水泥窯協同處置固體廢物預處理工藝綜述

范長健 邱榮榮

（1. 北京建都設計研究院有限責任公司，北京 100123；2. 北京中投潤天環保科技有限公司，北京 100700）

1 引言

水泥窯協同處置項目有焚燒溫度高、分解徹底、焚燒停留時間長、焚燒狀態穩定、固化重金屬離子等優點［1］，其項目工程有投資少、處理量大、投入產出比高等優點。目前水泥窯協同能夠處置危險廢物、生活垃圾、污泥、飛灰、污染土等各類廢物，其主要是利用現有水泥廠的回轉窯和分解爐，將固體廢物進行分解焚燒。由于固體廢物有來源廣泛、含水率高、熱值低、成分復雜、有害元素高等特點，在運行時通過控制廢物成分檢測、預處理、采取不同投加位置等方式，可降低對水泥窯熱平衡系統的影響。

對水泥窯協同項目投資和運行影響最大的為預處理工藝。采取預處理的目的是使固體廢物能夠實現成分相對均勻穩定、方便輸送、合理控制有害成分、提高處置能力、制成替代燃料和原料等。在行業快速的發展過程中，根據物性的不同開發了不同的處置工藝，本文針對水泥窯協同處置固體廢物項目預處理工藝進行概述。

2 協同處置危險廢物

水泥窯協同處置危險廢物項目可處理《國家危險廢物名錄》中四十六大類其中的二十八大類；危險廢物按照物理特性可分為固態、半固態、液態三類。預處理工藝主要是針對危險廢物不同的物理特性而設計,具體分為3 種。

2.1 固態危險廢物預處置工藝

粒徑在150 mm 以上的固態危廢經橋式抓斗上料至接料斗，接料斗出口設置一道棒型閥，起到調整出料量及緩存落料的作用。危廢經過落料溜槽進入雙軸齒輥破碎機，再通過大傾角帶式輸送機轉載至上料皮帶機，由上料帶式輸送機給料至分解爐。帶式輸送機出口處的下料溜槽內設置鎖風閥，將預處理后的固態廢物均勻投入分解爐。工藝流程見圖1。

圖1 固態、半固態危廢預處置工藝流程

2.2 半固態危險廢物預處置工藝

半固態危廢采用橋式抓斗起重機上料到受料斗，經過由液壓控制的閘板閥后落入防爆密封倉，再通過壓料裝置輔助進料至液壓驅動的一級剪切式破碎機粗破，粗破后的物料進入由電機驅動的二級剪切式破碎機進行細碎，細碎后的危廢進入混合器與其他液態廢棄物混合攪拌，拌合后的物料通過螺旋喂料進入單缸固體泵，通過管道輸送至窯尾分解爐焚燒處置。工藝流程見圖1。

2.3 液態危險廢物預處置工藝

廢液處置工藝主要包括來料接收除雜、儲存和入窯處置3 部分。工藝流程見圖2。

圖2 液態危廢預處置工藝流程

接收除雜主要包括除雜器和氣動隔膜泵，廢液來料首先進入除雜器，除雜器設置過濾篩網，廢液通過篩網實現除雜功能后由氣動隔膜泵往儲罐輸送。

車間設置3 個儲存區域，分別是廢酸儲存區、廢堿儲存區、其他廢液儲存區。廢酸經過除雜器過濾后，直接利用泵泵送至水泥窯進行處置。廢堿和其他廢液分別通過除雜器過濾后，由氣動隔膜泵泵送入儲罐中，然后再分別由氣動隔膜泵泵送至水泥窯處理。少量廢堿和其他廢液經除雜器過濾后，直接泵送入窯。泵均設置1 用1 備。

儲罐泄漏及場地沖洗廢水由集液池收集，收集的廢液除雜后通過排污泵返回儲罐。

3 協同處置生活垃圾

生活垃圾來源受當地經濟、文化、飲食習慣的影響，不同地區的生活垃圾組分、熱值不盡相同，但均有成分復雜、含水率高、熱值低的特點。水泥窯協同處置生活垃圾工藝在借鑒目前成熟的垃圾焚燒發電工藝基礎上，開發了多種適用于當地并切合水泥企業的處理工藝。

