水泥窯協(xié)同處置村鎮(zhèn)生活垃圾

環(huán)保網(wǎng)訊:目前，村鎮(zhèn)生活垃圾的處理方法以露天堆放、焚燒和堆肥為主，但缺乏專(zhuān)業(yè)設(shè)備及科學(xué)合理指導(dǎo)，極易導(dǎo)致二次污染，達(dá)不到根本處理的目的。

近年來(lái)，新型干法水泥窯溫度高、堿性氣氛、負(fù)壓環(huán)境、不產(chǎn)生灰渣等處置生活垃圾的天然優(yōu)勢(shì)受廣大專(zhuān)家學(xué)者所關(guān)注，該方法在國(guó)內(nèi)外已形成多種技術(shù)，如銅陵海螺的 CKK( conch kawasaki kilnsystem) 技術(shù)11]、湖北華新水泥廠的 RDF( refuse de-rived fuel) 技術(shù)[12]以及丹麥?zhǔn)访芩构緹岜P(pán)爐技術(shù)[13]等。然而在實(shí)際運(yùn)行中，這些技術(shù)僅針對(duì)大批量的城市生活垃圾或垃圾中的可燃成分的處置，而村鎮(zhèn)生活垃圾在垃圾量、產(chǎn)生源、成分特點(diǎn)、收運(yùn)難易程度等方面與城市生活垃圾存在極大差異。 因此對(duì)于新型干法水泥企業(yè)附近的村鎮(zhèn)尋求一種簡(jiǎn)單易行、投資省的新技術(shù)勢(shì)在必行。

1 技術(shù)流程和設(shè)計(jì)

依托于某水泥廠日產(chǎn) 4 500 t 熟料的新型干法水泥窯生產(chǎn)線完成了實(shí)驗(yàn)，具體流程見(jiàn)圖 1。垃圾分選廠對(duì)原始村鎮(zhèn)生活垃圾的簡(jiǎn)易預(yù)處理見(jiàn)圖 2，摻燒生活垃圾過(guò)程前后窯工況檢測(cè)位點(diǎn)的設(shè)置見(jiàn)圖 3。

實(shí)驗(yàn)期間，以 7 ～ 8 t / h 的速率將生活垃圾投入至 3 次風(fēng)管末端，按其摻燒總量分為空白、20、50 和 80 t 4 組。實(shí)驗(yàn)時(shí)間為摻燒前 3 h 到摻燒后 3 h，其中窯工況及污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集頻率為30 min，水泥熟料樣品的采集頻率為 2 h。

2 結(jié)果與討論

2. 1 生活垃圾基本性質(zhì)

據(jù)分析，村鎮(zhèn)生活垃圾的含水率為 41. 86% ，灰分 24. 10% ，揮發(fā)分 34. 04% ，濕基高位熱值 5 839kJ / kg，可見(jiàn)村鎮(zhèn)生活垃圾含水量、揮發(fā)分均較大，熱值低。由表 1 可知，焚燒后的生活垃圾與原燃料煤的化學(xué)成分相似，均是含硅量最高，其中對(duì)水泥窯危害較大的是硫和氯，相比之下，生活垃圾中含硫量更低而含氯量更高一些，但是絕對(duì)量也不大，因此，少量的生活垃圾的摻燒不會(huì)窯系統(tǒng)的結(jié)皮以及污染物的排放。

2. 2 對(duì)水泥窯生產(chǎn)工藝的影響

村鎮(zhèn)生活垃圾的摻燒對(duì)水泥窯系統(tǒng)的影響主要分為 2 個(gè)方面: 一方面可能會(huì)影響窯系統(tǒng)的穩(wěn)定性;另一方面可能會(huì)造成窯系統(tǒng)內(nèi)襯材料結(jié)皮。窯系統(tǒng)部分監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表 2，由表 2 可知，80 t摻燒摻燒范圍內(nèi)，對(duì)分解爐溫度均值和預(yù)熱器出口負(fù)壓均值影響不大。盡管生活垃圾含水量大，熱值低，但相對(duì)于 350 t / h 的生料喂入量而言，其摻量只有 2% 左右，窯系統(tǒng)足以將其消納; 在摻燒 50 t 生活垃圾過(guò)程中，分解爐溫度波動(dòng)和預(yù)熱器出口負(fù)壓波動(dòng)較為明顯，究其原因是生活垃圾含水率的波動(dòng)性較大，也有中控操作員操作不適應(yīng)的原因，但這些波動(dòng)仍在可控范圍內(nèi)。

