机械炉排炉与水泥窑联合处置生活垃圾技术研究及应用

方明，刘亚雷，王朝雄

目前，应用比较广泛的垃圾处置方式为焚烧法，该方法相比于其他方法，具有减量效果明显且余热利用效率高的优点，但焚烧法也会产生大量对环境有害的重金属及二恶英等污染物。利用水泥窑协同处置生活垃圾，可结合水泥熟料烧成系统，充分利用焚烧垃圾所产生的全部热能及燃尽后的全部炉渣。但我国生活垃圾水分含量大，成分复杂，热值低，不同地域的生活垃圾差异大，直接入窑处置和应用难度大。本文主要介绍我公司开发的机械炉排炉与水泥窑联合处置生活垃圾技术以及在黔西项目中的实施和运行情况。

1 南京凯盛开能水泥窑协同处置技术（KKK 技术）

1.1 KKK技术工艺介绍

南京凯盛开能环保能源有限公司针对国内垃圾成分复杂、不同地域差异大等问题，以不影响水泥窑熟料生产为前提，提出了机械炉排炉与水泥窑联合处置生活垃圾技术路线，该技术主要包括垃圾储存发酵单元、机械炉排炉单元、渗滤液处理单元、臭气处理单元以及灰渣处理单元等，工艺流程如图1所示。

1.1.1 垃圾储存发酵单元

KKK 技术的主要特色就是以机械炉排炉为处置垃圾的核心装备，而机械炉排炉的一大特点就是吃“粗粮”，无需对垃圾进行分选、破碎等处理，因此作为预处理系统的垃圾储存发酵单元，其工艺流程相对较简洁。生活垃圾通过汽车运送到厂区后，通过卸料大厅卸入垃圾储坑内，然后由行车将储坑中的垃圾进行分区堆放，再进行5～7d的发酵，除去部分水分后即可喂入机械炉排炉焚烧，垃圾储存发酵单元布置如图2所示。

1.1.2 机械炉排炉单元

机械炉排炉（图3）的主要技术特色就是与水泥窑炉呈“离线式”关系，机械炉排炉与分解炉通过高温烟道相连接，高温烟道与分解炉的接口位于三次风管上部。垃圾焚烧的烟气温度约为850℃，与分解炉温度相当，进入分解炉后对其温度场影响较小，还可替代部分燃料。另外，可利用水泥烧成系统的高温碱性环境，将二恶英等有害气体彻底处置分解干净。

为保证机械炉排炉单元的新增烟气量不影响分解炉及窑尾预热器，需对预热器各个出口风管进行改造；为防止窑内结皮堵塞，还需设置旁路放风除氯系统（图4）。

图1 KKK技术工艺流程图

图2 垃圾储坑布置图

图3 机械炉排炉图

图4 旁路放风系统图

1.1.3 渗滤液处理单元

KKK 技术处理渗滤液的方式不同于传统垃圾发电行业，主要是利用分解炉热惯性对其进行高温处理，具体流程为：通过废液储槽将渗滤液收集后送至过滤单元处理，然后再利用废液泵将浓缩液送至废液箱，最后再通过废液雾化泵和废液喷枪雾化后喷射进分解炉内进行高温处理。当渗滤液量过多时，还可将少部分废液喷射进机械炉排炉内进行处置。具体处置流程如图5所示。

图5 渗滤液处理单元工艺流程图

1.1.4 臭气处理系统单元

对垃圾处置厂区的恶臭控制，主要是将垃圾储坑整体密封，并使其维持在负压状态。对于垃圾坑中抽出的臭气，主要采用将其送入机械炉排炉与篦冷机中的方式处理，具体为：一部分作为一次风送入炉排炉内燃烧处理；另一部分作为冷却风送入篦冷机前部高温段处理。停窑检修时，将臭气送入应急除臭系统（洗涤塔+活性炭吸附）处理合格后方可对外排放。

1.1.5 灰渣处理单元

垃圾焚烧产生的灰渣主要是作为水泥生产的生料配料。垃圾燃尽后，炉渣从炉排上落下，由除渣机收集后再经过除铁、筛分处理，然后作为原料之一送入生料磨中，最后经烧成系统煅烧成熟料，同时将重金属固化在熟料里，从而避免其再度扩散，污染环境。

