IV第1章緒論1.1研究背景及意義1.1.1我國(guó)生活垃圾處理現(xiàn)狀城鎮(zhèn)生活垃圾的增加對(duì)環(huán)境衛(wèi)生造成了壓力，已經(jīng)成為世界各國(guó)或地區(qū)不得不面對(duì)的一個(gè)突出問題。目前，世界上絕大多數(shù)國(guó)家都面臨著城市環(huán)境惡化和資源短缺的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，如何處理好城鎮(zhèn)生活垃圾是當(dāng)前全球共同關(guān)心的焦點(diǎn)問題之一。生活垃圾如果沒有得到妥善的處理，就會(huì)給大氣造成污染、水體及土壤的污染，不僅對(duì)城鎮(zhèn)環(huán)境質(zhì)量造成了嚴(yán)重的影響，對(duì)人體健康有害，生活垃圾的處理在國(guó)內(nèi)日益突出。在中國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快的今天，生活垃圾產(chǎn)生量與日俱增。據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》年度資料顯示，我國(guó)的生活垃圾清運(yùn)量和城鎮(zhèn)人口數(shù)量都有了較快的增加（圖1.1），其中，垃圾清運(yùn)量由2004年1.55億t上升至2017年2.51億t，累計(jì)增幅150%。我國(guó)大部分城市正面臨著垃圾圍城，四分之一的城市已經(jīng)沒有適當(dāng)場(chǎng)地來處置垃圾了，2011生活垃圾堆積存量超過65億t，占地3500km。同時(shí)由于垃圾填埋場(chǎng)建設(shè)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了垃圾處理設(shè)施增長(zhǎng)速度，導(dǎo)致我國(guó)部分地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的環(huán)境問題和社會(huì)矛盾。我國(guó)處理生活垃圾的能力比較欠缺，大量生活垃圾得不到及時(shí)，有效地處置，在生活垃圾處置方面正面臨著極為嚴(yán)峻的考驗(yàn)。圖1.12004-2017年中國(guó)城鎮(zhèn)人口和生活垃圾清運(yùn)量到2017年年底，國(guó)內(nèi)以衛(wèi)生填埋、焚燒發(fā)電等生活垃圾治理為主，與此同時(shí)，厭氧消化與堆肥的現(xiàn)象比較普遍，各類生活垃圾處理技術(shù)在國(guó)內(nèi)的處理量占比，見圖1.2。衛(wèi)生填埋的特點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單、投資少等優(yōu)點(diǎn)，但是它的無組織排放在對(duì)環(huán)境造成很大影響時(shí)，它的特點(diǎn)是土地資源的占用量高、選址難度大，資源化程度不高，滲濾液及重金屬污染土壤及地下水等不利因素；焚燒發(fā)電的特點(diǎn)是減量化和資源化、占地小等顯著的優(yōu)點(diǎn)，但是前期投資較大，將造成難以解決的二次污染問題，與此同時(shí)，受鄰避效應(yīng)的影響，新的焚燒項(xiàng)目進(jìn)展難度大，建設(shè)周期長(zhǎng)；沼氣工程以清潔可再生能源為原料，技術(shù)成熟、運(yùn)行成本低，但是目前主要集中在城市生活垃圾焚燒發(fā)電領(lǐng)域。有機(jī)廢物厭氧消化能量轉(zhuǎn)化效率高，但是，副產(chǎn)固相殘?jiān)跋釉奶幚碣M(fèi)用較高；垃圾焚燒技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)污染物的完全降解，但是其產(chǎn)氣量較小，不利于城市垃圾處理系統(tǒng)中其他設(shè)施的正常運(yùn)行，因此，目前在我國(guó)主要采用焚燒法或熱解氣化法來進(jìn)行生活垃圾處理。垃圾堆肥的發(fā)酵周期短、無害化程度更高、衛(wèi)生條件優(yōu)越，便于機(jī)械化操作，但是限制了現(xiàn)行垃圾分類收集體系，垃圾組分的復(fù)雜性影響堆肥產(chǎn)品的肥效，垃圾堆肥通常很難大規(guī)模進(jìn)行。各種生活垃圾處理技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，技術(shù)定位各異，選擇何種技術(shù)或技術(shù)組合，需考慮地方經(jīng)濟(jì)狀況，人口狀況等、環(huán)境污染以及現(xiàn)有生活垃圾處理設(shè)施的大小等諸多因素。衛(wèi)生填埋是每個(gè)城市都要有的基本保證設(shè)施，就是對(duì)生活垃圾的終極處理辦法，垃圾焚燒減量化效果良好，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要引進(jìn)的處理技術(shù)之一。