【水泥人網(wǎng)】當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，工業(yè)及生活垃圾的產(chǎn)生量迅速增加。工業(yè)（生活）垃圾的處理技術(shù)是國(guó)內(nèi)外非常熱門(mén)的研究開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，并將成為一個(gè)市場(chǎng)潛力巨大的產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)的垃圾處理方法是填埋，這樣既占用了寶貴的土地資源，又污染了地下水。垃圾的焚燒對(duì)城市生活垃圾的處理不失為一種行之有效的措施，但它對(duì)有毒工業(yè)垃圾的處理并不能顯現(xiàn)出任何優(yōu)越性。相反由于垃圾焚燒爐的焚燒溫度低（大多低于1500℃），很多有毒成分尚沒(méi)有完全分解，而中低溫度范圍的垃圾在焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生另外一種有毒成分——二惡英，這在大量應(yīng)用焚燒爐處理生活垃圾的西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成為公眾矚目的焦點(diǎn)問(wèn)題。大量的研究和實(shí)踐表明，水泥回轉(zhuǎn)窯燃燒溫度高，物料在窯爐系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間長(zhǎng)，又處在負(fù)壓狀態(tài)下運(yùn)行，工況穩(wěn)定，不向外界排放廢渣，因而對(duì)各種有毒性、易燃性、腐蝕性、反應(yīng)性的有毒廢棄物（包括固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)）具有很好的降解作用，既不會(huì)污染空氣，又不向外界排出廢渣，其焚燒物中的殘?jiān)徒^大多數(shù)重金屬都被固化在水泥熟料中，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染，此課題的研究開(kāi)發(fā)具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
1國(guó)內(nèi)外概況
早在20世紀(jì)70年代發(fā)達(dá)國(guó)家就已開(kāi)始采用水泥窯處置危險(xiǎn)廢棄物，如美國(guó)、德國(guó)、加拿大、日本、丹麥、奧地利、瑞士等。以美國(guó)為例，已有幾十家水泥廠將危險(xiǎn)廢棄物作為替代燃料在水泥窯上進(jìn)行焚燒處置，其替代量一般在20％～60％。目前歐洲的個(gè)別水泥廠替代率可達(dá)80％以上。
?韓國(guó)、巴西、墨西哥及我國(guó)的臺(tái)灣省等工業(yè)并不是很發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)，利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理可燃工業(yè)垃圾，替代傳統(tǒng)化石燃料的比例也相當(dāng)高。甚至在一些發(fā)展中國(guó)家，如印度尼西亞、泰國(guó)、摩洛哥、巴基斯坦及印度等國(guó)家也有相當(dāng)數(shù)量的處理包括各種危險(xiǎn)廢棄物的水泥廠在運(yùn)轉(zhuǎn)。
美國(guó)及德國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局對(duì)水泥回轉(zhuǎn)窯的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，水泥回轉(zhuǎn)窯使用危險(xiǎn)廢棄物為替代燃料，不僅對(duì)環(huán)境沒(méi)有危害，而且被列為現(xiàn)有最佳示范技術(shù)。根據(jù)日本麻省水泥株式會(huì)社的一份資料顯示，日本在水泥窯上處置工業(yè)危險(xiǎn)廢棄物具有面廣、量多的特點(diǎn)，目前已能處置包括生活污泥在內(nèi)的多種危險(xiǎn)廢棄物。
國(guó)外利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理各種有毒有害廢棄物有以下幾種方式：一是從窯尾上升煙道喂入窯內(nèi)；二是將廢料加入窯尾預(yù)分解爐；三是直接從回轉(zhuǎn)窯中部加入窯內(nèi)；四是從窯頭罩投入窯內(nèi)；五是通過(guò)主燃燒器噴入窯內(nèi)。從窯尾和窯中部喂入的方法相對(duì)較簡(jiǎn)單，對(duì)廢料的預(yù)處理要求并不是很高。相對(duì)來(lái)說(shuō)從窯頭主燃燒器噴入窯內(nèi)的方式，對(duì)廢料的預(yù)處理系統(tǒng)要求較高。從窯頭和窯尾喂入方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，窯頭喂入對(duì)有害氣體的焚燒率最高，從窯尾喂入固體物料在窯內(nèi)的停留時(shí)間最長(zhǎng)。
?國(guó)外利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理廢棄物有非常嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)手段，主要監(jiān)測(cè)廢氣中二惡英、硫的氧化物和氮的氧化物的排放量。另外還需對(duì)水泥熟料中重金屬含量進(jìn)行嚴(yán)格限制。
