水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾技術(shù)及應(yīng)用課件

1、水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾技術(shù)及應(yīng)用合肥水泥研究設(shè)計(jì)院袁文獻(xiàn) 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(xué)習(xí)之用。7/24/20221保護(hù)環(huán)境！7/24/20222項(xiàng)目情況國家科技部2005年科研院所專向資金項(xiàng)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(tuán)科技進(jìn)步二等獎7/24/20223目 錄一、前言二、水泥窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾技術(shù) 三、聯(lián)合處理垃圾技術(shù)在天臺水泥廠的應(yīng)用四、聯(lián)合處理城市生活垃圾系統(tǒng)投資和效益五、前景展望7/24/20224一、前 言我國城市生活垃圾產(chǎn)生量增長迅速。城市生活垃圾污染嚴(yán)重，其危害

2、性大?，F(xiàn)有技術(shù)難于適應(yīng)我國城市生活垃圾的特性。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(yīng)目前技術(shù)和市場形勢，急需開發(fā)投資省、運(yùn)行費(fèi)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)。7/24/20225生活垃圾堆積如山7/24/20226在垃圾山淘寶7/24/20227露天燒生活垃圾7/24/20228我國城市生活垃圾產(chǎn)生量增長迅速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。在城市周圍歷年堆存的生活垃圾量已達(dá)60億噸，侵占了約5億平方米的土地。目前全國每年產(chǎn)生的生活垃圾量已達(dá)1.5億噸。7/24/20229城市生活垃圾危害性占用耕地，污

3、染土壤及農(nóng)作物；污染地下水和地表水、污染大氣；造成白色污染；有礙人體健康，含有的危險(xiǎn)廢物造成重金屬中毒和致癌等；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(yán)重。7/24/202210生活垃圾特性和現(xiàn)有垃圾處理方式我國城市生活垃圾具有成分復(fù)雜、水分高、灰分高、熱值低的特性。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(diǎn)。 垃圾焚燒發(fā)電投資和運(yùn)行費(fèi)用高，熱能利用率低，難免產(chǎn)生二噁英等有毒物質(zhì)，灰渣要另行處理。水泥工業(yè)對固廢的處理具有環(huán)境友好性和經(jīng)濟(jì)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。7/24/202211水泥工業(yè)處理城市生活

4、垃圾技術(shù)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）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）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）存在缺陷：分選和后處理系統(tǒng)復(fù)雜，存在二次污染，投資和運(yùn)行費(fèi)用較高。7/24/202212項(xiàng)目研究的總體目標(biāo)發(fā)達(dá)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。目標(biāo)：適應(yīng)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。7/24/2022

5、13二、水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理城市生活垃圾技術(shù)1、主要研究內(nèi)容2、工藝技術(shù)介紹3、工藝技術(shù)特點(diǎn)4、相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)5、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 7/24/2022141、主要研究內(nèi)容發(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。 開發(fā)研制了專用的回轉(zhuǎn)式垃圾焚燒爐。開發(fā)研制了專用的垃圾喂料機(jī)。 設(shè)計(jì)了配套的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，檢測、控制和調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，協(xié)調(diào)水泥生產(chǎn)和焚燒垃圾同步進(jìn)行，相互促進(jìn)。 7/24/2022152、工藝技術(shù)介紹本工藝發(fā)明通過在水泥回轉(zhuǎn)窯旁設(shè)置垃圾焚燒爐來聯(lián)合處理原生城市生活垃圾，從水泥窯窯頭罩抽取冷卻水泥熟料的熱空氣作為城市生活垃圾焚燒的燃燒空氣，垃圾由垃圾喂料機(jī)喂入回轉(zhuǎn)式焚燒爐焚

