技术原理和工艺

技术原理

水泥窑协同处置固体废物是利用水泥窑生产工艺中温度高、碱性环境和容量大等特点，将固体废物进行焚毁，或作为原料或者替代燃料进行安全处置的一种技术。

固体废物经过破碎、筛分、配伍等处置后，根据不同的特性分别通过不同的输送方式从多个处置点入窑焚烧。处置点主要包括三个位置：窑头、窑尾和生料磨。

废物可以以替代原料、燃料以及其它的形式参与水泥熟料的煅烧过程，替代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物、同时减少环境负荷的良好效果。

工艺研究

废弃物处置的技术关键主要有三部分，一是根据废弃物的不同种类、不同形态分别采取不同的方式进行适当的调配，将其调配到容易输送且能满足新型回转式焚烧炉处理的需要；二是根据调配后废弃物的形态、化学成份、热值以及物化性能等情况选择合理进入生产系统的方式及技术装备；三是根据新型回转式焚烧炉的运行情况，针对不同的废弃物，选择合理的处置量，以保证新型回转式焚烧炉能处于最佳工况，也就是要注意废弃物处理的技术措施与掺合料生产过程的相关性。

（1）有毒有害工业废液处置技术研究

有毒有害工业废液主要指废有机溶剂、废矿物油、废乳化油、废清洗剂、废酸液、废碱液等。

1.技术方案

城市工业废液的处置是在废弃物处置中心完成。处置中心分别设置带有搅拌机的废酸液、废碱液、废有机液等储罐，设置酸、碱、混凝剂、助凝剂等添加装置，根据储存废物的物性分别向储罐内添加调和液，或者在确保没有不良反应及危险物产生的情况下进行废液之间的相互混合，并调整废液的热值。最终调配处理后的工业废液除具有适量的热值外，还需进行酸碱度的调配，根据不同的酸碱度情况，自动加入硫酸或Ca（OH）2溶液，保证处理后的工业废液具有弱碱性，然后适量加入助凝剂进行助凝，液体进入液态废弃物储存池，半固态废物从反应罐出来进入板框压滤器进行压滤，压滤后液体也进入液态废弃物储存池，固体转送到固态废弃物处置中心。处置后的液态废弃物通过泵力输送至炉尾塔架顶部的高位储存罐，通过计量装置计量后，液态废弃物被输送到炉头燃烧器，通过炉头燃烧器的喷枪射入新型回转式焚烧炉内进行焚烧。

（2）废白土等固态废弃物处置技术研究

废白土等主要属于无机固态，主要通过危险废弃物专用运输车辆运输进厂。

1.技术方案

固体废弃物通过密闭车运输进厂，卸至专用卸车坑，通过坑下输送装置送至密闭储存室进行储存，从密闭储存室卸出的物料通过输送装置进行切割和破碎处理，并进行充分搅拌，搅拌后的物料经过打包密封处理，通过提升机进入密封储存仓储存，并经过装置进行计量，最后通过废弃物输送器把打包后的废物包从新型回转式焚烧炉的炉尾烟室喂入炉内，或通过高压装置将其送至新型回转式焚烧炉的上过渡带而进行高温焚烧处理。

废白土通过密闭车运输进厂，卸至专用卸车坑，通过坑下输送装置及提升机送至炉尾平台密闭储存仓，为防堵塞储存仓底长条扩口，从仓卸出的物料通过皮带称计量，经螺旋输送机输送至新型回转式焚烧炉的炉尾烟室处进料口入炉，与系统中其它物料混合焚烧。

