水泥窑协同处置城市生活垃圾的最佳实践（下）

2017-06-01王新频吴小缓梁树峰

水泥技术 2017年2期

关键词：垫板燃烧室垃圾处理

王新频，吴小缓，梁树峰，赵娇，王冬

王新频，吴小缓，梁树峰，赵娇，王冬

Best Practice of Disposal of Urban Domestic Waste by Cement Industry(Ⅱ)

（上接第1期）

3.4 日本

1970年日本颁布了《废物管理和公共清洁法》。在随后的几十年中，日本相继开发了一套系统的原料和垃圾管理方法，以促进资源的有效利用。垃圾填埋场的短缺和对进口自然资源的依赖是推动此类变革的重要因素。2000年日本颁布了《建立循环型社会基本法》，该法将废物的环境无害化管理与“3R”（减量化、再利用和再循环）方法结合起来。水和其他污染物排放控制）及危险废物设施性能测试（试烧）要求等。表6为我国水泥窑协同处置城

表6 HJ 662-2013我国水泥窑协同处置城市生活垃圾中重金属的最大允许投加量限值，mg/kg

3.5 中国

为了规范固体废物的协同处置，中国制定了HJ 662-2013《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》，其主要内容包括协同处置设施技术要求（包括投加、贮存、预处理和输送设施）、固体废物特性要求（包括入窑固体废物特性要求和替代混合材的固体废物特性要求）、协同处置运行操作参数要求（包括投加、贮存、预处理和输送技术要求）、污染物排放控制要求（包括窑灰、旁路放风、烟气、废市生活垃圾中重金属的最大允许投加量限值。

4 协同处置技术的国际应用案例

4.1 预处理技术与案例

MSW（城市生活垃圾）是一种非均质混合材料，预处理有助于使之成为更均质的垃圾衍生燃料（RDF），该技术应成为MSW综合管理系统的组成部分。RDF的重要性能指标包括热值、含水量、灰分以及硫和氯含量等。这些值取决于垃圾的组成。因产地不同，来源（如家庭、办公室、建筑工地）、季节、收集系统（混合MSW、分类MSW）和所采用的预处理技术（筛选、分类、研磨、干燥）不同，垃圾的组成也会有所变化。

发达国家常常采用机械分拣生物处理（MBT）的方法制备垃圾衍生燃料（RDF）。在此过程中，城市生活垃圾经过筛选和分离，金属、塑料、硬纸板、铝罐等可以循环利用，剩余的材料（包括大量的有机成分如塑料和可生物降解的废物）破碎至理想尺寸，加工成RDF作为协同处置工厂的燃料。图7是城市生活垃圾处理流程图，图8为带低温隧道干燥机机械分拣生物处理系统生产RDF的工艺流程，图9为典型的城市生活垃圾处理流程。

一般来说，1t城市生活垃圾产生约250kg的RDF，不同的国家有所不同。如奥地利1t城市生活垃圾产生约230kg的RDF（机械生物处理MBT），比利时为400~500kg（MBT），荷兰约350kg（机械处理MT），英国220~500kg（MT）[13]。

图7 城市生活垃圾处理流程图

图8 带低温隧道干燥机分拣生物处理生产RDF的工艺流程

图9 典型的城市生活垃圾处理流程

4.2 窑系统的改造

4.2.1 喂料系统及燃烧器的改进

燃料进料点（窑或分解炉）不同，可以使用不同的喂料系统。无论采用何种类型的喂料系统，都应确保其系统的高精度和使用的耐久性，避免堵塞造成停机，并能灵活适应多种燃料。图10为RDF入炉工艺流程[3]。图11为RDF入窑工艺流程[14]。图12为法国Novaflam型最新多功能燃烧器，该燃烧器能够适应多种燃料包括RDF等替代燃料，其使用取代了图11所示的复杂燃烧控制系统，只用窑主燃烧器即可。

