在利用水泥窑协同处置固体废弃物方面，天津水泥工业设计研究院公司着重点立足于危险废物及部分附加值较高的工业废弃物方面。针对我国废物管理的现状，从天津水泥工业设计研究院公司收集到的废弃物数据来看，目前国内很少有专门对废弃物进行分散、稳定、均质化的预处理公司，与国外采用均质和调热处理过的废弃物不同，国内水泥厂能采用的废弃物热值、成分波动很大。国内可供处理利用的废物往往含有较高的水分和有害物质成分，仅仅是利用水泥厂进行销毁而已；工业废物的规模化利用将只能采用处置为主，能源回收为辅的原则。基于以上观点，危险废物预处理主要包括：1破碎(将固体废弃物破碎至水泥窑接受要求)；2混合调质(对不同来源的废弃物完成混合调质均化，达到稳定成分的要求)。
图2多种废弃物预处理流程图
针对生活垃圾热值低、灰分大、干化困难的特点，采用其他焚烧处置工艺往往具有较高的运行成本。利用水泥窑协同处置生活垃圾可以显著降低固定投资和运行成本，具有较高的社会效益。
废物中的硫、氯、碱含量对水泥厂生产有较大的影响，水泥行业的控制标准为，折合至入窑生料其硫碱元素的当量比S／R应控制在0.6～1.0左右，Cl元素则控制在0．03％～0．04％以下。
2.3工程实例
北京金隅集团城市工业废弃物综合处置示范线
2005年10月，由天津水泥工业设计研究院设计的北京金隅集团北京水泥厂年处理10万吨废弃物示范线工程全线投产。该生产线日产3000吨水泥熟料，具有年处置废弃物l0万吨的能力，实现了废弃物减量化、无害化、资源化处置。该水泥厂被国家发改委评为第一批国家循环经济试点单位，同时该厂被英国《围际水泥评论》杂志誉为“生态友好型企业”。
该生产线利用水泥窑协同处置工业废弃物的示范生产线在投产次年即基本达到设计规模，已经实现多年的连续稳定运行。
表2 示范线处置对象及消纳能力
| 序号 | 系统 | 处置能力 (万吨/年) | 处置对象 |
| 1 | 浆渣制备系统 | 3 | 污泥、工业垃圾、废漆渣、废液等 |
| 2 | 废液处理系统 | 1 | 废酸碱液、有机溶剂、乳化液、矿物油 |
| 3 | 替代燃料制备系统 | 1 | 废纸、废塑料、编织物、废树脂 |
| 4 | 污泥搅拌系统 | 1 | 工业污泥、下水道污泥、干化污泥 |
| 5 | 飞灰处理系统 | 0.3 | 生活垃圾焚烧飞灰 |
| 6 | 焚烧残渣处理系统 | 3.7 | 生活垃圾焚烧残渣 |
| 合计 | 10 | ||
3 水泥窑
污水处理厂污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥的主要特性是含水率高(可高达99％以上)，有机物含量高，容易腐化发臭，并且颗粒较细，比重较小，呈胶状液态。它是介于液体和固体之间的浓稠物，可以用泵运输，但它很难通过沉降进行固液分离。
污泥有机物含量高、易腐烂，有强烈的臭味，并且含有寄生虫卵、病原微生物和铜、锌、铬、汞等重金属以及盐类、多氯联苯、二嗯英、放射性核素等难降解的有毒有害物质，如不加以妥善处理，任意排放，将会造成二次污染。
3.1现有水泥窑系统协同处置污泥的主要技术路线
目前天津水泥院协同处置污泥技术路线主要有：
(1)利用水泥窑协同处置干化／半干化的污泥，在窑尾加入：
(2)湿污泥，经过泵送直接入窑尾烟室；
(3)外运来的污泥焚烧灰渣，可通过水泥原料配料系统处置。
3.2水泥窑系统处置污泥的预处理要求
(1)控制污泥中硫、氯、碱有害元素含量。折合至入窑原料，其硫碱元素的当量比应控制在0.6～1.0，氯元素控制在0.03％～0.04％以下。
(2)依据工程确定的重金属、大气污染物排放要求，控制污泥的合理处置规模。
3.3利用水泥窑直接焚烧处置污泥
