目前城市垃圾的處置，主要采用焚燒和填埋方法。垃圾焚燒處理可使垃圾體積減少90%左右，但仍有20%～30%的質(zhì)量留在了灰渣當(dāng)中。

　　目前垃圾焚燒灰渣主要作為修路和水泥的替代骨料或填料 。日本采用垃圾焚燒灰生產(chǎn)水泥，建設(shè)了生產(chǎn)能力為50 t/ d 的實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線，生產(chǎn)水泥的原料中，垃圾焚燒灰渣占20%～30%。

　　垃圾焚燒灰渣顆粒床干法除塵脫硫工藝方法，為垃圾焚燒灰渣資源化利用提供了一條新的途徑。該技術(shù)將垃圾焚燒灰渣添加不同配料混合后，制成直徑1～5 mm的顆粒，經(jīng)過特殊活化處理后，送入顆粒移動(dòng)床干法脫硫除塵裝置內(nèi)，用來脫除燃煤煙氣中的SOX 等有害氣體。

　　我國目前已經(jīng)工業(yè)應(yīng)用的大部分濕法脫硫裝置都存在二次污染問題 ,解決了空氣中的污染，卻帶來了水中和地下的污染，而且煙氣帶水嚴(yán)重，煙風(fēng)道和引風(fēng)機(jī)易受腐蝕，有的新裝設(shè)備運(yùn)行不到一年甚至半年就需更換管道和引風(fēng)機(jī)， 運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用太高。如果采用灰渣顆粒床干法除塵脫硫工藝方法，除可避免上述問題，還能做到以廢治廢，并將大大降低燃煤煙氣凈化成本。

　　同時(shí)該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資和運(yùn)行管理費(fèi)用低廉。

　　1、垃圾焚燒灰渣特性

　　垃圾焚燒灰渣主要分為底灰和飛灰。底灰包括爐排渣和爐排間掉落灰，底灰占灰渣總量的80%左右，主要由融渣、黑色和有色金屬、陶瓷碎片、玻璃和其它一 些不可燃物質(zhì)及未燃有機(jī)物組成。飛灰指在煙氣凈化系統(tǒng)中收集到的殘余物，占灰渣總量的20%。垃圾焚燒爐渣中的可浸出重金屬、dioxin、呋喃等物質(zhì)直 接利用可能會(huì)對(duì)人類健康和環(huán)境造成不利影響，因此，灰渣在利用以前，須進(jìn)行預(yù)處理。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，城市垃圾焚燒灰渣的重金屬浸出濃度及有害元素的含量均未超 過直接作為水泥原料允許的范圍。

　　圖1 灰渣顆粒移動(dòng)床干法除塵脫硫工藝

　　2 、工藝過程

　　煤中通常含有0. 3%～2%的硫，通過燃燒，與氧反應(yīng)生成SOX 等有害物質(zhì)。從煙氣中除去SO2 的技術(shù)大致可分為干法和濕法兩大類。

　　垃圾焚燒灰渣顆粒移動(dòng)反應(yīng)床屬于干法除塵脫硫技術(shù)，其工藝過程為（如圖1 所示） :垃圾焚燒灰渣添加煤灰、石灰石或者消石灰以及使用過的脫硫劑（包括CaSO4）按一定比例用水混和后擠壓成1～5 mm直徑的顆粒，經(jīng)特殊活化處理后進(jìn)行排煙脫硫。吸收塔由前置吸收段和主吸收段兩部分組成。鍋爐排氣先經(jīng)前置吸收段再導(dǎo)入主吸收段，前置吸收段主要除去煙 氣中的粉塵，SO2大部分由主吸收段吸收，脫硫劑從主吸收段上部加入，在塔內(nèi)一面往下移動(dòng)，一面吸收SO2 ,脫硫劑從主吸收段下部排出轉(zhuǎn)入前置吸收段內(nèi)，在前置吸收段中脫硫的移動(dòng)速度比在主吸收塔要快，目的是防止因粉塵堆積造成的通氣阻力增大，采用兩段吸收對(duì) 提高脫硫劑的鈣利用率很有效。前置吸收段中的脫硫劑捕集了粉塵和吸收了SO2 后，從該塔的下部排出。一部分脫硫劑原料收回利用。主要的脫硫反應(yīng)方程如下：

　　SO2 + 0. 5O2 SO3

　　CaO + SO3 CaSO4

　　工藝特點(diǎn)：在吸收劑的制備過程中，采用了蒸汽養(yǎng)護(hù)和干燥工藝，用于增強(qiáng)其脫硫活性；另外灰渣中的Al2O3 、SiO2等也能增強(qiáng)其脫硫活性。煙氣經(jīng)前置吸收段除去粉塵后，引入主吸收段，這種兩段方式有利于提高脫硫劑中鈣的利用率。顆粒填充床形式有利于煙氣除 塵。煙氣溫度約200 ℃，吸收劑在100～300 ℃的溫度范圍內(nèi)能有效吸收SO2。

