高玉宗：协同处置垃圾及余热利用新方法

北京四方联新技术开发有限公司总经理高玉宗表示，目前常见的垃圾处理方法包括卫生填埋、垃圾堆肥、传统焚烧和水泥窑协同处置等。与前三种相比，水泥窑协同处置城市垃圾具有节能、环保、经济、安全；可替代部分燃料和原料，减少天然矿物资源的消耗；大幅节约土地资源；与传统焚烧炉相比，投资大幅度降低等优点。但是对于水泥企业来说，烧垃圾会略影响到水泥厂的生产。

北京四方联新技术开发有限公司总经理高玉宗

一、垃圾的基本常识

垃圾是人类日常生活和生产中产生的固体废弃物（其实也有液体废弃物），由于排出量大，成分复杂多样，给处理和利用带来困难，如不能及时处理或处理不当，就会污染环境，影响环境卫生，损害人类和动物的健康。

垃圾处理就是要把垃圾迅速清除，并进行无害化处理，最后加以合理的利用。

经过统计，世界垃圾年均增长速度为8.42%，中国垃圾增长率达到10%以上。2012年全世界产生10亿吨垃圾，仅中国就产生近2.5亿吨城市垃圾，目前中国城市生活垃圾累积堆存量已达70亿吨，主要集中在中小城市以及一些乡镇。

垃圾已经遍布世界各地

1、毒王二恶英（Dioxin）

目前无论如何让处理垃圾，都不可避免地产生毒王二恶英（Dioxin）。毒王二恶英（Dioxin）又称二氧杂芑（qǐ），是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质，所以非常容易在生物体内积累，对人体危害非常严重，尤其是较胖的人。在垃圾及其处理过程中会产生二恶英。二恶英是一种在工业上没有用处的副产物，大约有419种结构类似毒性相近的二恶英化合物被确定。二恶英的熔点303-305℃，705℃以下很稳定，超过此温度开始分解，焚烧炉温度应该800-850℃，烟气停留时间应超过2S，为了分解彻底一般控制在5S。400-250℃停留超过2S又在合成二恶英。

二恶英的危害主要包括：损害人体多种器官和系统；易被脂肪吸收及致癌，潜伏期达11年；很容易聚集在食物链中，比如动物体内；毒性大，是氰化物的130倍，砒霜的900倍

二恶英的污染源主要是化工冶金工业、传统垃圾焚烧、造纸；以及生产杀虫剂等产业；日常生活所用的胶袋，PVC（聚氯乙烯）软胶等物都含有氯；燃烧这些物品时便会释放出二恶英，粘附在悬浮于空气中粉尘上。

2、臭味

垃圾储存、运输、焚烧过程中会发出的恶臭 气体，恶臭既会严重危害人类健康，又将产生二次污染，难以接受。特别是在填埋场运行过程中，因其产生量大、持续时间长、影响范围广等特点，近年来已引起人们的广泛关注。

按其组成臭味产生的原因可分成5类：①含硫化合物，如H2S、SO2、硫醇、硫醚；②含氮化合物，如氨气、胺类、酰胺、吲哚等；③卤素及衍生物，如氯气、卤代烃等；④烃类及芳香烃；⑤含氧有机物，如醇、酚、醛、酮、有机酸等。⑥除味方法可以是高温分解。其中大多数可在900度以上分解，比如：H2S可在900-1400分解，硫醇、硫醚390度分解等等。

目前的除臭方法主要有意高温为主，也可以采用生物办法除臭。目前使用水泥窑燃烧垃圾除臭来说，除了H2S比较困难，其他基本没有问题。

3、地沟油

泛指在生活中存在的各类劣质油，如回收的食用油、反复使用的炸油等，长期食用可能会引发多种癌症，对人体的危害极大。地沟油的毒性百倍于砒霜，每年多达30万吨的地沟油流向国人餐桌……也就是说你吃十顿饭，可能有一顿饭碰上的就是地沟油。截至目前，科学家们还没有找到一种理想的检测和鉴别地沟油的手段，给控制地沟油带来困难。