通常水分在60％～85％的市政污泥可以利用水泥窑直接焚烧处置。其主要流程如图3所示。
图3水泥窑直接焚烧处置湿污泥流程图
3.4利用水泥窑废热干化污泥
3.4.1水泥生产的废热利用
利用窑尾废热烟气干化污泥，必须优先保证原料磨、原煤磨生产用风为前提。在利用水泥生产线废热干化污泥的生产实践中，可通过合理调整水泥窑系统预热器的级数或设置部分旁路烟气实现污泥干化与水泥生产原料烘干的统一。
水泥工业余热发电技术应用较广泛，采用余热发电可提取部分或全部蒸汽作为污泥干化的热源使用。
3.4.2利用水泥窑烟气直接干化污泥工艺
根据干燥设备的不同，分为直接干化工艺和间接干化工艺。对于采用烟气直接干化污泥工艺必须严格控制烟气氧气含量，此时只能采用来自水泥窑窑尾废热烟气作为污泥干化的热源实用。
对现有主流水泥生产线，在不考虑余热发电前提下，采用烟气直接干化含水率80％的湿污泥，其能力约为每l000t熟料生产能力可配置80-120t污泥干化能力。
3.4.3利用水泥窑烟气间接干化污泥工艺
图4 利用水泥窑废热烟气直接干化污泥的工艺流程框图
图5利用水泥窑废热烟气间接干化污泥的工艺流程框图
采用生产过程烟气为热源依靠换热锅炉加热导热油，采用间壁干燥工艺干化污泥，干污泥入窑替代燃料利用。
3.5利用水泥窑焚烧处置干化／半干化污泥
3.5.1干化污泥的燃烧特性
干化后的污泥基本为细的颗粒状，具有以下特点：
(1)发热量低。
(2)着火点低。
(3)燃烧过程形成的飞灰多。
(4)燃烧时间短。
以上特点决定利用水泥窑处置干化／半干化污泥不适合作为原料配料大规模利用，应当尽可能在分解炉、窑尾烟室等高温部位投入，以保证焚毁效果。
3.5.2水泥窑焚烧处置干化／半干化污泥的主要流程
干污泥入窑的工艺流程主要如下：来自干污泥储藏仓的污泥经皮带秤计量后，经双道锁风阀门进入分解炉，分解炉内部增设污泥撒料盒，在撒料盒下方设置压缩空气进行吹堵和干污泥的抛洒分散。如干污泥仓布置离窑尾较远，也可采用气动输送，利用罗茨风机作为动力，经管道输送进入分解炉，干污泥燃烧采用单通道喷管即可。
3.5.3水泥窑焚烧处置干化／半干化污泥对水泥窑系统的主要影响
利用水泥窑处置生活污泥，对水泥窑系统的影响主要体现在：
(1)水泥窑系统总通风量也适当增加，对应高温风机风量应考虑增加；
(2)烧成系统总换热效率有轻微的变化，窑尾废气温度有所升高；
(3)余热发电的操作参数及发电量。
3.6污泥焚烧灰渣替代水泥生产原料利用
在污泥焚烧灰渣作为替代原料利用之前，应仔细评估硫、氯、碱等可能引起系统运行稳定性有害元素总输入量对系统的影响。这些成分的具体验收标准，应根据协同处置污泥性质和窑炉具体条件，单独进行确定。
3.7工程实例
广州越堡水泥有限公司6000t／d生产线处置污泥工程
广州市越堡水泥有限公司位于广州市花都区，建有一条日产6000吨水泥熟料生产线。2007年11月广州市越堡水泥有限公司委托天津水泥工业设计研究院有限公司设计利用现有回转窑处理含～80％水分污泥的工程。天津水泥院经过充分的分析计算并结合现有的场地及厂方的资金情况，与厂方协商确立了日处理600吨含水80％污泥的工程规模，具体内容如下：建一座日处理生活污泥600吨(含水率80％)的干化处置中心，干化后含水小于30％的半干污泥通过新建的接口设备在水泥熟料烧成系统中焚烧处理。2009年3月完成污泥生产线的点火调试工作，2009年8月起开始连续处置广州市城区的市政污泥。
污泥干化采用的废热来自现有的熟料生产线预热器出口窑尾废热烟气，废热烟气经管道输送至干化车间，通过风机升压后鼓入干燥机干燥室进口。需要干化的湿污泥由专用的输送装置送至污泥储料小仓，然后送到干燥机。在干燥室内，气固两相进行对流型干燥，完成热交换后的污泥和烟气一起进入袋收尘器。收尘后的干泥污泥颗粒通过锁风卸料阀后由胶带输送机提升机送入成品污泥储仓。干燥后尾气经处理后排放。
