利用水泥窯協同處置生活垃圾情況介紹

          黑龍江省海林市海強水泥實業有限公司

在水泥生產過程中，水泥窯可以產生大量高溫、余熱和負壓。這些特有資源為無害化處置生活垃圾和工業廢渣創造了良好的條件。利用水泥窯爐協同處理城市生活垃圾，并實現聯產的方法，不僅實現了生活垃圾無害化、減量化和資源化利用，而且為垃圾填埋場的生態恢復、節約土地資源打下基礎。因此，利用水泥窯爐處置生活垃圾，與其他處置方法相比，具有投資少、效果好、殘渣利用、無二次污染等優點，是解決我國“生活垃圾圍城”困局的一條新路。

一、項目背景

目前，我國每年產生大約近2億噸生活垃圾，垃圾存量高達60億噸。這些生活垃圾普遍采用如填埋、焚燒等單一的方式。垃圾填埋所占用的耕地達70余萬畝。特別是在我國中、小縣城，絕大多數位于主要河流的上游和農村附近。這些地方由于缺乏較大規模和比較標準的的生活垃圾處置設施，只好采用簡單的生活垃圾焚燒或簡易填埋、露天堆放等辦法，造成臭氣外溢、二噁英超標、灰渣和瀝液泛濫等二次污染，給周邊環境帶來極大的影響。據統計，近幾年來，被新聞媒體曝光的垃圾污染事件高達一千五百余起。大量生活垃圾已經成為眾多城市和農村面臨的共同難題。

隨著我國城市化進程不斷發展，水泥產業規模也相繼增加。如何發揮水泥工業在處置生活垃圾方面的特殊作用，由工業文明向生態文明轉變，是我國水泥企業可持續發展的新課題。

海強水泥實業有限公司與哈工大合作，經過多年探索，終于研發出利用立式水泥窯協同處置城市生活垃圾的方法，為我國中、小城市的生活垃圾無害化處理探索出一條道路。

二、技術研究報告

1、研究目標與內容

本項目所要解決的技術問題是：提供一種利用立式水泥窯爐無害化處理城市生活垃圾并實現與水泥熟料聯產的方法。

本項目的具體內容是：（1）生活垃圾處理；(2) 水泥生產；（3）垃圾焚燒余熱發電；（4）廢料回收利用；（5）原有垃圾填埋場生態恢復等，合理配置資源優勢，把垃圾處理和余熱發電、水泥生產相結合，使垃圾處理達到減量化、資源化和無害化，實現循環利用、相互依托、科學發展的產業鏈條，達到節能減排、降低成本、清潔環保、造福人類的目的。

2、方法與措施

（1）．   工藝原理

垃圾焚燒與立窯水泥工藝聯產技術的基本原理在于利用垃圾焚燒產生的熱能替代原煤干燥水泥生料，節約水泥生產耗能，同時提高生料磨生產效率；另一方面，將焚燒窯尾余熱通過管道通入垃圾烘干倉，利用其余熱替代燃煤干燥垃圾。通過垃圾焚燒與水泥生產的有機結合，不僅節約了原材料和燃料，且可充分利用水泥窯的高溫焚燒系統和煙氣處理系統，處理垃圾焚燒過程中產生的二噁英等有害尾氣和重金屬等污染物。

