銅川市水泥干法窯協同處理城市生活垃圾研究

侯美玲田娜

（1銅川市環境監測站 陜西銅川 727000 2耀州區環境監測站 陜西耀州 727100）

1 現狀

1.1 銅川市城市垃圾產生現狀

銅川市現有人口86萬人，城市人口45.6萬人，城區總面積42km2，主要居住在以王益區、印臺區、耀州區、新區和宜君縣中心區；目前，每人每天產垃圾量為1.10kg/(人.天)[1]，城市生活垃圾產生量為501.6t/d，年產垃圾18.3084×104t。按照銅川市1997年垃圾調查結果，銅川市垃圾成份為粉末灰、其他（不能回收的無機物）、有機物、廢紙、塑料、玻璃、金屬，所占比例分別為：31.1%，20.3%，19.5%，9.0%、7.3%、7.3%、5.4%；垃圾理化性能分析，密度為644.1 kg/m3，水分、灰分、可燃分比例分別為：17.3%、41.8%、40.9%[2]。近年來，隨著生活水平、城市氣化率的逐步提高，生活垃圾中的水分、可燃份不斷增加，灰分有所降低。

1.2 銅川市垃圾處理現狀

銅川市垃圾處理主要包括衛生填埋、堆肥、焚燒等，其中衛生填埋占98%以上[3]。目前已建成并投入使用的是銅川市新耀垃圾處理場，其余2家在建的垃圾處理廠分別是銅川北市區垃圾處理場、宜君縣生活垃圾填埋場，共占用土地842畝，服務年限為11a～26a，可以滿足全市城市生活垃圾的處理量。3家垃圾處理廠全部投入使用后，處理規模可達到625t/d。

1.3 銅川水泥產業現狀

水泥產業是銅川的傳統支柱產業之一，規模以上水泥企業21家，水泥生產線10余條。其中，日產4500/5000t的生產線7條，日產2000/2500t的生產線4條。距離市區10kg內的企業4家，10km外的2家。

1.4 銅川市水泥窯協同處理生活垃圾規模及總量

干法水泥窯協同處理生活垃圾規模化處置時因水泥窯內的反應是以固相反應過程為主，入窯干生料混合物成分的均勻和穩定對窯內物料的煅燒具有先決的基礎性作用，而對比于正常的生產過程，引入生活垃圾處置將顯著降低入窯干生料的均化效果，因此需要注意確保加入窯系統的物料的成分的穩定和總量的平衡。通常，一條5000t/d干法水泥產線，處理規模為300t/d，2500t/d的干法水泥生產線，處理規模為200 t/d。考慮到水泥產能的分布，長距離運輸的負荷以及在輸送過程中的拋灑對環境的負面影響，可以選擇在距離王益區、耀州區和新區規劃區人口密集區域較近的水泥企業作為生活垃圾協同處置的企業，宜君縣附近無水泥企業，可以暫不考慮。經過篩選，銅川聲威建材有限責任公司、陜西鳳凰建材有限公司距離城市在5km范圍內，可以優先考慮作為協同處置城市生活垃圾的試點企業，此后可以逐步擴大到其他企業。由此計算，銅川市水泥企業協同處理城市生活垃圾量可以達到2000 t/d，除了可以滿足銅川市生活垃圾的處理外，還可以為相鄰城市如西安市提供服務。

2 工藝、特點及對水泥干窯的改造

2.1 工藝

干法水泥窯協同處置城市生活垃圾采用水泥企業原有預熱窯外分解的回轉窯生產工藝，采取垃圾分選焚燒的處置方法，將不可燃垃圾組分同石灰石原料破碎后和粘土、鐵粉等按一定比例配合，磨細成適當成份的生料，通過可燃垃圾組分和煤炭的混合燃料，將生料在窯內煅燒成熟料，再將熟料添加石膏、粉煤灰、礦渣等按一定比例混合，磨制成水泥。其工藝流程分為垃圾預處理工藝流程和垃圾焚燒工藝流程。垃圾預處理工藝流程須在現有水泥企業內建設一定的配套工程，對垃圾進行處理，達到和水泥原料及燃料一同焚燒的要求；垃圾焚燒工藝是在現有水泥工藝的基礎上，按照焚燒垃圾對水泥工藝的影響，為消除影響而增加或對原有生產線進行改造，以滿足生產需求。

