高玉宗：協(xié)同處置垃圾及余熱利用新方法

北京四方聯(lián) 高玉宗 · 2013-12-20 09:44  留言

北京四方聯(lián)新技術開發(fā)有限公司總經(jīng)理高玉宗表示，目前常見的垃圾處理方法包括衛(wèi)生填埋、垃圾堆肥、傳統(tǒng)焚燒和水泥窯協(xié)同處置等。與前三種相比，水泥窯協(xié)同處置城市垃圾具有節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟、安全；可替代部分燃料和原料，減少天然礦物資源的消耗；大幅節(jié)約土地資源；與傳統(tǒng)焚燒爐相比，投資大幅度降低等優(yōu)點。但是對于水泥企業(yè)來說，燒垃圾會略影響到水泥廠的生產(chǎn)。

北京四方聯(lián)新技術開發(fā)有限公司總經(jīng)理高玉宗

一、垃圾的基本常識

垃圾是人類日常生活和生產(chǎn)中產(chǎn)生的固體廢棄物（其實也有液體廢棄物），由于排出量大，成分復雜多樣，給處理和利用帶來困難，如不能及時處理或處理不當，就會污染環(huán)境，影響環(huán)境衛(wèi)生，損害人類和動物的健康。

垃圾處理就是要把垃圾迅速清除，并進行無害化處理，最后加以合理的利用。

經(jīng)過統(tǒng)計，世界垃圾年均增長速度為8.42%，中國垃圾增長率達到10%以上。2012年全世界產(chǎn)生10億噸垃圾，僅中國就產(chǎn)生近2.5億噸城市垃圾，目前中國城市生活垃圾累積堆存量已達70億噸，主要集中在中小城市以及一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

垃圾已經(jīng)遍布世界各地

1、毒王二惡英（Dioxin）

目前無論如何讓處理垃圾，都不可避免地產(chǎn)生毒王二惡英（Dioxin）。毒王二惡英（Dioxin）又稱二氧雜芑（qǐ），是一種無色無味、毒性嚴重的脂溶性物質(zhì)，所以非常容易在生物體內(nèi)積累，對人體危害非常嚴重，尤其是較胖的人。在垃圾及其處理過程中會產(chǎn)生二惡英。二惡英是一種在工業(yè)上沒有用處的副產(chǎn)物，大約有419種結(jié)構(gòu)類似毒性相近的二惡英化合物被確定。二惡英的熔點303-305℃，705℃以下很穩(wěn)定，超過此溫度開始分解，焚燒爐溫度應該800-850℃，煙氣停留時間應超過2S，為了分解徹底一般控制在5S。400-250℃停留超過2S又在合成二惡英。

二惡英的危害主要包括：損害人體多種器官和系統(tǒng)；易被脂肪吸收及致癌，潛伏期達11年；很容易聚集在食物鏈中，比如動物體內(nèi)；毒性大，是氰化物的130倍，砒霜的900倍

二惡英的污染源主要是化工冶金工業(yè)、傳統(tǒng)垃圾焚燒、造紙；以及生產(chǎn)殺蟲劑等產(chǎn)業(yè)；日常生活所用的膠袋，PVC（聚氯乙烯）軟膠等物都含有氯；燃燒這些物品時便會釋放出二惡英，粘附在懸浮于空氣中粉塵上。

2、臭味

垃圾儲存、運輸、焚燒過程中會發(fā)出的惡臭氣體，惡臭既會嚴重危害人類健康，又將產(chǎn)生二次污染，難以接受。特別是在填埋場運行過程中，因其產(chǎn)生量大、持續(xù)時間長、影響范圍廣等特點，近年來已引起人們的廣泛關注。

