利用水泥工業(yè)新型干法窯處理城市生活垃圾的技術(shù)問題分析

一、概述

近些年來，經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展給資源和環(huán)境帶來了不可遏制的沖擊，酸雨、光化學(xué)煙霧等事件頻頻發(fā)生，城市固體廢棄物處理已被列入當(dāng)今世界各國共同關(guān)注并亟待解決的環(huán)境問題之一。城市固體廢棄物主要包括城市污泥、城市生活垃圾及其它的固體廢棄物。

城市生活垃圾的產(chǎn)生與人民的日常生活密切相關(guān)，不同地區(qū)的垃圾組分和產(chǎn)量差異較大，這與各地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、生活習(xí)慣、氣候等方面有關(guān)，而且同一城市的不同區(qū)域垃圾的組分差異也很大。目前國內(nèi)垃圾多采用混合式袋裝收集或散裝收集，組分較為復(fù)雜，包括各種各樣的廚余、紙類、橡膠、塑料、織物、木材、玻璃、陶瓷、灰渣、金屬等。國內(nèi)城市垃圾中廚余、灰渣的含量較高，而可回收再利用的塑料、金屬的含量較低，垃圾的含水量較高，熱值較低。

利用水泥生產(chǎn)系統(tǒng)處理城市生活垃圾，雖然國外有許多成功的經(jīng)驗(yàn)和范例可供參考，但畢竟國外的城市生活垃圾在源頭進(jìn)行了分類和控制，有利于采用水泥生產(chǎn)系統(tǒng)焚燒和處理。而我國的城市生活垃圾沒有經(jīng)過分類和控制，是一種混合型垃圾，增加了水泥生產(chǎn)系統(tǒng)處理城市生活垃圾的難度，因此需要對其存在的技術(shù)問題進(jìn)行進(jìn)一步的分析、研究。

二、水泥燒成系統(tǒng)對城市垃圾接納性問題

水泥燒成工藝系統(tǒng)能接納多少垃圾，主要取決于灰渣的化學(xué)成分與水泥原料間的差異大小。基于大量的實(shí)驗(yàn)和分析研究，一般情況下垃圾灰渣主要用于替代原料中的粘土和砂頁巖參與配料。

1.垃圾的灰渣成分分析

表1為南京市、佳木斯市和有關(guān)文獻(xiàn)中的城市垃圾焚燒后的灰渣成分，樣品在焚燒前沒有經(jīng)過分選；表2為上海市浦東垃圾焚燒廠的垃圾灰渣成分和我院實(shí)驗(yàn)分析的寧波市楓林垃圾焚燒發(fā)電廠排爐灰渣和煙氣飛灰的成分，其中上海市的垃圾在焚燒前已經(jīng)過初步分選。

從表1和表2中可以看出，南京市城市生活垃圾煅燒后的灰渣成分與國內(nèi)其它城市的生活垃圾灰渣成分相似，這一成分與水泥廠粘土質(zhì)原料相似，可以部分或全部替代粘土質(zhì)原料。表2中寧波市城市生活垃圾灰渣的化學(xué)成分，爐底的灰渣量與收塵器收集的灰渣量比約為19∶1。從表中可以看出，收塵器收集下的垃圾灰渣中的SO3＝和Cl－含量很高，而從焚燒爐排出的灰渣中SO3＝和Cl－含量相對較低，這說明在垃圾焚燒過程中，SO3＝和Cl－揮發(fā)物進(jìn)入煙氣中，并被煙氣中的細(xì)小粉塵吸附，經(jīng)收塵器收集下來。從表2的上海浦東垃圾焚燒廠的垃圾灰渣成分可以看出，由于進(jìn)入焚燒爐的垃圾經(jīng)過了初步分選，垃圾灰渣中氯含量較低，在爐底灰渣中幾乎沒有。

2.灰渣的接納性

在垃圾進(jìn)入燒成系統(tǒng)前對生活垃圾進(jìn)行初步的分選和分揀，可以降低垃圾灰渣中的Cl-含量。利用經(jīng)過初步分選和分揀的南京市城市生活垃圾焚燒后的灰渣成分（氯含量為0.3％）和我院設(shè)計(jì)的某5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線的原料組分進(jìn)行配料計(jì)算，表3為原料成分。在保證水泥熟料率值和不添加其它原料組分的情況下進(jìn)行配料計(jì)算，計(jì)算得出的生活垃圾灰渣允許摻入量約為4.42%，即5000t/d水泥燒成系統(tǒng)每天可以處理城市垃圾約1000t（濕基）。表4為生活垃圾灰渣摻入量為4.42%時(shí)的生料和熟料成分。

