利用新型干法水泥窯協(xié)同處置生活垃圾及污泥技術

1、利用新型干法水泥窯協(xié)同處置生活垃圾及污泥技術2014-7-4中國海螺創(chuàng)業(yè)控股有限公司 楊長青一、背景隨著經(jīng)濟發(fā)展的水平不斷提高和人們對環(huán)境保護的認識不斷增強，環(huán)保問題、資源問題和可持續(xù)發(fā)展問題日益成為制約社會和經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一。生活垃圾和污泥的無害化處理是全球性難題，倍受社會各界的高度關注。目前我國城市生活垃圾堆存量已達76億噸，每年還要產(chǎn)生1億多噸城市生活垃圾，眾多城市陷入垃圾包圍之中。我國城鎮(zhèn)污水處理廠年產(chǎn)生污泥量已達3000萬噸，但大部分污泥只是簡單脫水后外運棄置，只有很少一部分被規(guī)范處置。污泥含有污水中約50%的污染物，棄置后有再次污染水體、環(huán)境的風險，污泥的處理與處置也不容忽視

2、。尋求生活垃圾和污泥科學、合適的處理方法，是建設環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會的必然選擇。利用新型干法水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術可減少對不可再生能源的開發(fā)，具有工藝簡潔、資源化程度高、處理過程衛(wèi)生、安全、有效等特點，可達到垃圾和污泥減量化、資源化、無害化的處理目標。隨著該類技術的成功開發(fā)和應用，以及國務院下發(fā)關于化解產(chǎn)能嚴重過剩矛盾的指導意見（國發(fā)201341號）文件要求支持利用現(xiàn)有水泥窯無害化協(xié)同處置城市生活垃圾和產(chǎn)業(yè)廢棄物。利用新型干法水泥窯處置生活垃圾、污泥技術將成為生活垃圾、污泥無害化處理的主要方法之一。中國海螺創(chuàng)業(yè)控股有限公司是一家港股上市公司（HK00586），參股海螺集團，主要從事節(jié)

3、能環(huán)保、新型建材、裝備制造、港口貿(mào)易等產(chǎn)業(yè)，公司一直致力于推動行業(yè)的技術進步和轉型升級。在充分調(diào)研國內(nèi)生活垃圾、污泥處理現(xiàn)狀和國外先進處理技術的基礎上，探索利用新型干法水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術，公司于2007年啟動“利用新型干法水泥窯無害化處置生活垃圾系統(tǒng)的開發(fā)與應用”科研項目（以下簡稱“CKK項目”,CKK是Conch Kawasaki Kiln system的縮寫），2010年完成該項目的研發(fā)工作，同年在安徽省銅陵市建成首套示范線，整體技術處于國際先進水平。繼CKK項目成功開發(fā)應用后，公司又開發(fā)出污泥混燒處理系統(tǒng)，2011年9月第一套60t/d污泥處理系統(tǒng)在安徽省銅陵市成功投運。二、水泥

4、窯協(xié)同處置生活垃圾技術1、主要工藝流程本項目首次將垃圾處理和水泥熟料燒成兩個獨立系統(tǒng)進行有機融合和無縫對接，創(chuàng)建一種新的垃圾處理方式。通過工程設計、工藝優(yōu)化、系統(tǒng)集成等方法，解決了垃圾氣化后的低溫廢氣及灰分對水泥熟料燒成系統(tǒng)的影響，實現(xiàn)了利用水泥窯安全、穩(wěn)定、無害化處理生活垃圾。生活垃圾通過收集車運送到垃圾坑內(nèi)儲存，用行車進行攪拌和均化，破碎后用行車送入垃圾供料系統(tǒng)，定量輸送至氣化爐中氣化焚燒。投入爐內(nèi)的垃圾與爐內(nèi)高溫流動介質（流化砂）充分接觸，一部分通過燃燒向流動介質提供熱源，另一部分氣化后形成可燃性氣體送往水泥窯分解爐內(nèi)進一步焚燒。垃圾氣化后氣體中有害物質經(jīng)分解爐焚燒分解，分解后的生成物被

