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利用水泥窑协同处置工业废弃物技术浅论-【新闻】

发布时间:2021-05-24 06:47:27 阅读: 来源:挂车厂家

利用水泥窑协同处置工业废弃物技术浅论

“十二五”期间我国城市生活垃圾及废弃物处理问题得到空前重视,“无害化处理率”作为重要衡量指标将纳入政绩考核体系。北京金隅集团近年来针对固废处置及污染控制问题进行了深入的技术研究,取得了大批拥有自主知识产权的技术成果,同时已在集团多家水泥企业中成功应用,取得了良好的效果。可以相信,水泥窑协同处置废弃物前景看好。

随着资源开发和城市化进程的加快,无论是发达的工业国家还是正在逐步崛起的发展中国家,各类垃圾及废弃物的处理利用已成为一个不可避免、难以回避的现实问题。“十二五”期间我国城市生活垃圾及废弃物处理问题得到空前重视,“无害化处理率”作为重要衡量指标将纳入政绩考核体系。北京金隅集团近年来针对固废处置及污染控制问题进行了深入的技术研究,取得了大批拥有自主知识产权的技术成果,同时已在集团多家水泥企业中成功应用,取得了良好的效果。可以相信,水泥窑协同处置废弃物前景看好。

水泥窑协同处置垃圾焚烧飞灰

随着北京市人口不断增长,北京每天产生的生活垃圾越来越多。统计资料表明,2008年北京市生活垃圾日产生量16620吨(607万吨/年);如果按2010年全市常住人口达到1800万计,生活垃圾日产生量将达到18215吨(665万吨/年)。

目前,北京市垃圾处理90%是靠卫生填埋,焚烧、堆肥处理量仅占10%,减量化、资源化水平低。直接填埋含有大量有机物和水分的原生垃圾,作业难度大、填埋场安全隐患多,同时填埋产生的渗沥液、沼气处理水平低,严重污染周边环境。焚烧处理可以在大规模快速处理废弃物的同时回收部分能量,可使生活垃圾减容80%~95%,垃圾燃烧时产生的热能还可充分回收,用于供热和发电。与其他处理方法相比,焚烧法不仅符合垃圾处理的“三化”原则,而且具有占地面积小、运行稳定、处理时间短等多种优点,在许多国家和地区已经成为城市生活垃圾处理的首选方案。2010年4月22日,国家住房和城乡建设部、发改委及环保部联合发布了《生活垃圾处理技术指南》,明确指出:“焚烧处理设施占地较省,稳定化迅速,减量效果明显,生活垃圾臭味控制相对容易,焚烧余热可以利用。”“对于土地资源紧张、生活垃圾热值满足要求的地区,可采用焚烧处理技术。”按照北京市垃圾焚烧厂建设规划,2012年前,将建设阿苏卫焚烧厂、京南垃圾焚烧厂、董村垃圾焚烧厂3个垃圾焚烧处理项目。2015年前,再建六里屯焚烧厂、北天堂焚烧厂、南宫焚烧厂、梁家务焚烧厂,届时,生活垃圾焚烧将成为北京市生活垃圾综合处理的主要方式之一。

飞灰是指在垃圾焚烧发电厂烟气净化系统收集而得的残余物,总量约为生活垃圾处理量的3%~4%。飞灰中含有很多有机污染物和痕量重金属,具有很强的毒性,被归为危险废弃物。垃圾飞灰的处置受到了北京市环保局的高度重视。根据“十一五”规划,北京市规划中的垃圾焚烧厂全部投产后日处理量5400吨,垃圾飞灰的年产生量为6万吨左右。

