水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾的最佳實(shí)踐（下）

王新頻，吳小緩，梁樹(shù)峰，趙 嬌，王 冬

水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾的最佳實(shí)踐（下）

王新頻，吳小緩，梁樹(shù)峰，趙 嬌，王 冬

Best Practice of Disposal of Urban Domestic Waste by Cement Industry(Ⅱ)

（上接第1期）

3.4 日本

1970年日本頒布了《廢物管理和公共清潔法》。在隨后的幾十年中，日本相繼開(kāi)發(fā)了一套系統(tǒng)的原料和垃圾管理方法，以促進(jìn)資源的有效利用。垃圾填埋場(chǎng)的短缺和對(duì)進(jìn)口自然資源的依賴是推動(dòng)此類變革的重要因素。2000年日本頒布了《建立循環(huán)型社會(huì)基本法》，該法將廢物的環(huán)境無(wú)害化管理與“3R”（減量化、再利用和再循環(huán)）方法結(jié)合起來(lái)。水和其他污染物排放控制）及危險(xiǎn)廢物設(shè)施性能測(cè)試（試燒）要求等。表6為我國(guó)水泥窯協(xié)同處置城

表6 HJ 662-2013我國(guó)水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾中重金屬的最大允許投加量限值，mg/kg

3.5 中國(guó)

為了規(guī)范固體廢物的協(xié)同處置，中國(guó)制定了HJ 662-2013《水泥窯協(xié)同處置固體廢物環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范》，其主要內(nèi)容包括協(xié)同處置設(shè)施技術(shù)要求（包括投加、貯存、預(yù)處理和輸送設(shè)施）、固體廢物特性要求（包括入窯固體廢物特性要求和替代混合材的固體廢物特性要求）、協(xié)同處置運(yùn)行操作參數(shù)要求（包括投加、貯存、預(yù)處理和輸送技術(shù)要求）、污染物排放控制要求（包括窯灰、旁路放風(fēng)、煙氣、廢市生活垃圾中重金屬的最大允許投加量限值。

4 協(xié)同處置技術(shù)的國(guó)際應(yīng)用案例

4.1 預(yù)處理技術(shù)與案例

MSW（城市生活垃圾）是一種非均質(zhì)混合材料，預(yù)處理有助于使之成為更均質(zhì)的垃圾衍生燃料（RDF），該技術(shù)應(yīng)成為MSW綜合管理系統(tǒng)的組成部分。RDF的重要性能指標(biāo)包括熱值、含水量、灰分以及硫和氯含量等。這些值取決于垃圾的組成。因產(chǎn)地不同，來(lái)源（如家庭、辦公室、建筑工地）、季節(jié)、收集系統(tǒng)（混合MSW、分類MSW）和所采用的預(yù)處理技術(shù)（篩選、分類、研磨、干燥）不同，垃圾的組成也會(huì)有所變化。

發(fā)達(dá)國(guó)家常常采用機(jī)械分揀生物處理（MBT）的方法制備垃圾衍生燃料（RDF）。在此過(guò)程中，城市生活垃圾經(jīng)過(guò)篩選和分離，金屬、塑料、硬紙板、鋁罐等可以循環(huán)利用，剩余的材料（包括大量的有機(jī)成分如塑料和可生物降解的廢物）破碎至理想尺寸，加工成RDF作為協(xié)同處置工廠的燃料。圖7是城市生活垃圾處理流程圖，圖8為帶低溫隧道干燥機(jī)機(jī)械分揀生物處理系統(tǒng)生產(chǎn)RDF的工藝流程，圖9為典型的城市生活垃圾處理流程。

一般來(lái)說(shuō)，1t城市生活垃圾產(chǎn)生約250kg的RDF，不同的國(guó)家有所不同。如奧地利1t城市生活垃圾產(chǎn)生約230kg的RDF（機(jī)械生物處理MBT），比利時(shí)為400~500kg（MBT），荷蘭約350kg（機(jī)械處理MT），英國(guó)220~500kg（MT）[13]。