（3）工业污泥和其他可利用半固态废弃物处置技术研究

根据工业污泥和其他可利用半固态废弃物的物化性能、水分含量及处理规模的不同，依据其入新型回转式焚烧炉烧成系统的方式，主要可以采取以下二种处理废弃物的技术方案：

技术方案1：炉尾烟室喂入新型回转式焚烧炉处理

对于水分含量不大且处理量较小的工业污泥或其他可利用半固态废弃物，可利用搅拌、成型及打包等处置措施，从新型回转式焚烧炉的炉尾烟室喂入新型回转式焚烧炉处理。

工业污泥和其他可利用半固态废弃物的处置是通过密闭车运输进厂，通过输送、提升装置送至搅拌室与加入的处置料进行混合搅拌，以调整其水分含量和可塑性。搅拌后的物料经过成型及打包密封处理，进入储存仓储存，并经过装置进行计量，最后通过废弃物输送设备把打包后废物包喂入新型回转式焚烧炉内进行高温焚烧处理。

技术方案2：预焚烧炉处理

对于水分含量较大且有一定处理量的工业及城市污泥或其他可利用半固态废弃物，由于输送及处理极不方便，而且含有一定量的有机成分，有一定的热值。针对污泥的这些特点并与焚烧工艺相结合，根据污泥燃烧计算，在污泥中加入一定量的煤粉，并进行可塑性试验，使之能够达到燃烧、输送及处理的要求。再把他们通过输送机输送到流态化型式的预焚烧炉中进行预焚烧，预焚烧炉可利用　生产中炉头篦冷机的所产生热风作为污泥预烧的热源和空气，并根据需要可以喷入少量煤粉。焚烧后产生的废气经旋风筒收尘器收尘后从炉尾部送入，经1100℃高温处理后汇合，一起进入炉尾废气处理系统。旋风筒收尘器收集下来的粉尘，喂入炉尾烟室，随处置料一起入炉进行焚烧无害化处理，使其固化在掺合料中。

（4）污水处理厂污泥处置技术研究

采用国外成熟的污泥烘干工艺技术，综合利用水泥窑的窑头、窑尾余热，将含水率80％的污泥烘干至含水率为35%，烘干后的污泥可以作为水泥窑燃煤的替代燃料。

1.技术方案 

来自厂外的全部湿污泥经计量后，首先进入接受仓，然后利用接受仓底部的链板输送机送入湿污泥料仓储存，污泥料仓中的污泥再被送入干燥处理装置。水泥窑的余热经交换器把热量传递给导热油，导热油被循环加热，最终将热量传递给湿污泥，使污泥干燥。在干燥机内污泥被加热干燥，水分从80％降低到35％（半干化时）或10％（全干化）。

干燥后的颗粒和气体经过旋风分离器和布袋除尘后颗粒从工艺气体中分离出来，经冷却螺旋冷却后污泥颗粒进入干料仓短暂储存或送入水泥窑中焚烧。干燥分离的蒸汽经过离心机抽取循环后经过热交换器重新被加热返至干燥器的始端。

  为保证干燥回路在常压和微负压下进行，从污泥干燥过程回路抽取少量蒸汽（成为不凝气体）先经过冷却塔冷却后，送入水泥窑焚烧。冷却过程中产生的废水由于含有一定的污染物，需要进行处理，处理后的水重新回到工艺中利用，做到污水的零排放。

（5）污染土处置技术研究

污染土来源于北京市市政污染土源。目前的污染土大致可分为：含低温分解挥发有机成分的污染土、含高温分解挥发成分的污染土、含重金属成分的污染土。公司现已通过处理固态废弃物的方法处置污染土3万吨，但由于采用一般固态废弃物的处置方法处理速度太慢，所以采用此工艺来处置。

污染土来源：北京燕山石化东方炼油厂的废白土，主要含有机成分是重油，总量约2万吨；宋家庄地铁污染土，主要有机成分六六六，总量约2万吨。化学成分分析如下：

北京燕山石化废白土成分：.

