袁亮國：一種高效能水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾技術創(chuàng)新項目

  隨著人們生活水平的提高，生活垃圾的排放也越來越多。目前，我國城市生活垃圾堆存量已達60億噸。占用耕地5億平方米，每年產(chǎn)生2億噸城市生活垃圾，還要以9%的速度迅猛增長。這些數(shù)量龐大的生活垃圾已對城市及城市周圍的生態(tài)環(huán)境構成日趨嚴重的威脅。

  傳統(tǒng)的垃圾處理方法有填埋法、堆肥法和焚燒法，我國城市垃圾處理起步較晚，目前主要以衛(wèi)生填埋為主。雖然在一些城市建立了垃圾焚燒和發(fā)電廠，但由于存在處理量少，處理過程伴隨著有害的氣體（二噁英）、污水（垃圾滲濾液）、廢渣（重金屬含量高）等排放問題，垃圾焚燒法目前仍存在一定的爭議。有關專家就曾呼吁，中國在城市垃圾的處理問題上要吸收日本80年代普及垃圾焚燒發(fā)電廠，目前又竭力解決二次污染的經(jīng)驗教訓，認真研究并努力實現(xiàn)城市垃圾的“減量化、無害化、資源化”處理。

  水泥生產(chǎn)的獨特生產(chǎn)工藝（堿性氣分、1000℃以上的高溫）為處理城市生活垃圾提供了優(yōu)良的條件，國外利用水泥窯協(xié)同處置生活垃圾已有近30年歷史。利用水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾，一是可以利用水泥燒成系統(tǒng)消解垃圾儲存和焚燒過程中的臭氣及有毒物質；二是垃圾焚燒產(chǎn)生的灰渣可以作為水泥原料或者混合材，垃圾中的有毒物質能夠分解成相應的無機物和重金屬固化在水泥熟料中；三是水泥窯系統(tǒng)產(chǎn)生的部分高溫廢氣可以作為垃圾焚燒的補充熱源或者全部熱源，使垃圾的焚燒過程更加充分，進一步降低甚至消除二噁英的排放。實現(xiàn)了垃圾處理的“無害化、資源化”。

  現(xiàn)在已公開的專利中所涉及的技術方案中，多數(shù)將垃圾焚燒產(chǎn)生的熱煙氣引入水泥窯分解爐進行二次焚燒分解，或將垃圾進行預處理分成可燃物和不可燃物后將可燃物送入窯內焚燒。垃圾焚燒產(chǎn)生的爐渣則多用作水泥原料或者水泥混合材進行資源化利用。然而，由于城市垃圾存在穩(wěn)定性差、熱值低、水分高的特點，垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣量大，引入水泥窯分解爐后影響了回轉窯系統(tǒng)的正常用風，將會大幅度降低水泥窯的產(chǎn)量、質量和穩(wěn)定性。同時垃圾燃燒產(chǎn)生的煙氣中含有氯離子及堿性物質進入預熱器中會循環(huán)富集而引起系統(tǒng)結皮、堵塞等問題，影響窯系統(tǒng)的正常運行。

  一種高效水泥窯協(xié)同處理垃圾方案所要解決的技術問題是提供一種簡潔、環(huán)保、節(jié)能又將廢渣資源化的高效益的水泥回轉窯協(xié)同處理生活垃圾及能源綜合利用系統(tǒng)及方法，同時優(yōu)化了窯系統(tǒng)的運行。流程如圖1所示

  1、垃圾計量及儲存

  垃圾車經(jīng)過地磅計量后，經(jīng)過密閉的卸料平臺1，將垃圾卸入密閉負壓垃圾池2里，垃圾在密閉負壓垃圾池2里經(jīng)過7天左右時間的發(fā)酵降低水分后，得到已發(fā)酵的垃圾、臭氣及滲濾液；

  臭氣進入分解爐一次風機19，做為分解爐的一次風再進入分解爐11里進行高溫（900～950℃）煅燒（取代從大氣中抽的一次風）；停機時，臭氣經(jīng)臭氣排風機22抽入臭氣處理系統(tǒng)17，經(jīng)過無害化處理后排空；

  滲濾液排入滲濾池7內，經(jīng)沉淀后進入滲濾液處理系統(tǒng)18處理成中水，沉淀后產(chǎn)生的廢渣用抓斗4再次送回密閉負壓垃圾池2里；

  2、垃圾焚燒

  已發(fā)酵的垃圾經(jīng)抓斗4抓入料斗6內，然后再從料斗4進入爐排爐8焚燒，得到爐渣及熱廢煙氣。爐渣經(jīng)水冷卻并經(jīng)除鐵器21除鐵后作為原料進入水泥生料配料系統(tǒng)23；爐排爐8的用風取自窯頭收塵器16收塵后的低溫廢氣（130℃左右），以充分利用低溫廢氣。

  3、煙氣置換無害化處理

  將爐排爐垃圾燃燒產(chǎn)生的熱廢煙氣（含有二惡英等有害物質）經(jīng)窯尾煙室10進入分解爐11，利用分解爐11的高溫堿性環(huán)境將二惡英等有害物質分解做無害化處理，熱廢煙氣中的廢灰經(jīng)過分解爐11與預熱器12的物料一起進入回轉窯9內煅燒成熟料處理掉；由于垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣量較大，為避免此煙氣對窯系統(tǒng)風量的影響，從窯尾煙室10抽出與進入窯尾煙室10的熱廢煙氣等量的窯內煙氣進入鍋爐13，經(jīng)過鍋爐冷卻后的廢煙氣排入窯尾收塵器24收塵后排空；

