防水之家讯：一、前言
在城市生活垃圾无害化处理的卫生填埋、堆肥、焚烧3种方式中，2005年卫生填埋占85.78%，焚烧为9.90%。近几年虽大力发展垃圾焚烧处理方式，所占比例仍无明显增加，可以说，目前我国垃圾处理仍以填埋为主。环境效益较好的垃圾焚烧方式推行缓慢的原因在于：我国处理生活垃圾的焚烧技术为引进或在此基础上消化吸收的焚烧发电技术，由于我国垃圾水分高、灰分高、热值低，使得垃圾焚烧发电存在投资和运行费用太高，垃圾热能利用率太低，运行过程中一般要补充矿物质燃料，灰渣要另行处理，废气中二噁英等有害气体脱除系统复杂等一系列问题。发达国家也在审视垃圾焚烧发电技术的环境友好性，以现有工业协同处理废物技术逐渐成为处理生活垃圾的新视点。现有工业处理固体废弃物不仅能消除废弃物对环境的污染，而且能为现有工业提供原料和燃料。水泥工业对固体废弃物的处理所具有的环境友好性和投资及运行费用的经济性已为世界各国公认。水泥工业处理和利用生活垃圾方面国内外已开发出多种技术，取得明显的效果。如日本的水泥厂把垃圾焚烧厂焚烧生活垃圾时产生的灰渣、飞灰等废物作为生产水泥的替代原料；欧美一些国家首先把生活垃圾制成衍生燃料（RDF）成品，水泥厂使用RDF作为替代燃料，由窑头燃烧器喷入水泥窑内燃烧；还有些国家把生活垃圾先分成可燃物及不可燃物，不可燃物作为水泥生产的替代原料，可燃物作为水泥生产的替代燃料。以上水泥厂处理生活垃圾技术，均对垃圾进行复杂的预处理，处理成本仍居高不下，而且预处理过程存在相当的二次污染。简化垃圾处理过程，直接焚烧原生垃圾，降低投资和处理成本，减少二次污染便是我们开发水泥窑和焚烧炉联合处理城市生活垃圾的初衷。
二、水泥窑和垃圾焚烧炉联合处理垃圾技术
该技术为在水泥回转窑旁设置垃圾焚烧炉来联合处理原生城市生活垃圾，采用该办法处理城市生活垃圾，既不同于日本的垃圾焚烧发电后由水泥厂处理灰渣的技术，也不同于西欧对垃圾分选后直接由水泥窑处理的技术，而是根据我国人民生活水平的现状，适合我国垃圾特性，吸收他们的长处，并克服其不足，我们自主创新的一项新技术。采用该技术，可以将垃圾热能和灰渣全部利用，污染物排放低，不需要二次处理，投资省，费用低。该技术已取得二项国家新型专利授权（专利号：200620113310.5，200620113309.2），发明专利（申请号：200610076668.X）也通过了审察。以该技术为依托的工业试验系统于07年11月15日在川煤广旺集团天台水泥厂成功点火。试验表明：新鲜城市生活混合垃圾，以冷却水泥熟料的热风作燃烧空气，一个纱团即可点燃，不用外加燃料可以持续燃烧，对水泥生产系统尚未表现出明显影响。
该技术不需要建设专门的垃圾焚烧厂或垃圾预处理车间，而把垃圾焚烧炉建在新型干法水泥窑旁边，由垃圾焚烧炉和水泥窑联合处理生活垃圾，工艺流程见图1，图中细线部分为原有水泥生产线，粗线部分为焚烧垃圾增加的垃圾储存、输送、焚烧部分，二部分通过风管在首尾处分别连接。
图1 联合处理工艺流程图
处理过程叙述如下。
垃圾由市政环卫部门的垃圾运输车直接运到水泥厂，经地磅计量后倒入垃圾储池储存。抓斗从垃圾池把垃圾抓入板式输送机，人工挑选出大件垃圾、大块建筑垃圾和可回收物，其余被带式输送机送入喂料小仓，输送过程中由除铁器除去磁性金属。喂料机把小仓内的垃圾均匀地喂入焚烧炉，利用熟料冷却机的热风作为燃烧空气，热风从水泥窑窑头罩抽取，进入回转式垃圾焚烧炉，垃圾在热风的作用下焚烧，垃圾焚烧产生的高温烟气（1100℃左右）进入窑尾分解炉和预热器，与水泥生料换热，为水泥生料分解提供热量，然后被窑尾废气处理系统净化后排放。垃圾焚烧灰渣直接进入回转窑作为水泥原料，结合于熟料之中。垃圾焚烧灰渣也可以从焚烧炉排出，作为混合材，用于磨制水泥。处理过程全部封闭，垃圾在垃圾池储存期间，有机物腐败产生的臭气等有机气体由排风机抽出，经除尘器除尘后送入冷却机头部的鼓风机，再被鼓入冷却机，与1400℃左右的熟料接触，在高温下被分解而净化。
