水泥窑协同处置村镇生活垃圾

目前，村镇生活垃圾的处理方法以露天堆放、焚烧和堆肥为主，但缺乏专业设备及科学合理指导，极易导致二次污染，达不到根本处理的目的。

近年来，新型干法水泥窑温度高、碱性气氛、负压环境、不产生灰渣等处置生活垃圾的天然优势受广大专家学者所关注，该方法在国内外已形成多种技术，如铜陵海螺的 CKK( conch kawasaki kilnsystem) 技术11]、湖北华新水泥厂的 RDF( refuse de-rived fuel) 技术[12]以及丹麦史密斯公司热盘炉技术[13]等。然而在实际运行中，这些技术仅针对大批量的城市生活垃圾或垃圾中的可燃成分的处置，而村镇生活垃圾在垃圾量、产生源、成分特点、收运难易程度等方面与城市生活垃圾存在极大差异。 因此对于新型干法水泥企业附近的村镇寻求一种简单易行、投资省的新技术势在必行。

1 技术流程和设计

依托于某水泥厂日产 4 500 t 熟料的新型干法水泥窑生产线完成了实验，具体流程见图 1。垃圾分选厂对原始村镇生活垃圾的简易预处理见图 2，掺烧生活垃圾过程前后窑工况检测位点的设置见图 3。

实验期间，以 7 ～ 8 t / h 的速率将生活垃圾投入至 3 次风管末端，按其掺烧总量分为空白、20、50 和 80 t 4 组。实验时间为掺烧前 3 h 到掺烧后 3 h，其中窑工况及污染物监测数据的采集频率为30 min，水泥熟料样品的采集频率为 2 h。

2 结果与讨论

2. 1 生活垃圾基本性质

据分析，村镇生活垃圾的含水率为 41. 86% ，灰分 24. 10% ，挥发分 34. 04% ，湿基高位热值 5 839kJ / kg，可见村镇生活垃圾含水量、挥发分均较大，热值低。由表 1 可知，焚烧后的生活垃圾与原燃料煤的化学成分相似，均是含硅量最高，其中对水泥窑危害较大的是硫和氯，相比之下，生活垃圾中含硫量更低而含氯量更高一些，但是绝对量也不大，因此，少量的生活垃圾的掺烧不会窑系统的结皮以及污染物的排放。

2. 2 对水泥窑生产工艺的影响

村镇生活垃圾的掺烧对水泥窑系统的影响主要分为 2 个方面: 一方面可能会影响窑系统的稳定性;另一方面可能会造成窑系统内衬材料结皮。窑系统部分监测结果见表 2，由表 2 可知，80 t掺烧掺烧范围内，对分解炉温度均值和预热器出口负压均值影响不大。尽管生活垃圾含水量大，热值低，但相对于 350 t / h 的生料喂入量而言，其掺量只有 2% 左右，窑系统足以将其消纳; 在掺烧 50 t 生活垃圾过程中，分解炉温度波动和预热器出口负压波动较为明显，究其原因是生活垃圾含水率的波动性较大，也有中控操作员操作不适应的原因，但这些波动仍在可控范围内。

一般情况下，水泥窑系统中四级和五级预热器(温度为 700 ～ 80℃ ) 下料管最易结皮，久而久之，便会影响系统通风，甚至下料管堵塞，其原因在于原生料与燃料中的碱会从烧成带挥发出来进入气相，并与二氧化硫和氯反应生成硫酸碱和氯化碱，随气流至预分解系统，温度降低至 800 ℃ 时即可出现液相，随后冷凝至生料颗粒上，经多次循环富集，冷凝下的物料会粘附在预热器的链接管道内形成结皮，甚至堵塞。在操作上表现为四级和五级预热器负压的变化。由表 2 可知，在本实验中 80 t 生活垃圾的掺烧对四级和五级预热器负压均值影响不明显; 虽然掺烧量为 50 t 时，四级和五级预热器的负压波动较大，但是掺烧过后均恢复正常，说明实验期间水泥窑掺烧少量村镇生活垃圾尚未显示出结皮危害，掺烧过程的波动是由投入分解炉中生活垃圾的粒径不均和含水量波动引起的。

2. 3 对水泥熟料品质的影响

实验过程中，可能由于村镇生活垃圾的掺烧引入一部分的垃圾灰分而影响水泥熟料的品质。由该工艺生产的熟料性能见表 3。

由表 3 可知，生活垃圾掺烧量在 20～ 80 t 范围内，生产的水泥熟料仍然远远超过国家现行通用硅酸盐水泥标准[15]中 P˙I 42. 5水泥的要求。

2. 4 对水泥窑污染物排放的影响

新型干法水泥窑常规污染物主要是烟气中的NOx 、SO2 和颗粒物，掺烧生活垃圾后，污染性物质的监测还包括二恶英。水泥厂常规性污染物排放监测结果见表 4。由表 4 可知，在 80 t 掺烧范围内，生活垃圾的掺烧对水泥窑系统 NOx 、SO2 和颗粒物的排放量无负面影响，均符合国家现行水泥工业大气污染物排放标准 的要求。一方面是由于新型干法水泥窑天然的碱性气氛、负压环境和高效气固分离系统，抑制了颗粒物外漏，酸性气体被吸收或吸附在热生料当中，最终进入熟料或在窑内循环; 另一方面，出预热器后的烟气先后经过增湿塔、生料磨、选择性非催化还原( SNCR) 系统和电除尘系统，其中的污染性物质被进一步的净化处理。

水泥窑掺烧 80 t 村镇生活垃圾时，窑尾烟气中二恶英含量的检测结果为 0. 004 0 ng TEQ / m3 ，远远低于国家现行水泥窑协同处置固体废物污染控制标准的限值 0. 100 0 ng TEQ / m3。以往的研究表明，二恶英主要由其前驱体或含氯有机物燃烧过程中，在重金属或飞灰的催化作用下形成的。氯源是生成二恶英的主要原因，原生料及燃料中的氯极其微量，因此本次检测二恶英生成的主要源于村镇生活垃圾的的掺烧。但由于村镇生活垃圾在预处理过程中将塑料等含氯较高的物质剔除，且分解炉 870 ～ 900 ℃ 左右的高温环境、湍流程度和 7 s 以上气体停留时间足以使生成的二恶英及其前驱体彻底分解。

2. 5 服务范围

按照 4 500 t / d 熟料的水泥窑协同处置村镇生活垃圾量为 80 t / d，村镇居民人均生活垃圾产生量为 0. 5kg / d 计算 该水泥窑可服务人口为 16 万 可根据不同的人口密度服务不同范围内的村镇。然而距离水泥窑距离过远，则在运输方面有一定困难。

因此，生活垃圾的处置应当综合考虑村镇当地人口、经济、企业等各方面条件，力求低成本、无害化处理处置村镇生活垃圾。

3 结论

村镇生活垃圾掺烧前后结果可知，水泥窑协同处置村镇生活垃圾对窑工况影响不明显，水泥窑系统工况少量的波动，仍处于可控范围内; 水泥窑协同处置村镇生活垃圾对水泥熟料品质影响不大满足国家标准; 同时对水泥窑污染物排放没有负面影响，均符合国家现行标准。该工艺流程简易，投资成本低，对于垃圾收运困难大且财政资金不足的村镇而言，具有一定借鉴意义。