按其組成臭味產(chǎn)生的原因可分成5類：①含硫化合物，如H2S、SO2、硫醇、硫醚；②含氮化合物，如氨氣、胺類、酰胺、吲哚等；③鹵素及衍生物，如氯氣、鹵代烴等；④烴類及芳香烴；⑤含氧有機物，如醇、酚、醛、酮、有機酸等。⑥除味方法可以是高溫分解。其中大多數(shù)可在900度以上分解，比如：H2S可在900-1400分解，硫醇、硫醚390度分解等等。

目前的除臭方法主要有意高溫為主，也可以采用生物辦法除臭。目前使用水泥窯燃燒垃圾除臭來說，除了H2S比較困難，其他基本沒有問題。

3、地溝油

泛指在生活中存在的各類劣質(zhì)油，如回收的食用油、反復使用的炸油等，長期食用可能會引發(fā)多種癌癥，對人體的危害極大。地溝油的毒性百倍于砒霜，每年多達30萬噸的地溝油流向國人餐桌……也就是說你吃十頓飯，可能有一頓飯碰上的就是地溝油。截至目前，科學家們還沒有找到一種理想的檢測和鑒別地溝油的手段，給控制地溝油帶來困難。

長期攝入地溝油，人們將出現(xiàn)體重減輕和發(fā)育障礙，易患腹瀉和腸炎，并有肝、心和腎腫大以及脂肪肝等病變。地溝油受污染產(chǎn)生的黃曲霉素毒性不僅易使人發(fā)生肝癌，在其他部位也可以發(fā)生腫瘤，如胃、胰腺、腎、直腸及乳腺、卵巢、小腸等部位癌變。

2002年國家出臺的“ 食品生產(chǎn)經(jīng)營單位廢棄食用油脂管理的規(guī)定”明確要求，不得將廢棄油脂加工以后再作為食用油脂使用或者銷售。

二、垃圾分類

1、可回收垃圾：包括廢紙、塑料、玻璃、金屬和布料五大類。通過綜合處理回收利用，可以減少污染，節(jié)省資源。

2、廚余垃圾：包括剩菜剩飯、骨頭、菜根菜葉、果皮等食品類廢物，經(jīng)生物技術就地處理堆肥，每噸可生產(chǎn)0.3噸有機肥料。

3、有害垃圾：包括廢電池、廢日光燈管、廢水銀溫度計、過期藥品、醫(yī)療垃圾等，這些垃圾需要特殊安全處理。

4、其他垃圾：包括除上述幾類垃圾之外的磚瓦陶瓷、渣土、衛(wèi)生間廢紙、紙巾等難以回收的廢棄物，采取衛(wèi)生填埋可有效減少對地下水、地表水、土壤及空氣的污染。

三、垃圾分類的優(yōu)點

1、減少占地：生活垃圾中有些物質(zhì)不易降解，使土地受到嚴重侵蝕。垃圾分類，去掉能回收的、不易降解的物質(zhì)，減少垃圾數(shù)量達50%以上。

2、減少環(huán)境污染：廢棄的電池含有金屬汞、鎘等有毒的物質(zhì)，會對人類產(chǎn)生嚴重的危害；土壤中的廢塑料會導致農(nóng)作物減產(chǎn)；拋棄的廢塑料被動物誤食，導致動物死亡的事故時有發(fā)生。因此回收利用可以減少危害。

3、變廢為寶：中國每年使用塑料快餐盒達40億個，方便面碗5-7億個，廢塑料占生活垃圾的4-7%。1噸廢塑料可回煉600公斤的柴油。回收1500噸廢紙，可免于砍伐用于生產(chǎn)1200噸紙的林木。一噸易拉罐熔化后能結(jié)成近一噸很好的鋁塊，可少采20噸鋁礦。生產(chǎn)垃圾中有30%-40%可以回收利用，應珍惜這個小本大利的資源。

[Page]

