Environme门tal Engineering 环境工程我国水泥窑炉协同处置 江旭昌
(天津市博纳建材高科技研究所，天津300400 )
摘要：简介我国十二个单位研发出水泥窑炉协同处置城市生活垃圾的十种技术模式，可以看出还都处 在协同处置的初级阶段，因此其热量替代率T S R都很低。只有将可燃废弃物制成替代燃料应用于水泥工业，其热量替代率T S R才会大幅度提高。为此，国家发改委于2019年公布了《产业结构调整指导目录 (2019本）》，将“水泥窑协同处置”与“替代燃料”分为两项技术。大力发展“替代燃料技术”，对我国 水泥工业的节能减排、转型升级、可持续绿高质量发展具有特别重要的意义。
关键词：水泥窑炉；协同处置；可燃废弃物；替代燃料；热量替代率T S R
中图分类号：T Q172.9 文献标识码：A文章编号：1671—8321 (2021) 03—0075—06
0导言
2019年，国家发改委公布了《产业结构调整指导目 录（2019本）》，共涉及48个行业，总计1477个条目，分为 鼓励、限制、淘汰三大类，依次分别为821、215、441个条 目。在鼓励大类中特别提出了重点的鼓励项目有：“水泥 窑协同处置”、“特种水泥研发与应用”、“水泥熟料煅烧 研发与应用”、“替代燃料技术”……共八大项内容，为水 泥行业科技创新和结构调整明确了发展方向，并规定自 2020年1月1日起施行。在这个目录中，首次将“水泥窑协 同处置”和“替代燃料技术”分开，作为两项技术内容提 出，表明我们国家对水泥窑炉协同处置可燃废弃物工艺 技术和替代燃料技术的认知水平已有了很大的提升和转 化，对其发展均已提出了重点要求。虽然我国当前水泥工 业在可燃废弃物应用技术方面如后面重点所述十种协同 处置技术模式那样，都还处于一家一户、自制自用、效率 极低的初级阶段，但可以肯定：在这个《目录》推动之下，我国水泥工业必然会很快步人如同国外发达国家近代那 样—
—将可燃废弃物都制成“替代燃料”在水泥窑炉生 产中应用的高级阶段。
1国内外水泥工业应用可燃废弃物发展简况据资料介绍：国外发达国家在20世纪50年代就将废轮胎作为一种补充燃料在水泥窑炉烧成系统中应用了；欧洲发达国家在上世纪70年代就开始使用垃圾衍生燃料R D F(Refuse Derived Fuel)作为水泥工业生产的替代 燃料，且替代燃料的数量种类不断扩大，其中德国1996 年水泥窑使用RDF的热量替代率为13.4%，发展到2017年 达到了68.3%，增加约4.1倍。现在世界发达国家水泥窑炉 应用替代燃料的热量替代率TSRm(Themiol Substitution Rate)—般都达到
了30%~90%，欧洲有几个水泥厂都达 到了100%，全世界所有国家平均为7.6%。
我国如果从上海万安水泥公司于1996年利用回转 窑协同处置氟洛芬可燃废弃物首开先河算起，迄今已 有25年之久。可是到2019年底，我国利用水泥窑炉协同 处置城市生活垃圾、污泥和危险废弃物总共才有150余 条水泥生产线|21。根据推算，其热量替代率TSR最多也 不会超过3.2%，还达不到全世界所有国家平均7.6%的 一半，与发达国家相比差距就更大了。这是因为发达国 家的水泥工业很早就将可燃废弃物制成“替代燃料”AF (Alternative Fuel)应用了。.而我国到现在为止，还没有 一条水泥生产线是应用真正意义上、符合欧洲标准、最 先出现的RDF “替代燃料”的，都是处在协同处置可燃 废弃物的初级阶段。只有将原生态城镇生活垃圾、工商 业垃圾、各种污泥和危废等可燃废弃物制成垃圾衍生
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环境工程Environmental Engineering
燃料RDF、同体回收燃料SRF(Solid Rerovered Fuel)、次 煤Suhroal和利用美国SSI工程公司工艺技术制成低位热 值在20900kJ/kg~41 800kJ/kg之间的纸塑衍生燃料RPF (Refuse Paper and Plastic Fuel)等替代燃料在水泥§炉中应用，其热量替代率T SR才有可能大幅度提高。在 上述四种可燃废弃物中，城市生活垃圾的数量最大，污染最严重，“垃圾围城”现象最突出。因此，我国水泥窑 炉在应用可燃废弃物的工程技术方面首先基本都是由 研发协同处置原生态城镇生活垃圾开始的=为使广大读 者对此有
个全面系统的了解，笔者对有关一些报导进行 了搜集梳理，现按示范线正式投运时间的先后顺序列在 表冲。
我国水泥窑炉协同处置原生态城镇生活垃圾十种模式表
序号技术
来源
处置模式试验单位
生产线规模
/(t/d)
设计处置
能力/(t/d)
投产时间
/(年•月)
核心技术
及设备
1
国
内
外
合海螺川崎C K K铜陵海螺水泥有限公司 5 0003002010.04.循环流化床立式汽化炉
2华新豪瑞H X H华新水泥（武穴）有限公司 5 0003002011.04.发酵脱水干化分选，也称“多点协同”
3华润史密斯H R S广西华润红水河水泥厂 3 7003002016.01.机械生物法预处理+热盘炉焚烧
4金隅芬兰J Y F 邯郸金隅太行水泥
有限责任公司
45005002017.06.