3.干擾成分對垃圾接納性的影響

城市生活垃圾灰渣中的干擾成分是除灰渣化學(xué)成分之外，對城市生活垃圾接納量影響最大的因素之一。水泥燒成系統(tǒng)能夠接納的垃圾灰渣量，需要考慮最終混合型生料中的干擾成分的含量。眾所周知，原料中的K2O、Na2O、SO3＝、Cl－是干擾現(xiàn)代新型干法系統(tǒng)正常穩(wěn)定生產(chǎn)的重要因素。一般情況下，K2O、Na2O和SO3＝單獨(dú)存在時(shí)，對系統(tǒng)操作干擾較大；同時(shí)存在時(shí)，相對干擾減弱。但其各自的絕對含量應(yīng)控制在K2O＋Na2O<1.0%、硫堿比S/R在0.6～1.0之間。而對Cl－含量的控制，國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)是≤0.015%。鑒于這一原因，必須在常規(guī)生料固有硫、堿、氯的情況下，對垃圾灰渣中的上述干擾物質(zhì)進(jìn)行限量控制。

垃圾灰渣中的堿主要來源于渣土、廚余和植物焚燒后剩下的灰燼等，含量約為4%左右。SO3＝主要來源于垃圾中的渣土和輪胎、皮具等橡膠制品，含量約為1％左右，比水泥廠用的原煤含硫量小很多，在垃圾灰渣摻入量小于6％時(shí)不會(huì)對水泥熟料的質(zhì)量產(chǎn)生影響。但是垃圾灰渣的氯含量比水泥原料中的氯含量要高很多，會(huì)使入窯生料中氯含量接近允許的最高限值。圖1為垃圾灰渣摻入比隨生活垃圾灰渣中氯含量的變化關(guān)系圖。從圖中可以看出，Cl-對城市生活垃圾灰渣的摻入比影響很大，隨著Cl-含量的增加，系統(tǒng)可摻入的垃圾灰渣量急劇減少。采用上述某廠的原料進(jìn)行配料，要使系統(tǒng)能夠接納1000t/d垃圾，也即摻入的垃圾灰渣量為4.42%，從圖中不難看出，垃圾灰渣中的Cl-含量應(yīng)該控制在0.3％左右，超過限量0.3％，則系統(tǒng)對垃圾灰渣的能力將會(huì)減弱。為了達(dá)到氯控制要求，必須對垃圾中的含氯物質(zhì)進(jìn)行分選和分揀，以滿足控制要求，提高垃圾的接納量。

對垃圾進(jìn)行必要的分選，減少垃圾中Cl－含量一方面可以降低熟料中的Cl－含量，保證水泥熟料的質(zhì)量，另一方面可以防止窯尾分解爐和預(yù)熱器結(jié)皮堵塞。除此之外，減少垃圾中的Cl－含量，還可以降低或消除垃圾焚燒過程中產(chǎn)生二惡英、呋喃等所必需的氯源。

4.垃圾成分波動(dòng)對其接納量的影響

垃圾在進(jìn)入燒成系統(tǒng)前，雖然經(jīng)過了必要的儲(chǔ)存均化和處理，但因其成分過于復(fù)雜，所以難免存在成分的波動(dòng)。垃圾成分波動(dòng)影響了水泥生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性，現(xiàn)將針對兩種情況進(jìn)行分析討論如下：

(1)垃圾灰渣摻于配料時(shí)，灰渣成分波動(dòng)對熟料率值的影響

以南京市的城市生活垃圾灰渣成分和我院設(shè)計(jì)的某5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線的原料組分進(jìn)行配料計(jì)算，生活垃圾灰渣摻入量占生料4.42%，配料結(jié)果見表4，熟料率值分別為KH=0.900，LSF=93.42，SM=2.50，IM=1.60。生活垃圾灰渣摻入比保持不變的情況下垃圾灰渣成分100%波動(dòng)時(shí)，熟料KH值的變化情況見圖2。圖中粗線為平均值，虛線為標(biāo)準(zhǔn)偏差線范圍。

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摘自《中國水泥》 2004年07月號