我國(guó)水泥窯協(xié)同處理生活垃圾主要問題分析

宋薇，蒲志紅，陳冰，丁兆勇

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司，北京100120）

我國(guó)水泥窯協(xié)同處理生活垃圾主要問題分析

宋薇，蒲志紅，陳冰，丁兆勇

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司，北京100120）

生活垃圾處理保障性、垃圾摻加量、垃圾分選效率、二次污染控制以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性是當(dāng)前評(píng)價(jià)我國(guó)水泥窯協(xié)同處理生活垃圾技術(shù)適用性時(shí)最為關(guān)注的問題。分析了上述問題產(chǎn)生原因，討論研究了可行的解決方案及其進(jìn)一步工作方向。

水泥窯；協(xié)同處理；生活垃圾；摻加量；分選

我國(guó)水泥窯協(xié)同處理生活垃圾技術(shù)從2007年開始實(shí)踐研究，到2010年進(jìn)展明顯加快［1］。截至2015年7月，已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行項(xiàng)目共18個(gè)，設(shè)計(jì)生活垃圾處理規(guī)模為8 350 t/d，占到同期我國(guó)生活垃圾處理能力的1.6%?？傮w看來，目前我國(guó)水泥窯協(xié)同處理生活垃圾仍處于探索實(shí)踐階段，技術(shù)工藝仍有待完善。生活垃圾處理保障性、垃圾摻加量、垃圾分選效率、二次污染控制以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性是討論此技術(shù)適用性時(shí)最為關(guān)注的問題。

1 生活垃圾處理保障性問題

1.1 市場(chǎng)需求與產(chǎn)能過剩問題

近年來，水泥行業(yè)一直存在產(chǎn)能過剩的問題，2015年實(shí)際產(chǎn)能利用率已低至65%，即水泥廠在全年有35%的時(shí)間處于停產(chǎn)狀態(tài)。造成這種總體產(chǎn)能過剩的原因是前幾年的快速擴(kuò)大產(chǎn)能，全國(guó)各地爭(zhēng)相上項(xiàng)目，市場(chǎng)對(duì)水泥的需求急劇增加，催生出大批水泥項(xiàng)目。而隨后幾年，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度的放慢直接導(dǎo)致水泥需求量的下降，水泥行業(yè)產(chǎn)能嚴(yán)重過剩問題凸顯出來。

1.2 產(chǎn)品需求季節(jié)波動(dòng)較大，北方地區(qū)實(shí)行錯(cuò)峰生產(chǎn)

在我國(guó)北方冬季采暖期間，水泥企業(yè)實(shí)行全面統(tǒng)一停窯行動(dòng)，在冬季采暖結(jié)束后再開窯生產(chǎn)的運(yùn)行機(jī)制。因此，水泥生產(chǎn)具有明顯的周期性與季節(jié)性，而生活垃圾的產(chǎn)生則是穩(wěn)定連續(xù)的，對(duì)垃圾處理設(shè)施也要求具備一定的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間，如爐排爐要求年運(yùn)行時(shí)間不少于333 d（8 000 h）。在將水泥窯作為惟一垃圾處理設(shè)施的地區(qū)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定有保障的垃圾處理是有風(fēng)險(xiǎn)的。因此，需要當(dāng)?shù)亟ㄓ欣贌蛱盥裉幚碓O(shè)施共同承擔(dān)垃圾處理任務(wù)，或者與周邊地區(qū)形成一定應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制，特定情況下能由其它地區(qū)的垃圾處理設(shè)施代為處理垃圾。