圖7 城市生活垃圾處理流程圖

圖8 帶低溫隧道干燥機(jī)分揀生物處理生產(chǎn)RDF的工藝流程

圖9 典型的城市生活垃圾處理流程

4.2 窯系統(tǒng)的改造

4.2.1 喂料系統(tǒng)及燃燒器的改進(jìn)

燃料進(jìn)料點(diǎn)（窯或分解爐）不同，可以使用不同的喂料系統(tǒng)。無(wú)論采用何種類型的喂料系統(tǒng)，都應(yīng)確保其系統(tǒng)的高精度和使用的耐久性，避免堵塞造成停機(jī)，并能靈活適應(yīng)多種燃料。圖10為RDF入爐工藝流程[3]。圖11為RDF入窯工藝流程[14]。圖12為法國(guó)Novaflam型最新多功能燃燒器，該燃燒器能夠適應(yīng)多種燃料包括RDF等替代燃料，其使用取代了圖11所示的復(fù)雜燃燒控制系統(tǒng)，只用窯主燃燒器即可。

4.2.2 城市生活垃圾燃燒特點(diǎn)

城市生活垃圾的燃燒不同于煤粉，具體體現(xiàn)在：

（1）相對(duì)于煤粉而言，粒度分布更寬，粗顆粒含量要高一些。

圖10 RDF入爐工藝流程

圖11 RDF入窯工藝流程

圖12 法國(guó)Novaflam型多功能燃燒器

圖13 不同類型固體燃料的粒徑和燃燒時(shí)間的關(guān)系

（2）燃燒效果不如煤粉，燃燒溫度相對(duì)要低一些。

（3）氧氣的擴(kuò)散效果對(duì)其燃盡率的影響大于煤粉。

圖13為不同類型固體燃料的粒徑和燃燒時(shí)間的相互關(guān)系[15]。從圖13可以看出，粒徑越大，燃盡時(shí)間越長(zhǎng)。因此固體替代燃料的燃燒時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，可能會(huì)導(dǎo)致窯系統(tǒng)操作上出現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整煅燒操作。

4.2.3 分解爐的結(jié)構(gòu)改造

RDF顆粒不均，且較煤粉粒度大，從圖13也可以看出，只有延長(zhǎng)RDF在分解爐的停留時(shí)間，才能保證其有足夠的時(shí)間燃盡。因此分解爐的結(jié)構(gòu)也應(yīng)做適當(dāng)改造（見(jiàn)圖14）[16]，或者安裝輔助設(shè)備（例如KHD Humboldt Wedag燃燒室或F.L.Smidth的HOTDISC燃燒室）。

KHD Humboldt Wedag燃燒室是窯系統(tǒng)組成的一部分，它允許在協(xié)同處置時(shí)增加使用劣質(zhì)的替代燃料，見(jiàn)圖15[16]。挪威的一家水泥廠自2004以來(lái)一直使用該燃燒室，改造后，在窯系統(tǒng)中使用的總?cè)剂系?0%是通過(guò)燃燒室喂入的，其成分是6%的煤、焦炭和動(dòng)物肉骨粉的混合物，16%的固體危險(xiǎn)廢物和38%的RDF。圖16為F.L.Smidth的HOT?DISC燃燒室[17]。

