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据统计，20世纪90年代以来，我国城市生活垃圾每年以8%～9%的速度增长。全国城市垃圾存量，已超过60亿吨，致使占全国城市总量2/3的城市周围形成大量的垃圾山。常见的垃圾处理方式有焚烧、堆肥及卫生填埋。垃圾焚烧处理已有100多年的历史，英国于1874年就建成了第一座都市垃圾焚烧厂。第二次世界大战后，中小型焚化炉在发达国家的一般城市都有使用，特别是1973年的石油危机，大大加速了垃圾能源回收技术的发展，垃圾焚烧厂如雨后春笋般出现。从表1可以看出经济较发达国家、土地资源较稀缺的国家垃圾焚烧处理率一般较高。日本由于土地稀少，废弃物焚烧技术发展较充分。目前的垃圾焚烧比率已接近80%。新加坡于1986年建成了一座处理能力为2760t/d的垃圾发电站后，实现了垃圾的全部焚烧化。我国1989年在深圳地区建成了第一座垃圾焚烧电站。根据国家统计局2005年公布的数据，我国2003年全国生活垃圾清运量为14856.5万吨，全国共有垃圾焚烧处理厂47座，年总共可以处理垃圾369.9万吨为我国生活垃圾清运量的2.5%，我国的垃圾焚烧处理技术尚处于起步阶段。随着经济快速，发展人们生活水平的提高，垃圾热值稳步提升，填埋用地越来越紧张，其它垃圾处理方法费用越来越高，而垃圾的焚烧处理由于显著的“减量化、资源化、无害化，，效果必将越来越受到重视。
表1国外生活垃圾焚烧应用情况比较表
飞灰处理技术概况
传统的垃圾焚烧方式也存在明显的不足：1)焚烧温度较低(900～1000℃)，导致发电效率不高，一般小于15%，而且由于温度低于1100℃，不利于焚烧时产生的二恶英的分解。2)处理不当容易产生严重的二次污染。这主要包括重金属和二恶英污染。生活垃圾焚烧处理后产生的固体残渣大约占垃圾重量的30%～35%，其中底渣占25%～30%，其余是飞灰，占5%左右。垃圾焚烧产生的底灰中重金属含量较少，被认为是没有毒害的[7]飞灰由于比表面积大，在烟道中重金属通过异相沉积和表面吸附作用在飞灰表面富集。飞灰中含有很高浓度的可浸出Pb、Cd、Hg、Zn等有毒重金属。而且飞灰中还含有少量的剧毒物质二恶英(PCDDs\PCDFs)。飞灰已被列入危险废弃物明录，在最终处置前必须经过化学药剂处理、水泥固化、熔融固化中的一种或多种处理。按2005年公布的数据全国目前年焚烧处理的垃圾为369.9万吨，按上述比例计算，我国每年有待处理焚烧灰渣110.97万吨，其中必须处理的有毒飞灰18.495万吨。目前国内外的飞灰处理主要方式均是水泥固化。这主要是因为水泥固化需要的设备、操作要求简单并且处理费用相对较低。
表2垃圾焚烧灰渣重金属毒性
垃圾气化熔融处理技术
传统的垃圾热处理技术由于要排放大量的尾气，处理后会产生有毒的灰渣以及剧毒物质二恶英。需要一种能有效净化尾气，能高温分解二恶英，能有效处理灰渣并减小灰渣体积的技术。垃圾的气化熔融技术正是在这一要求下产生的新一代垃圾处理技术。
垃圾气化熔融技术也称为热分解气化技术，是指将垃圾的有机成分气化和无机成分熔融溶为一体得可燃气体同时可以回收金属等有用物质的一种垃圾处理技术。气化熔融工艺的工作原理为：垃圾在贫氧条件下部分燃烧实现气化，生成可燃气体；飞灰或底渣被熔融，彻底分解其表面的二恶英，还能控制灰渣中的重金属污染；熔融的飞灰或底渣可制成良好的建筑材料，不仅提高了资源利用率，而且大大减轻了填埋处置负担。