近年來，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保工作重視程度不斷提高，各地政府加大對(duì)生活垃圾處理項(xiàng)目投入力度，新建焚燒爐設(shè)備數(shù)量逐年增加，焚燒效率得到顯著提升，為社會(huì)提供更多優(yōu)質(zhì)資源。但新的焚燒設(shè)施，國(guó)內(nèi)卻進(jìn)展艱難，《“十二五”全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》計(jì)劃新建焚燒設(shè)施完成率僅為70%。由于缺少有效的資金支持以及政府對(duì)垃圾處理認(rèn)識(shí)不足等原因，許多新建項(xiàng)目未能如期建成或投入使用。焚燒設(shè)施的建設(shè)沒有達(dá)到規(guī)劃要求，致使新建設(shè)施的處理能力明顯落后于生活垃圾的發(fā)展，填埋場(chǎng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的超負(fù)荷工作，極大地減少填埋場(chǎng)運(yùn)營(yíng)年限。因此如何提高焚燒爐效率、延長(zhǎng)其使用壽命已成為當(dāng)前急需解決的問題。傳統(tǒng)生活垃圾處理技術(shù)很難滿足人們對(duì)垃圾處理越來越高的要求，以及對(duì)環(huán)保要求越來越苛刻。1.1.2水泥窯協(xié)同處置垃圾的優(yōu)勢(shì)2016年，環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染防治技術(shù)政策》（以下簡(jiǎn)稱《技術(shù)政策》），提出水泥窯協(xié)同處置是中國(guó)城市廢物補(bǔ)充處理的重要形式。水泥窯協(xié)同處置技術(shù)有良好的減量化作用、污染排放少，建設(shè)投資較少、減輕占地壓力的優(yōu)點(diǎn)，已被發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛采用。采用水泥窯對(duì)尾礦，粉煤灰進(jìn)行協(xié)同處理、煤研石和其他一般工業(yè)廢物在國(guó)內(nèi)已得到較廣泛利用，收到較好的社會(huì)，經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)前，水泥窯協(xié)同處理生活垃圾試點(diǎn)也已積極開展。水泥窯協(xié)同處置是一種技術(shù)，即經(jīng)過預(yù)處理后將符合窯或窯要求的廢物放入水泥窯。目前，世界上大多數(shù)國(guó)家都使用水泥窯處理廢物。水泥窯配合處理廢棄物的原因是，廢物可以通過替代原材料和燃料參與水泥熟料的生產(chǎn)。替代燃料以燃燒放熱的方式為水泥鍛燒工藝提供熱量，并將燃燒后的殘余物以原料形式送入熟料中。經(jīng)高效收塵設(shè)備對(duì)燃燒后的廢氣和粉塵進(jìn)行凈化，然后排放到大氣中，并對(duì)采集的粉塵進(jìn)行回收，不但實(shí)現(xiàn)了廢棄物的無害化處理，采用代替原料，代替燃料，減排，環(huán)境效益好。采用水泥窯協(xié)同處理廢棄物，有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）符合“3T+E”垃圾焚燒原理，使得廢棄物與有害物質(zhì)被完全的焚燒與分解。水泥回轉(zhuǎn)窯的火焰溫度為1700-1900℃，預(yù)分解爐的爐溫可達(dá)到2100℃，窯內(nèi)物料的溫度通常在1450℃以上，氣體溫度在1750℃附近。在如此高的溫度下，廢物中的有機(jī)物完全分解，總處置率超過99.99%。材料從窯末到窯末的停留時(shí)間約為40分鐘；在950℃以上的高溫區(qū)，氣體保持在8S以上，在1300℃以上的溫度區(qū)，停留時(shí)間超過3S，利于廢棄物的完全分解。在水泥窯中，氣體和材料反向運(yùn)動(dòng)模式可以形成強(qiáng)湍流，氣固相混合好，傳熱傳質(zhì)條件好，有利于有害物質(zhì)的完全焚燒。在生產(chǎn)過程中，由于鼓入了二次風(fēng)，帶來了大量清新空氣，使得回轉(zhuǎn)窯內(nèi)具有足夠的氧，以便將剩余有機(jī)碳充分分解并燒掉。（2）堿性平穩(wěn)焚燒狀態(tài)。水泥熟料鍛燒堿性氣氛條件下，利于將廢棄物中酸中和成穩(wěn)定鹽類。回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部具有較大的熱慣性，燃燒系統(tǒng)十分穩(wěn)定，且回轉(zhuǎn)窯筒體隔熱性好，因此，協(xié)同處理廢棄物并沒有引起窯爐內(nèi)溫度的大幅波動(dòng)。