6、燒，焚燒后產(chǎn)生的熱煙氣引進(jìn)水泥窯尾系統(tǒng)為水泥生料分解提供熱量，垃圾焚燒后產(chǎn)生的灰渣直接進(jìn)入水泥回轉(zhuǎn)窯作為生產(chǎn)水泥熟料的原料或作為水泥混合材，用計(jì)算機(jī)控制垃圾焚燒系統(tǒng)和水泥燒成系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，存放垃圾的垃圾池臭味等有害氣體經(jīng)袋除塵器除去粉塵后輸送到熟料冷卻機(jī)與高溫熟料接觸，臭味等有害氣體被分解、燃燒。7/24/2022162、工藝技術(shù)介紹7/24/2022172、工藝技術(shù)介紹本技術(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(shè)備，主要管道上裝有電動或氣動閥門，利用計(jì)算機(jī)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(shí)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(yùn)行。通過熱空氣管道上的閥門調(diào)節(jié)熱空氣

7、溫度和風(fēng)量；通過調(diào)節(jié)喂料機(jī)速度調(diào)節(jié)喂料量 ，控制煙氣溫度穩(wěn)定；通過控制焚燒爐轉(zhuǎn)速，控制垃圾在焚燒爐的時(shí)間，保證垃圾中有害物質(zhì)徹底被摧毀。計(jì)算機(jī)還根據(jù)焚燒煙氣進(jìn)水泥窯尾閥門的開度和水泥窯尾氣體溫度，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。7/24/2022183、工藝技術(shù)特點(diǎn)在不外加燃料的情況下，以窯頭高溫?zé)犸L(fēng)作為垃圾燃燒空氣，確保生活垃圾的連續(xù)、穩(wěn)定和充分燃燒。垃圾儲存及內(nèi)部運(yùn)輸產(chǎn)生的廢氣經(jīng)除塵處理后進(jìn)入熟料冷卻機(jī)。冷卻水泥熟料的熱風(fēng)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。 該焚燒工藝使垃圾焚燒溫

8、度高且停留時(shí)間長，焚燒煙氣進(jìn)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。7/24/2022194、相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)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系統(tǒng)”（專利號 200610076668.X）已取得專利證書。實(shí)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。 實(shí)用新型專利“垃圾喂料機(jī)” （專利號200620113309.2）已取得專利證書。7/24/2022205、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對于熱值5000KJ/Kg，水分50%的垃圾生產(chǎn)噸水泥熟料焚燒垃圾0.2t(濕基)；替代水泥熟料燒成用燃料的18.

9、4%；垃圾產(chǎn)生的熱量利用率為32.60%；灰渣全部用于水泥生產(chǎn)，無灰渣外排；系統(tǒng)電耗小于18.4kWh/t垃圾；廢氣排放低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)；投資和運(yùn)行成本明顯低于垃圾焚燒發(fā)電。 7/24/202221三、聯(lián)合處理垃圾技術(shù)在天臺水泥廠的應(yīng)用1、燒成工藝和設(shè)備2、垃圾焚燒設(shè)備和聯(lián)合焚燒工藝3、聯(lián)合焚燒垃圾系統(tǒng)的運(yùn)行和效果4、垃圾灰渣情況5、運(yùn)行結(jié)果及啟發(fā)7/24/2022221、燒成工藝和設(shè)備 該系統(tǒng)為傳統(tǒng)的300t/d五級預(yù)熱器窯生產(chǎn)線，主要設(shè)備性能參數(shù)為：1.窯尾電收塵器： 14/6/29/04 處理風(fēng)量85000m3/h，出口濃 度100mg/Nm3；2.窯尾高溫風(fēng)機(jī)： w6-2918.5 Q

10、=65000m3/h t=160 P=8045Pa 1430rpm；3.五級旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)： 右旋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(jī) 55kw；5.單筒冷卻機(jī)： 2.525m 斜度4.0% 12.5t/h 轉(zhuǎn)速 2.98r.p.m 主電機(jī) 55kw；7/24/2022232、垃圾焚燒設(shè)備和聯(lián)合焚燒工藝 垃圾焚燒系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備為垃圾焚燒爐和垃圾喂料機(jī)，規(guī)格和技術(shù)參數(shù)為：垃圾焚燒爐：回轉(zhuǎn)式，1.512m，2.5t/h，變頻調(diào)速，主電機(jī)15kw；垃圾喂料機(jī)：推入式，2-2.515, 2.5t/h，PCL控制調(diào)速，功率3kw。 對原系統(tǒng)進(jìn)行了

