新型干法水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物的應(yīng)用分析

韋宗敏

（廣東韶科環(huán)?？萍加邢薰?，廣東 韶關(guān) 512026）

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，我國城市固體廢棄物產(chǎn)生量呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢。生態(tài)環(huán)境部公布的數(shù)據(jù)顯示，2019年，全國196 個大中城市共產(chǎn)生一般工業(yè)固體廢物13.8 億t、工業(yè)危險廢物4 498.9 萬t、醫(yī)療廢物84.3 萬t、城市生活垃圾2.356 億t，其相較2018年均有大幅上升之勢。固體廢棄物既是影響城市發(fā)展的環(huán)境污染源，也是可以變廢為寶的重要資源。隨著環(huán)保意識的增強和國家生態(tài)環(huán)保治理力度的增加，固體廢棄物處置研究不斷深入。其中，干法水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物具有工藝先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量高、能耗低、生產(chǎn)率高等優(yōu)勢，實現(xiàn)了水泥窯“一窯多用”功能。新型水泥窯協(xié)同處置城市固體廢棄物成為水泥企業(yè)轉(zhuǎn)型和城市固廢處置研究的新方向。

傳統(tǒng)固體廢棄物處置技術(shù)主要為填埋法，容易造成二次污染和資源浪費，填埋產(chǎn)生的滲濾液會污染掩埋區(qū)地下水和周邊土壤。新型干法水泥窯利用固體廢棄物的有用成分作為水泥配料原料，利用水泥熟料礦物化高溫?zé)Y(jié)，對固體廢棄物有毒有害成分進(jìn)行降解、惰性化、穩(wěn)定化，實現(xiàn)水泥生產(chǎn)中固體廢棄物的減量化、資源化利用。國家《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年本）》已將“利用不低于2 000 t/d（含）新型干法水泥窯或不低于6 000 萬塊/年（含）新型燒結(jié)磚瓦生產(chǎn)線協(xié)同處置廢棄物”列入第一類“鼓勵類”第十二條“建材”中第1 項。

1 水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物的原理

填埋是固體廢棄物的傳統(tǒng)處理方式，隨著填埋數(shù)量的增加和填埋時間的推移，固體廢棄物填埋區(qū)的地下水及土壤有污染風(fēng)險。此外，固體廢棄物焚燒發(fā)電極易產(chǎn)生滲濾液和二噁英，同時灰渣富含重金屬。水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物以新型干法燒成技術(shù)為核心，利用新型原料、燃料預(yù)均化技術(shù)、節(jié)能粉磨技術(shù)及裝備，運用先進(jìn)計算機集散控制技術(shù)，實現(xiàn)固體廢棄物處置全過程的自動化。固體廢棄物預(yù)處理后，進(jìn)入水泥窯。

水泥窯處置能力強，效率高，污染排放少，可以有效處理固體廢棄物。一是廢氣排放少。水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物的燃燒溫度一般不小于1 400 ℃，石灰石被徹底分解成二氧化碳和氧化鈣。燃燒溫度始終保持在較高水平，氧化鈣可以減少固體廢棄物燃燒過程的氯化氫、二噁英、硫氧化物等有毒有害氣體的排放。二是灰渣排放少。新型干法水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物，固體廢渣、重金屬顆粒物在高溫煅燒環(huán)境下形成熔融玻璃體，玻璃體經(jīng)急冷后生成水泥熟料。三是廢液排放少。由于水泥窯的負(fù)壓作用，新型干法水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物產(chǎn)生的廢液重新進(jìn)入窯內(nèi)燃燒，高溫分解。干法水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物，可有效利用垃圾自身熱量和燃燒后產(chǎn)生的灰渣，有效降低城市固廢存量，真正實現(xiàn)固體廢棄物資源化、減量化與無害化處置，變廢為寶。

2 水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物的現(xiàn)狀

干法水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物的技術(shù)在國外早已被研究，并付諸實踐。20世紀(jì)70年代，德國、美國、日本就嘗試?yán)每扇夹怨腆w廢棄物作為水泥生產(chǎn)替代燃料。21世紀(jì)初，發(fā)達(dá)國家紛紛運用固體廢棄物作為水泥生產(chǎn)的替代燃料，這種處置方式得到廣泛認(rèn)可。其中，荷蘭運用固體廢棄物作為水泥生產(chǎn)替代燃料的比例達(dá)到83.0%，而且這一比例還在不斷增加。干法水泥窯協(xié)同處置城市固體廢棄物的作用越來越明顯。據(jù)不完全統(tǒng)計，發(fā)達(dá)國家利用水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物的替代燃料比例如表1所示。