4.2.2 城市生活垃圾燃烧特点

城市生活垃圾的燃烧不同于煤粉，具体体现在：

（1）相对于煤粉而言，粒度分布更宽，粗颗粒含量要高一些。

图10 RDF入炉工艺流程

图11 RDF入窑工艺流程

图12 法国Novaflam型多功能燃烧器

图13 不同类型固体燃料的粒径和燃烧时间的关系

（2）燃烧效果不如煤粉，燃烧温度相对要低一些。

（3）氧气的扩散效果对其燃尽率的影响大于煤粉。

图13为不同类型固体燃料的粒径和燃烧时间的相互关系[15]。从图13可以看出，粒径越大，燃尽时间越长。因此固体替代燃料的燃烧时间相对较长，可能会导致窑系统操作上出现问题，应适当调整煅烧操作。

4.2.3 分解炉的结构改造

RDF颗粒不均，且较煤粉粒度大，从图13也可以看出，只有延长RDF在分解炉的停留时间，才能保证其有足够的时间燃尽。因此分解炉的结构也应做适当改造（见图14）[16]，或者安装辅助设备（例如KHD Humboldt Wedag燃烧室或F.L.Smidth的HOTDISC燃烧室）。

KHD Humboldt Wedag燃烧室是窑系统组成的一部分，它允许在协同处置时增加使用劣质的替代燃料，见图15[16]。挪威的一家水泥厂自2004以来一直使用该燃烧室，改造后，在窑系统中使用的总燃料的60%是通过燃烧室喂入的，其成分是6%的煤、焦炭和动物肉骨粉的混合物，16%的固体危险废物和38%的RDF。图16为F.L.Smidth的HOT⁃DISC燃烧室[17]。

4.3 典型的工艺流程

图17为RDF作为替代燃料的粉磨系统流程，图18为某4 500t/d熟料生产线协同处置城市生活垃圾的工艺流程图[18]。

图14 分解炉的改造

图15 带KHD Humboldt Wedag燃烧室的分解炉

图16 F.L.Smidth的HOTDISC燃烧室

图17 RDF作为替代燃料的粉磨系统流程

图18 4500t/d熟料生产线协同处置城市生活垃圾的工艺流程

4.4 对产品质量的影响

根据协同处置中使用的替代原料和燃料的量，与使用传统的化石燃料相比，最终产品中的个别元素的浓度可能会发生变化。重金属从混凝土和砂浆中释放的是最少的，因为这些重金属已经被固化到水泥产品中了。混凝土和砂浆的独立试验表明，重金属浓度的浸出符合规定的限值。磷酸盐含量对水泥的凝结时间会产生影响，碱、氯和硫的含量都会影响产品的整体质量。因此，在熟料和水泥生产中应密切监测这些元素的含量。对于敏感用户或有特殊要求的用户，还应该监测铊和铬的含量（斯德哥尔摩公约2006）。

4.5 协同处置对窑排放的影响

表7为国外某公司和北京水泥厂协同处置前后污染物监测对比[19]。

从表7可以看出，北京水泥厂在焚烧危险废物前后，污染物的排放均符合标准要求，国外公司使用RDF前后污染物排放浓度变化也不大。现在水泥企业大多已经或即将采用脱氮脱硫装置，近几年又出现了一种二英脱除装置（其工作原理在此不再赘述），该装置可以安装在窑尾除尘器后，以进一步确保水泥窑协同处置污染物达标排放（见图19）[20]。

表7 协同处置前后污染物排放对比mg/m3

图19 二英脱除装置

5 结语

本文介绍了国际上对城市生活垃圾预处理和在水泥厂协同处置的最佳实践、最好的国际监管和机构的做法及相关的协同处置的案例。来自世界各地的不同的研究表明，水泥窑协同处置城市生活垃圾优势明显，与使用化石燃料的水泥生产相比，能够有效降低排放，节约能源和资源，符合严格的环境和排放法规，没有额外的环境和健康风险，而且还能解决生活垃圾占用耕地、污染环境的问题。

发达国家行之有效的垃圾处理模式背后，不仅仅是合理的垃圾分类回收体系，还依赖于完善健全的垃圾管理法律法规以及行之有效的管理经验。此外，还有一些切实可行的经济政策，如用户收费制度、产品或包装费、押金返还制度、填埋税等，值得我们学习和借鉴。通过采取限制垃圾填埋、增加化石燃料的价格、制定碳税或碳交易计划等措施，在经济上补偿协同处置的水泥企业，从政策上和经济上支持水泥企业协同处置城市生活垃圾，相信在不久的将来，我国城市生活垃圾的无序管理将会彻底改变。

[1]武红霞.国外城市生活垃圾处理现状及政策[EB/OL].http://www. cn-hw.net/html/sort054/201202/31835.html.2012-02-07.