      參見水泥窯協同處置生活垃圾工作原理示意圖1：

生活垃圾進入工廠的垃圾儲存庫后，即可進行篩分、除鐵、破碎、擠壓脫水和干燥等預處理，然后進行焚燒。垃圾焚燒溫度為850℃上為**佳。由于焚燒爐煙氣出口與生料磨機密閉連接，磨機內強大的負壓將生活垃圾焚燒后產生的煙氣全部吸入磨內，磨機內每小時下料量為60噸，生料的主要成分是氧化鈣等堿性物質，不但對垃圾煙氣中的酸性臭氣堿性中和消解，而且將高溫煙氣在3秒中之內迅速降至60℃以下，使煙氣中的二噁英等有毒有害物質被吸附在生料中。生料經過密封輸送管道被送入到成球機加水成球后，再進入水泥窯爐成球后通過1400℃高溫煅燒。與此同時，生料磨機尾部排放的氣體，經過除塵增氧后，被高壓風機送入水泥窯內作為助燃氣體，在1400℃高溫下，進行第二次煅燒凈化。因此，在一般情況下，利用水泥窯處理生活垃圾，只要生料磨機不停，負壓使爐內煙氣不向外冒出，即使焚燒爐的溫度達不到850℃，甚至溫度很低，也不會造成二次污染，這是一般垃圾焚燒廠難以做到的。

生活垃圾儲存庫、垃圾預處理系統和布袋收塵器均設有通風管道連接水泥窯，高壓風機將庫內預處理和焚燒前、后產生的酸性臭氣和其他有害氣體全部抽入窯內，在1400℃高溫下，有害成分徹底分解。

在垃圾預處理和焚燒過程中，篩出的灰土（篩余物）和垃圾焚燒后產生的灰渣，按照3%以下的比例做為水泥原料和其他原料一起進入生料磨，然后進入水泥窯經過1400度的高溫煅燒，其有害成分基本被消除，重金屬則被固化在熟料物質中，成為提高水泥質量的有用成分。

水泥窯產生的煙氣，經布袋除塵器再次凈化后，經煙囪排入大氣。水泥窯燒成的熟料，經水泥磨研磨成水泥產品。

上述生產工藝流程及具體分布可參見圖2

3、主要創新點

利用立式水泥窯協同處置生活垃圾，填補了我國城市生活垃圾處理方法的空白，為我國中、小城市解決垃圾處理難題探索出一條可行道路。

  此項目主要創新點如下：

（1）把生活垃圾焚燒系統的理念和技術巧妙地嫁接到水泥生產工藝中，節約土地，減少投資，優勢互補，適合國情。

（2）利用水泥生產工藝中的高溫、余熱、負壓等特有資源使生活垃圾減量化、資源化和無害化，不產生二次污染。

（3）利用生活垃圾焚燒產生的熱能，替代一部分燃煤，提高生料磨產量20%以上，達到節能減排效果。

（4）把復雜的危險品如飛灰、瀝液等處理難度極大的工作變為簡單易行。

（5）為今后“分類收集，分別處理”生活垃圾，取消垃圾填埋場或填埋場循環利用打下基礎。

4、階段成果

經過多年的探索、研究和實踐，海強公司利用水泥窯協同處置生活垃圾項目已經取得豐碩成果。項目試生產以來，海強公司累計焚燒處理生活垃圾26300余噸，綜合利用工業廢渣20多萬噸。分別在云南省易門縣、貴州省興仁縣、湖北省通山縣等地進行立式水泥窯協同處置生活垃圾項目的技術推廣和應用，取得良好的效果。特別是湖北省通山縣的生活垃圾填埋場引發的衢潭村媒體曝光事件，使當地政府克服重重困難，頂著巨大壓力，下決心利用本地**的立窯水泥廠協同處置生活垃圾，為妥善解決村民矛盾找到一個辦法。目前，該企業利用水泥窯每天處置生活垃圾60余噸，解決了通山縣城80%以上的垃圾處理難題。

5、關鍵性問題及對策

（1）焚燒爐高溫煙氣的溫度與停留時間

本項目焚燒爐為海強公司自行研制的專利產品（HQ-60-C）型自動翻料往復爐排焚燒爐。焚燒爐主要性能參數如下表：

（2）焚燒爐煙氣量與生料磨通風量的平衡控制

     焚燒爐內的煙氣量與爐內垃圾厚度、垃圾水分、爐膛溫度、爐排運行速度和生料磨機通風量密切相關。利用水泥窯協同處置生活垃圾，在操作方法上，與一般的垃圾焚燒爐操作方法截然不同。