  4、汽輪機拖動

  從窯尾抽出的窯內高溫煙氣經(jīng)過鍋爐13內經(jīng)換熱后，得到高溫、高壓水蒸氣（蒸汽壓力為4.0MPa，蒸汽溫度為400～450℃），水蒸氣經(jīng)分配器分成兩部分，一部分進入原余熱發(fā)電系統(tǒng)，使其滿負荷運行。另一部分進入汽輪機14用于直接拖動回轉窯系統(tǒng)9的大型設備。

圖1

  1、卸料平臺，2、密閉負壓垃圾池，3、橋式起重機，4、抓斗，5、計量稱，6、料斗，7、滲濾池，8、爐排爐，9、回轉窯，10、窯尾煙室，11、分解爐，12、預熱器，13、鍋爐，14、蒸汽分配器，15、篦冷機，16、窯頭收塵器，17、臭氣處理系統(tǒng)，18、滲濾液處理系統(tǒng)，19、分解爐一次風機，20、爐渣輸送機，21、除鐵器，22、臭氣排風機，23、水泥生料配料系統(tǒng)，24、窯尾收塵器，25、原余熱發(fā)電汽輪機，26、汽輪機。

  本方案的有益效果如下：

  1、垃圾處理量大：本發(fā)明利用5000噸/日水泥窯系統(tǒng)協(xié)同處理垃圾量每日可達500噸，是現(xiàn)有技術日處理量的2倍。

  2、垃圾處理系統(tǒng)簡單：垃圾不需要分選，可直接入爐焚燒。不需建設垃圾分選設施，簡化了流程，降低了投資，降低了垃圾處理運行費用。以適應中國現(xiàn)階段沒有對垃圾分選的現(xiàn)狀。

  3、垃圾有害成分處理得徹底：焚燒產(chǎn)生的高溫（900-950℃）煙氣進入回轉窯窯尾煙室、分解爐將煙氣中的有害物質在高溫（1100℃～900℃）環(huán)境將有害物質徹底分解處理（尤其是對二惡英的有效處理）。垃圾煙氣里的飛灰融于物料中進窯煅燒成熟料。

  4、垃圾處理不影響窯的產(chǎn)量、質量：采用氣體置換技術，將垃圾燃燒產(chǎn)生的煙氣進入窯尾煙室后，增加了60%的氣體量，為避免對窯系統(tǒng)的影響，從窯尾煙室將從窯內進入的高溫煙氣引出60%，進行等量置換。保持了窯系統(tǒng)風量的平衡，避免了對窯系統(tǒng)的影響。

  5、改善了窯系統(tǒng)的運行：

  （1）由于焚燒垃圾的煙氣氧含量高（設計過?？諝庀禂?shù)為1.8），使得分解爐氧氣含量提高了5%，提高了分解爐的燃燒效率。

  （2）從窯尾抽出的煙氣中含有堿性物質及氯離子，可隨部分粉塵排出窯系統(tǒng)，起到了窯系統(tǒng)旁路放風的效果，避免了預熱器系統(tǒng)的結皮堵塞現(xiàn)象。

  6、從窯尾預熱器置換出氣體的高效、綜合利用：從窯尾預熱器置換出的高溫煙氣進入余熱鍋爐轉換成高溫、高壓水蒸汽進入汽輪機用于直接拖動窯系統(tǒng)的大型設備。比經(jīng)過發(fā)電再用電動機拖動設備比，提高了效率。

  7、窯系統(tǒng)低溫廢氣的進一步利用：窯頭除塵器除塵后的低溫（100～150℃）廢氣作為補充熱源進入垃圾焚燒爐，既充分利用了廢氣又提高了垃圾處理的熱能。

  8、垃圾滲濾液經(jīng)處理后可綜合利用：滲濾液經(jīng)處理后，得到的中水一部分進入渣池冷卻垃圾焚燒爐排出的熱爐渣，熱爐渣經(jīng)過急冷后能夠有效控制二噁英的生成；剩余部分中水用于窯系統(tǒng)的生產(chǎn)，減少了窯系統(tǒng)的工業(yè)用水量，節(jié)約了水資源。

  9、該方案的社會效應及企業(yè)的經(jīng)濟效益高：

  （1）利用回轉窯系統(tǒng)徹底處理了生活垃圾的有害物質，實現(xiàn)了垃圾處理的“無害化、資源化”。

  （2）企業(yè)產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟效益，對日產(chǎn)5000噸熟料線、日處理生活垃圾500噸的規(guī)模、年運行310天，經(jīng)測算每小時可節(jié)省電力6500千瓦，全年節(jié)省電費支出2900萬元。

  （3）處理垃圾地方政府補貼50-100元/噸，年處理垃圾15.5萬噸，年收益775-1550萬元。

  （4）滲濾液每天100噸，處理成本約50元/噸，全年成本155萬元。

  （5）其他人工及材料費用200萬元。

  全年收益約3320-4095萬元。