5、水泥窯內(nèi)堿性物料吸收固化，剩下的廢氣經(jīng)水泥窯尾廢氣處理系統(tǒng)凈化后排出。垃圾中的不燃物在流動介質中不斷沉降，到了爐底部時排出。從排出的爐渣中分離出金屬，剩下的塊狀物料作為水泥原料進行配料。垃圾坑中的垃圾污水經(jīng)過收集和過濾后，送入分解爐進行氧化分解，達到無害化處理的目的，其工藝流程如下圖所示。子系統(tǒng)主要包括前處理及供料系統(tǒng)、垃圾氣化系統(tǒng)、灰渣處理系統(tǒng)、垃圾污水處理系統(tǒng)、除氯系統(tǒng)等。主要設備有氣化爐、回轉式剪切破碎機、雙梁橋式行車、除臭機、熱風爐、磁選機、有色金屬分選機、氣體冷卻器等。各個子系統(tǒng)工作流程介紹如下： （1）前處理及供料系統(tǒng)生活垃圾用密封運輸車運送進廠，稱重后進入全封閉卸料大廳

6、，到達綠色指示燈下卸料門區(qū)域，卸料門自動打開，運輸車將垃圾倒入全封閉的垃圾坑內(nèi)。垃圾行車抓斗將垃圾坑內(nèi)未經(jīng)破碎的垃圾抓入垃圾料斗內(nèi)，通過輸送設備將垃圾輸送到垃圾破碎機內(nèi)，破碎后的垃圾回到垃圾坑，垃圾行車抓斗對破碎后的垃圾進行攪拌，使垃圾得到均化。垃圾行車抓斗將攪拌后的破碎垃圾抓入破碎垃圾料斗內(nèi)，破碎后的垃圾經(jīng)過密封的雙螺旋輸送機定量的輸送到氣化爐中。（2）垃圾氣化系統(tǒng)氣化爐內(nèi)部鋪設有一定深度的石英砂， 通過風機將全封閉的卸料大廳和垃圾坑中的垃圾臭氣經(jīng)過氣化爐中部的散氣管鼓入氣化爐內(nèi)，將爐內(nèi)石英砂吹起成沸騰狀態(tài)，啟動時由熱風爐加熱空氣將爐內(nèi)石英砂加熱至工作溫度后，破碎后的垃圾喂入氣化爐

7、內(nèi)，與500550的高溫、流動的石英砂充分接觸，一部分垃圾通過燃燒向石英砂提供熱量，維持氣化爐內(nèi)部溫度，另一部分垃圾氣化形成可燃性氣體，送入水泥窯分解爐進一步焚燒。垃圾焚燒后產(chǎn)生的爐渣在重力作用下沉降到爐底，并隨砂排出，石英砂通過砂循環(huán)裝置進行循環(huán)利用，灰渣中的金屬回收利用，剩下的灰渣作為水泥原料。在本過程中采用氣化爐設備，耗用的空氣量和產(chǎn)生的廢氣量小，避免對水泥窯生產(chǎn)運行的影響，實現(xiàn)設備小型化，減小布置空間，金屬以游離態(tài)回收利用，散氣管方式易于排渣。（3）灰渣處理系統(tǒng)氣化爐內(nèi)垃圾焚燒后的不燃物灰渣從爐底排出，采用水冷設備將溫度從500 降到300以下，經(jīng)過磁選機分選出鐵，再經(jīng)過有色

8、金屬分選機分選出鋁等有色金屬，剩下的塊狀灰渣用作水泥生產(chǎn)的原料。（4）污水處理系統(tǒng)垃圾坑滲出的垃圾滲濾液主要成份是有機物，具有不耐熱的特性，經(jīng)過過濾后送入貯存槽，采用專用泵噴射到氣化爐或水泥窯分解爐內(nèi)，進行高溫氧化處理，完全分解有機成分，實現(xiàn)無害化。針對垃圾含水率較高的地區(qū)，采用生物法處理污水，做到污水處理后達標排放。（5）除氯系統(tǒng)在垃圾氣化過程中生成的二噁英，進入水泥窯分解爐內(nèi)得到徹底分解。二噁英分解后的氯離子與分解爐內(nèi)水泥原料分解生成的CaO反應形成穩(wěn)定的2CaOSiO2CaCl2進入水泥窯內(nèi)進行高溫煅燒。在水泥窯窯尾煙室處設置除氯系統(tǒng)，抽取部分含氯粉塵氣體，通過冷卻系統(tǒng)急冷后用收塵設備回

