水泥窑协同处置固体废物预处理工艺综述

范长健 邱荣荣

（1. 北京建都设计研究院有限责任公司，北京 100123；2. 北京中投润天环保科技有限公司，北京 100700）

1 引言

水泥窑协同处置项目有焚烧温度高、分解彻底、焚烧停留时间长、焚烧状态稳定、固化重金属离子等优点［1］，其项目工程有投资少、处理量大、投入产出比高等优点。目前水泥窑协同能够处置危险废物、生活垃圾、污泥、飞灰、污染土等各类废物，其主要是利用现有水泥厂的回转窑和分解炉，将固体废物进行分解焚烧。由于固体废物有来源广泛、含水率高、热值低、成分复杂、有害元素高等特点，在运行时通过控制废物成分检测、预处理、采取不同投加位置等方式，可降低对水泥窑热平衡系统的影响。

对水泥窑协同项目投资和运行影响最大的为预处理工艺。采取预处理的目的是使固体废物能够实现成分相对均匀稳定、方便输送、合理控制有害成分、提高处置能力、制成替代燃料和原料等。在行业快速的发展过程中，根据物性的不同开发了不同的处置工艺，本文针对水泥窑协同处置固体废物项目预处理工艺进行概述。

2 协同处置危险废物

水泥窑协同处置危险废物项目可处理《国家危险废物名录》中四十六大类其中的二十八大类；危险废物按照物理特性可分为固态、半固态、液态三类。预处理工艺主要是针对危险废物不同的物理特性而设计,具体分为3 种。

2.1 固态危险废物预处置工艺

粒径在150 mm 以上的固态危废经桥式抓斗上料至接料斗，接料斗出口设置一道棒型阀，起到调整出料量及缓存落料的作用。危废经过落料溜槽进入双轴齿辊破碎机，再通过大倾角带式输送机转载至上料皮带机，由上料带式输送机给料至分解炉。带式输送机出口处的下料溜槽内设置锁风阀，将预处理后的固态废物均匀投入分解炉。工艺流程见图1。

图1 固态、半固态危废预处置工艺流程

2.2 半固态危险废物预处置工艺

半固态危废采用桥式抓斗起重机上料到受料斗，经过由液压控制的闸板阀后落入防爆密封仓，再通过压料装置辅助进料至液压驱动的一级剪切式破碎机粗破，粗破后的物料进入由电机驱动的二级剪切式破碎机进行细碎，细碎后的危废进入混合器与其他液态废弃物混合搅拌，拌合后的物料通过螺旋喂料进入单缸固体泵，通过管道输送至窑尾分解炉焚烧处置。工艺流程见图1。

2.3 液态危险废物预处置工艺

废液处置工艺主要包括来料接收除杂、储存和入窑处置3 部分。工艺流程见图2。

图2 液态危废预处置工艺流程

接收除杂主要包括除杂器和气动隔膜泵，废液来料首先进入除杂器，除杂器设置过滤筛网，废液通过筛网实现除杂功能后由气动隔膜泵往储罐输送。

车间设置3 个储存区域，分别是废酸储存区、废碱储存区、其他废液储存区。废酸经过除杂器过滤后，直接利用泵泵送至水泥窑进行处置。废碱和其他废液分别通过除杂器过滤后，由气动隔膜泵泵送入储罐中，然后再分别由气动隔膜泵泵送至水泥窑处理。少量废碱和其他废液经除杂器过滤后，直接泵送入窑。泵均设置1 用1 备。

储罐泄漏及场地冲洗废水由集液池收集，收集的废液除杂后通过排污泵返回储罐。

3 协同处置生活垃圾

生活垃圾来源受当地经济、文化、饮食习惯的影响，不同地区的生活垃圾组分、热值不尽相同，但均有成分复杂、含水率高、热值低的特点。水泥窑协同处置生活垃圾工艺在借鉴目前成熟的垃圾焚烧发电工艺基础上，开发了多种适用于当地并切合水泥企业的处理工艺。

3.1 分选预处置工艺

分选技术主要是将生活垃圾分选为衍生燃料和适应于水泥生产的替代原料，可以分为预处理和水泥窑协同处置（终端处置）两部分。从垃圾进厂到入窑处置，可分为接收及一次破碎、干化、分选及二次破碎、除臭、渗滤液处理和入窑协同处置6 个系统［2］。

生活垃圾预处理主要包含了接收及一次破碎、干化、分选及二次破碎等一系列过程。生活垃圾水泥窑协同处置主要为入窑系统，可燃垃圾经过一系列输送、计量装置，喂入水泥窑分解炉，替代部分燃煤，进行资源化利用。无机渣土经破碎、干化以及分类处理后作为原料用于水泥生产。工艺流程见图3。

图3 垃圾分选预处置工艺流程

3.2 热盘炉预处置工艺

进场的生活垃圾倒入料坑中，用抓斗注入料斗，经称重、计量后，用皮带送入窑尾热盘炉。热盘炉汇集的生活垃圾、高温三次风及部分热生料，在炉膛内进行充分燃烧［3］。热盘炉产生的高温气体、废料的燃烧灰分、生料和小颗粒的烧结渣等均进入分解炉，少量的较大颗粒的烧结渣则由窑尾上升烟道中落下进入回转窑内，再经过回转窑系统煅烧成水泥熟料。燃烧后的烟气（含有未燃尽的有机成分等）被送入水泥窑的分解炉，经过分解炉再次对有机成分进行分解或裂解，达到有毒有机物彻底分解，窑尾废气经过收尘系统净化从烟囱排出。工艺流程见图4。