2.2 工藝特點

干法水泥窯協同處置城市生活垃圾，主要是利用水泥窯的一些指標可以滿足垃圾處理條件。

2.2.1 處理溫度高，可以保證有機物的完全分解。干法回轉窯內物料燒成溫度在1450℃，高溫下生活垃圾中主要有機物的有害成分焚毀率可以達到99.9%以上[4]，幾乎完全被分解。

2.2.2 焚燒空間大、筒體旋轉，有利于垃圾均勻、穩定焚燒。水泥干法回轉窯的旋轉筒體，直徑3.0m～5.0m，長度45m～100m，以100 rpm/h～240rpm/h[4]的速度旋轉，可以接受處理大量的垃圾。

2.2.3 焚燒停留時間長，有效防止二惡英產生。物料從窯尾到窯頭總停留大于20min，且氣體在高于1300℃溫度的停留時間大于4s，因此二惡英在分解爐中能夠完全分解，避免二惡英類物質的二次生成。

2.3 對水泥窯的改造

2.3.1 旁路排風系統

由于垃圾成分中的揮發性元素和Pb、Cd、As和堿金屬氯化物、堿金屬硫酸鹽等物質在窯內的過度積累，在焚燒過程中會對水泥生產帶來一定的負面影響，因此須對原有生產線進行一定的改造，加裝旁路排風系統定期放風以適應垃圾焚燒的要求[4]。具體方法是在窯尾設置旁路放風系統，將富載有干擾元素氯的煙道氣排出系統之外，以解決或避免干擾元素在回轉窯或預分解系統內富集，影響水泥生產系統的正常運行和產品質量。

2.3 .2窯灰排放系統

為了解決揮發性元素Hg、Tl在水泥窯內的過度累積，應對定期對煙氣除塵器收集的窯灰進行排出，保證水泥窯外循環系統正常運行，須在窯尾煙塵除塵器部分加裝排灰系統[4]。

3 預處理及配套工程

為了滿足水泥窯協同處置的要求，須對生活垃圾進行預處理，包括包括儲存，分選和分類，壓縮脫水、烘干，破碎，計量，配伍、攪拌、混合等環節。按照各環節的需求須配套建設一定的工程，以滿足生產需求。

3.1.1 儲存

城市生活垃圾由環衛部門收集、運輸至水泥企業后，在進行分選、破碎前需進行暫時儲存。根據日產5000t水泥生產線可消納300t生活垃圾核算，以銅川聲威建材有限責任公司為例，考慮到水泥企業由于設備故障、檢修等引起的停產等，須增加一部分存儲空間，因此須建設一座儲存量為700t的生活垃圾堆放車間，就近儲存王益區每天產生的生活垃圾，可以滿足垃圾處理的日產日清要求。

3.1.2 分選和分類

相比較于其他大中城市，銅川市屬于較為落后的城市，生活垃圾沒有經過分類和控制，是一種混合型垃圾。因垃圾成份復雜，須在分選車間進行分選，分選時須進行針對性的處理，否則，將會對系統安全、水泥產品質量和環境帶來不可控的影響。應將工業垃圾、醫療垃圾、易燃、易爆、易揮發、有毒有害和具有放射性的廢棄物、含重金屬廢料、氯含量較高的塑料制品、輪胎予以挑選。

分選出對水泥生產系統有影響的幾類物質后，對其余垃圾進行分類，按照可燃物和不可燃物將生活垃圾分為可燃組分、不可燃組分。其中，可燃組分包括紙類、竹類、紡織物、蔬菜植物類、剩飯菜等，可作為替代燃料；不可燃組分包括玻璃、磚瓦、渣土、石子等，作為水泥生產的替代原料。