9、收粉塵，減小對水泥窯運行及產(chǎn)品質量的影響。2、技術核心裝備氣化爐針對我國生活垃圾特點，氣化爐的設計采用低空氣比燃燒工藝，內(nèi)部采用散氣管、流化砂層結構，利用流化砂層的蓄熱、傳熱功能，使生活垃圾在低溫狀態(tài)下能夠穩(wěn)定氣化焚燒。利用氣化爐焚燒溫度相對較低（500550）的優(yōu)勢，利用流化砂層對垃圾不斷氣化，一部分轉換成可燃性氣體從氣化爐中導出送至水泥窯分解爐，一部分在爐內(nèi)和流化砂層進行內(nèi)循環(huán)，不需要其他熱源即可達到氣化爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定性。針對生活垃圾氣化焚燒和入窯后無害化處理，CKK系統(tǒng)配套開發(fā)了破橋、防壓實的垃圾防堵裝置、垃圾供料裝置、爐渣排出裝置以及氣體冷卻和稀釋冷卻裝置。3、垃圾處理系統(tǒng)與水泥窯接口

10、技術的研究與開發(fā)采用CFD軟件對噴旋管道式分解爐進行了數(shù)值模擬試驗，對垃圾氣體入口位置進行了模擬分析。為減小氣化爐煙氣進分解爐后對水泥窯系統(tǒng)工況的影響，對煙氣進分解爐位置和角度進行了多次深入的分析研究和測試，包括運用計算機模擬分析，確定進分解爐煙氣流速、煙氣入口位置。根據(jù)上述研究，我們開發(fā)了一種水泥分解爐進氣裝置，其結構簡單，且能將垃圾燃燒得到的可燃氣化物輸送至分解爐內(nèi)的適當位置，既保證含有有害成份的垃圾可燃氣化物在水泥窯分解爐中得到完全處理，又對分解爐設備的運行影響最小。通過對典型中心剖面溫度云圖分析表明：該位置對水泥窯生產(chǎn)運行影響最小，滿足分解爐高溫降解二噁英的要求，并發(fā)現(xiàn)垃圾低位熱值高于

11、850kcal/kg時，就能滿足系統(tǒng)自身熱平衡的要求。4、技術特點（1）對垃圾適應性強生活垃圾通過密閉垃圾車送入廠區(qū)，系統(tǒng)內(nèi)設置一系列破碎、均化、計量、喂入設備，物流順暢，處理徹底，能夠順利處理低熱值的垃圾。（2）資源化程度高垃圾焚燒產(chǎn)生的熱量可替代部分水泥窯燃料，采用分選設備分選出爐渣、金屬，爐渣可替代部分水泥原料，游離態(tài)鐵、鋁等金屬可分別回收。（3）處理流程簡潔利用水泥窯燒成系統(tǒng)代替垃圾焚燒處理工藝的尾氣凈化系統(tǒng)，簡化了處理流程，降低了相應投資。（4）對水泥窯生產(chǎn)無影響 針對中國生活垃圾現(xiàn)狀，采用氣化爐技術，氣化時空氣消耗量小，產(chǎn)生廢氣量少，避免對水泥窯生產(chǎn)的影響。（5）高效處理

12、二噁英水泥窯系統(tǒng)的分解爐內(nèi)溫度高達900左右，垃圾氣化氣體燃燒時間長達7秒以上，氣化爐中產(chǎn)生的二噁英在分解爐中完全分解，再與高溫、高細度、高濃度、高吸附性、高均勻性分布的水泥堿性物料充分接觸，有利于吸收氯離子，控制氯源，避免二噁英類物質的二次生成。（6）有效控制惡臭垃圾坑和處理廠房采用全密封結構，且用通風機將垃圾坑內(nèi)產(chǎn)生的垃圾臭氣抽出送入氣化爐內(nèi)燃燒，使垃圾坑處于負壓狀態(tài)，避免了垃圾惡臭的擴散。另外，還配置了除臭機，當氣化爐和水泥窯停止運行時，將垃圾坑內(nèi)臭氣抽出凈化后排出，防止垃圾臭氣的污染。（7）無害化處理污水垃圾坑滲出的垃圾滲濾液噴射到氣化爐或水泥窯分解爐內(nèi)進行高溫氧化處理，完全分解有機成