分析报告：烧失量：36％； 水分：10％；

用原样做的定量分析：

表1原样定量分析结果

SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	SO3
43.82%	10.85%	1.10%	5.14%	1.59%	0.87%	0.10%	0.07%
Cl	P2O5	SUM	LOSS	KH	SM	AM	R2O
0.005%	0.549%	64.10%	5.79	-0.107	3.67	9.87	0.68

并含有一定发热量的重油。

宋家庄六六六粉的污染土化学成分分析：

分析报告：

水  分：9.90％；temp=105度;  time=4h   

烧失量：84.0％；temp=1000度; time=4h

烧余后荧光定量分析结果：

污染土由公司派专业的危险废弃物运输车运进污染土储棚，由输送线中的装载机倒入料仓，通过电子皮带秤计量，将符合生产水泥配比要求量的污染土、经带式输送机送至卸石坑后，并入原厂生产线。经原生产线中的皮带输送机、预均化库、原料调配库、计量秤、原料磨、生料均化库、入窑焚烧。

在保证工艺合理的前提下，尽量利用公司原有生产线的主、辅设备和土建设施，加大先进技术和环保设施的投入，确保不产生二次污染。

（6）飞灰协同处置技术－飞灰水洗后干燥粉体气力送入窑尾高温区

将飞灰中氯元素含量由12%降低到0.5%以下，大幅提升水泥窑资源化协同处置飞灰的能力。飞灰处置系统总共有三大模块，第一部分是飞灰的水洗，主要作用是将飞灰中的氯盐洗脱到水洗液中；第二部分是水洗液的处理，将水洗液蒸发浓缩并最终结晶出成品盐；第三部分是污泥处置部分，将预处理产生的灰泥及污泥进行烘干处理；第四部分是入窑焚烧，通过气力喷射入窑尾高温区域完成最终处置。

①飞灰水洗工序，将飞灰中的大部分可溶性盐转移到3倍质量的水中。飞灰水洗工艺是影响后续工艺处理成本的关键环节，为了将飞灰中绝大部分的氯盐洗脱到尽可能少的水中，飞灰与水分别从三级逆流水洗单元的两端进入，最终使飞灰从入水端排出，得到较低的含盐度，水从入灰端排入水洗液处理系统，得到较高的含盐度和较小的水量，脱水后的飞灰经过水泥窑余热烘干后进入飞灰储仓暂存。

②水洗液处理工序，祛除水洗液中对蒸发器有害的物质。

针对水洗液中钙含量较高以及存在重金属污染和可能的二恶英污染问题，水洗液预处理的主要目的是软化原水并降低原水中危险成分含量。通过投加化学试剂进行预软化水质、降低水中重金属含量以及降低水中钙离子，以保证后续蒸发结晶单元得到的结晶体中无机元素及化合物的浸出毒性满足（GB 5085.3-2007）《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中规定。

垃圾焚烧飞灰中含有一定量二恶英，二恶英在水中溶解度极低，飞灰水洗时不会溶于水洗液中。但是，飞灰水洗液含有悬浮物，这些悬浮物中可能夹带少量二恶英。因此，安全起见，化学沉淀出水设置两级过滤装置以确保二恶英不会进入后续处理单元。过滤装置冲洗排水返回化学沉淀设施重新处理。

最后通过投加化学试剂，把水洗液pH值调至8-9之间，以解决后续结晶单元因为pH值过高，导致结晶设备腐蚀加快，使用寿命缩短的问题。蒸发结晶即蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出。

目前主要的蒸发结晶技术有常压单效蒸发结晶、减压单效蒸发结晶、喷射式热泵单效蒸发结晶、机械压缩蒸发和多效蒸发结晶技术。其中单效蒸发结晶和喷射式热泵单效蒸发结晶技术蒸汽耗量较大，减压单效蒸发结晶技术虽然蒸汽耗量较少，但蒸发结晶工艺过于复杂，控制难度较大，而多效蒸发和机械压缩蒸发结晶技术则可以大量的节约蒸汽，是节能效果显著的一种技术方法。故本单元采用机械压缩蒸发结晶技术对预处理后的飞灰水洗液进行结晶处理。

③污泥处理工序

在洗灰水处理过程中，会产生两种污泥，一种是含重金属离子较多的污泥；另外一种是含钙镁离子较多的污泥。这两种污泥通过脱水后，随水洗飞灰进入烘干机烘干后，入水泥回转窑进行处置。

