我國水泥窯協同處理生活垃圾主要問題分析

宋薇，蒲志紅，陳冰，丁兆勇

（中國城市建設研究院有限公司，北京100120）

我國水泥窯協同處理生活垃圾主要問題分析

宋薇，蒲志紅，陳冰，丁兆勇

（中國城市建設研究院有限公司，北京100120）

生活垃圾處理保障性、垃圾摻加量、垃圾分選效率、二次污染控制以及技術經濟性是當前評價我國水泥窯協同處理生活垃圾技術適用性時最為關注的問題。分析了上述問題產生原因，討論研究了可行的解決方案及其進一步工作方向。

水泥窯；協同處理；生活垃圾；摻加量；分選

我國水泥窯協同處理生活垃圾技術從2007年開始實踐研究，到2010年進展明顯加快［1］。截至2015年7月，已經投產運行項目共18個，設計生活垃圾處理規模為8 350 t/d，占到同期我國生活垃圾處理能力的1.6%。總體看來，目前我國水泥窯協同處理生活垃圾仍處于探索實踐階段，技術工藝仍有待完善。生活垃圾處理保障性、垃圾摻加量、垃圾分選效率、二次污染控制以及技術經濟性是討論此技術適用性時最為關注的問題。

1 生活垃圾處理保障性問題

1.1 市場需求與產能過剩問題

近年來，水泥行業一直存在產能過剩的問題，2015年實際產能利用率已低至65%，即水泥廠在全年有35%的時間處于停產狀態。造成這種總體產能過剩的原因是前幾年的快速擴大產能，全國各地爭相上項目，市場對水泥的需求急劇增加，催生出大批水泥項目。而隨后幾年，基礎設施建設速度的放慢直接導致水泥需求量的下降，水泥行業產能嚴重過剩問題凸顯出來。

1.2 產品需求季節波動較大，北方地區實行錯峰生產

在我國北方冬季采暖期間，水泥企業實行全面統一停窯行動，在冬季采暖結束后再開窯生產的運行機制。因此，水泥生產具有明顯的周期性與季節性，而生活垃圾的產生則是穩定連續的，對垃圾處理設施也要求具備一定的穩定運行時間，如爐排爐要求年運行時間不少于333 d（8 000 h）。在將水泥窯作為惟一垃圾處理設施的地區，實現穩定有保障的垃圾處理是有風險的。因此，需要當地建有垃圾焚燒或填埋處理設施共同承擔垃圾處理任務，或者與周邊地區形成一定應急聯動機制，特定情況下能由其它地區的垃圾處理設施代為處理垃圾。

2 生活垃圾摻加量的問題

生活垃圾在水泥窯焚燒處理后，形成的固體物質除含有水泥的主要成分SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3，還有影響水泥質量的化合物，如MgO、Na2O、K2O、SO3及Cl-等。所以生活垃圾摻加量不宜過多，否則會影響熟料性能。另外，垃圾摻加量過大，會造成熱工系統紊亂，引起窯尾系統的結皮和堵塞，影響水泥窯的正常運行，為此需要確定垃圾的最大摻加量。目前垃圾摻加量主要受到其中的氯含量限制。在水泥窯設計時，通常要求生料中氯含量不超過0.03%。超過這一值時，需要設置旁路系統以保證系統正常生產［2］。

根據標準規定以及相關理論分析，對于垃圾摻加量進行粗略估計。假設條件如下：①水泥窯生產能力5 000 t/d熟料，生料量則為8 000 t/d；②進料氯含量為0.04%；③石灰質原料中的氯含量為0.005%；④生活垃圾（含氯量平均值在0.2%～0.8%），垃圾衍生燃料（RDF）含氯量在0.5%～1.3%；⑤每放風1%，熱耗增加約9.6 kJ/kg，物料損失量0.001 kg/kg［3］。經過分析，在不采用旁路放風時，RDF進料量為120～320 t/d；采用旁路放風，放風量為10%時，則進料氯量為0.13%，RDF進料量為470～1 220 t/d。在增加垃圾摻加量時，旁路放風也會造成一定的能耗與物耗。①能耗損失，根據每放風1%，熱耗增加約9.6 kJ/kg計，按10%的放風量，1 d放風1 h，則相當于增加了75 t標煤，即增量垃圾要多消耗標煤0.08～0.21 t，按500元/t標煤計算，則需按40～105元/t增加RDF。②熟料損失，按物料損失量0.01 kg/kg計，則每天熟料減產2 t，即增加2 t窯灰，此部分污染物含量較高，按危險廢物處理（2 000元/t計），則損失4 000元，即4～11元/t增加RDF。綜合以上2部分，則5 000 t的水泥窯為提高RDF量350～900 t，則需要增加的成本為44～116元/t增加RDF。經由上述分析，通過旁路放風可提高生活垃圾的摻加量，同時也因此增加了能耗與物耗，相應地增加了垃圾的額外處理成本。

