多相態(tài)廢棄物焚燒爐水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)*

蔡順華

成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610051

多相態(tài)廢棄物焚燒爐水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)*

蔡順華

成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610051

多相態(tài)廢棄物焚燒爐直接整合在預(yù)分解窯燒成系統(tǒng)中，由預(yù)燃爐和原水泥窯尾分解爐共同構(gòu)成，預(yù)燃爐與水泥窯分解爐連接在一起，類(lèi)似預(yù)分解窯的半離線性分解爐，避免了常見(jiàn)水泥窯協(xié)同處置廢棄物成分單一、適應(yīng)性差、應(yīng)用面窄、投資高、設(shè)備多、處理成本高等缺陷，可處理量大面廣、成分相態(tài)復(fù)雜的廢棄物。

多相態(tài)廢棄物焚燒爐 水泥窯 協(xié)同處置

0 引言

利用水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾和市政污泥在我國(guó)的實(shí)踐已逐漸展開(kāi)，北京金隅、銅陵海螺、平?jīng)龊Ｂ?、華新、拉法基等水泥企業(yè)均開(kāi)展了水泥窯協(xié)同處置廢棄物的應(yīng)用。實(shí)踐證明，水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾和市政污泥對(duì)水泥性能無(wú)不良影響，同時(shí)環(huán)保效果良好，是安全處置城市生活垃圾和市政污泥的有效方法。但現(xiàn)有利用水泥窯處置廢棄物的企業(yè)多為處置單一品種的廢棄物，少數(shù)能處置多種廢棄物的水泥廠也是采用分散、分別處置，主要采取在水泥煅燒系統(tǒng)中分散直接加入廢棄物的方式，這種做法存在處置量小、分散設(shè)置、系統(tǒng)復(fù)雜、焚燒溫度調(diào)節(jié)困難等問(wèn)題。目前的處置狀況始終沒(méi)有實(shí)現(xiàn)高效率、規(guī)?；⒓苫?、規(guī)范化的目標(biāo)，使整個(gè)工廠各種處置系統(tǒng)并存，對(duì)水泥正常生產(chǎn)影響較大，推廣應(yīng)用受到很大限制。因此有必要開(kāi)發(fā)適應(yīng)性強(qiáng)的多相態(tài)廢棄物焚燒集成化技術(shù)與設(shè)備，可處理量大面廣、成分相態(tài)復(fù)雜的廢棄物，提高水泥企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)水泥窯協(xié)同處置廢棄物的順利發(fā)展。

1 多相態(tài)廢棄物焚燒爐水泥窯處置系統(tǒng)

多相態(tài)廢棄物焚燒爐水泥窯處置系統(tǒng)是成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司（CDI，簡(jiǎn)稱(chēng)“成都院”）于2011年開(kāi)始研發(fā)的，其核心裝備——多相態(tài)廢棄物焚燒爐是成都院根據(jù)“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃“50萬(wàn)噸/年跨行業(yè)廢棄物水泥窯協(xié)同利用技術(shù)及示范”（2011BAC06B10-2）的要求專(zhuān)門(mén)針對(duì)水泥窯處置廢棄物多樣化、多相態(tài)的特點(diǎn)所研發(fā)。

1.1 多相態(tài)廢棄物焚燒爐結(jié)構(gòu)

圖1 預(yù)燃爐結(jié)構(gòu)圖

多相態(tài)廢棄物焚燒爐直接整合在預(yù)分解窯燒成系統(tǒng)中，由預(yù)燃爐和原水泥窯尾分解爐共同構(gòu)成（圖1、圖2所示），預(yù)燃爐與水泥窯分解爐連接在一起，類(lèi)似預(yù)分解窯的半離線性分解爐，因此在系統(tǒng)上完全適應(yīng)預(yù)分解窯工藝，不會(huì)造成整體熱工系統(tǒng)的紊亂。

預(yù)燃爐上設(shè)有廢棄物入口、三次風(fēng)入口、備用燃燒器及推料裝置，爐體雙層階梯布置，煙氣在預(yù)燃爐內(nèi)形成回旋區(qū)，提高了煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，適應(yīng)性強(qiáng)。預(yù)燃爐流場(chǎng)示意見(jiàn)圖3。

圖2 焚燒爐整體結(jié)構(gòu)圖

圖3 預(yù)燃爐流場(chǎng)示意圖

1.2 多相態(tài)廢棄物焚燒爐運(yùn)行過(guò)程及工藝特點(diǎn)

