新型干法水泥窑协同处置固体废弃物的应用分析

韦宗敏

（广东韶科环保科技有限公司，广东 韶关 512026）

随着工业化、城镇化进程加快，我国城市固体废弃物产生量呈现快速增长态势。生态环境部公布的数据显示，2019年，全国196 个大中城市共产生一般工业固体废物13.8 亿t、工业危险废物4 498.9 万t、医疗废物84.3 万t、城市生活垃圾2.356 亿t，其相较2018年均有大幅上升之势。固体废弃物既是影响城市发展的环境污染源，也是可以变废为宝的重要资源。随着环保意识的增强和国家生态环保治理力度的增加，固体废弃物处置研究不断深入。其中，干法水泥窑协同处置固体废弃物具有工艺先进、产品质量高、能耗低、生产率高等优势，实现了水泥窑“一窑多用”功能。新型水泥窑协同处置城市固体废弃物成为水泥企业转型和城市固废处置研究的新方向。

传统固体废弃物处置技术主要为填埋法，容易造成二次污染和资源浪费，填埋产生的渗滤液会污染掩埋区地下水和周边土壤。新型干法水泥窑利用固体废弃物的有用成分作为水泥配料原料，利用水泥熟料矿物化高温烧结，对固体废弃物有毒有害成分进行降解、惰性化、稳定化，实现水泥生产中固体废弃物的减量化、资源化利用。国家《产业结构调整指导目录（2019年本）》已将“利用不低于2 000 t/d（含）新型干法水泥窑或不低于6 000 万块/年（含）新型烧结砖瓦生产线协同处置废弃物”列入第一类“鼓励类”第十二条“建材”中第1 项。

1 水泥窑协同处置固体废弃物的原理

填埋是固体废弃物的传统处理方式，随着填埋数量的增加和填埋时间的推移，固体废弃物填埋区的地下水及土壤有污染风险。此外，固体废弃物焚烧发电极易产生渗滤液和二噁英，同时灰渣富含重金属。水泥窑协同处置固体废弃物以新型干法烧成技术为核心，利用新型原料、燃料预均化技术、节能粉磨技术及装备，运用先进计算机集散控制技术，实现固体废弃物处置全过程的自动化。固体废弃物预处理后，进入水泥窑。

水泥窑处置能力强，效率高，污染排放少，可以有效处理固体废弃物。一是废气排放少。水泥窑协同处置固体废弃物的燃烧温度一般不小于1 400 ℃，石灰石被彻底分解成二氧化碳和氧化钙。燃烧温度始终保持在较高水平，氧化钙可以减少固体废弃物燃烧过程的氯化氢、二噁英、硫氧化物等有毒有害气体的排放。二是灰渣排放少。新型干法水泥窑协同处置固体废弃物，固体废渣、重金属颗粒物在高温煅烧环境下形成熔融玻璃体，玻璃体经急冷后生成水泥熟料。三是废液排放少。由于水泥窑的负压作用，新型干法水泥窑协同处置固体废弃物产生的废液重新进入窑内燃烧，高温分解。干法水泥窑协同处置固体废弃物，可有效利用垃圾自身热量和燃烧后产生的灰渣，有效降低城市固废存量，真正实现固体废弃物资源化、减量化与无害化处置，变废为宝。

2 水泥窑协同处置固体废弃物的现状

干法水泥窑协同处置固体废弃物的技术在国外早已被研究，并付诸实践。20世纪70年代，德国、美国、日本就尝试利用可燃性固体废弃物作为水泥生产替代燃料。21世纪初，发达国家纷纷运用固体废弃物作为水泥生产的替代燃料，这种处置方式得到广泛认可。其中，荷兰运用固体废弃物作为水泥生产替代燃料的比例达到83.0%，而且这一比例还在不断增加。干法水泥窑协同处置城市固体废弃物的作用越来越明显。据不完全统计，发达国家利用水泥窑协同处置固体废弃物的替代燃料比例如表1所示。

表1 固体废弃物作为水泥生产替代燃料的比例

20世纪90年代，我国开始引入水泥窑协同处置工艺处理固体废弃物。在科研院所的技术指导下，水泥企业陆续引入水泥窑协同处置工艺，用以处理城市生活垃圾和危险废物，具体实践案例如表2所示。

表2 国内利用水泥窑处置固体废弃物的实践

从水泥生产企业的实际运行效果来看，干法水泥窑能够协同处置城市生活垃圾、危险废物等固体废弃物，企业周边环境监测结果显示，各污染物均可达到相应排放标准限值要求，企业同时取得良好的经济效益和环境效益。可见，干法水泥窑协同处置固体废弃物能够达到相关标准要求，实际应用效果显著。

3 新型干法水泥窑协同处置固体废弃物的优势

从国内水泥生产企业的实际应用来看，新型干法水泥窑协同处置固体废弃物的技术成熟。新型干法水泥窑是指窑尾配加悬浮预热器和预分解炉的回转窑，它是当代水泥工业的最新技术代表。

3.1 技术优势

一是高温处理。熟料煅烧要求新型干法水泥窑内物料燃烧温度始终处于较高值，一般为1 400 ℃左右。高温煅烧能够分解绝大部分固体废弃物，有机物焚烧率可达99.99%。二是焚烧空间大。从实际运行情况来看，回转窑一般采用旋转型转筒，筒体长度为50～100 m，直径为3～5 m，转速为2.5～4.2 r/min，旋转使得转筒中固体废弃物充分燃烧，各个部位保持均匀、稳定焚烧。三是停留时间长。新型干法水泥窑工艺选用的回转窑筒体结构较长，斜度小，转速低，固体废弃物从窑尾至窑头的总停留时间超过30 min，长时间停留于1 400 ℃的转筒内，煅烧效果显著。四是处理规模大。回转窑运转率高，固体废弃物处理规模大，日产能力强，热稳定性和抗波动能力高，固体废弃物作为水泥生产替代燃料的比例有较大的提升空间。

3.2 环保优势

与普通焚烧炉相比，在环保方面，新型干法水泥窑处理固体废弃物的优势十分显著。首先，回转窑呈碱性气氛，碱性物质可中和回转窑燃烧产生的二氧化硫、氯化氢等酸性物质，将其变成盐类固定下来，有效避免二次污染。回转窑能够有效焚烧有毒有害废料，将其固化于熟料矿物中，达到固化重金属和净化焚烧尾气的效果，同时减少燃料使用量。部分固体废弃物含有较高热值，可有效替代水泥熟料煅烧所需的燃料。固体废弃物燃烧残渣主要为无害盐类，具有可利用的组分，可替代部分天然原料作为水泥生产的熟料，实现资源化利用。

4 新型干法水泥窑处置固体废弃物的影响因素及应对措施

固体废弃物热值较高，若去除固体废弃物的水分影响，熟料煅烧热耗可有效降低。经估算，采用新型干法水泥窑处置固体废弃物时，一座设计处理规模4 500 t/d 的水泥窑每年可节约标准煤2 651 t。但投入生产后，水泥窑会受到配料、有害元素、系统烟气量等因素影响，要采取必要的应对措施，如表3所示。

表3 水泥窑投入生产后的影响因素及应对措施

5 结语

新型干法水泥窑可以协同处置固体废弃物，具有良好的市场前景，能够实现工业固废处理的减量化、无害化和资源化。这是一种双赢的处理方式，在消纳各种废弃物的同时，也可以满足水泥行业的物料需求，使水泥生产走上绿色环保的可持续发展之路，为循环经济的发展做出重要贡献。