铜川市水泥干法窑协同处理城市生活垃圾研究

侯美玲田娜

（1铜川市环境监测站 陕西铜川 727000 2耀州区环境监测站 陕西耀州 727100）

1 现状

1.1 铜川市城市垃圾产生现状

铜川市现有人口86万人，城市人口45.6万人，城区总面积42km2，主要居住在以王益区、印台区、耀州区、新区和宜君县中心区；目前，每人每天产垃圾量为1.10kg/(人.天)[1]，城市生活垃圾产生量为501.6t/d，年产垃圾18.3084×104t。按照铜川市1997年垃圾调查结果，铜川市垃圾成份为粉末灰、其他（不能回收的无机物）、有机物、废纸、塑料、玻璃、金属，所占比例分别为：31.1%，20.3%，19.5%，9.0%、7.3%、7.3%、5.4%；垃圾理化性能分析，密度为644.1 kg/m3，水分、灰分、可燃分比例分别为：17.3%、41.8%、40.9%[2]。近年来，随着生活水平、城市气化率的逐步提高，生活垃圾中的水分、可燃份不断增加，灰分有所降低。

1.2 铜川市垃圾处理现状

铜川市垃圾处理主要包括卫生填埋、堆肥、焚烧等，其中卫生填埋占98%以上[3]。目前已建成并投入使用的是铜川市新耀垃圾处理场，其余2家在建的垃圾处理厂分别是铜川北市区垃圾处理场、宜君县生活垃圾填埋场，共占用土地842亩，服务年限为11a～26a，可以满足全市城市生活垃圾的处理量。3家垃圾处理厂全部投入使用后，处理规模可达到625t/d。

1.3 铜川水泥产业现状

水泥产业是铜川的传统支柱产业之一，规模以上水泥企业21家，水泥生产线10余条。其中，日产4500/5000t的生产线7条，日产2000/2500t的生产线4条。距离市区10kg内的企业4家，10km外的2家。

1.4 铜川市水泥窑协同处理生活垃圾规模及总量

干法水泥窑协同处理生活垃圾规模化处置时因水泥窑内的反应是以固相反应过程为主，入窑干生料混合物成分的均匀和稳定对窑内物料的煅烧具有先决的基础性作用，而对比于正常的生产过程，引入生活垃圾处置将显著降低入窑干生料的均化效果，因此需要注意确保加入窑系统的物料的成分的稳定和总量的平衡。通常，一条5000t/d干法水泥产线，处理规模为300t/d，2500t/d的干法水泥生产线，处理规模为200 t/d。考虑到水泥产能的分布，长距离运输的负荷以及在输送过程中的抛洒对环境的负面影响，可以选择在距离王益区、耀州区和新区规划区人口密集区域较近的水泥企业作为生活垃圾协同处置的企业，宜君县附近无水泥企业，可以暂不考虑。经过筛选，铜川声威建材有限责任公司、陕西凤凰建材有限公司距离城市在5km范围内，可以优先考虑作为协同处置城市生活垃圾的试点企业，此后可以逐步扩大到其他企业。由此计算，铜川市水泥企业协同处理城市生活垃圾量可以达到2000 t/d，除了可以满足铜川市生活垃圾的处理外，还可以为相邻城市如西安市提供服务。

2 工艺、特点及对水泥干窑的改造

2.1 工艺

干法水泥窑协同处置城市生活垃圾采用水泥企业原有预热窑外分解的回转窑生产工艺，采取垃圾分选焚烧的处置方法，将不可燃垃圾组分同石灰石原料破碎后和粘土、铁粉等按一定比例配合，磨细成适当成份的生料，通过可燃垃圾组分和煤炭的混合燃料，将生料在窑内煅烧成熟料，再将熟料添加石膏、粉煤灰、矿渣等按一定比例混合，磨制成水泥。其工艺流程分为垃圾预处理工艺流程和垃圾焚烧工艺流程。垃圾预处理工艺流程须在现有水泥企业内建设一定的配套工程，对垃圾进行处理，达到和水泥原料及燃料一同焚烧的要求；垃圾焚烧工艺是在现有水泥工艺的基础上，按照焚烧垃圾对水泥工艺的影响，为消除影响而增加或对原有生产线进行改造，以满足生产需求。

2.2 工艺特点

干法水泥窑协同处置城市生活垃圾，主要是利用水泥窑的一些指标可以满足垃圾处理条件。

2.2.1 处理温度高，可以保证有机物的完全分解。干法回转窑内物料烧成温度在1450℃，高温下生活垃圾中主要有机物的有害成分焚毁率可以达到99.9%以上[4]，几乎完全被分解。

2.2.2 焚烧空间大、筒体旋转，有利于垃圾均匀、稳定焚烧。水泥干法回转窑的旋转筒体，直径3.0m～5.0m，长度45m～100m，以100 rpm/h～240rpm/h[4]的速度旋转，可以接受处理大量的垃圾。

2.2.3 焚烧停留时间长，有效防止二恶英产生。物料从窑尾到窑头总停留大于20min，且气体在高于1300℃温度的停留时间大于4s，因此二恶英在分解炉中能够完全分解，避免二恶英类物质的二次生成。

2.3 对水泥窑的改造

2.3.1 旁路排风系统

由于垃圾成分中的挥发性元素和Pb、Cd、As和碱金属氯化物、碱金属硫酸盐等物质在窑内的过度积累，在焚烧过程中会对水泥生产带来一定的负面影响，因此须对原有生产线进行一定的改造，加装旁路排风系统定期放风以适应垃圾焚烧的要求[4]。具体方法是在窑尾设置旁路放风系统，将富载有干扰元素氯的烟道气排出系统之外，以解决或避免干扰元素在回转窑或预分解系统内富集，影响水泥生产系统的正常运行和产品质量。

