水泥窑协同处理城市生活垃圾

(合肥水泥研究设计院 安徽合肥 230051)

水泥窑协同处理城市生活垃圾

周 磊

(合肥水泥研究设计院 安徽合肥 230051)

一、我国城市生活垃圾处理现状

1.1我国城市生活垃圾特点

我国城市生活垃圾产生量大，成分复杂。按照水泥窑协同处理垃圾综合利用要求，可将其分为轻质可燃物、有机厨余物、无机混合物、渗滤液四大类。轻质可燃物主要包括塑料、纸张、树枝、织物、橡胶等，经加工后用作燃料；有机厨余物主要指厨房中产生的各种蔬菜、剩饭残余、动物内脏等，经过发酵抑制后低温烘干，用作原、燃料使用；无机混合物包括渣土、石块、砖瓦、玻璃、陶瓷、废砼等，直接用作水泥原料；处置过程如有稍量的金属也将被单独分选回收；渗滤液经污水系统处理达标后，可直接排放或用于灌溉。

1.2水泥窑协同处理城市生活垃圾的特点

相对于传统的填埋、堆肥、焚烧等垃圾处理手段，水泥窑协同处理城市生活垃圾是一种较新型的处理城市生活垃圾的方法，其原则是确保在不影响水泥生产系统常稳定运行和产品质量的同时，垃圾能够彻底地得到消解，且不产生新的污染，实现资源的合理利用和环境保护的控制目标要求。水泥窑协同处理城市生活垃圾比直接焚烧和填埋更有优势，具体如下：

（1）处理温度高。新型干法回转窑内物料烧成温度必须保证在约1450℃（炉内最高的气流温度可达1800℃或更高），在如此高温下工业废物中主要有机物的有害成分焚毁率可达99.99%以上，即使很稳定的有机物也能被完全分解；高温焚烧也能有效遏制二噁英的产生。

（2）焚烧空间大。新型干法回转窑是一个旋转的筒体，一般直径在3.0～5.0m，长度在45～100m，以每小时100～240转的速度旋转，焚烧空间很大。因此它不仅可以接受处理大量的废料，而且可以维持均匀的、稳定的焚烧环境。

（3）焚烧停留时间长。新型干法回转窑筒体较长，斜度小，旋转速度低，物料在窑中高温下停留时间长，物料从窑尾到窑头总停留大于20 分钟；气体在高于1300℃温度的停留时间远远大于4s。

（4）处理规模大。新型干法回转窑具有处理温度高、焚烧空间大、热容量大以及焚烧停留时间长等特点，加之新型干法回转窑运转率高（一般年运转率大于90%），决定了新型干法回转窑的废物处理规模较大。

（5）与建专用焚化炉相比，利用新型干法水泥窑协同处理城市生活垃圾除满足上述要求外，还有它的独特性，即：所有其他的处理方式都存在焚烧灰渣的二次处理问题，而新型干法水泥窑可直接利用灰渣。废物焚烧后残渣（例如污泥残渣），均成为无害盐类，往往具有可利用的组分，在水泥工艺中可替代部分天然原料，并且在废物的处理过程中，直接参与了熟料的固相反应、液相反应和熟料烧结过程，参与熟料的形成。同时某些含热值的废物在水泥窑焚烧，还可替代部分生产所需燃料。因此新型干法水泥窑处理废物不存在焚烧灰渣的二次处理和周转污染。

二、水泥窑协同处理城市生活垃圾流程

我国城市生活垃圾平均热值很低，不能直接作为替代燃料，需要经过预处理，降低水分，筛除低热值的部分。水泥窑协同处理城市生活垃圾的流程通常如

下图1：

图1 水泥窑协同处理城市生活垃圾流程

工艺流程：生活垃圾运进厂后卸至垃圾池，用抓斗送至烘干破碎机烘干水分，烘干热风来自窑尾废气，烘干后的废气送至回转窑或者分解炉，烘干破碎后的垃圾经筛分，惰性垃圾及厨余物由于热值低，收集后另作处理，轻质可燃物存储后送至分解炉燃烧，存储时产生的废气用窑头篦冷机风机抽取供篦冷机用。

三、水泥窑协同处理城市生活垃圾需要注意的问题

水泥窑协同处理城市生活垃圾，按照城市生活垃圾在水泥窑系统的主要作用，可分为替代原料、替代燃料、水泥窑销毁处置三种类别：

(1)作为替代原料的城市生活垃圾，主要要求及判别依据为：

城市生活垃圾中有用成分CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3灼烧基含量总和应达到80%以上。

