袁亮國：一種高效能水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾技術(shù)創(chuàng)新項目

  隨著人們生活水平的提高，生活垃圾的排放也越來越多。目前，我國城市生活垃圾堆存量已達60億噸。占用耕地5億平方米，每年產(chǎn)生2億噸城市生活垃圾，還要以9%的速度迅猛增長。這些數(shù)量龐大的生活垃圾已對城市及城市周圍的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成日趨嚴重的威脅。

  傳統(tǒng)的垃圾處理方法有填埋法、堆肥法和焚燒法，我國城市垃圾處理起步較晚，目前主要以衛(wèi)生填埋為主。雖然在一些城市建立了垃圾焚燒和發(fā)電廠，但由于存在處理量少，處理過程伴隨著有害的氣體（二噁英）、污水（垃圾滲濾液）、廢渣（重金屬含量高）等排放問題，垃圾焚燒法目前仍存在一定的爭議。有關(guān)專家就曾呼吁，中國在城市垃圾的處理問題上要吸收日本80年代普及垃圾焚燒發(fā)電廠，目前又竭力解決二次污染的經(jīng)驗教訓(xùn)，認真研究并努力實現(xiàn)城市垃圾的“減量化、無害化、資源化”處理。

  水泥生產(chǎn)的獨特生產(chǎn)工藝（堿性氣分、1000℃以上的高溫）為處理城市生活垃圾提供了優(yōu)良的條件，國外利用水泥窯協(xié)同處置生活垃圾已有近30年歷史。利用水泥窯協(xié)同處理城市生活垃圾，一是可以利用水泥燒成系統(tǒng)消解垃圾儲存和焚燒過程中的臭氣及有毒物質(zhì)；二是垃圾焚燒產(chǎn)生的灰渣可以作為水泥原料或者混合材，垃圾中的有毒物質(zhì)能夠分解成相應(yīng)的無機物和重金屬固化在水泥熟料中；三是水泥窯系統(tǒng)產(chǎn)生的部分高溫廢氣可以作為垃圾焚燒的補充熱源或者全部熱源，使垃圾的焚燒過程更加充分，進一步降低甚至消除二噁英的排放。實現(xiàn)了垃圾處理的“無害化、資源化”。

  現(xiàn)在已公開的專利中所涉及的技術(shù)方案中，多數(shù)將垃圾焚燒產(chǎn)生的熱煙氣引入水泥窯分解爐進行二次焚燒分解，或?qū)⒗M行預(yù)處理分成可燃物和不可燃物后將可燃物送入窯內(nèi)焚燒。垃圾焚燒產(chǎn)生的爐渣則多用作水泥原料或者水泥混合材進行資源化利用。然而，由于城市垃圾存在穩(wěn)定性差、熱值低、水分高的特點，垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣量大，引入水泥窯分解爐后影響了回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的正常用風(fēng)，將會大幅度降低水泥窯的產(chǎn)量、質(zhì)量和穩(wěn)定性。同時垃圾燃燒產(chǎn)生的煙氣中含有氯離子及堿性物質(zhì)進入預(yù)熱器中會循環(huán)富集而引起系統(tǒng)結(jié)皮、堵塞等問題，影響窯系統(tǒng)的正常運行。

  一種高效水泥窯協(xié)同處理垃圾方案所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡潔、環(huán)保、節(jié)能又將廢渣資源化的高效益的水泥回轉(zhuǎn)窯協(xié)同處理生活垃圾及能源綜合利用系統(tǒng)及方法，同時優(yōu)化了窯系統(tǒng)的運行。流程如圖1所示

  1、垃圾計量及儲存

  垃圾車經(jīng)過地磅計量后，經(jīng)過密閉的卸料平臺1，將垃圾卸入密閉負壓垃圾池2里，垃圾在密閉負壓垃圾池2里經(jīng)過7天左右時間的發(fā)酵降低水分后，得到已發(fā)酵的垃圾、臭氣及滲濾液；

  臭氣進入分解爐一次風(fēng)機19，做為分解爐的一次風(fēng)再進入分解爐11里進行高溫（900～950℃）煅燒（取代從大氣中抽的一次風(fēng)）；停機時，臭氣經(jīng)臭氣排風(fēng)機22抽入臭氣處理系統(tǒng)17，經(jīng)過無害化處理后排空；

  滲濾液排入滲濾池7內(nèi)，經(jīng)沉淀后進入滲濾液處理系統(tǒng)18處理成中水，沉淀后產(chǎn)生的廢渣用抓斗4再次送回密閉負壓垃圾池2里；

  2、垃圾焚燒

  已發(fā)酵的垃圾經(jīng)抓斗4抓入料斗6內(nèi)，然后再從料斗4進入爐排爐8焚燒，得到爐渣及熱廢煙氣。爐渣經(jīng)水冷卻并經(jīng)除鐵器21除鐵后作為原料進入水泥生料配料系統(tǒng)23；爐排爐8的用風(fēng)取自窯頭收塵器16收塵后的低溫廢氣（130℃左右），以充分利用低溫廢氣。

  3、煙氣置換無害化處理

  將爐排爐垃圾燃燒產(chǎn)生的熱廢煙氣（含有二惡英等有害物質(zhì)）經(jīng)窯尾煙室10進入分解爐11，利用分解爐11的高溫堿性環(huán)境將二惡英等有害物質(zhì)分解做無害化處理，熱廢煙氣中的廢灰經(jīng)過分解爐11與預(yù)熱器12的物料一起進入回轉(zhuǎn)窯9內(nèi)煅燒成熟料處理掉；由于垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣量較大，為避免此煙氣對窯系統(tǒng)風(fēng)量的影響，從窯尾煙室10抽出與進入窯尾煙室10的熱廢煙氣等量的窯內(nèi)煙氣進入鍋爐13，經(jīng)過鍋爐冷卻后的廢煙氣排入窯尾收塵器24收塵后排空；