该项目的主机装备为国产装备，其总投资比采用进口装备节省～50％。
该项目日处理80％水分污泥600吨项目，年处理污泥18.6万吨，若污泥的干基热值按l6785kJ／kg计，每年使水泥厂节省l.8万吨标煤。
该项目2009年3月投入运行，经过一年多的运行，表明系统适应能力强，运行非常稳定，处置能力超过预期指标，经济技术指标优良。
该项目的意义在于，通过所采用的技术路线，充分利用水泥窑的余热和处置能力，使工业污泥／生活污泥的处理达到低成本运行，并可达到稳定化、减量化、无害化和资源化的目的，为解决长期困扰的工业污泥／生活污泥处理问题，寻求一种有效利用的途径，为全国污泥的减量处理和有效利用提供示范作用。此项目的实施不但有很好的社会效益，而且节省了资源，彻底地排除污泥无害化处理技术领域中最终处置时所付出的巨大环境代价。从而从根本上消除城市生活中威胁着人们健康生存的一个隐患，使生态环境与资源再生利用走上可持续发展的道路。
北京水泥厂污泥工程介绍
本工程是利用水泥窑系统的热量将含水80％的污水厂污泥干化至含固率为65％的半干污泥，然后入窑焚烧处置。日处理湿污泥500吨，年处理16万吨。工程建设单位北京水泥厂位于北京市昌平区，2008年11月28日开工，2009年地建完、2010年6月调试完成。
本工程干化技术属于间接干化工艺系统，热源采用从水泥窑系统取出高温热后进行换热，热量通过热载体传给干燥设备进行污泥干化。
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。
本工程解决当时北京25％的污泥处置问题，净化了环境，节约了能源并且对污泥进行再利用。取得了良好的社会效益和环境效益。
表3 污染物及工艺参数的检测
| 污泥干化预处理系统 | 水泥窑系统 | |
| 连续监测项目 | O2、SO2、NO2 | SO2、NO2、粉尘、VOC |
| 半年1-2次 | 恶臭气体、CH4 | 恶臭气体、熟料重金属 |
| 至少1年1次 | HCl、苯、POPs、烟尘中的重金属、Hg | |
利用水泥窑协同处置废弃物应遵循标准为《水泥工业大气污染物排放标准GB4915—2004))和《生活垃圾焚烧污染控制标准GBl8485—2001》。对要求较高的地区，可参考采用《危险废物焚烧污染控制标准GBl8484～2001》或借鉴欧盟《废物焚烧2000／76／EC指令》。
利用水泥窑协同处置废弃物必须对重要的污染物进行定期监测。
在利用水泥窑协同处置污泥的职业健康与安全方面必须坚持以下基本原则：
(1)在工艺设计、生产管理必须形成完善的现场危险规避机制。通过建立良好的基础设施(气体、异味、粉尘、渗入地下水或地表水、防火等的技术方案)，合理配置物料流和人流的布局，并设置合理的安全操作制度，建立安全教育培训机制。
(2)形成严密的安全与保卫体制；车间管理应设置兼职的安全员，并通过工厂的安全工程师实现污泥处置的全过程安全管理。
(3)废弃物处置全过程的信息追溯。
(4)针对不同的岗位及进行不同层次的安全培训。在新工厂开始协同处置污泥前之前，必须对管理层和技术核心进行培训，组织实地参观和学习；必须完成对新工人和分包商关于危险作业方面的培训。建立对相关员工定期的再认证。
(5)完善紧急事件和污泥处置过程遗撒的响应计划。应急计划应包括邻近的企业和有关政府部门的，良好的、正规的紧急事件和突发的污泥遗撒响应计划，定期做紧急事件应对演习。
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