目前我國(guó)對(duì)危險(xiǎn)廢棄物的利用和處置水平較低。90年代中期開(kāi)始建設(shè)利用焚燒生活垃圾來(lái)發(fā)電的垃圾站，很多城市都提出了建設(shè)垃圾電站的建議,并有相當(dāng)數(shù)量的垃圾電站投入運(yùn)營(yíng)。目前建設(shè)一座日處理量1000t的垃圾電站投資大約在6－7億元人民幣，常規(guī)的垃圾焚燒爐由于焚燒溫度低，有毒氣體在爐內(nèi)停留時(shí)間短，很容易造成不完全燃燒而產(chǎn)生二惡英，需要增加特別的廢氣凈化裝置，另外焚燒后的廢渣還需特別處理。國(guó)家計(jì)委明確表明，嚴(yán)禁建設(shè)日處理300t以下的生活垃圾焚燒電站。國(guó)內(nèi)的水泥企業(yè)，如上海建材集團(tuán)、北京建材集團(tuán)下屬的幾個(gè)水泥廠，首先進(jìn)行了嘗試，直接在水泥回轉(zhuǎn)窯上進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)工作，取得非常有意義的試驗(yàn)結(jié)果并積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。但要僅僅靠小規(guī)模的試驗(yàn)，并不能形成向歐美發(fā)達(dá)國(guó)家那樣大規(guī)模連續(xù)化的處理能力。為此南京水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院從1999年開(kāi)始正式立項(xiàng)、投資，對(duì)利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理可燃工業(yè)（生活）垃圾技術(shù)進(jìn)行了較全面深入的探索和研究。一方面從工程角度進(jìn)行開(kāi)發(fā)，另一方面從機(jī)理上對(duì)廢棄物的燃燒、有害氣體的排放及對(duì)水泥熟料產(chǎn)質(zhì)量的影響進(jìn)行研究。2001年南京院與上海開(kāi)能新技術(shù)有限公司合作，在廣東東莞完成了利用回轉(zhuǎn)窯焚燒廢塑料及廢皮革發(fā)電項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和建設(shè)工作，該項(xiàng)目預(yù)計(jì)2003年初投入運(yùn)行。
2主要研究、開(kāi)發(fā)及試驗(yàn)工作內(nèi)容
由于我國(guó)的工業(yè)垃圾種類(lèi)繁多，分布散亂，工業(yè)垃圾的收集處理及與之相關(guān)的現(xiàn)代物流系統(tǒng)極不健全，不象歐美發(fā)達(dá)國(guó)家那樣有比較完善的收集、加工處理及運(yùn)輸系統(tǒng)，因而目前本課題所作的工作主要限于可燃工業(yè)垃圾，如廢舊塑料包裝材料、皮革、化纖、汽車(chē)輪胎、樹(shù)脂、溶劑、造紙黑液、城市污水處理廠污泥、廢木塊及一些有毒有害難以處理的工業(yè)固體及液體廢棄物等。通過(guò)前期調(diào)研分析，在工業(yè)化比較發(fā)達(dá)的珠江、長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，存在大量廢棄塑料及皮革制品的下腳料，堆積如山。另外我國(guó)的大中城市的污水處理廠剩余的污泥等，是最適合利用水泥回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行規(guī)模化處理的工業(yè)可燃垃圾。隨著我國(guó)汽車(chē)保有量的增加，廢舊汽車(chē)輪胎數(shù)量越來(lái)越多，本課題的重點(diǎn)將集中在這三類(lèi)工業(yè)垃圾上。
?廢舊塑料及皮革制品的下腳料，由于其形狀不規(guī)則體積較大，水泥回轉(zhuǎn)窯要利用這些廢料，根據(jù)在水泥生產(chǎn)過(guò)程中不同地點(diǎn)，而需對(duì)此進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚?。如果將廢料喂入窯尾上升煙道，根據(jù)不同規(guī)格窯的長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)速，廢料的粒度最大可達(dá)500mm以上。如果廢料是從窯頭主燃燒設(shè)備噴入燒成帶，這樣廢料的粒度最大只能到20mm，否則將會(huì)引起燃燒設(shè)備的堵塞，而且還會(huì)導(dǎo)致燒成帶火焰過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)生不完全燃燒，熟料燒失量增加，影響熟料質(zhì)量。利用廢塑料和廢皮革作替代燃料，主要控制廢塑料中氯化物含量，氯元素含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致窯尾上升煙道，預(yù)熱器及分解爐內(nèi)結(jié)皮堵塞。氯化物的存在可能會(huì)產(chǎn)生二惡英和呋喃排放量超標(biāo)。