长期摄入地沟油，人们将出现体重减轻和发育障碍，易患腹泻和肠炎，并有肝、心和肾肿大以及脂肪肝等病变。地沟油受污染产生的黄曲霉素毒性不仅易使人发生肝癌，在其他部位也可以发生肿瘤，如胃、胰腺 、肾 、直肠及乳腺、卵巢、小肠等部位癌变。

2002年国家出台的“ 食品生产经营单位废弃食用油脂管理的规定”明确要求，不得将废弃油脂加工以后再作为食用油脂使用或者销售。

二、垃圾分类

1、可回收垃圾：包括废纸、塑料、玻璃、金属和布料五大类。通过综合处理回收利用，可以减少污染，节省资源。

2、厨余垃圾：包括剩菜剩饭、骨头、菜根菜叶、果皮等食品类废物，经生物技术就地处理堆肥，每吨可生产0.3吨有机肥料。

3、有害垃圾：包括废电池、废日光灯管、废水银温度计、过期药品、医疗垃圾等，这些垃圾需要特殊安全处理。

4、其他垃圾：包括除上述几类垃圾之外的砖瓦陶瓷、渣土、卫生间废纸、纸巾等难以回收的废弃物，采取卫生填埋可有效减少对地下水、地表水、土壤及空气的污染。

三、垃圾分类的优点

1、减少占地：生活垃圾中有些物质不易降解，使土地受到严重侵蚀。垃圾分类，去掉能回收的、不易降解的物质，减少垃圾数量达50%以上。

2、减少环境污染：废弃的电池含有金属汞、镉等有毒的物质，会对人类产生严重的危害；土壤中的废塑料会导致农作物减产；抛弃的废塑料被动物误食，导致动物死亡的事故时有发生。因此回收利用可以减少危害。

3、变废为宝：中国每年使用塑料快餐盒达40亿个，方便面碗5-7亿个，废塑料占生活垃圾的4-7%。1吨废塑料可回炼600公斤的柴油。回收1500吨废纸，可免于砍伐用于生产1200吨纸的林木。一吨易拉罐熔化后能结成近一吨很好的铝块，可少采20吨铝矿。生产垃圾中有30%-40%可以回收利用，应珍惜这个小本大利的资源。

四、常见的处理方法

垃圾填埋

1、垃圾填埋：将垃圾在一定场地上集中堆放，并分层覆土填埋的处理方式。其缺点主要是：占地面积大，填埋场周围一定范围内不适合人类居住；导致严重的地质性水土污染，危害人类健康（严格点说：填埋不叫垃圾无害化处理，填埋只是把垃圾从城里转移到了郊区，污染犹在，应该叫有害化处理） 。

垃圾堆肥

2、垃圾堆肥：处理是利用垃圾或土壤中存在的细菌、酵母菌、真菌和放线菌等微生物，使垃圾中的有机物发生生物化学反应而降解（消化），形成一种类似腐蚀质土壤的物质，用作肥料并用来改良土壤。但是，在中国垃圾分类水平低，难以产业化和形成规模，经济效益不佳，从堆肥到农田成本高，实施困难。

垃圾焚烧

3、垃圾焚烧：将垃圾进行焚烧处理（传统焚烧）。其缺点主要包括：污染环境，焚烧产生的二恶英严重影响人类健康；投资巨大，占地大，发电效率低，经济效益差。在中国，发电并网困难；垃圾残渣还是需要填埋，处理不彻底。

4、水泥窑协同处置：利用水泥烧成系统的热工环境、工艺特点和废气处理设备，在生产水泥熟料的同时处置或焚烧垃圾。比如：三次风管烧垃圾，温度超过800℃，气体停留时间加分解炉超过5S，增加的余热利用会迅速将烟气温度降低到250℃，最大限度减少了二恶英的再合成。水泥窑协同处置的优点包括节能、环保、经济、安全；可替代部分燃料和原料，减少天然矿物资源的消耗；大幅节约土地资源，与传统焚烧炉相比，投资大幅度降低