引进芬兰B M H公司
“垃圾变火燃”技术
5
国
内
白
主
研
发合肥院H F I四川广旺天台水泥厂150********.12.回转式垃圾焚烧炉
6洛矿L K洛阳黄河同力水泥有限公司 5 0003502009L型回转式焚烧炉
7中材国际S IN0M A江苏溧阳天山水泥有限公司 5 0004502013.03.先机械分选法脱水而后 水泥窑炉协同处置
8北京金隅B J F北京太行前景水泥有限公司 3 2001002014.07.北京建筑材料科学研究总院 的分质处理技术
9鹏飞集团P F G 目前还没有处置城镇
生活垃圾的实例
5 0003002015回转式垃圾热解炉
10成都院C D I 武安新峰水泥
有限责任公司
4800/58003002016.06.多相态预燃炉+初级R D F
11凯盛开能K K K黔西西南水泥有限公司 3 0002502016.07.炉排式垃圾焚烧炉
12赞皇金隅Z JQ 石家庄赞皇金隅水泥
有限责任公司
4 0003002018.05.立式旋转热解汽化炉
因为北京金隅集团旗下的北京太行前景水泥有限公 司于2017年已关停，水泥窑炉协同处置城市生活垃圾的系 统随之停运，况且与石家庄赞皇金隅水泥有限责任公司 的协同处置技术模式雷同，预处理的核心装备都是旋转 气化炉，只是处置规模不同而已。因此，在此只算一种技 术模式。洛矿与合肥院的处置技术模式雷同，预处理的 核心装备都是利用回转式垃圾焚烧炉，亦应算作一种模 式。江苏鹏飞集团的处置技术到目前为止还没有协同处 置城镇生活垃圾的实例，但总不失为是一种协同处置技 术，故亦列在本文中作为一种协同处置技术模式简述。这就是说，当前搜集到有引进国外处置技术的为四个，国内独自研发处置技术的单位有八个，共有十二个单位利用 水泥窑炉协同处置城市生活垃圾的十种不同技术路线，即十种处置技术模式。为了更简单醒目，故在本文标题中 简称为“十种处置模式”，现介绍给有关人士，难免有不 当之处，谨供参考。
76 /中国水泥2021.32我国水泥窑炉协同处置城市生活垃圾的十种 模式简介
在GB30485-2013《水泥窑协同处置固体废物污染控 制标准》中，给予“水泥窑协同处置”的定义是：“将满足 或经过预处理后满足入窑要求的固体废物投人水泥窑，在进行水泥熟料生产的同时实现对固体废物的无害化处 置过程”。我国现在的水泥熟料生产基本都是采用预分 解窑系统，这就是说，
利用现有的水泥窑炉，将经过适当 预处理的原生态城市生活垃圾投入水泥窑炉系统或专用 的焚烧炉中燃烧，在基本正常生产水泥熟料的同时，把 这些垃圾消纳殆尽。其中的部分热能直接参入熟料的烧 成，可以节省或替代一定数量的熟料烧成用煤，其中的无 机物可以作为水泥生产的原料使用，将这种工程系统称为 “水泥窑炉协同处置”。
2.1海螺川崎C K K模式13'41
2008年，海螺水泥集团就水泥窑炉协同处置原生
渗滤液
流化沙
循环利用
无机物
烷基叔丁基醚灰渔
综合预处理厂部分
磁性金
铂钛催化剂属废料
500土25X：
可燃物气体
水泥厂部分
态城市生活垃圾项目收购了日本川崎公司立式气化炉K K
(K a w a s h a k i k i l n)系统的制造许可权和专利权。后经海螺 (英文为C o n c h)优化，将这个系统便冠以海螺川崎立式气
化炉（C o n c h K a w a s h a k i K i l n)系统，简化后便称为“C K K”
系统。2010年4月，我国第一套水泥窑炉协同处置城市生活
垃圾的C K K系统在海螺铜陵水泥有限公司一条设计能力
5 000t/d熟料水泥生产线上投产成功，处置垃圾设计能力300t/d。为便于推广应用，将此类型水泥窑炉协同处置城市 生活垃圾的C K K技术称为“海螺川崎C K K模式”。