2 生活垃圾摻加量的問題

生活垃圾在水泥窯焚燒處理后，形成的固體物質(zhì)除含有水泥的主要成分SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3，還有影響水泥質(zhì)量的化合物，如MgO、Na2O、K2O、SO3及Cl-等。所以生活垃圾摻加量不宜過多，否則會(huì)影響熟料性能。另外，垃圾摻加量過大，會(huì)造成熱工系統(tǒng)紊亂，引起窯尾系統(tǒng)的結(jié)皮和堵塞，影響水泥窯的正常運(yùn)行，為此需要確定垃圾的最大摻加量。目前垃圾摻加量主要受到其中的氯含量限制。在水泥窯設(shè)計(jì)時(shí)，通常要求生料中氯含量不超過0.03%。超過這一值時(shí)，需要設(shè)置旁路系統(tǒng)以保證系統(tǒng)正常生產(chǎn)［2］。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以及相關(guān)理論分析，對(duì)于垃圾摻加量進(jìn)行粗略估計(jì)。假設(shè)條件如下：①水泥窯生產(chǎn)能力5 000 t/d熟料，生料量則為8 000 t/d；②進(jìn)料氯含量為0.04%；③石灰質(zhì)原料中的氯含量為0.005%；④生活垃圾（含氯量平均值在0.2%～0.8%），垃圾衍生燃料（RDF）含氯量在0.5%～1.3%；⑤每放風(fēng)1%，熱耗增加約9.6 kJ/kg，物料損失量0.001 kg/kg［3］。經(jīng)過分析，在不采用旁路放風(fēng)時(shí)，RDF進(jìn)料量為120～320 t/d；采用旁路放風(fēng)，放風(fēng)量為10%時(shí)，則進(jìn)料氯量為0.13%，RDF進(jìn)料量為470～1 220 t/d。在增加垃圾摻加量時(shí)，旁路放風(fēng)也會(huì)造成一定的能耗與物耗。①能耗損失，根據(jù)每放風(fēng)1%，熱耗增加約9.6 kJ/kg計(jì)，按10%的放風(fēng)量，1 d放風(fēng)1 h，則相當(dāng)于增加了75 t標(biāo)煤，即增量垃圾要多消耗標(biāo)煤0.08～0.21 t，按500元/t標(biāo)煤計(jì)算，則需按40～105元/t增加RDF。②熟料損失，按物料損失量0.01 kg/kg計(jì)，則每天熟料減產(chǎn)2 t，即增加2 t窯灰，此部分污染物含量較高，按危險(xiǎn)廢物處理（2 000元/t計(jì)），則損失4 000元，即4～11元/t增加RDF。綜合以上2部分，則5 000 t的水泥窯為提高RDF量350～900 t，則需要增加的成本為44～116元/t增加RDF。經(jīng)由上述分析，通過旁路放風(fēng)可提高生活垃圾的摻加量，同時(shí)也因此增加了能耗與物耗，相應(yīng)地增加了垃圾的額外處理成本。

3 垃圾分選技術(shù)問題

分選協(xié)同處理路線是建立在一定的垃圾分選效果上?；旌仙罾诌x一直是我國(guó)生活垃圾處理的一個(gè)難點(diǎn)。由于混合垃圾含水率高、有機(jī)物含量高，導(dǎo)致分選效果一直不理想。先發(fā)酵后分選及先分選后發(fā)酵垃圾分選入窯的技術(shù)中，前者分選效果較好，但是發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的臭氣，控制臭氣則需要較高的運(yùn)行成本；先分選后發(fā)酵避免產(chǎn)生嚴(yán)重的臭氣污染，但是分選效果較差，分選出的RDF質(zhì)量較低。

4 二次污染控制

水泥窯協(xié)同處理垃圾過程產(chǎn)生的二次污染主要有：煙氣、滲瀝液、臭氣、窯灰或旁路粉塵，對(duì)于只處理RDF不處理惰性物質(zhì)的企業(yè)，還要妥善處理分選得到的惰性物質(zhì)。其中臭氣控制、窯灰與旁路粉塵控制以及重金屬污染需要特別關(guān)注。

4.1 窯灰與旁路粉塵

窯灰中Hg、Tl等揮發(fā)性元素含量較高；旁路粉塵中氯含量、Se、Mo、Pb、Cd等半揮發(fā)性重金屬含量較高，因此窯灰與旁路粉塵需要謹(jǐn)慎處置?！端喔G協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：未經(jīng)處置的從水泥窯循環(huán)系統(tǒng)排出的窯灰和旁路放風(fēng)收集的粉塵不得再返回水泥窯生產(chǎn)熟料；從水泥窯循環(huán)系統(tǒng)排出的窯灰和旁路放風(fēng)收集的粉塵若采用直接返回入水泥熟料的處置方式，應(yīng)嚴(yán)格控制其摻加比例。目前，對(duì)于窯灰與旁路粉塵建議按危險(xiǎn)廢物進(jìn)行安全處置。

4.2 重金屬污染控制與水泥產(chǎn)品環(huán)境安全性

生活垃圾中含有一定量的重金屬，通過水泥窯煅燒過程，有部分重金屬固結(jié)在水泥熟料中。水泥制成品在使用過程中，由于老化、風(fēng)化等因素影響，重金屬會(huì)發(fā)生遷移現(xiàn)象。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)建立從重金屬產(chǎn)生源頭到水泥產(chǎn)品中重金屬含量的測(cè)量方法，相關(guān)的法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)也比較完善。國(guó)外經(jīng)驗(yàn)表明，只要控制得當(dāng)，重金屬的浸出、遷移對(duì)環(huán)境的影響較小。但是我國(guó)垃圾分類也不如國(guó)外徹底，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系也不完善，因此需要進(jìn)一步研究確定基于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的水泥產(chǎn)品重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)以及進(jìn)料中的重金屬可接受量。

