【水泥人網(wǎng)】當前國民經(jīng)濟飛速發(fā)展，工業(yè)及生活垃圾的產(chǎn)生量迅速增加。工業(yè)（生活）垃圾的處理技術(shù)是國內(nèi)外非常熱門的研究開發(fā)領(lǐng)域，并將成為一個市場潛力巨大的產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)的垃圾處理方法是填埋，這樣既占用了寶貴的土地資源，又污染了地下水。垃圾的焚燒對城市生活垃圾的處理不失為一種行之有效的措施，但它對有毒工業(yè)垃圾的處理并不能顯現(xiàn)出任何優(yōu)越性。相反由于垃圾焚燒爐的焚燒溫度低（大多低于1500℃），很多有毒成分尚沒有完全分解，而中低溫度范圍的垃圾在焚燒過程中會產(chǎn)生另外一種有毒成分——二惡英，這在大量應(yīng)用焚燒爐處理生活垃圾的西方發(fā)達國家已經(jīng)成為公眾矚目的焦點問題。大量的研究和實踐表明，水泥回轉(zhuǎn)窯燃燒溫度高，物料在窯爐系統(tǒng)內(nèi)的停留時間長，又處在負壓狀態(tài)下運行，工況穩(wěn)定，不向外界排放廢渣，因而對各種有毒性、易燃性、腐蝕性、反應(yīng)性的有毒廢棄物（包括固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)）具有很好的降解作用，既不會污染空氣，又不向外界排出廢渣，其焚燒物中的殘渣和絕大多數(shù)重金屬都被固化在水泥熟料中，不會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染，此課題的研究開發(fā)具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。
1國內(nèi)外概況
早在20世紀70年代發(fā)達國家就已開始采用水泥窯處置危險廢棄物，如美國、德國、加拿大、日本、丹麥、奧地利、瑞士等。以美國為例，已有幾十家水泥廠將危險廢棄物作為替代燃料在水泥窯上進行焚燒處置，其替代量一般在20％～60％。目前歐洲的個別水泥廠替代率可達80％以上。
?韓國、巴西、墨西哥及我國的臺灣省等工業(yè)并不是很發(fā)達的國家和地區(qū)，利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理可燃工業(yè)垃圾，替代傳統(tǒng)化石燃料的比例也相當高。甚至在一些發(fā)展中國家，如印度尼西亞、泰國、摩洛哥、巴基斯坦及印度等國家也有相當數(shù)量的處理包括各種危險廢棄物的水泥廠在運轉(zhuǎn)。
美國及德國國家環(huán)境保護局對水泥回轉(zhuǎn)窯的監(jiān)測結(jié)果表明，水泥回轉(zhuǎn)窯使用危險廢棄物為替代燃料，不僅對環(huán)境沒有危害，而且被列為現(xiàn)有最佳示范技術(shù)。根據(jù)日本麻省水泥株式會社的一份資料顯示，日本在水泥窯上處置工業(yè)危險廢棄物具有面廣、量多的特點，目前已能處置包括生活污泥在內(nèi)的多種危險廢棄物。
國外利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理各種有毒有害廢棄物有以下幾種方式：一是從窯尾上升煙道喂入窯內(nèi)；二是將廢料加入窯尾預(yù)分解爐；三是直接從回轉(zhuǎn)窯中部加入窯內(nèi)；四是從窯頭罩投入窯內(nèi)；五是通過主燃燒器噴入窯內(nèi)。從窯尾和窯中部喂入的方法相對較簡單，對廢料的預(yù)處理要求并不是很高。相對來說從窯頭主燃燒器噴入窯內(nèi)的方式，對廢料的預(yù)處理系統(tǒng)要求較高。從窯頭和窯尾喂入方式各有優(yōu)缺點，窯頭喂入對有害氣體的焚燒率最高，從窯尾喂入固體物料在窯內(nèi)的停留時間最長。
?國外利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理廢棄物有非常嚴格的監(jiān)測手段，主要監(jiān)測廢氣中二惡英、硫的氧化物和氮的氧化物的排放量。另外還需對水泥熟料中重金屬含量進行嚴格限制。
