處置生活垃圾技術(shù)及工程應用

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摘要：生活垃圾一般是指城鄉(xiāng)居民生活產(chǎn)生的廢棄物。利用水泥窯爐協(xié)同處置生活垃圾既能達到無害化處理效果，又能替代部分原燃料，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益，符合垃圾無害化處理和水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。以新型干法水泥生產(chǎn)線為依托，水泥窯協(xié)同處置生活垃圾技術(shù)的工程方案進行研究，對于我國城鎮(zhèn)化發(fā)展，特別是中小城市具有現(xiàn)實的意義和市場應用前景。

關鍵詞：生活垃圾處理；水泥窯系統(tǒng)；工程應用

引言

生活垃圾作為生活代謝的產(chǎn)物已經(jīng)成為城鎮(zhèn)發(fā)展的負擔，我國政府相關部門處理生活垃圾的壓力越來越大，單獨建設生活垃圾處理廠，存在選址難、投資大、成本高等問題。而利用水泥窯系統(tǒng)對廢棄物進行處置不僅能夠減少廢棄物對環(huán)境造成的影響，同時也能夠利用廢棄物的殘余熱值，創(chuàng)造經(jīng)濟效益。因此，利用水泥窯對廢棄物進行處理勢在必行。

1水泥窯系統(tǒng)處置廢棄物技術(shù)概述

1.1水泥窯系統(tǒng)處置廢棄物技術(shù)的含義

水泥窯協(xié)同處置垃圾技術(shù)實際上是垃圾焚燒技術(shù)（機械爐排爐技術(shù)、流化床技術(shù)、熱解氣化技術(shù)、水泥窯協(xié)同處置技術(shù)）中的一種，是將水泥窯生產(chǎn)水泥熟料的過程與固體廢棄物處理的過程結(jié)合到一起，使二者的優(yōu)勢能夠互補，提高水泥生產(chǎn)效率與廢棄物處理效果。與傳統(tǒng)的焚燒處理方法不同，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)在利用廢棄物熱值的基礎上，還能夠?qū)U棄物中殘存的難以熱分解的物質(zhì)固定在生產(chǎn)的水泥之中，減少這些物質(zhì)在環(huán)境中滲出的可能性[1]。

1.2水泥窯系統(tǒng)處置廢棄物的優(yōu)勢

1.2.1水泥窯生產(chǎn)溫度高可徹底分解垃圾中的有害成分水泥窯處理廢棄物時，窯內(nèi)固體溫度約為1450℃，而燃燒能夠讓窯內(nèi)廢氣的溫度升高至1800℃左右。高溫氣體在水泥窯內(nèi)停留的時間較長，大約能夠超過8s，其中溫度高于1100℃的時間在4s左右；燃燒廢物在水泥窯內(nèi)停留的時間更長，基本上能夠維持在20~30min左右，由于助燃氣體的輸入使得燃燒的廢棄物整體呈現(xiàn)流化狀態(tài)，且氧氣充足，有助于有害物質(zhì)充分反應。據(jù)計算，有害物質(zhì)去除率能夠達到99.999%[2]。1.2.2窯內(nèi)呈堿性氣氛，能抑制二噁英形成水泥窯在生產(chǎn)運作時會產(chǎn)生較多粒徑較小且分布均勻的的氧化鈣，不僅能夠?qū)σ恍┧嵝晕镔|(zhì)進行吸附，還可以與他們充分反應，在窯內(nèi)形成較好的固相堿性環(huán)境。水泥窯的該項性質(zhì)可以有效抑制“二噁英”物質(zhì)的生成。據(jù)統(tǒng)計，水泥窯協(xié)同處置廢棄物系統(tǒng)的熱容量大，高溫環(huán)境較為穩(wěn)定，且后續(xù)裝置能夠有效降低廢棄溫度，使得廢氣中二噁英含量遠低于相關標準。1.2.3水泥窯焚燒采用閉路生產(chǎn)措施，不產(chǎn)生新的廢物水泥窯協(xié)同處置廢棄物系統(tǒng)可以有效減少固體廢棄物殘渣的生成，同時廢氣中污染物質(zhì)含量較低，使得處理過程中生成的二次污染物含量較少且無法泄漏到環(huán)境之中。加上當前使用的水泥窯處理廢棄物系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣都需要經(jīng)由除塵裝置收集粉塵后繼續(xù)高溫處理，減少了廢氣、滲濾液、廢渣等物質(zhì)的排放量，不產(chǎn)生新型廢物[3]。1.2.4水泥生產(chǎn)過程中的熟料吸收重金屬根據(jù)上述內(nèi)容可以看出，水泥熟料的生產(chǎn)過程可以有效固化廢棄物中的重金屬物質(zhì)，同時水泥具有一定的阻絕效果，可以有效減少重金屬、有機物質(zhì)等進入環(huán)境，造成污染。1.3水泥窯系統(tǒng)處置廢棄物技術(shù)在我國的適用性雖然我國正在逐步加強城市化建設力度，但是當前鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量眾多，故設計合理的固體廢棄物處理方式時仍然要以該類對象角度考慮。水泥窯系統(tǒng)處置廢棄物量約為100t/d，處理垃圾種類多為熱值較高的生活垃圾、污泥、餐余廢物乃至危險廢物等，且建設面積小、所需投資金額較低、所用設備無需轉(zhuǎn)運或長途運輸，對鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)較為友好，便于投入正式使用。

