水泥窑协同处置生活垃圾模式分析及未来发展趋势

摘要：水泥窑协同处置生活垃圾作为一种安全、环保的处理技术，已成为除焚烧处理之外生活垃圾处理的重要辅助手段。本文着重阐述并分析了我国生活垃圾产生及处理现状、协同处置生活垃圾技术路线、技术经济对比、技术适用性等内容，并提出水泥窑协同处置生活垃圾发展建议。

关键词：水泥窑；协同处置；生活垃圾

0引言

随着我国经济高速发展，城市化进程加快，生活垃圾的产生量逐年增加，2016年全国垃圾清运量达到了2.036亿吨，生活垃圾处理问题备受关注。目前，我国生活垃圾处理方法主要有卫生填埋、堆肥、焚烧等，生活垃圾的无害化程度可达95%以上，但仍以卫生填埋作为主要无害化处理方式。由于水泥窑具有较强的消纳处理各类废弃物的能力，水泥窑协同处置生活垃圾作为一种安全、环保的处理技术，已成为生活垃圾处理的重要辅助手段。水泥企业开展协同处置生活垃圾项目有助于实现企业绿色转型，具有良好的社会效益和环境效益。

1我国生活垃圾产生及处理现状

1.1我国生活垃圾清运及处理情况

根据2017年中国统计年鉴[1]，截至2016年底，全国生活垃圾清运量为2.036亿吨。在已建成生活垃圾处理设施方面，2016年我国已建成无害化处置厂共940座，其中卫生填埋657座，焚烧249座，其他34座。我国无害化处理能力达62.135万吨/日，其中卫生填埋处理能力35.01万吨/日，焚烧处理能力25.585万吨/日，其他方式处理能力1.54万吨/日。2016年，我国生活垃圾无害化处理量为1.967亿吨，无害化处理率为96.6%，其中卫生填埋1.187亿吨，占无害化处置量的60.3%；焚烧7378.4万吨，占无害化处置量的37.5%；其他428.9万吨，占无害化处置量的2.2%。由此可见，我国生活垃圾无害处理仍以卫生填埋为主，随着已有卫生填埋场即将进入大量填满关闭状态，以及新建卫生填埋场选址困难，我国生活垃圾处理方式将会逐渐发生变化，未来必将以焚烧等方式作为主要处理方式。

1.2我国生活垃圾产生特点

生活垃圾中主要含有厨余类、纸类、橡塑类、纺织类、木竹类、玻璃类、金属类、灰土类、砖瓦陶瓷类等组分[2]。我国生活垃圾产生特点与国外发达国家相比有显著的不同，国内外生活垃圾组分对比如图1所示[3-4]。美国、德国、日本等发达国家产生的生活垃圾主要以纸类为主，其次为厨余垃圾，而我国城市生活垃圾以含水率高、有机质含量高的厨余类组分为主，厨余垃圾所占比例超过50%，相比于发达国家，我国城市生活垃圾中可回收利用的纸类、金属类和橡塑类组分较低。而且因为我国幅员面积辽阔，南北方气候、生活习惯差距大，所以南北方生活垃圾组分差距大。南方地区垃圾含水率高，在雨季可以高达70%，北方地区垃圾含水率低，冬季含水率在30%。由于中国城乡二元经济结构导致城镇区域社会经济发展水平普遍低于城市，村镇生活垃圾人均产量普遍低于其对应城市。城市与村镇垃圾在组成方面也有很大差异。村镇生活垃圾主要由厨余类与灰土类垃圾组成，而且灰土类含量呈现明显的由南向北递增的趋势。

1.3生活垃圾处理技术

目前，生活垃圾处理方法主要有卫生填埋、堆肥、焚烧等[5-6]。卫生填埋作为最早应用的生活垃圾处理方法，其技术比较成熟，操作管理比较简单，投资和运行费用较低，但该方法的垃圾减容效果差，侵占大量土地资源，且产生的渗沥液、沼气收集处理难度大，易造成二次污染。堆肥作为有效处理富含有机成分生活垃圾的重要方法，由于我国生活垃圾组分复杂，堆肥在中国应用不广泛。

