淺析利用水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾

摘 要：水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾的工藝技術(shù)、工藝設(shè)備、特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水泥窯；協(xié)同處置；垃圾

隨著資源開(kāi)發(fā)和城市化進(jìn)程的加快，無(wú)論是發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家還是正在崛起的發(fā)展中國(guó)家，各類垃圾及廢棄物的處理利用已成為一個(gè)不容回避的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。我國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)也是越發(fā)重視，在黨的“十八大”報(bào)告第八章“大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)”中就對(duì)今后“堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策”進(jìn)行了明確要求和具體部署，其中提到“堅(jiān)持預(yù)防為主、綜合治理，以解決損害群眾健康突出環(huán)境問(wèn)題為重點(diǎn)，強(qiáng)化水、大氣、土壤等污染防治”。

目前，城市垃圾的處理主要采用以下三種方式：填埋法、堆肥法、焚燒法。填埋法有適用任何垃圾、投資較少的優(yōu)點(diǎn)，但是也有占用土地多、資源化程度低、污染地表水、污染地下水等缺點(diǎn)。堆肥法有能生產(chǎn)堆肥產(chǎn)品、投資不多的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)缺點(diǎn)也很明顯，只能適用于有機(jī)物含量較高的垃圾，減容性不理想。焚燒法可適用于任何垃圾，占地小，能有效實(shí)現(xiàn)資源化、無(wú)害化、減量化，其中以水泥窯協(xié)同處置垃圾最為合理和科學(xué)，在國(guó)家發(fā)布的《十二五規(guī)劃綱要》中指出“支持水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾、污泥生產(chǎn)線和建筑廢棄物綜合利用示范線的建設(shè)”。

1 水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾的工藝技術(shù)

由于我國(guó)城市生活垃圾現(xiàn)在未進(jìn)行有效的分選，絕大部分還是混合垃圾，從技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)說(shuō)，以垃圾焚燒爐與水泥窯協(xié)同處置生活垃圾的方法最為適宜，該法可將垃圾熱能和灰渣充分利用，污染物排放少，具有很好的環(huán)境友好性。

此法是在水泥窯旁設(shè)置垃圾焚燒爐協(xié)同處置生活垃圾，從水泥回轉(zhuǎn)窯窯頭罩抽取冷卻熟料后的熱風(fēng)以燃燒空氣的形式進(jìn)入焚燒爐，使其焚燒爐中的垃圾進(jìn)行焚燒。焚燒爐所產(chǎn)生的煙氣由于溫度較高（1100℃左右），因此進(jìn)入分解爐和預(yù)熱器中為水泥生料的分解提供熱量，同時(shí)煙氣中的細(xì)小顆粒在分解爐內(nèi)可徹底焚燒，煙氣最后經(jīng)由窯尾的廢氣處理系統(tǒng)進(jìn)行排放。垃圾在焚燒爐中所產(chǎn)生的灰渣直接入水泥窯中，成為水泥熟料的一部分。水泥主要原料石灰石（碳酸鈣）在水泥回轉(zhuǎn)窯的高溫下化學(xué)反應(yīng)生成二氧化碳和氧化鈣，所以窯體內(nèi)有很好的堿性環(huán)境，這對(duì)于吸收垃圾焚燒產(chǎn)生的有害酸性氣體非常有利。垃圾中的重金屬物質(zhì)則以吸附、物理封固、替代等形式隨著熟料的形成被包熔固化在熟料的晶體結(jié)構(gòu)中，而這所形成的晶體缺陷有利于提高水泥熟料強(qiáng)度。

