機械爐排爐與水泥窯聯(lián)合處置生活垃圾技術(shù)研究及應(yīng)用

方明，劉亞雷，王朝雄

目前，應(yīng)用比較廣泛的垃圾處置方式為焚燒法，該方法相比于其他方法，具有減量效果明顯且余熱利用效率高的優(yōu)點，但焚燒法也會產(chǎn)生大量對環(huán)境有害的重金屬及二惡英等污染物。利用水泥窯協(xié)同處置生活垃圾，可結(jié)合水泥熟料燒成系統(tǒng)，充分利用焚燒垃圾所產(chǎn)生的全部熱能及燃盡后的全部爐渣。但我國生活垃圾水分含量大，成分復(fù)雜，熱值低，不同地域的生活垃圾差異大，直接入窯處置和應(yīng)用難度大。本文主要介紹我公司開發(fā)的機械爐排爐與水泥窯聯(lián)合處置生活垃圾技術(shù)以及在黔西項目中的實施和運行情況。

1 南京凱盛開能水泥窯協(xié)同處置技術(shù)（KKK 技術(shù)）

1.1 KKK技術(shù)工藝介紹

南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司針對國內(nèi)垃圾成分復(fù)雜、不同地域差異大等問題，以不影響水泥窯熟料生產(chǎn)為前提，提出了機械爐排爐與水泥窯聯(lián)合處置生活垃圾技術(shù)路線，該技術(shù)主要包括垃圾儲存發(fā)酵單元、機械爐排爐單元、滲濾液處理單元、臭氣處理單元以及灰渣處理單元等，工藝流程如圖1所示。

1.1.1 垃圾儲存發(fā)酵單元

KKK 技術(shù)的主要特色就是以機械爐排爐為處置垃圾的核心裝備，而機械爐排爐的一大特點就是吃“粗糧”，無需對垃圾進行分選、破碎等處理，因此作為預(yù)處理系統(tǒng)的垃圾儲存發(fā)酵單元，其工藝流程相對較簡潔。生活垃圾通過汽車運送到廠區(qū)后，通過卸料大廳卸入垃圾儲坑內(nèi)，然后由行車將儲坑中的垃圾進行分區(qū)堆放，再進行5～7d的發(fā)酵，除去部分水分后即可喂入機械爐排爐焚燒，垃圾儲存發(fā)酵單元布置如圖2所示。

1.1.2 機械爐排爐單元

機械爐排爐（圖3）的主要技術(shù)特色就是與水泥窯爐呈“離線式”關(guān)系，機械爐排爐與分解爐通過高溫煙道相連接，高溫煙道與分解爐的接口位于三次風(fēng)管上部。垃圾焚燒的煙氣溫度約為850℃，與分解爐溫度相當，進入分解爐后對其溫度場影響較小，還可替代部分燃料。另外，可利用水泥燒成系統(tǒng)的高溫堿性環(huán)境，將二惡英等有害氣體徹底處置分解干凈。

為保證機械爐排爐單元的新增煙氣量不影響分解爐及窯尾預(yù)熱器，需對預(yù)熱器各個出口風(fēng)管進行改造；為防止窯內(nèi)結(jié)皮堵塞，還需設(shè)置旁路放風(fēng)除氯系統(tǒng)（圖4）。

圖1 KKK技術(shù)工藝流程圖

圖2 垃圾儲坑布置圖

圖3 機械爐排爐圖

圖4 旁路放風(fēng)系統(tǒng)圖

1.1.3 滲濾液處理單元

KKK 技術(shù)處理滲濾液的方式不同于傳統(tǒng)垃圾發(fā)電行業(yè)，主要是利用分解爐熱慣性對其進行高溫處理，具體流程為：通過廢液儲槽將滲濾液收集后送至過濾單元處理，然后再利用廢液泵將濃縮液送至廢液箱，最后再通過廢液霧化泵和廢液噴槍霧化后噴射進分解爐內(nèi)進行高溫處理。當滲濾液量過多時，還可將少部分廢液噴射進機械爐排爐內(nèi)進行處置。具體處置流程如圖5所示。

圖5 滲濾液處理單元工藝流程圖

1.1.4 臭氣處理系統(tǒng)單元

對垃圾處置廠區(qū)的惡臭控制，主要是將垃圾儲坑整體密封，并使其維持在負壓狀態(tài)。對于垃圾坑中抽出的臭氣，主要采用將其送入機械爐排爐與篦冷機中的方式處理，具體為：一部分作為一次風(fēng)送入爐排爐內(nèi)燃燒處理；另一部分作為冷卻風(fēng)送入篦冷機前部高溫段處理。停窯檢修時，將臭氣送入應(yīng)急除臭系統(tǒng)（洗滌塔+活性炭吸附）處理合格后方可對外排放。

1.1.5 灰渣處理單元

垃圾焚燒產(chǎn)生的灰渣主要是作為水泥生產(chǎn)的生料配料。垃圾燃盡后，爐渣從爐排上落下，由除渣機收集后再經(jīng)過除鐵、篩分處理，然后作為原料之一送入生料磨中，最后經(jīng)燒成系統(tǒng)煅燒成熟料，同時將重金屬固化在熟料里，從而避免其再度擴散，污染環(huán)境。