(1)铜陵市生活垃圾的工业分析和化学分析
我国原生态城市生活垃圾水分大、热值低、成分复 杂，不同地域差异大，直接人窑处置和应用难度大。为确 有把握，首先对铜陵市的原生态城市生活垃圾进行了工 业分析和化学分析，结果列在表2中。
(2)铜陵海螺水泥窑炉协同处置原生态城市生活垃 圾的C K K系统
铜陵海螺水泥有限公司的回转窑规格为$4.8m
x74m，设计能力5 000t/d熟料，窑尾配装有五级双系列预 热器和分解炉，采用由日本川崎公司引进带流动介质流化 砂的立式汽化炉来协同处置原生态城市生活垃圾。垃圾 处理工艺系统流程，见图1所示。
图1铜陵海螺水泥窑炉协同处置生活垃圾CKK工艺系统流程图铜陵海螺这套C K K系统是一种离线式的城市生活 垃圾处置系统，可以分成两大部分：一大部分是以立式 气化炉为核心的综合预处理部分；另一部分是以水泥窑 炉为核心的水泥厂协同处置部分。为了更简单明了，现用工艺流程框图图2表示。
图2铜陵海螺水泥窑炉协同处置生活垃圾的CKK系统流程框图由图1和图2可见，铜陵市的生活垃圾由垃圾运输车进 厂，经汽车衡计量后进人卸料大厅的卸料平台上，通过自 动开关的双密封卸料门将垃圾卸入垃圾储坑内。垃圾储 坑的厂房是全密封的，顶部安装有抓斗行车，对新人储坑 内的垃圾进行搅拌和均化，然后借助抓斗将垃圾喂人粗 破碎机中进行破碎，破碎后的粒度矣200m m。初次破碎后 垃圾通过溜管重新卸入垃圾储坑单独存放，通过简单发 酵脱水，使其水分矣50%，再通过抓斗行车对破碎后的垃 圾再次进行搅拌和均化，然后喂人立式气化炉的喂料漏
分析深水采样器
监测项目样品I样品n样品ID
种类空气干燥基ad收到基
a r空气干燥基收到基a r空气干燥基ad收到基a r
水分/%-80.6-79.3-65.4容重/ (k g/m3)-467-502-429
：Q lk 分析
水分M/% 1.46一0.67- 1.45-灰分乂/%37.94-24.53-35.79-挥发分52.43-61.72-53.13-固定碳F C/%8.17-13.08-9.63-热值/[k j/k g(k c a l/k g)] 3 550(848) 5 850(1397)10 450(2496)碳C/%32.22-37.64-32.82-
化学分析氢 I I/% 4.20- 5.32- 4.36-
氮N/% 1.54- 2.02- 2.14-
硫S/%0.27-0.23-0.18-
氧0/%22.37-29.59-31.98-
金属
外销
分级筛音乐枕头
分分选
表2铜陵市生活垃圾的工业分析和化学分析
原
生
态
城
市
生
活
垃
圾
i
顏
I
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环境工程Environmental Engineering
斗并通过供料装置喂入气化炉中进行热解。垃圾热解所 需的空气由垃圾储坑厂房中抽取经热风炉加热后供给，垃圾在立式气化炉中热解，一部分热量用于加热流动介 质的流化沙，另一部分气化后形成部分可燃性气体送往 分解炉内燃烧，烟气经分解炉、预热器及废气处理系统 净化后排出。垃圾中的不
可燃物随流动介质沉降移动，到 了气化炉底部时从灰渣中分离排出，经除铁、除铝后喂入 到水泥生料磨中，作为水泥原料使用，也可作为混合材掺 人水泥中。排出的流化沙经循环装置处理后可以继续循 环使用，铁铝等作为资源回收利用：垃圾储坑内垃圾渗出 的污水即渗滤液是浓度非常高的有机污水，采用一般的 排水处理比较困难。现采用污水过滤器过滤后送人污水 贮存槽内，根据其主要成分是有机物，具有不耐热的特 性，采用密闭的泵将渗滤液污水提升喷入气化炉内，通过 高温水泥窑炉系统进行蒸发氧化处理，有机成分分解完 全，实现无害化和生产污水的零排放。垃圾储坑及其厂 房采用密闭结构，在侧墙的上部安装有除臭装置，对垃 圾产生的恶臭气体处理后排出。