5、资源化处理：资源化处理是最有潜力，也是最希望解决的方法。但是，因无法彻底实现居民垃圾分类，所以该项技术仍处于发展阶段。

五、四方联水泥烧成系统焚烧垃圾

上图为北京四方联研发的利用水泥烧成系统协同处置垃圾技术的效果图，其特点主要包括：

1、适应范围广。可以焚烧原生态生活垃圾、地沟油、渗沥液、工业废液、办公垃圾、医疗垃圾、危险有害废物，垃圾残渣可以用于生产水泥，做到0排放，利用和消灭垃圾。

2、焚烧床串联在三次风管上的新方法。焚烧床在三次风管中间固定不动，垃圾（包括城市污泥）投到焚烧床上，设计上可以保证有足够的焚烧时间。而且，由于通风面积不变，不会影响系统阻力变化，不会影响系统工作。焚烧残渣经排渣口排出并冷却，可以输送直接掺入到原料制备系统，由于其量很小不会对熟料质量产生过大影响，也可以输送到熟料里。这种方法不仅适合于垃圾分类较好的大城市，更适合于垃圾分类及处理较差的中小城市。

3、将垃圾从窑头罩的上面或侧面投入，窑头罩相当于焚烧炉。部分垃圾投入后空中被加热燃烧，没有来得及燃烧的垃圾落入篦冷机篦床的高温物料上并被相继落下的熟料埋没，继续燃烧。同样，焚烧残渣直接熔掺到熟料里，减少了重金属的污染。由于残渣量很小不会对熟料质量产生过大影响。

4、将垃圾从篦冷机入料端立面或侧面或壳体顶面投入，垃圾落入篦冷机篦床的高温物料上或物料里燃烧。同样，焚烧残渣直接掺入到熟料里，由于其量很小不会对熟料质量产生过大影响。首先，由于垃圾在焚烧前处于吸热状态，所以对熟料有极冷的作用，有利于提高熟料质量，同时，燃烧后放出的热反过来又将二次风温提高，有利于水泥煅烧。其次，垃圾中的重金属遇到1370度的炽热熟料，在熔融状态大部分固化到熟料上，进一步减少了重金属的污染。目前阶段，这种方法更适合于垃圾分类及处理较好的大中城市。

5、将垃圾的渗沥液或工业废液或地沟油直接随喷煤管喷入回转窑、篦冷机高温熟料表面、三次风管、分解炉等部位进行焚烧。焚烧前的吸热过程防止了烟气的温度过高，从而减少了NOx生成，有利于环境保护。尤其是采用喷煤管或篦冷机焚烧地沟油，不仅可以回收大量的热，减少地沟油再加工后流入社会，对食品安全和人民的健康有非常大的保护作用。利国利民。

6、将垃圾通过烘干投入分解炉进行燃烧。目前，这种方法在国外已经有应用，比如热盘炉。

7、上述焚烧垃圾，尤其是焚烧塑料等会使烟气中的CL-升高，造成系统无法运行，可以用已经成熟的旁路放风的办法解决。

8、理论上当烟气温度超过705℃，垃圾中的二恶英就会分解。所以上述方法中烟气温度都能满足要求。但是，在400-250℃时，如果时间超过2S，二恶英再合成。四方联窑尾余热利用技术，由于从水泥窑尾预热器投入的生料的吸热过程恰恰使烟气温度在瞬间降低到250℃，最大限度的阻止了二恶英再合成，彻底克服了传统焚烧的缺点，实现了技术的最佳匹配，同时大大的降低了烧成系统的热耗。

9、上述技术可以组合使用，也可以单独使用。无论是三次风管、窑头罩、篦冷机高温区还是分解炉的温度都超过850℃，总的停留时间远超过5S，所以，所有投入的垃圾中的有机物、可燃物、有毒有味气体均被燃烧或分解，并最大限度防止二恶英的再合成，确保整个过程无臭味。占地小，投资少，工艺简单。

