水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾技術(shù)及應用

1、2021-12-121水泥水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理窯和焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾技術(shù)及應用城市生活垃圾技術(shù)及應用合肥水泥研究設計院合肥水泥研究設計院袁文獻袁文獻 何宏濤何宏濤2010.08環(huán)衛(wèi)科技網(wǎng)搜集自互聯(lián)網(wǎng)，僅供研究學習之用。2021-12-122保護環(huán)境！保護環(huán)境！2021-12-123項目情況國家科技部2005年科研院所專向資金項目2008年底通過安徽省組織的技術(shù)鑒定2009年度中國建材聯(lián)合會技術(shù)發(fā)明三等獎2009年度中國建材集團科技進步二等獎2021-12-124目目 錄錄w 一、前言w 二、水泥窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾技術(shù) w 三、聯(lián)合處理垃圾技術(shù)在天臺水泥廠的應用w 四、聯(lián)合

2、處理城市生活垃圾系統(tǒng)投資和效益w 五、前景展望2021-12-125一、前一、前 言言w 現(xiàn)有技術(shù)難于適應我國城市生活垃圾的特性。w 垃圾焚燒爐和水泥窯聯(lián)合處理垃圾可解決垃圾處理難題 。 應目前技術(shù)和市場形勢，急需開發(fā)投資省、運行費用低、資源利用率高、環(huán)境效益好的水泥工業(yè)處理和利用城市生活垃圾新技術(shù)。2021-12-126生活垃圾堆積如山生活垃圾堆積如山2021-12-127在垃圾山淘寶在垃圾山淘寶2021-12-128露天燒生活垃圾露天燒生活垃圾2021-12-129w 我國城市生活垃圾的發(fā)生量日人均約1Kg，并以年平均9%的速度迅猛增長。w 在城市周圍歷年堆存的生活垃圾量已達60億噸，侵占

3、了約5億平方米的土地。w 目前全國每年產(chǎn)生的生活垃圾量已達1.5億噸。2021-12-1210w 占用耕地，污染土壤及農(nóng)作物；w 污染地下水和地表水、污染大氣；w 造成白色污染；w 有礙人體健康，含有的危險廢物造成重金屬中毒和致癌等；w 垃圾直接堆放和簡易填埋場對環(huán)境和人體健康影響更加嚴重。2021-12-1211生活垃圾特性和現(xiàn)有垃圾處理方式生活垃圾特性和現(xiàn)有垃圾處理方式w 我國城市生活垃圾具有成分復雜、水分高、灰分高、熱值低的特性。w 國內(nèi)外生活垃圾處理方式主要有衛(wèi)生填埋、堆肥和焚燒三種，其各有優(yōu)缺點。 w 垃圾焚燒發(fā)電投資和運行費用高，熱能利用率低，難免產(chǎn)生二噁英等有毒物質(zhì)，灰渣要另行處

4、理。w 水泥工業(yè)對固廢的處理具有環(huán)境友好性和經(jīng)濟性已有許多成功案例，水泥工業(yè)處理和利用生活垃圾方面國內(nèi)外已開發(fā)出多種技術(shù)，效果明顯。2021-12-1212水泥工業(yè)處理城市生活垃圾技術(shù)水泥工業(yè)處理城市生活垃圾技術(shù)w 垃圾焚燒后的灰渣或飛灰作為生產(chǎn)水泥的替代原料；（日本）w 垃圾制成垃圾衍生燃料，以此作為水泥燒成的替代燃料；（歐美）w 垃圾分選后分別作為生產(chǎn)水泥的替代原料和替代燃料 ；(其他國家）w 存在缺陷：分選和后處理系統(tǒng)復雜，存在二次污染，投資和運行費用較高。2021-12-1213項目研究的總體目標項目研究的總體目標w 發(fā)達國家的生活垃圾處理技術(shù)，我們只能借鑒，不能照搬，我們必須開發(fā)適合

5、我國垃圾成分和特性的水泥工業(yè)生活垃圾處理技術(shù)，最大限度地利用其能量和物質(zhì)，消除對環(huán)境的污染。w 目標：適應中國生活垃圾特性，直接焚燒原生垃圾，簡化處理過程，降低投資和處理成本，對生活垃圾的物質(zhì)和能量全利用，無殘留物，減少二次污染。2021-12-1214二、二、水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾技術(shù)城市生活垃圾技術(shù)w 1、主要研究內(nèi)容w 2、工藝技術(shù)介紹w 3、工藝技術(shù)特點w 4、相關知識產(chǎn)權(quán)w 5、主要技術(shù)經(jīng)濟指標 2021-12-12151 1、主要研究內(nèi)容、主要研究內(nèi)容w 發(fā)明了水泥回轉(zhuǎn)窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾的新工藝。 w 開發(fā)研制了專用的回轉(zhuǎn)式垃圾焚燒爐。