1.2 KKK技术与传统垃圾焚烧处置技术的对比分析及其特点

虽然传统垃圾焚烧处置技术应用比较广泛且减量效果明显，但水泥窑协同处置生活垃圾技术可充分利用垃圾焚烧产生的全部热能及燃尽后的全部炉渣，具有选址方便、处理温度高、焚烧停留时间长以及流程短、投资小等特点，两者的具体对比分析如表1 所示。而我公司结合机械炉排炉及水泥窑生产的特点，针对国内垃圾存在成分复杂、不同地域差异大等问题，以机械炉排炉为关键装备所开发的机械炉排炉与水泥窑联合处置生活垃圾技术是比较适合我国生活垃圾的处置方式之一，其技术特点如下：

表1 KKK技术与传统垃圾焚烧处置技术的对比

（1）工艺流程简洁：机械炉排炉对国内垃圾的适应性更好，垃圾无需分拣和破碎，仅需有氧发酵除去部分水分后即可入炉焚烧。

（2）装备成熟：国内机械炉排炉装备技术已非常成熟，并被广泛应用在垃圾发电行业，同时机械炉排炉更能够适应国内垃圾成分复杂、不同地域差异大的特性。

（3）资源化程度高：可将垃圾焚烧的热能及燃尽后的炉渣全部彻底利用，替代水泥生产部分燃料和原料，避免炉渣外排。

（4）环境友好：机械炉排炉在不掺烧的情况下即可将炉膛出口温度稳定在850℃以上，二恶英在高温环境停留时间远超过2s；可利用分解炉热惯性对渗滤液进行无害化处理，实现零排放；多手段有效控制厂区恶臭，环境友好。

2 示范项目的建设及运行情况

黔西西南开能环境工程有限公司实施的水泥窑协同处置项目采用机械炉排炉与水泥窑联合处置生活垃圾技术路线，即利用250t/d机械炉排炉和黔西西南水泥有限公司3 000t/d熟料水泥生产线联合处置黔西县生活垃圾。该项目由南京凯盛开能环保能源有限公司总承包建设，于2015 年5 月20日开始设计施工，2016 年7 月开始试生产，表2 为黔西项目工程建设概况。

表2 黔西项目工程建设概况

自2016 年7 月该项目即开始处置黔西县生活垃圾，各项指标基本达到设计预期；2017年2月，委托中国科学院上海高等研究院分析测试中心对二恶英进行检测；2017 年3 月，委托中国建材检验认证集团股份有限公司国家水泥质量监督检验中心对重金属含量及水泥产品的各项技术进行检测；2017年4月，委托南京工业大学建材行业集料碱活性研究测试中心对协同处置系统投入前后的水泥生产线热工指标进行检测。从检测数据可以看出，各项技术指标均达到了相关要求，具体如表3 所示。2017年12月19日，江苏省生产力促进协会在南京组织完成了“水泥窑协同处置生活垃圾KKK系统开发与应用”科技成果鉴定会议，确认项目整体技术指标达到国内领先水平，应加快推广应用。该技术目前已经在威顿水泥集团有限责任公司、广西东泥天等水泥有限公司等公司陆续开始实施。

表3 黔西项目主要技术指标

3 结语

南京凯盛开能公司针对国内生活垃圾成分复杂、热值低以及不同地域差异大等特性，创新性地提出了机械炉排炉与水泥窑联合处置生活垃圾的新技术路线，无需对垃圾进行预处理，工艺流程简洁，可充分利用垃圾焚烧的全部热能及燃尽后的全部炉渣，无二次污染物排放，实现了“灰渣资源化利用、渗滤液零排放、臭气不扩散”的目标，不会对水泥窑生产线的生产、产品质量以及周边环境造成影响，适合我国现阶段生活垃圾特性，可以实现垃圾处理减量化、资源化和无害化。南京凯盛开能公司开发的KKK技术为水泥窑协同处置技术提供了新的工艺方向，对水泥企业实现环保转型具有积极的示范作用，同时该技术整体达到国内领先水平，应加快推广应用。