四、常見的處理方法

垃圾填埋

1、垃圾填埋：將垃圾在一定場地上集中堆放，并分層覆土填埋的處理方式。其缺點主要是：占地面積大，填埋場周圍一定范圍內(nèi)不適合人類居住；導致嚴重的地質(zhì)性水土污染，危害人類健康（嚴格點說：填埋不叫垃圾無害化處理，填埋只是把垃圾從城里轉(zhuǎn)移到了郊區(qū)，污染猶在，應該叫有害化處理）。

垃圾堆肥

2、垃圾堆肥：處理是利用垃圾或土壤中存在的細菌、酵母菌、真菌和放線菌等微生物，使垃圾中的有機物發(fā)生生物化學反應而降解（消化），形成一種類似腐蝕質(zhì)土壤的物質(zhì)，用作肥料并用來改良土壤。但是，在中國垃圾分類水平低，難以產(chǎn)業(yè)化和形成規(guī)模，經(jīng)濟效益不佳，從堆肥到農(nóng)田成本高，實施困難。

垃圾焚燒

3、垃圾焚燒：將垃圾進行焚燒處理（傳統(tǒng)焚燒）。其缺點主要包括：污染環(huán)境，焚燒產(chǎn)生的二惡英嚴重影響人類健康；投資巨大，占地大，發(fā)電效率低，經(jīng)濟效益差。在中國，發(fā)電并網(wǎng)困難；垃圾殘渣還是需要填埋，處理不徹底。

4、水泥窯協(xié)同處置：利用水泥燒成系統(tǒng)的熱工環(huán)境、工藝特點和廢氣處理設備，在生產(chǎn)水泥熟料的同時處置或焚燒垃圾。比如：三次風管燒垃圾，溫度超過800℃，氣體停留時間加分解爐超過5S，增加的余熱利用會迅速將煙氣溫度降低到250℃，最大限度減少了二惡英的再合成。水泥窯協(xié)同處置的優(yōu)點包括節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟、安全；可替代部分燃料和原料，減少天然礦物資源的消耗；大幅節(jié)約土地資源，與傳統(tǒng)焚燒爐相比，投資大幅度降低

5、資源化處理：資源化處理是最有潛力，也是最希望解決的方法。但是，因無法徹底實現(xiàn)居民垃圾分類，所以該項技術仍處于發(fā)展階段。

五、四方聯(lián)水泥燒成系統(tǒng)焚燒垃圾

上圖為北京四方聯(lián)研發(fā)的利用水泥燒成系統(tǒng)協(xié)同處置垃圾技術的效果圖，其特點主要包括：

1、適應范圍廣。可以焚燒原生態(tài)生活垃圾、地溝油、滲瀝液、工業(yè)廢液、辦公垃圾、醫(yī)療垃圾、危險有害廢物，垃圾殘渣可以用于生產(chǎn)水泥，做到0排放，利用和消滅垃圾。

2、焚燒床串聯(lián)在三次風管上的新方法。焚燒床在三次風管中間固定不動，垃圾（包括城市污泥）投到焚燒床上，設計上可以保證有足夠的焚燒時間。而且，由于通風面積不變，不會影響系統(tǒng)阻力變化，不會影響系統(tǒng)工作。焚燒殘渣經(jīng)排渣口排出并冷卻，可以輸送直接摻入到原料制備系統(tǒng)，由于其量很小不會對熟料質(zhì)量產(chǎn)生過大影響，也可以輸送到熟料里。這種方法不僅適合于垃圾分類較好的大城市，更適合于垃圾分類及處理較差的中小城市。

3、將垃圾從窯頭罩的上面或側(cè)面投入，窯頭罩相當于焚燒爐。部分垃圾投入后空中被加熱燃燒，沒有來得及燃燒的垃圾落入篦冷機篦床的高溫物料上并被相繼落下的熟料埋沒，繼續(xù)燃燒。同樣，焚燒殘渣直接熔摻到熟料里，減少了重金屬的污染。由于殘渣量很小不會對熟料質(zhì)量產(chǎn)生過大影響。

