水泥窯協同處置生活垃圾對水泥生產的影響

李瑞林

（中國葛洲壩集團水泥有限公司， 湖北 武漢 430000）

在我國，垃圾的回收處理主要以焚燒發電為主，與焚燒發電相比，水泥窯處理生活垃圾更加環保、安全，同時也能為社會帶來更大的經濟效益和社會價值，已經逐步受到城鄉各級政府和大中型企業的重視和關注。用水泥窯協同處置生活垃圾不會引發二次污染，而用焚燒垃圾來發電不僅會生成二 噁英等有害氣體和毒性飛灰、殘渣，也會帶來后續的處理問題。同時，用水泥窯協同處置生活垃圾，也能替代一部分原、燃材料，降低了水泥企業的生產成本。然而，從水泥生產管理的角度來看，水泥窯協同處置生活垃圾卻給企業的生產和管理方面帶來了新的問題和挑戰。

1 水泥窯協同處置生活垃圾的工藝介紹

水泥窯協同處置生活垃圾的工藝流程各不相同，目前為止我國國內已經開始實施該項目的有海螺、華新、中材國際、葛洲壩等企業，本文以葛洲壩松滋水泥有限公司500t/d協同處置生活垃圾生產線為例，介紹其在水泥生產環節的工藝流程。

生活垃圾先進行預處理，將其分選為可燃物部分（廢紙、塑料、橡膠等）和不可燃物部分（廚余物、混凝土、廢渣等），再根據各部分物理和化學性質的不同在生產線中采用不同的處理方式。可燃物經破碎后輸送至窯尾分解爐焚燒，不可燃物作為替代原料喂入生料磨進行粉磨。兩種物料的具體流程是：

可燃物經壓縮設備擠壓脫水后通過皮帶輸送至可燃物稱料倉，經取料、計量后再通過皮帶輸送、喂入分解爐，可燃物在超過880℃的分解爐高溫中進行焚燒，停留時間在6s以上。焚燒產生的灰燼隨生料一起進入水泥窯，在窯內1450℃的高溫環境下參與熟料煅燒。

不可燃物進入替代原料倉內，采用螺旋鉸刀出料，經計量后喂入生料磨的進料皮帶上，隨生料一起在生料磨中進行混合、烘干和粉磨。再隨生料一并進入預熱器、分解爐和水泥窯，通過850℃-1450℃的高溫煅燒，總計停留時間30min以上，煅燒產生的灰燼成為水泥熟料的組成部分。

2 對水泥生產的影響分析

2.1 對生料系統的影響

（1）我公司生料磨系統為輥壓機+V選+精細選粉機組成的閉路粉磨系統，缺點是系統的烘干能力不足。由于不可燃物部分中廚余物的含水率較高，一般水分在40%以上，高溫下多余的水分會帶走大量的熱。當V選出口溫度降至70℃以下時，不利于生料烘干，影響生料質量，必須開啟20%-30%的旁路閥，保證生料系統的正常運行。

（2）不可燃物部分的成分波動，對生料配料有較大的影響，同時還影響生料質量檢測結果。另外廚余物還具有油黏性，混在生料里會造成物料流動性變差，易堵塞斜槽，導致斜插板開大，引起提升機電流上升，增加沖料風險。

2.2 對燒成系統的影響

（1）對燃料的替代作用。可燃物具有一定的發熱量，投入分解爐后，在爐內焚燒產生的高溫煙氣可以替代部分煤，但由于其水分重、燃燒速率低，熱量不能和煤等同計算。以松滋公司 500t/d協同處置生活垃圾生產線為例，運行期間，通過停煤磨和倒倉記錄倉重的方法對尾煤倉進行標定，發現喂入5t垃圾大約可以節約1t尾煤（根據可燃物的熱焓有所變化）；運行初期由于可燃物皮帶秤波動較大，將可燃物的投入量控制在10t以內，1小時大約可節約2t尾煤。

（2）額外增加運行設備及電耗。協同處置生活垃圾新增加了大量的設備，包括接納車間到入窯、入磨的輸送設備，旁路放風系統的設備等，每天的電耗在300KW左右。此外，由于旁路放風系統與煙室接口處易結皮，新增了若干臺空氣炮；同時在清理結皮的過程中需開增濕塔水泵，提高了對壓縮空氣的使用，原來開3臺空壓機導致壓縮空氣不夠用，現在4臺空壓機全開才勉強夠用。未運行時，我公司高溫風機頻率一般為 38HZ，電流為 138A；運行后由于分解爐燃燒可燃物產生的廢氣量大大增加，導致高溫風機頻率升至 40HZ，電流升高至 148A，上升了10A左右，大大的增加了電耗。

