水泥窑协同处置生活垃圾技术探讨

摘要：随着国家经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，城市生活垃圾也随之迅速增加。为了解决生活垃圾对环境的影响，目前可行性方案中，垃圾焚烧发电是最安全、环保且高效的解决方案。水泥窑协同处置生活垃圾作为城市生活垃圾处理的一种补充，具有自身优势。

关键词：生活垃圾焚烧发电；水泥窑协同处置技术

引言：随着我国城市生活垃圾产量每年8％~10％的速度增长，预计到2020年，我国生活垃圾产量将达约3．23亿吨。垃圾焚烧技术由于可以对生活垃圾最大化的减容减量，己成为目前世界上发达国家处理生活垃圾的主要方式，但是，生活垃圾焚烧后仍会产生20％~30％的灰渣，若处理不当将对人类生存环境及人身健康产生极其严重的危害。水泥窑协同处置技术是利用水泥高温煅烧窑炉焚烧处理生活垃圾，有机物在焚烧的过程中被彻底分解无害化，产生的热量被水泥生产回收，实现能量利用的最大化，残余灰渣作为水泥材料直接进入水泥产品中，这样不仅减少了废物排放量而且实现了废物的资源化。与传统的垃圾处理厂焚烧垃圾的方法相比，水泥窑协同处置技术将生活垃圾利用水泥窑焚烧，即可为水泥窑提供一定量的热值，同时焚烧灰渣可作为水泥熟料，具有明显的经济及技术优势，并且能够最大限度地降低了城市生活垃圾对周边环境的影响。

1水泥窑协同处置生活垃圾的现状

水泥窑协同处置生活垃圾技术于20 世纪70 年代在国外兴起，发达国家在水泥窑替代燃料及飞灰固化等方面积累了大量经验。我国于20 世纪末开始尝试利用水泥窑协同处置有机废料等，开始阶段，预处理工艺较为复杂且处理量相对较小。进入21世纪以来，北京、四川、广州、安徽等省相继建成了规模较大的水泥窑协同处置生活垃圾生产线，其生活垃圾年处置能力不断提高。随着水泥产业产能过剩现象的显现，国家针对水泥产业布局，出台了一系列产业政策，新建扩建水泥项目必须实现等量或减量落后产能置换。为此，大量水泥企业在国家政策红利面前选择水泥窑协同处置固体废物，以便争取政策资金，提高经济效益。由此带来的产业扩张及布局不均等问题。此外，利用水泥协同处置生活垃圾还有许多困难和问题，在协同处置没有分选的城市生活垃圾方面的实践较少，在技术研究、实际经验、垃圾管理及相关政策、标准、技术、监督等方面与国外同行存在较大差距。

2水泥窑协同处置生活垃圾的技术特点

水泥窑协同处置生活垃圾是利用水泥高温煅烧窑炉焚烧处理生活垃圾，有机物在焚烧的过程中被彻底分解无害化，产生的热量被水泥生产回收，实现能量利用的最大化，残余灰渣作为水泥材料直接进入水泥产品中。与传统的垃圾处理厂焚烧垃圾的方法相比，水泥窑协同处置生活垃圾技术主要具有以下特点：（1）焚烧温度高，高温区域停留时间长，垃圾处理彻底；水泥窑内物料温度一般高于1450℃，气体温度则高于1750℃，甚至可达更高温度。气体在温度> 950℃以上的停留时间在8 s以上，高于1300℃以上停留时间 > 3 s，垃圾生活垃圾长时间处于高温之下可得以均匀、稳定燃烧，使垃圾燃烧过程中产生的二恶英等有毒气体在分解炉中完全分解；垃圾中有毒有害成分去除率可达99.999％以上，远高于垃圾焚烧炉。（2）水泥窑内高温、高浓度、高均匀性碱性环境可以中和废物中的酸性物质为稳定的盐类；生料中CaCO3分解生成高活性CaO与垃圾焚烧烟气中HCI反应生成CaCI2，有效抑制酸性物质的排放；并吸附未燃尽的二恶英前体有机物，从而有效阻止降温过程中二恶英再次生成。（3）由于城市固体生活垃圾碳排放系数显著低于煤炭，因而城市固体生活垃圾取代水泥工业生产中燃煤后，能够大幅降低二氧化碳排放量；与煤炭燃烧相比较，每协同处置1kg生活垃圾衍生燃料，能够减少排放CO2 1.6kg。（4）由于城市固体生活垃圾主要源于人们日常生活，重金属含量相对较低，且主要为As、Cr、Hg、Cd、Zn、Ni、Pb、Cu等少量重金属元素，以单质、化合物或其它化合物的形式存在。

