利用水泥窑协同处置废弃物技术研究

利用水泥窑协同处置废弃物

胡芝娟*

（天津水泥工业设计研究院有限公司，天津300400）

摘要

在经济合作与发展组织国家中，现代焚化工厂和安全的垃圾填埋是普遍采用的处理方式，但投资和运行成本非常高，而且需要有资质的管理和运行人员。高效水泥窑能为许多种废物提供环境友好且低成本的处理/回收方案。与其不做能源回收而直接将废物白白烧掉或处理掉,还不如用废物来代替化石燃料和原始原料(AFR),这还可以进一步降低CO2的总排放量。使用替代性燃料和原料能减少废物对环境的影响，能安全地处置危险废物，能减少温室气体排放，减少废物处理成本，降低水泥工业生产成本。

在《巴塞尔公约》的条文中,水泥生产过程中危险废物的协同处理方法已被认为是对环境无害的处理方法。这说明了水泥生产过程中对危险废物进行协同处理的适用性，以及协同处理的先决条件。水泥工业消耗了大量的自然资源和能源。同时也为全世界城市和基础设施的发展和现代化做出了贡献。水泥工业及其行业协会通过优化自然资源的使用和减少整体的能源消耗，在不断改善环境质量。

天津水泥工业设计研究院有限公司经过十余年潜心研究，结合水泥窑炉操作条件，针对中国固废处置客观环境，研发出一整套针对城镇污水处理厂污泥，生活垃圾，污染土等废弃物的水泥窑协同处置技术并在实践中的到检验和推广。

关键词：水泥窑；协同处置；污泥；生活垃圾；污染土

引言

全球水泥消耗量正在增加，特别是发展中国家和处于转型期的国家。由于发展中

国家和转型期国家的巨大需求，全世界的水泥产量从2001年的16.9亿公吨开始，以

年均3.6％的速度稳步增长，2003年全世界的水泥产量为19.4亿公吨。欧洲的消耗量

占14.4%；美国占4.7%；美洲其他国家占6.6%；亚洲占67.5%(中国占41.9%)；非洲

占4.1%，世界其他国家占2.7%。预计2004年的水泥消耗量为人均260千克。

在经济合作与发展组织国家中，现代焚化工厂和安全的垃圾填埋是普遍采用的处

理方式，但投资和运行成本非常高，而且需要有资质的管理和运行加拿大以及澳大利

亚等国家和地区将各种类型的人员。高效水泥窑能为许多种废物提供环境友好且低成本的处理/回收方案。与其不做能源回收而直接将废物白白烧掉或处理掉,还不如用废物来代替化石燃料和原始原料(AFR),这还可以进一步降低CO2的总排放量。

20世纪70年代初以来，欧洲、日本、美国、废物作为替代燃料和原料(AFR)在水泥窑中成功地进行了协同处理。

使用替代性燃料和原料能减少废物对环境的影响，能安全地处置危险废物，能减少温室气体排放，减少废物处理成本，降低水泥工业生产成本。

在《巴塞尔公约》的条文中,水泥生产过程中危险废物的协同处理方法已被认为是对环境无害的处理方法。这说明了水泥生产过程中对危险废物进行协同处理的适用性，以及协同处理的先决条件。

水泥工业消耗了大量的自然资源和能源。同时也为全世界城市和基础设施的发展和现代化做出了贡献。水泥工业及其行业协会通过优化自然资源的使用和减少整体的能源消耗，在不断改善环境质量。

不过使用替代性燃料和原料应当遵守一些基本规则和原则。当前公众最为关注和讨论最多的生态问题是温室气体、全球变暖、非再生性化石燃料的有效利用、毒性残留物和水土资源的污染。而商界人士则更关注成本竞争力、全球竞争和利润。如何在环境保护和经济利益之间取得平衡，乃是当今社会所面临的挑战。

天津水泥工业设计研究院公司经过十余年潜心研究，结合水泥窑炉操作条件，针对中国固废处置客观环境，研发出一整套针对城镇污水处理厂污泥，生活垃圾，污染土等废弃物的水泥窑协同处置技术并在实践中的到检验和推广。