1.2.1 多相態(tài)廢棄物焚燒爐運(yùn)行過(guò)程

廢棄物在焚燒爐內(nèi)的運(yùn)行過(guò)程比較簡(jiǎn)便，廢棄物喂入預(yù)燃爐后，較輕、易燃的物料在三次風(fēng)的作用下迅速燃燒，灰渣和煙氣進(jìn)入分解爐內(nèi)，然后在分解爐內(nèi)進(jìn)一步焚燒，完成最終的處置；較重的物料則落在焚燒臺(tái)上，經(jīng)過(guò)燃燒后通過(guò)兩級(jí)推料裝置進(jìn)入分解爐內(nèi)，灰渣經(jīng)過(guò)上升煙道落入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒，完成無(wú)害化處置；膏體狀的物料則通過(guò)管道喂入預(yù)燃爐內(nèi)，經(jīng)過(guò)初步燃燒后進(jìn)入分解爐內(nèi)繼續(xù)焚燒，完成無(wú)害化處置；粉末狀和液態(tài)的廢棄物則可以通過(guò)燃燒器喂入預(yù)燃爐完成處置。具體過(guò)程可見(jiàn)圖4。

從圖4中可以看出：固體廢棄物從儲(chǔ)棚中通過(guò)卸料斗（01）喂入帶式輸送機(jī)（03），中間通過(guò)卸料閘閥（02）控制流量。通過(guò)提升機(jī)（04）將廢棄物送至喂料斗（05）中，喂料斗（05）內(nèi)的廢棄物經(jīng)過(guò)螺旋輸送機(jī)（06）喂入預(yù)燃爐（10），從螺旋輸送機(jī)（06）至焚燒爐的下料管中采用回轉(zhuǎn)鎖風(fēng)閥（07）進(jìn)行鎖風(fēng)。在預(yù)燃爐內(nèi)廢棄物經(jīng)過(guò)兩級(jí)燃燒，燃燒完成后飛灰和灰渣進(jìn)入分解爐，粉塵和煙氣在分解爐內(nèi)進(jìn)一步焚燒處置，灰渣經(jīng)過(guò)上升煙道落入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)完成處置。膏體狀廢棄物在儲(chǔ)倉(cāng)內(nèi)（14）緩存，通過(guò)柱塞泵（15）計(jì)量并輸送至焚燒爐（10）喂料口。

在預(yù)燃爐的頂部設(shè)有三次風(fēng)（三次風(fēng)的溫度約為850～900℃）進(jìn)風(fēng)口、生料喂料口、燃燒器（09）。當(dāng)預(yù)燃爐（10）內(nèi)的溫度偏高時(shí)通過(guò)喂入生料粉來(lái)控制預(yù)燃爐內(nèi)的溫度；當(dāng)預(yù)燃爐（10）內(nèi)的溫度偏低時(shí)，則通過(guò)燃燒器噴入煤粉來(lái)保證預(yù)燃爐內(nèi)的溫度。

圖4 廢棄物處置過(guò)程流程圖

1.2.2 多相態(tài)廢棄物焚燒爐運(yùn)行工藝特點(diǎn)

多相態(tài)廢棄物焚燒爐水泥窯處置系統(tǒng)將廢棄物焚燒完整整合進(jìn)了預(yù)分解窯高溫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多品種、多相態(tài)廢棄物的無(wú)害化處置，實(shí)現(xiàn)“二次污染”零排放。在運(yùn)行過(guò)程中的主要工藝特點(diǎn)包括：

（1）該焚燒爐可處置廢棄物的范圍廣。包括：從物料形態(tài)上看，包括固態(tài)、液態(tài)及膏體狀的廢棄物；從物料熱值上看，對(duì)高熱值的廢棄物和低熱值的廢棄物均可適用，即對(duì)物料的熱值要求沒(méi)有選擇性；從物料種類(lèi)看，可以處置城市生活垃圾、城市工業(yè)垃圾等，一般常見(jiàn)的污泥、生活垃圾、RDF、廢棄輪胎、廢紙、油墨、礦物油、廢塑料、廢棄紡織品、廢棄家具等均在可處置的范圍內(nèi)。

（2）焚燒溫度高。在廢棄物焚燒過(guò)程中，助燃空氣采用水泥窯三次風(fēng)，一般情況下，入爐的三次風(fēng)溫度在850 ℃以上，廢棄物可以快速燃燒，同時(shí)焚燒爐內(nèi)的溫度高達(dá)1 100 ℃。