（3）基本上做到了廢棄物徹底處理，無廢渣排放。二噁英在“3T+E”燃燒條件下基本上被分解，水泥回轉(zhuǎn)窯窯口低溫帶溫度在330-380℃左右，進(jìn)入增濕塔之前，氣體溫度會(huì)急速降溫至250℃以下。所以在水泥生產(chǎn)低溫區(qū)還可以避開二噁英重新合成時(shí)300℃溫度范圍。將廢棄物燃燒后爐渣充分用作水泥生產(chǎn)原料，重金屬凝固在水泥熟料上，水泥硬化形成的致密性結(jié)構(gòu)能有效地抑制重金屬的溶出，避免二次污染，生產(chǎn)全過程無殘?jiān)鞒觥＃?）建設(shè)投資少。協(xié)同處理廢棄物僅需對(duì)原水泥熟料的生產(chǎn)先行改造即可，增加了生活垃圾輸送，喂料的裝置，以及新的廢棄物預(yù)處理設(shè)施的建設(shè)。對(duì)照新的焚燒項(xiàng)目，它投入的資金數(shù)額少。水泥行業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)產(chǎn)業(yè)之一，水泥產(chǎn)量為世界產(chǎn)量60%，利用水泥窯配合處理垃圾具有很大的潛力?！笆濉逼陂g，中國(guó)建材行業(yè)迎來了一個(gè)飛速發(fā)展的階段，2015年水泥產(chǎn)量23.6億t。但是，伴隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的地持續(xù)轉(zhuǎn)變，需求結(jié)構(gòu)的地持續(xù)提升，對(duì)水泥產(chǎn)品需求會(huì)小幅減少。我國(guó)仍處在城市化發(fā)展的進(jìn)程之中，公共基礎(chǔ)設(shè)施有待開發(fā)，現(xiàn)代化有待完善，我國(guó)水泥熟料產(chǎn)量在幾十年內(nèi)都會(huì)保持穩(wěn)定，從而可確保水泥窯協(xié)同處置技術(shù)今后一定時(shí)期內(nèi)處置規(guī)模。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀危廢經(jīng)預(yù)處理工藝處理達(dá)到或者能夠達(dá)到入窯的要求，可作為可替代的原料/燃料資源化利用或直接無害化處置，這是一種水泥窯協(xié)同處理危廢的技術(shù)。通常情況下，水泥廠傳統(tǒng)的特點(diǎn)就是耗費(fèi)大量礦石資源以及化石能源，并成為引人注目的污染物排放大戶，所以就水泥制造業(yè)而言，利用固體廢棄物作替代原料及燃料，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀自20世紀(jì)70年代以來，化石燃料價(jià)格一直在上漲。為了緩解能源危機(jī)，一些外國(guó)公司開始青睞熱值高的固體廢物。1973年，五氯苯酚開始作為替代燃料在加拿大Lawrence水泥廠使用。隨后，歐洲、日本、美國(guó)和其他國(guó)家開始在水泥窯中聯(lián)合處理危險(xiǎn)廢物。在選擇危險(xiǎn)廢物時(shí)，可燃廢物取代水泥生產(chǎn)中的某些燃料，然后達(dá)到水泥生產(chǎn)和危險(xiǎn)廢物處置的目標(biāo)。在發(fā)達(dá)國(guó)家，水泥窯中危險(xiǎn)廢物集體處置技術(shù)已有30多年的歷史，可以說是有著豐富經(jīng)驗(yàn)的。2007年，歐洲水泥行業(yè)的廢物處置風(fēng)險(xiǎn)超過120萬噸。2009年，美國(guó)250多家水泥廠處理了約3億噸危險(xiǎn)廢物。以挪威為例，該國(guó)100%的有機(jī)危險(xiǎn)廢物在水泥窯中處理。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，歐洲和其他發(fā)達(dá)國(guó)家的許多水泥廠從最初的垃圾變成了塑料垃圾、輪胎垃圾、含油污泥和其他類型的危險(xiǎn)廢物。例如，2007年荷蘭的燃料替代率為92%。法國(guó)的燃料替代率為50%，德國(guó)水泥工業(yè)從2009年的58.4%增至2013年的580%。除上述國(guó)家外，其他國(guó)家有超過50%的燃料替代者。自1980年以來，美國(guó)聯(lián)邦法律越來越多地要求廢物處理，特別是危險(xiǎn)廢物處理。因此，垃圾焚燒處理的規(guī)模迅速增加，水泥窯危險(xiǎn)廢物處理技術(shù)的發(fā)展尤為迅速。1989年，美國(guó)水泥公司合作的工業(yè)危險(xiǎn)廢物數(shù)量是專用焚燒爐的四倍，達(dá)到100多萬噸。在美國(guó)，90%的液體危險(xiǎn)廢物通過水泥窯的合作技術(shù)進(jìn)行處理。1990年，美國(guó)超過30%的水泥公司在水泥窯進(jìn)行了聯(lián)合廢物管理。