袁亮国：一种高效能水泥窑协同处理城市生活垃圾技术创新项目

  随着人们生活水平的提高，生活垃圾的排放也越来越多。目前，我国城市生活垃圾堆存量已达60亿吨。占用耕地5亿平方米，每年产生2亿吨城市生活垃圾，还要以9%的速度迅猛增长。这些数量庞大的生活垃圾已对城市及城市周围的生态环境构成日趋严重的威胁。

  传统的垃圾处理方法有填埋法、堆肥法和焚烧法，我国城市垃圾处理起步较晚，目前主要以卫生填埋为主。虽然在一些城市建立了垃圾焚烧和发电厂，但由于存在处理量少，处理过程伴随着有害的气体（二噁英）、污水（垃圾渗滤液）、废渣（重金属含量高）等排放问题，垃圾焚烧法目前仍存在一定的争议。有关专家就曾呼吁，中国在城市垃圾的处理问题上要吸收日本80年代普及垃圾焚烧发电厂，目前又竭力解决二次污染的经验教训，认真研究并努力实现城市垃圾的“减量化、无害化、资源化”处理。

  水泥生产的独特生产工艺（碱性气分、1000℃以上的高温）为处理城市生活垃圾提供了优良的条件，国外利用水泥窑协同处置生活垃圾已有近30年历史。利用水泥窑协同处理城市生活垃圾，一是可以利用水泥烧成系统消解垃圾储存和焚烧过程中的臭气及有毒物质；二是垃圾焚烧产生的灰渣可以作为水泥原料或者混合材，垃圾中的有毒物质能够分解成相应的无机物和重金属固化在水泥熟料中；三是水泥窑系统产生的部分高温废气可以作为垃圾焚烧的补充热源或者全部热源，使垃圾的焚烧过程更加充分，进一步降低甚至消除二噁英的排放。实现了垃圾处理的“无害化、资源化”。

  现在已公开的专利中所涉及的技术方案中，多数将垃圾焚烧产生的热烟气引入水泥窑分解炉进行二次焚烧分解，或将垃圾进行预处理分成可燃物和不可燃物后将可燃物送入窑内焚烧。垃圾焚烧产生的炉渣则多用作水泥原料或者水泥混合材进行资源化利用。然而，由于城市垃圾存在稳定性差、热值低、水分高的特点，垃圾焚烧产生的烟气量大，引入水泥窑分解炉后影响了回转窑系统的正常用风，将会大幅度降低水泥窑的产量、质量和稳定性。同时垃圾燃烧产生的烟气中含有氯离子及碱性物质进入预热器中会循环富集而引起系统结皮、堵塞等问题，影响窑系统的正常运行。

  一种高效水泥窑协同处理垃圾方案所要解决的技术问题是提供一种简洁、环保、节能又将废渣资源化的高效益的水泥回转窑协同处理生活垃圾及能源综合利用系统及方法，同时优化了窑系统的运行。流程如图1所示

  1、垃圾计量及储存

  垃圾车经过地磅计量后，经过密闭的卸料平台1，将垃圾卸入密闭负压垃圾池2里，垃圾在密闭负压垃圾池2里经过7天左右时间的发酵降低水分后，得到已发酵的垃圾、臭气及渗滤液；

  臭气进入分解炉一次风机19，做为分解炉的一次风再进入分解炉11里进行高温（900～950℃）煅烧（取代从大气中抽的一次风）；停机时，臭气经臭气排风机22抽入臭气处理系统17，经过无害化处理后排空；

  渗滤液排入渗滤池7内，经沉淀后进入渗滤液处理系统18处理成中水，沉淀后产生的废渣用抓斗4再次送回密闭负压垃圾池2里；

  2、垃圾焚烧

  已发酵的垃圾经抓斗4抓入料斗6内，然后再从料斗4进入炉排炉8焚烧，得到炉渣及热废烟气。炉渣经水冷却并经除铁器21除铁后作为原料进入水泥生料配料系统23；炉排炉8的用风取自窑头收尘器16收尘后的低温废气（130℃左右），以充分利用低温废气。

