利用水泥窑协同处置生活垃圾情况介绍

          黑龙江省海林市海强水泥实业有限公司

在水泥生产过程中，水泥窑可以产生大量高温、余热和负压。这些特有资源为无害化处置生活垃圾和工业废渣创造了良好的条件。利用水泥窑炉协同处理城市生活垃圾，并实现联产的方法，不仅实现了生活垃圾无害化、减量化和资源化利用，而且为垃圾填埋场的生态恢复、节约土地资源打下基础。因此，利用水泥窑炉处置生活垃圾，与其他处置方法相比，具有投资少、效果好、残渣利用、无二次污染等优点，是解决我国“生活垃圾围城”困局的一条新路。

一、项目背景

目前，我国每年产生大约近2亿吨生活垃圾，垃圾存量高达60亿吨。这些生活垃圾普遍采用如填埋、焚烧等单一的方式。垃圾填埋所占用的耕地达70余万亩。特别是在我国中、小县城，绝大多数位于主要河流的上游和农村附近。这些地方由于缺乏较大规模和比较标准的的生活垃圾处置设施，只好采用简单的生活垃圾焚烧或简易填埋、露天堆放等办法，造成臭气外溢、二噁英超标、灰渣和沥液泛滥等二次污染，给周边环境带来极大的影响。据统计，近几年来，被新闻媒体曝光的垃圾污染事件高达一千五百余起。大量生活垃圾已经成为众多城市和农村面临的共同难题。

随着我国城市化进程不断发展，水泥产业规模也相继增加。如何发挥水泥工业在处置生活垃圾方面的特殊作用，由工业文明向生态文明转变，是我国水泥企业可持续发展的新课题。

海强水泥实业有限公司与哈工大合作，经过多年探索，终于研发出利用立式水泥窑协同处置城市生活垃圾的方法，为我国中、小城市的生活垃圾无害化处理探索出一条道路。

二、技术研究报告

1、研究目标与内容

本项目所要解决的技术问题是：提供一种利用立式水泥窑炉无害化处理城市生活垃圾并实现与水泥熟料联产的方法。

本项目的具体内容是：（1）生活垃圾处理；(2) 水泥生产；（3）垃圾焚烧余热发电；（4）废料回收利用；（5）原有垃圾填埋场生态恢复等，合理配置资源优势，把垃圾处理和余热发电、水泥生产相结合，使垃圾处理达到减量化、资源化和无害化，实现循环利用、相互依托、科学发展的产业链条，达到节能减排、降低成本、清洁环保、造福人类的目的。

2、方法与措施

（1）．   工艺原理

垃圾焚烧与立窑水泥工艺联产技术的基本原理在于利用垃圾焚烧产生的热能替代原煤干燥水泥生料，节约水泥生产耗能，同时提高生料磨生产效率；另一方面，将焚烧窑尾余热通过管道通入垃圾烘干仓，利用其余热替代燃煤干燥垃圾。通过垃圾焚烧与水泥生产的有机结合，不仅节约了原材料和燃料，且可充分利用水泥窑的高温焚烧系统和烟气处理系统，处理垃圾焚烧过程中产生的二噁英等有害尾气和重金属等污染物。

      参见水泥窑协同处置生活垃圾工作原理示意图1：

生活垃圾进入工厂的垃圾储存库后，即可进行筛分、除铁、破碎、挤压脱水和干燥等预处理，然后进行焚烧。垃圾焚烧温度为850℃上为**佳。由于焚烧炉烟气出口与生料磨机密闭连接，磨机内强大的负压将生活垃圾焚烧后产生的烟气全部吸入磨内，磨机内每小时下料量为60吨，生料的主要成分是氧化钙等碱性物质，不但对垃圾烟气中的酸性臭气碱性中和消解，而且将高温烟气在3秒中之内迅速降至60℃以下，使烟气中的二噁英等有毒有害物质被吸附在生料中。生料经过密封输送管道被送入到成球机加水成球后，再进入水泥窑炉成球后通过1400℃高温煅烧。与此同时，生料磨机尾部排放的气体，经过除尘增氧后，被高压风机送入水泥窑内作为助燃气体，在1400℃高温下，进行第二次煅烧净化。因此，在一般情况下，利用水泥窑处理生活垃圾，只要生料磨机不停，负压使炉内烟气不向外冒出，即使焚烧炉的温度达不到850℃，甚至温度很低，也不会造成二次污染，这是一般垃圾焚烧厂难以做到的。

生活垃圾储存库、垃圾预处理系统和布袋收尘器均设有通风管道连接水泥窑，高压风机将库内预处理和焚烧前、后产生的酸性臭气和其他有害气体全部抽入窑内，在1400℃高温下，有害成分彻底分解。

