水泥窯協同處置城市生活垃圾的最佳實踐（下）

王新頻，吳小緩，梁樹峰，趙 嬌，王 冬

水泥窯協同處置城市生活垃圾的最佳實踐（下）

王新頻，吳小緩，梁樹峰，趙 嬌，王 冬

Best Practice of Disposal of Urban Domestic Waste by Cement Industry(Ⅱ)

（上接第1期）

3.4 日本

1970年日本頒布了《廢物管理和公共清潔法》。在隨后的幾十年中，日本相繼開發了一套系統的原料和垃圾管理方法，以促進資源的有效利用。垃圾填埋場的短缺和對進口自然資源的依賴是推動此類變革的重要因素。2000年日本頒布了《建立循環型社會基本法》，該法將廢物的環境無害化管理與“3R”（減量化、再利用和再循環）方法結合起來。水和其他污染物排放控制）及危險廢物設施性能測試（試燒）要求等。表6為我國水泥窯協同處置城

表6 HJ 662-2013我國水泥窯協同處置城市生活垃圾中重金屬的最大允許投加量限值，mg/kg

3.5 中國

為了規范固體廢物的協同處置，中國制定了HJ 662-2013《水泥窯協同處置固體廢物環境保護技術規范》，其主要內容包括協同處置設施技術要求（包括投加、貯存、預處理和輸送設施）、固體廢物特性要求（包括入窯固體廢物特性要求和替代混合材的固體廢物特性要求）、協同處置運行操作參數要求（包括投加、貯存、預處理和輸送技術要求）、污染物排放控制要求（包括窯灰、旁路放風、煙氣、廢市生活垃圾中重金屬的最大允許投加量限值。

4 協同處置技術的國際應用案例

4.1 預處理技術與案例

MSW（城市生活垃圾）是一種非均質混合材料，預處理有助于使之成為更均質的垃圾衍生燃料（RDF），該技術應成為MSW綜合管理系統的組成部分。RDF的重要性能指標包括熱值、含水量、灰分以及硫和氯含量等。這些值取決于垃圾的組成。因產地不同，來源（如家庭、辦公室、建筑工地）、季節、收集系統（混合MSW、分類MSW）和所采用的預處理技術（篩選、分類、研磨、干燥）不同，垃圾的組成也會有所變化。

發達國家常常采用機械分揀生物處理（MBT）的方法制備垃圾衍生燃料（RDF）。在此過程中，城市生活垃圾經過篩選和分離，金屬、塑料、硬紙板、鋁罐等可以循環利用，剩余的材料（包括大量的有機成分如塑料和可生物降解的廢物）破碎至理想尺寸，加工成RDF作為協同處置工廠的燃料。圖7是城市生活垃圾處理流程圖，圖8為帶低溫隧道干燥機機械分揀生物處理系統生產RDF的工藝流程，圖9為典型的城市生活垃圾處理流程。

一般來說，1t城市生活垃圾產生約250kg的RDF，不同的國家有所不同。如奧地利1t城市生活垃圾產生約230kg的RDF（機械生物處理MBT），比利時為400~500kg（MBT），荷蘭約350kg（機械處理MT），英國220~500kg（MT）[13]。

圖7 城市生活垃圾處理流程圖

圖8 帶低溫隧道干燥機分揀生物處理生產RDF的工藝流程

圖9 典型的城市生活垃圾處理流程

4.2 窯系統的改造

4.2.1 喂料系統及燃燒器的改進

燃料進料點（窯或分解爐）不同，可以使用不同的喂料系統。無論采用何種類型的喂料系統，都應確保其系統的高精度和使用的耐久性，避免堵塞造成停機，并能靈活適應多種燃料。圖10為RDF入爐工藝流程[3]。圖11為RDF入窯工藝流程[14]。圖12為法國Novaflam型最新多功能燃燒器，該燃燒器能夠適應多種燃料包括RDF等替代燃料，其使用取代了圖11所示的復雜燃燒控制系統，只用窯主燃燒器即可。

4.2.2 城市生活垃圾燃燒特點

城市生活垃圾的燃燒不同于煤粉，具體體現在：

（1）相對于煤粉而言，粒度分布更寬，粗顆粒含量要高一些。

圖10 RDF入爐工藝流程

圖11 RDF入窯工藝流程

圖12 法國Novaflam型多功能燃燒器

圖13 不同類型固體燃料的粒徑和燃燒時間的關系

（2）燃燒效果不如煤粉，燃燒溫度相對要低一些。

（3）氧氣的擴散效果對其燃盡率的影響大于煤粉。

圖13為不同類型固體燃料的粒徑和燃燒時間的相互關系[15]。從圖13可以看出，粒徑越大，燃盡時間越長。因此固體替代燃料的燃燒時間相對較長，可能會導致窯系統操作上出現問題，應適當調整煅燒操作。