④入窑焚烧工序

水泥窑协同处置部分示意图如下图所示。经过水洗处理后的飞灰，利用气力输送设备通过密封管道直接输送到窑尾1000℃高温段，进入水泥窑煅烧。在协同处置过程中二恶英被完全分解，而重金属被有效固定在水泥熟料晶格中，实现了飞灰的无害化与资源化处置。水泥窑的多级换热器中心大量氧化钙，很好地吸收了二恶英分解后形成的含氯前驱物，可以有效抑制二恶英的再次合成，烟气排放可满足国际先进标准（0.1ngTEQ/Nm3）。经水洗烘干的飞灰含水率约为3%，可以替代部分水泥原料，利用水泥窑工业化共处置飞灰，真正达到了工业化处置生活垃圾焚烧飞灰的要求，彻底实现了生活垃圾焚烧飞灰的减量化、无害化和资源化处置。

 

（7）废弃物焚烧过程研究

城市工业废弃物经过处理后，城市工业废液等液态废弃物通过泵力输送至炉尾塔架顶部的高位储存罐，通过计量装置计量后，液态废弃物被输送到炉头燃烧器，通过炉头燃烧器的喷枪射入新型回转式焚烧炉内进行焚烧。密封打包处理后的固态废弃物，经过废弃物运输专用车辆运至烧成炉尾，并根据废弃物种类，分别在有机和无机固体废弃物缓冲仓进行短暂堆放。无机固体废弃物包通过输送设备直接送至新型回转式焚烧炉炉尾烟室，随处置料一起入炉焚烧处理。有机固体废弃物包通过输送设备送至炉尾的空气炮高压装置将其送至新型回转式焚烧炉的上过渡带而进行高温焚烧处理。对于水分含量较大且有一定处理规模的工业污泥或其他可利用半固态废弃物，首先在流态化型式的预焚烧炉中进行预焚烧处理，焚烧后产生的废气经旋风筒收尘器收尘后与出炉尾预热器的废气汇合，一起进入炉尾废气处理系统。旋风筒收尘器收集下来的粉尘，喂入炉尾烟室，入炉焚烧处理。

废弃物焚烧系统采用一台Φ4.0×67m的新型回转式焚烧炉，炉尾带单系列低压损五级旋风预热器和低NOx型分解炉，热耗3429kJ/kg（820kcal/kg）。焚烧炉和分解炉用煤比例为40%～45%和60%～55%，入炉物料的碳酸钙分解率大于90%。

新型回转式焚烧炉采用三档支撑，斜度为3.5%，转速为0.35～3.5r/min。炉头配有多通道的煤粉燃烧器。分解炉用三次风从炉头罩上抽取，通过三次风管直接送至分解炉。掺合料冷却采用一台第三代空气梁式篦冷机，冷却机出口设有掺合料破碎机，出破碎机的掺合料经盘式输送机送入掺合料库。冷却机废气经袋收尘器净化处理后排入大气，正常排放浓度≤30mg/m3（标）。

另外，为解决废气中的NOx的排放问题，本项目烧成系统采用了经济实用的降低NOx排放的技术，即采用低氮氧化物燃烧器、分级燃烧的分解炉、过程参数控制及选择性非催化还原的废弃脱硝技术。也就是说，在烧成系统配置方面，炉头采用低一次风的大推力燃烧器，这样可以使燃料可以在低的空气含量条件下进行正常的燃烧，并提高火焰空间的温度分布均齐性，从而有效地降低热力NOx形成。炉尾可以采用低NOx型炉，它可以处置新型回转式焚烧炉内产生的绝大部分NOx，使生产过程和氮氧化物的降低有机结合。在分解炉的设计上采用分风分级燃烧措施，其主要工作原理是在分解炉内形成一个大的、有较强CO浓度的还原区域，确保把炉内形成的NO完全还原成N2，同时对分解炉的燃料N进行还原控制。本项目的炉尾分解炉采用了具有国家实用新型专利的低NOx在线分解炉，能起到很好的脱硝效果，确保废气中NOx的排放达到国家标准。

关键技术与创新点