　　3、實(shí)驗(yàn)研究

　　為了驗(yàn)證不同配方的顆粒脫硫劑和運(yùn)行參數(shù)等對(duì)顆粒床煙氣脫硫效率的影響，搭建了小型脫硫?qū)嶒?yàn)臺(tái)，開展了脫硫?qū)嶒?yàn)研究。自鼓風(fēng)機(jī)來的空氣先經(jīng)過玻璃轉(zhuǎn)子 流量計(jì)，再送入電加熱器，在電加熱器中空氣被加熱到150～600 ℃。SO2氣體由鋼瓶經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后，送入氣體混合加熱管與熱空氣混合。均勻混合的含高濃度SO2 的熱空氣進(jìn)入顆粒脫硫塔。顆粒脫硫劑由振動(dòng)給料機(jī)從顆粒脫硫塔的上端進(jìn)入床內(nèi)填充料層，含硫氣體經(jīng)過填充料層時(shí)被脫除掉硫份，干凈的空氣從氣體出口排出。 顆粒料床內(nèi)的物料通過底部卸料機(jī)排料。實(shí)驗(yàn)中保證顆粒床內(nèi)的料層高度不變。在脫硫塔中，顆粒自進(jìn)入料層后一邊吸收SO2 ，一邊緩慢向下移動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)到排料口時(shí)，該顆粒已基本失去脫硫效能。因此必須控制移動(dòng)速度等參數(shù)。

　　圖2 是小型顆粒床實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

　　實(shí)驗(yàn)過程中，在氣體進(jìn)口和出口抽取氣體進(jìn)行在線分析，實(shí)驗(yàn)采用德國進(jìn)口Testo - 350XL氣體分析儀進(jìn)行成分分析。溫度通過數(shù)據(jù)采集器由計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄和分析。實(shí)驗(yàn)開展了氣體溫度、顆粒給料量等參數(shù)對(duì)填充床干法脫硫效率影響的研究。 顆粒床脫硫塔內(nèi)徑80mm ,高為200mm。通過玻璃浮子流量計(jì)控制進(jìn)入裝置的空氣和SO2 的流量；采用U 型管記錄脫硫塔顆粒料層的阻力，以便判斷調(diào)整顆粒料層的高度。

　　圖3 排放氣體的SO2 濃度與運(yùn)行時(shí)間和操作條件關(guān)系

圖3 為顆粒填充床運(yùn)行時(shí)間與出口氣體的SO2濃度的關(guān)系曲線（1 號(hào)顆粒脫硫劑，溫度210℃，初始靜止料高110 mm）。當(dāng)給料器和出料器都不開啟，床內(nèi)填充新的顆粒脫硫劑時(shí)，即脫硫塔中的脫硫料不變時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這一脫硫料層的脫硫效率與運(yùn)行時(shí)間之間的關(guān)系。 隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，顆粒脫硫劑吸硫（或固硫） 的能力逐漸飽和，反應(yīng)能力逐漸下降，當(dāng)出口SO2 濃度與進(jìn)口相差不多時(shí)，說明顆粒脫硫劑已經(jīng)全部老化。此時(shí)添加新料，放掉老料，脫硫能力迅速提高；短暫的中止給料，會(huì)引起出口SO2 濃度的相應(yīng)升高。實(shí)驗(yàn)說明脫硫劑對(duì)脫硫有明顯的效果，通過計(jì)算可獲得該工況下脫硫劑的老化速度。

　　煙氣進(jìn)口溫度的不同，會(huì)影響到顆粒脫硫化學(xué)反應(yīng)速率和效率。圖4 為煙氣進(jìn)口溫度對(duì)顆粒床脫硫效率的影響曲線（ΔP = 82. 86～104. 43Pa ,氣體流量：18 m3/ h ,給料量2. 86 kg/ h） 。2號(hào)顆粒劑中添加催化劑，顆粒粒徑為3 mm。實(shí)驗(yàn)初始時(shí)，床內(nèi)填充沒有脫硫性能的顆粒物料。含硫氣體通過料層時(shí)SO2 濃度基本不變，其平均濃度為1 200 mg/ m3 。煙氣進(jìn)口溫度控制在245 ～255 ℃范圍內(nèi)時(shí)，運(yùn)行一段時(shí)間后，床內(nèi)物料溫度分布保持不變。這時(shí)開啟給料機(jī)和出料機(jī)，顆粒脫硫劑進(jìn)入料層開始脫硫，隨著床內(nèi)新料逐漸固硫，排氣出口SO2 濃度逐漸下降。當(dāng)運(yùn)行一定時(shí)間后床內(nèi)物料脫硫能力的分布基本不變。這時(shí)出口SO2 濃度不再下降而保持950 mg/ m3 不變。這時(shí)的脫硫效率為對(duì)應(yīng)工況下的穩(wěn)定運(yùn)行效率。通過計(jì)算，可知此時(shí)的脫硫效率約為21 %。穩(wěn)定7 min 后，逐漸加熱氣體溫度，控制煙氣進(jìn)口溫度為345～355 ℃時(shí)，可以看到SO2 濃度隨著溫度的升高而逐漸降低，降低到大約700 mg/ m3 趨于穩(wěn)定，說明達(dá)到了此溫度范圍內(nèi)的脫硫最大值，此時(shí)的脫硫效率約為40 %。升高溫度到445～455℃時(shí)，脫除率達(dá)到98 %。在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)小的波動(dòng)，屬于正常的實(shí)驗(yàn)參數(shù)小范圍波動(dòng)，不影響實(shí)驗(yàn)趨勢(shì)的分析?？梢姡瑴囟葘?duì)SO2 脫除率有很大影響。溫度升高，脫除率增大。因此要根據(jù)實(shí)際情況要求選擇合適的工作溫度段。