2水泥窯系統(tǒng)處置廢棄物技術(shù)的工程應用

2.1處置廢物的前處理工作

為了能夠盡可能提高水泥窯系統(tǒng)處置廢棄物的效率與安全性能，原生生活垃圾垃圾入窯焚燒前需要進行預處理和預焚燒。2.1.1垃圾預處理預處理主要分為2種方式：制RDF燃料、破碎+生物干化+機械脫水。RDF即為垃圾衍生燃料，其主要來源為生活垃圾，將其中的高熱值提取出來之后便可以作為燃料投入使用。處理的過程包括破碎處理、降低垃圾中的水分，通過熱解或堆肥使垃圾產(chǎn)生具有燃燒能力的液體、氣體或者是液體。文中所說的RDF通常為固體，其熱值較高，一般可達2000~4000kcal/kg，其粒度均勻，加入防腐劑可長期儲存，適合垃圾焚燒爐進行焚燒。但是，制RDF也具有制作工藝程序復雜，不能完全處理廢棄物等缺點。破碎+生物干化+機械脫水預處理工藝是將原生生活垃圾先破碎至粒徑200mm以下，再通過生物干化的方式將垃圾的含水率降至40%，最后通過機械擠壓機對垃圾進行擠壓脫水，再度保障干化成果，并減少垃圾體積，增加垃圾密度的預處理方式。這種預處理方式專為水泥窯協(xié)同處置設計，結(jié)合了RDF具有的優(yōu)點，摒棄了其制取工藝的缺點。2.1.2垃圾預焚燒預焚燒主要分為2種方式：氣化爐預焚燒、熱盤爐預焚燒。生活垃圾中常常含有許多大分子有機物，在隔絕氧氣的條件下施加高溫可以使其裂解，生成小分子氣態(tài)有機物或其他可燃氣體。如果想要對生活垃圾進行裂解，首先需要保證生活垃圾中的有機物具有較強的熱不穩(wěn)定性，其次便是保證生活垃圾具有較高的熱值。水泥窯協(xié)同處置熱解氣化技術(shù)就是利用熱解氣化爐將垃圾轉(zhuǎn)化為可燃氣體和灰渣，讓可燃氣體進入水泥窯焚燒，代替部分煤粉燃料；灰渣部分摻入水泥生料，作為水泥生產(chǎn)的原料。通過該方法可以有效減少生活垃圾中部分燃點較高的物質(zhì)的處理效率，降低水泥窯系統(tǒng)的處理負荷。熱盤爐的主要技術(shù)特色就是與水泥窯爐呈“在線式”關系，是一個直接與分解爐下部錐體相連的廢料燃燒裝置，其設備結(jié)構(gòu)和工藝布置特征就是將一個緩慢旋轉(zhuǎn)的水平放置的大直徑轉(zhuǎn)盤鑲嵌在窯尾煙室上方的分解爐錐部，高溫三次風全部或部分進入熱盤爐內(nèi)，促使其中廢料燃燒后所生成的1000℃以上的氣體進入分解爐，再與煤粉一起燃燒。