污水處理廠剩余的污泥，雖經(jīng)過(guò)機(jī)械脫水處理，由于在處理污水過(guò)程中添加了大量的絮凝劑，污泥中仍含有大約50％～80％的結(jié)晶水泥。每公斤干基污泥中含有30％～60％的可燃揮發(fā)物，干基污泥的熱值大約在10450～15884kJ/kg之間。因而對(duì)污泥的綜合利用一般是先將污泥經(jīng)過(guò)烘干機(jī)進(jìn)行烘干成球，粒度控制在0～5mm，結(jié)晶水含量控制在20％以下，然后從窯頭主燃燒器中噴入窯內(nèi)。污泥中重金屬含量比較高，用污泥替代燃料的比率主要根據(jù)熟料中重金屬含量來(lái)決定。
汽車(chē)輪胎是由天然或合成橡膠經(jīng)硫化加工處理，然后加金屬絲及尼龍線成型制成。無(wú)論是天然橡膠還是合成橡膠都是一種由碳?xì)湓亟M成的高分子化合物，碳?xì)涓叻肿踊衔镆话愣加休^高的發(fā)熱量。汽車(chē)輪胎中的硫含量低于石油焦，氯含量低于煙煤，熱值高于煙煤與石油焦相當(dāng)。利用低成本的廢輪胎作為水泥回轉(zhuǎn)窯替代燃料，是非常適合的。利用汽車(chē)輪胎作為替代燃料煅燒水泥，基本上有兩種方法。一是將輪胎用切碎機(jī)切割成碎塊，粒度較小的一部分（一般< 20mm）可以從窯頭燃燒器噴入窯內(nèi)，較大塊的碎片從窯尾煙室加入窯內(nèi)。另一種方法是將整只輪胎從窯尾煙室或窯中加入窯內(nèi)。對(duì)窯速較慢的濕法長(zhǎng)窯一般都是從窯中采用特殊設(shè)計(jì)的裝置加入生料分解帶，對(duì)干法預(yù)熱器窯一般都是將輪胎加入窯尾煙室。具體到某種窯型采用哪種方式主要取決于輪胎在窯內(nèi)燃燒速度及停留時(shí)間。
對(duì)于上述比較典型的替代燃料的利用，首先應(yīng)對(duì)以下工作進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究：
(1)廢塑料及皮革制品燃料預(yù)處理技術(shù)、工藝及裝備的開(kāi)發(fā)。
?(2)污泥烘干成球工藝及設(shè)備的開(kāi)發(fā)研究。
(3)廢舊汽車(chē)輪胎的破碎及喂入技術(shù)及設(shè)備。
?(4)上述三類(lèi)工業(yè)垃圾燃燒特性及專(zhuān)用燃燒設(shè)備的研究。
(5)上述三類(lèi)工業(yè)垃圾的高溫?zé)峤馓卣骷皩?duì)水泥熟料的產(chǎn)質(zhì)量影響的研究。
?(6)垃圾燃燒廢氣對(duì)水泥生產(chǎn)工藝，尤其是對(duì)窯尾預(yù)熱器、上升煙道及分解爐內(nèi)結(jié)皮堵塞的影響程度的研究。
3經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益
下面以某新型干法窯利用廢塑料和廢皮革的混合物作替代燃料為例，進(jìn)行簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)效益分析。
(1)基本數(shù)據(jù)
? 產(chǎn)量：4800t/d
熟料熱耗：3051kJ/kg
煙煤：熱值22990kJ/kg
二次燃料熱值：29260kJ/kg
煙煤價(jià)格：300元/t
二次燃料價(jià)格：50元/t（僅限加工處理費(fèi)用及運(yùn)費(fèi)）。
(2)二次燃料加工處理系統(tǒng)及窯頭和窯尾改造投資
日處理200t二次燃料處理系統(tǒng)（包括破碎、輸送及儲(chǔ)存等）1000萬(wàn)元；
窯頭窯尾技術(shù)改造（包括二次燃料儲(chǔ)存、輸送及燃燒系統(tǒng)等）800萬(wàn)元。
?(3)二次燃料替代率
?根據(jù)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家水泥廠平均替代率取30％（包括窯頭和窯尾）。
全用煙煤燒煤量：26545kg/h
少用煙煤量：7964kg/h
?二次燃料應(yīng)用量：6257kg/h
?(4)經(jīng)濟(jì)效益
節(jié)省煙煤價(jià)值：2389元/h
二次燃料價(jià)值：313元/h
凈節(jié)省燃料價(jià)格：2076元/h
每年凈節(jié)省燃料費(fèi)用：1494.72萬(wàn)元/a
項(xiàng)目投資：1800萬(wàn)元
?投資回報(bào)期：1.2042a
從上述簡(jiǎn)單分析可以看出，僅依靠替代煙煤帶來(lái)的燃料節(jié)省差價(jià)，就可以在大約在14個(gè)月內(nèi)，收回新增設(shè)備及對(duì)生產(chǎn)線作簡(jiǎn)單改造的投資。目前，國(guó)內(nèi)水泥企業(yè)大多效益不好，基本上處于虧損或微利狀態(tài)，其主要原因是由于成本過(guò)高及高額的稅收。如果廠家能夠利用一部分工業(yè)（生活）垃圾，降低燃料的成本，同時(shí)國(guó)家在稅收上又給予優(yōu)惠或免稅，那么企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)大幅度提高。國(guó)內(nèi)有很多水泥廠家希望利用此技術(shù)來(lái)改善企業(yè)的經(jīng)營(yíng)狀況，對(duì)我國(guó)水泥新技術(shù)開(kāi)發(fā)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義，同時(shí)也具有非常高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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