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水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾技術(shù)和效果

2010-08-06 00:00

  一、前言
  在城市生活垃圾無(wú)害化處理的衛(wèi)生填埋、堆肥、焚燒3種方式中,2005年衛(wèi)生填埋占85.78%,焚燒為9.90%。近幾年雖大力發(fā)展垃圾焚燒處理方式,所占比例仍無(wú)明顯增加,可以說(shuō),目前我國(guó)垃圾處理仍以填埋為主。環(huán)境效益較好的垃圾焚燒方式推行緩慢的原因在于:我國(guó)處理生活垃圾的焚燒技術(shù)為引進(jìn)或在此基礎(chǔ)上消化吸收的焚燒發(fā)電技術(shù),由于我國(guó)垃圾水分高、灰分高、熱值低,使得垃圾焚燒發(fā)電存在投資和運(yùn)行費(fèi)用太高,垃圾熱能利用率太低,運(yùn)行過(guò)程中一般要補(bǔ)充礦物質(zhì)燃料,灰渣要另行處理,廢氣中二噁英等有害氣體脫除系統(tǒng)復(fù)雜等一系列問(wèn)題。發(fā)達(dá)國(guó)家也在審視垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的環(huán)境友好性,以現(xiàn)有工業(yè)協(xié)同處理廢物技術(shù)逐漸成為處理生活垃圾的新視點(diǎn)。現(xiàn)有工業(yè)處理固體廢棄物不僅能消除廢棄物對(duì)環(huán)境的污染,而且能為現(xiàn)有工業(yè)提供原料和燃料。水泥工業(yè)對(duì)固體廢棄物的處理所具有的環(huán)境友好性和投資及運(yùn)行費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性已為世界各國(guó)公認(rèn)。水泥工業(yè)處理和利用生活垃圾方面國(guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)出多種技術(shù),取得明顯的效果。如日本的水泥廠把垃圾焚燒廠焚燒生活垃圾時(shí)產(chǎn)生的灰渣、飛灰等廢物作為生產(chǎn)水泥的替代原料;歐美一些國(guó)家首先把生活垃圾制成衍生燃料(RDF)成品,水泥廠使用RDF作為替代燃料,由窯頭燃燒器噴入水泥窯內(nèi)燃燒;還有些國(guó)家把生活垃圾先分成可燃物及不可燃物,不可燃物作為水泥生產(chǎn)的替代原料,可燃物作為水泥生產(chǎn)的替代燃料。以上水泥廠處理生活垃圾技術(shù),均對(duì)垃圾進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理,處理成本仍居高不下,而且預(yù)處理過(guò)程存在相當(dāng)?shù)亩挝廴?。?jiǎn)化垃圾處理過(guò)程,直接焚燒原生垃圾,降低投資和處理成本,減少二次污染便是我們開(kāi)發(fā)水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾的初衷。

  二、水泥窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處理垃圾技術(shù)
  該技術(shù)為在水泥回轉(zhuǎn)窯旁設(shè)置垃圾焚燒爐來(lái)聯(lián)合處理原生城市生活垃圾,采用該辦法處理城市生活垃圾,既不同于日本的垃圾焚燒發(fā)電后由水泥廠處理灰渣的技術(shù),也不同于西歐對(duì)垃圾分選后直接由水泥窯處理的技術(shù),而是根據(jù)我國(guó)人民生活水平的現(xiàn)狀,適合我國(guó)垃圾特性,吸收他們的長(zhǎng)處,并克服其不足,我們自主創(chuàng)新的一項(xiàng)新技術(shù)。采用該技術(shù),可以將垃圾熱能和灰渣全部利用,污染物排放低,不需要二次處理,投資省,費(fèi)用低。該技術(shù)已取得二項(xiàng)國(guó)家新型專利授權(quán)(專利號(hào):200620113310.5,200620113309.2),發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)枺?00610076668.X)也通過(guò)了審察。以該技術(shù)為依托的工業(yè)試驗(yàn)系統(tǒng)于07年11月15日在川煤廣旺集團(tuán)天臺(tái)水泥廠成功點(diǎn)火。試驗(yàn)表明:新鮮城市生活混合垃圾,以冷卻水泥熟料的熱風(fēng)作燃燒空氣,一個(gè)紗團(tuán)即可點(diǎn)燃,不用外加燃料可以持續(xù)燃燒,對(duì)水泥生產(chǎn)系統(tǒng)尚未表現(xiàn)出明顯影響。

  該技術(shù)不需要建設(shè)專門的垃圾焚燒廠或垃圾預(yù)處理車間,而把垃圾焚燒爐建在新型干法水泥窯旁邊,由垃圾焚燒爐和水泥窯聯(lián)合處理生活垃圾,工藝流程見(jiàn)圖1,圖中細(xì)線部分為原有水泥生產(chǎn)線,粗線部分為焚燒垃圾增加的垃圾儲(chǔ)存、輸送、焚燒部分,二部分通過(guò)風(fēng)管在首尾處分別連接。


