水泥窑和焚烧炉联合处理城市生活垃圾技术及应用

1、水泥窑和燃烧炉联合处理城市生活垃圾技术及应用合肥水泥研究设计院袁文献 何宏涛2021.08环卫科技网搜集自互联网，仅供研究学习之用。9/28/20221保护环境！9/28/20222工程情况国家科技部2005年科研院所专向资金工程2021年底通过安徽省组织的技术鉴定2021年度中国建材联合会技术创造三等奖2021年度中国建材集团科技进步二等奖9/28/20223目 录一、前言二、水泥窑和垃圾燃烧炉联合处理生活垃圾技术 三、联合处理垃圾技术在天台水泥厂的应用四、联合处理城市生活垃圾系统投资和效益五、前景展望9/28/20224一、前 言我国城市生活垃圾产生量增长迅速。城市生活垃圾污染严重，其危害

2、性大。现有技术难于适应我国城市生活垃圾的特性。垃圾燃烧炉和水泥窑联合处理垃圾可解决垃圾处理难题 。 应目前技术和市场形势，急需开发投资省、运行费用低、资源利用率高、环境效益好的水泥工业处理和利用城市生活垃圾新技术。9/28/20225生活垃圾堆积如山9/28/20226在垃圾山淘宝9/28/20227露天烧生活垃圾9/28/20228我国城市生活垃圾产生量增长迅速我国城市生活垃圾的发生量日人均约1Kg，并以年平均9%的速度迅猛增长。在城市周围历年堆存的生活垃圾量已达60亿吨，侵占了约5亿平方米的土地。目前全国每年产生的生活垃圾量已达1.5亿吨。9/28/20229城市生活垃圾危害性占用耕地，污

3、染土壤及农作物；污染地下水和地表水、污染大气；造成白色污染；有碍人体健康，含有的危险废物造成重金属中毒和致癌等；垃圾直接堆放和简易填埋场对环境和人体健康影响更加严重。9/28/202210生活垃圾特性和现有垃圾处理方式我国城市生活垃圾具有成分复杂、水分高、灰分高、热值低的特性。国内外生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、堆肥和燃烧三种，其各有优缺点。 垃圾燃烧发电投资和运行费用高，热能利用率低，难免产生二噁英等有毒物质，灰渣要另行处理。水泥工业对固废的处理具有环境友好性和经济性已有许多成功案例，水泥工业处理和利用生活垃圾方面国内外已开发出多种技术，效果明显。9/28/202211水泥工业处理城市生活

4、垃圾技术垃圾燃烧后的灰渣或飞灰作为生产水泥的替代原料；日本垃圾制成垃圾衍生燃料，以此作为水泥烧成的替代燃料；欧美垃圾分选后分别作为生产水泥的替代原料和替代燃料 ；(其他国家存在缺陷：分选和后处理系统复杂，存在二次污染，投资和运行费用较高。9/28/202212工程研究的总体目标兴旺国家的生活垃圾处理技术，我们只能借鉴，不能照搬，我们必须开发适合我国垃圾成分和特性的水泥工业生活垃圾处理技术，最大限度地利用其能量和物质，消除对环境的污染。目标：适应中国生活垃圾特性，直接燃烧原生垃圾，简化处理过程，降低投资和处理本钱，对生活垃圾的物质和能量全利用，无残留物，减少二次污染。9/28/202213二、水

5、泥窑和燃烧炉联合处理城市生活垃圾技术1、主要研究内容2、工艺技术介绍3、工艺技术特点4、相关知识产权5、主要技术经济指标 9/28/2022141、主要研究内容创造了水泥回转窑和垃圾燃烧炉联合处理生活垃圾的新工艺。 开发研制了专用的回转式垃圾燃烧炉。开发研制了专用的垃圾喂料机。 设计了配套的计算机控制系统，检测、控制和调整运行参数，协调水泥生产和燃烧垃圾同步进行，相互促进。 9/28/2022152、工艺技术介绍本工艺创造通过在水泥回转窑旁设置垃圾燃烧炉来联合处理原生城市生活垃圾，从水泥窑窑头罩抽取冷却水泥熟料的热空气作为城市生活垃圾燃烧的燃烧空气，垃圾由垃圾喂料机喂入回转式燃烧炉燃烧，燃烧后