图4 热盘炉预处置工艺流程

3.3 气化炉预处置工艺

吊车将储坑中的垃圾送入给料机，给料机将垃圾定量送入气化炉中。进入炉内的垃圾由上而下缓慢移动，鼓风机将一次风送入最底部的风室，由下而上进入氧化燃烧层提供助燃［4］。垃圾和空气燃烧产生高温后继续上升到炉膛，与由上而下的垃圾形成对流。经过氧化燃烧后剩余的高温残渣灰向下移动被空气冷却，冷却后的残渣在凸形炉篦的作用下被挤压破碎成150 mm 以下的块状物，排入风室下方的锥形灰斗内。残渣通过灰斗落入下方的水封槽中，并通过重型链刮板式出渣机从水中排出。工艺流程见图5。

图5 气化炉剖面及其预处置工艺流程

3.4 机械炉排炉预处置工艺

垃圾通过行车抓斗送入机械炉排炉进行气化焚烧。机械炉排炉的一次风由垃圾库内的空气提供，一次风采用烟气空气预热器进行预热，烟气来自炉排炉出口高温尾气加热后的一次风进炉排炉燃烧使用［5］。

垃圾在机械炉排炉里干燥、燃烧、燃烬，燃烧后的残渣经除铁器等去除金属物后输送到原料配料站参与配料、粉磨成生料粉，再经过回转窑系统煅烧成水泥熟料。燃烧后的烟气（含有未燃尽的有机成分等）通入水泥烧成系统的分解炉，经过分解炉继续对有机成分进行分解或裂解，使得有毒有机物彻底分解，最后利用烧成窑尾的废气处理系统来净化废气，然后通过烟囱排出。工艺流程见图6。

图6 机械炉排炉预处置工艺流程

4 水泥窑协同处置污泥

污泥主要来自于生活污水处理厂处理污水的二沉池，经过脱水后成为有机物和水的混合物，根据脱水程度的不同，可分为含水率80%的污泥和含水率60%的污泥2 类，含水率越高，其流动性越好。

4.1 含水率80%污泥预处置工艺

来自污水厂的生活污泥通过污泥运输车送到厂区地磅过磅后，送入污泥接收仓。接收仓自动仓盖上设2 块篦子板对污泥进行过滤，过滤后的污泥进入污泥接收仓中备用。污泥接收仓中的污泥经过仓底部设置的滑架把污泥均匀地送入预压螺旋输送机，通过对污泥的加压，缓慢均匀地给污泥泵送料。采用2 台污泥柱塞泵同时工作，将污泥高压连续输送到水泥回转窑窑尾。污泥在窑尾分解炉中部900 ℃的高温下充分燃烧，实现最终无害化处置。

污泥利用喷枪进入窑尾，通过压缩空气对入窑的污泥进行切割，使其入窑后成雾状。对蒸发污泥中的水分、改善窑况非常有利。为保证喷枪不被堵塞，在每条管道中配备了除杂系统，利用除杂器前后压差，判断管道的堵塞程度并及时清理。工艺流程见图7。

图7 含水率80%污泥预处置工艺流程

4.2 含水率60%污泥预处置工艺

湿污泥（含水率80%～95%）卸入污泥缓存仓中，由污泥输送泵输送至间接干化设备。在间接干化过程中利用饱和水蒸气作为热源与污泥进行对流传热，污泥中水分蒸发产生的二次蒸汽经再热装置加热后送回间接干化设备中加热污泥，实现二次蒸汽的循环利用。冷凝水收集后送入缓存仓热盘管对污泥进行预热。湿污泥经初步干化后其含水率降低至55%～75%。半干污泥送入污泥中间仓中，计量后喂入直接干化设备中。在这一过程中，半干污泥与水泥窑高温烟气直接接触，进一步蒸发污泥中的水，使污泥含水率降低至35%以下，烟气夹带干污泥颗粒进入旋风分离器后，受重力作用实现气固分离，气体进入水泥窑系统处置，干污泥颗粒收集后送入水泥窑焚烧［6］。工艺流程见图8。

图8 含水率60%污泥预处置工艺流程

5 其他处置项目

水泥窑回转窑有体量大、温度高、碱性环境、适应性广等特点，这是其他焚烧炉所无法比拟的优点。针对水泥窑的优点，开发出协同处置飞灰、污染土、包装医药废物等工艺。

5.1 飞灰预处置工艺

运送飞灰罐车进场后，通过自带泵送系统将飞灰泵送至储仓，储仓内飞灰经过闸板阀和粉体喂料机后经转子秤计量进入螺旋泵，再通过罗茨鼓风机将飞灰输送至窑头喷入窑内焚烧［7］。工艺流程见图9。

图9 飞灰预处置工艺流程

5.2 污染土预处置工艺

车辆进场后将物料卸入料仓内，通过滑架将物料送到双轴螺旋输送机，再通过胶带输送机将物料送至大倾角皮带，最后送入原料调配至原料粉磨的上料皮带上，送至原料磨粉磨［8］。工艺流程见图10。

图10 污染土预处置工艺流程

5.3 小包装等预处置工艺

特殊固态废物，如化学药剂空瓶、化学试剂类废弃物等，通过叉车运输至升降机，物料由升降机提升到窑尾3 层平台，在3 层平台通过圆盘给料机直接送入窑尾分解炉或烟室进行焚烧。工艺流程见图11。

图11 小包装预处置工艺流程

6 结语

水泥窑协同处置固体废物技术是实现水泥行业可持续发展和绿色转型升级的重要条件，其能够很好地实现固体废物减量化、资源化、无害化处置，下阶段行业将着重解决对水泥窑系统的热平衡和熟料影响问题。目前行业正处于快速发展阶段，各类新技术、新理论不断涌现，未来将向更加自动化、智能化的方向发展，进一步降低水泥窑协同处置固体废物项目的人员劳动强度，并提高项目的职业健康水平。