水泥窑协同处置生活垃圾对水泥生产的影响

李瑞林

（中国葛洲坝集团水泥有限公司， 湖北 武汉 430000）

在我国，垃圾的回收处理主要以焚烧发电为主，与焚烧发电相比，水泥窑处理生活垃圾更加环保、安全，同时也能为社会带来更大的经济效益和社会价值，已经逐步受到城乡各级政府和大中型企业的重视和关注。用水泥窑协同处置生活垃圾不会引发二次污染，而用焚烧垃圾来发电不仅会生成二 噁英等有害气体和毒性飞灰、残渣，也会带来后续的处理问题。同时，用水泥窑协同处置生活垃圾，也能替代一部分原、燃材料，降低了水泥企业的生产成本。然而，从水泥生产管理的角度来看，水泥窑协同处置生活垃圾却给企业的生产和管理方面带来了新的问题和挑战。

1 水泥窑协同处置生活垃圾的工艺介绍

水泥窑协同处置生活垃圾的工艺流程各不相同，目前为止我国国内已经开始实施该项目的有海螺、华新、中材国际、葛洲坝等企业，本文以葛洲坝松滋水泥有限公司500t/d协同处置生活垃圾生产线为例，介绍其在水泥生产环节的工艺流程。

生活垃圾先进行预处理，将其分选为可燃物部分（废纸、塑料、橡胶等）和不可燃物部分（厨余物、混凝土、废渣等），再根据各部分物理和化学性质的不同在生产线中采用不同的处理方式。可燃物经破碎后输送至窑尾分解炉焚烧，不可燃物作为替代原料喂入生料磨进行粉磨。两种物料的具体流程是：

可燃物经压缩设备挤压脱水后通过皮带输送至可燃物称料仓，经取料、计量后再通过皮带输送、喂入分解炉，可燃物在超过880℃的分解炉高温中进行焚烧，停留时间在6s以上。焚烧产生的灰烬随生料一起进入水泥窑，在窑内1450℃的高温环境下参与熟料煅烧。

不可燃物进入替代原料仓内，采用螺旋铰刀出料，经计量后喂入生料磨的进料皮带上，随生料一起在生料磨中进行混合、烘干和粉磨。再随生料一并进入预热器、分解炉和水泥窑，通过850℃-1450℃的高温煅烧，总计停留时间30min以上，煅烧产生的灰烬成为水泥熟料的组成部分。

2 对水泥生产的影响分析

2.1 对生料系统的影响

（1）我公司生料磨系统为辊压机+V选+精细选粉机组成的闭路粉磨系统，缺点是系统的烘干能力不足。由于不可燃物部分中厨余物的含水率较高，一般水分在40%以上，高温下多余的水分会带走大量的热。当V选出口温度降至70℃以下时，不利于生料烘干，影响生料质量，必须开启20%-30%的旁路阀，保证生料系统的正常运行。

（2）不可燃物部分的成分波动，对生料配料有较大的影响，同时还影响生料质量检测结果。另外厨余物还具有油黏性，混在生料里会造成物料流动性变差，易堵塞斜槽，导致斜插板开大，引起提升机电流上升，增加冲料风险。

2.2 对烧成系统的影响

（1）对燃料的替代作用。可燃物具有一定的发热量，投入分解炉后，在炉内焚烧产生的高温烟气可以替代部分煤，但由于其水分重、燃烧速率低，热量不能和煤等同计算。以松滋公司 500t/d协同处置生活垃圾生产线为例，运行期间，通过停煤磨和倒仓记录仓重的方法对尾煤仓进行标定，发现喂入5t垃圾大约可以节约1t尾煤（根据可燃物的热焓有所变化）；运行初期由于可燃物皮带秤波动较大，将可燃物的投入量控制在10t以内，1小时大约可节约2t尾煤。

（2）额外增加运行设备及电耗。协同处置生活垃圾新增加了大量的设备，包括接纳车间到入窑、入磨的输送设备，旁路放风系统的设备等，每天的电耗在300KW左右。此外，由于旁路放风系统与烟室接口处易结皮，新增了若干台空气炮；同时在清理结皮的过程中需开增湿塔水泵，提高了对压缩空气的使用，原来开3台空压机导致压缩空气不够用，现在4台空压机全开才勉强够用。未运行时，我公司高温风机频率一般为 38HZ，电流为 138A；运行后由于分解炉燃烧可燃物产生的废气量大大增加，导致高温风机频率升至 40HZ，电流升高至 148A，上升了10A左右，大大的增加了电耗。

