蔣荷君

（南京中聯(lián)水泥有限公司，江蘇 南京 211123）

0 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展， 如何安全無(wú)害化處置固體廢棄物已經(jīng)成為影響城市可持續(xù)發(fā)展的重大問(wèn)題。 政府已將固體廢棄物無(wú)害化處理及綜合利用列入重要議事日程， 并納入社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的總體規(guī)劃之中。 當(dāng)前我國(guó)固體廢棄物處理能力嚴(yán)重滯后和不足， 尋求更加安全環(huán)?？旖莸墓腆w廢棄物處置途徑勢(shì)在必行。

水泥窯協(xié)同處置是水泥工業(yè)提出的一種新的固體廢棄物處置手段，其處置范圍廣泛、高效，具備其他焚燒、填埋等工藝不具備的特點(diǎn)：①燃燒后產(chǎn)生的廢氣無(wú)害化處置； ②酸性氣體被窯內(nèi)堿性物料吸收，重金屬固化在水泥熟料中，不析出；③抑制二噁英生成；④無(wú)飛灰和底渣產(chǎn)生。 水泥窯既可處置危險(xiǎn)廢棄物， 也可處置生活垃圾等市政廢棄物。

1 技術(shù)方案及工藝流程

依托南京中聯(lián)水泥有限公司4 500 t/d 熟料生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)年處置危險(xiǎn)廢物10 萬(wàn)t，實(shí)際核準(zhǔn)處置量9.46 萬(wàn)t。 該水泥窯不僅處置危險(xiǎn)廢棄物、污染土壤、工業(yè)污泥等固體廢棄物，同時(shí)協(xié)助政府部門完成環(huán)境應(yīng)急事件廢物處置及市政污泥處置工作。技術(shù)路線是將固態(tài)危廢、半固態(tài)危廢和液態(tài)危廢按各自的理化特性， 單獨(dú)配置預(yù)處理和輸送入窯設(shè)施，根據(jù)危廢的不同特性，結(jié)合水泥窯工藝控制要求，采用不同的入窯焚燒點(diǎn)。

主要設(shè)施包括： 半固態(tài)危廢預(yù)處理及泵送系統(tǒng)，固態(tài)危廢破碎預(yù)處理及輸送系統(tǒng)，液態(tài)危廢輸送入窯系統(tǒng)以及危險(xiǎn)廢物儲(chǔ)存庫(kù)房、廢氣收集入窯設(shè)施等，整體系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行平穩(wěn)，窯系統(tǒng)工況穩(wěn)定，尾氣達(dá)標(biāo)排放。

1.1 工藝流程

1.1.1 固態(tài)危廢

包裝容器、沾染物等固態(tài)危廢通過(guò)提升裝置送入剪切式破碎機(jī)進(jìn)行剪切破碎，固態(tài)塊狀物料則通過(guò)料倉(cāng)、計(jì)量皮帶秤輸送入錘式破碎機(jī)破碎，破碎后的物料經(jīng)計(jì)量、輸送、入窯焚燒處置，系統(tǒng)處置能力2 t/h。

1.1.2 半固態(tài)危廢

需要預(yù)處理的半固態(tài)危廢經(jīng)上料、破碎、篩分、攪拌輸送等工序后進(jìn)入半固態(tài)料倉(cāng)，無(wú)需預(yù)處理的半固態(tài)危廢可直接進(jìn)入料倉(cāng)， 經(jīng)攪拌混合均勻后，通過(guò)柱塞泵泵送至窯尾分解爐，經(jīng)半固態(tài)噴槍打散后入窯焚燒處置，系統(tǒng)處置能力3~8 t/h。

1.1.3 液態(tài)危廢

液態(tài)危廢來(lái)料經(jīng)除雜后入儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，或從噸箱接口連接氣動(dòng)隔膜泵直接泵送至窯頭噴槍，霧化入窯門罩內(nèi)焚燒，系統(tǒng)處置能力2 t/h。

上述處置車間內(nèi)產(chǎn)生的廢氣采用全封閉負(fù)壓式管道集中收集后， 入窯頭篦冷機(jī)內(nèi)焚燒處理，整個(gè)處置廠房?jī)?nèi)部呈負(fù)壓氣氛， 確保廢氣不外溢；在停窯檢修期間，產(chǎn)生的廢氣經(jīng)活性炭吸附裝置后達(dá)標(biāo)排放。