3 垃圾分選技術問題

分選協同處理路線是建立在一定的垃圾分選效果上。混合生活垃圾分選一直是我國生活垃圾處理的一個難點。由于混合垃圾含水率高、有機物含量高，導致分選效果一直不理想。先發酵后分選及先分選后發酵垃圾分選入窯的技術中，前者分選效果較好，但是發酵過程中會產生較為嚴重的臭氣，控制臭氣則需要較高的運行成本；先分選后發酵避免產生嚴重的臭氣污染，但是分選效果較差，分選出的RDF質量較低。

4 二次污染控制

水泥窯協同處理垃圾過程產生的二次污染主要有：煙氣、滲瀝液、臭氣、窯灰或旁路粉塵，對于只處理RDF不處理惰性物質的企業，還要妥善處理分選得到的惰性物質。其中臭氣控制、窯灰與旁路粉塵控制以及重金屬污染需要特別關注。

4.1 窯灰與旁路粉塵

窯灰中Hg、Tl等揮發性元素含量較高；旁路粉塵中氯含量、Se、Mo、Pb、Cd等半揮發性重金屬含量較高，因此窯灰與旁路粉塵需要謹慎處置。《水泥窯協同處置固體廢物污染控制標準》規定：未經處置的從水泥窯循環系統排出的窯灰和旁路放風收集的粉塵不得再返回水泥窯生產熟料；從水泥窯循環系統排出的窯灰和旁路放風收集的粉塵若采用直接返回入水泥熟料的處置方式，應嚴格控制其摻加比例。目前，對于窯灰與旁路粉塵建議按危險廢物進行安全處置。

4.2 重金屬污染控制與水泥產品環境安全性

生活垃圾中含有一定量的重金屬，通過水泥窯煅燒過程，有部分重金屬固結在水泥熟料中。水泥制成品在使用過程中，由于老化、風化等因素影響，重金屬會發生遷移現象。國外發達國家已經建立從重金屬產生源頭到水泥產品中重金屬含量的測量方法，相關的法規及標準也比較完善。國外經驗表明，只要控制得當，重金屬的浸出、遷移對環境的影響較小。但是我國垃圾分類也不如國外徹底，相關的標準體系也不完善，因此需要進一步研究確定基于環境風險評價的水泥產品重金屬含量標準以及進料中的重金屬可接受量。

5 經濟效益問題

5.1 建設投資與運行成本

新增建設投資包括：預處理設施（卸料及輸送系統、干化系統、后分選系統、物料存儲、配套工程、生產管理與生活服務設施）、協同處理設施（可燃物入窯系統、無機渣土入窯系統）、配套工程（旁路放風系統、新增生活垃圾有關的監測化驗、在線監測系統、車輛沖洗等設施）［4］。由于技術路線、建設規模、建設內容與設備水平不同，各項目的建設投資相差較大：預處理設施為15～20萬元/t；協同處理設施17～31萬元/t；預氣化處理18～42萬元/t；總體看來水泥窯協同處理垃圾設施總增量投資在30～50萬元/t。

新增運行成本包括：垃圾預處理（卸料、發酵干化、分選）及其二次污染控制（滲瀝液處理、除臭系統）、協同處理（貯存與投加）、二次污染控制（煙氣處理）等。根據目前項目的運行經驗，噸垃圾運行成本在50～85元/t。綜合考慮建設投資折舊與運行成本，各技術噸處理成本大體為：預氣化處理210元/t；分選協同處理200～220元/t（其中分選預處理110～140元/t，水泥窯協同處理100～140元/t，不包括運輸成本）。

5.2 增加收益

5.2.1 節省煤量

水泥窯的節煤量不僅與替代料性質有關，還與協同處理技術與裝備配置有關。海螺的CKK系統為氣化爐離線型燃燒垃圾，系統熱損失較大，替代標煤量較少。中材溧陽與華新的處理系統是在分解爐內在線型燃燒，替代標煤量較多。在此粗略估計在線型燃料的節煤量，按替代燃料熱值不低于11 MJ/kg，含水率不高于30%計，則噸替代燃料可替代0.3～0.4 t標煤。以500元/t標煤計，則替代燃料價值為150～200元/t。對于1臺5 000 t/d水泥窯，處置垃圾能力400 t/d的生產線，替代燃料產出率按30%～40%計，則日節煤1.8～2.4萬元，即噸垃圾由替代燃料產生的收益為45～60元。

