处置生活垃圾技术及工程应用

摘要：生活垃圾一般是指城乡居民生活产生的废弃物。利用水泥窑炉协同处置生活垃圾既能达到无害化处理效果，又能替代部分原燃料，具有较好的社会效益和经济效益，符合垃圾无害化处理和水泥工业可持续发展战略。以新型干法水泥生产线为依托，水泥窑协同处置生活垃圾技术的工程方案进行研究，对于我国城镇化发展，特别是中小城市具有现实的意义和市场应用前景。

关键词：生活垃圾处理；水泥窑系统；工程应用

引言

生活垃圾作为生活代谢的产物已经成为城镇发展的负担，我国政府相关部门处理生活垃圾的压力越来越大，单独建设生活垃圾处理厂，存在选址难、投资大、成本高等问题。而利用水泥窑系统对废弃物进行处置不仅能够减少废弃物对环境造成的影响，同时也能够利用废弃物的残余热值，创造经济效益。因此，利用水泥窑对废弃物进行处理势在必行。

1水泥窑系统处置废弃物技术概述

1.1水泥窑系统处置废弃物技术的含义

水泥窑协同处置垃圾技术实际上是垃圾焚烧技术（机械炉排炉技术、流化床技术、热解气化技术、水泥窑协同处置技术）中的一种，是将水泥窑生产水泥熟料的过程与固体废弃物处理的过程结合到一起，使二者的优势能够互补，提高水泥生产效率与废弃物处理效果。与传统的焚烧处理方法不同，水泥窑协同处置技术在利用废弃物热值的基础上，还能够将废弃物中残存的难以热分解的物质固定在生产的水泥之中，减少这些物质在环境中渗出的可能性[1]。

1.2水泥窑系统处置废弃物的优势

1.2.1水泥窑生产温度高可彻底分解垃圾中的有害成分水泥窑处理废弃物时，窑内固体温度约为1450℃，而燃烧能够让窑内废气的温度升高至1800℃左右。高温气体在水泥窑内停留的时间较长，大约能够超过8s，其中温度高于1100℃的时间在4s左右；燃烧废物在水泥窑内停留的时间更长，基本上能够维持在20~30min左右，由于助燃气体的输入使得燃烧的废弃物整体呈现流化状态，且氧气充足，有助于有害物质充分反应。据计算，有害物质去除率能够达到99.999%[2]。1.2.2窑内呈碱性气氛，能抑制二噁英形成水泥窑在生产运作时会产生较多粒径较小且分布均匀的的氧化钙，不仅能够对一些酸性物质进行吸附，还可以与他们充分反应，在窑内形成较好的固相碱性环境。水泥窑的该项性质可以有效抑制“二噁英”物质的生成。据统计，水泥窑协同处置废弃物系统的热容量大，高温环境较为稳定，且后续装置能够有效降低废弃温度，使得废气中二噁英含量远低于相关标准。1.2.3水泥窑焚烧采用闭路生产措施，不产生新的废物水泥窑协同处置废弃物系统可以有效减少固体废弃物残渣的生成，同时废气中污染物质含量较低，使得处理过程中生成的二次污染物含量较少且无法泄漏到环境之中。加上当前使用的水泥窑处理废弃物系统产生的废气都需要经由除尘装置收集粉尘后继续高温处理，减少了废气、渗滤液、废渣等物质的排放量，不产生新型废物[3]。1.2.4水泥生产过程中的熟料吸收重金属根据上述内容可以看出，水泥熟料的生产过程可以有效固化废弃物中的重金属物质，同时水泥具有一定的阻绝效果，可以有效减少重金属、有机物质等进入环境，造成污染。1.3水泥窑系统处置废弃物技术在我国的适用性虽然我国正在逐步加强城市化建设力度，但是当前乡镇数量众多，故设计合理的固体废弃物处理方式时仍然要以该类对象角度考虑。水泥窑系统处置废弃物量约为100t/d，处理垃圾种类多为热值较高的生活垃圾、污泥、餐余废物乃至危险废物等，且建设面积小、所需投资金额较低、所用设备无需转运或长途运输，对乡镇地区较为友好，便于投入正式使用。

