简论固体废物水泥窑共处置技术

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简论固体废物水泥窑共处置技术

1、前言概论       中国是水泥生产和消费大国，受资源、能源与环境因素的制约，水泥工业必须走可持续发展之路，解决大量生活垃圾与工业废物处理需求与水泥工业对于原料需求的办法有两类：(1)利用焚烧炉焚烧工业固体废物和生活垃圾，再把焚烧灰做水泥生产的原料，通过配料计算加入原料中，来烧制水泥熟料。(2)把工业固体废物或生活垃圾在水泥窑中焚烧，水泥生产过程既用做固体废物焚烧，又进行水泥熟料烧成，同时焚烧灰又可以做水泥原料。       水泥窑焚烧处理危险废物在发达国家中已经得到了广泛的认可和应用。随着水泥窑焚烧危险废物的理论与实践的发展与各国相关环保法规的健全，该项技术在经济和环保方面显示出了巨大优势，形成产业规模，在发达国家废物危险废物处理中发挥着重要作用。 2、水泥窑共处置废物的技术简述 2.1水泥生产工艺简述       硅酸盐水泥的生产一般分为三个阶段：生料制备、熟料煅烧与水泥粉磨成品。首先，石灰质原料、粘土质原料和少量校正原料经破碎后，按一定比例配合、磨细，并调配为成分合适、质量均匀的生料，称为生料制备；其次，生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得到的以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，称为熟料煅烧；最后，熟料加适量石膏，有时还加适量混合材料或外加剂共同磨细为水泥，称为水泥粉磨。       水泥的生产方法按照生料制备方法的不同，分为以下四类：       一、将原料同时烘干和粉磨或先烘干后粉磨成生粉料后入窑煅烧，称为干法；       二、将生料粉加入适量水分制成生料球后入窑煅烧，称为半干法；       三、将原料加水粉磨成料浆后炉窑煅烧，称为湿法；       四、将湿法制备的生料浆脱水后，制成生料块入窑煅烧，称为半湿法。       熟料的煅烧采用立窑和回转窑。立窑适用于规模较小的工厂，而大、中型厂则宜采用回转窑。回转窑又分为干法窑、立波尔窑、湿法窑。目前新型干法预热回转窑因其高效、低耗、环保而得到愈来愈广泛的应用。 2.2水泥窑处理的废物种类及处理方式       水泥窑可以处理的废物包括生活垃圾，各种污泥(下水道污泥、造纸厂污泥、河道污泥、污水处理厂污泥等)，工业固体废物(粉煤灰、高炉矿渣、煤矸石、硅藻土、废石膏等)，工业危险废物，各种有机废物(废轮胎、废橡胶、废塑料、废油等)。       水泥窑之所以能够成为废物的处理方式，主要是因为废物能够为水泥生产所用，可以以二次原料和二次燃料的形式参与水泥熟料的煅烧过程，二次燃料通过燃烧放热把热量供给水泥煅烧过程，而燃烧残渣则作为原料通过煅烧时的固、液相反应进入熟料主要矿物，燃烧产生的废气和粉尘通过高效收尘设备净化后排入大气，收集到的粉尘则循环利用，达到既生产了水泥熟料又处理了废弃物、同时减少环境负荷的良好效果。       根据成分与性质，不同的废物在水泥生产过程中的用途不同，主要包括以下四个方面：       一、替代燃料：主要为高热值有机废物；       二、替代原料：主要为低热值无机矿物材料废物；       三、混合材料：适宜在水泥粉磨阶段添加的成分单一的废物；       四、工艺材料：可作为水泥生产某些环节，如火焰冷却、尾气处理的工艺材料的废物。 2.3水泥窑处置废物的特点与优势       水泥生产中利用粉煤灰、炉渣、各种尾矿以及工业废渣代用天然原料已非常普遍，并取得了可观的经济效益和社会效益。        水泥窑处置废物的特点和优势大致有一下11点：        1.焚烧温度高。水泥窑内物料温度一般高于1450℃，气体温度则高于1750℃左右；甚至可达更高温度1500℃和2200℃。在此高温下，废物中有机物将产生彻底的分解，一般焚毁去除率达到99．99％以上，对于废物中有毒有害成分将进行彻底的“摧毁"和“解毒"。       2. 停留时间长。水泥回转窑筒体长，废物在水泥窑高温状态下持续时间长。