5.2.2 垃圾處理補貼

水泥窯協同處理垃圾的國內市場還未完全成熟，政府補貼通常參照焚燒發電項目。其中，安徽銅陵與甘肅平涼項目的補貼較高，分別為192元/t與156元/t外，其它項目垃圾補貼均不超過100元/t。

綜合考慮節煤與垃圾處理補貼收益，絕大多數協同處理垃圾項目增加的收益低于其垃圾處理成本。

6 結論與建議

6.1 結論

1）由于水泥生產具有明顯的周期性與季節性，因此需要與其它垃圾處理設施（垃圾焚燒廠或填埋場）形成一定聯動機制，特定情況下可由其代為處理，以此保證生活垃圾的有效處理。

2）生活垃圾摻加量過大會對水泥窯的正常運行以及熟料質量造成不利影響。通過旁路放風可以提高垃圾摻加量，但由此也會產生較高的物耗與能耗。

3）垃圾分選效果差是影響分選協同處理技術應用的主要難題。我國生活垃圾采用混合方式收集，分選效果不理想。協同處理時通過發酵可以一定程度地提高分選效率，但也伴隨著臭氣污染。

4）窯灰與旁路粉塵含有較高的有害物質，建議按危險廢物進行安全處置；垃圾帶入過多的重金屬可能對水泥制品的環境安全性造成不利影響，因此需要進一步完善相關標準體系，確定安全的生活垃圾重金屬帶入量。

5）綜合分析現有協同處理垃圾項目的資金投入（建設投資與運營成本）與收益（節煤與垃圾處理補貼）表明，絕大多數水泥窯項目，協同處理垃圾增加的收益低于其處理成本。

6）比較協同處理與垃圾焚燒，在建設投資方面，協同處理略低于垃圾焚燒；在處理成本方面，兩者相差不大，但由于垃圾焚燒有發電上網補貼，經濟收益較好。在目前垃圾焚燒技術成熟度高，應用廣泛、處理效果良好且穩定，在同等垃圾補貼條件下，協同處理技術沒有明顯的替代優勢。

6.2 建議

1）目前我國對水泥窯協同處理生活垃圾進行了積極探索，但技術工藝上還有待完善，因此建議利用現有運行項目對垃圾摻加量、垃圾分選、二次污染控制、經濟效益核算等問題再進行深入研究，提出更為適宜的解決方案。

2）目前水泥窯協同處理相關數據仍不健全，因此建議建立項目動態的信息公開制度。通過對現有項目的污染物排放、水泥產品質量、能源消耗、成本等數據進行科學的連續監測和長期跟蹤，為客觀評價此技術的污染控制水平、產品質量和運行經濟性提供數據依據。

3）水泥窯協同處理建設與改造工程都涉及若干專業性很強的技術問題，因此需要在現有項目的基礎上進一步健全完善相關技術標準與規范，通過規范項目建設與運行，真正實現水泥窯協同處理生活垃圾的資源化與無害化。

［1］王昕，劉晨，顏碧蘭，等.國內外水泥窯協同處置城市固體廢棄物現狀與應用［J］.硅酸鹽通報，2014，33（8）：1989-1995.

［2］和春梅.預分解窯旁路放風［J］.中國水泥，2006（8）：52-55.

［3］彭學平，胡芝娟.水泥窯旁路放風的設置及其效果［J］.中國水泥，2001（6）：8-10.

［4］袁文獻，何宏濤，余群善.水泥窯和焚燒爐聯合處理城市生活垃圾系統投資和效益［J］.中國水泥，2010（9）：50-51.

Issues on Cooperative Disposal of Municipal Solid Waste by Cement Kiln in China

Song Wei，Pu Zhihong，Chen Bing，Ding Zhaoyong
（China Urban Construction Design&Research Institute Co.Ltd.，Beijing100120）

The indemnification of municipal solid waste treatment，waste adding amount，waste separation efficiency，secondary pollution control，and technical economy are the most concerned issues to evaluate the applicability of municipal solid waste treatment coupled with cement kiln technology in China.Based on the analysis of the causes of the above problems，the feasible solutionsand future work are discussed.

cement kiln；cooperative disposal；municipal solid waste；adding amount；separation

X799.3；X705

A

1005-8206（2017）04-0044-03

宋薇（1978－），高級工程師，主要從事生活垃圾處理技術與管理研究。

E-mail：weisong1840@sina.com。

2017-02-07