5 經(jīng)濟(jì)效益問題

5.1 建設(shè)投資與運(yùn)行成本

新增建設(shè)投資包括：預(yù)處理設(shè)施（卸料及輸送系統(tǒng)、干化系統(tǒng)、后分選系統(tǒng)、物料存儲(chǔ)、配套工程、生產(chǎn)管理與生活服務(wù)設(shè)施）、協(xié)同處理設(shè)施（可燃物入窯系統(tǒng)、無機(jī)渣土入窯系統(tǒng)）、配套工程（旁路放風(fēng)系統(tǒng)、新增生活垃圾有關(guān)的監(jiān)測(cè)化驗(yàn)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、車輛沖洗等設(shè)施）［4］。由于技術(shù)路線、建設(shè)規(guī)模、建設(shè)內(nèi)容與設(shè)備水平不同，各項(xiàng)目的建設(shè)投資相差較大：預(yù)處理設(shè)施為15～20萬元/t；協(xié)同處理設(shè)施17～31萬元/t；預(yù)氣化處理18～42萬元/t；總體看來水泥窯協(xié)同處理垃圾設(shè)施總增量投資在30～50萬元/t。

新增運(yùn)行成本包括：垃圾預(yù)處理（卸料、發(fā)酵干化、分選）及其二次污染控制（滲瀝液處理、除臭系統(tǒng)）、協(xié)同處理（貯存與投加）、二次污染控制（煙氣處理）等。根據(jù)目前項(xiàng)目的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，噸垃圾運(yùn)行成本在50～85元/t。綜合考慮建設(shè)投資折舊與運(yùn)行成本，各技術(shù)噸處理成本大體為：預(yù)氣化處理210元/t；分選協(xié)同處理200～220元/t（其中分選預(yù)處理110～140元/t，水泥窯協(xié)同處理100～140元/t，不包括運(yùn)輸成本）。

5.2 增加收益

5.2.1 節(jié)省煤量

水泥窯的節(jié)煤量不僅與替代料性質(zhì)有關(guān)，還與協(xié)同處理技術(shù)與裝備配置有關(guān)。海螺的CKK系統(tǒng)為氣化爐離線型燃燒垃圾，系統(tǒng)熱損失較大，替代標(biāo)煤量較少。中材溧陽與華新的處理系統(tǒng)是在分解爐內(nèi)在線型燃燒，替代標(biāo)煤量較多。在此粗略估計(jì)在線型燃料的節(jié)煤量，按替代燃料熱值不低于11 MJ/kg，含水率不高于30%計(jì)，則噸替代燃料可替代0.3～0.4 t標(biāo)煤。以500元/t標(biāo)煤計(jì)，則替代燃料價(jià)值為150～200元/t。對(duì)于1臺(tái)5 000 t/d水泥窯，處置垃圾能力400 t/d的生產(chǎn)線，替代燃料產(chǎn)出率按30%～40%計(jì)，則日節(jié)煤1.8～2.4萬元，即噸垃圾由替代燃料產(chǎn)生的收益為45～60元。

5.2.2 垃圾處理補(bǔ)貼

水泥窯協(xié)同處理垃圾的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還未完全成熟，政府補(bǔ)貼通常參照焚燒發(fā)電項(xiàng)目。其中，安徽銅陵與甘肅平?jīng)鲰?xiàng)目的補(bǔ)貼較高，分別為192元/t與156元/t外，其它項(xiàng)目垃圾補(bǔ)貼均不超過100元/t。

綜合考慮節(jié)煤與垃圾處理補(bǔ)貼收益，絕大多數(shù)協(xié)同處理垃圾項(xiàng)目增加的收益低于其垃圾處理成本。

6 結(jié)論與建議

6.1 結(jié)論

1）由于水泥生產(chǎn)具有明顯的周期性與季節(jié)性，因此需要與其它垃圾處理設(shè)施（垃圾焚燒廠或填埋場(chǎng)）形成一定聯(lián)動(dòng)機(jī)制，特定情況下可由其代為處理，以此保證生活垃圾的有效處理。

2）生活垃圾摻加量過大會(huì)對(duì)水泥窯的正常運(yùn)行以及熟料質(zhì)量造成不利影響。通過旁路放風(fēng)可以提高垃圾摻加量，但由此也會(huì)產(chǎn)生較高的物耗與能耗。