表1 固體廢棄物作為水泥生產(chǎn)替代燃料的比例

20世紀(jì)90年代，我國開始引入水泥窯協(xié)同處置工藝處理固體廢棄物。在科研院所的技術(shù)指導(dǎo)下，水泥企業(yè)陸續(xù)引入水泥窯協(xié)同處置工藝，用以處理城市生活垃圾和危險廢物，具體實踐案例如表2所示。

表2 國內(nèi)利用水泥窯處置固體廢棄物的實踐

從水泥生產(chǎn)企業(yè)的實際運行效果來看，干法水泥窯能夠協(xié)同處置城市生活垃圾、危險廢物等固體廢棄物，企業(yè)周邊環(huán)境監(jiān)測結(jié)果顯示，各污染物均可達(dá)到相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求，企業(yè)同時取得良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益?？梢姡煞ㄋ喔G協(xié)同處置固體廢棄物能夠達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，實際應(yīng)用效果顯著。

3 新型干法水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物的優(yōu)勢

從國內(nèi)水泥生產(chǎn)企業(yè)的實際應(yīng)用來看，新型干法水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物的技術(shù)成熟。新型干法水泥窯是指窯尾配加懸浮預(yù)熱器和預(yù)分解爐的回轉(zhuǎn)窯，它是當(dāng)代水泥工業(yè)的最新技術(shù)代表。

3.1 技術(shù)優(yōu)勢

一是高溫處理。熟料煅燒要求新型干法水泥窯內(nèi)物料燃燒溫度始終處于較高值，一般為1 400 ℃左右。高溫煅燒能夠分解絕大部分固體廢棄物，有機物焚燒率可達(dá)99.99%。二是焚燒空間大。從實際運行情況來看，回轉(zhuǎn)窯一般采用旋轉(zhuǎn)型轉(zhuǎn)筒，筒體長度為50～100 m，直徑為3～5 m，轉(zhuǎn)速為2.5～4.2 r/min，旋轉(zhuǎn)使得轉(zhuǎn)筒中固體廢棄物充分燃燒，各個部位保持均勻、穩(wěn)定焚燒。三是停留時間長。新型干法水泥窯工藝選用的回轉(zhuǎn)窯筒體結(jié)構(gòu)較長，斜度小，轉(zhuǎn)速低，固體廢棄物從窯尾至窯頭的總停留時間超過30 min，長時間停留于1 400 ℃的轉(zhuǎn)筒內(nèi)，煅燒效果顯著。四是處理規(guī)模大?；剞D(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)率高，固體廢棄物處理規(guī)模大，日產(chǎn)能力強，熱穩(wěn)定性和抗波動能力高，固體廢棄物作為水泥生產(chǎn)替代燃料的比例有較大的提升空間。

3.2 環(huán)保優(yōu)勢

與普通焚燒爐相比，在環(huán)保方面，新型干法水泥窯處理固體廢棄物的優(yōu)勢十分顯著。首先，回轉(zhuǎn)窯呈堿性氣氛，堿性物質(zhì)可中和回轉(zhuǎn)窯燃燒產(chǎn)生的二氧化硫、氯化氫等酸性物質(zhì)，將其變成鹽類固定下來，有效避免二次污染?；剞D(zhuǎn)窯能夠有效焚燒有毒有害廢料，將其固化于熟料礦物中，達(dá)到固化重金屬和凈化焚燒尾氣的效果，同時減少燃料使用量。部分固體廢棄物含有較高熱值，可有效替代水泥熟料煅燒所需的燃料。固體廢棄物燃燒殘渣主要為無害鹽類，具有可利用的組分，可替代部分天然原料作為水泥生產(chǎn)的熟料，實現(xiàn)資源化利用。

4 新型干法水泥窯處置固體廢棄物的影響因素及應(yīng)對措施

固體廢棄物熱值較高，若去除固體廢棄物的水分影響，熟料煅燒熱耗可有效降低。經(jīng)估算，采用新型干法水泥窯處置固體廢棄物時，一座設(shè)計處理規(guī)模4 500 t/d 的水泥窯每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2 651 t。但投入生產(chǎn)后，水泥窯會受到配料、有害元素、系統(tǒng)煙氣量等因素影響，要采取必要的應(yīng)對措施，如表3所示。

表3 水泥窯投入生產(chǎn)后的影響因素及應(yīng)對措施

5 結(jié)語

新型干法水泥窯可以協(xié)同處置固體廢棄物，具有良好的市場前景，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)固廢處理的減量化、無害化和資源化。這是一種雙贏的處理方式，在消納各種廢棄物的同時，也可以滿足水泥行業(yè)的物料需求，使水泥生產(chǎn)走上綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展之路，為循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。