水泥窑协同处置危险废弃物技术在南京中联水泥有限公司的应用

蒋荷君

（南京中联水泥有限公司，江苏 南京 211123）

0 引言

随着国家经济的蓬勃发展， 如何安全无害化处置固体废弃物已经成为影响城市可持续发展的重大问题。 政府已将固体废弃物无害化处理及综合利用列入重要议事日程， 并纳入社会经济发展的总体规划之中。 当前我国固体废弃物处理能力严重滞后和不足， 寻求更加安全环保快捷的固体废弃物处置途径势在必行。

水泥窑协同处置是水泥工业提出的一种新的固体废弃物处置手段，其处置范围广泛、高效，具备其他焚烧、填埋等工艺不具备的特点：①燃烧后产生的废气无害化处置； ②酸性气体被窑内碱性物料吸收，重金属固化在水泥熟料中，不析出；③抑制二噁英生成；④无飞灰和底渣产生。 水泥窑既可处置危险废弃物， 也可处置生活垃圾等市政废弃物。

1 技术方案及工艺流程

依托南京中联水泥有限公司4 500 t/d 熟料生产线，设计年处置危险废物10 万t，实际核准处置量9.46 万t。 该水泥窑不仅处置危险废弃物、污染土壤、工业污泥等固体废弃物，同时协助政府部门完成环境应急事件废物处置及市政污泥处置工作。技术路线是将固态危废、半固态危废和液态危废按各自的理化特性， 单独配置预处理和输送入窑设施，根据危废的不同特性，结合水泥窑工艺控制要求，采用不同的入窑焚烧点。

主要设施包括： 半固态危废预处理及泵送系统，固态危废破碎预处理及输送系统，液态危废输送入窑系统以及危险废物储存库房、废气收集入窑设施等，整体系统设备设施运行平稳，窑系统工况稳定，尾气达标排放。

1.1 工艺流程

1.1.1 固态危废

包装容器、沾染物等固态危废通过提升装置送入剪切式破碎机进行剪切破碎，固态块状物料则通过料仓、计量皮带秤输送入锤式破碎机破碎，破碎后的物料经计量、输送、入窑焚烧处置，系统处置能力2 t/h。

1.1.2 半固态危废

需要预处理的半固态危废经上料、破碎、筛分、搅拌输送等工序后进入半固态料仓，无需预处理的半固态危废可直接进入料仓， 经搅拌混合均匀后，通过柱塞泵泵送至窑尾分解炉，经半固态喷枪打散后入窑焚烧处置，系统处置能力3~8 t/h。

1.1.3 液态危废

液态危废来料经除杂后入储罐储存，或从吨箱接口连接气动隔膜泵直接泵送至窑头喷枪，雾化入窑门罩内焚烧，系统处置能力2 t/h。

上述处置车间内产生的废气采用全封闭负压式管道集中收集后， 入窑头篦冷机内焚烧处理，整个处置厂房内部呈负压气氛， 确保废气不外溢；在停窑检修期间，产生的废气经活性炭吸附装置后达标排放。

2 市场准入及来料分析

危险废弃物中的Cl-、S 不但对熟料质量有影响，更重要的是与水泥煅烧、窑尾烟气的排放有很大的关系[1]。 结合公司危废处置生产线运行以来的实际情况， 采集具有代表性的样品进行检测分析，分析指标为贮存和处置过程安全、水泥生产安全和水泥产品质量、大气排放所要求的热值、Cl-、S 等项目，见表1。

表1 进厂危废有害成分分析

3 处置结果分析

针对上述10 种代表性物料， 采用现有工艺路线进行处置。

3.1 半固态处置系统

半固态处置系统将3#~8#样品进行混合，热值调配至约9 MJ/kg，投加速率分别为 2 t/h、4 t/h、6 t/h、8 t/h。 窑空白测试期间，分解炉喂煤量约14 t/h，C1出口CO 含量约0.12%，观察投加量变化对窑系统的影响。 结果发现，在投加量小于4t/h 的前提下，分解炉喂煤量波动不大，CO 含量略有升高， 约为0.2%，当投加量达到8 t/h 以上，生料投加量有所下降，影响熟料产量，投加量控制在6 t/h 时，生料投加量稳定在400 t/h，窑系统工况稳定。

3.2 液态处置系统

废液系统采用1#和2#危废样品进行测试。其中1#高沸物为吨箱装高粘度废液， 需加水稀释后方可处置，比例为水∶高沸物=1∶3，使用液态厂房内的吨箱接口， 通过气动隔膜泵泵送至窑头喷枪，雾化入窑焚烧，控制速率1 t/h，热值控制在9 MJ/kg，头煤由13.8 t/h 减少到13.5 t/h， 废液燃烧充分，工况稳定， 对窑系统基本无影响；2# 废碱液投加后，由于该废液无热值，导致头煤量略有增加，且窑头工况产生一定波动，说明废液系统适宜投加具有一定热值的废液。