  3、烟气置换无害化处理

  将炉排炉垃圾燃烧产生的热废烟气（含有二恶英等有害物质）经窑尾烟室10进入分解炉11，利用分解炉11的高温碱性环境将二恶英等有害物质分解做无害化处理，热废烟气中的废灰经过分解炉11与预热器12的物料一起进入回转窑9内煅烧成熟料处理掉；由于垃圾焚烧产生的烟气量较大，为避免此烟气对窑系统风量的影响，从窑尾烟室10抽出与进入窑尾烟室10的热废烟气等量的窑内烟气进入锅炉13，经过锅炉冷却后的废烟气排入窑尾收尘器24收尘后排空；

  4、汽轮机拖动

  从窑尾抽出的窑内高温烟气经过锅炉13内经换热后，得到高温、高压水蒸气（蒸汽压力为4.0MPa，蒸汽温度为400～450℃），水蒸气经分配器分成两部分，一部分进入原余热发电系统，使其满负荷运行。另一部分进入汽轮机14用于直接拖动回转窑系统9的大型设备。

图1

  1、卸料平台，2、密闭负压垃圾池，3、桥式起重机，4、抓斗，5、计量称，6、料斗，7、渗滤池，8、炉排炉，9、回转窑，10、窑尾烟室，11、分解炉，12、预热器，13、锅炉，14、蒸汽分配器，15、篦冷机，16、窑头收尘器，17、臭气处理系统，18、渗滤液处理系统，19、分解炉一次风机，20、炉渣输送机，21、除铁器，22、臭气排风机，23、水泥生料配料系统，24、窑尾收尘器，25、原余热发电汽轮机，26、汽轮机。

  本方案的有益效果如下：

  1、垃圾处理量大：本发明利用5000吨/日水泥窑系统协同处理垃圾量每日可达500吨，是现有技术日处理量的2倍。

  2、垃圾处理系统简单：垃圾不需要分选，可直接入炉焚烧。不需建设垃圾分选设施，简化了流程，降低了投资，降低了垃圾处理运行费用。以适应中国现阶段没有对垃圾分选的现状。

  3、垃圾有害成分处理得彻底：焚烧产生的高温（900-950℃）烟气进入回转窑窑尾烟室、分解炉将烟气中的有害物质在高温（1100℃～900℃）环境将有害物质彻底分解处理（尤其是对二恶英的有效处理）。垃圾烟气里的飞灰融于物料中进窑煅烧成熟料。

  4、垃圾处理不影响窑的产量、质量：采用气体置换技术，将垃圾燃烧产生的烟气进入窑尾烟室后，增加了60%的气体量，为避免对窑系统的影响，从窑尾烟室将从窑内进入的高温烟气引出60%，进行等量置换。保持了窑系统风量的平衡，避免了对窑系统的影响。

  5、改善了窑系统的运行：

  （1）由于焚烧垃圾的烟气氧含量高（设计过剩空气系数为1.8），使得分解炉氧气含量提高了5%，提高了分解炉的燃烧效率。

  （2）从窑尾抽出的烟气中含有碱性物质及氯离子，可随部分粉尘排出窑系统，起到了窑系统旁路放风的效果，避免了预热器系统的结皮堵塞现象。

  6、从窑尾预热器置换出气体的高效、综合利用：从窑尾预热器置换出的高温烟气进入余热锅炉转换成高温、高压水蒸汽进入汽轮机用于直接拖动窑系统的大型设备。比经过发电再用电动机拖动设备比，提高了效率。

  7、窑系统低温废气的进一步利用：窑头除尘器除尘后的低温（100～150℃）废气作为补充热源进入垃圾焚烧炉，既充分利用了废气又提高了垃圾处理的热能。

  8、垃圾渗滤液经处理后可综合利用：渗滤液经处理后，得到的中水一部分进入渣池冷却垃圾焚烧炉排出的热炉渣，热炉渣经过急冷后能够有效控制二噁英的生成；剩余部分中水用于窑系统的生产，减少了窑系统的工业用水量，节约了水资源。

  9、该方案的社会效应及企业的经济效益高：

  （1）利用回转窑系统彻底处理了生活垃圾的有害物质，实现了垃圾处理的“无害化、资源化”。

  （2）企业产生了较大的经济效益，对日产5000吨熟料线、日处理生活垃圾500吨的规模、年运行310天，经测算每小时可节省电力6500千瓦，全年节省电费支出2900万元。

  （3）处理垃圾地方政府补贴50-100元/吨，年处理垃圾15.5万吨，年收益775-1550万元。

  （4）渗滤液每天100吨，处理成本约50元/吨，全年成本155万元。

  （5）其他人工及材料费用200万元。

  全年收益约3320-4095万元。