生活垃圾焚烧飞灰无害化、减容化、资源化处理利用制造硅酸盐制品项目可行性研究报告

生活垃圾焚烧飞灰无害化、减容化、资源化处理利用制造硅
酸盐制品项目
可行性分析研究报告
目录
一、城市生活垃圾的现状及处置方式 (1)
1.城市生活垃圾现状 (2)
2.城市生活垃圾的处置技术 (3)
2.1城市生活垃圾的处置技术现状 (3)
2.2各种处置技术的特点 (3)
2.2.1城市生活垃圾焚烧技术 (4)
2.2.2城市生活垃圾焚烧处理的二次污染 (5)
二、城市生活垃圾焚烧飞灰无害化处理技术 (6)
1.城市生活垃圾焚烧飞灰污染特性 (6)
1.1 重金属毒性 (6)
1.2 二噁英类持久性有机污染物毒性 (7)
2.城市生活垃圾焚烧飞灰无害化处理技术 (8)
2.1 固化/稳定化处理技术 (8)
2.2 热处理技术 (10)
三、玻璃棉市场概括及前景 (13)
1.玻璃棉产业发展 (13)
2.玄武岩连续纤维发展及应用前景 (14)
2.1国内外发展状况 (15)
2.2玄武岩纤维的性能 (16)
2.3 玄武岩纤维的应用 (19)
2.4 玄武岩纤维的生产工艺 (22)
2.5 玄武岩连续纤维面临的问题 (23)
2.6 结论和展望 (23)
3.离心玻璃棉市场分析 (24)
3.1 我国建筑绝热节能材料的市场分析 (25)
3.2 离心玻璃棉产品介绍 (26)
3.3 离心玻璃棉的应用 (27)
3.4 离心玻璃棉市场分析 (28)
四、城市生活垃圾焚烧飞灰熔融固化技术 (30)
1.玻璃固化技术原理 (30)
1.1 概述 (30)
1.2 玻璃态物质结构特征 (31)
2.玻璃态物质固化重金属原理 (34)
3.玻璃态物质的形成机理 (35)
3.1 玻璃形成的动力学理论 (35)
3.2 玻璃形成的热力学理论 (36)
3.3 玻璃形成的结晶化学理论 (37)
4.城市生活垃圾焚烧飞灰熔融固化设备 (39)
4.1 燃料式熔融炉 (40)
4.2 电热式熔融炉 (42)
五、城市生活垃圾焚烧飞灰资源利用的可行性 (44)
1.中国工业可持续性发展的战略思想 (44)
2.硅酸盐工业概况 (48)
2.1 陶瓷 (48)
2.2 玻璃 (50)
2.3 水泥 (60)
2.4 耐火材料 (64)
3.城市生活垃圾焚烧飞灰资源化可行性 (66)
3.1 城市生活垃圾焚烧飞灰资源利用化的前提条件 (66)
3.2 城市生活垃圾焚烧飞灰资源利用化处置的研究方向 (66)
六、利用城市生活垃圾焚烧飞灰作主要原料生产玻璃制品的必要性 (71)
七、城市生活垃圾焚烧飞灰制造玻璃制品的技术可行性分析
(73)
1.玻璃电熔融技术处理飞灰的基本原理 (73)
2 玻璃电熔法处理飞灰的主要优点 (74)
3.利用飞灰熔体制造玻璃制品的工艺技术总结 (76)
4 工艺技术特点 (76)
5结论 (78)
城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.1.
一城市生活垃圾的现状及处置技术
全面建设小康社会，构建发展与环境的新型关系，是我国国民经济和社会发展确定的重要目标。

