新型干法水泥窯協同處置固體廢棄物的應用分析

韋宗敏

（廣東韶科環保科技有限公司，廣東 韶關 512026）

隨著工業化、城鎮化進程加快，我國城市固體廢棄物產生量呈現快速增長態勢。生態環境部公布的數據顯示，2019年，全國196 個大中城市共產生一般工業固體廢物13.8 億t、工業危險廢物4 498.9 萬t、醫療廢物84.3 萬t、城市生活垃圾2.356 億t，其相較2018年均有大幅上升之勢。固體廢棄物既是影響城市發展的環境污染源，也是可以變廢為寶的重要資源。隨著環保意識的增強和國家生態環保治理力度的增加，固體廢棄物處置研究不斷深入。其中，干法水泥窯協同處置固體廢棄物具有工藝先進、產品質量高、能耗低、生產率高等優勢，實現了水泥窯“一窯多用”功能。新型水泥窯協同處置城市固體廢棄物成為水泥企業轉型和城市固廢處置研究的新方向。

傳統固體廢棄物處置技術主要為填埋法，容易造成二次污染和資源浪費，填埋產生的滲濾液會污染掩埋區地下水和周邊土壤。新型干法水泥窯利用固體廢棄物的有用成分作為水泥配料原料，利用水泥熟料礦物化高溫燒結，對固體廢棄物有毒有害成分進行降解、惰性化、穩定化，實現水泥生產中固體廢棄物的減量化、資源化利用。國家《產業結構調整指導目錄（2019年本）》已將“利用不低于2 000 t/d（含）新型干法水泥窯或不低于6 000 萬塊/年（含）新型燒結磚瓦生產線協同處置廢棄物”列入第一類“鼓勵類”第十二條“建材”中第1 項。

1 水泥窯協同處置固體廢棄物的原理

填埋是固體廢棄物的傳統處理方式，隨著填埋數量的增加和填埋時間的推移，固體廢棄物填埋區的地下水及土壤有污染風險。此外，固體廢棄物焚燒發電極易產生滲濾液和二噁英，同時灰渣富含重金屬。水泥窯協同處置固體廢棄物以新型干法燒成技術為核心，利用新型原料、燃料預均化技術、節能粉磨技術及裝備，運用先進計算機集散控制技術，實現固體廢棄物處置全過程的自動化。固體廢棄物預處理后，進入水泥窯。

水泥窯處置能力強，效率高，污染排放少，可以有效處理固體廢棄物。一是廢氣排放少。水泥窯協同處置固體廢棄物的燃燒溫度一般不小于1 400 ℃，石灰石被徹底分解成二氧化碳和氧化鈣。燃燒溫度始終保持在較高水平，氧化鈣可以減少固體廢棄物燃燒過程的氯化氫、二噁英、硫氧化物等有毒有害氣體的排放。二是灰渣排放少。新型干法水泥窯協同處置固體廢棄物，固體廢渣、重金屬顆粒物在高溫煅燒環境下形成熔融玻璃體，玻璃體經急冷后生成水泥熟料。三是廢液排放少。由于水泥窯的負壓作用，新型干法水泥窯協同處置固體廢棄物產生的廢液重新進入窯內燃燒，高溫分解。干法水泥窯協同處置固體廢棄物，可有效利用垃圾自身熱量和燃燒后產生的灰渣，有效降低城市固廢存量，真正實現固體廢棄物資源化、減量化與無害化處置，變廢為寶。

2 水泥窯協同處置固體廢棄物的現狀

干法水泥窯協同處置固體廢棄物的技術在國外早已被研究，并付諸實踐。20世紀70年代，德國、美國、日本就嘗試利用可燃性固體廢棄物作為水泥生產替代燃料。21世紀初，發達國家紛紛運用固體廢棄物作為水泥生產的替代燃料，這種處置方式得到廣泛認可。其中，荷蘭運用固體廢棄物作為水泥生產替代燃料的比例達到83.0%，而且這一比例還在不斷增加。干法水泥窯協同處置城市固體廢棄物的作用越來越明顯。據不完全統計，發達國家利用水泥窯協同處置固體廢棄物的替代燃料比例如表1所示。