10、对产量和质量有少许影响。该技术可能使产量降低1-2%，熟料强度降低约1MPa，相对于垃圾焚烧带来的优势，这些小影响是可以接受的。

六、各种垃圾处理方法的比较

1、从几种垃圾处理方法的操作安全性上来看。卫生填埋安全性较好，但是需要注意防火；堆肥的安全性也比较好；当然安全性最好的是垃圾焚烧以及水泥窑协同处置。

2、从技术的可靠性来看。卫生填埋、堆肥、传统焚烧、水泥窑协同处置都相当可靠，而且垃圾堆肥技术在国内具有相当的经验。

3、从占地面积大小来看。卫生填埋占地面积最大，一般为400-500m²/T.D；堆肥次之，约为200-250m²/T.D；传统焚烧的占地面积比较小，为120-150m²/T.D；而水泥窑协同处置垃圾在水泥厂原有厂区就可以解决，不需额外征地。

4、从选址上来看。卫生填埋的选址比较困难，要考虑地形、地质条件，防止地表水、地下水污染，一般远离市区，运输距离较远。与之相比，其他三种垃圾处理方式的选址就比较容易了，堆肥仅需避开居民密集区，气味影响半径小于200m，运输距离适中即可；传统焚烧可靠近市区建设，运输距离也较近；而水泥窑协同处置前处理工序可靠近市区建设或利用现有设施除去大块建筑垃圾和金属，焚烧工序就近选择运输距离较近的新型干法水泥厂。

5、从几种垃圾处理技术的适用条件来看。卫生填埋主要适用于无机物>60%、含水量<30%、密度>0.5t/d的垃圾；堆肥从无害化角度来说，垃圾中可生物降解有机物≥10%，从肥效出发，垃圾中可生物降解有机物应>40%；传统焚烧只有在垃圾低位热值>3300kJ/kg时才不需添加辅助燃料；水泥窑协同处置垃圾则不需添加辅助燃料，同时可以处理多种垃圾，例如污泥、生活垃圾、地沟油等。

6、从最终处置来看。卫生填埋之后不要二次处理；堆肥处置垃圾之后，则需要把非堆肥物作填埋处理，填埋处理的约为初始量的20%~25%；传统焚烧剩余的约为初始量的10%-20%的残渣也需要作填埋处理；水泥窑协同处置可以将焚烧过后产生的约为初始量10%-20%的残渣直接利用粉磨生料或掺入熟料，不需填埋，彻底消灭垃圾。

7、从产品市场因素来看。卫生填埋之后可回收沼气发电，但是难以形成规模化；堆肥也很难建立稳定的市场；传统焚烧虽然可以产生热能或电能，但是由于热效率低，很难形成并网发电；水泥窑协同处置产生的热能回收可以直接用于水泥的煅烧，而且热效率高，回收热是水泥窑产生效益的主要因素。

8、从建设投资来看。卫生填埋投资较低，为16-20万元/T.D；堆肥略高，为30-40万元/T.D；传统焚烧最高为70-80万元/T-W/D，而水泥窑协同处置所需费用最低，为9-10万元/T.D。

9、从资源回收方面来看。卫生填埋和堆肥无现场分选回收实例，但有潜在可能；传统焚烧前处理工序可回收部分原料，但取决于垃圾中可利用物的比例和分类水平；水泥窑协同处置前处理工序可回收部分原料，但取决于垃圾中可利用物的比例和分类水平。

10、对地表水的污染。卫生填埋的大量渗沥液处理比较困难，也有可能污染地表水，但可采取措施减少可能；堆肥在处理非堆肥物填埋时会遇到于卫生填埋相似的问题；传统焚烧在处理厂区不会对地表水造成污染，虽然在在炉灰填埋时可能会产生污染，但是可能性比填埋小；水泥窑协同处置焚烧产生的炉灰直接用于生产水泥，真正做到了无污染。

11、对地下水的污染。卫生填埋虽可采取防渗措施，但仍然可能发生渗漏；堆肥时，垃圾中的重金属等可能随堆肥制品污染地下水；传统焚烧的灰渣中没有有机质等污染物，仅需填埋时采取固化等措施可防止污染；水泥窑协同处置做到了完全处理，不会产生任何污染。

