣提取等几部分。高温的一次空气从顶部携带飞灰进入炉膛，二次空气从炉膛边壁切向送入形成旋流，气固两相充分混合燃烧，飞灰在离心力作用下撞击炉壁，飞灰熔融液呈膜状沿炉壁流下后在炉外分离出来。炉膛壁温约为1300～1400℃，排渣温度在1400℃左右。旋风熔融炉最大的特点是旋流使得炉膛中心形成了一个高温回流区，既延长了飞灰颗粒的停留时间，又使炉内高温比较均匀，强化了熔融过程。通过调节一二次空气的比例可以调节烟气的回流量[11]。图3是日本神户制钢(Kobe Steel)开发的旋风熔融炉，此外荏原(Eraba)、三菱重工(MHI)和川崎重工(KHI)在该技术上也有成功的例子。

图3旋风熔融炉

图4等离子熔融炉
1.2.4焦炭床熔融炉
以焦炭为燃料供热，将待处理灰渣、调整盐基度用的石灰及焦炭按比例混