雖然垃圾焚燒爐與水泥窯協(xié)同處置對(duì)垃圾的適應(yīng)性很強(qiáng)，但是以下幾種固體廢物根據(jù)《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB30485-2013）的規(guī)定禁止協(xié)同處置：放射性廢物；爆炸物及反應(yīng)性廢物；未經(jīng)拆解的廢電池、廢家用電器和電子產(chǎn)品；含汞的溫度計(jì)、血壓計(jì)、熒光燈管和開(kāi)關(guān)；鉻渣；未知特性和未經(jīng)鑒定的廢物。因此水泥企業(yè)應(yīng)先對(duì)垃圾進(jìn)行評(píng)估和檢測(cè)是否適宜協(xié)同處置，然后再?zèng)Q定是否接收。

2 水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾的工藝設(shè)備

垃圾儲(chǔ)存必須采用全封閉的方式并且處于負(fù)壓狀態(tài)，以防止異味污染周圍環(huán)境，所抽取的空氣入水泥窯進(jìn)行高溫焚燒。而廢氣處理系統(tǒng)應(yīng)采用高效布袋除塵器。輸送系統(tǒng)也應(yīng)采用密閉的箱式拉鏈機(jī)或帶式輸送機(jī)。破碎系統(tǒng)建議采用在歐美等國(guó)已普遍使用的斯瑞德，它屬于剪切式破碎機(jī)的一種，通過(guò)定刀和動(dòng)刀的特殊設(shè)計(jì)可將各種袋裝垃圾瞬間破開(kāi)，不纏繞、不掛料。

焚燒爐是水泥窯協(xié)同處置中的關(guān)鍵設(shè)備，型號(hào)很多，目前國(guó)內(nèi)主要有以下四種：機(jī)械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、回轉(zhuǎn)式焚燒爐、熱盤爐。

2.1 機(jī)械爐排焚燒爐

爐排有三個(gè)區(qū)，分別是干燥區(qū)、燃燒區(qū)、燃燼區(qū)，通過(guò)爐排之間的交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使垃圾依次通過(guò)這三個(gè)區(qū)域，直至燃燼從焚燒爐排出。從爐排下部進(jìn)燃燒空氣，高溫?zé)煔庠诋a(chǎn)生熱蒸汽的同時(shí)也得到冷卻，煙氣最終由廢氣處理系統(tǒng)在處理后進(jìn)行排放。由于此類型焚燒爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作量大，所以造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用都高。

2.2 流化床焚燒爐

此焚燒爐也稱作氣化熱解爐，由多孔分布板組成，并在爐內(nèi)加入大量的石英砂，工作時(shí)一方面將石英砂加熱到600℃以上，一方面從焚燒爐下部進(jìn)燃燒空氣，先將石英砂沸騰，然后放入垃圾。垃圾很快就燃燒沸騰起來(lái)，燃燼的垃圾由于密度較大，落到爐底，而未燃燼的垃圾由于密度較小，繼續(xù)燃燒沸騰。設(shè)備使用時(shí)間越長(zhǎng)，石英砂對(duì)爐體的磨損就越嚴(yán)重，因此設(shè)備維護(hù)和運(yùn)行的費(fèi)用較高，并且操作復(fù)雜。

2.3 回轉(zhuǎn)式焚燒爐

爐體水平放置并傾斜3%～5%，隨著回轉(zhuǎn)式焚燒爐的不停運(yùn)轉(zhuǎn)，爐體內(nèi)的垃圾由加熱、烘干逐步達(dá)到充分燃燒，并在燃燒的過(guò)程中向爐體傾斜的方向移動(dòng)，直至最終燃燼排出爐體。由于爐體無(wú)運(yùn)動(dòng)機(jī)械，所以運(yùn)行和維修費(fèi)用低，并且運(yùn)行可靠，對(duì)不同生活垃圾的適應(yīng)性也較強(qiáng)，但熱值較低的垃圾燃燒時(shí)不充分，焚燒的效果不理想。