（3）氯離子等有害成分富集對燒成的影響。氯鹽在窯內高溫下揮發并隨煙氣返回預熱器，冷卻后附著在生料上，形成氯離子的循環富集，最終導致預熱器中生料的氯化物提高近百倍，使其危害性大幅度上漲。同時氯含量過高的物料會在700℃的地方生成低溫共熔物，在窯尾、預熱器、風管和排風機等地方附著結皮，導致通風不良和堵塞。此外生料配料中（不可燃物部分）以硫酸堿和氯化堿為主的揮發性組分對堿性耐火材料也具有強烈的腐蝕作用。

未投入可燃物時，我公司生料中的Cl-含量在0.01%左右，投可燃物后，追蹤12月份20天的可燃物投入量與灼燒生料中的Cl-含量，數據如下：

表1 12月可燃物投入量與灼燒生料中的Cl-含量的關系

圖1 可燃物含量與氯離子含量的關系圖

從圖1可以看出，初期運行時，喂料量低于150t，灼燒生料中的Cl-含量也未超過1.5%。13日后開始24h持續喂可燃物，當喂料量超過200t時，灼燒生料中的Cl-含量直線上升，超過了1.5%,期間由于Cl-的含量過高，停止運行2天并進行放風，Cl-含量稍有下降；18日在可燃物投料量不超過250t的情況下，灼燒生料中的Cl-含量高達 2.8%。總體而言，可燃物的焚燒會引起灼燒生料中的 Cl-含量呈上升趨勢，這對窯尾預分解系統來說是非常不利的，極易造成C4、C5下料管堵塞，煙室分解爐結皮增多，且清理困難。

從圖2我們可以看出Cl-含量的增加所造成的結皮是非常多的，結皮沿著煙室和旁路放風的接口處開始生長，慢慢地向煙室和分解爐延伸，增加了人員清理的次數與清理難度。

圖2 旁路放風與煙室接口處

（4）對分解爐工藝制度的影響。因可燃物喂入量的不穩定，造成分解爐溫度的波動較大，直接影響了分解爐的穩定性。

根據可燃物的品種及粒度大小存在不同程度的后燃現象，導致物料和燃料之間的結合、吸熱、分解效果變差，產生分解爐出口溫度虛高的表象，繼而導致控制分解爐出口正常溫度時（856℃），會引起五級筒下料管灼燒生料分解率降低（由95%降至88%），這種現象在可燃物喂入量較大時尤其明顯。同時可燃物的后燃現象會造成 C5下料管的溫度升高約30℃，極易形成倒掛現象，造成下料管結皮，存在堵塞的安全隱患。

2.3 對生、熟料質量的影響

我公司廚余物的喂料量控制在5t/h左右，生料輥壓機臺時產量500t。廚余物在化學組成上屬于SiO2-Al2O3-CaO-Fe2O3體系，有研究表明將廚余物作為水泥的替代原料具有一定的可行性。表 2是水泥窯協同處置生活垃圾前后生、熟料的化學成分及三率值。目前看來，協同處置生活垃圾對生、熟料質量沒有大的影響，還需經過長時間運行和觀察才能得出具體結論。

表2 水泥窯協同處置生活垃圾前后生、熟料的化學成分及三率值

3 解決措施

針對上述對水泥生產系統產生的影響，有對減少成本、節能降耗有利的一面，也有對生產管理不利的一面，這就需要找到相應的解決措施，趨利避害。

3.1 根據垃圾成分及時調整生料配料。

每天進廠的垃圾經分選后進入替代燃料倉和替代原料倉，對可燃物和廚余物的化學成分進行分析，再結合石灰石、頁巖、濕煤灰、硫酸渣等原料合理調整生料配比。

3.2 根據日處理垃圾量的情況均衡投放。

控制可燃物喂料量，將系統內Cl-的含量控制穩定。主要措施是通過PID控制可燃物板喂機的電流，穩定可燃物的投入量。

3.3 旁路放風工藝改進

優化旁路放風系統控制，加大旁路放風系統排風機頻率，提高袋收塵器的入口溫度，減少冷卻風的摻入量，減少結皮的產生。

3.4 穩定中控室操作

一是根據分解爐溫度對尾煤用量進行PID控制，保證溫度的相對穩定；二是控制好可燃物喂料量和分解爐溫度，降低下料管溫度；三是加強對C5錐部、下料管的檢查，保證C5翻板閥的靈活性；四是對現有下料管空氣炮進行更換，增強噴吹效果，減少結皮。

4 結論

水泥窯協同處置生活垃圾的技術現已日趨成熟，但仍需要適當采取一定的措施及手段，應重點關注水泥生產與處理垃圾的辯證關系，兼顧兩者，以此來實現水泥企業能夠常態化處理生活垃圾、穩定水泥生產。