6、w 開發(fā)研制了專用的垃圾喂料機。 w 設計了配套的計算機控制系統(tǒng)，檢測、控制和調(diào)整運行參數(shù)，協(xié)調(diào)水泥生產(chǎn)和焚燒垃圾同步進行，相互促進。 2021-12-12162021-12-1217垃圾計量儲存喂料小倉水泥窯預熱器冷卻機分解爐喂料機焚燒爐鐵類金屬除塵器排風機鼓風機熟料輸送除鐵廢氣處理 爐渣熱空氣廢氣生料煙氣廢氣生料生料2021-12-1218w 本技術(shù)在系統(tǒng)的管道和焚燒爐、分解爐上裝有溫度及壓本技術(shù)在系統(tǒng)的管道和焚燒爐、分解爐上裝有溫度及壓力檢測設備，主要管道上裝有電動或氣動閥門，利用計力檢測設備，主要管道上裝有電動或氣動閥門，利用計算機技術(shù)，根據(jù)溫度和壓力等參數(shù)對垃圾焚燒系統(tǒng)適時算機技術(shù)，

7、根據(jù)溫度和壓力等參數(shù)對垃圾焚燒系統(tǒng)適時控制，使垃圾焚燒系統(tǒng)和水泥熟料燒成系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行?？刂?，使垃圾焚燒系統(tǒng)和水泥熟料燒成系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行。w 通過熱空氣管道上的閥門調(diào)節(jié)熱空氣溫度和風量；通過熱空氣管道上的閥門調(diào)節(jié)熱空氣溫度和風量；w 通過調(diào)節(jié)喂料機速度調(diào)節(jié)喂料量通過調(diào)節(jié)喂料機速度調(diào)節(jié)喂料量 ，控制煙氣溫度穩(wěn)定；，控制煙氣溫度穩(wěn)定；w 通過控制焚燒爐轉(zhuǎn)速，控制垃圾在焚燒爐的時間，保證通過控制焚燒爐轉(zhuǎn)速，控制垃圾在焚燒爐的時間，保證垃圾中有害物質(zhì)徹底被摧毀。垃圾中有害物質(zhì)徹底被摧毀。w 計算機還根據(jù)焚燒煙氣進水泥窯尾閥門的開度和水泥窯計算機還根據(jù)焚燒煙氣進水泥窯尾閥門的開度和水泥窯尾氣體溫度，調(diào)節(jié)分解

8、爐喂煤量，保證水泥熟料燒成系尾氣體溫度，調(diào)節(jié)分解爐喂煤量，保證水泥熟料燒成系統(tǒng)熱工制度穩(wěn)定。統(tǒng)熱工制度穩(wěn)定。2021-12-1219w 垃圾儲存及內(nèi)部運輸產(chǎn)生的廢氣經(jīng)除塵處理后進入熟料冷卻機。w 冷卻水泥熟料的熱風中含有的水泥熟料顆粒為堿性物質(zhì)，吸收垃圾焚燒產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，有害氣體污染物排放少，垃圾灰渣作生產(chǎn)水泥原料或混合材，無灰渣外排。 w 該焚燒工藝使垃圾焚燒溫度高且停留時間長，焚燒煙氣進入水泥窯尾廢氣中形成稀釋作用，混合廢氣中存在大量新生氧化鈣，這些都有效抑制二噁英類物質(zhì)的形成。2021-12-12204 4、相關知識產(chǎn)權(quán)、相關知識產(chǎn)權(quán)w 發(fā)明專利“水泥回轉(zhuǎn)窯和焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾

9、系統(tǒng)”（專利號 200610076668.X）已取得專利證書。w 實用新型專利“回轉(zhuǎn)式垃圾焚燒爐”（專利號ZL200620113310.5）已取得專利證書。 w 實用新型專利“垃圾喂料機” （專利號200620113309.2）已取得專利證書。2021-12-12215 5、主要技術(shù)經(jīng)濟指標、主要技術(shù)經(jīng)濟指標 2021-12-1222三、三、聯(lián)合處理垃圾技術(shù)在天臺聯(lián)合處理垃圾技術(shù)在天臺水泥廠的應用水泥廠的應用w 1、燒成工藝和設備w 2、垃圾焚燒設備和聯(lián)合焚燒工藝w 3、聯(lián)合焚燒垃圾系統(tǒng)的運行和效果w 4、垃圾灰渣情況w 5、運行結(jié)果及啟發(fā)2021-12-12231 1、燒成工藝和設備燒成工藝

10、和設備 該系統(tǒng)為傳統(tǒng)的300t/d五級預熱器窯生產(chǎn)線，主要設備性能參數(shù)為：w 1.窯尾電收塵器： 14/6/29/04 處理風量85000m3/h，出口濃 度100mg/Nm3；w 2.窯尾高溫風機： w6-2918.5 Q=65000m3/h t=160 P=8045Pa 1430rpm；w 3.五級旋風預熱器系統(tǒng)： 右旋w 4.回轉(zhuǎn)窯： 2.542m 斜度3.5 % 12.5t/h 轉(zhuǎn)速 0.73.2r.p.m 主電機 55kw；w 5.單筒冷卻機： 2.525m 斜度4.0% 12.5t/h 轉(zhuǎn)速 2.98r.p.m 主電機 55kw；2021-12-12242 2、垃圾焚燒設備和聯(lián)合焚

11、燒工藝垃圾焚燒設備和聯(lián)合焚燒工藝 垃圾焚燒系統(tǒng)主機設備為垃圾焚燒爐和垃圾喂料機，規(guī)格和技術(shù)參數(shù)為：w 垃圾焚燒爐：回轉(zhuǎn)式，1.512m，2.5t/h，變頻調(diào)速，主電機15kw；w 垃圾喂料機：推入式，2-2.515, 2.5t/h，PCL控制調(diào)速，功率3kw。 對原系統(tǒng)進行了改造，將原窯頭罩尺寸加大，增加了簡易分解爐和三次風管。2021-12-12252 2、垃圾焚燒設備和聯(lián)合焚燒工藝垃圾焚燒設備和聯(lián)合焚燒工藝 2021-12-1226水泥回轉(zhuǎn)窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處置垃圾系統(tǒng)水泥回轉(zhuǎn)窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處置垃圾系統(tǒng)2021-12-12272 2、垃圾焚燒設備和聯(lián)合焚燒工藝垃圾焚燒設備和聯(lián)合焚燒工藝

12、 照片左邊為水泥窯窯頭所在位置，右邊為五級旋風預熱器位置；上方的圓筒為三次風管，中間的圓筒為水泥窯，下邊的圓筒為垃圾焚燒爐；三次風管中間裝一閥門，三次風管的兩端通過向下的管道與垃圾焚燒爐頭尾部相連接；兩端向下的管道上也裝有閥門。三次風管中間的閥門打開，兩端向下的管道上的閥門關閉，焚燒爐內(nèi)無氣體通過，系統(tǒng)處于正常的生產(chǎn)水泥熟料狀態(tài)；三次風管中間的閥門適當關閉，兩端向下的管道上的閥門全部打開，焚燒爐內(nèi)有一定量氣體通過，系統(tǒng)處于生產(chǎn)水泥熟料同時焚燒垃圾的狀態(tài)；調(diào)節(jié)中間閥門的開度，即能調(diào)節(jié)通過焚燒爐的氣體量，從而平衡系統(tǒng)風量，穩(wěn)定系統(tǒng)阻力。 2021-12-12283、系統(tǒng)的運行和效果 焚燒的生活垃圾

13、由廣元市環(huán)衛(wèi)處運輸隊從運向垃圾填埋場裝有市中區(qū)生活垃圾的垃圾車臨時調(diào)來，為隨機抽取的市中區(qū)市民產(chǎn)生的新鮮綜合生活垃圾。垃圾的成分如表1，綜合水分：M=46.92%；灰分：A=21.13%；收到基低位熱值：Qnet=5312kJ/kg。項目紙類 塑料竹木布類廚余金屬 玻璃渣石 %9.3111.22 2.752.4957.66 0.462.6813.432021-12-1229待焚燒的廣元市生活垃圾待焚燒的廣元市生活垃圾2021-12-1230垃圾在焚燒爐內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定燃燒垃圾在焚燒爐內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定燃燒2021-12-12313 3、系統(tǒng)的運行和效果系統(tǒng)的運行和效果 進風溫度出風溫度混合溫度分解溫度負壓窯