(3)铜陵海螺水泥窑炉协同处置原生态城市生活垃 圾CK K系统的技术特点
1)利用循环流化床气化炉热解可燃废弃物具有很多 优点：一是气固混合充分；二是停留时间长，能够保证固体可燃废弃物充分气化所；的反应时间，可以很好地进
行气固热交换；三是在热解气体由气化炉输出时，对废弃
物投料量和窑操作波动状况的影响小。
2) 对我国城市生活垃圾适应性很强，不需分选。我国原 生态城市生活垃圾基本都是水分大，热值低，成分复杂，地
域和季节不同差异较大，但这套系统均能适应，不需分选。
3)系统全封闭式操作，无臭气和废水外排泄漏。对 臭气和渗滤液处理得当，使垃圾储坑及其厂房始终处于
负压状态，避免了垃圾恶臭的扩散。污水的妥善处理，实
现了生产污水的零排放。
4)全部垃圾都得到资源化利用：垃圾中的有机物变 为裂解气体进入分解炉进行燃烧，部分热能得到有效利
用；垃圾中的不可燃物铁铝作为资源回收利用，其余进人
生料粉磨系统作为水泥原料使用，也可喂人水泥粉磨系
统作为混合材使用。
5)垃圾全部得到无害化处理。利用水泥窑炉协同处 置原生态城市生活垃圾的优势，使垃圾燃烧不仅充分而
且稳定；分解炉内碳酸盐反应温度低，对垃圾适应性强；
燃料棒气固混合充分，固相碱性可抑制酸性氧化物排放，尾气处
理利用水泥生产废气处理系统，不仅节省大量投资，而且
废气处理效果好；可固化废物中的重金属离子，无废渣排
放，无二次污染，见表3。
表3铜陵海螺CKK系统运行前后的环保监测数据
监测位置项目
试运行前
2010.03.25.
试运行后标准要求
GB4915-2013
G B18485-2001
2010.04.20.2010.05.29.
SP烟囱出口
S02/ (mg/Nm3)26.032.010.1200 NOx/ (mg/Nm3)187.3207.4198.9400粉尘/ (mg/Nm3)38.035.018.630
H C l/(mg/Nm3)—— 2.7610
H F"mg/Nm3)—
.......
—0.071二噁英/ (ngT F V/Nm3)—0.037 60.1
预热器C，出口二噁英/ ( ngT F Q/Nm3)——0.034—气化炉不燃物
______________二噁英M ngT F々/lVm3)——0.012 3.0
水泥熟料重金属锅C d/ (m g/kg)——<1 1.5铅Pb/ (m g/kg)——<2100锌Zn/ ( mg/kg )——48.4500
由表3可见，各项环保指标全部合格，熟料重金属浸 出均在国家相关标准范围内，其中二噁英排放量最高仅为 0.037 6ngT K Q/Nm3，远远小于国家标准0.丨ngT E Q/Nm3的要求。
6)对水泥生产正常运行无影响，还提高了余热发电 量：由于水泥窑炉系统引入了可燃性的垃圾气体，使其用 风量增加了大约30000NmVh,—级预热器出口温度升高了10^ ~ 15U但对水泥窑炉系统正常运行没有任何影响，却使余热发电系统的发电量提高了，每天增加400kWhA1 ~500kWh/d，相当于每吨熟料发电量增加0.3%。
(4)技术引领效果
铜陵海螺水泥窑炉协同处置原生态城市生活垃圾C K K系统，是我国头一家成功的协同处置技术，真正实现
78 /中国水泥2021.3
了“无害化、减量化、资源化和集约化”的四化目标，具有 良好的技术引领效果。
按曰处置40%水分的原生态城市生活垃圾300t/cl，年 运行330山每年处置量为9.9万t/a计算，则每年可节省标 煤6 000t/a，减排C02 15 000t/a，节约填埋场土地面积约 10 000m2。另外，每吨垃圾可产生替代原料生产水泥熟 料77kg/t。到2015年，已有20多家水泥企业集团推广应用，但规模不同，有l〇