（3）焚燒時(shí)間長(zhǎng)。從運(yùn)行過(guò)程可以看出，焚燒煙氣通過(guò)預(yù)燃爐后進(jìn)入分解爐內(nèi)，然后進(jìn)入預(yù)分解系統(tǒng)，目前分解爐內(nèi)的煙氣停留時(shí)間一般約5～6 s，分解爐出口溫度約為880 ℃，即廢棄物焚燒的煙氣可在880 ℃以上溫度中保留約6 s。

（4）焚燒堿性氣氛強(qiáng)。廢棄物焚燒后的煙氣在分解爐內(nèi)進(jìn)一步處置時(shí)，分解爐內(nèi)的生料正處于分解狀態(tài)，會(huì)分解產(chǎn)生大量的活性CaO，濃度高達(dá)450 g/Nm3以上，對(duì)廢棄物焚燒煙氣中的酸性氣體處理非常有利。

（5）“二次污染”零排放。在本工藝生產(chǎn)系統(tǒng)中，廢棄物焚燒后的灰渣不再外排，而是進(jìn)入水泥窯內(nèi)煅燒，重金屬等污染物熔融在水泥熟料晶格中，消除了重金屬污染；煙氣在分解爐內(nèi)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高溫處置后經(jīng)過(guò)多級(jí)預(yù)熱器，最后通過(guò)水泥生產(chǎn)線袋收塵系統(tǒng)。

（6）靈活的焚燒爐溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)廢棄物熱值較高時(shí)，爐內(nèi)的溫度將超過(guò)1 200 ℃，因此在焚燒上設(shè)置了生料下料管，通過(guò)生料的喂入來(lái)控制爐內(nèi)的溫度；當(dāng)廢棄物的熱值急劇降低時(shí)則通過(guò)噴煤管喂入煤粉來(lái)保持爐內(nèi)的溫度。

（7）廢棄物在爐內(nèi)的停留時(shí)間可控，根據(jù)物料的焚燒難易程度，物料在爐內(nèi)的停留時(shí)間可以在1～30 min范圍內(nèi)靈活選擇，可保證廢棄物充分燃盡。

2 投資效益分析

現(xiàn)以5 000 t/d熟料生產(chǎn)線為例，估算增設(shè)一套多相態(tài)廢棄物焚燒爐后的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。假設(shè)基本條件如下：

熟料生產(chǎn)線規(guī)模：5 000 t/d；

熟料熱耗：730×4.18 kJ/kg；

煤熱值：5 500×4.18 kJ/kg；

煤粉價(jià)格：600元/t；

廢棄物熱值（濕基水分50%）：1 300×4.18 kJ/kg；

廢棄物燃煤替代率：15%；

運(yùn)行時(shí)間：3 00 d/a；

垃圾補(bǔ)貼費(fèi)用：200元/t（參照垃圾發(fā)電廠數(shù)據(jù)）；

生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用：100元/t；

建設(shè)期：1年；

貸款利率：5.5%。

綜合上述因素估算，該生產(chǎn)線每年可處理廢棄物約12.6萬(wàn)t，可節(jié)省燃煤約30 000 t/年，價(jià)值約1 800萬(wàn)元/年，政府補(bǔ)貼費(fèi)用約2 520萬(wàn)元/年，生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用約1 260萬(wàn)元/年，合計(jì)年收益為3 060萬(wàn)元/年。

增設(shè)一套多相態(tài)廢棄物焚燒爐水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)，包括一套廢棄物預(yù)處理系統(tǒng)，合計(jì)各項(xiàng)費(fèi)用總投資約8 000萬(wàn)元，投資回收時(shí)間約為4年。

3 結(jié)束語(yǔ)

水泥窯無(wú)害化協(xié)同處置城市生活垃圾和產(chǎn)業(yè)廢棄物優(yōu)勢(shì)明顯，已屬于國(guó)家鼓勵(lì)項(xiàng)目，其環(huán)保的安全性已經(jīng)得到了實(shí)踐證明。成都院研發(fā)的“多相態(tài)廢棄物焚燒爐水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)”順應(yīng)發(fā)展的需求，解決了不同形態(tài)、不同種類(lèi)的廢棄物集約化處理問(wèn)題，得到了“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持，并建設(shè)了示范生產(chǎn)線，值得大力推廣。

2015-04-20）

TQ 72.9

B

008-0473(20 5)04-0007-03

0. 6008/j.cnki. 008-0473.20 5.04.002

*“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目：50萬(wàn)噸/年跨行業(yè)廢棄物水泥窯協(xié)同利用技術(shù)及示范，項(xiàng)目編號(hào): 2011BAC06B10-2