水泥窯協(xié)同處置固體廢物預(yù)處理工藝綜述

范長健 邱榮榮

（1. 北京建都設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，北京 100123；2. 北京中投潤天環(huán)?？萍加邢薰?，北京 100700）

1 引言

水泥窯協(xié)同處置項目有焚燒溫度高、分解徹底、焚燒停留時間長、焚燒狀態(tài)穩(wěn)定、固化重金屬離子等優(yōu)點［1］，其項目工程有投資少、處理量大、投入產(chǎn)出比高等優(yōu)點。目前水泥窯協(xié)同能夠處置危險廢物、生活垃圾、污泥、飛灰、污染土等各類廢物，其主要是利用現(xiàn)有水泥廠的回轉(zhuǎn)窯和分解爐，將固體廢物進(jìn)行分解焚燒。由于固體廢物有來源廣泛、含水率高、熱值低、成分復(fù)雜、有害元素高等特點，在運行時通過控制廢物成分檢測、預(yù)處理、采取不同投加位置等方式，可降低對水泥窯熱平衡系統(tǒng)的影響。

對水泥窯協(xié)同項目投資和運行影響最大的為預(yù)處理工藝。采取預(yù)處理的目的是使固體廢物能夠?qū)崿F(xiàn)成分相對均勻穩(wěn)定、方便輸送、合理控制有害成分、提高處置能力、制成替代燃料和原料等。在行業(yè)快速的發(fā)展過程中，根據(jù)物性的不同開發(fā)了不同的處置工藝，本文針對水泥窯協(xié)同處置固體廢物項目預(yù)處理工藝進(jìn)行概述。

2 協(xié)同處置危險廢物

水泥窯協(xié)同處置危險廢物項目可處理《國家危險廢物名錄》中四十六大類其中的二十八大類；危險廢物按照物理特性可分為固態(tài)、半固態(tài)、液態(tài)三類。預(yù)處理工藝主要是針對危險廢物不同的物理特性而設(shè)計,具體分為3 種。

2.1 固態(tài)危險廢物預(yù)處置工藝

粒徑在150 mm 以上的固態(tài)危廢經(jīng)橋式抓斗上料至接料斗，接料斗出口設(shè)置一道棒型閥，起到調(diào)整出料量及緩存落料的作用。危廢經(jīng)過落料溜槽進(jìn)入雙軸齒輥破碎機(jī)，再通過大傾角帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載至上料皮帶機(jī)，由上料帶式輸送機(jī)給料至分解爐。帶式輸送機(jī)出口處的下料溜槽內(nèi)設(shè)置鎖風(fēng)閥，將預(yù)處理后的固態(tài)廢物均勻投入分解爐。工藝流程見圖1。

圖1 固態(tài)、半固態(tài)危廢預(yù)處置工藝流程

2.2 半固態(tài)危險廢物預(yù)處置工藝

半固態(tài)危廢采用橋式抓斗起重機(jī)上料到受料斗，經(jīng)過由液壓控制的閘板閥后落入防爆密封倉，再通過壓料裝置輔助進(jìn)料至液壓驅(qū)動的一級剪切式破碎機(jī)粗破，粗破后的物料進(jìn)入由電機(jī)驅(qū)動的二級剪切式破碎機(jī)進(jìn)行細(xì)碎，細(xì)碎后的危廢進(jìn)入混合器與其他液態(tài)廢棄物混合攪拌，拌合后的物料通過螺旋喂料進(jìn)入單缸固體泵，通過管道輸送至窯尾分解爐焚燒處置。工藝流程見圖1。

2.3 液態(tài)危險廢物預(yù)處置工藝

廢液處置工藝主要包括來料接收除雜、儲存和入窯處置3 部分。工藝流程見圖2。

圖2 液態(tài)危廢預(yù)處置工藝流程

接收除雜主要包括除雜器和氣動隔膜泵，廢液來料首先進(jìn)入除雜器，除雜器設(shè)置過濾篩網(wǎng)，廢液通過篩網(wǎng)實現(xiàn)除雜功能后由氣動隔膜泵往儲罐輸送。

車間設(shè)置3 個儲存區(qū)域，分別是廢酸儲存區(qū)、廢堿儲存區(qū)、其他廢液儲存區(qū)。廢酸經(jīng)過除雜器過濾后，直接利用泵泵送至水泥窯進(jìn)行處置。廢堿和其他廢液分別通過除雜器過濾后，由氣動隔膜泵泵送入儲罐中，然后再分別由氣動隔膜泵泵送至水泥窯處理。少量廢堿和其他廢液經(jīng)除雜器過濾后，直接泵送入窯。泵均設(shè)置1 用1 備。

儲罐泄漏及場地沖洗廢水由集液池收集，收集的廢液除雜后通過排污泵返回儲罐。

3 協(xié)同處置生活垃圾

生活垃圾來源受當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、文化、飲食習(xí)慣的影響，不同地區(qū)的生活垃圾組分、熱值不盡相同，但均有成分復(fù)雜、含水率高、熱值低的特點。水泥窯協(xié)同處置生活垃圾工藝在借鑒目前成熟的垃圾焚燒發(fā)電工藝基礎(chǔ)上，開發(fā)了多種適用于當(dāng)?shù)夭⑶泻纤嗥髽I(yè)的處理工藝。