〇t/d、200t/d、300t/d、400t/d、2x300t/d、2x400t/d等水泥窑炉协同处置城市生活垃圾的系统，原 生态城市生活垃圾日处置总量可达5 700t/d。
2.2华新豪瑞HXH模式15'61
铝空气电池华新水泥（武穴）有限公司利用设计能力5 000t/d 熟料水泥窑炉协同处置原生态城市生活垃圾，设计处 置能力300t/rl，华新水泥引进了豪瑞集团（Holcim)在可 燃废弃物处理技术领域多年的成功经验并结合我国原生态城市生活垃圾的特点，共同研发了生活垃圾发酵脱 7K、干化分选的水泥窑炉协同处置原生态城市生活垃圾 技术，将这种处置技术合称为“华新豪瑞协同处置技术 (HWT)”。按着国人的习惯，华新的汉语拼音为“Hua Xin”，以字头缩写为“HX”，豪瑞的英文为“Holcim”。因而，华新豪瑞便可合缩写为“HXH”。据此，华新豪瑞 共同研发的这套垃圾发酵脱水、干化分选水泥窑炉协同 处置原生态城市生活垃圾技术，则可以合称为“华新豪 瑞HXH(Hua Xin Holdm)处置系统”，有人称为“多点协 同”，在此简称为“华新豪瑞HXH模式”。
(1)华新武穴水泥窑炉协同处置原生态城市生活垃 圾系统工艺流程
华新武穴水泥窑炉协同处置原生态城市生活垃圾系 统的主要工艺流程，如图3所示。原生态城市生活垃圾由 专用的垃圾汽车运输进厂，经计量后将垃圾卸入垃圾储 坑内。用抓斗行车进行搅拌均化，然后抓入到一次粗破 碎机中进行预破碎，破碎的垃圾经过挤压脱水后，再进 行好氧发酵脱水15c!~18山
使原生态城市生活垃圾的含 水率由45%以上降低到30%以下或者25%左右。发酵干 化的废气送人篦冷机或进人除臭塔经生物净化后达标排 放。干化后的垃圾由推料机推出，经磁选后喂入中破碎机 中进行再次破碎，最后送至分选车间，通过筛分、风选、磁选相结合，将物料分成筛上物、筛下物和铁质物三部 分。选出水分约40%的有机质和可燃物等筛上物成品，通 过输送设备人成品库，然后送至分解炉内燃烧；分选出的 砖瓦、碎石等不可燃物送入生料磨与水泥原料一起粉磨，也可送入填埋场填埋；分选出的铁质物可以外销。整个 处理系统中产生的垃圾渗滤液，经浓缩处理后由水泥窑 窑头喷入到窑内焚烧处理。有人将这种水泥窑炉协同处 置可燃废弃物系统，也简称为“多点协同处置技术|6]。
图3华新武穴水泥窑炉协同处置原生态城市生活垃圾的
预处理工艺系统图
由图3可看出，这个工艺系统流程图有些不易看得清 楚。为了更清楚简洁，现给出华新武穴水泥有限公司水泥 窑炉协同处置原生态城市生活垃圾工艺系统流程框图，如 图4所示。由这个工艺系统流程框图看得就非常清楚了，进 场的生活垃圾经过预先破碎、挤压脱水和生物发酵干化后 进行分选。分选出的筛上物为可燃物，经二次破碎至<80m m 后送人分解炉中燃烧；对分选出的筛下不可燃物进行再次 分选，将挟杂少量的可燃物选出也送入分解炉中燃烧。大 部分不可燃物参与配料，进人生料磨粉磨。其余同上。
图4先发酵脱水分选处理，后水泥窑协同处置利用工艺图
(2)华新武穴水泥窑炉协同处置原生态城市生活垃 圾工程的运行效果
这套水泥窑炉协同处置原生态城市生活垃圾系统的 核心技术是引进豪瑞集团好氧发酵干化、分选和废气处 理技术，关键设备是分选设备、破碎机和废气净化设备 等。这套水泥窑炉协同处置原生态城市生活垃圾系统于 2011年4月建成开始投入运行，生产实践证明非常成功。
〔
原
生
态
城
市
生
活
垃
圾
〕
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