表1 固體廢棄物作為水泥生產替代燃料的比例

20世紀90年代，我國開始引入水泥窯協同處置工藝處理固體廢棄物。在科研院所的技術指導下，水泥企業陸續引入水泥窯協同處置工藝，用以處理城市生活垃圾和危險廢物，具體實踐案例如表2所示。

表2 國內利用水泥窯處置固體廢棄物的實踐

從水泥生產企業的實際運行效果來看，干法水泥窯能夠協同處置城市生活垃圾、危險廢物等固體廢棄物，企業周邊環境監測結果顯示，各污染物均可達到相應排放標準限值要求，企業同時取得良好的經濟效益和環境效益。可見，干法水泥窯協同處置固體廢棄物能夠達到相關標準要求，實際應用效果顯著。

3 新型干法水泥窯協同處置固體廢棄物的優勢

從國內水泥生產企業的實際應用來看，新型干法水泥窯協同處置固體廢棄物的技術成熟。新型干法水泥窯是指窯尾配加懸浮預熱器和預分解爐的回轉窯，它是當代水泥工業的最新技術代表。

3.1 技術優勢

一是高溫處理。熟料煅燒要求新型干法水泥窯內物料燃燒溫度始終處于較高值，一般為1 400 ℃左右。高溫煅燒能夠分解絕大部分固體廢棄物，有機物焚燒率可達99.99%。二是焚燒空間大。從實際運行情況來看，回轉窯一般采用旋轉型轉筒，筒體長度為50～100 m，直徑為3～5 m，轉速為2.5～4.2 r/min，旋轉使得轉筒中固體廢棄物充分燃燒，各個部位保持均勻、穩定焚燒。三是停留時間長。新型干法水泥窯工藝選用的回轉窯筒體結構較長，斜度小，轉速低，固體廢棄物從窯尾至窯頭的總停留時間超過30 min，長時間停留于1 400 ℃的轉筒內，煅燒效果顯著。四是處理規模大。回轉窯運轉率高，固體廢棄物處理規模大，日產能力強，熱穩定性和抗波動能力高，固體廢棄物作為水泥生產替代燃料的比例有較大的提升空間。

3.2 環保優勢

與普通焚燒爐相比，在環保方面，新型干法水泥窯處理固體廢棄物的優勢十分顯著。首先，回轉窯呈堿性氣氛，堿性物質可中和回轉窯燃燒產生的二氧化硫、氯化氫等酸性物質，將其變成鹽類固定下來，有效避免二次污染。回轉窯能夠有效焚燒有毒有害廢料，將其固化于熟料礦物中，達到固化重金屬和凈化焚燒尾氣的效果，同時減少燃料使用量。部分固體廢棄物含有較高熱值，可有效替代水泥熟料煅燒所需的燃料。固體廢棄物燃燒殘渣主要為無害鹽類，具有可利用的組分，可替代部分天然原料作為水泥生產的熟料，實現資源化利用。

4 新型干法水泥窯處置固體廢棄物的影響因素及應對措施

固體廢棄物熱值較高，若去除固體廢棄物的水分影響，熟料煅燒熱耗可有效降低。經估算，采用新型干法水泥窯處置固體廢棄物時，一座設計處理規模4 500 t/d 的水泥窯每年可節約標準煤2 651 t。但投入生產后，水泥窯會受到配料、有害元素、系統煙氣量等因素影響，要采取必要的應對措施，如表3所示。

表3 水泥窯投入生產后的影響因素及應對措施

5 結語

新型干法水泥窯可以協同處置固體廢棄物，具有良好的市場前景，能夠實現工業固廢處理的減量化、無害化和資源化。這是一種雙贏的處理方式，在消納各種廢棄物的同時，也可以滿足水泥行業的物料需求，使水泥生產走上綠色環保的可持續發展之路，為循環經濟的發展做出重要貢獻。