水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾

(合肥水泥研究設(shè)計院 安徽合肥 230051)

水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾

周 磊

(合肥水泥研究設(shè)計院 安徽合肥 230051)

一、我國城市生活垃圾處理現(xiàn)狀

1.1我國城市生活垃圾特點

我國城市生活垃圾產(chǎn)生量大，成分復(fù)雜。按照水泥窯協(xié)同處理垃圾綜合利用要求，可將其分為輕質(zhì)可燃物、有機廚余物、無機混合物、滲濾液四大類。輕質(zhì)可燃物主要包括塑料、紙張、樹枝、織物、橡膠等，經(jīng)加工后用作燃料；有機廚余物主要指廚房中產(chǎn)生的各種蔬菜、剩飯殘余、動物內(nèi)臟等，經(jīng)過發(fā)酵抑制后低溫烘干，用作原、燃料使用；無機混合物包括渣土、石塊、磚瓦、玻璃、陶瓷、廢砼等，直接用作水泥原料；處置過程如有稍量的金屬也將被單獨分選回收；滲濾液經(jīng)污水系統(tǒng)處理達標(biāo)后，可直接排放或用于灌溉。

1.2水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾的特點

相對于傳統(tǒng)的填埋、堆肥、焚燒等垃圾處理手段，水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾是一種較新型的處理城市生活垃圾的方法，其原則是確保在不影響水泥生產(chǎn)系統(tǒng)常穩(wěn)定運行和產(chǎn)品質(zhì)量的同時，垃圾能夠徹底地得到消解，且不產(chǎn)生新的污染，實現(xiàn)資源的合理利用和環(huán)境保護的控制目標(biāo)要求。水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾比直接焚燒和填埋更有優(yōu)勢，具體如下：

（1）處理溫度高。新型干法回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料燒成溫度必須保證在約1450℃（爐內(nèi)最高的氣流溫度可達1800℃或更高），在如此高溫下工業(yè)廢物中主要有機物的有害成分焚毀率可達99.99%以上，即使很穩(wěn)定的有機物也能被完全分解；高溫焚燒也能有效遏制二噁英的產(chǎn)生。

（2）焚燒空間大。新型干法回轉(zhuǎn)窯是一個旋轉(zhuǎn)的筒體，一般直徑在3.0～5.0m，長度在45～100m，以每小時100～240轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，焚燒空間很大。因此它不僅可以接受處理大量的廢料，而且可以維持均勻的、穩(wěn)定的焚燒環(huán)境。

（3）焚燒停留時間長。新型干法回轉(zhuǎn)窯筒體較長，斜度小，旋轉(zhuǎn)速度低，物料在窯中高溫下停留時間長，物料從窯尾到窯頭總停留大于20 分鐘；氣體在高于1300℃溫度的停留時間遠遠大于4s。

（4）處理規(guī)模大。新型干法回轉(zhuǎn)窯具有處理溫度高、焚燒空間大、熱容量大以及焚燒停留時間長等特點，加之新型干法回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)率高（一般年運轉(zhuǎn)率大于90%），決定了新型干法回轉(zhuǎn)窯的廢物處理規(guī)模較大。

（5）與建專用焚化爐相比，利用新型干法水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾除滿足上述要求外，還有它的獨特性，即：所有其他的處理方式都存在焚燒灰渣的二次處理問題，而新型干法水泥窯可直接利用灰渣。廢物焚燒后殘渣（例如污泥殘渣），均成為無害鹽類，往往具有可利用的組分，在水泥工藝中可替代部分天然原料，并且在廢物的處理過程中，直接參與了熟料的固相反應(yīng)、液相反應(yīng)和熟料燒結(jié)過程，參與熟料的形成。同時某些含熱值的廢物在水泥窯焚燒，還可替代部分生產(chǎn)所需燃料。因此新型干法水泥窯處理廢物不存在焚燒灰渣的二次處理和周轉(zhuǎn)污染。

二、水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾流程

我國城市生活垃圾平均熱值很低，不能直接作為替代燃料，需要經(jīng)過預(yù)處理，降低水分，篩除低熱值的部分。水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾的流程通常如

下圖1：

圖1 水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾流程

工藝流程：生活垃圾運進廠后卸至垃圾池，用抓斗送至烘干破碎機烘干水分，烘干熱風(fēng)來自窯尾廢氣，烘干后的廢氣送至回轉(zhuǎn)窯或者分解爐，烘干破碎后的垃圾經(jīng)篩分，惰性垃圾及廚余物由于熱值低，收集后另作處理，輕質(zhì)可燃物存儲后送至分解爐燃燒，存儲時產(chǎn)生的廢氣用窯頭篦冷機風(fēng)機抽取供篦冷機用。

三、水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾需要注意的問題

水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾，按照城市生活垃圾在水泥窯系統(tǒng)的主要作用，可分為替代原料、替代燃料、水泥窯銷毀處置三種類別：

(1)作為替代原料的城市生活垃圾，主要要求及判別依據(jù)為：

城市生活垃圾中有用成分CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3灼燒基含量總和應(yīng)達到80%以上。

