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水泥工业处理和利用生活垃圾技术探讨
袁文献１，彭
毅１，黄平男１，余群善２，赵世新２，寇小旺２
２３００５１；２．广旺集团建材分公司，四川广元
６２８００１）
（１．合肥水泥研究设计院，安徽合肥
中图分类号：ＴＱ１７２．９
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００２－９８７７（２００８）０７－００１８－０３
０引言
在城市生活垃圾无害化处理的卫生填埋、堆肥和
焚烧３种方式中，２００５年卫生填埋占８５．７８％，焚烧为９．９０％。近几年虽大力发展垃圾焚烧处理方式，所占比例仍无明显增加，可以说，目前我国垃圾处理仍以填埋为主。环境效益较好的垃圾焚烧方式推行缓慢的原因在于：我国垃圾焚烧技术为引进或在此基础上消化吸收的焚烧发电技术，由于我国垃圾水分高、灰分高、热值低，使得垃圾焚烧发电存在投资和运行费用太高，垃圾热能利用率太低，运行过程中一般要补充矿物质燃料，灰渣要另行处理，废气中二恶英等有害气体脱除系统复杂等一系列问题。发达国家也在审视垃圾焚烧发电技术的环境友好性，以现有工业协同处理废物技术逐渐成为处理生活垃圾的新视点。现有工业处理废物不仅能消除废物对环境的污染，而且能为现有工业提供替代原料和替代燃料。水泥工业对废物处理所具有的环境友好性和投资及运行费用的经济性已为世界各国公认。以下探讨水泥工业处理和利用生活垃圾的技术，以期水泥界同仁协力，使水泥工业对环境保护作出新贡献。
１垃圾焚烧后的灰渣或飞灰作为生产水泥的
替代原料
该技术是垃圾焚烧厂直接处理垃圾，水泥厂把其产生的灰渣、飞灰或污泥等废物作为主要原料生产水泥。日本把这种水泥称之为生态水泥，或称环保水泥、绿色水泥。由于灰渣等废物中含有大块和金属物质，化学成分中氯含量往往超过水泥生产对原料质量的要求，水泥生产线须设置对灰渣进行除去大块、磁力筛选等工序，并对飞灰进行水选和脱氯处理后，才能成为水泥原料。日本环保水泥株式会社从１９９９年３月就开展了生活垃圾焚烧残渣生产生态水泥的研究，２００１年４月开始试生产。２００２年７月２０日通过了经济产业省制定的生态水泥国家行业标准，２００３年在东京都三多摩地区开始建设环保水泥项目。该项
目能处理全市垃圾焚烧设施所产生的灰渣，处理量每年９．４万ｔ，水泥产量可达每年１３万ｔ。
该处理方式要建垃圾焚烧厂，焚烧垃圾时往往要添加化石燃料。以专门的垃圾焚烧厂处理垃圾是２０世纪８０年代日本处理城市生活垃圾技术路线的模式，产生的灰渣等无处堆放，二次污染环境，不得不向水泥工业寻求出路。该处理方式总体花钱很多，后遗症不少。目前我国发展的垃圾焚烧方式，有可能步日本之后尘。我们应从日本生态水泥中吸取教训和经验。
２垃圾制成垃圾衍生燃料（ＲｅｆｕｓｅＤｅｒｉｖｅｄ
Ｆｕｅｌ，ＲＤＦ）作为水泥烧成的替代燃料
该技术是建设专门的生活垃圾预处理厂，对生活垃圾筛分、除铁、风选、破碎、除去非铁质金属、除去玻璃陶瓷、挤压出水分等，将可燃部分选出。对选出的可燃部分进行破碎、烘干、加入添加剂、成型和筛分，制成ＲＤＦ成品。实际ＲＤＦ生产线的构成取决于生活垃圾的组成特点，同时考虑运行的经济性和环境问题。一般情况下，ＲＤＦ生产线以筛分或手工分选开始，捡出垃圾中的大件，使后续设备不会因物料太大而降低效率。垃圾进入破碎或磨碎前，需进行除铁和风选，分离出其中的金属物质和玻璃、陶瓷等无机物，防止金属块和硬的无机物对破碎或磨碎设备的磨损。磨碎段应设置在破碎之后，以提高效率。破碎后的垃圾进入干燥段烘干，烘干过程应配备除臭装置，避免污染环境。制作过程中使用的添加剂通常为高热值的煤和防臭防腐的生石灰。最后进行硬化处理，挤压或造粒成型。目前欧美大多数国家对ＲＤＦ都明确地规定了质量标准。如意大利对ＲＤＦ的性质提出了热值、不可燃无机物含量、有害物质含量等多方面要求。按质量标准生产的ＲＤＦ组成均一、能量密度大、燃烧效率高，易于储存和运输。水泥厂可以方便地使用ＲＤＦ作为替代燃料，由窑头燃烧器喷入窑内燃烧。世界水泥工业应用替代燃料广泛采用由专业公司进行收集、加