  4、汽輪機拖動

  從窯尾抽出的窯內(nèi)高溫?zé)煔饨?jīng)過鍋爐13內(nèi)經(jīng)換熱后，得到高溫、高壓水蒸氣（蒸汽壓力為4.0MPa，蒸汽溫度為400～450℃），水蒸氣經(jīng)分配器分成兩部分，一部分進入原余熱發(fā)電系統(tǒng)，使其滿負荷運行。另一部分進入汽輪機14用于直接拖動回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)9的大型設(shè)備。

圖1

  1、卸料平臺，2、密閉負壓垃圾池，3、橋式起重機，4、抓斗，5、計量稱，6、料斗，7、滲濾池，8、爐排爐，9、回轉(zhuǎn)窯，10、窯尾煙室，11、分解爐，12、預(yù)熱器，13、鍋爐，14、蒸汽分配器，15、篦冷機，16、窯頭收塵器，17、臭氣處理系統(tǒng)，18、滲濾液處理系統(tǒng)，19、分解爐一次風(fēng)機，20、爐渣輸送機，21、除鐵器，22、臭氣排風(fēng)機，23、水泥生料配料系統(tǒng)，24、窯尾收塵器，25、原余熱發(fā)電汽輪機，26、汽輪機。

  本方案的有益效果如下：

  1、垃圾處理量大：本發(fā)明利用5000噸/日水泥窯系統(tǒng)協(xié)同處理垃圾量每日可達500噸，是現(xiàn)有技術(shù)日處理量的2倍。

  2、垃圾處理系統(tǒng)簡單：垃圾不需要分選，可直接入爐焚燒。不需建設(shè)垃圾分選設(shè)施，簡化了流程，降低了投資，降低了垃圾處理運行費用。以適應(yīng)中國現(xiàn)階段沒有對垃圾分選的現(xiàn)狀。

  3、垃圾有害成分處理得徹底：焚燒產(chǎn)生的高溫（900-950℃）煙氣進入回轉(zhuǎn)窯窯尾煙室、分解爐將煙氣中的有害物質(zhì)在高溫（1100℃～900℃）環(huán)境將有害物質(zhì)徹底分解處理（尤其是對二惡英的有效處理）。垃圾煙氣里的飛灰融于物料中進窯煅燒成熟料。

  4、垃圾處理不影響窯的產(chǎn)量、質(zhì)量：采用氣體置換技術(shù)，將垃圾燃燒產(chǎn)生的煙氣進入窯尾煙室后，增加了60%的氣體量，為避免對窯系統(tǒng)的影響，從窯尾煙室將從窯內(nèi)進入的高溫?zé)煔庖?0%，進行等量置換。保持了窯系統(tǒng)風(fēng)量的平衡，避免了對窯系統(tǒng)的影響。

  5、改善了窯系統(tǒng)的運行：

  （1）由于焚燒垃圾的煙氣氧含量高（設(shè)計過?？諝庀禂?shù)為1.8），使得分解爐氧氣含量提高了5%，提高了分解爐的燃燒效率。

  （2）從窯尾抽出的煙氣中含有堿性物質(zhì)及氯離子，可隨部分粉塵排出窯系統(tǒng)，起到了窯系統(tǒng)旁路放風(fēng)的效果，避免了預(yù)熱器系統(tǒng)的結(jié)皮堵塞現(xiàn)象。

  6、從窯尾預(yù)熱器置換出氣體的高效、綜合利用：從窯尾預(yù)熱器置換出的高溫?zé)煔膺M入余熱鍋爐轉(zhuǎn)換成高溫、高壓水蒸汽進入汽輪機用于直接拖動窯系統(tǒng)的大型設(shè)備。比經(jīng)過發(fā)電再用電動機拖動設(shè)備比，提高了效率。

  7、窯系統(tǒng)低溫廢氣的進一步利用：窯頭除塵器除塵后的低溫（100～150℃）廢氣作為補充熱源進入垃圾焚燒爐，既充分利用了廢氣又提高了垃圾處理的熱能。

  8、垃圾滲濾液經(jīng)處理后可綜合利用：滲濾液經(jīng)處理后，得到的中水一部分進入渣池冷卻垃圾焚燒爐排出的熱爐渣，熱爐渣經(jīng)過急冷后能夠有效控制二噁英的生成；剩余部分中水用于窯系統(tǒng)的生產(chǎn)，減少了窯系統(tǒng)的工業(yè)用水量，節(jié)約了水資源。

  9、該方案的社會效應(yīng)及企業(yè)的經(jīng)濟效益高：

  （1）利用回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)徹底處理了生活垃圾的有害物質(zhì)，實現(xiàn)了垃圾處理的“無害化、資源化”。

  （2）企業(yè)產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟效益，對日產(chǎn)5000噸熟料線、日處理生活垃圾500噸的規(guī)模、年運行310天，經(jīng)測算每小時可節(jié)省電力6500千瓦，全年節(jié)省電費支出2900萬元。

  （3）處理垃圾地方政府補貼50-100元/噸，年處理垃圾15.5萬噸，年收益775-1550萬元。

  （4）滲濾液每天100噸，處理成本約50元/噸，全年成本155萬元。

  （5）其他人工及材料費用200萬元。

  全年收益約3320-4095萬元。