4.3 典型的工藝流程

圖17為RDF作為替代燃料的粉磨系統(tǒng)流程，圖18為某4 500t/d熟料生產(chǎn)線協(xié)同處置城市生活垃圾的工藝流程圖[18]。

圖14 分解爐的改造

圖15 帶KHD Humboldt Wedag燃燒室的分解爐

圖16 F.L.Smidth的HOTDISC燃燒室

圖17 RDF作為替代燃料的粉磨系統(tǒng)流程

圖18 4500t/d熟料生產(chǎn)線協(xié)同處置城市生活垃圾的工藝流程

4.4 對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

根據(jù)協(xié)同處置中使用的替代原料和燃料的量，與使用傳統(tǒng)的化石燃料相比，最終產(chǎn)品中的個(gè)別元素的濃度可能會(huì)發(fā)生變化。重金屬?gòu)幕炷梁蜕皾{中釋放的是最少的，因?yàn)檫@些重金屬已經(jīng)被固化到水泥產(chǎn)品中了。混凝土和砂漿的獨(dú)立試驗(yàn)表明，重金屬濃度的浸出符合規(guī)定的限值。磷酸鹽含量對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間會(huì)產(chǎn)生影響，堿、氯和硫的含量都會(huì)影響產(chǎn)品的整體質(zhì)量。因此，在熟料和水泥生產(chǎn)中應(yīng)密切監(jiān)測(cè)這些元素的含量。對(duì)于敏感用戶或有特殊要求的用戶，還應(yīng)該監(jiān)測(cè)鉈和鉻的含量（斯德哥爾摩公約2006）。

4.5 協(xié)同處置對(duì)窯排放的影響

表7為國(guó)外某公司和北京水泥廠協(xié)同處置前后污染物監(jiān)測(cè)對(duì)比[19]。

從表7可以看出，北京水泥廠在焚燒危險(xiǎn)廢物前后，污染物的排放均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，國(guó)外公司使用RDF前后污染物排放濃度變化也不大?，F(xiàn)在水泥企業(yè)大多已經(jīng)或即將采用脫氮脫硫裝置，近幾年又出現(xiàn)了一種二英脫除裝置（其工作原理在此不再贅述），該裝置可以安裝在窯尾除塵器后，以進(jìn)一步確保水泥窯協(xié)同處置污染物達(dá)標(biāo)排放（見(jiàn)圖19）[20]。

表7 協(xié)同處置前后污染物排放對(duì)比mg/m3

圖19 二英脫除裝置

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了國(guó)際上對(duì)城市生活垃圾預(yù)處理和在水泥廠協(xié)同處置的最佳實(shí)踐、最好的國(guó)際監(jiān)管和機(jī)構(gòu)的做法及相關(guān)的協(xié)同處置的案例。來(lái)自世界各地的不同的研究表明，水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾優(yōu)勢(shì)明顯，與使用化石燃料的水泥生產(chǎn)相比，能夠有效降低排放，節(jié)約能源和資源，符合嚴(yán)格的環(huán)境和排放法規(guī)，沒(méi)有額外的環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)，而且還能解決生活垃圾占用耕地、污染環(huán)境的問(wèn)題。

發(fā)達(dá)國(guó)家行之有效的垃圾處理模式背后，不僅僅是合理的垃圾分類回收體系，還依賴于完善健全的垃圾管理法律法規(guī)以及行之有效的管理經(jīng)驗(yàn)。此外，還有一些切實(shí)可行的經(jīng)濟(jì)政策，如用戶收費(fèi)制度、產(chǎn)品或包裝費(fèi)、押金返還制度、填埋稅等，值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。通過(guò)采取限制垃圾填埋、增加化石燃料的價(jià)格、制定碳稅或碳交易計(jì)劃等措施，在經(jīng)濟(jì)上補(bǔ)償協(xié)同處置的水泥企業(yè)，從政策上和經(jīng)濟(jì)上支持水泥企業(yè)協(xié)同處置城市生活垃圾，相信在不久的將來(lái)，我國(guó)城市生活垃圾的無(wú)序管理將會(huì)徹底改變。

[1]武紅霞.國(guó)外城市生活垃圾處理現(xiàn)狀及政策[EB/OL].http://www. cn-hw.net/html/sort054/201202/31835.html.2012-02-07.

[2]M.Sc.Asi Eugene Ndum.Bottom-Up Approach to Sustainable Solid Waste Management in African Countries[D].Cottbus:Brandenburg Uni?versity of Technology,2013.