水泥窑协同处置生活垃圾过程中，微量重金属元素通过物理封固、替代、吸附等作用，可吸附固化于水泥熟料矿物晶格中，避免了重金属的再度扩散；并且这些重金属形成的复合型矿物挥发温度很高，不会在水泥窑炉系统中形成富集。（5）由于可燃性废物对矿物质燃料的替代，减少了水泥工业对矿物质燃料(煤、重油、天然气等)的需要量。

3水泥窑协同处置生活垃圾的经济效益

垃圾焚烧发电厂关键设备为焚烧炉，随着我国垃圾焚烧发电设备的国产化及规模化，该设备的购买费用已比从前国外进口时费用大大降低；另外焚烧发电厂配套的废气、废水、及固体废物的治理设备投资费用也相对较高。废气治理方面，一般采用“SNCR炉内脱氮＋半干法脱酸＋干法喷射＋活性炭吸附＋布袋除尘”的类似组合方案，甚至考虑采用SCR替代SNCR；垃圾渗滤液一般采用“生化处理+深度处理”的组合工艺，其中深度处理往往采用超滤+纳滤/反渗透的组合工艺，设备投资费用较高；焚烧炉渣及飞灰需要进行二次处理，飞灰往往要固化后才能按照一般固体废物填埋，处理费用不可避免。

水泥窑协同处置生活垃圾可利用现有水泥窑进行改造，只需增加原料预处理系统，工程及设备投资费用较低。三废方面，依托水泥窑内的高温、碱性环境，无需配套脱酸性气及二噁英防治措施，原有“SNCR脱硝+布袋除尘”的组合工艺可完全满足废气治理需要；协同处置过程不产生固体废物，无需新增固废治理费用；产生的过量垃圾渗滤液需要新建配套污水处理设施，但比起焚烧发电相对规模较小，投资不大。

鉴于设备的依托性和投资的差距，水泥厂协同处置生活垃圾的运行费用相对垃圾焚烧发电厂运行费用要低很多。面对投资和运营费用的双重差距，往往水泥厂能够较快的完成投资回收，加之我国当前政策对垃圾发电和焚烧的补贴，水泥厂通过改造后协同处置生活垃圾有望实现巨大盈利。

4水泥窑协同处置生活垃圾技术存在的问题

水泥窑协同处置城市生活垃圾在我国尚处于发展阶段，实际应用较少，对水泥窑协同处置生活垃圾以及能够同时满足水泥生产运行与产品质量要求的研究有待深入。尤其值得注意的是，由于城市固体生活垃圾来源复杂多变，未经处理的原态生活垃圾含水量高、发热量低、粒度范围广、灰分含量高，烟气中过多碱、氯、硫等成分的存在，会在水泥窑尾部上升烟道富集，引起水泥窑旋风预热器及分解炉下部结皮、堵塞，对水泥生产造成一定影响，而且高含量的氯对水泥的质量存在一定影响，并且可能对钢筋产生腐蚀作用。因此并不是所有可焚烧的生活垃圾都能在水泥窑中进行协同处置，对其组成和处理量都需有一定要求；为保证水泥生产品质，水泥窑焚烧处理对入窑垃圾水分、成分等要求较高，一般需进行预处理。另外实际应用中生活垃圾配比、掺烧量、燃烧器设计等诸多操作参数和技术问题也有待深入研究。

结语：

垃圾焚烧发电在我国已日趋成熟，新型垃圾焚烧发电厂在满足环保要求的同时也越来越高端化。水泥窑协同处置生活垃圾技术表现出了更好的排放情况和更为彻底的资源化处理，能有效减少二次污染引发的环境问题；经济效益上，依托于现有水泥设备，水泥窑协同处置技术设备投资少，运行费用低，投资回收期短，表现出更好的投入产出比。但由于国内实际应用经验不足，水泥窑协同处置技术在推广上尚存在许多难题，亟待解决。

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