2 市場(chǎng)準(zhǔn)入及來(lái)料分析

危險(xiǎn)廢棄物中的Cl-、S 不但對(duì)熟料質(zhì)量有影響，更重要的是與水泥煅燒、窯尾煙氣的排放有很大的關(guān)系[1]。 結(jié)合公司危廢處置生產(chǎn)線運(yùn)行以來(lái)的實(shí)際情況， 采集具有代表性的樣品進(jìn)行檢測(cè)分析，分析指標(biāo)為貯存和處置過(guò)程安全、水泥生產(chǎn)安全和水泥產(chǎn)品質(zhì)量、大氣排放所要求的熱值、Cl-、S 等項(xiàng)目，見表1。

表1 進(jìn)廠危廢有害成分分析

3 處置結(jié)果分析

針對(duì)上述10 種代表性物料， 采用現(xiàn)有工藝路線進(jìn)行處置。

3.1 半固態(tài)處置系統(tǒng)

半固態(tài)處置系統(tǒng)將3#~8#樣品進(jìn)行混合，熱值調(diào)配至約9 MJ/kg，投加速率分別為 2 t/h、4 t/h、6 t/h、8 t/h。 窯空白測(cè)試期間，分解爐喂煤量約14 t/h，C1出口CO 含量約0.12%，觀察投加量變化對(duì)窯系統(tǒng)的影響。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在投加量小于4t/h 的前提下，分解爐喂煤量波動(dòng)不大，CO 含量略有升高， 約為0.2%，當(dāng)投加量達(dá)到8 t/h 以上，生料投加量有所下降，影響熟料產(chǎn)量，投加量控制在6 t/h 時(shí)，生料投加量穩(wěn)定在400 t/h，窯系統(tǒng)工況穩(wěn)定。

3.2 液態(tài)處置系統(tǒng)

廢液系統(tǒng)采用1#和2#危廢樣品進(jìn)行測(cè)試。其中1#高沸物為噸箱裝高粘度廢液， 需加水稀釋后方可處置，比例為水∶高沸物=1∶3，使用液態(tài)廠房?jī)?nèi)的噸箱接口， 通過(guò)氣動(dòng)隔膜泵泵送至窯頭噴槍，霧化入窯焚燒，控制速率1 t/h，熱值控制在9 MJ/kg，頭煤由13.8 t/h 減少到13.5 t/h， 廢液燃燒充分，工況穩(wěn)定， 對(duì)窯系統(tǒng)基本無(wú)影響；2# 廢堿液投加后，由于該廢液無(wú)熱值，導(dǎo)致頭煤量略有增加，且窯頭工況產(chǎn)生一定波動(dòng)，說(shuō)明廢液系統(tǒng)適宜投加具有一定熱值的廢液。

3.3 固態(tài)處置系統(tǒng)

固態(tài)處置系統(tǒng)采用焚燒爐渣搭配廢吸附劑，通過(guò)帶式輸送機(jī)經(jīng)窯尾鎖風(fēng)裝置送入分解中下部入窯焚燒，處置速率分別控制在1 t/h，2 t/h 以及3 t/h。實(shí)踐證明， 固態(tài)危廢處置效率控制在2 t/h 及以下時(shí)，對(duì)窯系統(tǒng)的影響較小，隨著投料量的增加，窯工況波動(dòng)較大，同時(shí)物料的含水率也對(duì)工況有較大影響，含水率越高，輸送難度增加，帶式輸送機(jī)返料增多， 工況波動(dòng)也大。 故控制入窯物料水分不高于20%，入窯處置速率小于2 t/h，可實(shí)現(xiàn)固態(tài)物料的平穩(wěn)處置。

4 處置危廢對(duì)窯系統(tǒng)設(shè)備的影響

4.1 氯離子富集循環(huán)，引起預(yù)熱器結(jié)皮堵塞，且造成耐火磚侵蝕

含氯危廢入窯后，由于氯離子在熟料燒成系統(tǒng)中具有極高的揮發(fā)性，在窯內(nèi)高溫環(huán)境下幾乎全部揮發(fā)， 并隨熱煙氣返回預(yù)熱器冷卻后附著在生料上，形成氯離子的循環(huán)富集，導(dǎo)致預(yù)熱器中的生料氯離子濃度大幅度提高。

