利用可燃性危险废弃物作燃料生产水泥

1、    概述

 

    根据巴塞公约的规定，危险废弃物包括有毒性、反应性、腐蚀性、易燃易爆性的废弃物。

   70年代初，国个就着手利用可燃性危险废弃物作为替代燃料应用于水泥生产的研究。1974年加拿大的Lawrence水泥厂进行了首次试验。随后美国的密执安州的Peerｌｅｓｓ水泥厂、伊利诺斯州的LｏｎｅStar 水泥厂、纽约州的Alpha水泥厂、俄亥俄州的Paulding水泥厂、威斯星州的Rockwell石灰厂，瑞典的StoraVｉｋａ水泥厂，波多黎各的SａｎJuan水泥厂等10多家工厂亦先后进行了这方面的试验。美国的试验都是在美国国家环保署或州环保局的指导监督下进行的。大量的试验证明，回转窑利用可燃性危险废弃物替代燃料生产水泥的，不仅技术上是可行的。对环境和水泥质量亦均无影响，而且节约了能源，实现资源的综合利用，降低了水泥生产成本，实现了经济、社会、环境三个效益的统一。美国国家环保总署对此给予了充分肯定，认为此项技术已经成熟，应积极鼓励推广应用。

 

    国家建材局、国家环保和中信公司等联合组团于1990年10月专程赴美国进行考察，代表团先后考察了两家废料回收公司和5家水泥厂(宾夕法尼亚州的Keystone水泥厂、南卡罗来纳州的Giant水泥厂、得克萨斯州的TXC水泥厂、北得克萨斯州的Noeth　Tｅｘａｓ水泥厂、和Bｏｘｃｒｏｗ水泥厂)。

    除Bｏｘｃｒｏｗ为新型干法厂外，英雄人物家均为湿法线厂，他们的生产能力都在100万ｔ/ａ以上。考察期间我们与美国国家环保总署污管司管员进行了座谈，还与美国有关的专家进行了两次技术讨论。从而不仅了解到美国水泥厂利用可燃性危险废弃作为替代燃料生产水泥的实际情况，而且了解到美国对危险废弃物的管理、环保法规及应用于水泥生产的有关要求、监督措施等，同时还了解到美国废弃回收公司如何从废弃物排放单位收集废料，再经过运输、贮存、加工处理、运至水泥工厂，然后入窑煅烧，进行环境监测等全过程的运行情况。通过实地考察进一步证实，水泥回转窑利用可燃性危险废弃物作为替代燃料生产在技术上是完全可行的。

　据美国国家环保部署有关官员介绍，美国对危险废弃物处理的认识经历过三个过程。历史上，美国也曾经简单地将工业废油、废溶剂倒置山洞、坑道或加土掩埋，但后来发现这样处理可能会危害周围环境，影响人体健康。因此，现在美国已制定了严格的法律，禁止以传统的方法处理工业废弃物。这样从本世纪70年代以来，在美国加拿大等国家和地区，包括欧洲的一些国家如瑞典、荷兰、原苏联等，出现了两种新的处理废弃物的方法。一是：建立焚化工厂，将工业废弃物置于高温炉中焚化掉，并将其产生的能量用于城市供暖或发电；二是：将废油、废溶剂作为燃料代替部分煤或油（一般可替代25%￣75%）应用于水泥或轻质材料、石灰的生产。后者现已取得十分成熟的经验，并已开始大厦规模推广应用。据统计资料，1989年，仅美国、加拿大至少已有140家水泥厂、轻质材料厂和石灰厂在利用这些工业废油、废溶剂作为燃料，不仅有效地保护了环境，节省了煤、油（节能的比例从5%到50%），而且产品质量完全符合质量标准，废气排放完全符合美国国家环保总署对大气环境保护的有关规定。

 