在垃圾预处理和焚烧过程中，筛出的灰土（筛余物）和垃圾焚烧后产生的灰渣，按照3%以下的比例做为水泥原料和其他原料一起进入生料磨，然后进入水泥窑经过1400度的高温煅烧，其有害成分基本被消除，重金属则被固化在熟料物质中，成为提高水泥质量的有用成分。

水泥窑产生的烟气，经布袋除尘器再次净化后，经烟囱排入大气。水泥窑烧成的熟料，经水泥磨研磨成水泥产品。

上述生产工艺流程及具体分布可参见图2

3、主要创新点

利用立式水泥窑协同处置生活垃圾，填补了我国城市生活垃圾处理方法的空白，为我国中、小城市解决垃圾处理难题探索出一条可行道路。

  此项目主要创新点如下：

（1）把生活垃圾焚烧系统的理念和技术巧妙地嫁接到水泥生产工艺中，节约土地，减少投资，优势互补，适合国情。

（2）利用水泥生产工艺中的高温、余热、负压等特有资源使生活垃圾减量化、资源化和无害化，不产生二次污染。

（3）利用生活垃圾焚烧产生的热能，替代一部分燃煤，提高生料磨产量20%以上，达到节能减排效果。

（4）把复杂的危险品如飞灰、沥液等处理难度极大的工作变为简单易行。

（5）为今后“分类收集，分别处理”生活垃圾，取消垃圾填埋场或填埋场循环利用打下基础。

4、阶段成果

经过多年的探索、研究和实践，海强公司利用水泥窑协同处置生活垃圾项目已经取得丰硕成果。项目试生产以来，海强公司累计焚烧处理生活垃圾26300余吨，综合利用工业废渣20多万吨。分别在云南省易门县、贵州省兴仁县、湖北省通山县等地进行立式水泥窑协同处置生活垃圾项目的技术推广和应用，取得良好的效果。特别是湖北省通山县的生活垃圾填埋场引发的衢潭村媒体曝光事件，使当地政府克服重重困难，顶着巨大压力，下决心利用本地**的立窑水泥厂协同处置生活垃圾，为妥善解决村民矛盾找到一个办法。目前，该企业利用水泥窑每天处置生活垃圾60余吨，解决了通山县城80%以上的垃圾处理难题。

5、关键性问题及对策

（1）焚烧炉高温烟气的温度与停留时间

本项目焚烧炉为海强公司自行研制的专利产品（HQ-60-C）型自动翻料往复炉排焚烧炉。焚烧炉主要性能参数如下表：

（2）焚烧炉烟气量与生料磨通风量的平衡控制

     焚烧炉内的烟气量与炉内垃圾厚度、垃圾水分、炉膛温度、炉排运行速度和生料磨机通风量密切相关。利用水泥窑协同处置生活垃圾，在操作方法上，与一般的垃圾焚烧炉操作方法截然不同。

本项目焚烧炉内的负压大小，与生料磨机的产量、物料含水率、磨头温度及生料细度等指标有关。垃圾焚烧炉的垃圾焚烧数量必须围绕在生料磨正常生产的状态下进行调整。海强公司现有两台直径2.2米、长7.0米的生料磨机，两台磨机合计生料台时产量为60吨。磨尾风机型号为4-72No.9C离心式通引风机，每台风机的额定风量为16000m?/h。由于受磨机内物料等因素影响，生料磨机通风量与焚烧炉烟气量相平衡的实验数据如下表：

（3）烟气热交换冷却控制

     在每台生料磨机16000Nm?/h风量的作用下，生活垃圾焚烧后产生的高温烟气在焚烧炉内停留2-3s之后，便顺着与生料磨机连接的保温管道迅速进入生料磨机内。磨机内的物料主要成分为氧化钙、无烟煤和各种含有碱性成分的工业废渣，不仅消纳生活垃圾焚烧后产生的酸性臭气，而且吸收了高温烟气中的热能。

随着磨机的转动，物料在磨机内剧烈翻转，高温烟气在经过磨机的同时，与物料发生充分接触，烟气中的酸性气体（HCL、HF、SOX等）与物料中所含的大量CaO、Ca(OH)2反应，使烟气中酸性气体得到去除，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

高温烟气由850℃左右仅用3—5s的时间之内就降至65℃以下，飞灰在瞬间被吸附在生料中，为消除二噁英和重金属创造了必要条件。同时，水泥原料和焚烧炉高温烟气同时进入生料磨机内，随着物料温度的提高，水分蒸发加快，提高了生料磨机的台时产量。

 生料构成及主要成分详见下表：

（4）收尘飞灰的计量与掺烧

     生活垃圾焚烧后，产生的飞灰与三千倍的生料粉均匀的混为一起，作为水泥原料被送入成球后进行高温煅烧，其中有极少部分被风机吸入到布袋除尘器中。收尘器将扑捉到的生料灰尘在生料磨机生产的过程中，及时输送到生料库内作为水泥原料，按照规定的比例，送入水泥窑内1400℃高温煅烧。

