水泥窑协同处置特点与协同处置固体废弃物优化分析

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引言

利用水泥窑处理废弃物不仅可以彻底降解有机物，还可以将重金属固化在水泥中，使之不再与人体直接接触，同时还为熟料、水泥的生产提供了部分替代燃料和原料，是实现节能减排、保护环境的重要措施。并且，其工期较短，投资成本较低，运营成本较低，受到国家政策的大力扶持，目前我国在2019版《产业结构调整指导目录》中已将利用不低于2000吨/日(含)新型干法水泥窑处置废弃物列为鼓励项目。

一、水泥窑协同处置的特点

(一)水泥窑协同处置的物理优势。我国水泥生产线分布与人口分布基本相当，按照目前水泥窑的生产能力计算，可以处置全国年产50%以上的一般固废；同时可以处置超过一半以上的《国家危险废物名录》中危废种类。水泥生产工艺自身的高温碱环境，接纳消解控制、协同处置废弃物后的环保指标(酸气、TOC、二噁英、粉尘、重金属)可控性等均为大量处置废弃物，有效处置废弃物提供了物质基础。利用水泥窑炉处理废弃物，可以实现高温处理，并且设备运行不会排除废气[1]。

(二)水泥窑协同处理废弃物的经济优势。有利资源充分利用，废弃物中的有热值的部分可以作为燃料替代，无热值的部分可以作为原料替代，部分中间产物可以起到助磨剂和脱硝剂的作用，因为废弃物是冷料进入窑、磨系统的，还可以节省降温用水等。同时投资省、处置成本低以及可以与水泥熟料生产形成协同维护管理等，管理费用很低。

(三)稳定性强。随着城市现代化发展程度越来越高，城市生活垃圾的数量与日俱增。相比其他垃圾焚烧法，依靠水泥窑炉可以处理更多的城市废弃物。并且水泥生产线规模与废弃物处理能力呈正相关。一般城市的预处理线最大容量为1000吨，足够维持城市生活垃圾处理，但是在北京等特大城市需要多点建设预处理线，才能保障垃圾处理的速度与城市人口数量相符合。利用水泥窑处理废弃物的整个处理过程安全稳定，能够彻底消除二次污染，实现对生态环境的保护。并且这项工作的经济投入相对较少，还可以有效改善城镇环境，减少有害气体的排放，不仅对于我国的水泥工业发展具有重要作用，对于落实节能减排政策，实现绿色循环经济具有重要意义。水泥窑的内部空间极大，废弃物所占比例小于10%，可以有效维持焚烧气氛的稳定。废弃物对各种处理工序的承受能力很强，包括对气流、温度、压力等多个方面都具有极高的适应性，可以保障稳定生产。另外，在废弃物的焚毁处理需要极高温度的同时，还需要在高温处进行停留。停留2秒钟即可实现对有机物的彻底焚毁，停留4到7秒钟，可以彻底分解有害气体。停留20到30分钟，则可以分解焚毁残渣。通过这一过程可以有效分解废弃物中的有害成分和病菌，实现彻底消毒[2]。

二、水泥窑炉协同处置固体废弃物优化技术

(一)热盘炉。热盘炉主要针对各种形态的工业废弃物、RDF、城乡生活垃圾等可替代固体燃料。自2002年首次在水泥行业使用以来，目前已经在多个国家成功应用。自2015年在国内第一条使用热盘炉协同处置固废项目投产以来，至今已在水泥企业达成多个项目的合作。

热盘炉的主要技术特色就是与水泥窑炉呈“在线式”关系，是一个直接与分解炉下部锥体相连的废料燃烧装置，高温三次风携带大量氧气进入热盘炉内，促使其中废料燃烧，所生成热烟气、小颗粒物料进入分解炉，少量的大颗粒灰渣则由窑尾上升烟道中落下进入回转窑内，在热盘炉顶部引入一定量的热生料，用来调整热盘炉出口烟气温度，从而减小分解炉温度波动，稳定窑尾工况。

热盘炉由一个完全密闭的圆形躯壳和支架构成，在躯壳的底部安装一个转盘，再由驱动装置进行转动。工作人员只需要将一定剂量的废弃物通过炉顶投入炉内，即可进行燃烧，燃烧产生的热能可以由热盘炉与分解炉的连接口排放。直至所有废弃物燃烧完毕。工作人员需要对燃烧温度进行控制，保障热盘炉的稳定运行。温度过高时，可以适当投放冷生料。废弃物具有一定的热能，可以将其运输至垃圾发电厂进行发电和供热。利用水泥窑进行废弃物处理时，气体与固体的混合更加均匀，可以为可燃物的分解提供基础，从而有效提升焚烧工作的效率。水泥窑在处理废弃物的过程中会排放出一定的热能，可以用以干燥废弃物。这是因为排放气体的含氧量较低，不会在烘干的时候引发化学反应，一吨预分解生产线可以将一百万吨城市污泥烘干。并且利用水泥窑炉进行废弃物的处理工作不需要扩充土地，现有的水泥厂和垃圾堆厂即可实现，水泥窑炉的设备构成相对简单，不需要过多的资金成本，可以进一步降低投入的力度。

(二)分解炉。热盘炉与分解炉连接在一起可以为预分解炉增加一个半离线分解炉，从而减少热能的损耗，促使废弃物的热能利用率达到100%。热盘炉内部空间极大，可以实现废弃物的完全燃烧，因此具有极高的处置能力。并且水泥窑炉对各种形体和质地的废弃物具有极高的适应能力，以极高的温度对废弃物进行彻底的焚毁。燃烧时产生的废气可以排放至分解炉中，并通过预热器帮助废气在880℃的情况下停留5秒到6秒。因此无论什么状态的废弃物都可以进行彻底分解，这是目前处置能力最强的垃圾降解技术。废弃物在分解状态时可以产生浓度极高的活性CaO，但是会被强碱迅速分解。在焚烧后也不会产生废渣，并且经过多级预热器处理，不会造成二次污染问题。整体系统不需要导入外界空气，且程序简便。目前我国已经加强对于水泥窑炉处理技术的应用，每年可以处理大约17万吨生活垃圾，即可有效解决垃圾围城的现状。并且减少16000吨煤的使用量，可以在实现垃圾高效处理的同时，进一步降低处置成本。

结论

综上，利用水泥窑炉进行废弃物的协同处置是一项无公害、无污染的环保技术。并且目前我国水泥工业发展状况极好，因此应加强预处理生产线建设工作，为城市居民提供良好生活条件的同时，减少对生态环境的破坏，不仅可以实现可持续发展，还可以促进社会的进一步发展。