垃圾焚烧飞灰熔融固化处理过程特性分析

为了更好地研究熔融过程中各种物质的迁移转化，对原始飞灰和处理过程中的灰渣进行了物相分析，图2给出了不同温度下飞灰的XRD分析结果，原灰含有的物相组成较为复杂，主要有食盐（NaCl）、钾盐（KCl）和CaCl2Ca（OH）2•H2O，而在原灰中含量较高的SiO2、Al2O3以及S元素都以非晶体的形式存在；当飞灰的处理温度达到1100℃时，硬石膏（CaSO4）、钙铝黄长石（Ca2Al（AlSi）O7）和钾盐（KCl）成为主要的物相，硬石膏的形成是此温度段的一个重要特征，说明此温度下S元素主要以CaSO4的形式被固定在熔融渣中；随着温度升高到1150℃后，钙铝黄长石的特征峰最强，硬石膏特征峰已经较弱，此时，钙铝黄长石较为稳定，而CaSO4已经开始分解，进而造成烟气中硫含量的不断增加；当温度升到1350℃时，所有的物相均被破坏，熔融渣已经变成了非晶体——玻璃体，从熔融渣的成分可以看出Cl元素和S元素已基本完全挥发。

1.CaCl2Ca（OH）2•H2O；2.NaCl；3.KCl；4.CaSO4；5.Ca2Al（AlSi）O7
图2飞灰的XRD图
2.3碱度的变化
飞灰的碱度（k）是指飞灰中总碱性氧化物与总酸性氧化物质量分数比，一般可以用下式表示：
k=（CaO+Fe2O3+MgO+K2O+Na2O）/（SiO2+Al2O3）
碱度是飞灰成分的综合反映，很多学者研究了原始飞灰的碱度同流动温度的关系，认为当原始飞灰的碱度在1左右时飞灰的流动温度最低；本实验分析了飞灰在升温处理过程中碱度随温度的变化趋势.结果显示（图3），在达熔融温度前，随着温度的升高，飞灰的碱度呈逐渐下降趋势；达熔融温度后，飞灰的碱度不再随温度而变化，稳定在0.95左右.这说明，在升温过程中，随着碱性氧化物CaO、MgO、K2O、Na2O分解以及S、Cl等元素大量挥发，飞灰中酸性氧化物和碱性氧化物的总含量都有所增加，但由于熔融过程中酸性氧化物几乎没有分解挥发量，而碱性氧化物CaO部分分解，使得碱度随温度升高逐渐下降，当温度达到熔融温度时，碱性氧化物和酸性氧化物在熔融渣中的含量接近即k约为1时，高于熔融温度后，飞灰的挥发量很小，因此碱度变化也很小。

图3温度对碱度的影响
2.4挥发率和减容率
挥发率和减容率不仅可以反映飞灰熔融固化过程中各成分发生反应的剧烈程度，而且也是判断熔融固化处理效果的重要指标，因此分析了试验范围内挥发率和减容率的变化规律.试验条件下，在800℃～1150℃范围内，飞灰的挥发率变化较为平缓（图4），当温度在1150℃时，挥发量仅为13.5%，但当温度升至1150℃～1260℃之间时，飞灰的挥发率迅速升高到33.8%，增大了23.3%，此后，随着温度的进一步升高，挥发率变化趋缓.从图5也可以发现，减容率变化主要发生在1150℃～1260℃范围内，从13%增大到85%；在1260℃～1350℃之间熔融渣的体积和质量的变化都很小。

图4温度对挥发率的影响
温度低于1150℃时，飞灰的挥发量主要是由部分低熔点氯化物如CaCl2、KCl和NaCl分解和一些低沸点的重金属如Pb、Cd挥发引起的.在1150℃～1260℃温度范围内，飞灰各成分之间发生了剧烈的反应，氯化物几乎完全分解，硫元素以CaSO4的形式参加反应并挥发到烟气中，导致飞灰挥发量的增加，因此可以推测，Cl和S含量越高，飞灰的挥发率也就越大.飞灰的减容率变化情况也进一步证实了这一点（图5）.飞灰在1150℃下没有熔化，当温度达到1260℃时，就可以观察到熔化现象.这说明，盐类、金属的挥发和体积的减少主要集中在熔融前的100℃左右的范围内。

图5温度对减容率的影响
3结论
1在飞灰的熔融固化过程中，其主要成分发生很大变化，原灰中含量较高的Cl和SO3在熔融温度下熔融渣中已经检测不到，而CaO、Al2O3和SiO2在熔融渣中的比例达90%以上，因此可以证实含Cl和S较高的飞灰挥发率较大。
2飞灰中的Cl元素主要以金属氯化物（如CaCl2、NaCl、KCl以及重金属氯化物）的形式挥发到烟气中，S元素主要以CaSO4的形式分解挥发。
3飞灰体积的减少、金属氯化物和CaSO4的分解挥发主要集中在飞灰流动温度前大约100℃范围内。
4飞灰熔融前，碱度随温度的升高而显著降低，但当温度达到流动温度后，碱度值随温度的变化很小，基本保持在0.95左右。
参考文献：略