该技术以冷却水泥熟料热风作为垃圾燃烧空气，采用回转式垃圾焚烧炉，解决了我国垃圾成分复杂、水分高、热值低的缺陷，不需外加燃料，能处理大量的城市生活垃圾，使得垃圾的热量和物质全部被利用，同时很好地解决了垃圾储存时散发的臭气等有机气态物的污染，做到垃圾的资源化、无害化、无残留物处理。
三、天台水泥厂试烧垃圾概况
天台水泥厂采用水泥窑和垃圾焚烧炉联合处理原生城市生活垃圾，水泥生产系统为300t/d五级预热器生产线。为焚烧垃圾，改造了窑头罩，增加了简易分解炉和三次风管。在三次风管下面安装了我们取得专利权的回转式垃圾焚烧炉，并配套了取得专利权的垃圾喂料机。生活垃圾由广元市环卫处运输队从正运向垃圾填埋场的垃圾车临时调来，可以说，垃圾为随即抽取的新鲜综合垃圾。焚烧稳定状态时，水泥窑产量10.5t/h，垃圾焚烧量约2t/h，折合生产1t熟料焚烧0.2t垃圾。三次风管热风温度为600℃时，垃圾焚烧温度大于950℃。垃圾在焚烧炉内停留时间超过30分钟，焚烧烟气在炉内温度大于900℃段的停留时间超过1秒钟，由于焚烧烟气出焚烧炉后通过管道进入分解炉，分解炉内温度超过900℃，焚烧烟气在大于900℃段总共停留时间将超过5秒钟。试烧过程，通过调整分解炉的喂煤量来弥补垃圾热值的波动，稳定分解炉温度，系统未出现结皮等明显影响生产的现象。由于资金限制，试验配置的硬件设施做不到把垃圾灰渣直接送入回转窑，现在把垃圾灰渣作混合材使用，垃圾中有害物质对水泥生产工艺和产品质量无影响。该试烧工作将通过长时间的试烧，进一步验证焚烧垃圾对环境、水泥生产、产品品质的影响，并对比其它垃圾处理方式，研究其经济性。
四、水泥窑和垃圾焚烧炉联合处理城市生活垃圾的友好性
水泥生产使大量废弃物变废为宝并改善了水泥性能，如炼铁的高炉矿渣和粉煤灰，它们的利用不仅使其本身变废为宝，而且对水泥的安定性等品质起到明显的改进作用。同样。天台水泥厂的试验表明，水泥生产同样能使城市生活垃圾变废为宝。
我国城市生活垃圾主要由厨余、纸、塑料、橡胶、衣物、木竹、落叶、玻璃、金属及灰渣组成。统计资料表明，城市生活垃圾的热值、水分、灰分平均分别在5000 kJ/kg、48%、25%左右。城市生活垃圾含有的热量，先进国家十分重视通过垃圾焚烧的方式来回收。垃圾焚烧发电是常见的热量回收方法，它存在吨投资费用和运行费用高，热能利用率，灰渣要另行处理，废气中有害气体含量高，处理系统复杂等缺陷。与垃圾焚烧发电相比，水泥工业处理城市生活垃圾具有明显的优势。
水泥工业焚烧垃圾用新型干法窑处理，目的是利用垃圾的热量节省燃料和垃圾燃烧后的灰渣替代原料，生活垃圾一般从分解炉以后的窑系统加入，在这里有大量的新生CaO和过渡性熟料矿物，对有害物质的不良作用有抑制作用。可以减低二噁英等有害气体的排放。垃圾中还含有较多的重金属离子，这些重金属离子在水泥熟料形成的过程中大部分被包熔进去，有利于形成晶体缺陷，对提高熟料强度有利，同时，金属离子参与的多元体系能降低熟料的烧成温度，节省煤耗。水泥窑焚烧垃圾比焚烧垃圾发电炉和危险废物焚烧炉温度高，有良好的高碱性环境，对有害、有毒物质摧毁彻底，对大气污染程度低。水泥窑尾采用袋除尘器会取得更好的效果。垃圾中的重金属离子在水泥熟料形成的过程中被预先包熔一次，水化时再次封固，其溶出量应该更少。因此，水泥窑焚烧垃圾，产品制成的混凝土对水环境具有友好性。可以认为，垃圾中对熟料的烧成和产品质量无不利影响，妥善利用了垃圾的热量和物质，消除垃圾对环境的污染，具有比其它焚烧方式更好的环境友好性。
五、水泥窑和垃圾焚烧炉联合处理城市生活垃圾的经济性