4.2.3 分解爐的結構改造

RDF顆粒不均，且較煤粉粒度大，從圖13也可以看出，只有延長RDF在分解爐的停留時間，才能保證其有足夠的時間燃盡。因此分解爐的結構也應做適當改造（見圖14）[16]，或者安裝輔助設備（例如KHD Humboldt Wedag燃燒室或F.L.Smidth的HOTDISC燃燒室）。

KHD Humboldt Wedag燃燒室是窯系統組成的一部分，它允許在協同處置時增加使用劣質的替代燃料，見圖15[16]。挪威的一家水泥廠自2004以來一直使用該燃燒室，改造后，在窯系統中使用的總燃料的60%是通過燃燒室喂入的，其成分是6%的煤、焦炭和動物肉骨粉的混合物，16%的固體危險廢物和38%的RDF。圖16為F.L.Smidth的HOT?DISC燃燒室[17]。

4.3 典型的工藝流程

圖17為RDF作為替代燃料的粉磨系統流程，圖18為某4 500t/d熟料生產線協同處置城市生活垃圾的工藝流程圖[18]。

圖14 分解爐的改造

圖15 帶KHD Humboldt Wedag燃燒室的分解爐

圖16 F.L.Smidth的HOTDISC燃燒室

圖17 RDF作為替代燃料的粉磨系統流程

圖18 4500t/d熟料生產線協同處置城市生活垃圾的工藝流程

4.4 對產品質量的影響

根據協同處置中使用的替代原料和燃料的量，與使用傳統的化石燃料相比，最終產品中的個別元素的濃度可能會發生變化。重金屬從混凝土和砂漿中釋放的是最少的，因為這些重金屬已經被固化到水泥產品中了。混凝土和砂漿的獨立試驗表明，重金屬濃度的浸出符合規定的限值。磷酸鹽含量對水泥的凝結時間會產生影響，堿、氯和硫的含量都會影響產品的整體質量。因此，在熟料和水泥生產中應密切監測這些元素的含量。對于敏感用戶或有特殊要求的用戶，還應該監測鉈和鉻的含量（斯德哥爾摩公約2006）。

4.5 協同處置對窯排放的影響

表7為國外某公司和北京水泥廠協同處置前后污染物監測對比[19]。

從表7可以看出，北京水泥廠在焚燒危險廢物前后，污染物的排放均符合標準要求，國外公司使用RDF前后污染物排放濃度變化也不大。現在水泥企業大多已經或即將采用脫氮脫硫裝置，近幾年又出現了一種二英脫除裝置（其工作原理在此不再贅述），該裝置可以安裝在窯尾除塵器后，以進一步確保水泥窯協同處置污染物達標排放（見圖19）[20]。

表7 協同處置前后污染物排放對比mg/m3

圖19 二英脫除裝置

5 結語

本文介紹了國際上對城市生活垃圾預處理和在水泥廠協同處置的最佳實踐、最好的國際監管和機構的做法及相關的協同處置的案例。來自世界各地的不同的研究表明，水泥窯協同處置城市生活垃圾優勢明顯，與使用化石燃料的水泥生產相比，能夠有效降低排放，節約能源和資源，符合嚴格的環境和排放法規，沒有額外的環境和健康風險，而且還能解決生活垃圾占用耕地、污染環境的問題。

發達國家行之有效的垃圾處理模式背后，不僅僅是合理的垃圾分類回收體系，還依賴于完善健全的垃圾管理法律法規以及行之有效的管理經驗。此外，還有一些切實可行的經濟政策，如用戶收費制度、產品或包裝費、押金返還制度、填埋稅等，值得我們學習和借鑒。通過采取限制垃圾填埋、增加化石燃料的價格、制定碳稅或碳交易計劃等措施，在經濟上補償協同處置的水泥企業，從政策上和經濟上支持水泥企業協同處置城市生活垃圾，相信在不久的將來，我國城市生活垃圾的無序管理將會徹底改變。

[1]武紅霞.國外城市生活垃圾處理現狀及政策[EB/OL].http://www. cn-hw.net/html/sort054/201202/31835.html.2012-02-07.