3）垃圾分選效果差是影響分選協(xié)同處理技術(shù)應(yīng)用的主要難題。我國(guó)生活垃圾采用混合方式收集，分選效果不理想。協(xié)同處理時(shí)通過發(fā)酵可以一定程度地提高分選效率，但也伴隨著臭氣污染。

4）窯灰與旁路粉塵含有較高的有害物質(zhì)，建議按危險(xiǎn)廢物進(jìn)行安全處置；垃圾帶入過多的重金屬可能對(duì)水泥制品的環(huán)境安全性造成不利影響，因此需要進(jìn)一步完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，確定安全的生活垃圾重金屬帶入量。

5）綜合分析現(xiàn)有協(xié)同處理垃圾項(xiàng)目的資金投入（建設(shè)投資與運(yùn)營(yíng)成本）與收益（節(jié)煤與垃圾處理補(bǔ)貼）表明，絕大多數(shù)水泥窯項(xiàng)目，協(xié)同處理垃圾增加的收益低于其處理成本。

6）比較協(xié)同處理與垃圾焚燒，在建設(shè)投資方面，協(xié)同處理略低于垃圾焚燒；在處理成本方面，兩者相差不大，但由于垃圾焚燒有發(fā)電上網(wǎng)補(bǔ)貼，經(jīng)濟(jì)收益較好。在目前垃圾焚燒技術(shù)成熟度高，應(yīng)用廣泛、處理效果良好且穩(wěn)定，在同等垃圾補(bǔ)貼條件下，協(xié)同處理技術(shù)沒有明顯的替代優(yōu)勢(shì)。

6.2 建議

1）目前我國(guó)對(duì)水泥窯協(xié)同處理生活垃圾進(jìn)行了積極探索，但技術(shù)工藝上還有待完善，因此建議利用現(xiàn)有運(yùn)行項(xiàng)目對(duì)垃圾摻加量、垃圾分選、二次污染控制、經(jīng)濟(jì)效益核算等問題再進(jìn)行深入研究，提出更為適宜的解決方案。

2）目前水泥窯協(xié)同處理相關(guān)數(shù)據(jù)仍不健全，因此建議建立項(xiàng)目動(dòng)態(tài)的信息公開制度。通過對(duì)現(xiàn)有項(xiàng)目的污染物排放、水泥產(chǎn)品質(zhì)量、能源消耗、成本等數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的連續(xù)監(jiān)測(cè)和長(zhǎng)期跟蹤，為客觀評(píng)價(jià)此技術(shù)的污染控制水平、產(chǎn)品質(zhì)量和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

3）水泥窯協(xié)同處理建設(shè)與改造工程都涉及若干專業(yè)性很強(qiáng)的技術(shù)問題，因此需要在現(xiàn)有項(xiàng)目的基礎(chǔ)上進(jìn)一步健全完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，通過規(guī)范項(xiàng)目建設(shè)與運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)水泥窯協(xié)同處理生活垃圾的資源化與無害化。

［1］王昕，劉晨，顏碧蘭，等.國(guó)內(nèi)外水泥窯協(xié)同處置城市固體廢棄物現(xiàn)狀與應(yīng)用［J］.硅酸鹽通報(bào)，2014，33（8）：1989-1995.

［2］和春梅.預(yù)分解窯旁路放風(fēng)［J］.中國(guó)水泥，2006（8）：52-55.

［3］彭學(xué)平，胡芝娟.水泥窯旁路放風(fēng)的設(shè)置及其效果［J］.中國(guó)水泥，2001（6）：8-10.

［4］袁文獻(xiàn)，何宏濤，余群善.水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾系統(tǒng)投資和效益［J］.中國(guó)水泥，2010（9）：50-51.

Issues on Cooperative Disposal of Municipal Solid Waste by Cement Kiln in China

Song Wei，Pu Zhihong，Chen Bing，Ding Zhaoyong
（China Urban Construction Design&Research Institute Co.Ltd.，Beijing100120）

The indemnification of municipal solid waste treatment，waste adding amount，waste separation efficiency，secondary pollution control，and technical economy are the most concerned issues to evaluate the applicability of municipal solid waste treatment coupled with cement kiln technology in China.Based on the analysis of the causes of the above problems，the feasible solutionsand future work are discussed.

cement kiln；cooperative disposal；municipal solid waste；adding amount；separation

X799.3；X705

A

1005-8206（2017）04-0044-03

宋薇（1978－），高級(jí)工程師，主要從事生活垃圾處理技術(shù)與管理研究。

E-mail：weisong1840@sina.com。

2017-02-07