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1、利用水泥窑处理废弃物论文集 城市垃圾减容化和资源化的一种有效途径 利用水泥熟料烧成系统处理城市垃圾的可行性研究 杨学权蔡玉良邢涛陈汉民 中材国际南京水泥工业设计研究院 1 前言 城市垃圾一般是指城市居民的生活垃圾、商业垃圾、市政维护和管理中产生 的垃圾，而不包括工厂所排出的工业固体废物。我国已积压下来的垃圾有6 0 多亿 吨，侵占土地面积达5 亿平方米。绝大部分垃圾未经处理，堆积在城郊，滋生害 虫，污染大气，污染周围的地表水体或渗透地下水，危害人体的健康。 目前，对城市垃圾的处理方法主要是填埋法、堆肥法和焚烧法。填埋法占地 大，减容化、资源化程度低，容易产生二次污染。堆肥法规模小，周期长，质量
2、 不稳定。焚烧法可以达到垃圾处理的无害化、减容化、资源化的目标，但烟气中 的有毒成分需要处理，增加了投资；如果烟气处理不净，就会污染大气，由垃圾 的污染转变成对大气的污染。 利用水泥熟料烧成系统处理城市垃圾是近年来水泥行业提出的一条新的垃圾 处理途径。该途径一方面可以利用回转窑系统吸收反应垃圾中的有毒气体，另一 方面垃圾焚烧后剩下的灰渣可以作为水泥的原料，将有害的灰渣和重金属固化在 水泥熟料中，真正做到垃圾处理的“三化目标，使危害降到最小。 2 南京市生活垃圾处理现状及存在的问题 2 1 南京市生活垃圾处理现状 南京市的垃圾处理主要采用填埋法，基本实现了生活垃圾的无害化处理。目 前全市有天井洼
3、、水阁、轿子山三座大型垃圾填埋场，总面积超过8 7 万m 2 ，总设 计日处理能力为3 0 0 0 t ，使用年限1 5 2 0 年。近年来，垃圾的处理开始由简单的 无害化向减量化和资源化的综合利用方向发展，例如：水阁填埋场开展垃圾沼气 发电示范试验工程，发电量为1 2 5 0 k W ；黑墨营地区建立了一条处理能力为6 0 0 t d 8 7 利用水泥窑处理废弃物论文集 的生活垃圾气化处理试验工程，设备全部采用国产化，并在此经验的基础上南京 市还将在浦口地区投资建设一套日处理量为1 0 0 0 t d 的垃圾气化发电厂。 随着南京市的经济发展和生活水平的提高，南京市的垃圾产生量也逐年增加。
4、从图1 可以看出，南京市生活垃圾产生量呈直线增长之势，2 0 0 1 年每天的垃圾量 为2 7 0 0 t d ，2 0 0 2 年每天的垃圾量为2 8 0 0 t d 。面对增长如此迅猛的垃圾量，必 须探求出一套切实可行的垃圾处理方案，以满足日益增长的处理要求。 表1 是南京市有关部门完成的垃圾成分分析，其中灰渣、砖瓦等无机物成分 和以厨余为主的易腐有机物的含量较高，高热值的可燃物和可直接回收的金属、 纸等含量较低，垃圾的热值在9 0 0 1 4 5 0 k c a l k g 之间。随着民用燃料向燃气化方 向发展，城市垃圾中的有机组分和可回收废品将逐渐增多，煤灰等无机组分相应 减少。另外，
5、城市居民生活节奏的加快使得净菜市场受到广泛欢迎，厨余物质的 比例有所下降，垃圾的含水率下降，而热值增高。 图1 南京市历年生活垃圾产生量 表1 南京市生活垃圾的组成成分 采样金属玻璃塑料纸类织物木竹植物动物灰渣砖瓦其它容重空隙含水 地点 ( )( )( )( )( )( )( )( )( )陶瓷 ( )( k g ， 塞盎 ( )f f l 3 )( )( ) 转运站O 2 82 1 78 O4 OO 82 I1 9 68 13 075 21 8 54 0 4 55 8 33 3 1 垃圾场 0O 5 21 3 0 4 5O 1 43 21 4 43 05 8 52 605 2 4 IS I