圖1 聯(lián)合處理工藝流程圖


  處理過(guò)程敘述如下。
  垃圾由市政環(huán)衛(wèi)部門的垃圾運(yùn)輸車直接運(yùn)到水泥廠,經(jīng)地磅計(jì)量后倒入垃圾儲(chǔ)池儲(chǔ)存。抓斗從垃圾池把垃圾抓入板式輸送機(jī),人工挑選出大件垃圾、大塊建筑垃圾和可回收物,其余被帶式輸送機(jī)送入喂料小倉(cāng),輸送過(guò)程中由除鐵器除去磁性金屬。喂料機(jī)把小倉(cāng)內(nèi)的垃圾均勻地喂入焚燒爐,利用熟料冷卻機(jī)的熱風(fēng)作為燃燒空氣,熱風(fēng)從水泥窯窯頭罩抽取,進(jìn)入回轉(zhuǎn)式垃圾焚燒爐,垃圾在熱風(fēng)的作用下焚燒,垃圾焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓?100℃左右)進(jìn)入窯尾分解爐和預(yù)熱器,與水泥生料換熱,為水泥生料分解提供熱量,然后被窯尾廢氣處理系統(tǒng)凈化后排放。垃圾焚燒灰渣直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯作為水泥原料,結(jié)合于熟料之中。垃圾焚燒灰渣也可以從焚燒爐排出,作為混合材,用于磨制水泥。處理過(guò)程全部封閉,垃圾在垃圾池儲(chǔ)存期間,有機(jī)物腐敗產(chǎn)生的臭氣等有機(jī)氣體由排風(fēng)機(jī)抽出,經(jīng)除塵器除塵后送入冷卻機(jī)頭部的鼓風(fēng)機(jī),再被鼓入冷卻機(jī),與1400℃左右的熟料接觸,在高溫下被分解而凈化。

  該技術(shù)以冷卻水泥熟料熱風(fēng)作為垃圾燃燒空氣,采用回轉(zhuǎn)式垃圾焚燒爐,解決了我國(guó)垃圾成分復(fù)雜、水分高、熱值低的缺陷,不需外加燃料,能處理大量的城市生活垃圾,使得垃圾的熱量和物質(zhì)全部被利用,同時(shí)很好地解決了垃圾儲(chǔ)存時(shí)散發(fā)的臭氣等有機(jī)氣態(tài)物的污染,做到垃圾的資源化、無(wú)害化、無(wú)殘留物處理。

  三、天臺(tái)水泥廠試燒垃圾概況
  天臺(tái)水泥廠采用水泥窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處理原生城市生活垃圾,水泥生產(chǎn)系統(tǒng)為300t/d五級(jí)預(yù)熱器生產(chǎn)線。為焚燒垃圾,改造了窯頭罩,增加了簡(jiǎn)易分解爐和三次風(fēng)管。在三次風(fēng)管下面安裝了我們?nèi)〉脤@麢?quán)的回轉(zhuǎn)式垃圾焚燒爐,并配套了取得專利權(quán)的垃圾喂料機(jī)。生活垃圾由廣元市環(huán)衛(wèi)處運(yùn)輸隊(duì)從正運(yùn)向垃圾填埋場(chǎng)的垃圾車臨時(shí)調(diào)來(lái),可以說(shuō),垃圾為隨即抽取的新鮮綜合垃圾。焚燒穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),水泥窯產(chǎn)量10.5t/h,垃圾焚燒量約2t/h,折合生產(chǎn)1t熟料焚燒0.2t垃圾。三次風(fēng)管熱風(fēng)溫度為600℃時(shí),垃圾焚燒溫度大于950℃。垃圾在焚燒爐內(nèi)停留時(shí)間超過(guò)30分鐘,焚燒煙氣在爐內(nèi)溫度大于900℃段的停留時(shí)間超過(guò)1秒鐘,由于焚燒煙氣出焚燒爐后通過(guò)管道進(jìn)入分解爐,分解爐內(nèi)溫度超過(guò)900℃,焚燒煙氣在大于900℃段總共停留時(shí)間將超過(guò)5秒鐘。試燒過(guò)程,通過(guò)調(diào)整分解爐的喂煤量來(lái)彌補(bǔ)垃圾熱值的波動(dòng),穩(wěn)定分解爐溫度,系統(tǒng)未出現(xiàn)結(jié)皮等明顯影響生產(chǎn)的現(xiàn)象。由于資金限制,試驗(yàn)配置的硬件設(shè)施做不到把垃圾灰渣直接送入回轉(zhuǎn)窯,現(xiàn)在把垃圾灰渣作混合材使用,垃圾中有害物質(zhì)對(duì)水泥生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)影響。該試燒工作將通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的試燒,進(jìn)一步驗(yàn)證焚燒垃圾對(duì)環(huán)境、水泥生產(chǎn)、產(chǎn)品品質(zhì)的影響,并對(duì)比其它垃圾處理方式,研究其經(jīng)濟(jì)性。