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工，以品质稳定的成品供给水泥厂使用的模式，如法国、比利时、挪威、德国和美国等均形成这样的二次燃料供应渠道。
该处理方式虽然方便了水泥厂对垃圾产品———衍生燃料的使用，但是要建设垃圾预处理厂，对垃圾分拣和处理。分拣后的不可燃物得不到利用，要另行处理；再者，ＲＤＦ制作过程中添加高热值的煤，也是用化石燃料处理垃圾。我国现行生活垃圾成分复杂、水分高、热值低，采用该处理方式并不经济，垃圾预处理时二次污染控制也很困难。
３垃圾分选后分别作水泥的替代原料和燃料
该技术是将垃圾直接送到水泥厂，在水泥厂建设
预处理车间，对生活垃圾筛分、除铁、风选、破碎、除去不可燃的无机物、挤压出水分等，将可燃部分选出。可燃部分再进行破碎、烘干，加工成能够用特制燃烧器喷入水泥窑燃烧的燃料。除去的不可燃的无机物作为生产水泥的替代原料，在磨制水泥生料时搭配进去。该技术工艺流程如图１。
图１分选处理流程
处理过程介绍如下：
垃圾由市政环卫部门的垃圾运输车直接运到水泥厂的预处理车间，经地磅计量后倒入垃圾储池储存。抓斗从垃圾池中把垃圾抓入板式输送机，人工挑选出大件垃圾、大块建筑垃圾和可回收物，其余被送入一级滚筒筛。在该滚筒筛内垃圾被打散、筛分，筛分
粒径为８０ｍｍ。由于大量的渣土、厨余、陶瓷玻璃碎片、塑料碎片粒度较小，通过筛孔被分选出来，筛上物为纤维物、大片塑料、包装盒及各种容器、大块食品、竹木等。筛上物在送往风选装置前先被磁选，风选将其中的塑料、纸张等轻质物进一步选出，送入可燃物堆场；余下的纤维物、
包装盒及各种容器、大块食品、竹木等经粗破碎后与经过磁选的一级滚筒筛筛下物混合。混合物含较高水分，通过带式挤压机挤压，挤出的污水与垃圾储池产生的污水排入污水处理系统，达标后排放；挤压后的垃圾进入第二级滚筒筛。第二级滚筒筛筛分粒径为４０ｍｍ，筛上物为不易破碎的纤维物、竹木等可燃物，送入可燃物堆场；筛下物为破碎了的陶瓷、玻璃、渣土、厨余，还混入小片的塑料薄膜等轻质物。为消除小片的塑料薄膜等轻质物对水泥生产设备或生产过程的影响，对第二级滚筒筛筛下物用密度分选机分选，把小片的塑料薄膜等轻质物分选出，送到可燃物堆场；密度分选后的陶瓷、玻璃、渣土、厨余等掺入生料粉或窑灰，在螺旋搅拌机搅拌混合后，进入不可燃物预均化堆场，作为水泥生产的替代原料。由风选、二级滚筒筛、密度分选的可燃物进一步细破碎，进入可燃物预均化堆场，作为水泥生产的替代燃料。
不可燃物从预均化堆场取出，由胶带运输机送至水泥厂原料配料站的替代原料库，与其它原料一样，经计量后进入生料磨粉磨。可燃物从预均化堆场取出，由运输机送至水泥厂窑头仓，经计量后由气力喷射装置从窑头喷入水泥窑燃烧。
在以上的垃圾处理过程中，卸料及垃圾储池、预处理车间、堆场等均为封闭式，排放的气体进入熟料冷却机高温处理，尽量减少异味的外泄和扩散。
该方式是欧洲诸国多年处理城市生活垃圾技术路线的模式，由于水泥窑系统热容量大、温度高，垃圾处理过程不需要外加化石燃料；分选过程中有挤压工序，能处理水分含量高的垃圾。但是其分选和后处理系统复杂，过程存在污染，需要对污水处理，运行费用
仍较高；不可燃物中掺杂的有机物随同生料进入预热器，在低温段分解，造成预热器排出气体中有机气体数量增加。
４垃圾焚烧炉和水泥窑联合处理垃圾
该技术为在水泥回转窑旁设置垃圾焚烧炉来联
合处理原生城市生活垃圾，它既不同于日本的垃圾焚
