灰渣组分对灰渣熔点影响的实验研究

摘要：采用某医疗废物焚烧炉灰渣，研究添加不同组分物质对其熔点的影响。参考此灰渣比例，以SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2CO3、NaCl和CaO配成模拟灰渣，研究其组分含量变化时熔点的变化情况。结果表明：添加SiO2、Fe2O3、Na2CO3对焚烧炉灰渣和模拟灰渣均具有助熔作用，且前2种物质使熔点降低160℃以上；CaO在焚烧炉灰渣和模拟灰渣中均起到提高熔点的作用。
关键词：熔融处理；灰渣；熔点
气化熔融焚烧技术是二恶英近零排放的新一代生活垃圾焚烧技术，也是近年来的一个研究热点。该技术在对废物的有机成分加以利用的同时，还可对无机成分进行稳定无害化处理甚至资源利用。其工作原理为垃圾在贫氧条件下部分燃烧实现气化，生成可燃气体，同时熔融飞灰和底渣。欧美日本等国家的许多研究机构己开发出各具特色的气化熔融技术，而我国尚处于起步阶段。
垃圾有机成分的热解气化过程和热解残留物的熔融焚烧过程，是垃圾气化熔融焚烧技术的2个关键过程。对熔融焚烧技术而言，要实现垃圾的气化熔融，其温度势必要高于垃圾灰渣的熔点，因此灰渣的熔点是熔融处理的一个重要指标。而熔点的高低不仅影响着熔融的能耗，而且决定熔融工艺的难易程度和设备投资等诸多方面。
当前，国内外己有不少学者围绕着灰渣熔融特性进行了大量的研究工作，其中部分学者也围绕着如何降低灰渣熔融温度进行了研究。李润东研究了CaO对飞灰熔点的影响，该飞灰取自某煤与垃圾混烧的流化床锅炉灰池，研究表明，CaO添加量在质量分数ωcao=15%之前会使灰熔点呈下降趋势，在达到15%添加量时达到最低值，随后随着CaO添加量的增多灰熔点上升。阎常峰等对焚烧炉灰渣的研究结果略有差异，但也同样表明CaO对灰渣熔点具有一定的助熔作用。李润东等也说明了CaO促进飞灰熔融是有条件的，与飞灰的原始酸碱比有关。姜永海等对上海某生活垃圾焚烧厂布袋除尘器飞灰研究表明，添加SiO2可以降低飞灰熔点。陈德珍等研究表明，按一定比例加入硼砂、CaF2、废玻璃、CaO、CaCl2，飞灰的熔融温度可以降到1000℃以下。
垃圾的成分复杂多样，因此，经焚烧等热化学处理后的灰渣的成分也非常复杂，各种成分含量的变化也很大，这些因素都会对灰渣的熔融特性产生至关重要的影响。本文以焚烧炉灰渣和模拟灰渣为研究对象，通过添加或改变灰渣某种组分含量，研究组分含量变化对灰渣熔点的影响。
1试验装置与试验方法
1.1试验装置
熔点实验所用高温电阻炉为深圳荣东工业电炉厂的SSX-12-16高温电阻炉，主要包括高温电阻炉体和控制柜部分。高温电阻炉炉膛尺寸为400mm×200mm×160mm，采用硅钼棒为加热元件，额定功率为12kW，最高温度能达到1600℃。从炉门内挡板处的观察孔可以观测炉膛内飞灰形状变化。炉体后部设置有一个进气阀，可以根据需要提供不同气氛。电阻炉能在室温至1600℃温度范围内任一温度下连续工作。
1.2试验材料
本文分别对焚烧炉灰渣和模拟灰渣进行试验研究。焚烧炉灰渣为上海某医疗垃圾回转窑焚烧炉灰渣，其化学成分如表1所示。模拟灰渣为根据文献调研及真实灰渣组成以SiO2、Fe2O3等纯物质配比形成的相应组成的混合物，在本文中也称为标准模拟灰渣，其化学成分如表2所示。
表1焚烧炉灰渣的化学成分组成
 
表2模拟灰渣的主要化学成分组成
 
表3焚烧炉灰渣与模拟灰渣的熔点对比
 
1.3试验方法
本文采用GB/T219-1996煤灰熔融性测试方法——角锥法进行熔点检测，研究灰渣熔点的4个特征温度，即变形温度θDT、软化温度θST、半球温度θHT和流动温度θFT。实验在空气气氛（弱氧化性气氛）下进行。实验过程中，在900℃以下时加热速度为15K/min，900℃以上时加热速度为5K/min。根据测试方法，当温度高于1500℃时，认为该物质难熔，不再继续加热。灰锥高2Omm，底边为等边三角形，边长7mm。
在研究某一组分对灰渣熔点的影响时，采用了2种不同的方法：一种方法是固定其他组分的相对比例，改变其混合物与研究组分的比例；另一种方法是固定其他组分比例，改变研究组分与某一种中间介质的比例。