1994年，37家美國(guó)水泥公司獲得了經(jīng)營(yíng)證書，水泥公司處理了近60%的美國(guó)危險(xiǎn)廢物。自2000年以來，美國(guó)水泥公司的危險(xiǎn)廢物處理總量穩(wěn)定在每年10萬噸左右。自1990年以來，日本水泥行業(yè)收到了大量廢物，并逐漸開始在鑄造行業(yè)接受重油渣、廢油和廢塑料等有害廢物。截至2018年，日本有17家水泥公司和30家工廠，每年產(chǎn)生約600噸危險(xiǎn)廢物，約50%回收利用，3000萬噸使用水泥窯協(xié)同處置技術(shù)。日本對(duì)于危廢普遍采取“焚燒處理之后的計(jì)算”的處理方式，焚燒之后，焚燒灰經(jīng)過生料配比計(jì)算，按照一定的配比加入水泥原料進(jìn)行焚燒。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀（1）發(fā)展歷程國(guó)內(nèi)水泥窯協(xié)同處置的研究與實(shí)踐始于20世紀(jì)90年代。其中，上海萬安水泥廠是我國(guó)第一座水泥窯處理危險(xiǎn)廢物的制造商。1995年5月，原北京水泥廠（現(xiàn)簡(jiǎn)稱新北水）成功開發(fā)了第一條水泥窯共燒廢物處理模式生產(chǎn)線，并開始嘗試?yán)盟喔G燃燒油漆廢物、廢油墨、廢樹脂和有機(jī)廢液。2007年、2008年和2009年，華新水泥公司開始在使用水泥窯的水泥廠中處理有毒化學(xué)品，如甲胺磷、對(duì)硫磷、甲基對(duì)硫磷，長(zhǎng)效磷和磷酰胺。截至2011年，該公司已處理762.79噸危險(xiǎn)廢物，是中國(guó)最成功的水泥公司之一。2011年，煙臺(tái)山水水泥有限公司、太原廣廈水泥有限公司、太原獅頭集團(tuán)廢物處置有限公司、陜西秦能資源科技開發(fā)有限公司、柳州市金太陽(yáng)工業(yè)廢物處置有限公司等五家公司取得了危險(xiǎn)廢物管理許可證。截至2014年，河北省只有北水、華新與河北金隅紅樹林等三家公司獲得了“危險(xiǎn)廢物管理許可證”，共同處理多種類型的危險(xiǎn)廢物，其中一家是單一處理公司。自2014年以來，國(guó)內(nèi)水泥窯處理危險(xiǎn)廢物的項(xiàng)目聯(lián)合爆炸，在建項(xiàng)目超過100個(gè)。2017年，處置危險(xiǎn)廢物的水泥公司數(shù)量超過30家，預(yù)計(jì)產(chǎn)能為1.52億噸/年。2018年10月，在建項(xiàng)目和建設(shè)項(xiàng)目超過40個(gè)，業(yè)主人數(shù)約61人。授權(quán)的危險(xiǎn)廢物管理能力每年超過3000萬噸，實(shí)際處理能力每年10萬噸，已經(jīng)超過了傳統(tǒng)的危險(xiǎn)廢物焚燒能力，截至2019年7月，全國(guó)共有77座水泥窯，28.1%的危險(xiǎn)廢物處理企業(yè)項(xiàng)目分布，分布于華東、華北和西北地區(qū)。華北地區(qū)已達(dá)25家，東北地區(qū)至少有3家。在建的生產(chǎn)線數(shù)量為52條，年產(chǎn)能為3140萬噸，危險(xiǎn)廢物焚燒的一半達(dá)到2011萬噸/年，達(dá)到110條水泥生產(chǎn)線。（2）國(guó)家相應(yīng)的法規(guī)、政策要求我國(guó)現(xiàn)行出臺(tái)的水泥窯配合處置危廢有關(guān)政策法規(guī)見表1.2，為激勵(lì)水泥窯協(xié)同處置危廢的技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步，2011-2017年間，陸續(xù)有部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范出臺(tái)，危廢設(shè)施工藝要求、入窯特性的要求、嚴(yán)格的運(yùn)行技術(shù)要求及其他。隨著這一系列相關(guān)政策文件、標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的頒布，該工藝的標(biāo)準(zhǔn)化、安全性和有效性大幅提高，水泥窯協(xié)同處置處理危險(xiǎn)廢物項(xiàng)目的快速發(fā)展，同時(shí)有效降低了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的可能性。