4、將垃圾從篦冷機入料端立面或側(cè)面或殼體頂面投入，垃圾落入篦冷機篦床的高溫物料上或物料里燃燒。同樣，焚燒殘渣直接摻入到熟料里，由于其量很小不會對熟料質(zhì)量產(chǎn)生過大影響。首先，由于垃圾在焚燒前處于吸熱狀態(tài)，所以對熟料有極冷的作用，有利于提高熟料質(zhì)量，同時，燃燒后放出的熱反過來又將二次風溫提高，有利于水泥煅燒。其次，垃圾中的重金屬遇到1370度的熾熱熟料，在熔融狀態(tài)大部分固化到熟料上，進一步減少了重金屬的污染。目前階段，這種方法更適合于垃圾分類及處理較好的大中城市。

5、將垃圾的滲瀝液或工業(yè)廢液或地溝油直接隨噴煤管噴入回轉(zhuǎn)窯、篦冷機高溫熟料表面、三次風管、分解爐等部位進行焚燒。焚燒前的吸熱過程防止了煙氣的溫度過高，從而減少了NOx生成，有利于環(huán)境保護。尤其是采用噴煤管或篦冷機焚燒地溝油，不僅可以回收大量的熱，減少地溝油再加工后流入社會，對食品安全和人民的健康有非常大的保護作用。利國利民。

6、將垃圾通過烘干投入分解爐進行燃燒。目前，這種方法在國外已經(jīng)有應用，比如熱盤爐。

7、上述焚燒垃圾，尤其是焚燒塑料等會使煙氣中的CL-升高，造成系統(tǒng)無法運行，可以用已經(jīng)成熟的旁路放風的辦法解決。

8、理論上當煙氣溫度超過705℃，垃圾中的二惡英就會分解。所以上述方法中煙氣溫度都能滿足要求。但是，在400-250℃時，如果時間超過2S，二惡英再合成。四方聯(lián)窯尾余熱利用技術，由于從水泥窯尾預熱器投入的生料的吸熱過程恰恰使煙氣溫度在瞬間降低到250℃，最大限度的阻止了二惡英再合成，徹底克服了傳統(tǒng)焚燒的缺點，實現(xiàn)了技術的最佳匹配，同時大大的降低了燒成系統(tǒng)的熱耗。

9、上述技術可以組合使用，也可以單獨使用。無論是三次風管、窯頭罩、篦冷機高溫區(qū)還是分解爐的溫度都超過850℃，總的停留時間遠超過5S，所以，所有投入的垃圾中的有機物、可燃物、有毒有味氣體均被燃燒或分解，并最大限度防止二惡英的再合成，確保整個過程無臭味。占地小，投資少，工藝簡單。

10、對產(chǎn)量和質(zhì)量有少許影響。該技術可能使產(chǎn)量降低1-2%，熟料強度降低約1MPa，相對于垃圾焚燒帶來的優(yōu)勢，這些小影響是可以接受的。

[Page]

六、各種垃圾處理方法的比較

1、從幾種垃圾處理方法的操作安全性上來看。衛(wèi)生填埋安全性較好，但是需要注意防火；堆肥的安全性也比較好；當然安全性最好的是垃圾焚燒以及水泥窯協(xié)同處置。

2、從技術的可靠性來看。衛(wèi)生填埋、堆肥、傳統(tǒng)焚燒、水泥窯協(xié)同處置都相當可靠，而且垃圾堆肥技術在國內(nèi)具有相當?shù)慕?jīng)驗。

3、從占地面積大小來看。衛(wèi)生填埋占地面積最大，一般為400-500m²/T.D；堆肥次之，約為200-250m²/T.D；傳統(tǒng)焚燒的占地面積比較小，為120-150m²/T.D；而水泥窯協(xié)同處置垃圾在水泥廠原有廠區(qū)就可以解決，不需額外征地。