6、35 0 4 机场2 0 2 3 9 41 3 0I 3I 41 9 00O2 72 8 2酯59 6 52 0 8 火车站 1 0 42 0Io t 8 1 3 8I I3 21 9 4324 8 34 902 2 4 07 6 55 2 7 港口0 的 0 6 2372 32 64 3 37 43 3 6OO2 S6 8 72 B 利用水泥窑处理废弃物论文集 2 2 存在的问题 南京市生活垃圾处理率已达1 0 0 ，但基本上只是无害化处理。随着城市经济 的发展和人口的增加，生活垃圾的增长趋势不可遏制，垃圾处理也相应的出现一 些问题：( 1 ) 设施老化，数量不足，垃圾采用混合式袋装收集，不
7、利于垃圾的分 类和回收再利用；( 2 ) 技术单一，垃圾处理基本上都是采用填埋法，占用了大量 土地资源，如果还是依靠单一的填埋处置方式，必然要占用越来越多的土地；( 3 ) 采用填埋法处理垃圾，虽然已经采取各种措施来防止二次污染，但是填埋场还是 会对周围的水体和空气产生缓慢的影响；( 4 ) 虽然已有填埋厂沼气发电和垃圾气 化发电项目，但规模较小，垃圾的回收再利用率和资源化还处于低水平状态：( 5 ) 南京市需要进一步采取措施，切实做到“谁污染谁负担”，增强企业的环保意识， 增加环保投资；( 6 ) 需要充分利用周围的垃圾处理潜在条件，鼓励水泥厂在可能 的情况下处理垃圾，满足日益增长的需要。
8、3 利用水泥烧成系统处理南京市的城市垃圾 3 1 城市垃圾做水泥原料的可行性 由于水泥回转窑内的高温工况和碱性燃烧环境，现代回转窑生产过程为其使 用代用原料和燃料提供了可能性，从而也为现代社会综合利用自然环境和保护环 境提供了一条有效途径。我们通过对南京市周边地区的垃圾初步检测和分析，认 为南京市的城市垃圾中无机化学成分能够用来替代水泥原料，有机物部分可以作 为燃料提供热能。因此可以通过对垃圾的预处理、原料成分配比控制和对水泥生 产工艺流程的调整，实现对城市垃圾的综合利用。 利用水泥回转窑处理南京市的城市垃圾有以下一些特点： ( 1 ) 南京市周边有着良好的处理条件 由于南京市独特的地理环境和
9、水泥生产企业的分布情况，为南京市垃圾处理 减容化和资源化提供了无与伦比的自然条件。南京市周围地区3 0 公里的范围内有 多条现代化的水泥回转窑生产线，除此之外还有一定数量的湿法窑和立窑生产线 在运行，另外还有些小型旋窑已经停产。对于现在正在生产的大型干法水泥厂可 以通过适当的政府补贴或在垃圾处理量达到一定数量的情况下减负一定量的税收 R 9 利用水泥窑处理废弃物论文集 来鼓励水泥厂企业处理城市垃圾。表2 为南京市周围的水泥厂概况，表中列出了 根据垃圾焚烧后的灰渣成分确定的可能处理垃圾量的范围( 可处理垃圾量与焚烧 后灰渣的重量比例为1 0 0 2 0 ) 。 表2 南京周围地区的水泥厂 规模距
10、市区距离 理论可处理垃圾 序号厂名工艺类型运行状况量( t d ) ( t d )( k m ) M i nM a x l江南小野田4 0 0 0干法窑外分解窑2 0正常运行2 5 0 4 4 l O 2 中国水泥厂 2 0 0 0 干法窑外分解窑 3 0正常运行1 1 59 0 0 3 金陵水泥厂 6 0 0 预热器窑 1 5 正常运行 3 83 6 0 4 龙潭水泥厂 2 X 6 0 0 预热器窑3 0正常运行 7 6 7 2 0 5江宁青龙山水泥厂6 0 0预热器窑2 0正常运行3 83 6 0 6江北水泥厂3 0 01 5正常运行1 91 8 0 7 南京水泥厂 3 0 0 预热器窑
11、1 5停产1 91 8 0 8 南京官塘水泥厂 2 0 0 回转窑 1 5 停产 1 31 2 0 9 海螺中国厂 5 0 0 0 干法窑外分解窑 3 0 规划中 2 5 04 4 l O 从南京市周边水泥厂的分布来看，更有利于城市垃圾的分散处理，且潜在的 处理能力远远大于南京市垃圾处理量的需求，为垃圾处理提供了一个有效的空间。 ( 2 ) 采用水泥熟料综合处理技术具有投资少的优点 由于水泥生产工艺主体已经存在，只需投资建设一套垃圾堆放预处理及输送 计量系统，再加上烧成系统的局部调整和改造，其费用远远小于新建焚烧厂的投 资。也可以在新建一条水泥回转窑生产线的同时考虑垃圾处理过程，投资比建一 套