1.2 KKK技術(shù)與傳統(tǒng)垃圾焚燒處置技術(shù)的對比分析及其特點

雖然傳統(tǒng)垃圾焚燒處置技術(shù)應(yīng)用比較廣泛且減量效果明顯，但水泥窯協(xié)同處置生活垃圾技術(shù)可充分利用垃圾焚燒產(chǎn)生的全部熱能及燃盡后的全部爐渣，具有選址方便、處理溫度高、焚燒停留時間長以及流程短、投資小等特點，兩者的具體對比分析如表1 所示。而我公司結(jié)合機械爐排爐及水泥窯生產(chǎn)的特點，針對國內(nèi)垃圾存在成分復(fù)雜、不同地域差異大等問題，以機械爐排爐為關(guān)鍵裝備所開發(fā)的機械爐排爐與水泥窯聯(lián)合處置生活垃圾技術(shù)是比較適合我國生活垃圾的處置方式之一，其技術(shù)特點如下：

表1 KKK技術(shù)與傳統(tǒng)垃圾焚燒處置技術(shù)的對比

（1）工藝流程簡潔：機械爐排爐對國內(nèi)垃圾的適應(yīng)性更好，垃圾無需分揀和破碎，僅需有氧發(fā)酵除去部分水分后即可入爐焚燒。

（2）裝備成熟：國內(nèi)機械爐排爐裝備技術(shù)已非常成熟，并被廣泛應(yīng)用在垃圾發(fā)電行業(yè)，同時機械爐排爐更能夠適應(yīng)國內(nèi)垃圾成分復(fù)雜、不同地域差異大的特性。

（3）資源化程度高：可將垃圾焚燒的熱能及燃盡后的爐渣全部徹底利用，替代水泥生產(chǎn)部分燃料和原料，避免爐渣外排。

（4）環(huán)境友好：機械爐排爐在不摻燒的情況下即可將爐膛出口溫度穩(wěn)定在850℃以上，二惡英在高溫環(huán)境停留時間遠超過2s；可利用分解爐熱慣性對滲濾液進行無害化處理，實現(xiàn)零排放；多手段有效控制廠區(qū)惡臭，環(huán)境友好。

2 示范項目的建設(shè)及運行情況

黔西西南開能環(huán)境工程有限公司實施的水泥窯協(xié)同處置項目采用機械爐排爐與水泥窯聯(lián)合處置生活垃圾技術(shù)路線，即利用250t/d機械爐排爐和黔西西南水泥有限公司3 000t/d熟料水泥生產(chǎn)線聯(lián)合處置黔西縣生活垃圾。該項目由南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司總承包建設(shè)，于2015 年5 月20日開始設(shè)計施工，2016 年7 月開始試生產(chǎn)，表2 為黔西項目工程建設(shè)概況。

表2 黔西項目工程建設(shè)概況

自2016 年7 月該項目即開始處置黔西縣生活垃圾，各項指標基本達到設(shè)計預(yù)期；2017年2月，委托中國科學(xué)院上海高等研究院分析測試中心對二惡英進行檢測；2017 年3 月，委托中國建材檢驗認證集團股份有限公司國家水泥質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對重金屬含量及水泥產(chǎn)品的各項技術(shù)進行檢測；2017年4月，委托南京工業(yè)大學(xué)建材行業(yè)集料堿活性研究測試中心對協(xié)同處置系統(tǒng)投入前后的水泥生產(chǎn)線熱工指標進行檢測。從檢測數(shù)據(jù)可以看出，各項技術(shù)指標均達到了相關(guān)要求，具體如表3 所示。2017年12月19日，江蘇省生產(chǎn)力促進協(xié)會在南京組織完成了“水泥窯協(xié)同處置生活垃圾KKK系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用”科技成果鑒定會議，確認項目整體技術(shù)指標達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，應(yīng)加快推廣應(yīng)用。該技術(shù)目前已經(jīng)在威頓水泥集團有限責任公司、廣西東泥天等水泥有限公司等公司陸續(xù)開始實施。

表3 黔西項目主要技術(shù)指標

3 結(jié)語

南京凱盛開能公司針對國內(nèi)生活垃圾成分復(fù)雜、熱值低以及不同地域差異大等特性，創(chuàng)新性地提出了機械爐排爐與水泥窯聯(lián)合處置生活垃圾的新技術(shù)路線，無需對垃圾進行預(yù)處理，工藝流程簡潔，可充分利用垃圾焚燒的全部熱能及燃盡后的全部爐渣，無二次污染物排放，實現(xiàn)了“灰渣資源化利用、滲濾液零排放、臭氣不擴散”的目標，不會對水泥窯生產(chǎn)線的生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量以及周邊環(huán)境造成影響，適合我國現(xiàn)階段生活垃圾特性，可以實現(xiàn)垃圾處理減量化、資源化和無害化。南京凱盛開能公司開發(fā)的KKK技術(shù)為水泥窯協(xié)同處置技術(shù)提供了新的工藝方向，對水泥企業(yè)實現(xiàn)環(huán)保轉(zhuǎn)型具有積極的示范作用，同時該技術(shù)整體達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，應(yīng)加快推廣應(yīng)用。