第二节　水泥生产协同处置废弃物技术及发展

一、协同处置废弃物中有害物质限量规定

我国部分水泥企业使用大量的工业废物代替水泥生产过程中的部分原料和燃料，少数企业使用污泥、城市生活垃圾和废皮革等代替部分燃料和原料。使用废物作为原料的成分比较重要，必须符合生产熟料的成分要求。对用于协同处置废弃物中有害物质限量的规定及在用于协同处置的废弃物中有害物质限量问题上，欧洲没有统一的规定，各国根据具体情况制定本地区的限量标准。奥地利、瑞士、德国、西班牙、比利时、法国等国都对可接受的废弃物提出了限制要求。表6.1为奥地利、瑞士和德国对“可用于协同处置的废弃物中各种有害物质含量”的限值要求，表6.2为西班牙、比利时、法国对替代燃料中各种有害物质的限值要求，表6.3为西班牙、比利时、法国、瑞士对替代原料中各种有害物质的限值要求。

从表6.1、表6.2可以看出，奥地利、瑞士和德国等国家对水泥窑协同处置的可燃废物中的重金属含量的要求更加严格一些，德国的限值最为严格。其中，各国对卤素（主要是Cl）、S、PCBs和重金属中的易挥发性元素Hg、Tl及可形成剧毒物质三氧化二砷的As元素的限值都比较严格，以保证处置的安全性。

从表6.3可以看出，瑞士对用于水泥窑协同处置的替代原料中重金属含量的限值要求比较严格，明确规定了各重金属元素的限值。而比利时和法国则更加注重替代原料中的有机有害成分，对重金属含量限值没有进行限值要求。西班牙则是对有机有害成分和重金属中危害比较大的元素进行了限值规定。对比表6.2和表6.3可以看出，西班牙、比利时、法国等国家对替代燃料的要求比替代原料的要求更加严格。

另外，由于替代燃料的含水率、热值会影响水泥窑燃料的整体品质，灰分会影响水泥熟料的成分，因此，欧盟的瑞典、意大利对替代燃料的热值、含水率、灰分也进行了规定。意大利规定替代燃料含水率最大25％，热值最低15MJ/kg，灰分最大20％。欧盟和美国也对水泥厂焚烧废弃物产生的大气污染物规定了排放限值，见表6.4。

瑞士提出熟料和水泥中的污染物含量必须满足规定的标准限值要求（见表6.5），否则必须减少废弃物处置量。

二、污泥的处理技术与装备

目前，国内处理污泥的企业相对还是比较少的，处理方法为：作为生料配料处置，直接送烟室焚烧处置，直接干化后焚烧处置，间接干化后焚烧处置等。水泥窑协同处置污泥工程建设内容应包括（水泥窑协同处置污泥工程设计规范征求意见稿）进厂接收系统、分析鉴别系统、储存与输送系统、焚烧系统、热能利用系统、烟气净化系统、自动化控制系统、在线监测系统、电气系统、压缩空气供应、供配电、给排水、污水处理、消防、通信、暖通空调、机械维修、车辆冲洗等。水泥窑接收污泥的泥质特性应满足表6.6的要求。

水泥窑协同处置污泥预处理系统中的污染物排放标准应符合相关国家标准的有关规定：大气污染物应符合《水泥工业大气污染物排放标准》GB 4915的有关规定，污水处理程度及污水排放应符合现行国家标准《污水综合排放标准》GB 8978的有关规定，排放恶臭气体还应符合现行国家标准《恶臭污染物排放标准》GB 14554的有关规定。污泥焚烧产生烟气并没有相应国家污染控制标准，可参考《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB 18485规定执行。利用固体废物生产水泥，水泥中重金属的有限量限制应符合表6.7的要求。

1.污泥作为生料配料

污泥作为原料，与其他原料一起烘干后入预热器和窑高温煅烧，可燃成分能充分燃烧，灰分入窑形成熟料。例如浙江某水泥公司（5000t/d）采用此方法处置污泥，每天处置造纸污泥200～300t，单位产品消耗污泥量0.055t，焚烧污泥政府补助120元/t，扣除运费外，每吨补助55元左右。工艺流程为专用汽车运输（含水污泥）→污泥料仓→带计量的铰刀→皮带输送→原料仓→输送设备→预热器。