未来5-15年，甚至更长的时间内，伴随着我国经济社会的高速发展，资源环境的瓶颈制约与胁迫影响将日益严峻。

主要表现在：环境污染程度加剧蔓延趋势，新污染物质和持久性有机污染物的危害逐步显现，生态环境问题变得复杂、风险更加巨大及环境问题成为新的外交热点。

国家环保总局在“国家环境保护科学发展规划中”指出，要重点解决一下环境科技问题：城市大气环境复合污染、水环境复合污染、固体废物污染及其优化控制技术；大气细颗粒物和超细颗粒物的控制技术；城市连绵带和城市群复合污染综合调控技术；城市生态综合调控系统；城市重污染水体修复、引用水源地保护及饮用水安全保障技术；环境安全、健康安全和经济合理的城市垃圾和危险废物处理技术；城市臭氧、大气有毒有害污染物、有毒化学品和持久性有机物污染控制；城市物理污染（如光学污染、电磁污染、辐射污染、视觉污染等）控制的对策与方法；城市环境污染公众健康的影响，包括污染暴漏评估技术、污染-健康剂量反应关系评估及室内污染防治技术；城市物流、能流优化控制和管理技术等。

从中，我们可以看出：固体废弃物，如城市生活垃圾，已经危及国家的发展规划，迫切需要得到防治。

国家环保总局把固体废物防治纳入重点发展领域和优先主题。

城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.2.
1.城市生活垃圾现状
城市生活垃圾是固体废物的一个种类。

城市生活垃圾是指在城市日常生活中或作为城市日常生活提供服务的活动产生的固体废物。

其中大部分来自居民的生活与消费、市政建设的维护、商业活动、市区的园林绿化及市郊的耕种生产、医疗和旅游娱乐场所。

包括一般生活垃圾、人畜粪便、厨房弃物、污泥、垃圾残渣和灰尘等固体物质，其构成主要受城市的规模、性质、地理条件、居民生活习惯、生活水平的燃料结构、季节等影响。

随着社会经济的迅猛发展，城市生活垃圾量也在快速增长。

预计2015年我国城市生活垃圾清运量将达到2.68亿吨（含设市城市和县城）。

据调查，1998年全国668座城市中已有三分之二被垃圾所包围，垃圾储存量已达60度亿吨，侵占土地面积超过5亿立方米。

大部分呈现露天堆放状态的城市生活垃圾队环境危害很大，主要表现为：第一，垃圾露天堆放，经日晒、风吹、雨淋等作用挥发大量废气、粉尘；有分解后产生毒气如氨、硫化物等，严重污染大气。

第二，垃圾不但含有病源微生物，在垃圾堆放腐蚀过程中还会产生大量酸性和碱性有机污染物，并将垃圾中的重金属溶解出来，形成有机物质、重金属和病源微生物三位一体的污染源。

第三，大量垃圾堆放，不仅妨碍市容，并且有害城市卫生，垃圾中有许多致病微生物，同时垃圾往往是蚊、蝇、蟑螂和老鼠的孽生地，必然危害广大市民的健康。

第四城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.3.
，侵占大量土地，对农田破坏严重。

2.城市生活垃圾的处置技术
2.1城市生活垃圾的处置技术现状
我国城市生活垃圾处理起步于上个世纪80年代后期，在1990年前，全国城市生活垃圾处理率还不足2％，进入90年代后，我国城市垃圾处理水平不断提高。

国内垃圾处理方法多种多样：堆肥、焚烧、卫生填埋、热解、生物处理和生化处理，分类回收、综合处理。

近年来综合处理已引起越来越多的重视，但目前应用最广泛的仍然是前三种方法。

2.2各种处理技术的特点
由于城市生活垃圾成份复杂，并受经济发展水平、能源结构、自然条件及传统习惯等因素影响，所以国内外城市生活垃圾处置一般是随国情不同而不同，往往一个国家中各个地区也采用不同的处理方式，很难有统一的模式。

垃圾填埋处理是从传统的堆放和填地处理处置发展起来的一项最终处置技术，将垃圾在特定场所，填埋到一定高度后，加上覆盖材料（以免鼠、虫、鸟等前来吃垃圾，传播病菌），让其经过长期的物理、化学和生物作用达到稳定状态。

垃圾堆肥技术是将有机垃圾送入机械消化机中，利用微生物在合适条件下对城市生活垃圾中有机物进行降解，使之变成稳定的腐殖城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.4.
土。

