處置生活垃圾技術及工程應用
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摘要：生活垃圾一般是指城鄉居民生活產生的廢棄物。利用水泥窯爐協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濟效益，符合垃圾無害化處理和水泥工業可持續發展戰略。以新型干法水泥生產線為依托，水泥窯協同處置生活垃圾技術的工程方案進行研究，對于我國城鎮化發展，特別是中小城市具有現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；工程應用
引言
生活垃圾作為生活代謝的產物已經成為城鎮發展的負擔，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。而利用水泥窯系統對廢棄物進行處置不僅能夠減少廢棄物對環境造成的影響，同時也能夠利用廢棄物的殘余熱值，創造經濟效益。因此，利用水泥窯對廢棄物進行處理勢在必行。
1水泥窯系統處置廢棄物技術概述
1.1水泥窯系統處置廢棄物技術的含義
水泥窯協同處置垃圾技術實際上是垃圾焚燒技術（機械爐排爐技術、流化床技術、熱解氣化技術、水泥窯協同處置技術）中的一種，是將水泥窯生產水泥熟料的過程與固體廢棄物處理的過程結合到一起，使二者的優勢能夠互補，提高水泥生產效率與廢棄物處理效果。與傳統的焚燒處理方法不同，水泥窯協同處置技術在利用廢棄物熱值的基礎上，還能夠將廢棄物中殘存的難以熱分解的物質固定在生產的水泥之中，減少這些物質在環境中滲出的可能性[1]。
1.2水泥窯系統處置廢棄物的優勢
1.2.1水泥窯生產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，窯內固體溫度約為1450℃，而燃燒能夠讓窯內廢氣的溫度升高至1800℃左右。高溫氣體在水泥窯內停留的時間較長，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流化狀態，且氧氣充足，有助于有害物質充分反應。據計算，有害物質去除率能夠達到99.999%[2]。1.2.2窯內呈堿性氣氛，能抑制二噁英形成水泥窯在生產運作時會產生較多粒徑較小且分布均勻的的氧化鈣，不僅能夠對一些酸性物質進行吸附，還可以與他們充分反應，在窯內形成較好的固相堿性環境。水泥窯的該項性質可以有效抑制“二噁英”物質的生成。據統計，水泥窯協同處置廢棄物系統的熱容量大，高溫環境較為穩定，且后續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措施，不產生新的廢物水泥窯協同處置廢棄物系統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境之中。加上當前使用的水泥窯處理廢棄物系統產生的廢氣都需要經由除塵裝置收集粉塵后繼續高溫處理，減少了廢氣、滲濾液、廢渣等物質的排放量，不產生新型廢物[3]。1.2.4水泥生產過程中的熟料吸收重金屬根據上述內容可以看出，水泥熟料的生產過程可以有效固化廢棄物中的重金屬物質，同時水泥具有一定的阻絕效果，可以有效減少重金屬、有機物質等進入環境，造成污染。1.3水泥窯系統處置廢棄物技術在我國的適用性雖然我國正在逐步加強城市化建設力度，但是當前鄉鎮數量眾多，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、所用設備無需轉運或長途運輸，對鄉鎮地區較為友好，便于投入正式使用。
2水泥窯系統處置廢棄物技術的工程應用
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同處置設計，結合了RDF具有的優點，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定性，其次便是保證生活垃圾具有較高的熱值。水泥窯協同處置熱解氣化技術就是利用熱解氣化爐將垃圾轉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的處理效率，降低水泥窯系統的處理負荷。熱盤爐的主要技術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，其設備結構和工藝布置特征就是將一個緩慢旋轉的水平放置的大直徑轉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，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
新型干法水泥窯協同處置就是利用水泥回轉窯設備在焚燒處理廢棄物的同時產生熟料。在繼承傳統垃圾焚燒爐的優點時，有機地將自身高溫、循環等優勢發揮出來。既能充分利用廢物中的有機成分的熱值實現節能，又能完全利用廢物中的無機成分作為原料生產熟料；既能使廢棄物中的有毒有害有機物在新型干法回轉窯的高溫環境中完全焚毀，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可使固體廢棄物的整個燃燒過程發生在熱盤爐內，最大程度上減少廢棄物燃燒對分解爐產生的沖擊，并增加固體廢棄物爐內停留時間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，并在爐內進行燃燒，燃燒產生的廢渣、廢氣等小顆粒物質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分解，而大顆粒物質則會送到回轉窯裝置進行高溫灼燒，并組成水泥熟料。除了焚燒系統之外，水泥窯系統處置廢棄物還需要加設旁路防風系統。旁路放風系統設計是為了去除由原、燃料或由協同處置城鄉生活垃圾過程中進入水泥生產系統的鉀、鈉、氯、硫等有害組分。將高溫氣體從系統中抽出，經過冷卻降溫之后，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結語
以新型干法水泥窯協同處置生活垃圾的工藝技術和工程方案為研究重點，開展了對水泥窯協同處置與傳統處置方式的對比、多種協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同處置生活垃圾的工藝技術優化及示范工程的應用推廣提供技術支持與借鑒。
作者：段怡彤 彭冉 松 單位：中國城市建設研究院有限公司