3.1 分選預處置工藝

分選技術主要是將生活垃圾分選為衍生燃料和適應于水泥生產的替代原料，可以分為預處理和水泥窯協同處置（終端處置）兩部分。從垃圾進廠到入窯處置，可分為接收及一次破碎、干化、分選及二次破碎、除臭、滲濾液處理和入窯協同處置6 個系統［2］。

生活垃圾預處理主要包含了接收及一次破碎、干化、分選及二次破碎等一系列過程。生活垃圾水泥窯協同處置主要為入窯系統，可燃垃圾經過一系列輸送、計量裝置，喂入水泥窯分解爐，替代部分燃煤，進行資源化利用。無機渣土經破碎、干化以及分類處理后作為原料用于水泥生產。工藝流程見圖3。

圖3 垃圾分選預處置工藝流程

3.2 熱盤爐預處置工藝

進場的生活垃圾倒入料坑中，用抓斗注入料斗，經稱重、計量后，用皮帶送入窯尾熱盤爐。熱盤爐匯集的生活垃圾、高溫三次風及部分熱生料，在爐膛內進行充分燃燒［3］。熱盤爐產生的高溫氣體、廢料的燃燒灰分、生料和小顆粒的燒結渣等均進入分解爐，少量的較大顆粒的燒結渣則由窯尾上升煙道中落下進入回轉窯內，再經過回轉窯系統煅燒成水泥熟料。燃燒后的煙氣（含有未燃盡的有機成分等）被送入水泥窯的分解爐，經過分解爐再次對有機成分進行分解或裂解，達到有毒有機物徹底分解，窯尾廢氣經過收塵系統凈化從煙囪排出。工藝流程見圖4。

圖4 熱盤爐預處置工藝流程

3.3 氣化爐預處置工藝

吊車將儲坑中的垃圾送入給料機，給料機將垃圾定量送入氣化爐中。進入爐內的垃圾由上而下緩慢移動，鼓風機將一次風送入最底部的風室，由下而上進入氧化燃燒層提供助燃［4］。垃圾和空氣燃燒產生高溫后繼續上升到爐膛，與由上而下的垃圾形成對流。經過氧化燃燒后剩余的高溫殘渣灰向下移動被空氣冷卻，冷卻后的殘渣在凸形爐篦的作用下被擠壓破碎成150 mm 以下的塊狀物，排入風室下方的錐形灰斗內。殘渣通過灰斗落入下方的水封槽中，并通過重型鏈刮板式出渣機從水中排出。工藝流程見圖5。

圖5 氣化爐剖面及其預處置工藝流程

3.4 機械爐排爐預處置工藝

垃圾通過行車抓斗送入機械爐排爐進行氣化焚燒。機械爐排爐的一次風由垃圾庫內的空氣提供，一次風采用煙氣空氣預熱器進行預熱，煙氣來自爐排爐出口高溫尾氣加熱后的一次風進爐排爐燃燒使用［5］。

垃圾在機械爐排爐里干燥、燃燒、燃燼，燃燒后的殘渣經除鐵器等去除金屬物后輸送到原料配料站參與配料、粉磨成生料粉，再經過回轉窯系統煅燒成水泥熟料。燃燒后的煙氣（含有未燃盡的有機成分等）通入水泥燒成系統的分解爐，經過分解爐繼續對有機成分進行分解或裂解，使得有毒有機物徹底分解，最后利用燒成窯尾的廢氣處理系統來凈化廢氣，然后通過煙囪排出。工藝流程見圖6。

圖6 機械爐排爐預處置工藝流程

4 水泥窯協同處置污泥

污泥主要來自于生活污水處理廠處理污水的二沉池，經過脫水后成為有機物和水的混合物，根據脫水程度的不同，可分為含水率80%的污泥和含水率60%的污泥2 類，含水率越高，其流動性越好。