6、产生的热烟气引进水泥窑尾系统为水泥生料分解提供热量，垃圾燃烧后产生的灰渣直接进入水泥回转窑作为生产水泥熟料的原料或作为水泥混合材，用计算机控制垃圾燃烧系统和水泥烧成系统的协调运行，存放垃圾的垃圾池臭味等有害气体经袋除尘器除去粉尘后输送到熟料冷却机与高温熟料接触，臭味等有害气体被分解、燃烧。9/28/2022162、工艺技术介绍9/28/2022172、工艺技术介绍本技术在系统的管道和燃烧炉、分解炉上装有温度及压力检测设备，主要管道上装有电动或气动阀门，利用计算机技术，根据温度和压力等参数对垃圾燃烧系统适时控制，使垃圾燃烧系统和水泥熟料烧成系统协调运行。通过热空气管道上的阀门调节热空气温度和风量

7、；通过调节喂料机速度调节喂料量 ，控制烟气温度稳定；通过控制燃烧炉转速，控制垃圾在燃烧炉的时间，保证垃圾中有害物质彻底被摧毁。计算机还根据燃烧烟气进水泥窑尾阀门的开度和水泥窑尾气体温度，调节分解炉喂煤量，保证水泥熟料烧成系统热工制度稳定。9/28/2022183、工艺技术特点在不外加燃料的情况下，以窑头高温热风作为垃圾燃烧空气，确保生活垃圾的连续、稳定和充分燃烧。垃圾储存及内部运输产生的废气经除尘处理后进入熟料冷却机。冷却水泥熟料的热风中含有的水泥熟料颗粒为碱性物质，吸收垃圾燃烧产生的酸性物质，有害气体污染物排放少，垃圾灰渣作生产水泥原料或混合材，无灰渣外排。 该燃烧工艺使垃圾燃烧温度高且停留

8、时间长，燃烧烟气进入水泥窑尾废气中形成稀释作用，混合废气中存在大量新生氧化钙，这些都有效抑制二噁英类物质的形成。9/28/2022194、相关知识产权创造专利“水泥回转窑和燃烧炉联合处理城市生活垃圾系统专利号 200610076668.X已取得专利证书。实用新型专利“回转式垃圾燃烧炉专利号ZL200620213310.5已取得专利证书。 实用新型专利“垃圾喂料机 专利号200620213309.2已取得专利证书。9/28/2022205、主要技术经济指标对于热值5000KJ/Kg，水分50%的垃圾生产吨水泥熟料燃烧垃圾0.2t(湿基)；替代水泥熟料烧成用燃料的18.4%；垃圾产生的热量利用率为

9、32.60%；灰渣全部用于水泥生产，无灰渣外排；系统电耗小于18.4kWh/t垃圾；废气排放低于国家排放标准；投资和运行本钱明显低于垃圾燃烧发电。 9/28/202221三、联合处理垃圾技术在天台水泥厂的应用1、烧成工艺和设备2、垃圾燃烧设备和联合燃烧工艺3、联合燃烧垃圾系统的运行和效果4、垃圾灰渣情况5、运行结果及启发9/28/2022221、烧成工艺和设备 该系统为传统的300t/d五级预热器窑生产线，主要设备性能参数为：1.窑尾电收尘器： 14/6/29/04 处理风量85000m3/h，出口浓 度100mg/Nm3；2.窑尾高温风机： w6-2918.5 Q=65000m3/h t=1

10、60 P=8045Pa 1430rpm；3.五级旋风预热器系统： 右旋4.回转窑： 2.542m 斜度3.5 % 12.5t/h 转速 0.73.2r.p.m 主电机 55kw；5.单筒冷却机： 2.525m 斜度4.0% 12.5t/h 转速 2.98r.p.m 主电机 55kw；9/28/2022232、垃圾燃烧设备和联合燃烧工艺 垃圾燃烧系统主机设备为垃圾燃烧炉和垃圾喂料机，规格和技术参数为：垃圾燃烧炉：回转式，1.512m，2.5t/h，变频调速，主电机15kw；垃圾喂料机：推入式，2-2.515, 2.5t/h，PCL控制调速，功率3kw。 对原系统进行了改造，将原窑头罩尺寸加大，增