目前我國對危險廢棄物的利用和處置水平較低。90年代中期開始建設(shè)利用焚燒生活垃圾來發(fā)電的垃圾站，很多城市都提出了建設(shè)垃圾電站的建議,并有相當數(shù)量的垃圾電站投入運營。目前建設(shè)一座日處理量1000t的垃圾電站投資大約在6－7億元人民幣，常規(guī)的垃圾焚燒爐由于焚燒溫度低，有毒氣體在爐內(nèi)停留時間短，很容易造成不完全燃燒而產(chǎn)生二惡英，需要增加特別的廢氣凈化裝置，另外焚燒后的廢渣還需特別處理。國家計委明確表明，嚴禁建設(shè)日處理300t以下的生活垃圾焚燒電站。國內(nèi)的水泥企業(yè)，如上海建材集團、北京建材集團下屬的幾個水泥廠，首先進行了嘗試，直接在水泥回轉(zhuǎn)窯上進行了一系列的試驗工作，取得非常有意義的試驗結(jié)果并積累了寶貴的經(jīng)驗。但要僅僅靠小規(guī)模的試驗，并不能形成向歐美發(fā)達國家那樣大規(guī)模連續(xù)化的處理能力。為此南京水泥工業(yè)設(shè)計研究院從1999年開始正式立項、投資，對利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理可燃工業(yè)（生活）垃圾技術(shù)進行了較全面深入的探索和研究。一方面從工程角度進行開發(fā)，另一方面從機理上對廢棄物的燃燒、有害氣體的排放及對水泥熟料產(chǎn)質(zhì)量的影響進行研究。2001年南京院與上海開能新技術(shù)有限公司合作，在廣東東莞完成了利用回轉(zhuǎn)窯焚燒廢塑料及廢皮革發(fā)電項目的設(shè)計和建設(shè)工作，該項目預(yù)計2003年初投入運行。
2主要研究、開發(fā)及試驗工作內(nèi)容
由于我國的工業(yè)垃圾種類繁多，分布散亂，工業(yè)垃圾的收集處理及與之相關(guān)的現(xiàn)代物流系統(tǒng)極不健全，不象歐美發(fā)達國家那樣有比較完善的收集、加工處理及運輸系統(tǒng)，因而目前本課題所作的工作主要限于可燃工業(yè)垃圾，如廢舊塑料包裝材料、皮革、化纖、汽車輪胎、樹脂、溶劑、造紙黑液、城市污水處理廠污泥、廢木塊及一些有毒有害難以處理的工業(yè)固體及液體廢棄物等。通過前期調(diào)研分析，在工業(yè)化比較發(fā)達的珠江、長江三角洲地區(qū)，存在大量廢棄塑料及皮革制品的下腳料，堆積如山。另外我國的大中城市的污水處理廠剩余的污泥等，是最適合利用水泥回轉(zhuǎn)窯進行規(guī)?；幚淼墓I(yè)可燃垃圾。隨著我國汽車保有量的增加，廢舊汽車輪胎數(shù)量越來越多，本課題的重點將集中在這三類工業(yè)垃圾上。
?廢舊塑料及皮革制品的下腳料，由于其形狀不規(guī)則體積較大，水泥回轉(zhuǎn)窯要利用這些廢料，根據(jù)在水泥生產(chǎn)過程中不同地點，而需對此進行適當?shù)募庸ぬ幚怼Ｈ绻麑U料喂入窯尾上升煙道，根據(jù)不同規(guī)格窯的長度和轉(zhuǎn)速，廢料的粒度最大可達500mm以上。如果廢料是從窯頭主燃燒設(shè)備噴入燒成帶，這樣廢料的粒度最大只能到20mm，否則將會引起燃燒設(shè)備的堵塞，而且還會導(dǎo)致燒成帶火焰過長，產(chǎn)生不完全燃燒，熟料燒失量增加，影響熟料質(zhì)量。利用廢塑料和廢皮革作替代燃料，主要控制廢塑料中氯化物含量，氯元素含量過高會導(dǎo)致窯尾上升煙道，預(yù)熱器及分解爐內(nèi)結(jié)皮堵塞。氯化物的存在可能會產(chǎn)生二惡英和呋喃排放量超標。
污水處理廠剩余的污泥，雖經(jīng)過機械脫水處理，由于在處理污水過程中添加了大量的絮凝劑，污泥中仍含有大約50％～80％的結(jié)晶水泥。每公斤干基污泥中含有30％～60％的可燃揮發(fā)物，干基污泥的熱值大約在10450～15884kJ/kg之間。因而對污泥的綜合利用一般是先將污泥經(jīng)過烘干機進行烘干成球，粒度控制在0～5mm，結(jié)晶水含量控制在20％以下，然后從窯頭主燃燒器中噴入窯內(nèi)。污泥中重金屬含量比較高，用污泥替代燃料的比率主要根據(jù)熟料中重金屬含量來決定。