(2)作為燃料替代利用的城市生活垃圾，主要要求及判別依據(jù)為：

①入窯實物基廢物的熱值應(yīng)大于11MJ/kg。

②入窯灰分含量應(yīng)小于50%。

③入窯水分含量應(yīng)小于20%；或經(jīng)過干化預(yù)處理后，入系統(tǒng)水分應(yīng)小于20%。

(3)不滿足(1) (2)所列條件的城市生活垃圾均視同水泥窯系統(tǒng)銷毀處置。

通常情況是城市生活垃圾既作為替代原料，同時又作為替代燃料。具體應(yīng)用過程中應(yīng)注意如下方面：

3.1.城市生活垃圾摻入量

從熱耗和配料計算兩方面考慮：

3.1.1 熱耗

垃圾摻入應(yīng)考慮相關(guān)熱耗，協(xié)同處理垃圾的熱耗應(yīng)是摻垃圾之前的熱耗加所摻垃圾熱耗構(gòu)成。

城市生活垃圾作為替代燃料的替代比例按下列公式計算：

式中：η——燃料替代比例；

q0——不處理城市生活垃圾時水泥生產(chǎn)線的熱耗；

qc——處理城市生活垃圾后，水泥生產(chǎn)線原來燃料的熱耗。

3.1.1 配料計算

在利用水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾的過程中，必須考慮焚燒后灰渣參與配料計算問題，除非垃圾接納量少到一定的規(guī)模。同時，要對所配生料比例進行必要的調(diào)整，使水泥熟料質(zhì)量在要求的范圍內(nèi)，如果熟料質(zhì)量不符合要求，則必須降低垃圾摻入量

3.2鉀、鈉、硫、氯等成分對水泥熟料的影響

鉀、鈉、硫、氯等成分會破壞水泥熟料強度，是水泥生產(chǎn)中的干擾成分，必須限量控制，一般要求如下：K2O＋Na2O<1.0%、硫堿比S/R 在0.6~1.0、Cl<0.015%~0.020%（若有旁路放風(fēng)系統(tǒng)，Cl 含量可適當(dāng)放寬）。

垃圾中氯含量比水泥原、燃料中的氯含量要高許多，實驗分析和實踐證明，在垃圾的這些干擾元素中，氯是決定性的因素，因此為提高城市生活垃圾處理量，應(yīng)盡量控制城市生活垃圾中的氯含量，有條件可采用氯放風(fēng)技術(shù)。

3.3重金屬對燒成系統(tǒng)的影響

生活垃圾中的常見重金屬與生料中的類似，含量也處于同一數(shù)量級，因此，生活垃圾作為水泥生產(chǎn)的替代原、燃料時，一般不會超過安全生產(chǎn)的許可范圍，而且，有些重金屬元素還具有助熔劑或者礦化劑的作用，對熟料的煅燒過程有利。但是，如果重金屬含量超標(biāo)，應(yīng)嚴格控制摻入量。

3.4氣體污染物的控制

3.4.1 惡臭氣體的控制

垃圾在廠區(qū)內(nèi)運輸、堆放、發(fā)酵等過程都可能產(chǎn)生惡臭氣體，一般加入10%的抑制劑，可明顯抑制生活垃圾發(fā)酵過程、有效控制臭氣的產(chǎn)生。另外，垃圾運輸、存放必須密封。

3.4.2 二噁英的控制

利用水泥窯爐焚燒處置垃圾的過程，不具備二噁英產(chǎn)生的條件，從而能有效地抑制二噁英的產(chǎn)生，具體的論述如下：

①從源頭上減少了二噁英產(chǎn)生所需的氯源

一般情況下， 進入燒成系統(tǒng)的Cl－總含量低于0.015%~0.020%。即使在900℃~1 000℃之間，氯以氣態(tài)離子狀態(tài)存在，經(jīng)冷卻后直接形成無機鹽，可采用旁路放風(fēng)系統(tǒng)排出，不會形成有機的多氯聯(lián)苯物質(zhì)，即二噁英有機物。

②高溫焚燒確保二噁英不易產(chǎn)生

為確保不產(chǎn)生二噁英，國家標(biāo)準(zhǔn)GB18485-2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的焚燒爐技術(shù)要求指標(biāo)為：煙氣溫度≥850℃，煙氣停留時間≥2s，在分解爐底部，溫度均在900℃以上，氣體停留時間大于7s，固體物料的停留時間高達20s以上，而回轉(zhuǎn)窯中氣相溫度最高可達1 800℃以上， 物料溫度約為1 450℃，因此，無論將垃圾的可燃物加入分解爐或回轉(zhuǎn)窯， 都完全可以保證有機物的完全燃燒和徹底分解，杜絕了二噁英的產(chǎn)生條件。

此外，在燃燒過程中高溫氣流與高溫、高細度的堿性物料（CaO、CaCO3、MgO、K2O、Na2O 等）充分接觸，有利于抑制二噁英的產(chǎn)生。

3.4.3 SOx、NOx、氟化物等污染物的控制

SOx、NOx、氟化物等污染物控制可以利用水泥廠原有設(shè)備，因為這些污染物本身就是水泥廠限制排放的。從垃圾成分入手，控制源頭，硫、氟超標(biāo)的垃圾不可進入水泥窯系統(tǒng)。大量的實踐檢測數(shù)據(jù)表明：生活垃圾中的氟化物含量很低，在水泥生產(chǎn)的封閉系統(tǒng)高溫條件下，氟化物會發(fā)生復(fù)合礦化反應(yīng)，即使有微量的F－存在，也以復(fù)合鹽類物的形式存在進入熟料，不會單獨以氟化物的形式進入大氣中。

同時，水泥廠也可采用多種治污措施：采用低氮燃燒器、分進風(fēng)燃燒、加裝脫硫脫硝裝置，加強對污染物的治理。

[1]GB 18485-2014 生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)

[2]GB 50634-2010 水泥窯協(xié)同處置工業(yè)廢物設(shè)計規(guī)范

[4]GB 18484-2004 危險廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)

[5]水泥窯協(xié)同處理城市垃圾專題分析報告 賀國文 唐笑

[6]重點關(guān)注水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾技術(shù)及推廣應(yīng)用 蔡玉良 楊學(xué)權(quán)等

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