水泥窑协同处理固废方案
城市生活垃圾处理是城市环境卫生治理的一大难点, 而利用新型干法水泥窑协同处理生活垃圾技术在处理成本、污染控制上有明显的优势, 是当前实现垃圾减量化、无害化、资源化、能源化的有效手段之一。本文介绍了水泥窑协同处理生活垃圾技术的几种方式和发展历程, 并重点对几种协同处理方式进行了对比分析。
一、背景
改革开放以来, 随着中国经济的快速发展, 人民生活水平迅速提高, 城镇化进程不断加快, 城市生活垃圾产量一直在增加。近年来, 中国的城市生活垃圾排放量以每年10%以上的速度增长[1], 另外, 国内存量垃圾堆放量已超过80亿吨, 既占用土地又污染环境。另外, 由于中国垃圾分类收集重视不够, 垃圾基本是混合收集, 垃圾含水量高、热值低、有机成分高, 垃圾成分随地区、季节等变化较大。
当前, 中国城市生活垃圾无害化处理方式包括: 卫生填埋、高温堆肥和焚烧, 图1为中国垃圾处理方式比例, 显示中国依然以填埋为主[2]。但焚烧凭借其减量效果最明显、无害化最彻底、且焚烧热量能够有效利用的特点, 近年来比例上升很快, 能够预见, 焚烧正逐步成为处理城市垃圾的最主要方式。
与传统的垃圾焚烧相比, 焚烧发电所需建设与运营的费用较高, 且产生的灰渣需要二次处理。城市生活垃圾单独焚烧后产生的灰渣包括底灰和飞灰, 其主要化学成分与水泥原料相似, 且具有一定的胶凝活性二、水泥窑协同处理生活垃圾的几种方案介绍及对比2.1 国内外水泥窑协同处理生活垃圾的现状国际上水泥窑协同处理废物技术开始于20世纪70年代, 首次试验于1974年加拿大Lawrence水泥厂, 随后美国的Peerless、德国Ruderdorf等十多家水泥厂先后进行了试验。截止到当前, 在欧洲、北美、日本等发达国家已经有30多年的研究应用历史, 在替代燃料研究和生态水泥生产方面积累了许多经验。据统计, 荷兰的燃料替代率已达85%以上, 日本、比利时、瑞士、奥地利等燃料替代率达50%以上, 美国为30%左右。
中国水泥窑协同处理生活垃圾技术推广至今, 仅有南京凯盛、海螺、中材、金隅、华新、华润、中信、中建材等几家领先的水泥企业集团和水泥装备集团开展了水泥窑协同处理生活垃圾工作, 仅有贵州等少数省份组织推动了水泥窑协同处理生活垃圾工作。当前, 全国已建成投产水泥窑协同处理生活垃圾生产线30 多条, 占水泥生产线的比重不足2%。
2.2 水泥窑协同处理生活垃圾的主要方案
水泥窑协同处理生活垃圾的核心是在水泥的生产过程中, 充分利用城市生活垃圾中的可燃成分和灰渣材料, 结合水泥窑的生产特点, 应用适当的技术解决方案, 使垃圾减量化、无害化、资源化、能源化。主要的处理方案能够大致进行如下分类:
2.2.1 垃圾以固态形式入窑
2.2.1.1将垃圾直接掺入其它物料制成衍生生料或低热值燃料再进行水泥窑处理
该项技术是将生活垃圾制成低热值燃料或者衍生生料, 再利用水泥窑处理。生活垃圾进场后, 布撒石灰消毒防腐, 分选出部分或全部的建筑垃圾后, 进行脱水、破碎, 然后调整石灰饱和系数, 加入改性助烧剂和粘结剂, 最终成型。调整石灰饱和系数是经过加生石灰、熟石灰、石粉、电石渣及其它含钙材料中的一种或多种, 以使灰渣中能生成适当的硅酸盐矿物、铝酸盐矿物、铁酸盐矿物等, 避免水泥熟料质量造成较大波动。
如果目标为低位值燃料, 则可加入沥青、焦油、废油、糊精、有机合成胶等胶粘剂, 加入硝酸盐、环烷酸盐等为主要组分的助燃剂。如果目标为衍生生料, 可加入各种工业废渣、尾矿、含碳原料, 如湖南建材院的技术。这种技术路线需要当地能够利用各种能够参与生活垃圾配料的废弃物。
2.2.1.2 采用微生物发酵干化制备垃圾RDF以供水泥窑替代燃料
RDF技术是建立专门的生活垃圾预处理厂, 对混合生活垃圾进行破碎和发酵干化等系列处理之后, 选出可燃部分, 对其进行二次的破碎、加入添加剂、成型和筛分, 制成RDF。RDF具有含水量低、热值高的特点,可用作水泥工业的替代燃料。主要流程见图2。该技术强化了对混合生活垃圾的预处理, 制成的RDF产品在水泥工业的使用可降低企业资源能源的消耗成本, 该过程不必对原有水泥窑系统进行太大改造,利于技术推广。
图2 典型的RDF水泥协同处理生活垃圾工艺流程图
2.2.2 垃圾焚烧后以气态形式入窑
2.2.1.1 炉排炉与水泥窑协同处理生活垃圾工艺(南京凯盛)