2.4 熱盤爐

熱盤爐是由丹麥?zhǔn)访芩构狙邪l(fā)并推向市場(chǎng)的。爐盤在爐體下部，是一可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的圓盤給料機(jī)。垃圾經(jīng)過(guò)計(jì)量后由鎖風(fēng)喂料閥進(jìn)入爐體，在爐盤上與上方吹來(lái)的高溫三次風(fēng)進(jìn)行接觸隨后燃燒，生成的灰渣隨爐盤的轉(zhuǎn)動(dòng)由爐盤尾部不斷卸出，灰渣中的細(xì)粉隨著煙氣進(jìn)入分解爐，而粗顆粒則直接入水泥回轉(zhuǎn)窯中。由于爐盤轉(zhuǎn)速可調(diào)，這保證了垃圾在爐體內(nèi)有充分的燃燒時(shí)間。熱盤爐的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較為適中，同時(shí)對(duì)垃圾的適應(yīng)性也好，較為適合中國(guó)的國(guó)情。

目前我國(guó)使用機(jī)械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐技術(shù)的比重較大，但是由于它們的缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)，已不適應(yīng)我國(guó)未來(lái)垃圾處置的發(fā)展和需要。回轉(zhuǎn)式焚燒爐、熱盤爐技術(shù)適應(yīng)國(guó)內(nèi)垃圾成分復(fù)雜、未分選的情況，后期的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用也不高，但相比較而言，熱盤爐技術(shù)可降低氯化氫的含量，這對(duì)于避免二噁英在水泥窯中的生成和穩(wěn)定水泥性能都有積極作用，所以個(gè)人建議采用熱盤爐技術(shù)。

3 水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾的特點(diǎn)

3.1 水泥窯協(xié)同處置能有效抑制二噁英的生成

城市垃圾焚燒是二噁英的主要來(lái)源，二噁英的全稱是多氯二苯并對(duì)二惡英和多氯二苯并呋喃，是一種無(wú)色無(wú)味、毒性嚴(yán)重的脂溶性物質(zhì)，毒性之大超乎一般人的想象，是氰化物的130倍、砒霜的900倍，有“世紀(jì)之毒”之稱。它在自然環(huán)境中很難自然降解消除，具有持久性、化學(xué)穩(wěn)定性并且易于被脂肪組織吸收，因此二噁英不僅有致癌毒性，還有生殖毒性和遺傳毒性，對(duì)人體的健康危害極大。

二噁英在垃圾焚燒過(guò)程中主要通過(guò)以下兩種途徑生成：一是含氯垃圾在低于800℃不完全燃燒時(shí)極易生成二噁英，二是含氯垃圾經(jīng)過(guò)金屬離子的催化作用生成二噁英。水泥回轉(zhuǎn)窯的物料溫度在1400℃以上，氣體溫度更是高達(dá)1600℃以上，使其垃圾能充分燃燒，并且水泥窯良好的堿性環(huán)境能吸收氯離子生成氯化鈣，重金屬物質(zhì)則被包熔固化在熟料中，這些都保證了能有效避免生成二噁英。

3.2 水泥窯協(xié)同處置垃圾徹底，能實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處理

《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》（CJJ90-2009）中規(guī)定，二燃?xì)馐业臒煔庠诓坏陀?50℃的環(huán)境下滯留時(shí)間不能小于2s。水泥回轉(zhuǎn)窯的氣體溫度在1600℃以上，氣體在回轉(zhuǎn)窯的停留時(shí)間能達(dá)到6s以上，這些都大大滿足了技術(shù)規(guī)范的要求，可徹底分解垃圾中各種有害成分，其焚毀去除率接近100%。

由于水泥窯的堿性環(huán)境，使其垃圾燃燒產(chǎn)生的酸性有害氣體能被有效中和，然后以鹽類的形式固化下來(lái)，同時(shí)也能使垃圾中的部分重金屬物質(zhì)被固定在氧化物中。大部分重金屬則隨著熟料的形成被固化其中。根據(jù)有關(guān)研究，垃圾中重金屬的含量遠(yuǎn)低于能影響水泥性能的限值（重金屬含量0.5%），故并不會(huì)對(duì)水泥性能有任何不利影響。