12、同等处理规模的焚烧发电厂要小得多。 ( 3 ) 干法水泥回转窑焚烧垃圾的物理化学过程 根据现代新型干法水泥熟料煅烧工艺的技术特点，垃圾在烧成系统中的焚烧 过程，可以分成三个区，如图2 所示。垃圾中的有机物通过特殊的锁风装置直接 喂入窑尾烟室高温区( 8 9 0 - - 1 1 5 0 。C ) ，高温下有机物和水份迅速蒸发和气化，随 着烟气进入分解炉，并在运动过程中燃烧完毕( 气体在炉内的停留时间为8 s ，固 体物料可达3 0 - 6 0 s ) 。有机物经过燃烧形成水蒸气和C O ：，部分氯和硫生成H C l 和H 。S ，随即与C a O 反应生成C a C l 。和C a S 0 4
13、，随后进入灼烧基物料中。如果微量 的上述物质随气体进入增湿塔和除尘器，还可以进一步增湿活化反应，使排出的 9 0 利用水泥窑处理废弃物论文集 气体达标无害。气体在该区内停留时间一般在3 0 6 0 s 。 垃圾中的固体灰渣通过原料配料粉磨进入回转窑系统，与其它原料进行高温 固相反应形成复合矿物，其中一些微量重金属也将形成矿物或被固化在水泥熟料 中。此阶段物料的停留时间在4 5 m i n 以上，煅烧的气相温度高达1 8 0 0 。C ，水泥熟 料或固相温度为1 4 5 0 1 5 0 0 。 ( 4 ) 处理量大。一般情况下，垃圾经过焚烧后产生灰渣的重量仅为原垃圾的 2 0 左右，添加到水泥煅
14、烧系统中的量将根据焚烧后灰渣中氯含量的不同和化学 成分波动程度的不同而不同。一般6 0 0 t d 水泥熟料生产线在垃圾灰渣化学成分相 对比较稳定的情况下最大处理量为3 6 0 t d ( 相当于掺入7 2 t d 灰渣) ，但为了保 证系统稳定运行，不至于因垃圾成分波动较大导致水泥熟料质量的波动，相应加 入量可以减至2 0 0 t d 左右( 相当于掺入4 0 t d 灰渣) ，仅占生料喂入量的4 5 8 。 图2 垃圾处理分区及过程示意图 ( 5 ) 利用垃圾制造水泥可以降低水泥生产成本。垃圾可以部分替代水泥生产 中的原料和燃料，降低了生产成本。垃圾的收集可以由有关部门直接送到水泥厂 家，
15、不需要企业增加成本，而且还可以根据用量的多少获取相当的补偿和政策减 税。每生产1 吨熟料可以节约2 1 3 5 元，另外还不包括因处理垃圾获得的政策性 税收减免带来的效益。因此，在现有的条件下，采用定量的城市垃圾代替部分 原燃料，既解决了垃圾增长的压力，为社会经济活动做出了贡献，同时也为企业 9 1 利用水泥窑处理废弃物论文集 节约了成本，提高了效益。 ( 6 ) 利用城市垃圾制造水泥可以减少对自然资源和不可再生能源的开发，达 到垃圾处理的无害化、减容化和资源化的目标，实现资源的再利用和经济的可持 续发展。 不难看出，利用水泥熟料烧成系统来处理城市垃圾，在原料上和工程实践中 都是实际可行的，具
16、有许多其它工艺过程不可替代的优点，因此只要在垃圾预处 理和成分稳定控制方面采取一定的措施，必将成为解决垃圾处理问题的有效途径。 由于用城市垃圾做原料烧制水泥是一个新课题，虽然它的优点很突出，但也 存在一定困难，主要源于城市垃圾中含氯量的多少和成分波动。不同的城市和不 同产业结构区，其氯含量是不同的，因此，在进行水泥工艺煅烧过程综合处理垃 圾时要对其中的氯元素含量进行全面的分析，以便针对不同的氯含量采用不同的 垃圾处理量搭配，更好地发挥系统处理垃圾的能力。不同的水泥煅烧工艺过程对 氯的灵敏性是不同，特别是现代化的干法水泥生产线。过高的氯含量会导致在系 统中7 0 0 的地方生成低温共熔物，易造成预分解系统结皮，严重时造成堵塞， 因此必须控制垃圾中的C 1 一含量来解决结皮、堵塞问题。其次是垃圾的成分不稳定， 波动较大，对垃圾成分的在线监测难度较大，生产过程