2、    水泥回转窑煅烧可燃性危险废弃物的优势

　　到目前为止，销毁危险废弃物的最有效鼾方法就是焚烧。焚烧的基本原理即是在高温条件下，使氧化有机物分解成小分子，最后变成CO2或H2O等无机物。氧化必须完全，这是焚烧危险废弃物的基本要求。为了达到这一要求，必须防止可能发生的氧化不完全或合成等反应，以避免或控制不完全燃烧产物和有害气体（如CO、HC、HCｌ、SO2等）造成二次污染。因此对危险废弃物的焚烧，在工艺、设备和运行操作方面都有严格的要求。为达到上棕要求，建造和运行危险废弃物的专用焚化炉，基建设和运行费用都是相当高的。另外，由于焚化炉焚烧温度较低（一般为850℃￣1200℃）物料停留时间短（一般为2ｓ），有机废弃物难以完全分解，形成不完全燃烧，致使少量有机废物排入大气，焚烧后的炉渣还要深埋或处理，都有可能对环境产生二次污染。通过大量的试验和监测，发现水泥回转窑在处理危险废弃物方面较之建专用焚化炉更具优越性：

 

一是窑内温度高。回转窑内气体温度在1350℃￣1650℃，甚至更高，在此高温下，废料中主要有机物的有害成份焚毁率可达99.999%以上，即使很稳定的有机物也能被完全分解。

 

二是水泥回转窑热容量大，工况稳定，不仅可以接受大量的废料，而且可以维持均匀、稳定的燃烧气氛。

 

三是燃烧气体在水泥回转窑中高温下停留时间长。燃烧气体在800℃下停留时间＞8ｓ，高于1100℃下停留时间＞3ｓ；湿法回转窑中，气体在1400℃￣1600℃下停留时间为6ｓ￣10S。燃烧气体在回转窑中总停留时间在20S左右，因而焚烧充分，不易产生不完全燃烧。

 

四是水泥回转窑中为碱性气氛，一方面对燃烧产生的酸性气体，如HCL、杰SO2、CO2等能起到中和作用，使它们变成盐类固定下来，另一方面也能将废料中可能存在的重金属元素固定在氧化固体中，毌需对含重金属焚烧灰渣再进行处理，因而水泥回转窑起到了尾气净化装置和重金属高温固化的双重作用有。由于具有上述优点，水泥回转窑被认为是处理危险废弃物得天独厚的焚化装置，而且与建设专用焚化炉相比，具有建设投资省、运行费用低、经济效益好、无害化彻底等优点。

 

3、    废弃物利用过程及技术路线

    美国利用可燃性危险废弃物作为替代燃料的整个过程可分为两个部分：第一部分是依靠废料回收公司，对可燃性废弃物进行收集、贮存、加工、混配和运输；第二部分是在水泥厂内的贮存、搅拌、送料、燃烧与环境监测，整个过程都有极其严格的管理、分析、检测措施，以确保运行的安全。据统计美国共有废料处理公司1600多家，其中专为水泥厂提供替代燃料的废料回收公司有100多家。

    目前美国各水泥厂使用的可燃性废弃物，以液体可燃性废弃物为多，但从废料市场、工厂经济效益及新技术发展情况看，正逐步趋向于使用污泥及固废料。可作为替代燃料的废料有：

（1）       固体废料：炭黑、干洗废料、复印机料、活性炭、树脂、轮胎、木渣等；

（2）       污泥状废料：废油漆、涂料、化装品油、贮油罐底泥等；

（3）       液体废料：废溶剂类（丙酮、丁酮、乙醇、甲醇、二甲苯、汽油类溶剂；氯乙烷、二氯甲烷、四氯乙烯）、废油及其产品、溶剂蒸馏釜底物、环氧树脂、胶粘剂及胶油墨及其它废燃料等。

 

    废料回收公司的废料先进行分析，测定其热值、氯含量、水分、灰分、重金属含量等，然后分类存放，根据水泥厂的要求并按废料成份进行混配后装车往水泥厂贮库。

水泥厂利用可燃性废弃物作为再生能源，通常采用以下5种技术路线：

（1）       将混配好的废油、废溶剂等液态燃料，用泵从窑头直接喷入窑内燃烧；

（2）       将混配好的干粉状废燃烧，用压缩空气从窑头直接喷入窑内燃烧（若为块状废料可与煤混合粉磨，也可分别粉磨）；

（3）       将混配好的浆状燃料（含固体成份约25%）经过研磨后，用特殊泵送系统，从窑头直接喷入窑内燃烧；

（4）       将混　配好的污泥状废燃料（约5加仑铁皮桶装）从窑尾投入窑内燃烧；

（5）       将湿法状废燃烧，经过专用烘干工艺和设备（美国现有3种主要工艺和设备）处理，分离出可燃气体和固体，然后将可燃气体（或冷凝分离出可燃液体）直接喷入窑内，若分离出固体为可燃性废料，则按第二种技术路线进行处理。