将其中的有机可腐物转化为土壤可接受且迫切需要的有机营养物，为农业提供适当的腐殖土，解决土壤板结问题，并维持了自然界物质的良好循环，基本实现垃圾无害化、资源化。

垃圾焚烧是发达国家普遍采用一种垃圾处理方法，焚烧处理是指在高温条件下，垃圾中可燃成份与空气中氧进行剧烈的化学反应，放出热量，转化成高温的燃烧气和少量而且稳定的固体残渣，同时杀灭病菌的方法。

2.2.1城市生活垃圾焚烧技术
与填埋技术相比，城市生活垃圾焚烧技术还有如下优点：减量化显著（减量一般为70％，减容90％）；可回收能量用于供热和发电；通过合理控制可以减少二次污染的产生及净化尾部烟气；处理速度快、储存期短，不需要长距离运输。

目前，在我国大城市，有三个因素制约着城市生活垃圾焚烧处理发展：<1>资金短缺，包括建设投资和运行费用；<2>可靠、实用的国产焚烧技术少；<3>未能实现有效分类收集，垃圾中无机物含量太高，焚烧热值不够，垃圾不利于焚烧。

同时三个因素也推动着城市生活垃圾焚烧处理的发展：<1>大城市土地资源宝贵，生活垃圾填埋场地选择将越来越困难，垃圾填埋处理成本也会越来越高，焚烧处理会逐步发展成为这一地区大规模处理生活垃圾的主要手段；<2>垃圾成份不断变化，随着燃气率的提高，以及垃圾分类收集逐步推进，生城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.5.
活垃圾中高热值的可燃物含量不断增加；<3>我国不断进行垃圾焚烧处理相关技术的开发，垃圾焚烧技术在消化、吸收国外生活垃圾焚烧的基础上，结合我国生活垃圾特性的研究，开发活动取得进展。

2.2.2城市生活垃圾焚烧处理的二次污染
城市生活垃圾成分复杂导致在焚烧处理过程中扔存在许多问题：城市生活垃圾中的氯、硫含量较高，经焚烧后生成高浓度的SO2和HCl 等酸性气体；容易形成烟尘颗粒物、重金属和二噁英等二次污染。

需要对烟气进行净化处理，出去有害气体，以保证让尾部烟气排放符合环保标准。

而焚烧产生的焚烧飞灰，即在烟气净化系统和热回收系统中收集而得残余物，一般包括除尘器飞灰和吸收塔飞灰或洗涤塔污水污泥。

飞灰中也含有烟道灰、加入的化学试剂及化学反应物。

飞灰约占垃圾焚烧灰渣总量的20％左右，其中飞灰包括烟灰、加入的化学试剂及化学反应产物，其物理和化学性质随焚烧烟气净化系统的类型不同而有所变化。

飞灰因其含有较高浸出浓度的铅、铬、镉、镍等重金属而具有较大的毒性，另外，还含有高毒性的有机废物（二噁英）,因此使其更具有毒性。

因而飞灰一般被归为危险废物类，极少有资源化利用，多数是经过无害化处理达到相关要求后，运往常规埋场或危险物埋场填埋。

城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.6.
二城市生活垃圾焚烧飞灰无害化处理技术
1 城市生活垃圾焚烧飞灰的污染特性
飞灰一般被归为危险废物类，极少有资源利用，多数是经过稳定化、无害化处理达到相关要求后，运往常规填埋场或危险填埋场填埋。

飞灰的危害性主要表现在以下两个方面:
1.1重金属毒性
重金属的危害在于它不能被微生物降解且在生物体内富集（生物积累效应）或形成其它毒性更大化合物，环境中的重金属将经过地质和生化双重循环迁移转化，最终经过大气、饮水、食物等污染渠道为人体所摄取而造成危害。

另外，重金属污染治理往往很复杂，耗时、耗力难以得到较好的效果。

重金属进入人体有食道、呼吸道、皮肤三种途径。

进入人体的重金属不再以离子的形式存在，而是与其体内有机成份结合成金属络合物或金属螯合物，从而对人体产生危害，人机体内的蛋白质、核酸能与重金属反应，维生素、激素等微量活性物质和磷酸、糖也能与重金属反应。