（3）氯离子等有害成分富集对烧成的影响。氯盐在窑内高温下挥发并随烟气返回预热器，冷却后附着在生料上，形成氯离子的循环富集，最终导致预热器中生料的氯化物提高近百倍，使其危害性大幅度上涨。同时氯含量过高的物料会在700℃的地方生成低温共熔物，在窑尾、预热器、风管和排风机等地方附着结皮，导致通风不良和堵塞。此外生料配料中（不可燃物部分）以硫酸碱和氯化碱为主的挥发性组分对碱性耐火材料也具有强烈的腐蚀作用。

未投入可燃物时，我公司生料中的Cl-含量在0.01%左右，投可燃物后，追踪12月份20天的可燃物投入量与灼烧生料中的Cl-含量，数据如下：

表1 12月可燃物投入量与灼烧生料中的Cl-含量的关系

图1 可燃物含量与氯离子含量的关系图

从图1可以看出，初期运行时，喂料量低于150t，灼烧生料中的Cl-含量也未超过1.5%。13日后开始24h持续喂可燃物，当喂料量超过200t时，灼烧生料中的Cl-含量直线上升，超过了1.5%,期间由于Cl-的含量过高，停止运行2天并进行放风，Cl-含量稍有下降；18日在可燃物投料量不超过250t的情况下，灼烧生料中的Cl-含量高达 2.8%。总体而言，可燃物的焚烧会引起灼烧生料中的 Cl-含量呈上升趋势，这对窑尾预分解系统来说是非常不利的，极易造成C4、C5下料管堵塞，烟室分解炉结皮增多，且清理困难。

从图2我们可以看出Cl-含量的增加所造成的结皮是非常多的，结皮沿着烟室和旁路放风的接口处开始生长，慢慢地向烟室和分解炉延伸，增加了人员清理的次数与清理难度。

图2 旁路放风与烟室接口处

（4）对分解炉工艺制度的影响。因可燃物喂入量的不稳定，造成分解炉温度的波动较大，直接影响了分解炉的稳定性。

根据可燃物的品种及粒度大小存在不同程度的后燃现象，导致物料和燃料之间的结合、吸热、分解效果变差，产生分解炉出口温度虚高的表象，继而导致控制分解炉出口正常温度时（856℃），会引起五级筒下料管灼烧生料分解率降低（由95%降至88%），这种现象在可燃物喂入量较大时尤其明显。同时可燃物的后燃现象会造成 C5下料管的温度升高约30℃，极易形成倒挂现象，造成下料管结皮，存在堵塞的安全隐患。

2.3 对生、熟料质量的影响

我公司厨余物的喂料量控制在5t/h左右，生料辊压机台时产量500t。厨余物在化学组成上属于SiO2-Al2O3-CaO-Fe2O3体系，有研究表明将厨余物作为水泥的替代原料具有一定的可行性。表 2是水泥窑协同处置生活垃圾前后生、熟料的化学成分及三率值。目前看来，协同处置生活垃圾对生、熟料质量没有大的影响，还需经过长时间运行和观察才能得出具体结论。

表2 水泥窑协同处置生活垃圾前后生、熟料的化学成分及三率值

3 解决措施

针对上述对水泥生产系统产生的影响，有对减少成本、节能降耗有利的一面，也有对生产管理不利的一面，这就需要找到相应的解决措施，趋利避害。

3.1 根据垃圾成分及时调整生料配料。

每天进厂的垃圾经分选后进入替代燃料仓和替代原料仓，对可燃物和厨余物的化学成分进行分析，再结合石灰石、页岩、湿煤灰、硫酸渣等原料合理调整生料配比。

3.2 根据日处理垃圾量的情况均衡投放。

控制可燃物喂料量，将系统内Cl-的含量控制稳定。主要措施是通过PID控制可燃物板喂机的电流，稳定可燃物的投入量。

3.3 旁路放风工艺改进

优化旁路放风系统控制，加大旁路放风系统排风机频率，提高袋收尘器的入口温度，减少冷却风的掺入量，减少结皮的产生。

3.4 稳定中控室操作

一是根据分解炉温度对尾煤用量进行PID控制，保证温度的相对稳定；二是控制好可燃物喂料量和分解炉温度，降低下料管温度；三是加强对C5锥部、下料管的检查，保证C5翻板阀的灵活性；四是对现有下料管空气炮进行更换，增强喷吹效果，减少结皮。

4 结论

水泥窑协同处置生活垃圾的技术现已日趋成熟，但仍需要适当采取一定的措施及手段，应重点关注水泥生产与处理垃圾的辩证关系，兼顾两者，以此来实现水泥企业能够常态化处理生活垃圾、稳定水泥生产。