含氯鉀鹽促進(jìn)礦物硅方解石2C2S·CaCO3的形成，在預(yù)熱器內(nèi)壁逐漸黏掛形成結(jié)皮，易造成通風(fēng)不良和預(yù)熱器堵塞[2]。

在熟料的煅燒過(guò)程中，耐火材料內(nèi)側(cè)直接與高溫物料、氣流相接觸，外側(cè)直接貼在保溫材料或窯筒體的鋼板上，內(nèi)外側(cè)表面的溫差較大。 隨著熱量散失，在其內(nèi)形成溫度梯度場(chǎng)。處置危廢過(guò)程中，窯系統(tǒng)內(nèi)氯離子發(fā)生循環(huán)富集，逐漸滲透進(jìn)入到耐火材料中，并冷凝結(jié)晶。結(jié)晶物越積越多，逐漸產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，引起耐火材料的腐蝕、開裂、剝落，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，停產(chǎn)檢修。

4.2 硫的高溫循環(huán)

含硫危廢入窯后，在窯系統(tǒng)高溫下，氧化、分解產(chǎn)生SO2。 SO2在分解爐內(nèi)被大量的CaO 等堿性物質(zhì)完全吸收并形成硫酸鹽后，進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯；部分硫酸鹽在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)發(fā)生揮發(fā)、分解和固溶，揮發(fā)后的硫酸鹽在合適溫度下冷凝到生料顆粒表面，并在煙室、五級(jí)預(yù)熱器等部位發(fā)生熔融，粘結(jié)到管道表面形成結(jié)皮堵塞；分解產(chǎn)生的SO2再次進(jìn)入分解爐并被 CaO 等堿性物質(zhì)吸收； 未分解的硫酸鹽以Na2SO4、K2SO4等形式隨熟料從回轉(zhuǎn)窯中帶出[3]。

硫、氯等有害元素在窯爐內(nèi)循環(huán)富集并隨著原燃材料帶入而不斷增加時(shí)， 其極易冷凝在生料表面。 含 Na2SO4、K2SO4、KCl 等的生料最低共熔點(diǎn)可以降到650~700 ℃，使得部分生料可能在窯尾預(yù)熱器就出現(xiàn)部分熔融，從而粘附到窯尾煙室、下料斜坡等部位，形成結(jié)皮堵塞。除了與堿形成硫酸堿外，揮發(fā)的SO2還可以與硅酸鹽、鋁酸鹽礦物結(jié)合形成（2CaO·SiO2）

2·CaSO4或 4CaO·3Al2O3·SO3， 這些物質(zhì)也可能會(huì)引起堵塞。

5 對(duì)環(huán)保排放的影響

水泥窯系統(tǒng)為堿性氣氛，危廢入窯處置過(guò)程中產(chǎn)生的酸性氣體SO2、NOx 等被窯內(nèi)堿性氣氛中和吸收，抑制其排放。 水泥窯窯尾排氣筒大氣污染物中廢氣排放值均達(dá)標(biāo)，見表2。 危廢中含有的重金屬則固化在水泥熟料的晶格中，有機(jī)物焚毀去除率不小于99.9999%，水泥窯窯頭、窯尾采用高效布袋除塵器，能夠確保環(huán)保安全，達(dá)到省內(nèi)水泥窯爐超低排放指標(biāo)。

表2 窯尾廢氣排放口主要指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果 mg/m3（二噁英類除外）

6 處置危廢對(duì)熟料產(chǎn)品質(zhì)量的影響

以連續(xù)處置1 周為例，平均處置量約5 t/h，對(duì)比處置前后熟料化學(xué)成分變化及物理分析，分析危廢處置對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，對(duì)比數(shù)據(jù)詳見表3、4。

危廢處置前后三率值變化不大，氯離子含量上升明顯，但在國(guó)標(biāo)范圍內(nèi)。 處置危廢后熟料氯離子波動(dòng)較大， 這就要求在實(shí)際處置過(guò)程中精細(xì)化配伍，控制入窯物料氯離子含量。 危廢處置前后熟料3 d 強(qiáng)度和28 d 強(qiáng)度幾乎沒有變化，說(shuō)明危廢處置對(duì)熟料物理性能影響不大。 總的說(shuō)來(lái)，處置危廢會(huì)顯著影響熟料中的氯離子含量，其他成分影響不顯著。通過(guò)調(diào)節(jié)危廢搭配比例，減少氯離子的摻入，可確保熟料質(zhì)量合格。