气化熔融系统都具有：1)具有很高的燃烧温度(燃烧温度在1350℃或更高)，可以最大限度的减少二恶英和提高燃烧效率；2)采用较小过量空气系数(过量空气系数接近1.3)，可以采用更紧凑的烟气处理系统，减小占地，同时可以提高发电系统的效率15%～25%；3)利用废弃物中的热量来熔融灰渣，不需要外部热源就可以将焚烧残渣转变熔渣，这些熔渣可以用作城市工程材料。4)热解/气化在较低的温度(接近500℃)的还原性气氛下进行。
常见的气化熔融系统主要包括3类：竖井式气化熔融系统、流化床气化熔融系统和回转窑气化熔融系统。
竖井式气化熔融系统
图1竖井式高温气化熔融炉
竖井式气化熔融系统也叫高温气化熔融，是最常见的一步法气化熔融技术。其典型的炉型布置如图1所示。在气化熔融炉的内部自上而下依次呈层状分成预备干燥段(200～300℃)、热分解段(300～1000℃)和燃烧熔融段(1500℃以上)。垃圾从炉上部加入并与从炉下部上升的气体一边进行热交换一边下降。从气化熔融炉上部排出的可燃气通过除尘器之后进入燃烧炉，并在约900℃下进行燃烧。在热分解段生成的焦炭与加入的焦炭和石灰石一起下降到熔融燃烧段，借助从进风口供给的富氧空气进行高温燃烧。从炉底将因高温而形成熔融状态的炉渣和金属排出。该炉型的主要特点是：焚烧灰渣在炉子底部熔融。上部的垃圾在底部熔融乏气的加热下高温热解。灰渣在底部通过添加焦炭在富氧情况下高温熔融。整个炉子上部为一流化床，底部为竖井式移动焦炭床。炉子底部需要添加石灰石改变熔渣的碱基度。这种炉子不需要对垃圾进行特别的处理。该炉型的主要不足是无法灵活选择对无害底灰的处理方法。
流化床气化灰熔融
图2鼓泡流化床气化熔融炉系统结构简图
固体废弃物的流化床气化+灰熔融是一种两步法的低温气化高温熔融的气化融融装置，该炉型的典型结构间下图2所示，经预处理的垃圾用加料器送入鼓泡流化床气化炉中，在600℃使用空气气化，从气化炉底将不燃物和砂子的混合物排出，采用分离装置将它们分离，砂子将重新送入炉内。在流化床自由空间送入二次空气进行二次燃烧。生成的可燃气进入旋风熔融炉送入三次空气在1300℃的高温下燃烧，熔渣经水冷后排出。该炉型的主要特点是：垃圾先在流化床内较低的过量空气系数下气化燃烧，炉内温度保持在500～600℃，熔灰炉处于流化床后部，残碳和气化气通过在高温低过量空气系数的办法分离。该炉型一般仅在垃圾热值较低时需要添加辅助燃料。垃圾的前处理要求与垃圾的流化床焚烧要求相同。
该炉型的旋流融入装置是一种较常采用的一种三段式旋流熔灰装置，该装置结构简单、运行稳定；能有效的焚烧气化气并同时融入灰渣。然而该炉型也有一些明显的不足：1)该炉的高温排渣口温度较高，容易导致熔渣冷却槽内的水挥发进入燃烧室内，使得熔渣在排渣口凝结，可能引起排渣不畅，甚至使排渣口完全堵死，需定期停炉清理排渣口；2)长期运行时，燃烧室内的燃烧气体由于与冷却水槽内的水接触，会引起水体内重金属含量变高，使得用它来冷却的熔渣处理后的重金属含量超标。
回转窑灰熔融系统
图3回转窑灰熔融系统示意图