　　圖4 進(jìn)口溫度對(duì)脫硫效果的影響（加催化劑）

　　圖5 進(jìn)口溫度對(duì)脫硫效果的影響（無催化劑）

　　圖5 為投放3 號(hào)顆粒劑（基本配方與2 號(hào)一致，但不添加催化劑，粒徑為3 mm） 的情況下的煙氣進(jìn)口溫度對(duì)顆粒床脫硫效率的影響曲線（ΔP= 82. 86～104. 43 Pa ,氣體流量： 18 m3/ h ,給料量：2. 8 kg/ h） ?？梢钥闯?，整體反應(yīng)趨勢(shì)兩者基本相同，但不加催化劑的脫硫顆粒對(duì)溫度反應(yīng)不靈敏，即脫硫效果受溫度控制程度相對(duì)較小，而且脫硫效率降低。

　　給料速率對(duì)顆粒床脫硫效率有較大影響。圖6 為給料速率對(duì)顆粒床脫硫效率的影響曲線（進(jìn)口流量：20 m3/ h，顆粒粒徑為1. 5 mm，不添加催化劑） 。實(shí)驗(yàn)初始時(shí)，床內(nèi)填充了沒有脫硫性能的顆粒物料。當(dāng)含硫氣體通過料層時(shí)SO2 濃度基本不變，為3 000 mg/ m3 。煙氣進(jìn)口溫度控制在240～255 ℃運(yùn)行一段時(shí)間后，床內(nèi)物料溫度保持不變。開啟給料機(jī)，顆粒脫硫劑進(jìn)入料層開始脫硫，隨著床內(nèi)新料逐漸固硫，出口SO2 濃度逐漸下降。運(yùn)行一段時(shí)間后，床內(nèi)物料脫能力的分布保持不變。這時(shí)出口SO2 濃度不再下降而保持2800mg/ m3 不變，對(duì)應(yīng)的給料率為1kg/ h 。

　　穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，將給料率增大至1. 5kg/ h ,可以看到SO2濃度進(jìn)一步逐漸降低。當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間后，床內(nèi)顆粒脫硫能力的分布和溫度的分布保持不變， 此時(shí)脫硫效率基本穩(wěn)定， 為1900 mg/ m3 ,說明達(dá)到了此給料率下SO2去除率的穩(wěn)定值，此時(shí)脫硫效率約為35 %。穩(wěn)定一段時(shí)間后，再將給料率增大到3kg/ h ,可以看到SO2濃度又進(jìn)一步降低，當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間后床內(nèi)顆粒脫硫能力逐漸穩(wěn)定，出口SO2濃度為100 mg/ m3 ，此時(shí)脫硫效率約為96%?？梢姡o料速率對(duì)SO2脫除率有很大影響，隨著給料速率的加大，脫硫效率十分明顯。

　　圖6 給料速率對(duì)顆粒床脫硫效率的影響

　　4、效益分析

　　垃圾焚燒后灰渣重量一般為垃圾重量的20% ，如日處理垃圾量為1000 t ，則日產(chǎn)垃圾灰渣200t。用灰渣做成顆粒脫硫劑，一般按70 %配比添加灰渣，200 t 灰渣可生產(chǎn)285t 顆粒脫硫劑。實(shí)驗(yàn)顯示，燃燒含硫量為1%～2%的煤，如

　　果要達(dá)到90%的煙氣脫硫效率，脫硫顆粒平均消耗量為0. 04kg/ （m3˙h）。因而，285t 脫硫顆粒劑可凈化煙氣296 875m3/ h ,相當(dāng)于可用來凈化蒸發(fā)量為180 t/ h 鍋爐的煙氣。由于焚燒灰渣為廢物利用，因而脫硫顆粒原材料的費(fèi)用很低。如果顆粒脫硫劑按0. 5 分/ kg計(jì)，一月為42750 元，一年513 000元； 耗電為1 600kW˙h/ d ,按0. 5 元/ （kW˙h 計(jì)算，每月電費(fèi)為2.4萬元，每年電費(fèi)為28. 8萬元。年運(yùn)行費(fèi)用在80萬元左右。而如果采用典型的石灰石—石膏法脫硫，年運(yùn)行費(fèi)在300 萬元左右。180 t/ h鍋爐的脫硫工程造價(jià)：石灰石—石膏法脫硫工程造價(jià)為7000萬元左右，而灰渣顆粒床干法脫硫工程造價(jià)為3000～4000萬元?？梢?，采用灰渣顆粒床干 法脫硫技術(shù)，除了明顯的社會(huì)效益外，還有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效率。