由于产生化学反应，使上述物质丧失或改变了原来的生理化学功能而产生病变。

另外重金属还可能通过与酶的非活性部位结合而改变活性部位的构象，或与辅助酶作用的重金属发生置换反应，致使酶的活性减弱甚至丧失，从而出现毒性。

城市生活垃圾焚烧后，由于垃圾均含有微量的重金属元素，这些城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.7.
重金属元素在垃圾焚烧过程中会发生迁移和转化，大部分矿物和有毒元素浓缩于焚烧灰渣中，使得城市生活垃圾焚烧灰渣（包括炉渣和飞灰）中有毒元素的含量比一般土壤中大100倍。

尤其是飞灰中重金属含量特别高。

在城市生活垃圾焚烧处理时，由于入炉垃圾成分复杂，几乎无所不有，垃圾中所含的重金属入：Hg、Pb、Cd、Cu、Zn、Ni等会发生不同程度的挥发和迁移现象，从固相向气相中迁移，使烟气及飞灰中的重金属含量增加。

对于不同种类的重金属，其迁移程度是不同的。

城市生活垃圾中的72％的Zn、24％的Cr、30％的Ni、36％的Cu、86％的Pb转移到飞灰中。

1.2二噁英类持久性有机污染物毒性
二噁英是一种剧毒物质，也是一种致癌物质，有可能是一种环境激素，影响生殖和免疫功能，致癌、致突变、致畸是其重要的毒作用。

它易溶于脂肪，所以容易在生物体内积累，它在生态系统中通过食物链的蓄积达到相当的含量，对人体和生物产生毒害
常温下各种二噁英是固体，熔点很高，无极性，难溶于水，但易溶于脂肪。

二噁英化学稳定性强，不仅能在强酸中和强碱中保持稳定，而且在氧化还原作用下很稳定，自然环境中的水解、光解和微生物降解作用对二噁英的影响很小。

但在800℃后容易分解，在紫外线照射下也容易分解，然而由于大气中二噁英主要吸附在气溶胶颗粒上，较城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.8.
难吸收到紫外线。

所以，二噁英一经产生，便能在环境中长时间存在。

飞灰的比表面积很大，对二噁英有很强的吸附作用，导致飞灰中二噁英浓度很高。

飞灰成为生活垃圾焚烧排放二噁英和重金属等二次污染的主要载体，因此包括我国在内的许多国家对环境规定为危险物，必须进行特殊处理。

2城市生活垃圾焚烧飞灰的无害化处理技术
随着宝贵土地资源的减少，填埋场地的愈加难以选择，对垃圾焚烧飞灰进行适当处理，然后按危险物填埋处理，其成本变得越来越高，同时，也不能达到减容化和资源利用化的目的。

目前较常用的城市垃圾焚烧飞灰处理方法有：水、酸或其它溶剂浸取；固化法，包括水泥固化法、拧硬性废物固化法和热塑性材料固化法；化学试剂稳定法；热处理—熔融烧结法等；以及这些处理方法的组合工艺。

2.1固化/稳定化处理技术
固化/稳定技术是应用最广泛的飞灰处理技术，它利用一些添加剂或粘结剂，对飞灰中危险组分进行处理和化学方法的固化处理。

2.1.1水泥固化技术
水泥固化是以水泥作为固化剂，把飞灰按照一定比例混合，加入适量的水，利用水泥的宁硬性特性将飞灰中的重金属固定下来，减少重金属的渗滤。

借助水泥形成高硬度固化产物的低渗透性。

将重金属城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.9.
包封住，减少浸出；利用水泥较强的碱性将重金属转化为难以溶解或低溶解性氧化物，水泥与飞灰结合时产生的水化物中的钙、铝等离子进行交换，从而将重金属固定在矿物结构中。