3.1 分選預(yù)處置工藝

分選技術(shù)主要是將生活垃圾分選為衍生燃料和適應(yīng)于水泥生產(chǎn)的替代原料，可以分為預(yù)處理和水泥窯協(xié)同處置（終端處置）兩部分。從垃圾進(jìn)廠到入窯處置，可分為接收及一次破碎、干化、分選及二次破碎、除臭、滲濾液處理和入窯協(xié)同處置6 個系統(tǒng)［2］。

生活垃圾預(yù)處理主要包含了接收及一次破碎、干化、分選及二次破碎等一系列過程。生活垃圾水泥窯協(xié)同處置主要為入窯系統(tǒng)，可燃垃圾經(jīng)過一系列輸送、計量裝置，喂入水泥窯分解爐，替代部分燃煤，進(jìn)行資源化利用。無機(jī)渣土經(jīng)破碎、干化以及分類處理后作為原料用于水泥生產(chǎn)。工藝流程見圖3。

圖3 垃圾分選預(yù)處置工藝流程

3.2 熱盤爐預(yù)處置工藝

進(jìn)場的生活垃圾倒入料坑中，用抓斗注入料斗，經(jīng)稱重、計量后，用皮帶送入窯尾熱盤爐。熱盤爐匯集的生活垃圾、高溫三次風(fēng)及部分熱生料，在爐膛內(nèi)進(jìn)行充分燃燒［3］。熱盤爐產(chǎn)生的高溫氣體、廢料的燃燒灰分、生料和小顆粒的燒結(jié)渣等均進(jìn)入分解爐，少量的較大顆粒的燒結(jié)渣則由窯尾上升煙道中落下進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，再經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)煅燒成水泥熟料。燃燒后的煙氣（含有未燃盡的有機(jī)成分等）被送入水泥窯的分解爐，經(jīng)過分解爐再次對有機(jī)成分進(jìn)行分解或裂解，達(dá)到有毒有機(jī)物徹底分解，窯尾廢氣經(jīng)過收塵系統(tǒng)凈化從煙囪排出。工藝流程見圖4。

圖4 熱盤爐預(yù)處置工藝流程

3.3 氣化爐預(yù)處置工藝

吊車將儲坑中的垃圾送入給料機(jī)，給料機(jī)將垃圾定量送入氣化爐中。進(jìn)入爐內(nèi)的垃圾由上而下緩慢移動，鼓風(fēng)機(jī)將一次風(fēng)送入最底部的風(fēng)室，由下而上進(jìn)入氧化燃燒層提供助燃［4］。垃圾和空氣燃燒產(chǎn)生高溫后繼續(xù)上升到爐膛，與由上而下的垃圾形成對流。經(jīng)過氧化燃燒后剩余的高溫殘渣灰向下移動被空氣冷卻，冷卻后的殘渣在凸形爐篦的作用下被擠壓破碎成150 mm 以下的塊狀物，排入風(fēng)室下方的錐形灰斗內(nèi)。殘渣通過灰斗落入下方的水封槽中，并通過重型鏈刮板式出渣機(jī)從水中排出。工藝流程見圖5。

圖5 氣化爐剖面及其預(yù)處置工藝流程

3.4 機(jī)械爐排爐預(yù)處置工藝

垃圾通過行車抓斗送入機(jī)械爐排爐進(jìn)行氣化焚燒。機(jī)械爐排爐的一次風(fēng)由垃圾庫內(nèi)的空氣提供，一次風(fēng)采用煙氣空氣預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，煙氣來自爐排爐出口高溫尾氣加熱后的一次風(fēng)進(jìn)爐排爐燃燒使用［5］。

垃圾在機(jī)械爐排爐里干燥、燃燒、燃燼，燃燒后的殘渣經(jīng)除鐵器等去除金屬物后輸送到原料配料站參與配料、粉磨成生料粉，再經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)煅燒成水泥熟料。燃燒后的煙氣（含有未燃盡的有機(jī)成分等）通入水泥燒成系統(tǒng)的分解爐，經(jīng)過分解爐繼續(xù)對有機(jī)成分進(jìn)行分解或裂解，使得有毒有機(jī)物徹底分解，最后利用燒成窯尾的廢氣處理系統(tǒng)來凈化廢氣，然后通過煙囪排出。工藝流程見圖6。

圖6 機(jī)械爐排爐預(yù)處置工藝流程

4 水泥窯協(xié)同處置污泥

污泥主要來自于生活污水處理廠處理污水的二沉池，經(jīng)過脫水后成為有機(jī)物和水的混合物，根據(jù)脫水程度的不同，可分為含水率80%的污泥和含水率60%的污泥2 類，含水率越高，其流動性越好。