　　　美国在10多家水泥厂的试验中，对尾所进行了详细监测，测定结果如下：主要有机有害成份的焚毁率都能达到99.99%以上，颗粒物、HCI、Nｏｘ、不完全燃烧产物等排放量与不用替代燃料没有时多大区别，都能达到排放标准的要求，由于重属的沸点都相对较高，大部份重金属都留在水泥产品中和粉尘中，只有少数沸点低的Pｂ、Zｎ的卤化物（沸点低于1000℃）被蒸发从烟道中排出。美国提供的测量结果显示，在入窑的重金属含量中，有41%固化在水泥产品中，46%进入收尘中，9%在废水中，只有不到5%从烟道气中排出，因此，在废气中排出的重金属远低于环保标准允许的最高值。

 

4、    我国在利用废弃物方面的情况

　以上简要介绍了1990年赴美考察水泥回转窑利用可燃性废料作为燃料生产水泥的一些情况。由于对他们的做法不能完全照抄照搬。我们也必须在环保部门的指导和监督下，通过试验并逐步建立起一套严格的运行机制和管理模式，以推动可燃性工业废料在水泥工业中的应用。令人可喜的是目前国内已有一些水泥厂家开始重视这一方面的工作，且试验工作已取得了阶段性的成果。

上海建材集团总公司所属万安企业总公司（原金山水泥厂）利用上海灵葆制药有限公司生产氟洛产品过程是产生的氟洛氛废液（含氟异丙醇，按照危险废弃物的定义，它是一种有害废物），进行了替代部份燃料生产水泥的试验。万安企业总公司采用的技术路线是：液体废料贮存在专用贮存内，然后用泵从窑头将其直接送入窑内燃烧；将其它固体废料与煤一起入煤磨，与煤粉混用；将半固体的废料装入小编织袋，每袋5ｋｇ，用本厂自己开发的“窑炮”从窑头打入烧成带焚烧，目前已经做到节能25%。上海市环境监测中心对试烧过程中排放的废气进行了跟踪监测，测试结果表明，废气中的有害成份含量均低于上海市的排放标准，不存在对大气污染的问题，经过中国建材研究院中心测定，试烧的水泥产品质量指标均在国家标准控制范围内，说明掺烧一定比例的氟洛氛废液，对水泥产品质量无影响，对环境大气亦无污染。

 

    北京建材集团公司所属北京水泥厂，利用树脂渣、废渣、有机废溶液、油墨渣等4种比较有代表性的工业有机废弃物在本厂2000ｔ/ｄ熟料新型干法窑上进行了焚烧试验，北京市环境监测中心对试验过程进行了跟踪监测。测定结果表明，排放的废气中　有机废物和重金属的浓度和排放量，均未达到北京市允许的最高排放标准，对水泥产品质量亦无影响。

上述两厂所进行的试验工作是非常有意义的，首开了我国利用有机废弃物作为水泥生产技术上可行的，具有节能、利废，提高经济效益的双重作用有，又是为减轻社会的环境负荷作出了贡献。当然所进行的工作还是初步的，有待进一步深入和完善。

根据我国的国情，笔者认为，此项试验工作首先应从大中城市开始，有组织，按计划地进行试验。试验要取得当地环保部门的支持和配合，并在环保部门的指导和监督下开展试验工作，开展这一工作首先要摸清当地工业废料的来源，种类。数量、成份、热值等各项指标，进行专项控制，严格管理，制定相关的政策，理顺废料排放单位，环保监测部门和废料利用单位的关系和明确各自的职责，调动各方面的积极性。同时要制定废料的收集、运输、加工、贮存、使用的规则和措施，将其纳入法制的轨道，严格管理和监督，做好全过程的案例防范工作。以点带面，逐步推开。

 

    目前，各地方、各部门都在编制“十五”规划，应将水泥工业利用废料和课题作为一件大事纳入规划，并组织实施，使水泥工业尽快成为绿色产业，实现可持续以展战略。