水泥固化也存在不足之处：（a）水泥固化体浸出率比较高，主要是由于它的孔隙率较高的缘故；（b）水泥固化体增容比较高；（c）有时候需要预处理和投加添剂，使得处理费用增高；（d）水泥固化在填埋场经过比较长久时间后，对重金属的固化效果很可能恶化。

2.1.2 沥青固化技术
沥青固化技术是以沥青作为固化剂与有害废物在一定温度、配料比、碱度和搅拌作用下产生皂化反应，使有害物质包容在沥青中，形成固化体。

用沥青固化处理城市生活垃圾焚烧飞灰时，在沥青与飞灰的混合比例下，加入一定比例的S和NaOH，使重金属浸出更少。

2.1.3塑料固化技术
塑料固化是以塑料为固化剂与有害废物按照一定配料比，并加入适量的催化剂和填料进行搅拌混合，使其在聚合固化而将有害废物包封形成一定强度和稳定性的固化体。

2.1.4化学药剂固化技术
化学药剂稳定化是利用化学药剂通过化学反应使有毒有害物质变为低溶解性、低迁移率及低毒性的过程。

用药剂稳定化技术处理危城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.10.
险废物，可以实现废物无害化的同时，达到废物少增容或不增容，进而提高危险废物处理处置系统的总体效率和经济性。

同时，可以通过改进螯合剂的结构和性能使其与废物中危险物成份之间的化学螯合作用得到强化，进而提高稳定化产物的长期稳定性，减少最终处置过程中稳定化产物对环境的影响。

2.1.5其它固化技术
石灰固化是以石灰为固化剂，以粉煤灰、水泥窑灰为填料，来固化有害废弃物的一种技术。

石灰固化的有点是使用的填料来源丰富、价格低廉，容易获得，操作简单，不需要特殊设备，处理费用低，可在常温下操作。

其缺点是石灰固化的增容比大，固化体容易受酸性介质侵蚀。

另外，还有其它固化技术，如自胶结固化技术、水玻璃固化技术等。

2.2热处理技术
在许多国家，热处理技术被广泛的用到处理飞灰中，热处理飞灰不仅使飞灰的体积大幅度降低，显著地降低飞灰中的重金属的浸出率，而且经过热处理的产品能进行回收利用。

可分为三类：烧结、熔融和玻璃化，通常把熔融和玻璃化为一类，称为熔融固化或者玻璃固化。

2.2.1烧结
烧结技术是对飞灰进行加热到一定程度，是飞灰中的颗粒发生粘城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.11.
结耦合并且使飞灰中的化学物相发生重组，从而使处理后得到高温的机械强度和其它一些工程特性显著提高，并且飞灰烧结处理后形成一种像陶瓷一样的固体，并把重金属固定或封闭在内部，使其浸出能力大为降低。

烧结处理与水泥固化等技术相比较，所得产品体积小，产品的机械强度较高而且重金属的浸出率低等特性，得到的烧结产品可作为结构材料进行资源化利用，如作为混凝土代替骨料，路基堤坝等的辅料。

然而，飞灰烧结需要跟一些技术相结合，如飞灰的水洗，会使水溶液集中了大量的可溶性盐和重金属物质，因此需要对水洗溶液进行无害化处理，这样就增加了烧结处理的复杂性和处理成本。

2.2.2熔融技术
熔融技术是目前国内外一项比较先进的垃圾焚烧飞灰无害化资源化处理技术，相对于水泥固化和化学处理而言，熔融处理无害化程度彻底、产品的稳定高、运行费用适中，减量显著，并且可以实现资源利用化，因此城市生活垃圾焚烧飞灰熔融成为近年来固体废物处理领域新的研究点。

在高温1200～1400℃对飞灰进行熔融处理，飞灰中的有机物发生热分解、燃烧及气化，而无机物中的SiO2 在熔融处理后形成Si-O 网状结构，把飞灰中重金属包封固化在网状结构中，形成具有刚性的非晶态的玻璃物质。