目前,国内外处理生活垃圾焚烧飞灰的成熟方式主要有安全填埋和资源化利用两种方式。飞灰无害化安全填埋技术是将有毒有害组分包容覆盖起来,或者使其呈现化学惰性,然后进入危险废弃物填埋场进行填埋。国内已建设生活垃圾焚烧厂的北京、上海、深圳等城市由于土地资源紧张、危险废物填埋场选址困难,飞灰无害化安全填埋技术不符合城市可持续发展的需求。国外开发了一些飞灰资源化利用技术,以期大量消耗焚烧飞灰,解决飞灰填埋带来的诸多问题,代表性技术有3种:配置混凝土;制备陶瓷、玻璃等;制备水泥。配置混凝土技术在欧洲研究较多,它是利用飞灰代替水泥或者代替砂石料用作轻质混凝土的骨料,由于抗压强度太低,产品一般只适合于非结构件,而且由于没有经过高温处理,存在二恶英二次污染的风险。利用飞灰制备陶瓷、玻璃的技术是在高温条件下进行,高温处理可以破坏二恶英等有机污染物,形成的玻璃态物质同时还能稳定重金属,但是这项技术处置成本非常高,在熔融过程中有大量的挥发物产生,尾气处理难度相当大。利用飞灰制备水泥技术在日本有多年成功的工业化运行经验,主要是利用回转窑具有温度高、窑内高温气体湍流强烈、碱性气氛等特点,在高温条件下有效分解二恶英,绝大部分重金属元素生成稳定的盐类矿物固定在熟料之中,性能可以达到普通硅酸盐水泥标准。

比较上述3种资源化利用技术,用飞灰生产水泥技术实用性最强,能有效解决飞灰中二恶英、重金属等有害物质的危害性,符合北京市加强生活垃圾资源化处理的规划目标,但目前该技术在我国还没有成功的产业化运行先例。为了解决垃圾飞灰的出路问题,北京金隅集团承担了北京市科委设立的2008年重大项目“生活垃圾焚烧飞灰的资源化利用”,目的是将垃圾飞灰经过预处理后,通过水泥回转窑烧制成水泥,从而实现垃圾飞灰的无害化和资源化。该课题建设的年处理600吨生活垃圾焚烧飞灰的预处理中试线和处理后飞灰水泥窑工业实验的结果表明,该技术路线是可行的,同时在用水量、污水处理的环境安全性、对水泥窑工况的影响及水泥窑的尾气排放方面具有非常明显的优势。

水泥窑协同处置垃圾焚烧飞灰项目的实施将有毒、有害的焚烧飞灰制备成对环境无害的基础建筑材料水泥,并且在处置过程中不会对环境造成危害,可节约生产水泥所需的矿物原料,有效缓解生活垃圾焚烧发电带来的二次污染问题,缓解我国大中城市的巨大环境压力,对我国城市的环境保护和可持续发展将产生重要的影响,拥有自主知识产权的垃圾焚烧飞灰资源化的集成技术填补了国内空白。建设的中试线目前已顺畅运行1年多,年处理3万吨飞灰的生产线也已完成设计,技术完全成熟,将以全套技术输出的形式向全国推广,解决目前已建设的近百个垃圾焚烧厂的飞灰出路问题。

依托水泥窑处置城市生活污泥

城市污水处理厂的污泥是污水厂将城市地区的污水收集处理、出水达标排放后剩余的残留物。污泥泥质符合中华人民共和国国家标准GB24188-2009《城镇污水处理厂污泥泥质》,主要由低级的有机物如氨基酸、腐植酸、细菌及其代谢产物、多环芳烃、杂环类化合物、有机硫化物、挥发性异臭物、有机氟化物等组成,此外,还含有无机物和汞、镉、铅等重金属物质。

我国每年城市污水厂产生3000万吨污泥有待处理,对污泥的处理方法多种多样,目前仍没有最佳方法,许多城市新上马的污水处理线因为污水厂污泥得不到有效处置,只得停产。欧州国家已由以前的堆肥变化为到水泥厂焚烧处理,美国的污泥将根据生化指标分类处理。目前,我国城市污泥采取随产随运,送去填埋或郊区倾倒,从而变成二次污染源,对大气、水体、土壤都造成污染和危害,其危害的程度和持久性远大于废水,如不进行适当处理及合理有效的再利用,将导致在处理污水的同时制造出新的、更为严重的污染,使人们生存的环境进一步恶化,生态环境难以修复。因此为城市污泥处理厂的污泥寻求解决出路,对其进行减量化、稳定化、无害化、资源化处理和利用是十分必要和迫切的。我国政府已经将城市污泥无害化处理及有效利用工作列入重要议事日程,并纳入了社会经济发展的总体规划之中。