11、加了简易分解炉和三次风管。9/28/2022242、垃圾燃烧设备和联合燃烧工艺 9/28/202225水泥回转窑和垃圾燃烧炉联合处置垃圾系统9/28/2022262、垃圾燃烧设备和联合燃烧工艺 照片左边为水泥窑窑头所在位置，右边为五级旋风预热器位置；上方的圆筒为三次风管，中间的圆筒为水泥窑，下边的圆筒为垃圾燃烧炉；三次风管中间装一阀门，三次风管的两端通过向下的管道与垃圾燃烧炉头尾部相连接；两端向下的管道上也装有阀门。三次风管中间的阀门翻开，两端向下的管道上的阀门关闭，燃烧炉内无气体通过，系统处于正常的生产水泥熟料状态；三次风管中间的阀门适当关闭，两端向下的管道上的阀门全部翻开，燃烧炉内有一定量

12、气体通过，系统处于生产水泥熟料同时燃烧垃圾的状态；调节中间阀门的开度，即能调节通过燃烧炉的气体量，从而平衡系统风量，稳定系统阻力。 9/28/2022273、系统的运行和效果 燃烧的生活垃圾由广元市环卫处运输队从运向垃圾填埋场装有市中区生活垃圾的垃圾车临时调来，为随机抽取的市中区市民产生的新鲜综合生活垃圾。垃圾的成分如表1，综合水分：M=46.92%；灰分：A=21.13%；收到基低位热值：Qnet=5312kJ/kg。项目纸类塑料竹木布类厨余金属玻璃渣石 %9.3111.222.752.4957.660.462.6813.439/28/202228待燃烧的广元市生活垃圾9/28/202229

13、垃圾在燃烧炉内连续稳定燃烧9/28/2022303、系统的运行和效果 进风温度出风温度混合温度分解温度负压窑转速窑头喂煤窑尾喂煤喂料时间603973629450.0192.61.151.252410:006173014869410.0182.61.151.252411:006164255039480.0182.61.151.22412:006105155549420.0172.81.151.22613:006096236109460.0182.81.21.152614:006137266459400.0183.01.21.152615:006198177059420.0193.01.251.1

14、02816:006188717559450.0183.01.31.103017:006189047899430.0183.01.31.103018:009/28/2022313、系统的运行和效果在垃圾燃烧状态稳定时，水泥窑产量10.5t/h，垃圾燃烧量约2t/h，折合生产1t熟料燃烧0.2t垃圾。三次风管热风温度大于600时，垃圾燃烧温度可达950。垃圾在燃烧炉内停留时间超过30分钟，燃烧烟气在炉内温度大于900段的停留时间超过1秒钟，出燃烧炉后通过管道进入分解炉，分解炉内温度超过900，燃烧烟气在大于900段总共停留时间将超过5秒钟。与不烧垃圾相比，在熟料产量相同的情况下，分解炉用煤量明显减

15、少，通过调整分解炉的喂煤量可以弥补垃圾热值的波动，稳定分解炉温度。在联合处理垃圾过程中，系统未出现结皮等明显影响生产的现象。 燃烧垃圾时生产的熟料质量与不燃烧垃圾时没有明显变化，从燃烧炉出风管抽取燃烧烟气，未检测出硫氧化物和氯化氢气体。9/28/2022324、垃圾灰渣情况灰渣无臭气，灰白色，颗粒均匀，无结渣，为粉末状，粒径小于3mm。9/28/2022334、垃圾灰渣情况成分LossSiO2AI2OFe2O3CaOMgOSO3RO2CI灰渣2.2132.83311.53.0644.851.431.980.1998.14熟料0.3921.3695.893.0265.221.520.940.01

16、98.351天2天3天抗折(MPa)2.03.24.7抗压(MPa)4.71221.89/28/2022345、运行结果及启发水泥窑和燃烧炉联合处理生活垃圾不用外加燃料。燃烧垃圾不影响水泥烧成系统的运行和产品质量。燃烧垃圾起到了替代燃料的作用。水泥窑和燃烧炉联合处理生活垃圾能够实现无害化、资源化和无残留处理。9/28/202235水泥窑和燃烧炉联合处理生活垃圾不用外加燃料采用水泥窑和燃烧炉联合处理生活垃圾技术，燃烧混合收集的原生城市生活垃圾，不外加燃料，在从水泥窑窑头罩抽取的燃烧热风温度大于600时，垃圾燃烧温度可达900以上，完全符合?生活垃圾燃烧污染控制标准?GB18485-2001对燃烧

