技術|水泥窯協(xié)同處理生活垃圾方案對比分析

固廢網(wǎng)訊:城市生活垃圾處理是城市環(huán)境衛(wèi)生治理的一大難點，而利用新型干法水泥窯協(xié)同處置生活垃圾技術在處置成本、污染控制上有明顯的優(yōu)勢，是目前實現(xiàn)垃圾減量化、無害化、資源化、能源化的有效手段之一。本文介紹了水泥窯協(xié)同處置生活垃圾技術的幾種方式和發(fā)展歷程，并重點對幾種協(xié)同處置方式進行了對比分析。

一、背景

改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平迅速提高，城鎮(zhèn)化進程不斷加快，城市生活垃圾產(chǎn)量一直在增加。近年來，我國的城市生活垃圾排放量以每年10%以上的速度增長[1]，此外，國內(nèi)存量垃圾堆放量已超過80億噸，既占用土地又污染環(huán)境。另外，由于我國垃圾分類收集重視不夠，垃圾基本是混合收集，垃圾含水量高、熱值低、有機成分高，垃圾成分隨地區(qū)、季節(jié)等變化較大。

目前，我國城市生活垃圾無害化處理方式包括：衛(wèi)生填埋、高溫堆肥和焚燒，圖1為2014年我國垃圾處理方式比例，顯示我國仍然以填埋為主[2]。但焚燒憑借其減量效果最明顯、無害化最徹底、且焚燒熱量可以有效利用的特點，近年來比例上升很快，可以預見，焚燒正逐步成為處理城市垃圾的最主要方式。

與傳統(tǒng)的垃圾焚燒相比，焚燒發(fā)電所需建設與運營的費用較高，且產(chǎn)生的灰渣需要二次處理。城市生活垃圾單獨焚燒后產(chǎn)生的灰渣包括底灰和飛灰， 其主要化學成分與水泥原料相似，且具有一定的膠凝活性[3]。利用水泥窯爐焚燒城市生活垃圾，其灰渣直接混入灼燒基生料中，參與熟料煅燒的固相反應，可以既可避免有害物質(zhì)的排出，又可減少對礦山資源的耗費，真正實現(xiàn)垃圾處理的“三化”目標;利用水泥窯燒成系統(tǒng)代替垃圾焚燒處理工藝的尾氣凈化系統(tǒng)，簡化了處理流程，降低了相應的投資;緩解占地，節(jié)省建設投資;化解水泥行業(yè)過剩產(chǎn)能，促進綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展。

圖1 2014年我國垃圾處理方式比例

二、水泥窯協(xié)同處置生活垃圾的幾種方案介紹及對比2.1 國內(nèi)外水泥窯協(xié)同處置生活垃圾的現(xiàn)狀

國際上水泥窯協(xié)同處置廢物技術開始于20世紀70年代，首次試驗于1974年加拿大Lawrence水泥廠，隨后美國的Peerless、德國Ruderdorf等十多家水泥廠先后進行了試驗。截止到目前，在歐洲、北美、日本等發(fā)達國家已經(jīng)有30多年的研究應用歷史，在替代燃料研究和生態(tài)水泥生產(chǎn)方面積累了許多經(jīng)驗。據(jù)統(tǒng)計，2007年荷蘭的燃料替代率已達85%以上，2013年日本、比利時、瑞士、奧地利等燃料替代率達50%以上，美國為30%左右。

我國水泥窯協(xié)同處置生活垃圾技術推廣至今，僅有南京凱盛、海螺、中材、金隅、華新、華潤、中信、中建材等幾家領先的水泥企業(yè)集團和水泥裝備集團開展了水泥窯協(xié)同處置生活垃圾工作，僅有貴州等少數(shù)省份組織推動了水泥窯協(xié)同處置生活垃圾工作。目前，全國已建成投產(chǎn)水泥窯協(xié)同處置生活垃圾生產(chǎn)線30 多條，占水泥生產(chǎn)線的比重不足2%。

2.2 水泥窯協(xié)同處置生活垃圾的主要方案

水泥窯協(xié)同處置生活垃圾的核心是在水泥的生產(chǎn)過程中，充分利用城市生活垃圾中的可燃成分和灰渣材料，結(jié)合水泥窯的生產(chǎn)特點，應用適當?shù)募夹g解決方案，使垃圾減量化、無害化、資源化、能源化。主要的處理方案可以大致進行如下分類：