[2]M.Sc.Asi Eugene Ndum.Bottom-Up Approach to Sustainable Solid Waste Management in African Countries[D].Cottbus:Brandenburg Uni⁃versity of Technology,2013.

[3]Ali Hasanbeigi,Hongyou Lu,Christopher Williams,et al.Interna⁃tional Best Practices for Pre-Processing and Co-Processing Municipal Solid Waste and Sewage Sludge in the Cement Industry[R],2012,1.

[4]兰辛珍.垃圾处理：中国城市环境保护的攻坚战[J/OL].http://www. china.com.cn/zhuanti2005/txt/2006-03/09/content_6148686.htm. 2016-03-09.

[5]标煤的CO2排放因子[EB/OL].http://bbs.pinggu.org/ thread-3452319-1-1.html.?2014-12-3.

[6]Portland Cement Association(PCA).Cement and Concrete Basics: Manufacture of Portland Cement[J/OL].http://www.cement.org/basics/ concretebasics_history.asp.2012.

[7]GTZ/Holcim.Guidelines on Co-Processing Waste Materials in Ce⁃ment Production[J/OL].http://www.coprocem.org/.2006.

[8]World Business Council for Sustainable Development(WBCSD). Guidelines for Emissions Monitoring and Reporting in the Cement In⁃dustry[R].2012.

[9]Campisano K.Beneficial Use of Biosolids in Cement Production 2006[J/OL].http://www.biosolids.com.au.2011.

[10]CEMBUREAU(The European Cement Association).Environmen⁃tal Benefits of Using Alternative Fuels in Cement Production:A life cy⁃cle approach[R].http://www.cembureau.be/library/cembureau-publica⁃tions.2009.

[11]European Commission(EC).The Waste Incineration Directive[EB/ OL].http://ec.europa.eu/environment/air/pollutants/stationary/wid/legis⁃lation.htm.2012

[12]U.S.Environmental Protection Agency(EPA).Commercial and In⁃dustrial Solid Waste Incineration Units:Reconsideration and Proposed Amendments;Non-Hazardous Secondary Materials That Are Solid Waste;ProposedRule[J/OL].http://www.epa.gov/ttn/atw/129/ciwi/ fr23de11.pdf.April 13,2012.

[13]ALF-CEMIND.Supporting the use of alternative fuel in the ce⁃ment industry technology guide[EB/OL]..http://www.alf-cemind.com/ cd/index.htm.2012.

[14]Stehlík P.,P.Šasta,J.Borá,et al.Waste as alternative fuel.Insti⁃ tute of Process and Environmental Engineering,Brno University of Technology,Czech Republic[J/OL].http://www.cpi.umist.ac.uk/emi⁃nent/.../VUT_Waste_as_alternative_fuel.pdf.

[15]Jensen,L.S.Complete alternative fuel solution for cement kilns.In Proceedings of ASEAN Federation of Cement Manufacturers(AFCM)’s 21st technical symposium and exhibition[R].2008.

[16]Hand,A.Technology Options for the Cement Industry with the Use of Alternative Fuels[J/OL].http://www.alfcemind.com/docs/presen⁃tations/KHD%20presentation.pdf.2007,5.

[17]FLSmidth.HOTDISCTMCombustion Device[EB/OL].http://www. flsmidth.com/en-US/Products/Product+Index/All+Products/Cement+ Burning/Hotdisc/Hotdisc.2011.

[18]Wendell de Queiroz Lamas,Jose Carlos Fortes Palau,Jose Rubens de Camargo.Waste materials co-processing in cement industry:Eco⁃logical efficiency of waste reuse[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews 2013(19):200-207.

[19]聂永丰，金宜英，刘富强.固体废物处理工程技术手册[M].北京:化学工业出版社,2013:158-159.

[20]Delhi Pollution Control Committee.ENVIRONMENTAL IMPACT ASSESSMENT OF INTEGRATED MUNICIPAL SOLID WASTE PRO⁃CESSING COMPLEX[R].2008,1.ು