经熔融处理后，飞灰中的二噁英等有机物受热分城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.12.
解得到彻底的消解破坏，飞灰中所含较低沸点的重金属盐类转移到气体中并以熔融飞灰的形式捕集下来，其余的金属转移到玻璃渣中，大大降低了重金属的浸出率。

玻璃态熔渣使飞灰中重金属形成不易浸出的形态，通过毒性浸出特性实验结果发现，Zn、Cr、Pb、Cd、Cu等重金属浸出率非常低，说明重金属取代硅酸盐矿物中部分Ca2＋、Al3＋而包封在硅酸盐的网状晶格中而非常稳定固溶于玻璃相中。

而且飞灰经熔融处理后，密度大为增加，飞灰减容率大2/3以上，得到熔渣可以作为路基材料、混凝土骨料、沥青骨料，达到资源利用的目的。

城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.13.
三玻璃棉市场概括及前景
玻璃棉属于玻璃纤维的一个类别，是一种人造无机纤维。

玻璃棉是将熔融玻璃纤维化，形成棉状材料，化学成分属于玻璃类，是一种无机纤维，具有成型好，体积密度小、导热率低、保温绝热、吸音性能好、耐腐蚀、化学性能稳定。

玻璃棉采用石英砂、石灰石、白云石等天然矿物原料，配合一些纯碱、硼砂等化工原料熔成玻璃。

在熔化状态下，借助外力吹制或甩成絮状细纤维，纤维和纤维之间立体交叉，互相缠绕在一起，呈现大量微小孔隙，是典型的多孔吸音材料，具有良好的吸声特性。

可以制成墙板、天花板、空间吸声体等，可以吸收房间内的声能，降低混响空间，减少室内噪声。

1.玻璃棉的产业发展
玻璃棉是世界上近几十年来新发展起来的绝热、隔音、保温、节能材料之一。

我国玻璃棉生产开始于上个世纪50年代末，到80年代国内已经有许多省市发展了玻璃棉工业，但发展速度不及北美、西欧和日本。

在玻璃棉投产之前，除了大连玻璃厂用蒸汽立吹法年产沥青玻璃棉7000吨外，其它采用火焰喷吹法生产超细玻璃棉的数十家工厂，年产能力从100-600吨不等。

当时，我国玻璃棉发展缓慢的重要原因：生产工艺落后，特别是蒸汽立吹法沥青玻璃棉纤维直径大于8um，设备生产能力小、能耗大、生产成本高，没有发展制品加工等，城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.14.
所以在建筑、保温、吸声等各个领域应用不广。

当时国内对国际上先进的生产工艺“离心喷吹法”的研究方面无进展突破，为了加快发展我国玻璃棉工业，自80年代开始从日本东纺绩株式会社、派拉蒙硝子纤维公司先后引进离心法工艺生产技术和成套设备两套，上海平板玻璃厂和原北京玻璃钢制品厂各一套，当时上海玻璃厂年生产能力达到40000吨，生产技术已达到80年代初国际先进水平。

离心法玻璃保温棉是岩棉、火焰面之后在1956年法国圣戈班公司研发一种性能更优越的无机隔热、吸声节能保温材料，生产能耗低，年产量高，纤维直径≤8um。

我国国内离心保温棉在1993年到2003 年销售形势很好，每吨利润率达65％以上，所以离心法玻璃棉生产线建设在1987-2007年的20年间象春笋般发展，到2006年年产量20万吨左右，但产品质量参差不齐导致市场混乱，以致建筑等各领域中部分使用离心玻璃棉没有真正起到保温、吸声、隔热等功效。

由于离心玻璃棉的生产原料和天然气在持续涨价，生产成本提高，每吨产品的利润额越来越小，现在一般在30％-10％，甚至更低。

由于一些劣质产品充斥市场，导致销售价格不升而降。

导致整个行业的向前发展和新产品开发停滞不前。

2玄武岩连续纤维发展及应用前景
玄武岩连续纤维是以天然火山喷出岩作为原料，将其破碎后加入城市生活垃圾焚烧飞灰制作硅酸盐制品可行性分析.15.。