3.1.3 壓縮脫水、烘干

城市生活垃圾含水量較大，且隨季節發生較大變化，在雨水較多的天氣中，水分含量大幅增多，需要采取物理壓縮脫水和烘干對其進行處理。機械擠壓脫水，將其水分控制在40%～55%[5]，然后通過烘干系統，水分可降至30%。烘干垃圾所需熱量由水泥生產余熱發電站供給，銅川聲威建材有限責任公司二期水泥熟料生產線工程已配套建設裝機容量為9.0MW的余熱發電站，可以為垃圾烘干提供熱源，不須額外增加工程。由于烘干過程會產生一定量的臭氣，因此，此環節需要在車間設立強制通風裝置，對抽取到的臭氣利用活性炭或其他方式進行處理，達標后排放。

3.1.4 破碎

為保證水泥生產穩定、正常進行，保證產品質量和產量，分選后的垃圾按照可燃物和不可燃物兩類進行破碎、篩分，破碎環節應根據垃圾組分特性將其破碎至符合要求的物料、燃料。

3.1.5 計量

為了不影響水泥產品質量，需要按照垃圾成份對水泥產品的影響計量垃圾重量，以一定比例摻入生料中作為輔助原料，另一部分摻入燃料中作為燃料使用。根據水泥配料計算，輔助原料和燃料垃圾量在水泥生產配方中不超過10%，以6%計算，一條5000t/d水泥生產線，可接納垃圾量300 t/d。

3.1.6 配伍、攪拌、混合

經計量的輔助原料和燃料垃圾和水泥原料及燃料混合后，須按比例進行配伍，在各自的車間攪拌混合均勻后可以按照原料和燃料進行投加。

3.2 配套工程

垃圾預處理過程須配套建設垃圾儲存池，分選車間，壓縮、烘干車間，破碎車間、計量、配伍、攪拌、混合車間等，除此之外，還需要建設其他配套工程，如壓濾液和滲濾液池、污水處理工程等以滿足生產需要。

3.2.1 壓濾液和滲濾液儲存池

由于垃圾儲存、壓縮、脫水過程中的壓濾液和滲濾液產生量較大，每天可產生150t，須配套建設一座500m3的儲存池，對每天產生的廢水進行收集儲存。

3.2.2 污水處理工程

污水處理工程需在原水泥企業污水處理基礎上進行改造，適應含有大量有機污染物的污水處理系統，處理后的污水經城市污水管網排入污水處理廠進一步處理。

4 結語

銅川市利用水泥生產的有利條件，通過對原有生產線的改造，建設預處理配套工程，協同處理城市生活垃圾，不但可以有效解決衛生填埋法處理生活垃圾對土壤的占用，實現垃圾減量化，可燃垃圾變熱能，可實現垃圾資源化；同時可以有效消除焚燒帶來的二惡英和重金屬污染，實現垃圾處理安全化，是目前至今后很長一段時間處理生活垃圾的一種方向性手段，是生活垃圾處理的一個環保方式。

[1]崔寧,高文玲,楊曉娟.銅川市環衛設施規劃[J].環境衛生工程,2009,17（1）：26-32.

[2]王陸軍.銅川市垃圾成份調查研究 [J].寶雞文理學院學報,2001，21（3）:230-232.

[3]郭峰，蔡歡.關中地區生活垃圾處理現狀及對策[J].城市建設理論研究,2012,33（25）.

[4]水泥窯協同處置垃圾工程設計規范GB 50954-2014[S].

[5]中材國際利用水泥窯爐協同處置城市生活垃圾技術的控制過程及實施效果[EB/OL].(2004-07-08)[2002-03-12]http://www.cement114.com/eMagazineDetail.asp?id=43640&utype=58.