此方法处置污泥投资少，方法简单。污泥作为原料利用时需重点关注的问题是，作为原料之一搭配使用，因其含水量高（75％左右），生料制备过程中需要注意水的用量。污泥含一定量的可燃成分对预热器系统有一定影响，应调整好用量，防止结皮和预热器系统出口温度过高的问题。污泥中含有一定量可燃成分，粉磨后进入预热器系统充分燃烧，释放出的热量正好提供生料预热和分解，从而减少燃料用量，在一定程度上降低了能耗。使用污泥量适当时对熟料质量无不利影响。另外，污泥和生料一起经过烘干，一方面污泥中水分蒸发部分提高污泥热值，对节约能源有好处；另一方面，会产生二英等有害物质，如果未经处理排放会造成大气污染。

2.利用水泥窑直接焚烧污泥的工艺技术

国内少数企业利用水泥窑直接焚烧污泥。例如，湖州南方水泥有限公司利用水泥窑直接焚烧污泥。工艺流程为专用汽车运输（湿污泥）→污泥接受仓（密闭）→带计量的污泥泵→烟室。

湖州南方水泥公司2×5000t/d熟料生产线协同处置400t/d含水率80％湿污泥，每条熟料生产线处置污泥200t/d。污泥仓内含水率80％的污泥将通过液压泵输送至分解炉，经过850℃以上高温的焚烧处置，水量被基本蒸发。污泥灰分再经由1400℃的水泥回转窑处理，剩余灰渣固化进入水泥，实现100％无公害处理。政府每吨污泥补助160元左右，处理后的污泥完全融合到水泥中，水泥品质未受到任何不良影响。此方法的优点是对环境没有污染，投资少，缺点是能耗较高，不能大量处理污泥，处理量较大的时候对水泥强度有所影响。处置污泥过程要注意氯离子和重金属离子对熟料产生过程和质量的影响。

通过运行观察，湖州南方水泥公司利用水泥窑处置污水处理厂污泥是一种安全、简洁、高效的方法，技术方法可行（见图6.1）。

3.利用水泥窑废气直接干化污泥然后焚烧干化污泥工艺技术

目前，国内只有广州市越堡水泥有限公司利用水泥窑废气直接干化污泥然后焚烧干化污泥。湿污泥输送系统工艺流程见图6.2，污泥干化车间工艺流程见图6.3，工业污泥干化、处置系统的主机设备见表6.8。

设备的功能集成能力强，干燥机集污泥的破碎、干化、气固的分离于一体，工艺衔接布置紧凑，整个系统的占地面积小。系统的操作运行简单，连锁工艺控制参数很少。污泥直接干化过程的必须控制的安全要素一般是：氧气含量<12％、粉尘浓度<60g/m³、颗粒温度<110℃。

日设计处理污泥能力600t/d，6台干燥炉（每台干燥污泥能力100t/d），污泥储存和输送系统设备进口自德国，政府每吨污泥补助200多元。广州市越堡水泥有限公司采取直接干化处理污泥（含水80％左右）然后焚烧半干化污泥（含水30％左右，热值2000～3000kcal/kg）的工艺技术，窑头窑尾排出的废气（290℃左右）从干燥器的上部进入，湿污泥从干燥器下部进入干燥器，从干燥器干化污泥后出来烟气的温度140℃左右，排出的烟气经过袋式除尘器（防爆）后排出，干化后的半干化污泥通过输送系统送到建立在分解炉上面（A5）的干化污泥仓，然后通过计量输送到分解炉进行焚烧。广州越堡公司采取利用烟气直接干化污泥然后焚烧的方法，优点是利用了废气的热量，产生的半干化污泥热值高，可以代替部分燃料，海德堡经过30年的跟踪研究，焚烧污泥对水泥质量没影响，二英等其他气体排放达标。经过干化处理可以提高水泥窑处理城市污泥量。缺点是由于排出的烟气量大，臭气气体量相应较多，因而臭气比较大，需要采取合适的处理臭气的方法，否则对环境有一定影响。该厂采用生物除臭处理臭气。