14、轉(zhuǎn)速窯頭喂煤窯尾喂煤喂料時間603973629450.0192.61.151.252410:006173014869410.0182.61.151.252411:006164255039480.0182.61.151.22412:006105155549420.0172.81.151.22613:006096236109460.0182.81.21.152614:006137266459400.0183.01.21.152615:006198177059420.0193.01.251.102816:006188717559450.0183.01.31.103017:00618904789943

15、0.0183.01.31.103018:002021-12-12323 3、系統(tǒng)的運行和效果系統(tǒng)的運行和效果w 在垃圾焚燒狀態(tài)穩(wěn)定時，水泥窯產(chǎn)量10.5t/h，垃圾焚燒量約2t/h，折合生產(chǎn)1t熟料焚燒0.2t垃圾。三次風管熱風溫度大于600時，垃圾焚燒溫度可達950。垃圾在焚燒爐內(nèi)停留時間超過30分鐘，焚燒煙氣在爐內(nèi)溫度大于900段的停留時間超過1秒鐘，出焚燒爐后通過管道進入分解爐，分解爐內(nèi)溫度超過900，焚燒煙氣在大于900段總共停留時間將超過5秒鐘。w 與不燒垃圾相比，在熟料產(chǎn)量相同的情況下，分解爐用煤量明顯減少，通過調(diào)整分解爐的喂煤量可以彌補垃圾熱值的波動，穩(wěn)定分解爐溫度。在聯(lián)合處理垃

16、圾過程中，系統(tǒng)未出現(xiàn)結(jié)皮等明顯影響生產(chǎn)的現(xiàn)象。 w 焚燒垃圾時生產(chǎn)的熟料質(zhì)量與不焚燒垃圾時沒有明顯變化，從焚燒爐出風管抽取焚燒煙氣，未檢測出硫氧化物和氯化氫氣體。2021-12-12334 4、垃圾灰渣情況垃圾灰渣情況w 灰渣無臭氣，灰白色，顆粒均勻，無結(jié)渣，為粉末狀，粒徑小于3mm。2021-12-12344 4、垃圾灰渣情況垃圾灰渣情況成分成分LossLossSiO2SiO2AI2OAI2OFe2O3Fe2O3CaOCaOMgOMgOSO3SO3RO2RO2CICI灰渣灰渣2.212.2132.8332.83311.5311.53.063.0644.8544.851.431.431.981

17、.980.190.1998.1498.14熟料熟料0.390.3921.3621.3695.8995.893.023.0265.2265.221.521.520.940.940.010.0198.3598.351天天2天天3天天抗折抗折(MPa)2.03.24.7抗壓抗壓(MPa)4.71221.82021-12-12355 5、運行結(jié)果及啟發(fā)運行結(jié)果及啟發(fā)w 水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾不用外加燃料。w 焚燒垃圾不影響水泥燒成系統(tǒng)的運行和產(chǎn)品質(zhì)量。w 焚燒垃圾起到了替代燃料的作用。w 水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾能夠?qū)崿F(xiàn)無害化、資源化和無殘留處理。2021-12-1236水泥窯和焚燒爐聯(lián)

18、合處理生活垃水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾不用外加燃料圾不用外加燃料w 采用水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾技術(shù)，焚燒混合收集的原生城市生活垃圾，不外加燃料，在從水泥窯窯頭罩抽取的焚燒熱風溫度大于600時，垃圾焚燒溫度可達900以上，完全符合生活垃圾焚燒污染控制標準（GB18485-2001）對焚燒垃圾的溫度控制要求，煙氣在850以上停留時間遠遠超過2秒。w 目前，城市垃圾低位熱值可達5000kJ/kg以上，隨著生活水平的提高，垃圾熱值將大幅度提高；w 現(xiàn)在水泥生產(chǎn)大部分采用新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯，水泥窯窯頭罩的熱風均大于600，甚至達到1000。w 若有溫度比較高的燃燒空氣,焚燒爐溫度可控制在11