北京金隅集团研究开发的依托水泥窑处置城市生活污泥技术,解决了干化取热方式、干泥入窑焚烧、废气处理及污水处理回用等技术问题,实现了水泥回转窑系统与污泥干化处置系统有机结合。首先,其工艺简便、运行灵活性高:由于出口污泥含固率可调,通过调整运转,同一套设备,干燥后产品的含固率可调整65%~90%;污泥干燥一步完成,无需返混等。整个设备的开机和设置需要相对较短的时间,同时涡轮的转动惯性基本上保证了干燥器内的清空,便于工厂的停机、重设和重启。其次,安全可靠性高:涡轮转子高速旋转产生的强烈涡流使污泥得到均匀的搅拌,污泥干燥是每个颗粒不断地通过与热壁短暂接触的过程中完成的;与此同时,污泥的整体温度被保持在80℃~85℃之间,污泥加热均匀、温度低,从而可避免颗粒过热和粉尘的产生。预热空气与物料同向流动,热空气一方面采用对流方式加热物料,同时带走热传导产生的蒸汽,并且引导物料沿一个方向向前运动,氧气含量控制不依赖惰性气体,防止粉尘爆炸的风险。三是热耗低:该工艺是结合热传导和热对流两种热交换方式进行干燥的技术,集合了热传导和热对流的优点,热能的分析可参考10.8热平衡计算。此外,该技术维护工程量小,冷却水循环使用,减少了清洁水源的消耗。工艺中产生的臭气被有效处理,对外没有臭气的排放。

目前,北京金隅集团污泥干化系统正式运行。依托现有水泥窑处理处置污水厂污泥项目,实现了污泥处置无害化、稳定化、减量化和资源化的目的。彻底解决了部分北京市污水厂产生的污泥,为政府在污泥处理处置领域提供了新的运行模式。

生活垃圾筛上物水泥窑处置

生活垃圾筛上物包括原生垃圾筛上物、垃圾堆肥筛上物以及矿化垃圾筛上物等。筛上物中含有大量的塑料、纸、布及其他可燃物,含水率低于新鲜垃圾,经适当的预处理处置,将成为一种水泥工业很好的替代燃料。根据北京市政府《关于全面推进生活垃圾处理工作的意见》中的规划,2015年,北京市生活垃圾焚烧、堆肥、填埋处理比例将变为4:3:3,按照8%垃圾增长率计算,2015年垃圾产生量将超过1000万吨,仅原生垃圾的筛上物产生量将达到200万吨以上。随着北京市垃圾填埋场治理再利用的逐步展开,北京市垃圾筛上物的产生量将进一步增加,研发垃圾筛上物水泥窑利用前景广阔。

利用水泥回转窑处理生活垃圾,与传统的焚烧处理方式相比,具有很大的优越性,可实现对生活垃圾的无害化、减量化处置,而且这项技术还可以充分利用生活垃圾的热能,帮助水泥企业降低燃煤消耗,真正实现生活垃圾处理的资源化。我国在近几年将利用水泥回转窑处置生活垃圾提到议事日程,已在北京、上海等地水泥厂进行了工业性试验,取得了可喜的成果,正加紧付诸工业推广实施。

但是,利用水泥回转窑处置生活垃圾,在技术经济及环保法规等方面还有很多问题必须认真解决。比如:垃圾贮存、运输过程的恶臭问题,水泥窑掺烧量低、窑况波动大等技术瓶颈,垃圾焚烧生活垃圾可能会引起水泥窑内熟料烧成机制和后续水泥、混凝土产品性能的变化等。必须对这些技术问题进行深入的研究,以保证在无害、资源化消纳生活垃圾的同时,生产出合格的水泥和混凝土制品。

垃圾衍生燃料(RDF)技术即将垃圾制成燃料棒的技术。生活垃圾经破碎、分拣、干燥、添加助剂、挤压成型等处理过程,制成固体形态(圆柱条状)燃料,易运输及储备,在常温下可储存6~12个月,且不会腐败。