4.利用水泥窑废气间接干化污泥然后焚烧干化污泥工艺技术

目前，国内只有北京新北水水泥有限责任公司采用间接干化（利用导热油，导热油温度200～300℃）污泥（干化后污泥含水20％～30％），然后直接输送到分解炉焚烧，污泥中蒸发出来的水经过处理达标后排放，工艺流程见图6.4。

设计处置污泥（含水80％～85％）能力500t/d，目前每天处置400t/d，政府补助275元/t。从分解炉和烟室抽取余热烟气进锅炉加热导热油，利用导热油间接干化（导热油温度200～300℃）污泥（干化污泥含水20％～30％），然后直接输送到分解炉焚烧，污泥中蒸发出来的水经过处理达标后排放，外排气体进水泥窑系统焚烧。间接式干化器进口意大利设备（6台9000万元），总共投资1.8亿元，焚烧污泥后水泥质量符合标准，对重金属做溶出检验，除铜锌超标，其余达到欧洲标准。北京市环保部门每年做两次有害气体检测（包括二英），符合北京市排放标准。

三、城市垃圾的处理技术与装备

1.预气化工艺

铜陵海螺水泥有限公司利用水泥新型干法窑及气化焚烧炉相结合处置城市生活垃圾CKK（conch kawasaki kiln system）技术，设计日处理能力600t（利用一条4500t/d和一条5000t/d新型干化水泥窑）。目前，日处理能力300t的生产线已投入运行，投资1亿元。该技术是利用垃圾气化处理技术，先把垃圾气化成可燃气体，再把此可燃气体通入新型干法水泥窑，在分解炉900℃左右高温，利用碱性物料多的特点，吸收处理垃圾过程中产生的二英等有害物质，最终使垃圾做到“无害化、减量化和资源化”，垃圾渗滤液进气化炉焚烧。工艺流程见图6.5。

垃圾处理系统总体工艺流程概述：垃圾收集车运送的垃圾在垃圾储仓内储存，用行车进行搅拌和均化，在破碎后继续用行车进行搅拌和均化并将垃圾输送至供料装置，定量送至气化燃烧炉中。投入至炉内的垃圾与炉内的高温流动介质（流化砂）接触，一部分通过燃烧向流动介质提供热源，另一部分气化后形成部分可燃性气体送往分解炉内，经分解炉、预热器处理及废气处理系统净化后排出。同时，垃圾中的不燃物在流动介质中一边沉降一边移动，到了炉底部时从垃圾中进行分离排出，掺入到水泥生料中或作为混全材掺入到水泥中。

（1）垃圾预处理系统　垃圾预处理系统由计量设施、储存设施、破碎设施及输送设施组成。进厂垃圾车经计量后送至卸料平台，经密封门卸入垃圾储库内，在垃圾储库内垃圾由行车进行垃圾均化，然后喂入垃圾破碎机，破碎后的垃圾回到储库内，由行车喂入气化焚烧炉的喂料仓。垃圾预处理系统见图6.6、垃圾焚烧系统见图6.7。

（2）不燃物处理系统　该系统是将垃圾燃烧后的不燃物由气化炉排出，由能够有效维持气化炉性能的排出装置、各种输送设备及分离装置、砂循环装置、砂储存装置构成。不燃物处理系统见图6.8。

（3）通风系统　该系统是由向气化炉内提供燃烧空气的供风系统及气化焚烧炉产生的可燃气体向分解炉输送的管道系统组成。通风系统见图6.9。

（4）点火及喂煤系统　该系统是为将气化炉启动、停止以及低热值垃圾进行助燃而设置的装置。当垃圾热值很低时（低于850kcal/kg）需要加入适量的碎煤进行助燃，以保证垃圾的稳定燃烧。点火及喂煤系统见图6.10、垃圾污水处理系统见图6.11。

（5）氯旁路系统　该系统是将水泥生产的碱、氯等有害物质排出系统外的装置。在窑尾烟室部位，聚集有高浓度的碱、氯等元素，在此设抽取口抽出含高浓度有害物质的气体，鼓入冷风对其进行快速冷却，使其产生氯类结晶体，经过收尘袋收集下来，将有害物排出系统。收集下来的粉尘作为混合材掺入水泥中或另行处理。氯旁路系统见图6.12。