13、分，實現(xiàn)無害化。（8）安全固化重金屬在垃圾氣化過程中生成的二噁英，在水泥窯分解爐內(nèi)進行有效分解。二噁英分解后的氯離子在預熱器內(nèi)被水泥生料充分吸收，形成穩(wěn)定的2CaOSiO2CaCl2進入水泥窯內(nèi)煅燒。在水泥窯窯尾煙室處設置除氯系統(tǒng)，抽取部分含氯粉塵氣體，通過冷卻系統(tǒng)急冷后用收塵設備回收粉塵，消除對水泥窯運行及產(chǎn)品質量的影響。三、技術認可情況2010年7月以來，項目通過開發(fā)已有7項發(fā)明專利授權，8項實用新型及1項外觀設計授權，1項計算機軟件著作權取得登記。2011年該項技術通過科技成果鑒定，達國際先進水平。項目開始實施后，獲得全球可再生能源領域最具投資價值的十大領先技術“藍天獎”提名獎，并先后獲

14、國家工程咨詢成果、建材行業(yè)工程設計一等獎。2010年4月，首套示范線在安徽省銅陵市試運行；2012年11月，第二套垃圾處理系統(tǒng)在貴州省貴定縣投運，兩項目自投運后運行情況良好。目前在貴州省遵義市、貴州省清鎮(zhèn)市、甘肅省平?jīng)鍪?、重慶市忠縣、廣東省陽春市、云南省保山市等地多個CKK項目正在建設，另有10余個項目正在計劃實施中。四、環(huán)保及社會效益CKK項目為社會公益類項目，技術水平屬世界首創(chuàng)、國際先進。我公司現(xiàn)階段已建、在建和計劃實施的近20個項目垃圾無害化處理總規(guī)模達6000t/d，年處理能力約200萬噸，年節(jié)約土地資源約5000畝（垃圾堆高按10 m計）。銅陵海螺利用水泥窯協(xié)同處理生活垃圾

15、示范項目自2010年4月投產(chǎn)以來，已處理生活垃圾40多萬噸，徹底解決了銅陵市74萬人每天產(chǎn)生的生活垃圾問題。銅陵海螺利用水泥窯協(xié)同處理污泥處理系統(tǒng)自2011年9月投產(chǎn)以來，已處理污泥18000多噸，擺脫了污泥無害化處理難的困擾。垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的二噁英類物質得到有效降解，德國Eurofins GfA GmbH實驗室檢測，二噁英排放濃度最高僅為0.0376ngTEQ/m3，優(yōu)于GB30485-2013水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標準規(guī)定的限值：0.1ngTEQ/m3，沒有二次污染，且建設投資小，占地少，體現(xiàn)了顯著的社會、環(huán)境效益。五、水泥窯協(xié)同處置污泥技術1、概述污泥處理

16、的主流工藝衛(wèi)生填埋會占用大量土地資源，由于污泥中部分重金屬含量接近或者超過了我國農(nóng)用污泥中污染物控制標準，部分限制了污水處理廠污泥的農(nóng)業(yè)應用。且國內(nèi)生活污水和工業(yè)廢水大多合并處理，使生活污泥的成分非常復雜，特別是重金屬和持久性有機污染物的含量較高，堆肥的方法不能去除有毒有害物質容易造成二次污染。干燥的污泥是一種低熱值的燃料，平均每噸污水污泥可產(chǎn)生16.6520.93MJ的熱量。污泥的處置與資源化的結合，必將成為城市污水污泥唯一的最終出路。2、主要技術方案2011年9月公司成功開發(fā)出污泥混燒處理系統(tǒng)，在安徽省銅陵市建成投運一套60t/d污泥處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)旨在利用水泥工業(yè)新型干法窯處置城市生活垃