(2)作为燃料替代利用的城市生活垃圾，主要要求及判别依据为：

①入窑实物基废物的热值应大于11MJ/kg。

②入窑灰分含量应小于50%。

③入窑水分含量应小于20%；或经过干化预处理后，入系统水分应小于20%。

(3)不满足(1) (2)所列条件的城市生活垃圾均视同水泥窑系统销毁处置。

通常情况是城市生活垃圾既作为替代原料，同时又作为替代燃料。具体应用过程中应注意如下方面：

3.1.城市生活垃圾掺入量

从热耗和配料计算两方面考虑：

3.1.1 热耗

垃圾掺入应考虑相关热耗，协同处理垃圾的热耗应是掺垃圾之前的热耗加所掺垃圾热耗构成。

城市生活垃圾作为替代燃料的替代比例按下列公式计算：

式中：η——燃料替代比例；

q0——不处理城市生活垃圾时水泥生产线的热耗；

qc——处理城市生活垃圾后，水泥生产线原来燃料的热耗。

3.1.1 配料计算

在利用水泥窑协同处理城市生活垃圾的过程中，必须考虑焚烧后灰渣参与配料计算问题，除非垃圾接纳量少到一定的规模。同时，要对所配生料比例进行必要的调整，使水泥熟料质量在要求的范围内，如果熟料质量不符合要求，则必须降低垃圾掺入量

3.2钾、钠、硫、氯等成分对水泥熟料的影响

钾、钠、硫、氯等成分会破坏水泥熟料强度，是水泥生产中的干扰成分，必须限量控制，一般要求如下：K2O＋Na2O<1.0%、硫碱比S/R 在0.6~1.0、Cl<0.015%~0.020%（若有旁路放风系统，Cl 含量可适当放宽）。

垃圾中氯含量比水泥原、燃料中的氯含量要高许多，实验分析和实践证明，在垃圾的这些干扰元素中，氯是决定性的因素，因此为提高城市生活垃圾处理量，应尽量控制城市生活垃圾中的氯含量，有条件可采用氯放风技术。

3.3重金属对烧成系统的影响

生活垃圾中的常见重金属与生料中的类似，含量也处于同一数量级，因此，生活垃圾作为水泥生产的替代原、燃料时，一般不会超过安全生产的许可范围，而且，有些重金属元素还具有助熔剂或者矿化剂的作用，对熟料的煅烧过程有利。但是，如果重金属含量超标，应严格控制掺入量。

3.4气体污染物的控制

3.4.1 恶臭气体的控制

垃圾在厂区内运输、堆放、发酵等过程都可能产生恶臭气体，一般加入10%的抑制剂，可明显抑制生活垃圾发酵过程、有效控制臭气的产生。另外，垃圾运输、存放必须密封。

3.4.2 二噁英的控制

利用水泥窑炉焚烧处置垃圾的过程，不具备二噁英产生的条件，从而能有效地抑制二噁英的产生，具体的论述如下：

①从源头上减少了二噁英产生所需的氯源

一般情况下， 进入烧成系统的Cl－总含量低于0.015%~0.020%。即使在900℃~1 000℃之间，氯以气态离子状态存在，经冷却后直接形成无机盐，可采用旁路放风系统排出，不会形成有机的多氯联苯物质，即二噁英有机物。

②高温焚烧确保二噁英不易产生

为确保不产生二噁英，国家标准GB18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》中规定的焚烧炉技术要求指标为：烟气温度≥850℃，烟气停留时间≥2s，在分解炉底部，温度均在900℃以上，气体停留时间大于7s，固体物料的停留时间高达20s以上，而回转窑中气相温度最高可达1 800℃以上， 物料温度约为1 450℃，因此，无论将垃圾的可燃物加入分解炉或回转窑， 都完全可以保证有机物的完全燃烧和彻底分解，杜绝了二噁英的产生条件。

此外，在燃烧过程中高温气流与高温、高细度的碱性物料（CaO、CaCO3、MgO、K2O、Na2O 等）充分接触，有利于抑制二噁英的产生。

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厂原有设备，因为这些污染物本身就是水泥厂限制排放的。从垃圾成分入手，控制源头，硫、氟超标的垃圾不可进入水泥窑系统。大量的实践检测数据表明：生活垃圾中的氟化物含量很低，在水泥生产的封闭系统高温条件下，氟化物会发生复合矿化反应，即使有微量的F－存在，也以复合盐类物的形式存在进入熟料，不会单独以氟化物的形式进入大气中。

同时，水泥厂也可采用多种治污措施：采用低氮燃烧器、分进风燃烧、加装脱硫脱硝装置，加强对污染物的治理。

[1]GB 18485-2014 生活垃圾焚烧污染控制标准

[2]GB 50634-2010 水泥窑协同处置工业废物设计规范

[4]GB 18484-2004 危险废物焚烧污染控制标准

[5]水泥窑协同处理城市垃圾专题分析报告 贺国文 唐笑

[6]重点关注水泥窑协同处置城市生活垃圾技术及推广应用 蔡玉良 杨学权等

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1007-6344（2017）06-0001-02