－２０－烧发电后由水泥厂处理灰渣的技术，也不同于欧洲对垃圾分选后直接由水泥窑处理的技术，而是根据我国人民生活水平的现状，适合我国垃圾特性，吸收他们的长处，并克服其不足，我们自主创新的一项新技术。采用该技术，可以将垃圾热能和灰渣全部利用，污染物排放低，不需要二次处理，投资省，费用低。该技术已取得两项国家专利授权。以该技术为依托的工业试验系统于２００７年１１月１５日在川煤广旺集团天台水泥厂成功点火。试验表明：新鲜城市生活混合垃圾，以冷却水泥熟料的热风作燃烧空气，一个纱团即可点燃，不用外加燃料可以持续燃烧，对水泥生产系统尚未表现出明显影响。
该技术不需要建设专门的垃圾焚烧厂或垃圾预处理车间，而把垃圾焚烧炉建在新型干法水泥窑旁边，由垃圾焚烧炉和水泥窑联合处理生活垃圾，工艺流程见图２。
图２
联合处理流程
处理过程如下：
垃圾由市政环卫部门的垃圾运输车直接运到水泥厂，经地磅计量后倒入垃圾储池储存。抓斗从垃圾池中把垃圾抓入板式输送机，人工挑选出大件垃圾、大块建筑垃圾和可回收物，其余被带式输送机送入喂料小仓，输送过程中由除铁器除去磁性金属。喂料机把小仓内的垃圾均匀地喂入回转式垃圾焚烧炉，利用熟料冷却机的热风作为燃烧空气，热风从水泥窑窑头罩抽取，垃圾焚烧产生的高温烟气（１１００℃左右）进入窑尾分解炉和预热器为水泥生料分解提供热量，然后被窑尾废气处理系统净化后排放。垃圾焚烧灰渣可以直接进入回转窑作为原料；也可以从焚烧炉排出，作为混合材，用于磨制水泥。处理过程全部封闭，垃圾在垃圾池储存期间，有机物腐化产生的臭气等有机气体由排风机抽出，经除尘器除尘后送入冷却机头部的鼓
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风机，再被鼓入冷却机，与１４００℃左右的熟料接触，在高温下被分解而净化。
该技术解决了我国垃圾成分复杂、水分高、热值低的缺陷，不需外加燃料，能处理大量的城市生活垃圾，使得垃圾的热量和物质全部被利用，同时很好地解决了垃圾储存时散发的臭气等有机气体的污染，做到垃圾的资源化、无害化、无残留物处理。
５天台水泥厂试烧垃圾概况
天台水泥厂采用垃圾焚烧炉和水泥回转窑联合
处理原生城市生活垃圾。水泥生产系统原为３００ｔ／ｄ五级预热器生产线，为焚烧垃圾，改造了窑头罩，增加了简易分解炉和三次风管。在三次风管下面安装了回转式垃圾焚烧炉，并配套了垃圾喂料机。生活垃圾由广元市环卫处运输队从正运向垃圾填埋场的垃圾车临时调来，可以说，垃圾为随机抽取的新鲜综合垃圾。焚烧稳定状态时，窑产量１０．５ｔ／ｈ，垃圾焚烧量约２ｔ／ｈ，折合生产１ｔ熟料焚烧０．２ｔ垃圾。三次风管热风温度为
６００℃时，垃圾焚烧温度大于９５０℃。垃圾在焚烧炉内
停留时间超过３０ｍｉｎ，焚烧烟气在炉内温度大于９００℃段的停留时间超过１ｓ，由于焚烧烟气出焚烧炉后通过管道进入分解炉，
分解炉内温度超
过９００℃，焚烧烟气在大于９００℃段总共停留时间将超过５ｓ。试烧过程中，通过调整分解炉的喂煤量来弥补垃圾热值的波动，稳定分解炉温度，系统未出现结皮等明显影响生产的现象。由于资金，试验配置的硬件设施做不到把垃圾灰渣直接送入回转窑，现在把垃圾灰渣作混合材使用，垃圾中有害物质对水泥
生产工艺和产品质量无影响。今后将通过长时间的试烧，进一步验证焚烧垃圾对环境、水泥生产、产品品质的影响，并对比其它垃圾处理方式，研究其经济性。
６结束语
水泥工业是高能耗、高资源消耗的产业，水泥生
产的能量需求通常占生产成本的３０％～４０％。２００７年全国水泥产量达１３．５亿ｔ，今后还要继续增长，资源和能源消耗巨大。固体废物所具有的热量和物质，将为水泥工业提供替代燃料和替代原料，研究和开发水泥工业利用和处理固体废物技术，以达到节约能源和废物处理的目的，将有利于节能减排，是水泥工业发展的重要方向。
（编辑
胡如进）