11、改造，將原窯頭罩尺寸加大，增加了簡易分解爐和三次風(fēng)管。7/24/2022242、垃圾焚燒設(shè)備和聯(lián)合焚燒工藝 7/24/202225水泥回轉(zhuǎn)窯和垃圾焚燒爐聯(lián)合處置垃圾系統(tǒng)7/24/2022262、垃圾焚燒設(shè)備和聯(lián)合焚燒工藝 照片左邊為水泥窯窯頭所在位置，右邊為五級旋風(fēng)預(yù)熱器位置；上方的圓筒為三次風(fēng)管，中間的圓筒為水泥窯，下邊的圓筒為垃圾焚燒爐；三次風(fēng)管中間裝一閥門，三次風(fēng)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(fēng)管中間的閥門打開，兩端向下的管道上的閥門關(guān)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(fēng)管中間的閥門適當(dāng)關(guān)閉，兩端向下的管道上的閥

12、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(shí)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(fēng)量，穩(wěn)定系統(tǒng)阻力。 7/24/2022273、系統(tǒng)的運(yùn)行和效果 焚燒的生活垃圾由廣元市環(huán)衛(wèi)處運(yùn)輸隊(duì)從運(yùn)向垃圾填埋場裝有市中區(qū)生活垃圾的垃圾車臨時(shí)調(diào)來，為隨機(jī)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(xiàng)目紙類塑料竹木布類廚余金屬玻璃渣石 %9.3111.222.752.4957.660.462.6813.437/24/202228待焚燒的廣元市生

13、活垃圾7/24/202229垃圾在焚燒爐內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定燃燒7/24/2022303、系統(tǒng)的運(yùn)行和效果 進(jìn)風(fēng)溫度出風(fēng)溫度混合溫度分解溫度負(fù)壓窯轉(zhuǎn)速窯頭喂煤窯尾喂煤喂料時(shí)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

14、.0193.01.251.102816:006188717559450.0183.01.31.103017:006189047899430.0183.01.31.103018:007/24/2022313、系統(tǒng)的運(yùn)行和效果在垃圾焚燒狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)，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(fēng)管熱風(fēng)溫度大于600時(shí)，垃圾焚燒溫度可達(dá)950。垃圾在焚燒爐內(nèi)停留時(shí)間超過30分鐘，焚燒煙氣在爐內(nèi)溫度大于900段的停留時(shí)間超過1秒鐘，出焚燒爐后通過管道進(jìn)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(shí)間將超過5秒鐘。與不燒垃圾相比，在熟料產(chǎn)量相同

15、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(bǔ)垃圾熱值的波動，穩(wěn)定分解爐溫度。在聯(lián)合處理垃圾過程中，系統(tǒng)未出現(xiàn)結(jié)皮等明顯影響生產(chǎn)的現(xiàn)象。 焚燒垃圾時(shí)生產(chǎn)的熟料質(zhì)量與不焚燒垃圾時(shí)沒有明顯變化，從焚燒爐出風(fēng)管抽取焚燒煙氣，未檢測出硫氧化物和氯化氫氣體。7/24/2022324、垃圾灰渣情況灰渣無臭氣，灰白色，顆粒均勻，無結(jié)渣，為粉末狀，粒徑小于3mm。7/24/2022334、垃圾灰渣情況成分LossSiO2AI2OFe2O3CaOMgOSO3RO2CI灰渣2.2132.83311.53.0644.851.431.980.1998.14熟料0.3921.3695.893.0265.