本項目焚燒爐內的負壓大小，與生料磨機的產量、物料含水率、磨頭溫度及生料細度等指標有關。垃圾焚燒爐的垃圾焚燒數量必須圍繞在生料磨正常生產的狀態下進行調整。海強公司現有兩臺直徑2.2米、長7.0米的生料磨機，兩臺磨機合計生料臺時產量為60噸。磨尾風機型號為4-72No.9C離心式通引風機，每臺風機的額定風量為16000m?/h。由于受磨機內物料等因素影響，生料磨機通風量與焚燒爐煙氣量相平衡的實驗數據如下表：

（3）煙氣熱交換冷卻控制

     在每臺生料磨機16000Nm?/h風量的作用下，生活垃圾焚燒后產生的高溫煙氣在焚燒爐內停留2-3s之后，便順著與生料磨機連接的保溫管道迅速進入生料磨機內。磨機內的物料主要成分為氧化鈣、無煙煤和各種含有堿性成分的工業廢渣，不僅消納生活垃圾焚燒后產生的酸性臭氣，而且吸收了高溫煙氣中的熱能。

隨著磨機的轉動，物料在磨機內劇烈翻轉，高溫煙氣在經過磨機的同時，與物料發生充分接觸，煙氣中的酸性氣體（HCL、HF、SOX等）與物料中所含的大量CaO、Ca(OH)2反應，使煙氣中酸性氣體得到去除，其作用原理如下：

2HCL+CaO → CaCL2+ H2O

2HF+CaO → CaF2+ H2O

SO2+CaO→CaSO3

2SO2  + O2  + 2CaO  →  2CaSO4

SO3 + CaO →CaSO4

高溫煙氣由850℃左右僅用3—5s的時間之內就降至65℃以下，飛灰在瞬間被吸附在生料中，為消除二噁英和重金屬創造了必要條件。同時，水泥原料和焚燒爐高溫煙氣同時進入生料磨機內，隨著物料溫度的提高，水分蒸發加快，提高了生料磨機的臺時產量。

 生料構成及主要成分詳見下表：

（4）收塵飛灰的計量與摻燒

     生活垃圾焚燒后，產生的飛灰與三千倍的生料粉均勻的混為一起，作為水泥原料被送入成球后進行高溫煅燒，其中有極少部分被風機吸入到布袋除塵器中。收塵器將撲捉到的生料灰塵在生料磨機生產的過程中，及時輸送到生料庫內作為水泥原料，按照規定的比例，送入水泥窯內1400℃高溫煅燒。

由于物料在進入生料磨機內部之后，完全處于運動和密封狀態，飛灰和粉狀物料混在一起，無法進行準確計量，因此，進入生料中的飛灰數量，只能依靠生活垃圾的焚燒數量進行推算。實驗表明，本地區樓房小區的生活垃圾焚燒后，其飛灰產生量為生活垃圾焚燒總量的0.2—0.3%。即每天處理60噸生活垃圾，在產生6—8噸垃圾殘渣的同時，大約還產生0.2噸飛灰。因此，以日產熟料600噸計算，每天需要1000噸生料。所以，本項目利用水泥窯處置生活垃圾，其飛灰摻入量僅為生料使用量的萬分之二左右。

垃圾焚燒煙氣組成的特點：

垃圾經過焚燒之后產生煙氣的成分與垃圾的組成、燃燒方式、煙氣的處理設備有關，垃圾焚燒所產生的煙氣與其他燃料燃燒所產生的煙氣在成分上相差較大，其中污染物的來源及存在形態見下表。與煤燃燒相比，垃圾焚燒煙氣組成的特點是其中NOX和SOX的濃度顯著降低，但HCL和O2明顯升高。