4.1 含水率80%污泥預(yù)處置工藝

來自污水廠的生活污泥通過污泥運輸車送到廠區(qū)地磅過磅后，送入污泥接收倉。接收倉自動倉蓋上設(shè)2 塊篦子板對污泥進(jìn)行過濾，過濾后的污泥進(jìn)入污泥接收倉中備用。污泥接收倉中的污泥經(jīng)過倉底部設(shè)置的滑架把污泥均勻地送入預(yù)壓螺旋輸送機(jī)，通過對污泥的加壓，緩慢均勻地給污泥泵送料。采用2 臺污泥柱塞泵同時工作，將污泥高壓連續(xù)輸送到水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾。污泥在窯尾分解爐中部900 ℃的高溫下充分燃燒，實現(xiàn)最終無害化處置。

污泥利用噴槍進(jìn)入窯尾，通過壓縮空氣對入窯的污泥進(jìn)行切割，使其入窯后成霧狀。對蒸發(fā)污泥中的水分、改善窯況非常有利。為保證噴槍不被堵塞，在每條管道中配備了除雜系統(tǒng)，利用除雜器前后壓差，判斷管道的堵塞程度并及時清理。工藝流程見圖7。

圖7 含水率80%污泥預(yù)處置工藝流程

4.2 含水率60%污泥預(yù)處置工藝

濕污泥（含水率80%～95%）卸入污泥緩存?zhèn)}中，由污泥輸送泵輸送至間接干化設(shè)備。在間接干化過程中利用飽和水蒸氣作為熱源與污泥進(jìn)行對流傳熱，污泥中水分蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)再熱裝置加熱后送回間接干化設(shè)備中加熱污泥，實現(xiàn)二次蒸汽的循環(huán)利用。冷凝水收集后送入緩存?zhèn)}熱盤管對污泥進(jìn)行預(yù)熱。濕污泥經(jīng)初步干化后其含水率降低至55%～75%。半干污泥送入污泥中間倉中，計量后喂入直接干化設(shè)備中。在這一過程中，半干污泥與水泥窯高溫?zé)煔庵苯咏佑|，進(jìn)一步蒸發(fā)污泥中的水，使污泥含水率降低至35%以下，煙氣夾帶干污泥顆粒進(jìn)入旋風(fēng)分離器后，受重力作用實現(xiàn)氣固分離，氣體進(jìn)入水泥窯系統(tǒng)處置，干污泥顆粒收集后送入水泥窯焚燒［6］。工藝流程見圖8。

圖8 含水率60%污泥預(yù)處置工藝流程

5 其他處置項目

水泥窯回轉(zhuǎn)窯有體量大、溫度高、堿性環(huán)境、適應(yīng)性廣等特點，這是其他焚燒爐所無法比擬的優(yōu)點。針對水泥窯的優(yōu)點，開發(fā)出協(xié)同處置飛灰、污染土、包裝醫(yī)藥廢物等工藝。

5.1 飛灰預(yù)處置工藝

運送飛灰罐車進(jìn)場后，通過自帶泵送系統(tǒng)將飛灰泵送至儲倉，儲倉內(nèi)飛灰經(jīng)過閘板閥和粉體喂料機(jī)后經(jīng)轉(zhuǎn)子秤計量進(jìn)入螺旋泵，再通過羅茨鼓風(fēng)機(jī)將飛灰輸送至窯頭噴入窯內(nèi)焚燒［7］。工藝流程見圖9。

圖9 飛灰預(yù)處置工藝流程

5.2 污染土預(yù)處置工藝

車輛進(jìn)場后將物料卸入料倉內(nèi)，通過滑架將物料送到雙軸螺旋輸送機(jī)，再通過膠帶輸送機(jī)將物料送至大傾角皮帶，最后送入原料調(diào)配至原料粉磨的上料皮帶上，送至原料磨粉磨［8］。工藝流程見圖10。

圖10 污染土預(yù)處置工藝流程

5.3 小包裝等預(yù)處置工藝

特殊固態(tài)廢物，如化學(xué)藥劑空瓶、化學(xué)試劑類廢棄物等，通過叉車運輸至升降機(jī)，物料由升降機(jī)提升到窯尾3 層平臺，在3 層平臺通過圓盤給料機(jī)直接送入窯尾分解爐或煙室進(jìn)行焚燒。工藝流程見圖11。

圖11 小包裝預(yù)處置工藝流程

6 結(jié)語

水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)是實現(xiàn)水泥行業(yè)可持續(xù)發(fā)展和綠色轉(zhuǎn)型升級的重要條件，其能夠很好地實現(xiàn)固體廢物減量化、資源化、無害化處置，下階段行業(yè)將著重解決對水泥窯系統(tǒng)的熱平衡和熟料影響問題。目前行業(yè)正處于快速發(fā)展階段，各類新技術(shù)、新理論不斷涌現(xiàn)，未來將向更加自動化、智能化的方向發(fā)展，進(jìn)一步降低水泥窯協(xié)同處置固體廢物項目的人員勞動強(qiáng)度，并提高項目的職業(yè)健康水平。