根据一般统计数据，物料从窑头到窑尾总停留时间在40分钟左右：气体在温度大于950℃以上的停留时间在8秒以上，高于1300℃以上停留时间大于3秒，可以使废物长时间处于高温之下，更有利于废物的燃烧和彻底分解。        3. 焚烧状态稳定。水泥工业回转窑有一个热惯性很大，十分稳定的燃烧系统。它是由回转窑金属简体、窑内砌筑的耐火砖以及在烧成带形成的结皮和待煅烧的物料组成，不仅质量巨大，而且由于耐火材料具有的隔热性能，因此，更使得系统热惯性增大，不会因为废物投入量和性质的变化，造成大的温度波动。        4.良好的湍流。水泥窑内高温气体与物料流动方向相反，湍流强烈，有利于气固相的混合、传热、传质、分解、化合、扩散．        5.碱性的环境气氛。生产水泥采用的原料成分决定了在回转窑内是碱性气氛，水泥窑内的碱性物质可以和废物中的酸性物质中和为稳定的盐类，有效的抑制酸性物质的排放，便于其尾气的净化，而且可以与水泥工艺过程一并进行。       6.没有废渣排出。在水泥生产的工艺过程中，只有生料和经过煅烧工艺所产生的熟料，没有一般焚烧炉焚烧产生炉渣的问题。        7.固化重金属离子。利用水泥工业回转窑煅烧工艺处理危险废物，可以将废物成分中的绝大部分重金属离子固化在熟料中，最终进入水泥成品中，避免了再度扩散。        8.减少社会总体废气排放量。由于可燃性废物对矿物质燃料的替代，减少了水泥工业对矿物质燃料(煤、天然气、重油等)的需要量。总体而言，比单独的水泥生产和焚烧废物产生的废气(CO。、SO。、Cl等)排放量大为减少。       9.焚烧处置点多，适应性强。水泥工业不同工艺过程的烧成系统，无论是湿法窑、半干法立波尔窑，还是预热窑和带分解炉的旋风预热窑，整个系统都有不同高温投料点，可适应各种不同性质和形态的废料。       10.废气处理效果好。水泥工业烧成系统和废气处理系统，使燃烧之后的废气经过较长的路径和良好的冷却和收尘设备，有着较高的吸附、沉降和收尘作用，收集的粉尘经过输送系统返回原料制备系统可以重新利用。        11.建设投资较小，运行成本较低。利用水泥回转窑来处置废物，虽然需要在工艺设备和给料设施方面进行必要的改造，并需新建废物贮存和预处理设施，但与新建专用焚烧厂比较，还是大大节省了投资。在运行成本上，尽管由于设备的折旧、电力和原材料的消耗，人工费用等使得费用增加，但是燃烧可燃性废物要可以节省燃料，降低燃料成本，燃料替代比例越高，经济效益越明显。 2.4利用水泥窑处置危险废物的主要问题        虽然利用水泥窑处理废物具有上述的优点与特点，但利用水泥窑处理与利用废物也有一定的限制，需要注意以下几个技术方面的问题：        (1)对水泥质量的影响：将废物流引入现有的水泥窑中有可能破坏工艺过程或影响产品的质量，如废物中过高的S、C1、F等的含量会造成水泥窑运行上的问题，因而必须对废物流作仔细研究，并对适合处理的废物作出限定。         (2)污染物排放达标：将废物流引入现有的水泥窑焚烧可能产生额外的或更高负荷的污染物排放，因此需要对用作燃料的废物进行严格的筛选和控制，对系统排放的气体进行更加严格的限制，增加必要的在线测量装置和收尘设备。       (3)配备化验、测量和安全设备：为了保证废物，尤其是废物在收集、贮存、运输、装卸、计量、投入过程中的安全，需要增加一系列化验、测量和安全设备，增加了操作、控制的难度和复杂性，同时也需要一定的人力资源消耗。       (4)增加预处理设施：为了便于工艺操作，提高废物处理效率，保证水泥厂的安全生产，必须对某些废物进行预处理。       为尽量避免上述问题，利用水泥窑处置危险废物应遵循以下基本原则：       1.同其它废物处置方式一样，应尽可能在废物最小量化的基础上进行；       2.应比其它废物处置方式在经济上、生态上、环保上更为可行；       3.水泥厂处置废物是在水泥生产过程中进行的，废物处置不能影响水泥厂正常生产，不能影响水泥产品质量，不能对生产设备造成损坏，不能对操作工人健康造成危害，不能对厂区及周围环境造成明显影响；       4.不能带来水泥厂污染物排放的显著升高；       5.