        垃圾焚燒煙氣中污染物來源及存在形態

在水泥生料中含有一定比例的煤渣、水渣，因其比表面積大、分子結構特殊，具有較大的靜電引力，對重金屬有較好的吸附能力，并且對某些陽離子有較大的交換容量。垃圾焚燒煙氣中的二噁英在與濕物料中多孔的煤渣、水渣接觸過程中，可以被其有效吸附，并隨生料團進入立窯進行高溫二次燃燒。而煙氣中微量的Cd、Ni、Pb、Hg等氣態和固態重金屬在與物料接觸過程中，可以被其吸附或交換而固定，不會隨煙氣排入大氣。煙氣中的顆粒物經過布袋除塵和煙道進行有效捕集。

（5）煙氣二次燃燒及二噁英去除

由生料磨機排出的煙氣經過除塵后送入垃圾儲存庫與庫內氣體混合增氧后，從水泥窯底部用高壓風機送進窯內。窯內焙燒區的**高溫度可達1400℃，煙氣中未燃盡的碳氫化合物（如二噁英、呋喃、及有臭味的氣體）可以得到二次充分燃燒，燃燒后產生的少量煙氣經過焙燒物料層的過濾和物理、化學吸附，垃圾焚燒產生的有害氣體已得到充分凈化處理。當煙氣溫度在250~400℃時，殘炭與有機氯或無機氯在飛灰表面通過催化可以合成。由于二次燃燒氣體中殘炭、含氯化合物以及飛灰的濃度均很低，二噁英類污染物在窯內低溫段重新被合成的可能性極小。根據中科院大連化物所對海強公司推廣的四家項目檢測數據分析，煙氣中二噁英含量遠遠低于國家規定的標準。

利用立式水泥窯協同處置生活垃圾煙氣中的二噁英檢測數據：

（6）熟料固化垃圾焚燒灰渣中的重金屬的原理

由于生活垃圾中往往含有廢電池、廢燈管等，這類廢物經過焚燒處理后，其中所含的重金屬鎳、鉻、鋅、銅、鎘、汞、鉛等均進入焚燒灰渣，這類物質若不妥善處理會對環境造成極大的危害。

含重金屬的爐渣、水渣作為生料進入高溫焙燒爐后，在1400℃高溫條件下，其中的重金屬固溶到水泥熟料的礦物晶格中，從而有效地阻止了重金屬的溶出，使其得到徹底地安全穩定化處理。根據青島

公司檢測，海強水泥公司在協同處理城市生活垃圾時生產的熟料和水泥中，其重金屬的含量沒有超過GB50295-2008s規定的標準。

三、水泥生產協同處置生活垃圾實踐報告

1、生活垃圾入庫記錄

2、生活垃圾焚燒記錄

3、二次投煤投料記錄

4、生料磨頭及磨尾煙氣溫度變化記錄

5、生料磨尾煙氣成分

6、入窯氣體成分

7、收塵灰成分及計量

8、垃圾爐渣成分及計量

9、垃圾焚燒爐渣與收塵灰在生料中的配料數據

10、垃圾瀝液產出記錄

11、清水中和記錄

12、成球用水記錄

13、熟料產量記錄

14、水泥配料及產量記錄

四、產品性能測試報告

1、熟料檢測

（1）熟料質量檢測

（2）熟料重金屬檢測

2、排放檢測

（1）煙氣中的二噁英排放量檢測報告

（2）煙氣中的重金屬檢測報告

（3）煙氣中氮氧化物等其他物質檢測報告

（4）粉塵檢測報告

五、企業標準及管理規程

1、企業標準

2、管理規程

六、原材料、產品質量檢驗制度及質保體系

七、經濟效益分析報告

八、用戶報告

九、附件：

1、項目立項、批復及竣工驗收報告

2、地方環衛部門出具的“生活垃圾運輸處置記錄”報告

3、水泥、熟料產品性能及重金屬殘留檢測報告

4、環保監測報告

5、專利技術證書

6、其他