表1.2水泥窯協(xié)同處置危廢相關(guān)政策法規(guī)實(shí)施時(shí)間政策法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)2011年水泥窯協(xié)同處置工業(yè)廢物設(shè)計(jì)規(guī)范GB50634-20102014年水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)GB30485-20132014年水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB4915-20132014年水泥窯協(xié)同處置固體廢物環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范HJ662-20132015年水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范GB30760-20142016年水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染防治技術(shù)政策環(huán)境保護(hù)部公告2016年第72號(hào)2017年水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物經(jīng)營(yíng)許可證審查指南(試行)環(huán)境保護(hù)部公告2017年第22號(hào)1.3主要研究?jī)?nèi)容本文主要是研究水泥窯協(xié)同處置固體廢物工藝流程，研究過程中，首先對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析總結(jié)，其次針對(duì)水泥窯協(xié)同處置固體廢物原理進(jìn)行了分析，之后對(duì)水泥窯協(xié)同處置固體廢物工藝進(jìn)行了介紹，最后通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析了水泥窯協(xié)同處置固體廢物的優(yōu)勢(shì)。第2章水泥窯協(xié)同處置固體廢物的原理及現(xiàn)狀2.1水泥窯協(xié)同處置固體廢物的原理垃圾填埋是一種傳統(tǒng)的固體廢物處理方法。隨著填埋場(chǎng)數(shù)量的增加和填埋時(shí)間的增加，固體廢物填埋場(chǎng)存在地下水和土壤污染的風(fēng)險(xiǎn)。用于發(fā)電的固體廢物燃燒極易產(chǎn)生滲濾液、二惡英等，灰燼中富含重金屬。水泥窯固體廢物處理合作的核心是采用新型干法燃燒技術(shù)，采用新型原料、燃料預(yù)均化技術(shù)、節(jié)能破碎技術(shù)和設(shè)備以及先進(jìn)的計(jì)算機(jī)分散控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)固體廢物處理全過程自動(dòng)化。固體廢物經(jīng)預(yù)處理后送入水泥窯。水泥窯具有處理量大、效率高、污染少、固體廢物處理等特點(diǎn)。第一，廢氣排放低。當(dāng)固體廢物在水泥窯中混合時(shí)，燃燒溫度不應(yīng)低于1400℃，石灰石應(yīng)完全分解為二氧化碳和氧化鈣。燃燒溫度保持在非常高的水平，氧化鈣可以降低固體廢物燃燒過程中有毒有害氣體的含量，如氯化氫、二惡英和氧化硫。第二，灰渣排放量小。一種新型干法水泥窯通過在高溫?zé)骗h(huán)境中混合固體金屬、固體廢物和重金屬顆粒來生產(chǎn)熔融玻璃。第三，減少?gòu)U液排放。通過水泥窯的負(fù)壓，新型干燥方法水泥窯的廢水在固體廢物處理中進(jìn)入窯內(nèi)，并在高溫下分解。干水泥窯用于固體廢物處理，有效利用廢物本身的熱量，并處理燃燒產(chǎn)生的灰，有效減少城市固體廢物的數(shù)量，達(dá)到固體廢物的回收、減重和解毒的目的，廢物可以變廢為寶。2.2水泥窯協(xié)同處置固體廢物的現(xiàn)狀干法水泥窯與固體廢物處理相結(jié)合的技術(shù)在國(guó)外早已得到研究和實(shí)踐。20世紀(jì)70年代，德國(guó)、美國(guó)和日本試圖使用可燃固體廢物作為水泥生產(chǎn)的替代燃料。本世紀(jì)初，先進(jìn)國(guó)家普遍接受使用固體廢物代替燃料生產(chǎn)水泥。其中，荷蘭使用固體廢物作為替代燃料生產(chǎn)的水泥比例達(dá)到83.0%，這一比例已經(jīng)上升。城市固體廢物處理用干法水泥窯的摻混效果日益提高。20世紀(jì)90年代，中國(guó)開始使用水泥窯協(xié)同處理技術(shù)處理固體廢物。作為科學(xué)技術(shù)研究所的技術(shù)支持，水泥公司引入了水泥窯協(xié)同加工技術(shù)，并用于處理城市垃圾和危險(xiǎn)廢物。從國(guó)內(nèi)水泥生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際管理結(jié)果來看，干法水泥窯可以實(shí)現(xiàn)城市垃圾、危險(xiǎn)廢物和其他固體廢物的協(xié)同處理。