水泥工業(yè)是典型的能源消耗和資源消耗型工業(yè)。資料顯示，水泥生產(chǎn)能耗約占全國能源消耗量的7%左右，水泥工業(yè)消耗的煤炭占全國煤炭總消耗量的15%左右。因此，水泥行業(yè)節(jié)能降耗工作的進(jìn)展對(duì)國家節(jié)能降耗目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將起到非常重要的作用。另一方面，我國城市生活垃圾近年來增長(zhǎng)速度很快，目前全國1年產(chǎn)生的生活垃圾已達(dá)1.5億噸。全國668座大中城市中至少有200座城市處于垃圾的包圍之中，在城市周圍歷年堆存的生活垃圾量已達(dá)60億噸，侵占了約5億平方米的土地。這些數(shù)量龐大的生活垃圾已對(duì)城市及城市周圍的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成日趨嚴(yán)重的威脅，垃圾直接堆放和簡(jiǎn)易填埋場(chǎng)向大氣釋放大量的有害氣體，垃圾在堆放腐敗過程中產(chǎn)生大量酸性和堿性有機(jī)污染物，并溶解出垃圾中的重金屬，形成有機(jī)物、重金屬和病原微生物三位一體的污染源。此外，垃圾堆積場(chǎng)自燃、爆炸事故不斷發(fā)生，也造成重大損失。
國內(nèi)外長(zhǎng)期大量的實(shí)踐證實(shí)，在處理和利用固體廢物方面，現(xiàn)代新型干法水泥窯（PC窯）系統(tǒng)與廢物（垃圾）焚燒爐相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，固體廢物所具有的熱量和物質(zhì)將為水泥工業(yè)提供替代燃料和替代原料。研究和開發(fā)水泥工業(yè)利用和處理固體廢物技術(shù)，可為水泥工業(yè)尋找到替代原料和替代燃料，可以節(jié)約能源和降低廢物處理成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益。這也正是合肥水泥研究設(shè)計(jì)院研發(fā)水泥窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾技術(shù)的目的。此項(xiàng)技術(shù)在四川廣旺能源集團(tuán)建材分公司天臺(tái)水泥廠的應(yīng)用，已取得明顯成效。
技術(shù)原理
此項(xiàng)技術(shù)是通過在水泥回轉(zhuǎn)窯旁設(shè)置垃圾焚燒爐來聯(lián)合處理城市生活垃圾，它既不同于日本的垃圾焚燒發(fā)電后由水泥廠處理灰渣的技術(shù)，也不同于西歐對(duì)垃圾分選后直接由水泥窯處理的技術(shù)，而是根據(jù)我國人民生活水平的現(xiàn)狀，適應(yīng)我國垃圾特性，吸收國外垃圾處理的長(zhǎng)處，并克服其不足后自主創(chuàng)新的一項(xiàng)新技術(shù)。采用此項(xiàng)技術(shù)，可以將垃圾熱能和灰渣全部利用，污染物排放低，不需要二次處理，投資省，后期維護(hù)費(fèi)用低。此項(xiàng)技術(shù)已取得了3項(xiàng)國家專利的授權(quán)，分別為發(fā)明專利“水泥回轉(zhuǎn)窯和焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾系統(tǒng)”、實(shí)用新型專利“回轉(zhuǎn)式垃圾焚燒爐”和“垃圾喂料機(jī)”。以此項(xiàng)技術(shù)為依托的工業(yè)試驗(yàn)系統(tǒng)已于2007年11月15日在天臺(tái)水泥廠成功點(diǎn)火。
此項(xiàng)技術(shù)不需要建設(shè)專門的垃圾焚燒廠或垃圾預(yù)處理車間，而是把垃圾焚燒爐建在新型干法水泥窯旁邊，由垃圾焚燒爐和水泥窯聯(lián)合處理生活垃圾，工藝流程框圖見圖1。
垃圾處理過程如下：垃圾由市政環(huán)衛(wèi)部門的垃圾運(yùn)輸車直接運(yùn)送到水泥廠，經(jīng)地磅計(jì)量后倒入垃圾儲(chǔ)池儲(chǔ)存。抓斗從垃圾池把垃圾抓入板式輸送機(jī)，人工挑選出大件垃圾和可回收物，其余的被帶式輸送機(jī)送入喂料小倉，在輸送過程中由除鐵器除去磁性金屬。喂料機(jī)把小倉內(nèi)的垃圾均勻地喂入焚燒爐，利用熟料冷卻機(jī)的熱風(fēng)作為燃燒空氣，熱風(fēng)從水泥窯窯頭罩抽取，進(jìn)入回轉(zhuǎn)式垃圾焚燒爐，垃圾在熱風(fēng)的作用下焚燒，垃圾焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓?100℃左右）進(jìn)入窯尾分解爐和預(yù)熱器，與水泥生料換熱，為水泥生料分解提供熱量，然后被窯尾廢氣處理系統(tǒng)凈化后排放。垃圾焚燒灰渣直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯作為水泥原料，結(jié)合于熟料之中。垃圾焚燒灰渣也可以從焚燒爐排出，作為混合材，用于磨制水泥。處理過程全部封閉，垃圾在垃圾池儲(chǔ)存期間，有機(jī)物腐敗產(chǎn)生的臭氣等有機(jī)氣體由排風(fēng)機(jī)抽出，經(jīng)除塵器除塵后送入冷卻機(jī)頭部的鼓風(fēng)機(jī)，再被鼓入冷卻機(jī)，與1400℃左右的熟料接觸，在高溫下被分解而凈化。