16、221.520.940.0198.351天2天3天抗折(MPa)2.03.24.7抗壓(MPa)4.71221.87/24/2022345、運(yùn)行結(jié)果及啟發(fā)水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾不用外加燃料。焚燒垃圾不影響水泥燒成系統(tǒng)的運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量。焚燒垃圾起到了替代燃料的作用。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。7/24/202235水泥窯和焚燒爐聯(lián)合處理生活垃圾不用外加燃料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(fēng)溫度大于600時(shí)，垃圾焚燒溫度可達(dá)900以上，完全符合生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB

17、18485-2001）對焚燒垃圾的溫度控制要求，煙氣在850以上停留時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過2秒。目前，城市垃圾低位熱值可達(dá)5000kJ/kg以上，隨著生活水平的提高，垃圾熱值將大幅度提高；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(fēng)均大于600，甚至達(dá)到1000。若有溫度比較高的燃燒空氣,焚燒爐溫度可控制在1100左右，可提升熱量利用率和取得更好處理效果。7/24/202236焚燒垃圾不影響水泥燒成系統(tǒng)的運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量在焚燒垃圾過程中，沒有發(fā)生預(yù)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。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?yàn)閺母G頭罩抽取的焚燒垃圾的熱風(fēng)攜帶有

18、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(jìn)入不到水泥燒成系統(tǒng)，自然不會對水泥燒成系統(tǒng)運(yùn)行和水泥熟料質(zhì)量造成影響。7/24/202237焚燒垃圾起到替代燃料的作用在水泥窯產(chǎn)量相當(dāng)情況下，在焚燒垃圾時(shí)，分解爐供煤流量減少，減少的比例波動在20%40%范圍內(nèi)。垃圾燃燒放出的熱量提高了進(jìn)入分解爐的三次風(fēng)溫度，使生料分解要求燃煤提供的熱量減少。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%。7/24/202

19、238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有條件檢測的項(xiàng)目均符合水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB4915-2004）和生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB18485-2001）排放限值的要求。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(yàn)，也應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于排放限值。我們將對垃圾焚燒灰渣在作水泥混合材的基礎(chǔ)上直接加入水泥窯，探討焚燒垃圾對水泥生產(chǎn)的影響，進(jìn)一步提高處理垃圾的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。7/24/202239四、聯(lián)合處理城市生活垃圾系統(tǒng)投資和效益（一）投資分析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(shè)垃圾焚燒裝

20、置、建設(shè)垃圾儲存池、增加垃圾吊運(yùn)和喂料設(shè)備、儲存池除臭環(huán)保設(shè)備、自動控制設(shè)備等。對1000t/d水泥廠,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。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(shè)施投資約6.5億元，處理垃圾噸投資按7萬元計(jì)算，處理垃圾投資0.7億元，總投資為7.2億元，與建設(shè)1000噸/日的垃圾焚燒發(fā)電廠（進(jìn)口設(shè)備）投資相近。7/24/202240四、聯(lián)合處理城市生活垃圾系統(tǒng)投資和效益（二）經(jīng)濟(jì)效益分析以1000t/d的水泥廠計(jì)算，日處理垃圾200噸，處理垃圾支出費(fèi)用合計(jì)695.2萬元。工廠節(jié)省燃料和原料費(fèi)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。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(bǔ)貼給處理垃圾的水泥廠，即可額外獲得豐厚的利潤。若原煤價(jià)格上升，每噸垃圾利用價(jià)值也隨之升高。可見，燃煤價(jià)格愈高的地區(qū)，處理垃圾經(jīng)濟(jì)效益愈高。7/24/202241四、聯(lián)合處理城市生活垃圾系統(tǒng)投資和效益（二）經(jīng)濟(jì)效益分析新建5000t/d水泥廠處理城市生活垃圾，投資約7.2億元，年產(chǎn)水泥180200萬噸，焚燒垃圾30萬噸。 水泥廠的產(chǎn)品按4