由于公司周圍的環(huán)境監(jiān)測(cè)，所有污染物都可以達(dá)到相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)的限定值，公司具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境影響。從這一事實(shí)來看，可以將干水泥窯與固體廢物處理相結(jié)合，以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，實(shí)際使用效果顯著。第3章水泥窯協(xié)同處置固體廢物工藝分析3.1工藝流程固廢固態(tài)系統(tǒng)，主要用于處理含水量<30%固廢。固體廢物固體系統(tǒng)的工藝流程如圖所示。如圖3.1所示，固體廢物被粉碎、混合和稱重，然后通過帶式輸送機(jī)送至水泥窯進(jìn)行焚燒。在儲(chǔ)存坑中的固體廢物材料均勻均勻化后，必須確保固體廢物的混合不會(huì)因高溫升高、爆炸、燃燒過程中的化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致，并且不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，同時(shí)，嚴(yán)禁摻混不兼容固廢。圖3.1固廢固態(tài)系統(tǒng)工藝流程3.2測(cè)定方法窯內(nèi)固體廢物主要為污泥、粉塵、灰分、爐渣和爐渣。為了檢查固體廢物碳化后窯內(nèi)工作條件的變化，在2021固體廢物處理工作中，每天對(duì)固體廢物-固體系統(tǒng)貯存坑中的材料進(jìn)行兩次取樣，并采用減重法測(cè)量固體廢物的含水量。固體廢物的熱值采用“煤炭工業(yè)分析方法”（GB/t212-2008）進(jìn)行分析和測(cè)量。同時(shí)，持續(xù)監(jiān)測(cè)窯的工作條件和氮氧化物的排放。固體廢物的預(yù)處理用作粉塵和灰分的基礎(chǔ)材料，并與高含水量和高熱值的蒸餾渣一起使用。由于固體廢物中重金屬含量較低，在研究實(shí)驗(yàn)中可以忽略不計(jì)。固體系統(tǒng)儲(chǔ)存坑中的固體廢物材料必須在混合變得均勻后分散，以避免由于固體廢物進(jìn)入窯且窯系統(tǒng)的供應(yīng)變得不穩(wěn)定而導(dǎo)致的CO和NOx排放的波動(dòng)。進(jìn)入窯的固體廢物材料的百分比根據(jù)材料的實(shí)際狀態(tài)確定，水分應(yīng)在固體系統(tǒng)的要求范圍內(nèi)。固態(tài)系統(tǒng)儲(chǔ)坑固廢的理化特征分析如表3.1所示，從表3.1中可以看出，固廢主要理化性能的區(qū)別是它們的熱值和水分、氯、堿含量不同。表3.1固態(tài)系統(tǒng)儲(chǔ)坑固廢理化特性分析危固廢配比%含水率%熱值kJ/kg化學(xué)成分，%SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOR2OCl-F-精餾殘?jiān)?.885.4184215.8310.532.674.541.330.361.2310.001大修渣64.31.9388324.8315.532.674.541.334.730.6118.729除塵灰18.67.554551.550.750.4730,928.841.950.0431.853污泥7.140.240923.653.636.810.883.670.590.0770.137儲(chǔ)坑10011.8527316.9711.612.4910.651.313.530.5016.021第4章結(jié)果分析4.1固廢監(jiān)測(cè)指標(biāo)情況在協(xié)同處置過程中，窯系統(tǒng)的運(yùn)行指標(biāo)和固廢監(jiān)測(cè)指標(biāo)狀況如表4.1所示。從數(shù)據(jù)結(jié)果分析來看，水泥窯系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好。從表4.1可見，2021年產(chǎn)1-10月固廢處置，水泥窯的產(chǎn)量為176.02-189.93t/h，平均產(chǎn)量為182.72t/h；熟料質(zhì)量較穩(wěn)定，未發(fā)生明顯變化，但熟料強(qiáng)度有所下降。窯頭喂煤量為6.86-7.61t/h，窯頭平均喂煤量7.30t/h；回轉(zhuǎn)窯出口溫度和燒成帶溫度均處于正常水平，但部分區(qū)域出現(xiàn)局部升溫現(xiàn)象。窯尾喂煤量為11.43-13.16t/h，窯尾平均喂煤量12.36t/h。熟料煅燒和固廢處置，CO排放濃度為0.04%-0.10%，NOX排放濃度在73.97-84.86mg/Nm3，總體排放濃度均小于限值100mg/Nm3。