  四、水泥窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾的友好性
  水泥生產(chǎn)使大量廢棄物變廢為寶并改善了水泥性能,如煉鐵的高爐礦渣和粉煤灰,它們的利用不僅使其本身變廢為寶,而且對(duì)水泥的安定性等品質(zhì)起到明顯的改進(jìn)作用。同樣。天臺(tái)水泥廠的試驗(yàn)表明,水泥生產(chǎn)同樣能使城市生活垃圾變廢為寶。

  我國(guó)城市生活垃圾主要由廚余、紙、塑料、橡膠、衣物、木竹、落葉、玻璃、金屬及灰渣組成。統(tǒng)計(jì)資料表明,城市生活垃圾的熱值、水分、灰分平均分別在5000 kJ/kg、48%、25%左右。城市生活垃圾含有的熱量,先進(jìn)國(guó)家十分重視通過(guò)垃圾焚燒的方式來(lái)回收。垃圾焚燒發(fā)電是常見(jiàn)的熱量回收方法,它存在噸投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用高,熱能利用率,灰渣要另行處理,廢氣中有害氣體含量高,處理系統(tǒng)復(fù)雜等缺陷。與垃圾焚燒發(fā)電相比,水泥工業(yè)處理城市生活垃圾具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

  水泥工業(yè)焚燒垃圾用新型干法窯處理,目的是利用垃圾的熱量節(jié)省燃料和垃圾燃燒后的灰渣替代原料,生活垃圾一般從分解爐以后的窯系統(tǒng)加入,在這里有大量的新生CaO和過(guò)渡性熟料礦物,對(duì)有害物質(zhì)的不良作用有抑制作用??梢詼p低二噁英等有害氣體的排放。垃圾中還含有較多的重金屬離子,這些重金屬離子在水泥熟料形成的過(guò)程中大部分被包熔進(jìn)去,有利于形成晶體缺陷,對(duì)提高熟料強(qiáng)度有利,同時(shí),金屬離子參與的多元體系能降低熟料的燒成溫度,節(jié)省煤耗。水泥窯焚燒垃圾比焚燒垃圾發(fā)電爐和危險(xiǎn)廢物焚燒爐溫度高,有良好的高堿性環(huán)境,對(duì)有害、有毒物質(zhì)摧毀徹底,對(duì)大氣污染程度低。水泥窯尾采用袋除塵器會(huì)取得更好的效果。垃圾中的重金屬離子在水泥熟料形成的過(guò)程中被預(yù)先包熔一次,水化時(shí)再次封固,其溶出量應(yīng)該更少。因此,水泥窯焚燒垃圾,產(chǎn)品制成的混凝土對(duì)水環(huán)境具有友好性??梢哉J(rèn)為,垃圾中對(duì)熟料的燒成和產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)不利影響,妥善利用了垃圾的熱量和物質(zhì),消除垃圾對(duì)環(huán)境的污染,具有比其它焚燒方式更好的環(huán)境友好性。

  五、水泥窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾的經(jīng)濟(jì)性
  城市生活垃圾的利用價(jià)值體現(xiàn)在熱能利用和物質(zhì)利用兩方面。垃圾焚燒發(fā)電只能利用其替代燃料價(jià)值,其灰渣還必須付出成本去處理。水泥工業(yè)處置城市生活垃圾既利用了熱能,還利用了物質(zhì)。水泥工業(yè)利用垃圾焚燒的熱能利用率比其他方式高,比垃圾焚燒發(fā)電至少高出50%以上。

  現(xiàn)有新型干法水泥窯處理城市生活垃圾,試驗(yàn)表明,以水泥窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處理的方式,生產(chǎn)1噸熟料可處理垃圾0.2噸,以日產(chǎn)1000噸水泥熟料的水泥廠計(jì)算,每天處理城市生活垃圾200噸,處理城市生活垃圾噸投資7萬(wàn)元,新增加投資1400萬(wàn)元,低于衛(wèi)生填埋投資,僅是垃圾焚燒發(fā)電單位投資的1/10。每年運(yùn)行280天,處理垃圾5.6萬(wàn)噸。處理每噸垃圾電耗20度,電費(fèi)18元,全年電費(fèi)100.8萬(wàn)元。系統(tǒng)增加工人30人,每人年工資福利4萬(wàn)元,計(jì)120萬(wàn)元。處理垃圾部分設(shè)備年折舊,管理費(fèi)等其它費(fèi)用,每年花費(fèi)100萬(wàn)元。按投資利稅率20%計(jì)算,1400萬(wàn)投資利稅總額為280萬(wàn)元。處理垃圾支出費(fèi)用合計(jì)600.8萬(wàn)元。