3.3 水泥窯協(xié)同處置垃圾資源化利用率高，運(yùn)行成本低

水泥窯協(xié)同處置垃圾燃燒充分，燃燒所釋放的熱量在水泥回轉(zhuǎn)窯中可代替部分燃煤來(lái)煅燒熟料，經(jīng)抽樣不完全統(tǒng)計(jì)，垃圾熱值取均值6000 kJ/kg，則每噸垃圾燃燒放出的有效熱量約合0.17t燃煤。垃圾灰渣與水泥原料中的粘土成分很相近，完全可以與水泥原料一起燒成熟料，實(shí)際上也就代替了部分原有水泥原料，每噸垃圾焚燒后大約可產(chǎn)生0.24t～0.27t的灰渣，即相當(dāng)于0.24t～0.27t的粘土。

雖然近年煤炭?jī)r(jià)格有所下滑，但隨著國(guó)內(nèi)和國(guó)外經(jīng)濟(jì)的逐漸向好，預(yù)計(jì)未來(lái)化石燃料價(jià)格仍會(huì)穩(wěn)步上揚(yáng)，焚燒垃圾可代替部分燃煤這無(wú)疑降低了水泥廠的燃料成本。垃圾灰渣可直接作為水泥原料，也降低了水泥廠的原料成本。整個(gè)協(xié)同處置過(guò)程不僅降低了水泥廠的運(yùn)行成本還達(dá)到了垃圾資源化利用的目的。

3.4 水泥窯協(xié)同處置垃圾工藝布置簡(jiǎn)單實(shí)用，投資少

水泥窯協(xié)同處置垃圾主要依托水泥廠原有生產(chǎn)設(shè)備，工藝流程簡(jiǎn)單實(shí)用，相比新建垃圾焚燒發(fā)電廠，盡管增加了有關(guān)設(shè)備的改造費(fèi)用，但是減少了焚燒后煙氣處理設(shè)備的建設(shè)，還是降低了很大的投資。由于是利用原有水泥生產(chǎn)線，無(wú)需新征大量土地，這無(wú)疑保護(hù)了我國(guó)寶貴的土地資源，也減少了項(xiàng)目建設(shè)中和土地有關(guān)的費(fèi)用。

3.5 垃圾中的含氯物質(zhì)應(yīng)引起高度重視

水泥中過(guò)多的氯離子會(huì)銹蝕鋼筋，破壞混凝土結(jié)構(gòu)，影響建筑物的安全使用，危害很大。同時(shí)在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，如果生料中氯離子含量大于0.015%，會(huì)經(jīng)常性地造成預(yù)熱器系統(tǒng)結(jié)皮堵塞和回轉(zhuǎn)窯窯皮增厚及結(jié)圈現(xiàn)象，嚴(yán)重影響水泥廠的生產(chǎn)運(yùn)行和水泥熟料的質(zhì)量、產(chǎn)量。因此在垃圾處理前要對(duì)垃圾中的氯離子含量進(jìn)行檢測(cè)，注意垃圾處理量的控制，避免垃圾中含氯物質(zhì)過(guò)多造成水泥回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)事故。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，城市生活垃圾的分類收集將逐步得以實(shí)現(xiàn)，這將有助于提高城市生活垃圾在水泥生料中的添加比例和水泥窯協(xié)同處置的處理量。

我國(guó)目前利用水泥窯協(xié)同處置生活垃圾處于剛剛起步階段，實(shí)際應(yīng)用還很少，而全國(guó)有1600多條新型干法水泥生產(chǎn)線，未來(lái)發(fā)展?jié)摿薮螅熬皬V闊。

作者簡(jiǎn)介：張瑋（1979.10- ），漢族，本科，中級(jí)工程師，研究方向：建材行業(yè)的研究、設(shè)計(jì)。