该技术主要组成部分包括：前处理和供料系统，垃圾焚烧系统，点火及喂料系统，灰渣处理系统，垃圾污水处理系统，有害物质分离系统等。其主要工艺设备为流化床气化炉、回转式剪切破碎机和双梁桥式行车等。

垃圾的热量除在气化炉中及气体输送过程中通过表面散热损失一小部分外，其余全部进入水泥窑系统中，有效地利用垃圾焚烧的热量，每吨垃圾处理后可折算标煤约183kg，垃圾处理过程中灰渣和灰分全部掺入水泥生产线中，每吨垃圾可产生替代原料107kg，余热发电的输出功率提高6％～7％。按设计年处理生活垃圾19.8万吨，年减排CO₂约16万吨。使用城市生活垃圾作为燃料使用后，窑系统用煤量略降0.5t/h，系统电耗上升2kW·h/t。使用城市生活垃圾作为燃料使用后，熟料中K₂O检测值分析，在CKK投入运行以前，K₂O在0.55％～0.75％之间波动，CKK投入运行以后，没有明显变化，平均为0.668％，与运行前持平。出窑熟料Na₂O检测值较CKK运行前低0.009％，总体变化不大。出磨与入窑生料中Cl^-在CKK投产前结果保持一致。熟料中Cl^-总体较运行前高0.006％，达到0.013％。熟料强度、f-CaO合格率基本没有影响。生产线进行2次二英监测，均达标。气化炉不燃物中二英排放浓度（含量）见表6.9。

该方法用于处置城市生活垃圾。不适合处理的垃圾如下：①法律规定禁止处理的废物，如危险废物等。②消化处理时会发生危险的物品：废油类，液化气瓶，火药，摩托车，蓄电池等。③除上述物品以外的不适合处理物：大件不燃性垃圾，如家电、金属家具；长条状的布、绳类；完整的汽车轮胎；保龄球；长铁丝；自行车；金属零部件等。

2.预焚烧工艺

洛阳黄河同力水泥厂采用回转式焚烧炉协同处置生活垃圾，生活垃圾处理能力350t/d，目前在调试中，工艺流程见图6.13。

水泥窑内直接焚烧的局限在于城市生活垃圾的低热值、高水分而使处理量减小，如把大量的低热值、高水分的城市生活垃圾投入水泥窑，会破坏系统的平衡，影响水泥窑的产量和水泥质量。为此，采取在水泥窑旁设置垃圾焚烧炉处理原生城市生活垃圾，是根据我国国情、吸取国外经验而自主创新的一项新技术。这项技术可以全部利用垃圾的热能和灰渣，使污染物排放低，不需要二次处理，投资省，费用低。合肥水泥研究设计院在国内首次开发成功这项技术并在四川广旺能源集团天台水泥厂得到成功应用。

该技术是不需要建设专门的垃圾焚烧厂或垃圾处理车间，而是把垃圾焚烧炉在新型干法水泥窑旁边，由垃圾焚烧炉和水泥窑联合处理生活垃圾，垃圾由运输车运到水泥厂，经计量后倒入垃圾储存池内储存。用抓斗从垃圾池把垃圾送入板式输送机，人工挑出大件垃圾和可回收物，其余被带式输送机送入喂料小仓，输送过程中由除铁器除去磁性金属。用喂料机把小仓内的垃圾均匀地喂入焚烧炉，利用熟料冷却产生的热风作为燃烧空气，热风从水泥窑窑头罩抽取，进入回转式垃圾焚烧炉，垃圾在热风的作用下燃烧，垃圾焚烧产生的高温烟气（约1100℃）进入窑尾分解炉和预热器，与水泥生料换热，为水泥生料分解提供热量，然后被窑尾废气处理系统净化后排放。垃圾焚烧产生的灰渣直接进入回转窑作为水泥原料而混合于熟料之中。垃圾焚烧灰渣也可以从焚烧炉排出作为混合材，用于磨制水泥。处理过程全部封闭，垃圾在垃圾池储存期间有机物腐败产生的臭气等由排风机抽出，经除尘器除尘后进入冷却剂头部的鼓风机再被鼓入冷却剂，与1400℃左右的熟料接触，在高温下被分解而净化。