2.3 .2窑灰排放系统

为了解决挥发性元素Hg、Tl在水泥窑内的过度累积，应对定期对烟气除尘器收集的窑灰进行排出，保证水泥窑外循环系统正常运行，须在窑尾烟尘除尘器部分加装排灰系统[4]。

3 预处理及配套工程

为了满足水泥窑协同处置的要求，须对生活垃圾进行预处理，包括包括储存，分选和分类，压缩脱水、烘干，破碎，计量，配伍、搅拌、混合等环节。按照各环节的需求须配套建设一定的工程，以满足生产需求。

3.1.1 储存

城市生活垃圾由环卫部门收集、运输至水泥企业后，在进行分选、破碎前需进行暂时储存。根据日产5000t水泥生产线可消纳300t生活垃圾核算，以铜川声威建材有限责任公司为例，考虑到水泥企业由于设备故障、检修等引起的停产等，须增加一部分存储空间，因此须建设一座储存量为700t的生活垃圾堆放车间，就近储存王益区每天产生的生活垃圾，可以满足垃圾处理的日产日清要求。

3.1.2 分选和分类

相比较于其他大中城市，铜川市属于较为落后的城市，生活垃圾没有经过分类和控制，是一种混合型垃圾。因垃圾成份复杂，须在分选车间进行分选，分选时须进行针对性的处理，否则，将会对系统安全、水泥产品质量和环境带来不可控的影响。应将工业垃圾、医疗垃圾、易燃、易爆、易挥发、有毒有害和具有放射性的废弃物、含重金属废料、氯含量较高的塑料制品、轮胎予以挑选。

分选出对水泥生产系统有影响的几类物质后，对其余垃圾进行分类，按照可燃物和不可燃物将生活垃圾分为可燃组分、不可燃组分。其中，可燃组分包括纸类、竹类、纺织物、蔬菜植物类、剩饭菜等，可作为替代燃料；不可燃组分包括玻璃、砖瓦、渣土、石子等，作为水泥生产的替代原料。

3.1.3 压缩脱水、烘干

城市生活垃圾含水量较大，且随季节发生较大变化，在雨水较多的天气中，水分含量大幅增多，需要采取物理压缩脱水和烘干对其进行处理。机械挤压脱水，将其水分控制在40%～55%[5]，然后通过烘干系统，水分可降至30%。烘干垃圾所需热量由水泥生产余热发电站供给，铜川声威建材有限责任公司二期水泥熟料生产线工程已配套建设装机容量为9.0MW的余热发电站，可以为垃圾烘干提供热源，不须额外增加工程。由于烘干过程会产生一定量的臭气，因此，此环节需要在车间设立强制通风装置，对抽取到的臭气利用活性炭或其他方式进行处理，达标后排放。

3.1.4 破碎

为保证水泥生产稳定、正常进行，保证产品质量和产量，分选后的垃圾按照可燃物和不可燃物两类进行破碎、筛分，破碎环节应根据垃圾组分特性将其破碎至符合要求的物料、燃料。

3.1.5 计量

为了不影响水泥产品质量，需要按照垃圾成份对水泥产品的影响计量垃圾重量，以一定比例掺入生料中作为辅助原料，另一部分掺入燃料中作为燃料使用。根据水泥配料计算，辅助原料和燃料垃圾量在水泥生产配方中不超过10%，以6%计算，一条5000t/d水泥生产线，可接纳垃圾量300 t/d。

3.1.6 配伍、搅拌、混合

经计量的辅助原料和燃料垃圾和水泥原料及燃料混合后，须按比例进行配伍，在各自的车间搅拌混合均匀后可以按照原料和燃料进行投加。

3.2 配套工程

垃圾预处理过程须配套建设垃圾储存池，分选车间，压缩、烘干车间，破碎车间、计量、配伍、搅拌、混合车间等，除此之外，还需要建设其他配套工程，如压滤液和渗滤液池、污水处理工程等以满足生产需要。

3.2.1 压滤液和渗滤液储存池

由于垃圾储存、压缩、脱水过程中的压滤液和渗滤液产生量较大，每天可产生150t，须配套建设一座500m3的储存池，对每天产生的废水进行收集储存。

3.2.2 污水处理工程

污水处理工程需在原水泥企业污水处理基础上进行改造，适应含有大量有机污染物的污水处理系统，处理后的污水经城市污水管网排入污水处理厂进一步处理。

4 结语

铜川市利用水泥生产的有利条件，通过对原有生产线的改造，建设预处理配套工程，协同处理城市生活垃圾，不但可以有效解决卫生填埋法处理生活垃圾对土壤的占用，实现垃圾减量化，可燃垃圾变热能，可实现垃圾资源化；同时可以有效消除焚烧带来的二恶英和重金属污染，实现垃圾处理安全化，是目前至今后很长一段时间处理生活垃圾的一种方向性手段，是生活垃圾处理的一个环保方式。

[1]崔宁,高文玲,杨晓娟.铜川市环卫设施规划[J].环境卫生工程,2009,17（1）：26-32.

[2]王陆军.铜川市垃圾成份调查研究 [J].宝鸡文理学院学报,2001，21（3）:230-232.

[3]郭峰，蔡欢.关中地区生活垃圾处理现状及对策[J].城市建设理论研究,2012,33（25）.

[4]水泥窑协同处置垃圾工程设计规范GB 50954-2014[S].

[5]中材国际利用水泥窑炉协同处置城市生活垃圾技术的控制过程及实施效果[EB/OL].(2004-07-08)[2002-03-12]http://www.cement114.com/eMagazineDetail.asp?id=43640&utype=58.