城市生活垃圾的利用价值体现在热能利用和物质利用两方面。垃圾焚烧发电只能利用其替代燃料价值，其灰渣还必须付出成本去处理。水泥工业处置城市生活垃圾既利用了热能，还利用了物质。水泥工业利用垃圾焚烧的热能利用率比其他方式高，比垃圾焚烧发电至少高出50%以上。
现有新型干法水泥窑处理城市生活垃圾，试验表明，以水泥窑和垃圾焚烧炉联合处理的方式，生产1吨熟料可处理垃圾0.2吨，以日产1000吨水泥熟料的水泥厂计算，每天处理城市生活垃圾200吨，处理城市生活垃圾吨投资7万元，新增加投资1400万元，低于卫生填埋投资，仅是垃圾焚烧发电单位投资的1/10。每年运行280天，处理垃圾5.6万吨。处理每吨垃圾电耗20度，电费18元，全年电费100.8万元。系统增加工人30人，每人年工资福利4万元，计120万元。处理垃圾部分设备年折旧，管理费等其它费用，每年花费100万元。按投资利税率20%计算，1400万投资利税总额为280万元。处理垃圾支出费用合计600.8万元。
年处理垃圾5.6万吨，工厂节省了燃料和原料。燃烧每吨含水分48%热值5000kJ/㎏的垃圾，考虑到低热值燃料对高热值燃料的替代率和焚烧炉的热效率，相当于燃烧0.16吨原煤。1吨垃圾焚烧后约产生0.22吨灰渣代替水泥原料，相当于烘干后的粘土。若原煤每吨500元，烘干后的粘土每吨40元，垃圾热量和灰渣的利用价值为：0.16×500+0.22×40=88.8元，即每吨垃圾利用价值88.8元，工厂节省燃料和原料费用5.6×88.8=497.28万元。
处理垃圾支出费用与工厂节省燃料和原料费用的差额为600.8-497.28=103.52万元。处理吨垃圾成本为103.52/5.6=18.5元。
该成本低于现行城市生活垃圾处理成本最低的填埋方式最低的35元/吨成本。若国家把垃圾焚烧最低处理成本90元/吨的一半补贴给处理垃圾的水泥厂，水泥厂处理1吨垃圾即可额外获利45-18.5=26.5元。日产1000吨新型干法水泥窑生产线年处理垃圾5.6万吨，可获额外利润148.4万元
若原煤价格上升，每吨垃圾利用价值也随之升高，处理垃圾支出费用与工厂节省燃料和原料费用的差额减小，甚至工厂每年可从处理垃圾中获取利润。可见，燃煤价格愈高的地区，处理垃圾经济效益愈高。再加上处理垃圾补贴资金，处理垃圾的效益相当可观。
新建5000t/d水泥厂处理城市生活垃圾，投资约6亿元，年产水泥180～200万吨，焚烧垃圾30万吨。 水泥厂的产品按300元/吨计价，年产值最低为54000万元。日处理1000吨的垃圾焚烧发电厂，按进口设备计算，投资也约6亿元，垃圾焚烧发电厂上网电价按0.7元/度，年上网电量1亿度，年产值为7000万元。可见，投资水泥厂处理城市生活垃圾比投资垃圾发电厂年产值高出7.7倍。即使国产设备计算，日处理1000吨的垃圾焚烧发电厂投资要超过3亿元，建设水泥厂处理垃圾，其投入产出比更佳。
现在城市生活垃圾处理的运行费用由政府以各种形式补贴。若把现行对垃圾处理最低运行费用补贴给处理垃圾的水泥厂，政府为处理生活垃圾仅花费了最低补贴，而水泥厂处理垃圾多得到利益，水泥厂把多得的效益用于工厂的环境保护，将使水泥厂的生态环境更友好。
六、结束语
水泥工业处理城市生活垃圾采用，除水泥生产线用地外，不需要征用大量土地，没有对地下水的污染，没有固体废弃物外排，对大气的污染也可减到极轻的程度，是最彻底的处理方式，投资和运行费用低，投入产出比高，值得各地环保部门和市政部门采纳。同时，水泥工业是高能耗、高资源消耗的产业，2007年全国水泥产量达13.5亿吨，今后还要继续增长，资源和能源消耗巨大。水泥窑和垃圾焚烧炉联合处理垃圾，使固体废物所具有的热量和物资转化为水泥工业的替代燃料和替代原料，达到了节约能源和废物处理的双重目的，达到政府和企业双赢，环境和效益双赢的目的。
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