[3]Ali Hasanbeigi,Hongyou Lu,Christopher Williams,et al.Interna?tional Best Practices for Pre-Processing and Co-Processing Municipal Solid Waste and Sewage Sludge in the Cement Industry[R],2012,1.

[4]蘭辛珍.垃圾處理：中國(guó)城市環(huán)境保護(hù)的攻堅(jiān)戰(zhàn)[J/OL].http://www. china.com.cn/zhuanti2005/txt/2006-03/09/content_6148686.htm. 2016-03-09.

[5]標(biāo)煤的CO2排放因子[EB/OL].http://bbs.pinggu.org/ thread-3452319-1-1.html.?2014-12-3.

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[7]GTZ/Holcim.Guidelines on Co-Processing Waste Materials in Ce?ment Production[J/OL].http://www.coprocem.org/.2006.

[8]World Business Council for Sustainable Development(WBCSD). Guidelines for Emissions Monitoring and Reporting in the Cement In?dustry[R].2012.

[9]Campisano K.Beneficial Use of Biosolids in Cement Production 2006[J/OL].http://www.biosolids.com.au.2011.

[10]CEMBUREAU(The European Cement Association).Environmen?tal Benefits of Using Alternative Fuels in Cement Production:A life cy?cle approach[R].http://www.cembureau.be/library/cembureau-publica?tions.2009.

[11]European Commission(EC).The Waste Incineration Directive[EB/ OL].http://ec.europa.eu/environment/air/pollutants/stationary/wid/legis?lation.htm.2012

[12]U.S.Environmental Protection Agency(EPA).Commercial and In?dustrial Solid Waste Incineration Units:Reconsideration and Proposed Amendments;Non-Hazardous Secondary Materials That Are Solid Waste;ProposedRule[J/OL].http://www.epa.gov/ttn/atw/129/ciwi/ fr23de11.pdf.April 13,2012.

[13]ALF-CEMIND.Supporting the use of alternative fuel in the ce?ment industry technology guide[EB/OL]..http://www.alf-cemind.com/ cd/index.htm.2012.

[14]Stehlík P.,P.?asta,J.Borá,et al.Waste as alternative fuel.Insti? tute of Process and Environmental Engineering,Brno University of Technology,Czech Republic[J/OL].http://www.cpi.umist.ac.uk/emi?nent/.../VUT_Waste_as_alternative_fuel.pdf.

[15]Jensen,L.S.Complete alternative fuel solution for cement kilns.In Proceedings of ASEAN Federation of Cement Manufacturers(AFCM)’s 21st technical symposium and exhibition[R].2008.

[16]Hand,A.Technology Options for the Cement Industry with the Use of Alternative Fuels[J/OL].http://www.alfcemind.com/docs/presen?tations/KHD%20presentation.pdf.2007,5.

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[19]聶永豐，金宜英，劉富強(qiáng).固體廢物處理工程技術(shù)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013:158-159.

[20]Delhi Pollution Control Committee.ENVIRONMENTAL IMPACT ASSESSMENT OF INTEGRATED MUNICIPAL SOLID WASTE PRO?CESSING COMPLEX[R].2008,1.?

圖3 墊板潤(rùn)滑方式

（6）墊板的潤(rùn)滑

只要墊板與輪帶之間存在間隙，回轉(zhuǎn)窯在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，從而產(chǎn)生磨損，所以潤(rùn)滑是不可缺少的。缺少潤(rùn)滑會(huì)造成輪帶或墊板表面損傷，后續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中很難修復(fù)。建議初期采用涂抹的方式，以保證墊板表面潤(rùn)滑均勻（見(jiàn)圖3）。在后續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，每班噴射高溫潤(rùn)滑油1次，以后可以逐漸減少噴射次數(shù)。?

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2016-06-22；編輯：趙蓮