利用水泥窑安全协同处置 城市生活垃圾技术

发布日期:2014-08-15

蔡玉良 全国工程勘察设计大师

一、我国城市生活垃圾处理现状

在我国668座城市中,考虑到人口流动带来的垃圾增量以及城市化管理水平高低,从超大城市到中小城市以及大型乡镇,其垃圾日产生量从50吨/天到2万吨/天不等。目前国内年产垃圾约1.5亿吨左右,未经处理的存量已达70多亿吨,侵占5亿多平方米的土地。由于城镇化不断发展,预计2015年、2020年分别将会达到2.60亿吨和3.23亿吨。生活垃圾的“减量化、无害化、资源化”处理是目前迫切需要解决的问题。

目前垃圾处理技术主要是两种,一种是卫生填埋技术,另一种是焚烧发电技术,但前者存在占有土地面积大,可能产生地下水污染、有臭气溢出等二次污染的隐患;后者投资成本高,不能彻底安全处置,对焚烧后的残渣和飞灰(属危废)还需二次处置如填埋等。目前,在国内开始推广的水泥窑协同处置技术是比较适合中国国情的最佳处置方式之一。水泥窑协同处置技术的优势十分明显,具有一次性安全彻底消纳并无二次污染之忧的优势、资源综合利用的优势、可实现节能减排的环境友好型的优势。近十年来建设的新型干法水泥生产线,全国约有1843条之多,分布在全国各个地区。这为利用水泥窑协同处置生活垃圾奠定了广泛的基础条件。因此,今年5月6日,国家发改委、工信部、环保部、住建部、财政部、科技部、国家能源局七部委联合发文,要求在全国推广水泥窑协同处置城市固体废弃物(生活垃圾、污泥)。

二、生活垃圾预处理工艺所涉及相关问题

在利用水泥窑协同处置城市生活垃圾如采用垃圾预分选处理时,鉴于处理量需求、垃圾成分不可调整性,以及接纳垃圾的水泥生产规模不可选择性。因此,垃圾预处理系统要根据垃圾具体情况、处置规模要求和后续接纳的水泥厂情况,来调整垃垃圾预处理程度(或深度),以满足对生活垃圾资源化、无害化和全部彻底消纳的目的。通常采取利用水泥窑协同处置生活垃圾技术时需要考虑和调整的因素如下:

1、垃圾水分及热值的影响

原生态垃圾含水分较大,且随季节变化,一般约50%-80%,是影响垃圾有效处置和利用的重要因素之一。在预处理时需根据情况,适当进行脱水,以不影响分解炉燃烧控制需要。

2、钾、钠、硫、氯等干扰成分

这些干扰元素是除水分外又一影响处置系统消纳垃圾量的重要因素。目前垃圾中所含干扰元素有:K+;Na+;SO3=;Cl-;P2O5五种。分析表明,现代城市生活垃圾中氯含量约为3.00mg/g-5.00mg/g;与国内水泥生产用综合原料中所含氯不高于0.20mg/g相比要高许多,如要提高生活垃圾的处置量,则需要采取旁路放风技术。

实践证明:目前在处理垃圾过程中,氯是主要干扰元素,而K+;Na+;SO3=三种元素,因硫碱比协同效应,相比单个干扰元素,会消弱其影响程度;另鉴于垃圾中可能含有大量生物体组织,带入一定量的磷元素,一般情况下,不会超过限定要求。因此,实际干扰强度顺序:Cl-;K+;Na+;SO3=;P2O5。

3、垃圾与水泥原料的兼容性影响

垃圾焚烧后会形成一定量的灰渣,一般情况下,每焚烧1吨垃圾可产生灰渣约15-25%,水泥窑协同处置城市生活垃圾时,灰渣直接成为水泥熟料的组份进入水泥生产系统。为了避免垃圾灰渣成分的变化和波动对生产系统带来影响,在垃圾喂入系统的过程中,可采用在线γ-metric分析仪,以增强原料的适时配料控制,满足生产质量的控制要求。

4、重金属元素的影响水泥生料中常见的重金属种类有Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、Ni、Mn、As、Ti、Tl等,生活垃圾中的常见重金属与生料中的类似,含量处于同一数量级,生活垃圾带入的重金属在进入水泥窑系统后,通过窑内强高温湍流碱性气氛下的物化固相反应,绝大部分被固化在水泥熟料晶格中,不会再析出。因此,生活垃圾作为水泥生产的替代原料和燃料时,不会超过安全生产的许可范围。


三、中材国际的水泥窑协同处置生活垃圾技术—— 阳示范线项目介绍

1、项目概况

溧阳示范线项目的规模为处理450吨/天的城市生活垃圾,项目总投资为1.05亿元。该项目由中国中材国际工程股份有限公司负责垃圾预处理厂部分的投资,溧阳天山水泥厂负责水泥厂区部分的接口改造,溧阳市环卫局负责收集运送生活垃圾到预处理厂。

2、技术路线

溧阳示范化项目流程分两个部分:垃圾预处理系统部分和水泥厂接纳配套系统部分。

(1)垃圾预处理系统部分一级计量、一级人工大件分拣、一级破碎、三级筛分、两级复合风选、多级磁选、一级混合搅拌、替代原料装载、替代燃料压缩脱水与装载、外部转运等环节形成的复合分选工艺,系统还单独配有除尘、除臭及渗滤液处理系统。

(2)水泥厂接纳系统部分水泥厂接纳部分共包括三个系统:即厨余物或替代原料接纳供给控制系统,将厨余物与石灰石一起混合计量,喂入原料磨系统进行低温烘干粉磨,形成生料;可燃物接纳供给控制系统,将可燃物喂入分解炉内进行燃烧;旁路放风处理系统,根据需要进行定时放风控制。

3、实施效果

(1)系统生产能力及运转率示范化2012年5月项目建成试投产,后经近1年时间的适应性调整、整改和优化,2013年3月18日正式投产运行。2013年5月至7月,溧阳市政府组织三个月连续严格考核,考核期间月平均处理率达96%以上。

(2)示范化项目节能降耗效果本示范工程,充分利用了水泥生产系统的固有优势,使垃圾“资源化”得到了充分体现:除直接替代水泥原料和燃料,节约水泥生产固有消耗和提高余热发电量外,还间接节省生料和原煤的粉磨电耗,减少系统NOx和TOC的排放量。

(3)烧成系统产量的变化协同处置前后,系统的生料喂料量和熟料产量均存在着波动,两者相差不大。因此,水泥厂在接纳处置垃圾的正常情况下,对烧成系统的熟料产量无不利影响。

(4)烧成系统熟料质量的变化水泥窑协同处置垃圾前后,熟料抗压强度基本保持原有水平。