该技术以冷却机水泥熟料热风作为垃圾燃烧空气，采用回转式垃圾焚烧炉，解决了我国垃圾成分复杂、水分高、热值低的缺陷，不需外加燃料，能处理大量的城市生活垃圾，使得垃圾的热量和物质全部被利用，同时很好地解决了垃圾储存时散发的臭气等有机气态物的污染，做到了垃圾的资源化、无害化、无残留物的处理目的。

3.生物干化工艺

华新水泥（武穴）有限公司有两条熟料水泥生产线，一条日产熟料5000t，另外一条日产熟料3200t。

该公司利用日产熟料5000t的生产线协同处置生活垃圾。处置生活垃圾主要工艺流程为：垃圾车→卸料坑→破碎机→吊车→储池（发酵干化，发酵干化废气经过生物净化后达标排放）→一次筛分（除铁器，二次破碎）→机械分选→输送皮带（灰渣入生料磨）→除铁器→成品储库→入分解炉焚烧。核心技术是引进自豪瑞公司的协同处置技术，主要是发酵干化、分选及废气净化技术，关键设备为分选设备、破碎机和废气净化设备等。该项目设计处置生活垃圾能力300t/d，总投资8000万元。从2011年4月开始运营，最大处置能力可达500t/d。每小时焚烧3～4t垃圾衍生燃料（RDF，含水率20％±5％，热值2500～2800kcal/kg），最高焚烧过10t/h垃圾衍生燃料。RDF氯离子含量在0.5％～2％之间，没有结皮现象，不影响产量。

4.垃圾衍生燃料（RDF）+替代原料工艺

溧阳天山水泥有限公司的生活垃圾处理能力450t/d。处理工艺流程是：城市生活垃圾经预处理，把原生态的生活垃圾分为水泥厂易于处理的可燃垃圾和不可燃垃圾两个大类，针对不同的垃圾类型采用不同的处理方式。

（1）可燃垃圾处理工艺　把可燃垃圾运送至厂区的堆棚，经过输送和计量，作为熟料生产的替代燃料而进入分解炉。由于城市生活垃圾中氯含量较水泥生产的控制要求偏高，易给预分解系统造成结皮堵塞，因此，需在窑尾上升烟道上增设旁路放风系统，减少有害气体的循环富集。放风比例通常为1％～3％、最大为5％，在垃圾投运时开启。可燃垃圾处理工艺流程见图6.14。

（2）不可燃垃圾处理工艺　把不可燃垃圾运送至厂区堆棚，经计量和质量检测，进入生料粉磨系统进行粉磨。不可燃垃圾处理工艺流程见图6.15。

目前，可燃垃圾处理能力为8～12t/h（日运行20～22h）。所处理的物料为未经细破的可燃垃圾，粒度≥60mm，最长可达1000mm以上，含水率在35％～40％。减少了可燃垃圾二次处理的电耗，降低了垃圾处理的成本。

不可燃垃圾处理能力为10～12t/h（日运行18～22h）。因直接喂入生料立磨，该处理系统可消除不可燃垃圾所含高水分（>60％）对烧成系统的影响，并且利用生料粉抑制不可燃垃圾的发酵，消除异味。

每天处理可燃垃圾在190～250t左右，不可燃垃圾230t左右，扣除设备检修和市场因素的影响，生产线年运行时间在300天左右，全年可处理可燃垃圾57000t、不可燃垃圾69000t左右。

粉尘、废气、重金属、二英、臭气等各环保控制指标的排放数值均远优于相关标准的限值。放射性强度与当地自然界的本底值相同。溧阳天山水泥有限公司生活垃圾处理环保控制指标见表6.10，生料和熟料中重金属测试结果见表6.11。