回转窑+灰熔融系统是另一种两步法气化熔融系统，该炉型的典型结构如图3所示，垃圾在破碎后给料器加入到由外部热源加热的回转窑内，一边接受由回转形成的搅拌作用，一边在约500℃无氧气环境下缓慢进行热分解气化。从回转窑排出的可燃气直接进入下游的回旋式熔融炉内。从回转窑下部将生成的半焦和不燃物排出，经冷却器冷却后，由分离装置将粗大的不可燃物和细小的半焦分离。然后将粉碎机粉碎后半焦贮存在筒仓中，将筒仓里的半焦经气力输送至回旋式熔融炉，与自回转窑排出的可燃气一起在约1300℃下进行高温焚烧，从炉底将因高温而形成熔融状态的炉渣排出。垃圾在回转窑内通过外部间接加热气化，炉温保持在500℃左右，与流化床气化熔融一样熔灰炉处于流化床后部，残碳和气化气通过在高温低过量空气系数的办法分离。该炉型要求垃圾需先粉碎到小于150mm。
研究发展方向——热选技术 热选技术是近几年刚发展起来的一种全新的，通过高温气化和重整处理达到无污染城市固体废弃物和工业废弃物回收的灰渣全熔气化熔融装置。该处理工业可以有效的利用废弃物产生燃气并且回收金属和其它副产品资源。通过大规模的示范工厂和商业运行证明这是一种创新的废弃物回收技术。固体废弃物在固定床氧吹气化(oxygen blown)同时进行灰渣熔融，以达到最大化的回收原料，同时最大可能的利用废弃物中的化学能，最小化对环境的冲击。目前已经在德国的卡尔斯鲁厄，日本的东京千叶(Tokyo-Chiba)和日本的Mutsu建立的商业运行工厂。卡尔斯鲁厄的工厂的垃圾日处理量为720t，千叶厂的垃圾处理量为300t。该工艺设备如图4所示，废弃物在没有预处理的情况下压实，紧接着进入热解通道(degassing channel)，热解通道通过外部间接加热保持在在600℃左右的温度，废弃物在热解通道中干燥、热解。热解过的废弃物被投入高温反应炉。通过添加氧气使热解残碳产生气体。燃烧灰渣在底部通过炉体上布置的烧嘴添加天然气和氧气在2000℃高温下均质化熔融。熔融物通过水急冷，由于金属和矿物的热导率不同，两类物质自动分离成颗粒装。金属颗粒可以通过磁力分选装置分选。在反应炉上部通过添加烧嘴温度保持在1200℃左右。气化气体在缺氧状况下在炉体内停留2秒重整，合成气主要成分为H2、CO、CO2。典型的体积分数为H2 25%～42%，CO2 25%～42%，CO 10%～25%。合成气在出口通过水喷淋在<30ms的时间内从1200℃急速冷却到70℃，从而防止二恶英及其它有机化合物的形成。急冷后的合成气通过酸洗(除去合成气中的HCl和HF，同时将合成气的中的挥发重金属和他们的化合物转变成金属离子)、碱洗(使用NaOH出去酸性液滴)、除尘(通过水洗出去气体中的细微颗粒，洗出的细微颗粒在分离后被送回高温熔融炉熔融)、脱硫(使用Fe3+将H2S中的硫氧化为硫单质)、干燥(使用三乙基乙二醇(TEG)干燥剂出去水分，同时可以出去痕量的重金属)得到纯净的合成气。从烟气净化系统除去的金属元素和矿物可以回收利用。
从表3可以看出该系统在排放和资源回收方面都环境非常友好，可回收99.5%以上的资源。热选工艺的处理的垃圾有很强的适应性，在同样的焚烧炉内可以处理很广泛热值和成分的垃圾。通过3个商业运行的垃圾处理厂证明了热选工艺的可靠性。
表3热选工艺副产品二恶英含量及副产品回收情况(千叶)
结论
(1)国外的试运行表明气化熔融技术是一项能有效净化尾气，能高温分解二恶英，能有效处理灰渣并减小灰渣体积的技术。
(2)与传统的垃圾焚烧方式相比，气化熔融技术能能有效的进行资源回收，并且对环境友好。
(3)我国的垃圾焚烧技术刚起步，应在借鉴国外经验的基础上采用适合我国国情的垃圾处理方式，少走弯路。