一般情況下，水泥窯系統(tǒng)中四級(jí)和五級(jí)預(yù)熱器(溫度為 700 ～ 80℃ ) 下料管最易結(jié)皮，久而久之，便會(huì)影響系統(tǒng)通風(fēng)，甚至下料管堵塞，其原因在于原生料與燃料中的堿會(huì)從燒成帶揮發(fā)出來(lái)進(jìn)入氣相，并與二氧化硫和氯反應(yīng)生成硫酸堿和氯化堿，隨氣流至預(yù)分解系統(tǒng)，溫度降低至 800 ℃ 時(shí)即可出現(xiàn)液相，隨后冷凝至生料顆粒上，經(jīng)多次循環(huán)富集，冷凝下的物料會(huì)粘附在預(yù)熱器的鏈接管道內(nèi)形成結(jié)皮，甚至堵塞。在操作上表現(xiàn)為四級(jí)和五級(jí)預(yù)熱器負(fù)壓的變化。由表 2 可知，在本實(shí)驗(yàn)中 80 t 生活垃圾的摻燒對(duì)四級(jí)和五級(jí)預(yù)熱器負(fù)壓均值影響不明顯; 雖然摻燒量為 50 t 時(shí)，四級(jí)和五級(jí)預(yù)熱器的負(fù)壓波動(dòng)較大，但是摻燒過(guò)后均恢復(fù)正常，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)期間水泥窯摻燒少量村鎮(zhèn)生活垃圾尚未顯示出結(jié)皮危害，摻燒過(guò)程的波動(dòng)是由投入分解爐中生活垃圾的粒徑不均和含水量波動(dòng)引起的。

2. 3 對(duì)水泥熟料品質(zhì)的影響

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可能由于村鎮(zhèn)生活垃圾的摻燒引入一部分的垃圾灰分而影響水泥熟料的品質(zhì)。由該工藝生產(chǎn)的熟料性能見(jiàn)表 3。

由表 3 可知，生活垃圾摻燒量在 20～ 80 t 范圍內(nèi)，生產(chǎn)的水泥熟料仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家現(xiàn)行通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)[15]中 P˙I 42. 5水泥的要求。

2. 4 對(duì)水泥窯污染物排放的影響

新型干法水泥窯常規(guī)污染物主要是煙氣中的NOx 、SO2 和顆粒物，摻燒生活垃圾后，污染性物質(zhì)的監(jiān)測(cè)還包括二惡英。水泥廠常規(guī)性污染物排放監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表 4。由表 4 可知，在 80 t 摻燒范圍內(nèi)，生活垃圾的摻燒對(duì)水泥窯系統(tǒng) NOx 、SO2 和顆粒物的排放量無(wú)負(fù)面影響，均符合國(guó)家現(xiàn)行水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 的要求。一方面是由于新型干法水泥窯天然的堿性氣氛、負(fù)壓環(huán)境和高效氣固分離系統(tǒng)，抑制了顆粒物外漏，酸性氣體被吸收或吸附在熱生料當(dāng)中，最終進(jìn)入熟料或在窯內(nèi)循環(huán); 另一方面，出預(yù)熱器后的煙氣先后經(jīng)過(guò)增濕塔、生料磨、選擇性非催化還原( SNCR) 系統(tǒng)和電除塵系統(tǒng)，其中的污染性物質(zhì)被進(jìn)一步的凈化處理。

水泥窯摻燒 80 t 村鎮(zhèn)生活垃圾時(shí)，窯尾煙氣中二惡英含量的檢測(cè)結(jié)果為 0. 004 0 ng TEQ / m3 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家現(xiàn)行水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)的限值 0. 100 0 ng TEQ / m3。以往的研究表明，二惡英主要由其前驅(qū)體或含氯有機(jī)物燃燒過(guò)程中，在重金屬或飛灰的催化作用下形成的。氯源是生成二惡英的主要原因，原生料及燃料中的氯極其微量，因此本次檢測(cè)二惡英生成的主要源于村鎮(zhèn)生活垃圾的的摻燒。但由于村鎮(zhèn)生活垃圾在預(yù)處理過(guò)程中將塑料等含氯較高的物質(zhì)剔除，且分解爐 870 ～ 900 ℃ 左右的高溫環(huán)境、湍流程度和 7 s 以上氣體停留時(shí)間足以使生成的二惡英及其前驅(qū)體徹底分解。

2. 5 服務(wù)范圍

按照 4 500 t / d 熟料的水泥窯協(xié)同處置村鎮(zhèn)生活垃圾量為 80 t / d，村鎮(zhèn)居民人均生活垃圾產(chǎn)生量為 0. 5kg / d 計(jì)算 該水泥窯可服務(wù)人口為 16 萬(wàn) 可根據(jù)不同的人口密度服務(wù)不同范圍內(nèi)的村鎮(zhèn)。然而距離水泥窯距離過(guò)遠(yuǎn)，則在運(yùn)輸方面有一定困難。

因此，生活垃圾的處置應(yīng)當(dāng)綜合考慮村鎮(zhèn)當(dāng)?shù)厝丝凇⒔?jīng)濟(jì)、企業(yè)等各方面條件，力求低成本、無(wú)害化處理處置村鎮(zhèn)生活垃圾。

3 結(jié) 論

村鎮(zhèn)生活垃圾摻燒前后結(jié)果可知，水泥窯協(xié)同處置村鎮(zhèn)生活垃圾對(duì)窯工況影響不明顯，水泥窯系統(tǒng)工況少量的波動(dòng)，仍處于可控范圍內(nèi); 水泥窯協(xié)同處置村鎮(zhèn)生活垃圾對(duì)水泥熟料品質(zhì)影響不大滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn); 同時(shí)對(duì)水泥窯污染物排放沒(méi)有負(fù)面影響，均符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。該工藝流程簡(jiǎn)易，投資成本低，對(duì)于垃圾收運(yùn)困難大且財(cái)政資金不足的村鎮(zhèn)而言，具有一定借鑒意義。

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