銅川市水泥干法窯協(xié)同處理城市生活垃圾研究

侯美玲田娜

（1銅川市環(huán)境監(jiān)測站 陜西銅川 727000 2耀州區(qū)環(huán)境監(jiān)測站 陜西耀州 727100）

1 現(xiàn)狀

1.1 銅川市城市垃圾產(chǎn)生現(xiàn)狀

銅川市現(xiàn)有人口86萬人，城市人口45.6萬人，城區(qū)總面積42km2，主要居住在以王益區(qū)、印臺區(qū)、耀州區(qū)、新區(qū)和宜君縣中心區(qū)；目前，每人每天產(chǎn)垃圾量為1.10kg/(人.天)[1]，城市生活垃圾產(chǎn)生量為501.6t/d，年產(chǎn)垃圾18.3084×104t。按照銅川市1997年垃圾調(diào)查結(jié)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(xiàn)狀

銅川市垃圾處理主要包括衛(wèi)生填埋、堆肥、焚燒等，其中衛(wèi)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(qū)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(guī)?？蛇_到625t/d。

1.3 銅川水泥產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

水泥產(chǎn)業(yè)是銅川的傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)之一，規(guī)模以上水泥企業(yè)21家，水泥生產(chǎn)線10余條。其中，日產(chǎn)4500/5000t的生產(chǎn)線7條，日產(chǎn)2000/2500t的生產(chǎn)線4條。距離市區(qū)10kg內(nèi)的企業(yè)4家，10km外的2家。

1.4 銅川市水泥窯協(xié)同處理生活垃圾規(guī)模及總量

干法水泥窯協(xié)同處理生活垃圾規(guī)?；幹脮r因水泥窯內(nèi)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(wěn)定對窯內(nèi)物料的煅燒具有先決的基礎(chǔ)性作用，而對比于正常的生產(chǎn)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(tǒng)的物料的成分的穩(wěn)定和總量的平衡。通常，一條5000t/d干法水泥產(chǎn)線，處理規(guī)模為300t/d，2500t/d的干法水泥生產(chǎn)線，處理規(guī)模為200 t/d。考慮到水泥產(chǎn)能的分布，長距離運輸?shù)呢摵梢约霸谳斔瓦^程中的拋灑對環(huán)境的負面影響，可以選擇在距離王益區(qū)、耀州區(qū)和新區(qū)規(guī)劃區(qū)人口密集區(qū)域較近的水泥企業(yè)作為生活垃圾協(xié)同處置的企業(yè)，宜君縣附近無水泥企業(yè)，可以暫不考慮。經(jīng)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(nèi)，可以優(yōu)先考慮作為協(xié)同處置城市生活垃圾的試點企業(yè)，此后可以逐步擴大到其他企業(yè)。由此計算，銅川市水泥企業(yè)協(xié)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(xié)同處置城市生活垃圾采用水泥企業(yè)原有預熱窯外分解的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)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(nèi)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(xiàn)有水泥企業(yè)內(nèi)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(xiàn)有水泥工藝的基礎(chǔ)上，按照焚燒垃圾對水泥工藝的影響，為消除影響而增加或?qū)υ猩a(chǎn)線進行改造，以滿足生產(chǎn)需求。

2.2 工藝特點

干法水泥窯協(xié)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(zhuǎn)窯內(nèi)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(zhuǎn)，有利于垃圾均勻、穩(wěn)定焚燒。水泥干法回轉(zhuǎn)窯的旋轉(zhuǎn)筒體，直徑3.0m～5.0m，長度45m～100m，以100 rpm/h～240rpm/h[4]的速度旋轉(zhuǎn)，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(chǎn)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(zhì)的二次生成。

2.3 對水泥窯的改造

2.3.1 旁路排風系統(tǒng)

由于垃圾成分中的揮發(fā)性元素和Pb、Cd、As和堿金屬氯化物、堿金屬硫酸鹽等物質(zhì)在窯內(nèi)的過度積累，在焚燒過程中會對水泥生產(chǎn)帶來一定的負面影響，因此須對原有生產(chǎn)線進行一定的改造，加裝旁路排風系統(tǒng)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(tǒng)，將富載有干擾元素氯的煙道氣排出系統(tǒng)之外，以解決或避免干擾元素在回轉(zhuǎn)窯或預分解系統(tǒng)內(nèi)富集，影響水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運行和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 .2窯灰排放系統(tǒng)

為了解決揮發(fā)性元素Hg、Tl在水泥窯內(nèi)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(huán)系統(tǒng)正常運行，須在窯尾煙塵除塵器部分加裝排灰系統(tǒng)[4]。

3 預處理及配套工程

為了滿足水泥窯協(xié)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(huán)節(jié)。按照各環(huán)節(jié)的需求須配套建設一定的工程，以滿足生產(chǎn)需求。

3.1.1 儲存

城市生活垃圾由環(huán)衛(wèi)部門收集、運輸至水泥企業(yè)后，在進行分選、破碎前需進行暫時儲存。根據(jù)日產(chǎn)5000t水泥生產(chǎn)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(yè)由于設備故障、檢修等引起的停產(chǎn)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(qū)每天產(chǎn)生的生活垃圾，可以滿足垃圾處理的日產(chǎn)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(jīng)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(tǒng)安全、水泥產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)境帶來不可控的影響。應將工業(yè)垃圾、醫(yī)療垃圾、易燃、易爆、易揮發(fā)、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(chǎn)系統(tǒng)有影響的幾類物質(zhì)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(chǎn)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(jié)發(fā)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(tǒng)，水分可降至30%。烘干垃圾所需熱量由水泥生產(chǎn)余熱發(fā)電站供給，銅川聲威建材有限責任公司二期水泥熟料生產(chǎn)線工程已配套建設裝機容量為9.0MW的余熱發(fā)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(chǎn)生一定量的臭氣，因此，此環(huán)節(jié)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(chǎn)穩(wěn)定、正常進行，保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)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(huán)節(jié)應根據(jù)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(chǎn)品質(zhì)量，需要按照垃圾成份對水泥產(chǎn)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(jù)水泥配料計算，輔助原料和燃料垃圾量在水泥生產(chǎn)配方中不超過10%，以6%計算，一條5000t/d水泥生產(chǎn)線，可接納垃圾量300 t/d。

3.1.6 配伍、攪拌、混合

經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)生量較大，每天可產(chǎn)生150t，須配套建設一座500m3的儲存池，對每天產(chǎn)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(yè)污水處理基礎(chǔ)上進行改造，適應含有大量有機污染物的污水處理系統(tǒng)，處理后的污水經(jīng)城市污水管網(wǎng)排入污水處理廠進一步處理。

4 結(jié)語

銅川市利用水泥生產(chǎn)的有利條件，通過對原有生產(chǎn)線的改造，建設預處理配套工程，協(xié)同處理城市生活垃圾，不但可以有效解決衛(wèi)生填埋法處理生活垃圾對土壤的占用，實現(xiàn)垃圾減量化，可燃垃圾變熱能，可實現(xiàn)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(xiàn)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(huán)保方式。

[1]崔寧,高文玲,楊曉娟.銅川市環(huán)衛(wèi)設施規(guī)劃[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2009,17（1）：26-32.

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

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

[4]水泥窯協(xié)同處置垃圾工程設計規(guī)范GB 50954-2014[S].

[5]中材國際利用水泥窯爐協(xié)同處置城市生活垃圾技術(shù)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.