浅议水泥窑生产是处置生活垃圾的有效途径

水泥 2013-07-26

本文在原有生活垃圾卫生填埋、堆肥、焚烧、综合处理等工艺的基础上，探讨通过水泥窑生产协调处置生活垃圾工艺的相关因素及适用范围。

　　1、生活垃圾概念、成分和产量等
　　1.1 生活垃圾
　　生活垃圾是指在日常生活中或者为生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定的被视为生活垃圾的固体废物。我国幅员辽阔，不同地区之间的水文气象、经济条件、居民生活习惯等多种因素不尽相同，致使各地生活垃圾成分、单位人均产量等方面都有较大的差异，为确保生活垃圾不对环境产生污泥，必须对生活垃圾进行有效的处置。
　　1.2 生活垃圾成分分析
　　我国区域宽广，地理空间跨度较大，同时由于居民生活水平、生活习惯、区域产物等诸多因素，导致生活垃圾成分差异非常大。经济发达地区和欠发达地区差异较大，东部与西部差别大，北部与南部差别大，降雨量不同地区垃圾成分差别大。总体来说，经济发达地区的生活垃圾有可燃物多、可回收物多、有机质多、无机物少等特点，经济欠发达地区的生活垃圾有可燃物较少、可回收物较少、无机物较多等特点。降雨量较多的地区的生活垃圾含水率大于降雨量较少的地区的生活垃圾含水率。生活垃圾的成分、含水率对生活垃圾的合理选择最终处理工艺的选择起着决定性的作用，因此生活垃圾的成分及原生垃圾含水率是垃圾处理工艺的关键。遵义市的生活垃圾成分如表1：

　　1.3 生活垃圾产量
　　生活垃圾人均产量为0.8-1kg/天，根据统计从上世纪80年代到2010年，生活垃圾总产量按5%左右的比例逐步上升，截止到现在全国每年产生垃圾近2亿吨。但随着现在经济发展，居民生活水平，清洁能源逐步推广，环保意识强化等诸多有利因素，生活垃圾的产量递增比例已有逐步下降的趋势，比如今年北京地区的生活垃圾的产量就递减到“零”增长率。生活垃圾产量出现了递增率降低甚至“零”的现象，所以在确定生活垃圾处理工艺的处理量时，需要慎重考虑这种现象。
　　2、 生活垃圾处理工艺简介
　　生活垃圾传统的处理工艺有卫生填埋、堆肥等，前10-20年推出的生活垃圾焚烧（含焚烧发电）、综合处理等工艺。目前，生活垃圾处理工艺研发了窑炉协同处理工艺，其中又特别推荐水泥窑协同生活垃圾处置工艺。下面对各种处理工艺进行介绍，又重点对生活垃圾水泥窑协同处理工艺进行介绍。
　　2.1生活垃圾卫生填埋处理工艺
　　生活垃圾填埋处理工艺是生活垃圾处理最早的处理工艺，从上世纪初或更早的时间就开始应用了。卫生填埋处理工艺有处理量大、处理成本低、可全天候运行等优点，但也存在对建设场地、周边环境影响较大、有二次污染的潜在可能性等不利因素。随着现在城市区域扩张、建设场址选择困难、环保要求提高和垃圾总量剧增等因素，选择单一的卫生填埋处理工艺也不太可取。
　　2.2 生活垃圾堆肥处理工艺
　　堆肥处理工艺是利用生物发酵原理对生活垃圾中有机物进行发酵分解，然后生产有机堆肥。生活垃圾堆肥处理工艺可以实现有机物资源化利用，可以大幅减少垃圾渗滤液的产生。但是由于目前我国生活垃圾基本都是混装，导致堆肥处理后有机肥杂质较多，品质不太高，所以销路存在一定的问题，如果能够解决生活垃圾分类袋装问题，生活垃圾堆肥处理工艺也将是适合的处理工艺。
　　2.3 生活垃圾焚烧工艺
　　生活焚烧工艺是利用焚烧炉对生活垃圾进行焚烧处理。前期的焚烧处理以单独的焚烧为住，附加考虑余热利用，目前的生活垃圾焚烧处理几乎都以焚烧发电为主导工艺。生活垃圾焚烧处理工艺的优点是减容率可达85-95%、可以利用余热或利用余热发电等，缺点是投资大、运行费用高、有二噁英潜在污染的可能性等缺点。
　　2.4 生活垃圾综合处理
　　生活垃圾综合处理工艺是利用生活垃圾分选、堆肥、焚烧和焚烧等处理工艺的两种或多种工艺的组合。综合处理工艺运用多种工艺分别对不同的成分进行重点处理，以达到资源化最佳的效果。综合处理工艺的优点是资源化效果最好和资源利用频次多，缺点是工艺系统复杂，运行难度较大，市场开拓难度大，环保要求高等。从减少使用能源，减少不可再生能源开采等方面考虑，生活垃圾综合处理工艺是较适合的工艺。
　　2.5 水泥窑协同处置生活垃圾工艺
　　水泥窑（新型干法回转窑）协同处置生活垃圾工艺：垃圾运到水泥厂经计量后倒入垃圾池储存。用抓斗把垃圾抓入板式输送机，人工挑选出大件垃圾、大块建筑垃圾和可回收物，其余被带式输送机送入喂料小仓，输送过程中由除铁器除去磁性金属。喂料机把垃圾均匀地喂入回转式焚烧炉，利用熟料冷却机的热风作为燃烧空气，垃圾在热风的作用下焚烧，焚烧产生的高温烟气（1100℃左右）进入窑尾分解炉和预热器，与水泥生料换热，为水泥生料分解提供热量，然后由窑尾废气处理系统净化后排放。垃圾焚烧灰渣直接进入回转窑作为水泥原料或从焚烧炉排出作为水泥混合材使用。水泥窑协同处置生活垃圾工艺流程如图1：