17、圾的基礎上混合焚燒處理生活污泥。針對縣級城鎮(zhèn)每天產(chǎn)生的污泥量不大的情況下，將脫水污泥送入CKK系統(tǒng)氣化爐內(nèi)與垃圾進行混燒。一般合適的混燒比例為污泥約占1020%。工藝系統(tǒng)主要配置污泥料斗、污泥取出裝置、污泥輸送泵、污泥喂料裝置及輸送管道。當需要處理污泥量較大時，可將含水率80%左右的脫水污泥直接送入水泥窯尾煙室或分解爐內(nèi)進行焚燒處理。技術上與上述混燒項目相應部分相同，不同的是通過輸送管道將污泥輸送至水泥窯尾煙室或分解爐內(nèi)部進行焚燒處理，根據(jù)污泥處理量調(diào)整污泥儲存和輸送系統(tǒng)的能力。當需要處理污泥量更大時，以600t/d處理規(guī)模為例：在含水率80%的脫水污泥中加入添加劑，機械脫水成330噸含水率5

18、5%以下的污泥，利用水泥窯的余熱對機械脫水后的污泥進行干化，然后將干化污泥送入水泥窯分解爐內(nèi)進行焚燒處理。工程主要配置污泥接收及輸送設備、污泥干燥設備及管道等；污泥干燥設備由熱交換器、解碎機、旋風筒、風機、污泥干燥料斗、干燥污泥供給裝置、輸送機、干化污泥料斗構成。利用水泥窯烘干和焚燒污泥工藝流程圖如下：3、推廣應用清鎮(zhèn)CKK項目、忠縣CKK項目分別配套建設50t/d、80t/d污泥處理系統(tǒng)，一次性規(guī)劃解決了當?shù)厣钗鬯幚磉^程中產(chǎn)生的污泥。遵義CKK項目設計預留有污泥處理系統(tǒng)接口，綜合考慮遵義市每天產(chǎn)生的污泥，待條件成熟時建設污泥處理系統(tǒng)。六、結束語按照2013年下發(fā)的國務院關于化解產(chǎn)能嚴重過

19、剩矛盾的指導意見國發(fā)201341號文件，協(xié)同處置生產(chǎn)線數(shù)量比重不低于10%。截止2013年11月底，全國2000t/d及以上規(guī)模干法水泥窯共計1352條，新型干法水泥窯系統(tǒng)處置生活垃圾、污泥技術具有很好的應用前景，可以為各地環(huán)保事業(yè)做出非常重要的貢獻。水泥窯處理垃圾    一、技術介紹   公司憑借其多年來在水泥生產(chǎn)技術上的研究和經(jīng)驗積累，通過對國內(nèi)生活垃圾特性的研究，自主開發(fā)研制了利用水泥工業(yè)新型干法窯和氣化爐相結合處理城市生活垃圾技術，簡稱CKK系統(tǒng)，該技術為世界首創(chuàng)。  CKK系統(tǒng)工藝流程：生活垃圾用密封運輸車運送進廠，稱重后卸入垃圾坑,

20、通過破碎、攪拌進行均化，再喂入氣化爐內(nèi)焚燒。氣化爐內(nèi)垃圾與蓄熱介質流化砂接觸，一部分垃圾燃燒，產(chǎn)生熱量保持蓄熱介質的溫度，使垃圾可以持續(xù)氣化；另一部分垃圾氣化，生成可燃氣體送到水泥窯系統(tǒng)中無害化燃燒。氣化爐內(nèi)的不燃物灰渣從爐底排出，分離出鐵、鋁金屬后，最終剩下的灰渣用作水泥生產(chǎn)的原料。垃圾坑滲出的垃圾滲濾液經(jīng)過濾后，送到氣化爐內(nèi)高溫氧化，完全分解有機成分，實現(xiàn)無害化。CKK系統(tǒng)工藝流程圖三、 技術特點  1、對垃圾適應性好  系統(tǒng)內(nèi)設置一系列破碎、均化、計量、喂入設備，生活垃圾通過密閉垃圾車送入，不需分選，對生活垃圾的適應性很強。  2、資源化程度高，節(jié)能減排效果好   垃圾焚燒產(chǎn)生的熱量可替代部分水泥窯燃料，減少燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放；相比填埋處理方式，避免了甲烷和二氧化碳排放問題；爐渣可替代部分水泥原料，游離態(tài)鐵、鋁等金屬可分別回收，資源化程度高。   3、處理流程簡潔   利用水泥窯優(yōu)勢，不需要設置尾氣凈化系統(tǒng)，簡化了處理流程，