4、從選址上來看。衛(wèi)生填埋的選址比較困難，要考慮地形、地質(zhì)條件，防止地表水、地下水污染，一般遠離市區(qū)，運輸距離較遠。與之相比，其他三種垃圾處理方式的選址就比較容易了，堆肥僅需避開居民密集區(qū)，氣味影響半徑小于200m，運輸距離適中即可；傳統(tǒng)焚燒可靠近市區(qū)建設，運輸距離也較近；而水泥窯協(xié)同處置前處理工序可靠近市區(qū)建設或利用現(xiàn)有設施除去大塊建筑垃圾和金屬，焚燒工序就近選擇運輸距離較近的新型干法水泥廠。

5、從幾種垃圾處理技術的適用條件來看。衛(wèi)生填埋主要適用于無機物>60%、含水量<30%、密度>0.5t/d的垃圾；堆肥從無害化角度來說，垃圾中可生物降解有機物≥10%，從肥效出發(fā)，垃圾中可生物降解有機物應>40%；傳統(tǒng)焚燒只有在垃圾低位熱值>3300kJ/kg時才不需添加輔助燃料；水泥窯協(xié)同處置垃圾則不需添加輔助燃料，同時可以處理多種垃圾，例如污泥、生活垃圾、地溝油等。

6、從最終處置來看。衛(wèi)生填埋之后不要二次處理；堆肥處置垃圾之后，則需要把非堆肥物作填埋處理，填埋處理的約為初始量的20%~25%；傳統(tǒng)焚燒剩余的約為初始量的10%-20%的殘渣也需要作填埋處理；水泥窯協(xié)同處置可以將焚燒過后產(chǎn)生的約為初始量10%-20%的殘渣直接利用粉磨生料或摻入熟料，不需填埋，徹底消滅垃圾。

7、從產(chǎn)品市場因素來看。衛(wèi)生填埋之后可回收沼氣發(fā)電，但是難以形成規(guī)?；欢逊室埠茈y建立穩(wěn)定的市場；傳統(tǒng)焚燒雖然可以產(chǎn)生熱能或電能，但是由于熱效率低，很難形成并網(wǎng)發(fā)電；水泥窯協(xié)同處置產(chǎn)生的熱能回收可以直接用于水泥的煅燒，而且熱效率高，回收熱是水泥窯產(chǎn)生效益的主要因素。

8、從建設投資來看。衛(wèi)生填埋投資較低，為16-20萬元/T.D；堆肥略高，為30-40萬元/T.D；傳統(tǒng)焚燒最高為70-80萬元/T-W/D，而水泥窯協(xié)同處置所需費用最低，為9-10萬元/T.D。

9、從資源回收方面來看。衛(wèi)生填埋和堆肥無現(xiàn)場分選回收實例，但有潛在可能；傳統(tǒng)焚燒前處理工序可回收部分原料，但取決于垃圾中可利用物的比例和分類水平；水泥窯協(xié)同處置前處理工序可回收部分原料，但取決于垃圾中可利用物的比例和分類水平。

10、對地表水的污染。衛(wèi)生填埋的大量滲瀝液處理比較困難，也有可能污染地表水，但可采取措施減少可能；堆肥在處理非堆肥物填埋時會遇到于衛(wèi)生填埋相似的問題；傳統(tǒng)焚燒在處理廠區(qū)不會對地表水造成污染，雖然在在爐灰填埋時可能會產(chǎn)生污染，但是可能性比填埋?。凰喔G協(xié)同處置焚燒產(chǎn)生的爐灰直接用于生產(chǎn)水泥，真正做到了無污染。

11、對地下水的污染。衛(wèi)生填埋雖可采取防滲措施，但仍然可能發(fā)生滲漏；堆肥時，垃圾中的重金屬等可能隨堆肥制品污染地下水；傳統(tǒng)焚燒的灰渣中沒有有機質(zhì)等污染物，僅需填埋時采取固化等措施可防止污染；水泥窯協(xié)同處置做到了完全處理，不會產(chǎn)生任何污染。