此項(xiàng)技術(shù)采用水泥回轉(zhuǎn)窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾，在不外加燃料的情況下，利用窯頭高溫?zé)犸L(fēng)作為燃燒空氣，確保生活垃圾的連續(xù)、穩(wěn)定和充分燃燒；采用與這個(gè)系統(tǒng)配套的回轉(zhuǎn)式垃圾焚燒爐，可提高對(duì)原生生活垃圾的適應(yīng)性、提高燃燼率和降低系統(tǒng)阻力，解決了我國垃圾成分復(fù)雜、水分高、熱值低的缺陷；采用配套推進(jìn)式垃圾喂料機(jī)，能實(shí)現(xiàn)均勻喂料、防止堵料和控制漏風(fēng)，同時(shí)很好地解決了垃圾儲(chǔ)存時(shí)散發(fā)的臭氣等有機(jī)氣態(tài)物的污染。
與其他技術(shù)的比較
目前我國生活垃圾處理方式主要有衛(wèi)生填埋、堆肥和焚燒3種，國外發(fā)達(dá)國家的生活垃圾處理方式主要有填埋、焚燒、堆肥和回收利用。
填埋方式存在占用和消耗大量土地資源、滲瀝液污染、填埋氣體污染大氣等缺點(diǎn)。堆肥方式存在分選效率低、垃圾可生物降解的有機(jī)物含量必須大于40%、肥料質(zhì)量差等缺點(diǎn)。焚燒方式存在投資和運(yùn)行成本高、依賴較高的上網(wǎng)電價(jià)、難免產(chǎn)生二英（Dioxin）和重金屬等有毒物質(zhì)、焚燒產(chǎn)生的飛灰須另行處置等缺點(diǎn)。
應(yīng)用生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)的垃圾電廠和利用水泥窯及垃圾焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾技術(shù)的水泥廠，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的比較詳見表1。
國外發(fā)達(dá)國家利用水泥工業(yè)處理和利用生活垃圾的技術(shù)與本項(xiàng)目技術(shù)相比，存在分選和后處理系統(tǒng)復(fù)雜、處理費(fèi)用高、易造成二次污染等缺點(diǎn)。水泥窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾技術(shù)可有效克服這些缺點(diǎn)。
應(yīng)用實(shí)例
1.垃圾焚燒設(shè)備和聯(lián)合焚燒工藝
合肥水泥院在天臺(tái)水泥廠1號(hào)窯系統(tǒng)進(jìn)行焚燒垃圾工業(yè)試驗(yàn)，系統(tǒng)為傳統(tǒng)的五級(jí)預(yù)熱器窯生產(chǎn)線，并配有較完善的溫度和壓力檢測(cè)設(shè)備。生產(chǎn)運(yùn)行中，系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率較高，由于窯的直徑較小，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量較低。按照水泥回轉(zhuǎn)窯和焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾的技術(shù)思路，合肥水泥院在天臺(tái)水泥廠1號(hào)窯旁邊建設(shè)垃圾焚燒爐系統(tǒng)，垃圾焚燒系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備為垃圾焚燒爐和垃圾喂料機(jī)。
為使上述水泥燒成系統(tǒng)適應(yīng)聯(lián)合焚燒垃圾的要求，對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行了改造，將原窯頭罩尺寸加大，增加了簡(jiǎn)易分解爐和三次風(fēng)管。在三次風(fēng)管下面安裝了合肥水泥院取得專利權(quán)的回轉(zhuǎn)式垃圾焚燒爐，并配套取得專利權(quán)的垃圾喂料機(jī)，共同組成水泥回轉(zhuǎn)窯和焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾系統(tǒng)。聯(lián)合處理垃圾工藝流程如圖2，其中細(xì)線部分表示原燒成部分，粗線部分表示對(duì)原燒成部分改進(jìn)的內(nèi)容、增加的簡(jiǎn)易分解爐、三次風(fēng)管及垃圾焚燒系統(tǒng)。
系統(tǒng)配有溫度和壓力檢測(cè)設(shè)備，與焚燒垃圾直接關(guān)聯(lián)的有：安裝在靠近簡(jiǎn)易分解爐端在三次風(fēng)管上的熱電偶和壓力傳感器，垃圾焚燒系統(tǒng)進(jìn)熱風(fēng)管道和出煙氣管道上裝有熱電偶。
（第一作者為合肥水泥研究設(shè)計(jì)院環(huán)保設(shè)備廠廠長(zhǎng)）
【作者：何宏濤 袁文獻(xiàn) 余群善】