12、对大气的污染。卫生填埋虽然可用覆盖、压实等措施控制和减少对大气的污染，但实际无法杜绝空气污染；堆肥会产生轻微气味，污染指标可能性不大；传统焚烧会产生二恶英等微量剧毒物，需采取措施控制；水泥窑协同处置与常规焚烧比，二恶英等微量剧毒物大幅度减少，并且可以利用现有的除尘、排风系统进行净化，不需要另外投资。

13、对土壤的污染。卫生填埋限于填埋场区及周边，堆肥控制好堆肥制品中重金属含量，则可以减少污染；传统焚烧本身不会对土壤造成污染，但是焚烧残渣填埋物可能存在污染；水泥窑协同处置与传统焚烧相似，但是并不会产生残渣，所以不会造成土壤污染。

14、结论。卫生填埋一种传统的、无奈的选择，且处理方法属于有害处理；堆肥虽然可以选择，但是要分区域；传统焚烧在国内外的使用都比较广，国内也在这方面做着努力。但是个人认为，水泥窑协同处置应该是更具有优先选择性。

原生态垃圾和破碎垃圾的焚烧实验

垃圾处理设备制作

七、余热利用的新选择

1 、2012年我国水泥行业行业现状

相关数据显示，目前，我国的水泥产量为22.1 亿吨/年，熟料产量13.4 亿吨/年，新型干法熟料产量12.1亿吨/年，新型干法平均热耗为115 公斤标煤/吨熟料，全行业平均热耗为118 公斤标煤/吨熟料，实物煤消耗约为1.96 亿吨/年，标准煤消耗约1.47 亿吨/年。

2、余热利用现状

据统计，2012年，全国运行的新型干法水泥生产线为1536 条，平均单线熟料产量 2643 吨/天。截止2012年底，有1042条生产线投运低温余热发电，总装机5805MW；还有494生产线未上低温余热发电，其中有400条属于可以上而未上。

3、余热发电平均技术经济指标

目前我国的水泥低温余热发电生产线平均发电约34度/吨熟料，其中窑尾占约20度/吨熟料，综合发电效率25-30%，实际窑尾贡献发电量16度/吨熟料，实际窑尾发电效率20-22%，平均效益0.32-0.35元/度电。以5000t/d水泥生产线为例，该生产线可装9兆瓦发电机组，总投资5500万元，3-4年可收回投资。

4、窑尾余热处理的几种型式

余热不利用

传统余热利用

新型余热利用-专利技术

5、新型余热利用的原理和特点

新型余热利用示意图

新型余热利用的原理是利用废热风加热凉料，30～40℃生料投入C1出口管道内的300～350℃热风中，通过管道内有强化交换装置进行热交换，物料被加热到180～210℃，料温提高150～180℃左右，达到降低热耗的目的，使得热效率可达70-83%，热风温度降低到230～260℃，料风经过分离器分离，热料通过提升机进入预热器原来的入料口，热风降温分离后用于烘干或进入高温风机。

新型余热利用总图

新型余热利用特点主要包括：热效率高；施工周期很短；投资少，回收周期短；结构简单，运行成本低；效益与煤价挂钩，增效潜力大；可以取消增湿塔，节约了水的消耗；原工艺流程没变，管理简单，操作方便；可以大大的减少二恶英的再合成，保护环境等。

以2500t/d熟料生产线为例，使用该技术可节约热耗218KJ/kg熟料，吨熟料可实现节约标煤7.43kg，每天节约标煤18.58吨，每年可节约标煤6130吨，节约原煤8528吨/年，年节约煤粉费用630万元。

6、新型余热利用主要设备

新型余热利用主要设备包括：新增分离器布置在框架上、增湿塔上或框架旁特殊设计的风管与原C1出口相连，分离器与增湿塔或高温风机相连。新增一台耐热输送机，用原提升机改变生料的喂入点，利用原高温风机。

新型余热利用经济效益估算

余热发电经济效益估算（以2500t/d熟料生产线为例，按15年考核周期估算）