焚烧处理是除卫生填埋外应用最多的生活垃圾无害化处置方式，近二十年在中国发展速度较快，已成为我国大型城市生活垃圾处理的主要手段。以北京市为例[7]，北京市生活垃圾年焚烧量由2008年的12.6万吨增加到2016年的300万吨，增加了23倍；焚烧处理比重由2008年的1.87％增加到2016年的41.05％，增加了21倍。但焚烧处理带来了焚烧尾气、飞灰、灰渣等多种问题，尤其焚烧尾气中包含有颗粒物、SO2、重金属、二噁英等多种污染物，飞灰中含有苯系物、二噁英等有机污染物及铅、铜等多种重金属，飞灰属于《国家危险废物名录》中列明的危险废物。随着公众环境保护意识的提高以及大众对垃圾焚烧技术环境安全性认识的缺乏，许多新筹建的垃圾焚烧厂往往受到周边民众的抵制与反对，焚烧厂选址困难。

由于水泥窑具有较强的消纳处理各类废弃物的能力，且不会产生灰渣和飞灰，近年来得到了快速发展，华新、金隅、海螺、中材国际、华润等多家水泥集团已纷纷建成水泥窑协同处置生活垃圾项目。水泥窑协同处置生活垃圾作为一种安全、环保的处理技术，已成为生活垃圾处理的重要辅助手段。

2我国水泥窑协同处置生活垃圾模式分析

2.1国内主要协同处置生活垃圾技术路线

据统计，截至2018年10月底，我国已建成水泥窑协同处置生活垃圾项目57个，处置能力达770万吨/年。在我国应用的水泥窑协同处置生活垃圾技术较多，华新、金隅、海螺、中材国际、华润等水泥集团均采用了不同的技术路线。但从基本原理区分，可以分为两大类：（1）制备垃圾衍生燃料（RDF）入窑处理工艺，具体为通过脱水、破碎、筛分等工艺将生活垃圾中可燃组分制备成RDF，RDF输送至水泥窑高温区进行焚烧，可以替代部分燃煤，该工艺应用于华新、中材国际等；（2）将生活垃圾经过脱水、破碎等预处理后，通过新增加配套焚烧设施（如气化炉、热盘炉等）对预处理后的垃圾进行焚烧，产生的废气和废渣入水泥窑，该工艺应用于金隅、海螺、华润等。

2.1.1替代燃料技术（华新）

华新公司借鉴豪瑞集团在废物处理技术领域的经验，并结合我国生活垃圾的特点，与豪瑞集团共同开发了生活垃圾制备替代燃料技术[8]，其替代燃料制备工艺流程如图1所示。生活垃圾经过破碎，然后送到干化系统干化15~18d，使原生态生活垃圾的含水率由45％以上降低至25％左右，干化的垃圾输送至分选车间，分选出的有机质、可燃物等作为替代燃料输送至分解炉，分选出砖瓦碎块等不可燃物入填埋场。整个过程中产生的垃圾渗滤液，由水泥窑窑头喷入进行焚烧处理。

2.1.2替代燃料技术（中材国际）

中材国际自主研发了利用新型干法水泥窑协同处置城市生活垃圾的完整系统[9]，包含生活垃圾处理厂和水泥厂配套接纳两个部分，工艺流程如图2所示。生活垃圾由运输车送至预处理厂直接进行分选处理，分选出其中的可燃物(塑料、橡胶、纸片等)与不可燃物(无机物、厨余物等)运送至水泥厂。可燃物经压缩脱水后，作为替代燃料喂入分解炉；不可燃物直接参与生料配制，进入生料磨内进行粉磨。过程产生的臭气及污水，经过专门的处理系统处理达标后排放。

2.1.3替代燃料+气化炉技术（金隅）

金隅研发的生活垃圾制备替代燃料+气化炉技术已成功应用，该技术工艺流程如图3所示。生活垃圾进厂后入储坑，由行车抓斗进行垃圾均化，然后喂入垃圾破碎机，破碎后的垃圾进入滚筒筛分机，筛上物进入脱水机脱水，脱水后的物料通过溜槽进入垃圾筛上物储库，筛下渣土进入缓冲仓，然后通过皮带输送到污泥储坑。筛上物垃圾由抓斗抓入给料机后进入气化炉，经气化燃烧后，分解为高温可燃气和无机炉渣，高温可燃气进入分解炉，炉渣经出渣机和除铁后入生料磨配料仓。过程中产生的渗滤液收集后，泵入窑头焚烧处理。

2.1.4 CKK技术（海螺）

CKK技术是海螺与日本川崎共同开发的利用水泥工业新型干法窑和气化炉相结合处理城市生活垃圾技术[10]，其工艺流程如图4所示。生活垃圾经破碎搅拌均化后，入气化炉内，垃圾在500~550℃的温度环境下与流化砂混和、沸腾，部分垃圾欠氧燃烧产生热量以维持温度，垃圾发生气化反应，生成气化烟气，并送到分解炉内进一步燃烧。烟气中的可燃气体可作为替代燃料。灰渣从气化炉底部排出，冷却后分离出铁、铝等金属，无机物灰渣用作水泥生产原料。