必须满足国家及地方相关法律法规和废物处置规划的要求。 3水泥窑共处置危险废物污染控制标准 3.1标准的适用范围        本标准适用于利用水泥窑共处置危险废物过程中的污染控制和监督管理。        目前我国水泥企业共处置废物种类主要限于常规的工业废渣．这些工业废渣通常作为替代原料加入生料或作为混合材加入熟料中，共处置易于操作，环境和安全风险小，因此本标准不对该类废物的共处置做强制性要求。除危险废物和常规工业废渣的其他废物，如废轮胎、废皮革、废塑料、废纸屑、废木屑和生活污泥等在水泥窑中共处置的环境保护技术要求可参考本标准执行。事故应急废物在水泥窑的共处置具有特殊性，因此不适用本标准的规定，应按《水泥窑共处置危险废物环境保护技术指南》中的相关要求执行。 3.2标准的主要内容        本标准的主要内容包括以下六个部分：共处置设施技术要求，共处置设施位置基本要求，入窑共处置危险废物特性要求，运行技术要求，大气污染物排放限值，监督和监测。其中，后三个部分是本标准的核心内容，面前三个部分是对《水泥窑共处置危险废物指南》对应内容的简化和总结。        运行技术要求包括一氧化碳(C0)和碳氢化合物(HC，以丙烷计)排放浓度要求、危险废物投加要求、水泥产品环境保护品质要求等。其核心内容是规定了水泥窑共处置危险废物时排放烟气中CO和HC的浓度限值，其它要求与《水泥窑共处置危险废物指南》的对应内容一致。         大气污染物排放限值，本标准在制定人气污染物排放限值时采用以下方法和原则：        (1)技术可行性原则，即要求标准限值与现有的污染控制技术水平紧密结合。        (2)参考欧洲和美国共处置危险废物水泥窑的排放标准和排放统计数据。我国水泥窑共处置危险废物相当于美国二十世纪90年代的水平，因此美国共处置危险废物水泥窑的排放数据对制定本标准排放限值具有一定的参考价值。        (3)结合我国实际情况，参考在试点水泥企业进行危险废物试烧试验时的人气污染物排放数据。        (4)排放限值应有利于技术水平和管理水平较高的企业从事水泥窑共处置危险废物的业务，促使该行业具有较高的起点，最大限度的降低水泥窑共处置危险废物的环境和安全风险。        监督和监测要求包括尾气监测、水泥产品检测和危险废物的试烧和焚毁去除率的评价。        尾气监测要求规定了采样孔要求、采样要求、监测频次要求、监测方法要求等。为确保危险废物共处置的安全性，在对国内外水泥生产企业烟气监测技术水平调查的基础上，本标准规定颗粒物、NOx、SO2、HCL、CO(或碳氢化合物)应执行在线监测，以24小时评均值作为连续监测达标考核的依据。        水泥产品检测要求规定了水泥产品环境保护品质的检测方法和检测频次。检测方法参照《固体废物生产建筑材料环境保护控制标准》，自行检测频次与常规水泥产品质量检测一致。共处置企业在开展共处置危险废物之前，应开展试烧和焚毁去除率的评价，试烧结果合格后方可颁发危险废物的经营许可证。试烧的目的是检验和了解共处置所用水泥窑的污染控制水平和对有机化合物的分解破坏能力和效果。危险废物的试烧和焚毁去除率的评价程序和要求按照《水泥窑共处置危险废物指南》的要求执行。 4结论与建议         水泥窑处置废物具有焚烧温度高，停留时间长，热回收和资源利用效果好、环境友好、经济效益显著等诸多优点，借鉴发达国家的先进经验，将废物处置与水泥工业的可持续发展结合起来，利用水泥窑焚烧处理废物，是较为适合中国国情的做法。         为了促进水泥厂处置危险废物技术健康有序地发展，急需制定针对水泥窑处置危险废物的法规、标准，出台相关优惠政策；国家应提出中国固体废物和危险废物处置和利用的总体技术路线，制定相应的税收政策、收费标准、产品质量标准、环境标准和许可制度，鼓励水泥企业积极参与危险废物处置和利用，保证该项事业健康有序的发展；进一步开展水泥厂处置危险废物方面的科学研究和技术开发工作，重点包括不同类型废物在水泥窑焚烧或煅烧的特点、重金属在煅烧过程中的行为、水泥厂处置废物的技术标准、废物预处理工艺、废物加料装置等。 寻找标准：《水泥窑共处置危险废物污染控制标准》的電子版