表4.1窯系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)及固廢監(jiān)測(cè)指標(biāo)情況月份水泥窯危固廢產(chǎn)量/h窯頭喂煤量t/h窯尾喂煤量t/hCO%NOxmg/Nm3二次風(fēng)溫℃三次風(fēng)溫℃熱值kJ/g水分%處置量t燒失量%1月180.67.4312.460.0476.291102.281001.075236.4134.7659.7227.213月179.827.4612.240.0481.161106.891008.257540.7244.9893.1326.824月176.567.4813.120.0582.351122.521014.744101.6338.6926.1728.65月189.937.6113.160.0984.861113.041010.316930.9428.891177.429.936月189.237.3113.140.0979.91129.141024.09735.681.9396.8625.487月187.856.9511.740.0578.541121.631019.483303.089.521457.9815.658月176.026.8612.120.0777.141135.591004.434892.616.11406.4710.589月183.797.2611.790.174.971127.931003.6910710.6228.121136.112.7910月180.687.3211.430.0773.971150.661032.729314.5431.051240.5120.14均值182.727.312.360.0778.81123.31012.985862.925.981032.721.91固廢處置過程中，窯內(nèi)二次風(fēng)的平均氣溫在1123.30℃左右，比限定溫度高23.30℃；窯內(nèi)風(fēng)速分布均勻性較差，但在不同時(shí)段其平均值均高于規(guī)定要求值，說明喂煤對(duì)提高窯內(nèi)氣流穩(wěn)定性和降低窯體阻力效果明顯。三次風(fēng)的平均氣溫都是1012.98℃，比限定溫度高12.98℃，并且風(fēng)溫總體上隨固廢投加量增大而升高，說明固廢入窯以后，喂煤量還有減少的余地。從表4.1可以看出，當(dāng)在生產(chǎn)過程中添加固體廢物時(shí)，進(jìn)入固體廢物的性質(zhì)與生產(chǎn)不一致。儲(chǔ)存坑的物料熱值和水分含量變化很大。儲(chǔ)存坑中材料的總熱值為735.68-10710.62kJ/kg，平均熱值5862.91kJ/kg，含水率1.90%-44.90%，固廢平均每月處置量1032.70t。由于固廢水分的存在，熱值出現(xiàn)波動(dòng)，引起了水泥窯CO，氮氧化物排放的波動(dòng)。4.2固廢入窯后熟料氯堿含量變化為保證熟料中氯離子含量在國(guó)標(biāo)限值范圍內(nèi)（0.060%），同時(shí)，達(dá)到固體廢物處理的最大量。在固體廢物處理過程中，固體儲(chǔ)存坑中的材料中的氯離子含量保持在允許范圍內(nèi)，堿含量保持在容許范圍內(nèi)，并且進(jìn)入窯的固體廢物熟化材料中氯離子的含量確保低于0.040%，堿含量小于0.085%。由于原料和固體廢物的硫含量較低，因此放入固體廢物窯后硫含量的變化可以忽略不計(jì)。固廢處置后熟料中氯離子含量變化如圖4.1所示?？梢?，隨著固廢入窯量增加，水泥窯內(nèi)溫度升高，導(dǎo)致熟料氯元素析出，降低了熟料質(zhì)量。從圖4.1中可以看出2021年1至10月份，生料中氯離子的含量為0.024%-0.031%，固廢加入后熟料中氯離子的含量為0.019%-0.026%，且多低于生料氯離子含量。結(jié)合以上結(jié)果可以得出，生料、熟料的氯元素均為不穩(wěn)定組分，其主要來源于水泥窯內(nèi)煅燒過程中生成的未分解氣體和熟料自身燃燒產(chǎn)生的熱量。由生料，熟料中氯離子的含量分析表明，固廢進(jìn)入窯內(nèi)（未開旁路放風(fēng)系統(tǒng)），一部分氯離子在水泥窯內(nèi)部循環(huán)富集，且循環(huán)富集率為47%-54%，循環(huán)濃度平均為51%，殘余氯離子最終在成熟過程中被濃縮。根據(jù)對(duì)8月份水泥窯生產(chǎn)情況的觀察，本月水泥窯系統(tǒng)總共運(yùn)行了20天。本月12日的二次風(fēng)溫起伏，成熟材料中游離鈣含量較高，窯結(jié)皮垮落熟料總樣品中氯離子含量為0.046%。圖4.1固廢處置對(duì)熟料氯離子含量的影響固廢處置后熟料中堿含量變化如圖4.2所示。從圖4.2中可以看出生料堿的含量為0.43%-0.79%，熟料堿含量為0.51%-0.83%，總體上小于內(nèi)控限值。圖4.2固廢處置對(duì)熟料堿含量的影響這表明，對(duì)現(xiàn)有儲(chǔ)坑中有害元素的處理可以確保熟料質(zhì)量的穩(wěn)定性，并對(duì)水泥窯中氯離子的濃度和濃縮能力產(chǎn)生影響。