2水泥窑系统处置废弃物技术的工程应用

2.1处置废物的前处理工作

为了能够尽可能提高水泥窑系统处置废弃物的效率与安全性能，原生生活垃圾垃圾入窑焚烧前需要进行预处理和预焚烧。2.1.1垃圾预处理预处理主要分为2种方式：制RDF燃料、破碎+生物干化+机械脱水。RDF即为垃圾衍生燃料，其主要来源为生活垃圾，将其中的高热值提取出来之后便可以作为燃料投入使用。处理的过程包括破碎处理、降低垃圾中的水分，通过热解或堆肥使垃圾产生具有燃烧能力的液体、气体或者是液体。文中所说的RDF通常为固体，其热值较高，一般可达2000~4000kcal/kg，其粒度均匀，加入防腐剂可长期储存，适合垃圾焚烧炉进行焚烧。但是，制RDF也具有制作工艺程序复杂，不能完全处理废弃物等缺点。破碎+生物干化+机械脱水预处理工艺是将原生生活垃圾先破碎至粒径200mm以下，再通过生物干化的方式将垃圾的含水率降至40%，最后通过机械挤压机对垃圾进行挤压脱水，再度保障干化成果，并减少垃圾体积，增加垃圾密度的预处理方式。这种预处理方式专为水泥窑协同处置设计，结合了RDF具有的优点，摒弃了其制取工艺的缺点。2.1.2垃圾预焚烧预焚烧主要分为2种方式：气化炉预焚烧、热盘炉预焚烧。生活垃圾中常常含有许多大分子有机物，在隔绝氧气的条件下施加高温可以使其裂解，生成小分子气态有机物或其他可燃气体。如果想要对生活垃圾进行裂解，首先需要保证生活垃圾中的有机物具有较强的热不稳定性，其次便是保证生活垃圾具有较高的热值。水泥窑协同处置热解气化技术就是利用热解气化炉将垃圾转化为可燃气体和灰渣，让可燃气体进入水泥窑焚烧，代替部分煤粉燃料；灰渣部分掺入水泥生料，作为水泥生产的原料。通过该方法可以有效减少生活垃圾中部分燃点较高的物质的处理效率，降低水泥窑系统的处理负荷。热盘炉的主要技术特色就是与水泥窑炉呈“在线式”关系，是一个直接与分解炉下部锥体相连的废料燃烧装置，其设备结构和工艺布置特征就是将一个缓慢旋转的水平放置的大直径转盘镶嵌在窑尾烟室上方的分解炉锥部，高温三次风全部或部分进入热盘炉内，促使其中废料燃烧后所生成的1000℃以上的气体进入分解炉，再与煤粉一起燃烧。

2.2干法水泥窑焚烧工艺

新型干法水泥窑协同处置就是利用水泥回转窑设备在焚烧处理废弃物的同时产生熟料。在继承传统垃圾焚烧炉的优点时，有机地将自身高温、循环等优势发挥出来。既能充分利用废物中的有机成分的热值实现节能，又能完全利用废物中的无机成分作为原料生产熟料；既能使废弃物中的有毒有害有机物在新型干法回转窑的高温环境中完全焚毁，又能使废物中的有毒有害重金属固定到熟料中。同时还可以处理垃圾处理过程中产生的臭气和污水浓缩液，能有效防止二次污染。采用热盘炉预焚烧技术可使固体废弃物的整个燃烧过程发生在热盘炉内，最大程度上减少废弃物燃烧对分解炉产生的冲击，并增加固体废弃物炉内停留时间5~45min，使固体废弃物在1045℃的高温下彻底分解。热盘炉喂料管道上设置三道锁风阀防止漏风，在系统断电或者人为操作的时候，锁风阀下方的安全闸板阀会立即关闭。所有下料溜子角度大于55°，以防垃圾堆积。所有分料阀和闸板阀都设有耐火材料。废弃物需要先进入热盘炉，并在炉内进行燃烧，燃烧产生的废渣、废气等小颗粒物质都会一齐被送入分解炉，通过废气中携带的热量以及分解炉施加的高温使这些小颗粒物质分解，而大颗粒物质则会送到回转窑装置进行高温灼烧，并组成水泥熟料。除了焚烧系统之外，水泥窑系统处置废弃物还需要加设旁路防风系统。旁路放风系统设计是为了去除由原、燃料或由协同处置城乡生活垃圾过程中进入水泥生产系统的钾、钠、氯、硫等有害组分。将高温气体从系统中抽出，经过冷却降温之后，通过旋风除尘器将粗颗粒分离回送并继续处理，从而减少金属离子颗粒等的排放量，并阻止过量粉尘进入到大气中。

3结语

以新型干法水泥窑协同处置生活垃圾的工艺技术和工程方案为研究重点，开展了对水泥窑协同处置与传统处置方式的对比、多种协同处置工艺方案的比选、整体工艺流程设计等方面的研究，为新型干法水泥窑协同处置生活垃圾的工艺技术优化及示范工程的应用推广提供技术支持与借鉴。

作者：段怡彤 彭冉 松 单位：中国城市建设研究院有限公司