7 改進(jìn)的方向

7.1 建章立制強(qiáng)化管理

建立健全安全、環(huán)保管理體系，制定安全管理制度、崗位操作規(guī)程以及設(shè)備作業(yè)指導(dǎo)書，完善崗位人員安全生產(chǎn)責(zé)任制，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)及管控，定期對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行崗位技能培訓(xùn)， 培訓(xùn)合格后方可上崗作業(yè)，同時(shí)加強(qiáng)設(shè)備日常巡檢，及時(shí)消除事故隱患。

表3 危廢處置前后熟料化學(xué)分析

表4 危廢處置前后熟料化學(xué)分析

7.2 強(qiáng)化危險(xiǎn)廢物檢測(cè)、準(zhǔn)入及處置

堅(jiān)決貫徹危險(xiǎn)廢物“先檢測(cè)后準(zhǔn)入”制度，從源頭把關(guān)， 危險(xiǎn)廢物經(jīng)取樣檢測(cè)合格后方可進(jìn)廠處置；危險(xiǎn)廢物在入廠后仍要進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，針對(duì)水泥產(chǎn)品質(zhì)量影響大的堿金屬、氯、硫以及重金屬等元素重點(diǎn)控制；有針對(duì)性地對(duì)進(jìn)廠危險(xiǎn)廢物進(jìn)行預(yù)處理，并進(jìn)行精確計(jì)量，保證入窯危險(xiǎn)廢物的均勻性和連續(xù)性。通過(guò)分析、綜合控制，將入窯廢物對(duì)水泥窯系統(tǒng)的影響降至最低。

嚴(yán)格執(zhí)行GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，完成出廠水泥的各項(xiàng)指標(biāo)。

7.3 運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)思維加強(qiáng)危險(xiǎn)廢物管控

建立危險(xiǎn)廢物從產(chǎn)廢單位出廠至窯內(nèi)焚燒過(guò)程的經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)理念，新建運(yùn)輸車輛監(jiān)控系統(tǒng)、庫(kù)房視頻監(jiān)控系統(tǒng)、地磅系統(tǒng)以及手持?jǐn)?shù)據(jù)終端等， 實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢物處置全過(guò)程的管控；提升企業(yè)管理水平，實(shí)現(xiàn)自身業(yè)務(wù)的精細(xì)化、多樣化和規(guī)?；?/p>

8 結(jié)論

（1）水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物具有種類多、成分復(fù)雜的特性，不同物理性狀的危廢采用不同的投加點(diǎn)，需綜合考慮各處置系統(tǒng)的投加速率，優(yōu)化配伍方案。

（2） 液態(tài)處置系統(tǒng)宜投加有一定熱值的廢液；半固態(tài)處置系統(tǒng)泵送速率控制在6 t/h，工況較為穩(wěn)定；固態(tài)處置系統(tǒng)控制水分小于20%， 投加速率小于2 t/h；該狀態(tài)下協(xié)同處置效率最高。

（3）水泥窯系統(tǒng)為堿性氣氛，可抑制酸性物質(zhì)的排放，實(shí)現(xiàn) NOX、SO2、HCl 等的超低排放。

（4）入窯危險(xiǎn)廢物中的有害元素硫、氯等需嚴(yán)格控制。 預(yù)接收危廢按照氯小于2%、硫小于3%的含量控制，同時(shí)優(yōu)化配伍，控制入窯物料的氯元素小于0.03%。

（5）危廢處置對(duì)于熟料中的氯元素影響較為顯著，會(huì)適當(dāng)降低熟料的28 d 強(qiáng)度，嚴(yán)格控制入窯有害元素的含量，將對(duì)熟料強(qiáng)度的影響降至最低限度。

（6）建立健全安全、環(huán)保管理體系，制定安全管理制度、崗位操作規(guī)程以及設(shè)備作業(yè)指導(dǎo)書，完善崗位人員安全生產(chǎn)責(zé)任制，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)及管控。