2.2.1 垃圾以固態(tài)形式入窯

2.2.1.1將垃圾直接摻入其他物料制成衍生生料或低熱值燃料再進行水泥窯處理

該項技術是將生活垃圾制成低熱值燃料或者衍生生料，再利用水泥窯處置。生活垃圾進場后，布撒石灰消毒防腐，分選出部分或全部的建筑垃圾后，進行脫水、破碎，然后調(diào)整石灰飽和系數(shù)，加入改性助燒劑和粘結(jié)劑，最終成型。調(diào)整石灰飽和系數(shù)是通過加生石灰、熟石灰、石粉、電石渣及其它含鈣材料中的一種或多種，以使灰渣中能生成適當?shù)墓杷猁}礦物、鋁酸鹽礦物、鐵酸鹽礦物等，避免水泥熟料質(zhì)量造成較大波動。

如果目標為低位值燃料，則可加入瀝青、焦油、廢油、糊精、有機合成膠等膠粘劑，加入硝酸鹽、環(huán)烷酸鹽等為主要組分的助燃劑。如果目標為衍生生料，可加入各種工業(yè)廢渣、尾礦、含碳原料，如湖南建材院的技術。這種技術路線需要當?shù)啬軌蚶酶鞣N可以參與生活垃圾配料的廢棄物。

2.2.1.2 采用微生物發(fā)酵干化制備垃圾RDF以供水泥窯替代燃料

RDF技術是建立專門的生活垃圾預處理廠，對混合生活垃圾進行破碎和發(fā)酵干化等系列處理之后，選出可燃部分，對其進行二次的破碎、加入添加劑、成型和篩分，制成RDF。RDF具有含水量低、熱值高的特點,可用作水泥工業(yè)的替代燃料。主要流程見圖2。該技術強化了對混合生活垃圾的預處理，制成的RDF產(chǎn)品在水泥工業(yè)的使用可降低企業(yè)資源能源的消耗成本，該過程不必對原有水泥窯系統(tǒng)進行太大改造,利于技術推廣。

圖2 典型的RDF水泥協(xié)同處置生活垃圾工藝流程圖

2.2.2 垃圾焚燒后以氣態(tài)形式入窯

2.2.1.1 爐排爐與水泥窯協(xié)同處置生活垃圾工藝(南京凱盛)

圖3 爐排爐與水泥窯協(xié)同處置生活垃圾工藝流程圖

垃圾由運輸車運送至垃圾坑內(nèi)儲存，垃圾坑采用全密閉負壓結(jié)構(gòu)，負壓通過垃圾庫引風機產(chǎn)生，排出的臭風引入空預器，利用垃圾焚燒的高溫煙氣加熱至220℃作為助燃風。

新鮮垃圾倒入儲坑后生物干化后，可以降低水分，提高熱值，干化后的垃圾經(jīng)過行車抓斗輸送到爐排爐里干燥、燃燒、燃盡，焚燒爐燃燒后出口煙氣溫度為850~950℃，高溫煙氣通入窯尾分解爐內(nèi)，與分解爐內(nèi)的高溫煙氣混合，然后，從下至上經(jīng)過旋風筒與自上而下的生料換熱。分解爐內(nèi)燃燒煙氣溫度大于850℃，停留時間在7秒以上，煙氣里的有毒有害物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)被徹底破壞，從而達到國家排放標準排放。爐排爐排出的爐渣經(jīng)除鐵后，送入水泥原料磨作為水泥原料，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，重金屬有害元素經(jīng)回轉(zhuǎn)窯高溫煅燒后固溶在熟料里。

垃圾在儲存過程中生成的滲濾液為高濃度有機污水，經(jīng)過濾處理后，噴射至分解爐內(nèi)高溫蒸發(fā)氧化處理，完全分解有機成分，實現(xiàn)無害化。

2.2.1.2 垃圾焚燒氣化爐與水泥窯協(xié)同處置生活垃圾工藝(海螺)

CKK技術是在水泥窯系統(tǒng)外建立平行的垃圾焚燒氣化爐，然后將焚燒后的煙氣和爐渣導回窯系統(tǒng)中處置。主要流程見圖4。整個生活垃圾處置過程在封閉式負壓環(huán)境中進行，無粉塵和臭氣的泄露的問題，垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過窯系統(tǒng)的高溫分解和高效除塵系統(tǒng)浄化后可達標排放，爐渣可作為替代生料被固定于水泥熟料中，或作為混合材而最終被固定在水泥混凝土中。

圖4 垃圾焚燒氣化爐與水泥窯協(xié)同處置生活垃圾工藝流程圖