2.2干法水泥窯焚燒工藝

新型干法水泥窯協(xié)同處置就是利用水泥回轉(zhuǎn)窯設備在焚燒處理廢棄物的同時產(chǎn)生熟料。在繼承傳統(tǒng)垃圾焚燒爐的優(yōu)點時，有機地將自身高溫、循環(huán)等優(yōu)勢發(fā)揮出來。既能充分利用廢物中的有機成分的熱值實現(xiàn)節(jié)能，又能完全利用廢物中的無機成分作為原料生產(chǎn)熟料；既能使廢棄物中的有毒有害有機物在新型干法回轉(zhuǎn)窯的高溫環(huán)境中完全焚毀，又能使廢物中的有毒有害重金屬固定到熟料中。同時還可以處理垃圾處理過程中產(chǎn)生的臭氣和污水濃縮液，能有效防止二次污染。采用熱盤爐預焚燒技術(shù)可使固體廢棄物的整個燃燒過程發(fā)生在熱盤爐內(nèi)，最大程度上減少廢棄物燃燒對分解爐產(chǎn)生的沖擊，并增加固體廢棄物爐內(nèi)停留時間5~45min，使固體廢棄物在1045℃的高溫下徹底分解。熱盤爐喂料管道上設置三道鎖風閥防止漏風，在系統(tǒng)斷電或者人為操作的時候，鎖風閥下方的安全閘板閥會立即關閉。所有下料溜子角度大于55°，以防垃圾堆積。所有分料閥和閘板閥都設有耐火材料。廢棄物需要先進入熱盤爐，并在爐內(nèi)進行燃燒，燃燒產(chǎn)生的廢渣、廢氣等小顆粒物質(zhì)都會一齊被送入分解爐，通過廢氣中攜帶的熱量以及分解爐施加的高溫使這些小顆粒物質(zhì)分解，而大顆粒物質(zhì)則會送到回轉(zhuǎn)窯裝置進行高溫灼燒，并組成水泥熟料。除了焚燒系統(tǒng)之外，水泥窯系統(tǒng)處置廢棄物還需要加設旁路防風系統(tǒng)。旁路放風系統(tǒng)設計是為了去除由原、燃料或由協(xié)同處置城鄉(xiāng)生活垃圾過程中進入水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的鉀、鈉、氯、硫等有害組分。將高溫氣體從系統(tǒng)中抽出，經(jīng)過冷卻降溫之后，通過旋風除塵器將粗顆粒分離回送并繼續(xù)處理，從而減少金屬離子顆粒等的排放量，并阻止過量粉塵進入到大氣中。

3結(jié)語

以新型干法水泥窯協(xié)同處置生活垃圾的工藝技術(shù)和工程方案為研究重點，開展了對水泥窯協(xié)同處置與傳統(tǒng)處置方式的對比、多種協(xié)同處置工藝方案的比選、整體工藝流程設計等方面的研究，為新型干法水泥窯協(xié)同處置生活垃圾的工藝技術(shù)優(yōu)化及示范工程的應用推廣提供技術(shù)支持與借鑒。

作者：段怡彤 彭冉 松 單位：中國城市建設研究院有限公司