2.1.5机械生物法预处理+热盘炉技术（华润）

华润率先在我国采用该技术实现生活垃圾协同处置[11],工艺流程如图5所示，热盘炉由丹麦FLSth公司专为水泥窑焚烧废弃物研制，目前已在加拿大、挪威、中国等50个项目上成功应用。生活垃圾经破碎、生物干化、挤压脱水等预处理后，计量输送入热盘炉，在高温三次风（900℃）中引燃，焚烧温度可达1050℃。焚烧残渣进入水泥窑，形成水泥熟料；焚烧产生的气体经高温燃烧、彻底分解后，经窑尾排放。

2.2不同协同处置生活垃圾工艺技术经济对比

综合国内已建成的水泥窑协同处置生活垃圾项目情况，不同协同处置生活垃圾工艺的技术经济对比如表1所示。在投资方面，替代燃料技术（华新）、替代燃料技术（中材国际）、CKK技术（海螺）、机械生物法预处理+热盘炉技术（华润）的投资成本高，协同500吨/天生活垃圾项目投资超过1亿元；替代燃料+气化炉技术（金隅）的投资成本相对低一些。在运行成本方面，上述五项技术运行成本在120~220元/吨之间，相比较而言，替代燃料+气化炉技术（金隅）运行成本约130~150元/吨，机械生物法预处理+热盘炉技术（华润）运行成本约120~140元/吨，二者相对低一些。

2.3不同协同处置生活垃圾技术适用性分析

不同协同处置生活垃圾技术适用性分析如表2所示，综合分析，各类处置技术均具有其适用性，并都取得了工程示范。

3水泥窑协同处置生活垃圾发展趋势及发展建议

近年来，我国水泥窑协同处置生活垃圾行业得到了长足的发展，已建成的项目达57个，成为了水泥企业绿色转型的一个重要方向，为解决项目当地由生活垃圾引发的环境问题，发挥了显著的作用，取得了良好的社会效益和环境效益。未来，水泥窑协同处置技术在生活垃圾处置方面，必将会继续发挥重要的作用。

但在发展过程中所面临的各方面问题，仍不可忽视，综合分析所面临的问题，并提出发展建议如下：

（1）项目建设定位应合理。生活垃圾焚烧发电厂具有较大的处置能力，处置能力一般大于1000吨/天，可与大城市产生的垃圾量匹配，焚烧发电已成为我国大型城市生活垃圾处理的主要手段。而水泥窑协同处置生活垃圾项目处置能力最大一般为500吨/天，与中小城市、县城产生的垃圾量匹配。因此，水泥窑协同处置生活垃圾项目应围绕中小城市、县城建设，可保证垃圾产生量与处置能力相匹配。

（2）确定重点推广的技术路线。我国已形成了多种适用于我国生活垃圾处置的技术路线，各种技术路线均具有其适用范围，且都取得了工程案例实践。从项目投资和运行情况来看，制备替代燃料是水泥窑协同处置生活垃圾的发展方向，应根据项目的垃圾产生量、垃圾品质、场地等具体情况选择相适用的技术路线。

（3）推荐“建设预处理中心+水泥企业终端处置”模式。区别于危险废物等固体废物，生活垃圾组分相对简单，适合建设预处理中心，得到均质化的生活垃圾预处理产物，通过皮带输送、汽车转运等方式，由水泥企业进行终端处置。随着我国推广垃圾分类工作，预处理工作将更容易实现，预处理产品质量也会更好。

（4）项目经济效益不明显。区别于生活垃圾焚烧发电项目有完善的财政补贴政策，协同处置生活垃圾项目缺少国家补贴政策支持，某些项目仅从地方政府获得了少量财政补贴。从已运行的项目来看，大部分项目处于不盈利或亏损状态，项目经济效益不明显，若仅从经济效益考虑，不建议开展协同处置生活垃圾项目建设。

（5）项目社会效益、环境效益显著。在水泥产能过剩和供给侧改革的背景下，水泥企业进行绿色转型已变得日益迫切，而开展协同处置是实现水泥企业绿色转型、维持生存的重要方向。未来水泥企业将会承担更多的社会责任，为解决城市环境问题发挥重要作用。