  年處理垃圾5.6萬(wàn)噸,工廠節(jié)省了燃料和原料。燃燒每噸含水分48%熱值5000kJ/㎏的垃圾,考慮到低熱值燃料對(duì)高熱值燃料的替代率和焚燒爐的熱效率,相當(dāng)于燃燒0.16噸原煤。1噸垃圾焚燒后約產(chǎn)生0.22噸灰渣代替水泥原料,相當(dāng)于烘干后的粘土。若原煤每噸500元,烘干后的粘土每噸40元,垃圾熱量和灰渣的利用價(jià)值為:0.16×500+0.22×40=88.8元,即每噸垃圾利用價(jià)值88.8元,工廠節(jié)省燃料和原料費(fèi)用5.6×88.8=497.28萬(wàn)元。

  處理垃圾支出費(fèi)用與工廠節(jié)省燃料和原料費(fèi)用的差額為600.8-497.28=103.52萬(wàn)元。處理噸垃圾成本為103.52/5.6=18.5元。

  該成本低于現(xiàn)行城市生活垃圾處理成本最低的填埋方式最低的35元/噸成本。若國(guó)家把垃圾焚燒最低處理成本90元/噸的一半補(bǔ)貼給處理垃圾的水泥廠,水泥廠處理1噸垃圾即可額外獲利45-18.5=26.5元。日產(chǎn)1000噸新型干法水泥窯生產(chǎn)線年處理垃圾5.6萬(wàn)噸,可獲額外利潤(rùn)148.4萬(wàn)元

  若原煤價(jià)格上升,每噸垃圾利用價(jià)值也隨之升高,處理垃圾支出費(fèi)用與工廠節(jié)省燃料和原料費(fèi)用的差額減小,甚至工廠每年可從處理垃圾中獲取利潤(rùn)。可見(jiàn),燃煤價(jià)格愈高的地區(qū),處理垃圾經(jīng)濟(jì)效益愈高。再加上處理垃圾補(bǔ)貼資金,處理垃圾的效益相當(dāng)可觀。

  新建5000t/d水泥廠處理城市生活垃圾,投資約6億元,年產(chǎn)水泥180~200萬(wàn)噸,焚燒垃圾30萬(wàn)噸。 水泥廠的產(chǎn)品按300元/噸計(jì)價(jià),年產(chǎn)值最低為54000萬(wàn)元。日處理1000噸的垃圾焚燒發(fā)電廠,按進(jìn)口設(shè)備計(jì)算,投資也約6億元,垃圾焚燒發(fā)電廠上網(wǎng)電價(jià)按0.7元/度,年上網(wǎng)電量1億度,年產(chǎn)值為7000萬(wàn)元??梢?jiàn),投資水泥廠處理城市生活垃圾比投資垃圾發(fā)電廠年產(chǎn)值高出7.7倍。即使國(guó)產(chǎn)設(shè)備計(jì)算,日處理1000噸的垃圾焚燒發(fā)電廠投資要超過(guò)3億元,建設(shè)水泥廠處理垃圾,其投入產(chǎn)出比更佳。

  現(xiàn)在城市生活垃圾處理的運(yùn)行費(fèi)用由政府以各種形式補(bǔ)貼。若把現(xiàn)行對(duì)垃圾處理最低運(yùn)行費(fèi)用補(bǔ)貼給處理垃圾的水泥廠,政府為處理生活垃圾僅花費(fèi)了最低補(bǔ)貼,而水泥廠處理垃圾多得到利益,水泥廠把多得的效益用于工廠的環(huán)境保護(hù),將使水泥廠的生態(tài)環(huán)境更友好。

  六、結(jié)束語(yǔ)
   水泥工業(yè)處理城市生活垃圾采用,除水泥生產(chǎn)線用地外,不需要征用大量土地,沒(méi)有對(duì)地下水的污染,沒(méi)有固體廢棄物外排,對(duì)大氣的污染也可減到極輕的程度,是最徹底的處理方式,投資和運(yùn)行費(fèi)用低,投入產(chǎn)出比高,值得各地環(huán)保部門和市政部門采納。同時(shí),水泥工業(yè)是高能耗、高資源消耗的產(chǎn)業(yè),2007年全國(guó)水泥產(chǎn)量達(dá)13.5億噸,今后還要繼續(xù)增長(zhǎng),資源和能源消耗巨大。水泥窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處理垃圾,使固體廢物所具有的熱量和物資轉(zhuǎn)化為水泥工業(yè)的替代燃料和替代原料,達(dá)到了節(jié)約能源和廢物處理的雙重目的,達(dá)到政府和企業(yè)雙贏,環(huán)境和效益雙贏的目的。

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