由于物料在进入生料磨机内部之后，完全处于运动和密封状态，飞灰和粉状物料混在一起，无法进行准确计量，因此，进入生料中的飞灰数量，只能依靠生活垃圾的焚烧数量进行推算。实验表明，本地区楼房小区的生活垃圾焚烧后，其飞灰产生量为生活垃圾焚烧总量的0.2—0.3%。即每天处理60吨生活垃圾，在产生6—8吨垃圾残渣的同时，大约还产生0.2吨飞灰。因此，以日产熟料600吨计算，每天需要1000吨生料。所以，本项目利用水泥窑处置生活垃圾，其飞灰掺入量仅为生料使用量的万分之二左右。

垃圾焚烧烟气组成的特点：

垃圾经过焚烧之后产生烟气的成分与垃圾的组成、燃烧方式、烟气的处理设备有关，垃圾焚烧所产生的烟气与其他燃料燃烧所产生的烟气在成分上相差较大，其中污染物的来源及存在形态见下表。与煤燃烧相比，垃圾焚烧烟气组成的特点是其中NOX和SOX的浓度显著降低，但HCL和O2明显升高。

        垃圾焚烧烟气中污染物来源及存在形态

在水泥生料中含有一定比例的煤渣、水渣，因其比表面积大、分子结构特殊，具有较大的静电引力，对重金属有较好的吸附能力，并且对某些阳离子有较大的交换容量。垃圾焚烧烟气中的二噁英在与湿物料中多孔的煤渣、水渣接触过程中，可以被其有效吸附，并随生料团进入立窑进行高温二次燃烧。而烟气中微量的Cd、Ni、Pb、Hg等气态和固态重金属在与物料接触过程中，可以被其吸附或交换而固定，不会随烟气排入大气。烟气中的颗粒物经过布袋除尘和烟道进行有效捕集。

（5）烟气二次燃烧及二噁英去除

由生料磨机排出的烟气经过除尘后送入垃圾储存库与库内气体混合增氧后，从水泥窑底部用高压风机送进窑内。窑内焙烧区的**高温度可达1400℃，烟气中未燃尽的碳氢化合物（如二噁英、呋喃、及有臭味的气体）可以得到二次充分燃烧，燃烧后产生的少量烟气经过焙烧物料层的过滤和物理、化学吸附，垃圾焚烧产生的有害气体已得到充分净化处理。当烟气温度在250~400℃时，残炭与有机氯或无机氯在飞灰表面通过催化可以合成。由于二次燃烧气体中残炭、含氯化合物以及飞灰的浓度均很低，二噁英类污染物在窑内低温段重新被合成的可能性极小。根据中科院大连化物所对海强公司推广的四家项目检测数据分析，烟气中二噁英含量远远低于国家规定的标准。

利用立式水泥窑协同处置生活垃圾烟气中的二噁英检测数据：

（6）熟料固化垃圾焚烧灰渣中的重金属的原理

由于生活垃圾中往往含有废电池、废灯管等，这类废物经过焚烧处理后，其中所含的重金属镍、铬、锌、铜、镉、汞、铅等均进入焚烧灰渣，这类物质若不妥善处理会对环境造成极大的危害。

含重金属的炉渣、水渣作为生料进入高温焙烧炉后，在1400℃高温条件下，其中的重金属固溶到水泥熟料的矿物晶格中，从而有效地阻止了重金属的溶出，使其得到彻底地安全稳定化处理。根据青岛

公司检测，海强水泥公司在协同处理城市生活垃圾时生产的熟料和水泥中，其重金属的含量没有超过GB50295-2008s规定的标准。

三、水泥生产协同处置生活垃圾实践报告

1、生活垃圾入库记录

2、生活垃圾焚烧记录

3、二次投煤投料记录

4、生料磨头及磨尾烟气温度变化记录

5、生料磨尾烟气成分

6、入窑气体成分

7、收尘灰成分及计量

8、垃圾炉渣成分及计量

9、垃圾焚烧炉渣与收尘灰在生料中的配料数据

10、垃圾沥液产出记录

11、清水中和记录

12、成球用水记录

13、熟料产量记录

14、水泥配料及产量记录

四、产品性能测试报告

1、熟料检测

（1）熟料质量检测

（2）熟料重金属检测

2、排放检测

（1）烟气中的二噁英排放量检测报告

（2）烟气中的重金属检测报告

（3）烟气中氮氧化物等其他物质检测报告

（4）粉尘检测报告

五、企业标准及管理规程

1、企业标准

2、管理规程

六、原材料、产品质量检验制度及质保体系

七、经济效益分析报告

八、用户报告

九、附件：

1、项目立项、批复及竣工验收报告

2、地方环卫部门出具的“生活垃圾运输处置记录”报告

3、水泥、熟料产品性能及重金属残留检测报告

4、环保监测报告

5、专利技术证书

6、其他