　　根据研究，水泥窑协同处置生活垃圾工艺有下面工艺特点，一是水泥生产的熟料冷却机的热风作为垃圾燃烧空气，垃圾焚烧温度＞950℃。热解气体入回转窑，减少能耗；利用水泥窑的高温，吸纳分解垃圾有害成分。分解炉内温度超过900℃，气体能停留7～9ｓ，二恶英能完全被吸纳。二是水泥窑的回转窑内是碱性气氛，可有效地抑制酸性物质的排放，使得SO₂、Cl等可以合成盐的形态固定下来，可减少或避免产生二恶英的产生现象。三是垃圾的储存池，有机质发酵产生的臭气等由引风机抽出，经除尘器除尘后送入冷却机头部的鼓风机，再次鼓入冷却机，与1400℃左右的熟料接触，在高温下被分解而净化。四是垃圾焚烧炉灰渣直接进入回转窑作为水泥原料混合加以利用，不外排；而且水泥窑负压状态运行，烟气和粉尘很少外溢。五是垃圾中的绝大部分重金属离子随物料固化在熟料中，避免了重金属二次污染。
　　由于水泥窑协同处置生活垃圾具有上叙的五个特点，该技术研发出来后立即投入实际工程应用中。目前推广应用协同处置工艺比较成功的，有海螺水泥集团、中信重工机械公司等。其中，海螺集团已建成运行铜陵海螺垃圾处理项目，依托铜陵海螺公司5000t/d干法水泥熟料生产线，建设日处理600t（300t/d×2系列）城市生活垃圾处理线，年处理铜陵市城市生活垃圾总量19.8万t。同时，海螺集团的贵州省贵定县的水泥窑协同处置生活垃圾项目已经在建设过程中了。中信重工机械股份有限公司，已洛阳黄河同力水泥有限责任公司日产5000吨水泥熟料生产线为依托，设计日处理垃圾量500吨。
　　3、水泥窑协同处置生活垃圾工艺优缺点
　　生活垃圾处理工艺有多种，每种处理工艺都有其优缺点和适用性，同样，水泥窑协同处置生活垃圾工艺也有优点和缺点以及适用性。
　　3.1 水泥窑协同处置工艺优点
　　水泥窑协同处置生活垃圾工艺结合生活垃圾焚烧和水泥窑生产，把两种不同的工艺生产线有机融合在一起，解决了生活焚烧的废气、废渣和废水的难题，同时为水泥生产提供部分替代优惠燃料，达到了工艺的互惠互利。水泥窑协同处置生活垃圾工艺主要有如下优点：
　　3.1.1 由于协同处理工艺采用近似“闭环式”废气循环处理（利用）的工艺方式，废气中的二噁英基本杜绝或避免产生，
　　3. 1.2 回转窑内是碱性气氛，可有效地抑制酸性物质的排放，使得SO₂、Cl等可以合成盐的形态固定下来，可减少或避免产生二恶英的产生现象。
　　3. 1.3 垃圾的储存池产生的臭气1400℃左右的熟料接触，在高温下被分解而净化。
　　3. 1.4 焚烧炉灰渣直接进入回转窑作为水泥原料混合加以利用，不外排；而且水泥窑负压状态运行，烟气和粉尘很少外溢。
　　3. 1.5 重金属离子随物料固化在熟料中，避免了重金属二次污染。
　　3.2 水泥窑协同处置生活垃圾工艺缺点
　　水泥窑协同处置生活垃圾工艺由于的工艺特点要求，因此也具有一些缺点，工艺缺点如下：
　　3.2.1 水泥窑协同处置生活垃圾工艺投资较大，一条水泥窑生产线（3000吨/日）改造费用在8000-10000万元，可处理生活垃圾800-1000吨/日，折算成垃圾投资为每吨生活垃圾协调处置投资费用10万元，投资费用较大。对生活垃圾处理量有较高的要求，要求日处理垃圾总量在800吨以上，最低不能低于500吨。
　　3.2.2 运行费用较高。根据现在已运行的协同项目数据显示，直接运行费用按生活垃圾计算在每吨70元，而完全成本在每吨200元。
　　运行费用较高，就要求当地经济水平较高，能够承担运行费用，以保证处置运行能顺利开展。
　　3.2.3 生活垃圾中一部分可以通过更简单、有效、节能的其他方法加以处理和利用，例如遵义地区生活垃圾中高达28%灰土，可以通过筛分分选出来加以利用，但采用协同处置工艺后，却也进入水泥窑“高温陪炼”一番，对能源造成浪费。
　　3.2.3 高含水率和低燃值的生活垃圾。高含水率的生活垃圾将会使大量的热能做无用的消耗，例如含水率果蔬中水分被加热成水蒸气排放掉，能源做了无用功。低燃值（低于800大卡/Kg）的生活垃圾需要外加燃料，才能保证正常生产运行，能耗结构明显不太合理。
　　4、结论
　　水泥窑生产协同处置生活垃圾工艺，具有较明显的优点，如杜绝或减少了二恶英、没有废渣产生、重金属被固化等，避免二次污染，生活垃圾做到最大限度的减容处置，减少大量的温室气体排放。当然，协同处置工艺也有投资大、运行费用高、对垃圾的成分和处理量有较高的要求等不足。协同处置工艺实现节能减排、低碳经济和循环经济的发展，对环境保护治理具有积极作用，对建设资源节约型和环境友好型社会有示范意义。综上所叙，水泥窑生产是协同处置生活垃圾的有效途径之一。

编辑：姜立东

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