12、對大氣的污染。衛(wèi)生填埋雖然可用覆蓋、壓實等措施控制和減少對大氣的污染，但實際無法杜絕空氣污染；堆肥會產(chǎn)生輕微氣味，污染指標可能性不大；傳統(tǒng)焚燒會產(chǎn)生二惡英等微量劇毒物，需采取措施控制；水泥窯協(xié)同處置與常規(guī)焚燒比，二惡英等微量劇毒物大幅度減少，并且可以利用現(xiàn)有的除塵、排風系統(tǒng)進行凈化，不需要另外投資。

13、對土壤的污染。衛(wèi)生填埋限于填埋場區(qū)及周邊，堆肥控制好堆肥制品中重金屬含量，則可以減少污染；傳統(tǒng)焚燒本身不會對土壤造成污染，但是焚燒殘渣填埋物可能存在污染；水泥窯協(xié)同處置與傳統(tǒng)焚燒相似，但是并不會產(chǎn)生殘渣，所以不會造成土壤污染。

14、結(jié)論。衛(wèi)生填埋一種傳統(tǒng)的、無奈的選擇，且處理方法屬于有害處理；堆肥雖然可以選擇，但是要分區(qū)域；傳統(tǒng)焚燒在國內(nèi)外的使用都比較廣，國內(nèi)也在這方面做著努力。但是個人認為，水泥窯協(xié)同處置應該是更具有優(yōu)先選擇性。

原生態(tài)垃圾和破碎垃圾的焚燒實驗

垃圾處理設備制作

七、余熱利用的新選擇

1 、2012年我國水泥行業(yè)行業(yè)現(xiàn)狀

相關數(shù)據(jù)顯示，目前，我國的水泥產(chǎn)量為22.1 億噸/年，熟料產(chǎn)量13.4 億噸/年，新型干法熟料產(chǎn)量12.1億噸/年，新型干法平均熱耗為115 公斤標煤/噸熟料，全行業(yè)平均熱耗為118 公斤標煤/噸熟料，實物煤消耗約為1.96 億噸/年，標準煤消耗約1.47 億噸/年。

2、余熱利用現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計，2012年，全國運行的新型干法水泥生產(chǎn)線為1536 條，平均單線熟料產(chǎn)量 2643 噸/天。截止2012年底，有1042條生產(chǎn)線投運低溫余熱發(fā)電，總裝機5805MW；還有494生產(chǎn)線未上低溫余熱發(fā)電，其中有400條屬于可以上而未上。

3、余熱發(fā)電平均技術經(jīng)濟指標

目前我國的水泥低溫余熱發(fā)電生產(chǎn)線平均發(fā)電約34度/噸熟料，其中窯尾占約20度/噸熟料，綜合發(fā)電效率25-30%，實際窯尾貢獻發(fā)電量16度/噸熟料，實際窯尾發(fā)電效率20-22%，平均效益0.32-0.35元/度電。以5000t/d水泥生產(chǎn)線為例，該生產(chǎn)線可裝9兆瓦發(fā)電機組，總投資5500萬元，3-4年可收回投資。

[Page]

4、窯尾余熱處理的幾種型式

余熱不利用

傳統(tǒng)余熱利用

新型余熱利用-專利技術

5、新型余熱利用的原理和特點

新型余熱利用示意圖

新型余熱利用的原理是利用廢熱風加熱涼料，30～40℃生料投入C1出口管道內(nèi)的300～350℃熱風中，通過管道內(nèi)有強化交換裝置進行熱交換，物料被加熱到180～210℃，料溫提高150～180℃左右，達到降低熱耗的目的，使得熱效率可達70-83%，熱風溫度降低到230～260℃，料風經(jīng)過分離器分離，熱料通過提升機進入預熱器原來的入料口，熱風降溫分離后用于烘干或進入高溫風機。