然而，窯內(nèi)空氣溫度的控制較差，窯的操作條件趨于波動(dòng)，窯結(jié)皮垮落，更容易受到熟料的質(zhì)量影響。4.3固廢入窯后窯工況指標(biāo)變化固廢性能指標(biāo)和水泥窯工況指標(biāo)方差分析結(jié)果如表4.2所示。如表4.2所示，窯內(nèi)固體廢物的熱值和含水量顯著影響水泥窯的碳化速率以及一氧化碳和氮氧化物的排放（P<0.01）。在相同條件下，窯內(nèi)的固體廢物比熟化更能促進(jìn)污染物的排放。窯頭和土豆中的煤炭供應(yīng)和氮氧化物排放量隨著固體廢物熱值的增加而減少，二次風(fēng)溫、三次風(fēng)溫和一氧化碳排放量隨著固廢熱值的增加逐漸增加，入窯固廢含水率隨燒成帶溫度的上升呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。水分影響窯內(nèi)喂煤量，風(fēng)溫、一氧化碳排放量對(duì)熱值的作用則反之，即窯內(nèi)喂煤量，二次風(fēng)溫、三次風(fēng)溫和一氧化碳排放量均隨著固廢水分升高而減少，說明固廢入窯爐協(xié)同處理具有明顯減煤用效果，并且固廢的熱值有利于氮氧化物減排。表4.2固廢性能指標(biāo)與水泥窯工況指標(biāo)的方差分析危固廢方差分析窯頭喂煤量窯尾喂煤量二次風(fēng)溫三次風(fēng)溫CO排放量NOx排放量熱值F31.9531.721.282.4932.2928.76P-value<0.0001<0.0001<0.0001<0.0001<0.0001<0.0001水分F15.888.4325.8430.5830.58119.32P-value0.0010.01040.27460.134<0.0001<0.0001水泥窯用氮氧化物有三種類型。其中，熱氮氧化物在日本被廣泛使用。減少氮氧化物排放所需的氨水的量取決于氮氧化物的總量以及氨和氮氧化物在分解爐中的反應(yīng)效率。對(duì)氨吸收塔在不同窯況下的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了比較，得到了單元基質(zhì)中氨水含量的變化規(guī)律。事實(shí)上，在處理固體廢物之前，單位熟料的平均氨使用量為980L/h，合作處理期間單位熟料的氨平均使用量為960L/h。固體廢物儲(chǔ)存坑的主要材料是爐渣和粉塵的檢查。這些固體廢物來自鋁工業(yè)。通過添加大量氮化鋁并與高污泥或蒸餾殘?jiān)旌?，可以生成氨，從而促進(jìn)氮氧化物的還原。要供給水泥回轉(zhuǎn)窯的材料是諸如鋁粉、石灰、石膏等的原料，并且可以提高老化材料的燃燒溫度以降低能耗。然而，要求窯內(nèi)固體廢物小于10450kJ/kg，含水量小于40%。當(dāng)熱值過高且含水量過高時(shí)，窯系統(tǒng)中一氧化碳和氮氧化物的排放量波動(dòng)很大，窯內(nèi)很可能出現(xiàn)還原性氣氛。水泥窯各工況指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)見表4.3。窯系統(tǒng)各點(diǎn)的污染物濃度隨窯速的增加而增加。通過對(duì)窯系統(tǒng)各指標(biāo)的相關(guān)性分析，窯內(nèi)排放的氮氧化物量與煤炭消耗量之間的相關(guān)性顯著相關(guān)，窯內(nèi)的煤炭供應(yīng)量隨著固體廢物（粉塵）量的增加而顯著減少，氮氧化物量減少。氮氧化物排放主要與煤炭消耗有關(guān)。固體廢物（灰塵和大修渣）的添加可減少窯系統(tǒng)中的煤炭消耗，減少煤中氮氧化物的含量，減少氮氧化物的生成。表4.3水泥窯工況指標(biāo)相關(guān)系數(shù)窯系統(tǒng)指標(biāo)危固廢處置量窯頭喂煤量窯尾喂煤量一氧化碳排放量0.0888-0.05950.1024氮氧化物排放量-0.17240.4834*0.7965**二次風(fēng)溫0.36310.4384*0.0254三次風(fēng)溫0.36310.4374*0.1394窯頭喂煤量-0.5279**--0.5094*窯尾喂煤量-0.5926**-0.5094*-4.4固廢入窯后煤耗變化固廢處理前后窯系統(tǒng)標(biāo)煤耗的變化如圖4.3所示。從圖4.3中可以看出，在沒有處理固廢之前的2020年，窯系噸熟料標(biāo)煤消耗99.24-103.21kg，平均101.90kg；通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析得出，隨著固廢處置時(shí)間延長(zhǎng)，窯系統(tǒng)實(shí)際產(chǎn)塵率增加，而實(shí)際生料質(zhì)量損失減少。固廢后的協(xié)同處理，窯爐系統(tǒng)噸熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗96.77-101.03kg，平均98.19kg，總體每噸熟料標(biāo)煤