国家标准《水泥工厂设计规范》（GB 50295—2008）规定熟料及水泥中重金属含量要求见表6.12。

从熟料检测结果中可以看出，熟料中的重金属含量满足设计规范的要求。

四、污染土、废皮革和其他危险废物处理技术与装备

利用水泥窑协同处置危险废物应有一定的限制，需要注意几个技术方面的问题。一是对水泥质量的影响。将废弃物引入现有的水泥窑，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、Cl、F等的含量会造成水泥窑运行问题。因此，必须对废弃物作仔细研究，并对适合处理的废弃物做出限定。二是污染物排放达标。将废弃物引入现有的水泥窑，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。三是配备化验、测量和安全设备。为了保证废物，尤其是废物在收集、储存、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，这样增加了操作、控制的难度和复杂性，同时也需要一定的人力资源消耗。四是增加预处理设施。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。

利用水泥窑处置危险废物应遵循的基本原则如下。一是同其他废物处置方式一样，应尽可能在废弃物最小量化的基础上进行。二是应比其他废弃物处置方式在经济上、生态上、环保上更加可行。三是水泥厂处置废弃物是在水泥生产过程中进行的，废弃物处置不能影响水泥厂的正常生产，不能影响水泥的产品质量，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。四是不能带来水泥厂污染物排放的显著升高。五是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。

1.污染土、漆渣、医疗废物和其他危险废物的处理

目前，我国水泥企业中处置污染土、漆渣和医疗废物的企业约10家。

北京新北水水泥有限责任公司处置污染土、漆渣和医疗废物。年处置污染土大约10万吨，通过将污染土掺于原材料中，利用其含有的SiO₂代替部分砂岩。由于飞灰中钾离子、钠离子和氯离子含量过高，首先采用水洗的方法把钾离子、钠离子和氯离子洗出来，然后利用余热蒸发器蒸发水分，飞灰入窑焚烧。对产品做重金属溶出检验，重金属被固化，对水泥混凝土质量没有影响，对氯离子吸附得很好，氮氧化物有一定排放，相对于水泥本身排放可忽略不计。气体排放完全符合北京市的排放标准。二英/呋喃（PCDD/Fs）排放0.005ngⅠ-TEQ/Nm³，符合北京市排放标准。污染土处置工艺流程：专用汽车运输（污染土）→污染土仓（密闭）→污泥泵系统和浆渣系统→水泥窑系统（分解炉或烟室）。

把漆渣和医疗废物等危险废物，通过输送系统输送到分解炉或烟室燃烧处置。漆渣入厂后先在分拣车间进行分类，然后进入浆渣制备系统从窑尾入窑焚烧。

处置废弃物的流程：取样检测是不是所要处置的30大类→对水泥产品质量不影响→对人体无伤害→对环境不造成新污染→评定后提出处置方案→处置效果检验。北京新北水水泥有限责任公司处置污染土现场见图6.16。

2.废皮革的处理

目前，我国处理废皮革的水泥企业很少。以广州市珠江水泥有限公司日产4000t生产线处理废皮革为例说明。

广州市珠江水泥有限公司处置工艺流程：废皮革储存库→切碎后废皮革→输送计量系统→烟室。废皮革预处理及燃烧喂入方式：设立废料处理站，通过一系列工序包括对废皮革进行筛选、烘干、破碎、搭配和包装等预处理，使废皮革水分小于10.0％，尺寸小于30mm×30mm，以便输送和焚烧。在三次风管与分解炉底部交接弯位附近开一喂料口，作为废皮革的喂入点，利用调速螺旋输送机均匀地将废皮革喂到计量秤上计量（使用烟草行业的计量秤），再通过下料管进入三次风管。该处为负压，废皮革能自动吸入三次风管，并在该处增加锁风装置，防止倒燃。

用废旧皮革代替部分燃煤。废旧皮革经过处理后入窑焚烧，代替部分燃煤，1t废皮革可代替0.77t燃煤。但由于废皮革中S、Cl^-含量较高，要控制废皮革在燃料总量中的比重，以实现达标排放。二英/呋喃（PCDD/Fs）排放0.029ngⅠ-TEQ/Nm³（废皮革试验检测结果）。

燃烧废旧皮革要注意废旧皮革的有害成分，如氯、水分等，同时注意废旧皮革的喂入方式及喂入点的选择。只要把废皮革的掺入量控制在总燃料量的15％以下，对水泥生产就没有危害，对水泥质量不会产生较大影响。