北京金隅集团生活垃圾筛上物水泥窑处置项目,采用新型分选设备,一次将可燃垃圾与不可燃垃圾高效分离;采用新工艺,将可燃垃圾经过一次粗破碎即可加工成RDF;同时研制脱氯、控氮添加剂,抑制RDF气化过程中氯、氮氧化物及二恶英产生;优化RDF气化参数,提高可燃气体产生比率,降低中间产物产生量;将可燃气体直接与水泥窑对接,省却了冷却和气体净化环节的资金投入,避免了焦油困扰;水泥回转窑焚烧可燃气体,代替垃圾焚烧的二燃室,建设投资省;将可燃气体通入水泥回转窑焚烧,代替低氮燃烧工艺,降低氮氧化物产生量,省却脱硝环节;RDF气化焚烧,实现了垃圾利用的最大化和清洁化;气化残渣与底渣建材利用专利技术结合,实现垃圾零填埋。RDF加工与水泥窑利用两部分可以分别就近建设,充分利用现有的垃圾处理设施;在满足水泥窑利用的前提下,生产出的RDF还可作为生物质燃料,进入市场销售。

生活垃圾筛上物水泥窑处置项目的实施,将原本用来填埋处理的垃圾筛上物气化后再进入水泥窑清洁焚烧,可节约生产水泥所需的矿物原料,有效解决生活垃圾焚烧发电带来的二次污染问题,缓解我国大中城市巨大的环境压力,对我国城市的环境保护和可持续发展产生重要的影响。

玻璃钢替代水泥燃料

玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料,它是以玻璃纤维及其制品作为增强材料,以合成树脂作为基体材料的一种复合材料,热值非常高。玻璃钢边角料形状不规则,强度极高,破碎难度大,难降解,焚烧易产生有毒气体。一般情况下,玻璃钢的寿命为10~20年。废弃玻璃钢产品处理的传统方法是掩埋与燃烧,掩埋有占用大量土地及污染地下水的缺点,而燃烧则有产生有害气体污染环境的缺点。近年来研究已证实,不饱和聚酯的主要原料苯乙烯为环境激素,由于它的化学结构稳定,又不能生物降解,具有很高的环境滞留性,成为持续性有机污染物,无论在空气、水还是在土壤中,都能强烈地吸附于颗粒上,借助于水生、陆生食物链不断富集,对生态环境造成危害,人类若食用被污染的动、植物,将产生严重的后果。基于以上原因,北京市环保局已明令禁止玻璃钢废料的填埋和直接燃烧处置。

对于玻璃钢这种产生量大、形状各异,长条状或者块状,无具体规格,性质特殊、处理难度大的废弃物,采用现有的处置系统难以满足日益膨胀的市场需求,必须为其设计有针对性的预处理系统,将其制备为能够连续稳定输送的燃料,则可实现真正意义上的燃料替代。利用玻璃钢废弃物作为生产水泥的替代性燃料,是消除这种工业废料污染最有效、最彻底的途径,而且通过利用玻璃钢废弃物进行替代燃料可以使水泥生产企业减少对其他能源的消耗,大大降低了生产水泥的成本,具有良好的社会效益和经济效益。

较传统直接燃烧、填埋简单的处置技术相比,利用水泥回转窑焚烧,对废弃物的处置更加完全,在处置的过程中对环境污染较小,不存在焚烧灰渣的二次处理,也没有二次污染产生,这是它最为突出的优越性。水泥回转窑处理废弃物还有一些优越性,其一,水泥回转窑温度高,炉内火点温度高达1650℃~1800℃,在高温作用下废弃玻璃钢中的有害成分会被完全焚毁,即使很稳定的有机物也能被完全分解。其二,水泥回转窑有一个很大的焚烧空间,有均匀的、稳定的焚烧气氛,物料在炉中高温下停留时间长,与空气接触充分,废旧玻璃钢燃烧完全,二恶英分解彻底。其三,废玻璃钢焚烧过程要求控制适当的过剩空气量,只有当焚烧装置处于少量过剩空气条件下,焚烧热效率才能较高,而这一点也恰好是水泥回转窑所要求的。

因此,采用废旧玻璃钢作为生产水泥的燃料,可以完全消除废旧玻璃钢由于传统掩埋和燃烧带来的环境污染问题,也是缓解能源紧缺的重大举措。(中国水泥网 转载请注明出处)

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