[2]M.Sc.Asi Eugene Ndum.Bottom-Up Approach to Sustainable Solid Waste Management in African Countries[D].Cottbus:Brandenburg Uni?versity of Technology,2013.

[3]Ali Hasanbeigi,Hongyou Lu,Christopher Williams,et al.Interna?tional Best Practices for Pre-Processing and Co-Processing Municipal Solid Waste and Sewage Sludge in the Cement Industry[R],2012,1.

[4]蘭辛珍.垃圾處理：中國城市環境保護的攻堅戰[J/OL].http://www. china.com.cn/zhuanti2005/txt/2006-03/09/content_6148686.htm. 2016-03-09.

[5]標煤的CO2排放因子[EB/OL].http://bbs.pinggu.org/ thread-3452319-1-1.html.?2014-12-3.

[6]Portland Cement Association(PCA).Cement and Concrete Basics: Manufacture of Portland Cement[J/OL].http://www.cement.org/basics/ concretebasics_history.asp.2012.

[7]GTZ/Holcim.Guidelines on Co-Processing Waste Materials in Ce?ment Production[J/OL].http://www.coprocem.org/.2006.

[8]World Business Council for Sustainable Development(WBCSD). Guidelines for Emissions Monitoring and Reporting in the Cement In?dustry[R].2012.

[9]Campisano K.Beneficial Use of Biosolids in Cement Production 2006[J/OL].http://www.biosolids.com.au.2011.

[10]CEMBUREAU(The European Cement Association).Environmen?tal Benefits of Using Alternative Fuels in Cement Production:A life cy?cle approach[R].http://www.cembureau.be/library/cembureau-publica?tions.2009.

[11]European Commission(EC).The Waste Incineration Directive[EB/ OL].http://ec.europa.eu/environment/air/pollutants/stationary/wid/legis?lation.htm.2012

[12]U.S.Environmental Protection Agency(EPA).Commercial and In?dustrial Solid Waste Incineration Units:Reconsideration and Proposed Amendments;Non-Hazardous Secondary Materials That Are Solid Waste;ProposedRule[J/OL].http://www.epa.gov/ttn/atw/129/ciwi/ fr23de11.pdf.April 13,2012.

[13]ALF-CEMIND.Supporting the use of alternative fuel in the ce?ment industry technology guide[EB/OL]..http://www.alf-cemind.com/ cd/index.htm.2012.

[14]Stehlík P.,P.?asta,J.Borá,et al.Waste as alternative fuel.Insti? tute of Process and Environmental Engineering,Brno University of Technology,Czech Republic[J/OL].http://www.cpi.umist.ac.uk/emi?nent/.../VUT_Waste_as_alternative_fuel.pdf.

[15]Jensen,L.S.Complete alternative fuel solution for cement kilns.In Proceedings of ASEAN Federation of Cement Manufacturers(AFCM)’s 21st technical symposium and exhibition[R].2008.

[16]Hand,A.Technology Options for the Cement Industry with the Use of Alternative Fuels[J/OL].http://www.alfcemind.com/docs/presen?tations/KHD%20presentation.pdf.2007,5.

[17]FLSmidth.HOTDISCTMCombustion Device[EB/OL].http://www. flsmidth.com/en-US/Products/Product+Index/All+Products/Cement+ Burning/Hotdisc/Hotdisc.2011.

[18]Wendell de Queiroz Lamas,Jose Carlos Fortes Palau,Jose Rubens de Camargo.Waste materials co-processing in cement industry:Eco?logical efficiency of waste reuse[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews 2013(19):200-207.

[19]聶永豐，金宜英，劉富強.固體廢物處理工程技術手冊[M].北京:化學工業出版社,2013:158-159.

[20]Delhi Pollution Control Committee.ENVIRONMENTAL IMPACT ASSESSMENT OF INTEGRATED MUNICIPAL SOLID WASTE PRO?CESSING COMPLEX[R].2008,1.?

圖3 墊板潤滑方式

（6）墊板的潤滑

只要墊板與輪帶之間存在間隙，回轉窯在運轉過程中就會產生相對滑動，從而產生磨損，所以潤滑是不可缺少的。缺少潤滑會造成輪帶或墊板表面損傷，后續運轉過程中很難修復。建議初期采用涂抹的方式，以保證墊板表面潤滑均勻（見圖3）。在后續運轉過程中，每班噴射高溫潤滑油1次，以后可以逐漸減少噴射次數。?

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2016-06-22；編輯：趙蓮