汽車輪胎是由天然或合成橡膠經(jīng)硫化加工處理，然后加金屬絲及尼龍線成型制成。無論是天然橡膠還是合成橡膠都是一種由碳氫元素組成的高分子化合物，碳氫高分子化合物一般都有較高的發(fā)熱量。汽車輪胎中的硫含量低于石油焦，氯含量低于煙煤，熱值高于煙煤與石油焦相當。利用低成本的廢輪胎作為水泥回轉(zhuǎn)窯替代燃料，是非常適合的。利用汽車輪胎作為替代燃料煅燒水泥，基本上有兩種方法。一是將輪胎用切碎機切割成碎塊，粒度較小的一部分（一般< 20mm）可以從窯頭燃燒器噴入窯內(nèi)，較大塊的碎片從窯尾煙室加入窯內(nèi)。另一種方法是將整只輪胎從窯尾煙室或窯中加入窯內(nèi)。對窯速較慢的濕法長窯一般都是從窯中采用特殊設(shè)計的裝置加入生料分解帶，對干法預(yù)熱器窯一般都是將輪胎加入窯尾煙室。具體到某種窯型采用哪種方式主要取決于輪胎在窯內(nèi)燃燒速度及停留時間。
對于上述比較典型的替代燃料的利用，首先應(yīng)對以下工作進行開發(fā)研究：
(1)廢塑料及皮革制品燃料預(yù)處理技術(shù)、工藝及裝備的開發(fā)。
?(2)污泥烘干成球工藝及設(shè)備的開發(fā)研究。
(3)廢舊汽車輪胎的破碎及喂入技術(shù)及設(shè)備。
?(4)上述三類工業(yè)垃圾燃燒特性及專用燃燒設(shè)備的研究。
(5)上述三類工業(yè)垃圾的高溫熱解特征及對水泥熟料的產(chǎn)質(zhì)量影響的研究。
?(6)垃圾燃燒廢氣對水泥生產(chǎn)工藝，尤其是對窯尾預(yù)熱器、上升煙道及分解爐內(nèi)結(jié)皮堵塞的影響程度的研究。
3經(jīng)濟效益及社會效益
下面以某新型干法窯利用廢塑料和廢皮革的混合物作替代燃料為例，進行簡單的經(jīng)濟效益分析。
(1)基本數(shù)據(jù)
? 產(chǎn)量：4800t/d
熟料熱耗：3051kJ/kg
煙煤：熱值22990kJ/kg
二次燃料熱值：29260kJ/kg
煙煤價格：300元/t
二次燃料價格：50元/t（僅限加工處理費用及運費）。
(2)二次燃料加工處理系統(tǒng)及窯頭和窯尾改造投資
日處理200t二次燃料處理系統(tǒng)（包括破碎、輸送及儲存等）1000萬元；
窯頭窯尾技術(shù)改造（包括二次燃料儲存、輸送及燃燒系統(tǒng)等）800萬元。
?(3)二次燃料替代率
?根據(jù)歐美發(fā)達國家水泥廠平均替代率取30％（包括窯頭和窯尾）。
全用煙煤燒煤量：26545kg/h
少用煙煤量：7964kg/h
?二次燃料應(yīng)用量：6257kg/h
?(4)經(jīng)濟效益
節(jié)省煙煤價值：2389元/h
二次燃料價值：313元/h
凈節(jié)省燃料價格：2076元/h
每年凈節(jié)省燃料費用：1494.72萬元/a
項目投資：1800萬元
?投資回報期：1.2042a
從上述簡單分析可以看出，僅依靠替代煙煤帶來的燃料節(jié)省差價，就可以在大約在14個月內(nèi)，收回新增設(shè)備及對生產(chǎn)線作簡單改造的投資。目前，國內(nèi)水泥企業(yè)大多效益不好，基本上處于虧損或微利狀態(tài)，其主要原因是由于成本過高及高額的稅收。如果廠家能夠利用一部分工業(yè)（生活）垃圾，降低燃料的成本，同時國家在稅收上又給予優(yōu)惠或免稅，那么企業(yè)的經(jīng)濟效益將會大幅度提高。國內(nèi)有很多水泥廠家希望利用此技術(shù)來改善企業(yè)的經(jīng)營狀況，對我國水泥新技術(shù)開發(fā)，國民經(jīng)濟的可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義，同時也具有非常高的經(jīng)濟效益和社會效益。
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