4.1 含水率80%污泥預處置工藝

來自污水廠的生活污泥通過污泥運輸車送到廠區地磅過磅后，送入污泥接收倉。接收倉自動倉蓋上設2 塊篦子板對污泥進行過濾，過濾后的污泥進入污泥接收倉中備用。污泥接收倉中的污泥經過倉底部設置的滑架把污泥均勻地送入預壓螺旋輸送機，通過對污泥的加壓，緩慢均勻地給污泥泵送料。采用2 臺污泥柱塞泵同時工作，將污泥高壓連續輸送到水泥回轉窯窯尾。污泥在窯尾分解爐中部900 ℃的高溫下充分燃燒，實現最終無害化處置。

污泥利用噴槍進入窯尾，通過壓縮空氣對入窯的污泥進行切割，使其入窯后成霧狀。對蒸發污泥中的水分、改善窯況非常有利。為保證噴槍不被堵塞，在每條管道中配備了除雜系統，利用除雜器前后壓差，判斷管道的堵塞程度并及時清理。工藝流程見圖7。

圖7 含水率80%污泥預處置工藝流程

4.2 含水率60%污泥預處置工藝

濕污泥（含水率80%～95%）卸入污泥緩存倉中，由污泥輸送泵輸送至間接干化設備。在間接干化過程中利用飽和水蒸氣作為熱源與污泥進行對流傳熱，污泥中水分蒸發產生的二次蒸汽經再熱裝置加熱后送回間接干化設備中加熱污泥，實現二次蒸汽的循環利用。冷凝水收集后送入緩存倉熱盤管對污泥進行預熱。濕污泥經初步干化后其含水率降低至55%～75%。半干污泥送入污泥中間倉中，計量后喂入直接干化設備中。在這一過程中，半干污泥與水泥窯高溫煙氣直接接觸，進一步蒸發污泥中的水，使污泥含水率降低至35%以下，煙氣夾帶干污泥顆粒進入旋風分離器后，受重力作用實現氣固分離，氣體進入水泥窯系統處置，干污泥顆粒收集后送入水泥窯焚燒［6］。工藝流程見圖8。

圖8 含水率60%污泥預處置工藝流程

5 其他處置項目

水泥窯回轉窯有體量大、溫度高、堿性環境、適應性廣等特點，這是其他焚燒爐所無法比擬的優點。針對水泥窯的優點，開發出協同處置飛灰、污染土、包裝醫藥廢物等工藝。

5.1 飛灰預處置工藝

運送飛灰罐車進場后，通過自帶泵送系統將飛灰泵送至儲倉，儲倉內飛灰經過閘板閥和粉體喂料機后經轉子秤計量進入螺旋泵，再通過羅茨鼓風機將飛灰輸送至窯頭噴入窯內焚燒［7］。工藝流程見圖9。

圖9 飛灰預處置工藝流程

5.2 污染土預處置工藝

車輛進場后將物料卸入料倉內，通過滑架將物料送到雙軸螺旋輸送機，再通過膠帶輸送機將物料送至大傾角皮帶，最后送入原料調配至原料粉磨的上料皮帶上，送至原料磨粉磨［8］。工藝流程見圖10。

圖10 污染土預處置工藝流程

5.3 小包裝等預處置工藝

特殊固態廢物，如化學藥劑空瓶、化學試劑類廢棄物等，通過叉車運輸至升降機，物料由升降機提升到窯尾3 層平臺，在3 層平臺通過圓盤給料機直接送入窯尾分解爐或煙室進行焚燒。工藝流程見圖11。

圖11 小包裝預處置工藝流程

6 結語

水泥窯協同處置固體廢物技術是實現水泥行業可持續發展和綠色轉型升級的重要條件，其能夠很好地實現固體廢物減量化、資源化、無害化處置，下階段行業將著重解決對水泥窯系統的熱平衡和熟料影響問題。目前行業正處于快速發展階段，各類新技術、新理論不斷涌現，未來將向更加自動化、智能化的方向發展，進一步降低水泥窯協同處置固體廢物項目的人員勞動強度，并提高項目的職業健康水平。