19、00左右，可提升熱量利用率和取得更好處理效果。2021-12-1237焚燒垃圾不影響水泥燒成系統(tǒng)的焚燒垃圾不影響水泥燒成系統(tǒng)的運行和產(chǎn)品質(zhì)量運行和產(chǎn)品質(zhì)量w 在焚燒垃圾過程中，沒有發(fā)生預熱器結(jié)皮、堵塞和窯結(jié)圈現(xiàn)象，對水泥生產(chǎn)操作沒產(chǎn)生影響。w 垃圾中氯、硫、堿對水泥燒成系統(tǒng)的影響沒有出現(xiàn)，原因是因為從窯頭罩抽取的焚燒垃圾的熱風攜帶有大量的水泥熟料顆粒，它含有65%以上的CaO，而且處于高溫活性期，把垃圾燃燒分解出的酸性物質(zhì)吸收并固定，本次焚燒的垃圾灰渣中CaO、SO3、氯化物明顯增高和煙氣中檢測不出SO2、HCI氣體已給予充分說明。酸性物質(zhì)的固定使其進入不到水泥燒成系統(tǒng)，自然不會對水泥燒成系統(tǒng)

20、運行和水泥熟料質(zhì)量造成影響。2021-12-1238焚燒垃圾起到替代燃料的作用焚燒垃圾起到替代燃料的作用w 在水泥窯產(chǎn)量相當情況下，在焚燒垃圾時，分解爐供煤流量減少，減少的比例波動在20%40%范圍內(nèi)。w 垃圾燃燒放出的熱量提高了進入分解爐的三次風溫度，使生料分解要求燃煤提供的熱量減少。w 焚燒垃圾起到了替代燃料的作用，替代水泥熟料燒成用燃料約1220%。2021-12-1239水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾能夠?qū)嵥喔G和焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾能夠?qū)崿F(xiàn)無害化、資源化和無殘留處理現(xiàn)無害化、資源化和無殘留處理w 有條件檢測的項目均符合水泥工業(yè)大氣污染物排放標準（GB4915-2004）和生活垃圾焚

21、燒污染控制標準（GB18485-2001）排放限值的要求。w 沒條件檢測的重金屬和二噁英類物質(zhì)的排放，根據(jù)國外水泥窯處理廢物的經(jīng)驗，也應該遠遠低于排放限值。w 我們將對垃圾焚燒灰渣在作水泥混合材的基礎上直接加入水泥窯，探討焚燒垃圾對水泥生產(chǎn)的影響，進一步提高處理垃圾的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。2021-12-1240四、聯(lián)合處理城市生活垃圾系統(tǒng)四、聯(lián)合處理城市生活垃圾系統(tǒng)投資和效益投資和效益（一）投資分析w 1利用現(xiàn)有新型干法水泥窯處理城市生活垃圾的投資 需在水泥回轉(zhuǎn)窯附近另設垃圾焚燒裝置、建設垃圾儲存池、增加垃圾吊運和喂料設備、儲存池除臭環(huán)保設備、自動控制設備等。對1000t/d水泥廠,

22、日處理垃圾200噸，新增加投資 1400萬元，噸投資7萬元，僅是垃圾焚燒發(fā)電單位投資的1/10。w 2新建水泥廠處理城市生活垃圾的投資 新建5000t/d水泥廠，日處理垃圾1000噸，水泥廠生產(chǎn)設施投資約6.5億元，處理垃圾噸投資按7萬元計算，處理垃圾投資0.7億元，總投資為7.2億元，與建設1000噸/日的垃圾焚燒發(fā)電廠（進口設備）投資相近。2021-12-1241四、聯(lián)合處理城市生活垃圾系統(tǒng)四、聯(lián)合處理城市生活垃圾系統(tǒng)投資和效益投資和效益（二）經(jīng)濟效益分析w 以1000t/d的水泥廠計算，日處理垃圾200噸，處理垃圾支出費用合計695.2萬元。工廠節(jié)省燃料和原料費用5.6104.8=586.88萬元。支出與節(jié)省的差額為108.32萬元。成本為108.32/5.6=19.34元/噸。w 該成本低于填埋方式的35元/噸成本。若國家把現(xiàn)行垃圾焚燒最低處理成本90元/噸的一半補貼給處理垃圾的水泥廠，即可額外獲得豐厚的利潤。w 若原煤價格上升，每噸垃圾利用價值也隨之升高?？梢?，燃煤價格愈高的地區(qū)，處理垃圾經(jīng)濟效益愈高。2021-12-1242四、聯(lián)合處理城市生活垃圾系統(tǒng)四、聯(lián)合處理城市生活垃圾系統(tǒng)投資和效益投資和效益（二）經(jīng)濟效益分析w 新建5000t/d水泥廠處理城市生活垃圾，投資約7.2億元，年