17、垃圾的温度控制要求，烟气在850以上停留时间远远超过2秒。目前，城市垃圾低位热值可达5000kJ/kg以上，随着生活水平的提高，垃圾热值将大幅度提高；现在水泥生产大局部采用新型干法水泥回转窑，水泥窑窑头罩的热风均大于600，甚至到达1000。假设有温度比较高的燃烧空气,燃烧炉温度可控制在1100左右，可提升热量利用率和取得更好处理效果。9/28/202236燃烧垃圾不影响水泥烧成系统的运行和产品质量在燃烧垃圾过程中，没有发生预热器结皮、堵塞和窑结圈现象，对水泥生产操作没产生影响。垃圾中氯、硫、碱对水泥烧成系统的影响没有出现，原因是因为从窑头罩抽取的燃烧垃圾的热风携带有大量的水泥熟料颗粒，它含有

18、65%以上的CaO，而且处于高温活性期，把垃圾燃烧分解出的酸性物质吸收并固定，本次燃烧的垃圾灰渣中CaO、SO3、氯化物明显增高和烟气中检测不出SO2、HCI气体已给予充分说明。酸性物质的固定使其进入不到水泥烧成系统，自然不会对水泥烧成系统运行和水泥熟料质量造成影响。9/28/202237燃烧垃圾起到替代燃料的作用在水泥窑产量相当情况下，在燃烧垃圾时，分解炉供煤流量减少，减少的比例波动在20%40%范围内。垃圾燃烧放出的热量提高了进入分解炉的三次风温度，使生料分解要求燃煤提供的热量减少。燃烧垃圾起到了替代燃料的作用，替代水泥熟料烧成用燃料约1220%。9/28/202238水泥窑和燃烧炉联合处

19、理生活垃圾能够实现无害化、资源化和无残留处理有条件检测的工程均符合?水泥工业大气污染物排放标准?GB4915-2004和?生活垃圾燃烧污染控制标准?GB18485-2001排放限值的要求。没条件检测的重金属和二噁英类物质的排放，根据国外水泥窑处理废物的经验，也应该远远低于排放限值。我们将对垃圾燃烧灰渣在作水泥混合材的根底上直接参加水泥窑，探讨燃烧垃圾对水泥生产的影响，进一步提高处理垃圾的经济效益、环境效益和社会效益。9/28/202239四、联合处理城市生活垃圾系统投资和效益一投资分析1利用现有新型干法水泥窑处理城市生活垃圾的投资 需在水泥回转窑附近另设垃圾燃烧装置、建设垃圾储存池、增加垃圾吊

20、运和喂料设备、储存池除臭环保设备、自动控制设备等。对1000t/d水泥厂,日处理垃圾200吨，新增加投资 1400万元，吨投资7万元，仅是垃圾燃烧发电单位投资的1/10。2新建水泥厂处理城市生活垃圾的投资 新建5000t/d水泥厂，日处理垃圾1000吨，水泥厂生产设施投资约6.5亿元，处理垃圾吨投资按7万元计算，处理垃圾投资0.7亿元，总投资为7.2亿元，与建设1000吨/日的垃圾燃烧发电厂进口设备投资相近。9/28/202240四、联合处理城市生活垃圾系统投资和效益二经济效益分析以1000t/d的水泥厂计算，日处理垃圾200吨，处理垃圾支出费用合计695.2万元。工厂节省燃料和原料费用5.6104.8=586.88万元。支出与节省的差额为108.32万元。本钱为108.32/5.6=19.34元/吨。该本钱低于填埋方式的35元/吨本钱。假设国家把现行垃圾燃烧最低处理本钱90元/吨的一半补贴给处理垃圾的水泥厂，即可额外获得丰厚的利润。假设原煤价格上升，每吨垃圾利用价值也随之升高。可见，燃煤价格愈高的地区，处理垃圾经济效益愈高。9/28/202241四、联合处理城市生活垃圾系统投资和效益二经济效益分析新建5000t/d水泥厂处理城市生活垃圾，投资约7.2亿元，年产水泥180200万吨，燃烧垃圾30万吨。 水泥厂的产品按4