1水泥窑协同处置废弃物原则及特点

水泥窑协同处置废弃物，主要利用水泥高温煅烧窑炉焚烧处理废弃物。在焚烧过程中，有机物彻底分解无害化，产生的热量被水泥生产回收实现能量利用的最大化，灰渣作为水泥组分直接进入水泥熟料产品中，实现资源化的同时做到废弃物的彻底减量化。

1.1水泥生产工艺简介

典型的新型干法水泥生产工艺如下图所示：

图1水泥生产基本工艺流程

Fig. 1 The process of cement production

水泥生产需要大量原材料。在对原料进行开采、研磨和均化之后，碳酸钙分解形成的氧化钙与二氧化硅、氧化铝和氧化铁在回转窑内通过高温固相反应生成熟料。熟料与石膏和其他成分在一起碾磨得到水泥。

利用水泥回转窑处理城市污泥，不仅具有焚烧法的减容、减量化特征，且燃烧后的残渣成为水泥熟料的一部分，不需要对焚烧灰进行填埋处置，烟气焚烧彻底，污染物形成总量显著降低，是一种清洁有效的污泥处置技术。

1.2 水泥窑协同处置废弃物定义

水泥窑协同处置废弃物是指在水泥生产过程中使用废弃物，并从中回收物质和能量的过程。

废弃物可在不同的喂料点进入水泥生产过程。最常见的是：

——窑头主燃烧器；

——窑尾烟室；

——上升烟道；

——预分解炉；

——分解炉的三次风风管进口；

废弃物焚烧残渣甚至可按照与传统原料一样的喂料方式被喂入窑系统中，例如通过正常的原料喂料系统。但含有可在低温时挥发成分(例如烃)或二噁英等剧毒有机物的废弃物必须喂入窑系统的高温区。

1.3 水泥窑协同处置废弃物的基本原则

水泥窑协同处置废弃物应遵循以下基本原则：

1）应遵循水泥窑利用废物的分级原则。

如果在生态和经济上有更好的回收利用方法，则不要将废弃物使用在水泥窑中。利用水泥窑协同处置废弃物必须建立在社会处置成本最优化原则之上，并保证对环境无害的资源回收利用。废弃物的协同处置应保证水泥工业利用的经济性。

2）必须避免额外的排放物和对人体健康和环境的负面影响。

水泥窑协同处置污泥应确保污染物的排放不高于采用传统燃料的污染物排放与废弃物单独处置污染物排放总和。

3）必须保证水泥产品的质量保持不变。

协同处置废弃物水泥窑产品应通过浸析试验，证明产品对环境不会造成任何负面影响，水泥产品的质量应满足寿命终止后再回收利用的要求。

4）必须保证从事协同处置的公司必须具有合格的资质。

利用水泥窑协同处置废弃物作为跨行业的协同处置方式，应保证从产生到处置完成良好的记录追溯，在全处置过程确保污染物的达标排放和相关人员健康和安全，确保所有要求符合现有的国家法律、法规和制度。能够有效地对废物协同处置过程中的投料量和工艺参数进行控制，并确保与地方、国家和国际的废物管理方案协调一致。

5）必须考虑到具体的国情及地区经济文化不平衡性差异。

只有废弃物不能以更经济、更环保的方式加以避免或再生时，方可对其进行协同处置。生态循环利用废弃物是最理想的解决方案，协同处置应当被认为是一种可选的处理方式。

1.4 水泥窑协同处置废弃物的主要特点

利用水泥窑协同处置废弃物具有以下特性：

（1）处理温度高，焚烧空间大，停留时间长，可彻底分解废弃物中有害有机物。

（2）无残渣飞灰产生。

（3）回转窑内碱性环境抑止酸性气体和除水银、铊以外的绝大部分重金属排放。

（4）可选择不同温度点处置废弃物，避开二噁英等有毒有害气体产生。

（5）废弃物可替代部分一次原料和燃料。

（6）回转窑热容量大、工作状态稳定，废弃物处理量大。

（7）水泥回转窑是负压状态运转，烟气和粉尘很少外溢。