3.3 固态处置系统

固态处置系统采用焚烧炉渣搭配废吸附剂，通过带式输送机经窑尾锁风装置送入分解中下部入窑焚烧，处置速率分别控制在1 t/h，2 t/h 以及3 t/h。实践证明， 固态危废处置效率控制在2 t/h 及以下时，对窑系统的影响较小，随着投料量的增加，窑工况波动较大，同时物料的含水率也对工况有较大影响，含水率越高，输送难度增加，带式输送机返料增多， 工况波动也大。 故控制入窑物料水分不高于20%，入窑处置速率小于2 t/h，可实现固态物料的平稳处置。

4 处置危废对窑系统设备的影响

4.1 氯离子富集循环，引起预热器结皮堵塞，且造成耐火砖侵蚀

含氯危废入窑后，由于氯离子在熟料烧成系统中具有极高的挥发性，在窑内高温环境下几乎全部挥发， 并随热烟气返回预热器冷却后附着在生料上，形成氯离子的循环富集，导致预热器中的生料氯离子浓度大幅度提高。

含氯钾盐促进矿物硅方解石2C2S·CaCO3的形成，在预热器内壁逐渐黏挂形成结皮，易造成通风不良和预热器堵塞[2]。

在熟料的煅烧过程中，耐火材料内侧直接与高温物料、气流相接触，外侧直接贴在保温材料或窑筒体的钢板上，内外侧表面的温差较大。 随着热量散失，在其内形成温度梯度场。处置危废过程中，窑系统内氯离子发生循环富集，逐渐渗透进入到耐火材料中，并冷凝结晶。结晶物越积越多，逐渐产生内部应力，引起耐火材料的腐蚀、开裂、剥落，最终导致结构破坏，停产检修。

4.2 硫的高温循环

含硫危废入窑后，在窑系统高温下，氧化、分解产生SO2。 SO2在分解炉内被大量的CaO 等碱性物质完全吸收并形成硫酸盐后，进入回转窑；部分硫酸盐在回转窑内发生挥发、分解和固溶，挥发后的硫酸盐在合适温度下冷凝到生料颗粒表面，并在烟室、五级预热器等部位发生熔融，粘结到管道表面形成结皮堵塞；分解产生的SO2再次进入分解炉并被 CaO 等碱性物质吸收； 未分解的硫酸盐以Na2SO4、K2SO4等形式随熟料从回转窑中带出[3]。

硫、氯等有害元素在窑炉内循环富集并随着原燃材料带入而不断增加时， 其极易冷凝在生料表面。 含 Na2SO4、K2SO4、KCl 等的生料最低共熔点可以降到650~700 ℃，使得部分生料可能在窑尾预热器就出现部分熔融，从而粘附到窑尾烟室、下料斜坡等部位，形成结皮堵塞。除了与碱形成硫酸碱外，挥发的SO2还可以与硅酸盐、铝酸盐矿物结合形成（2CaO·SiO2）

2·CaSO4或 4CaO·3Al2O3·SO3， 这些物质也可能会引起堵塞。

5 对环保排放的影响

水泥窑系统为碱性气氛，危废入窑处置过程中产生的酸性气体SO2、NOx 等被窑内碱性气氛中和吸收，抑制其排放。 水泥窑窑尾排气筒大气污染物中废气排放值均达标，见表2。 危废中含有的重金属则固化在水泥熟料的晶格中，有机物焚毁去除率不小于99.9999%，水泥窑窑头、窑尾采用高效布袋除尘器，能够确保环保安全，达到省内水泥窑炉超低排放指标。

表2 窑尾废气排放口主要指标检测结果 mg/m3（二噁英类除外）

6 处置危废对熟料产品质量的影响

以连续处置1 周为例，平均处置量约5 t/h，对比处置前后熟料化学成分变化及物理分析，分析危废处置对产品质量的影响，对比数据详见表3、4。

危废处置前后三率值变化不大，氯离子含量上升明显，但在国标范围内。 处置危废后熟料氯离子波动较大， 这就要求在实际处置过程中精细化配伍，控制入窑物料氯离子含量。 危废处置前后熟料3 d 强度和28 d 强度几乎没有变化，说明危废处置对熟料物理性能影响不大。 总的说来，处置危废会显著影响熟料中的氯离子含量，其他成分影响不显著。通过调节危废搭配比例，减少氯离子的掺入，可确保熟料质量合格。

7 改进的方向

7.1 建章立制强化管理

建立健全安全、环保管理体系，制定安全管理制度、岗位操作规程以及设备作业指导书，完善岗位人员安全生产责任制，加强风险源辨识及管控，定期对作业人员进行岗位技能培训， 培训合格后方可上岗作业，同时加强设备日常巡检，及时消除事故隐患。

表3 危废处置前后熟料化学分析

表4 危废处置前后熟料化学分析

7.2 强化危险废物检测、准入及处置

坚决贯彻危险废物“先检测后准入”制度，从源头把关， 危险废物经取样检测合格后方可进厂处置；危险废物在入厂后仍要进行严格检测，针对水泥产品质量影响大的碱金属、氯、硫以及重金属等元素重点控制；有针对性地对进厂危险废物进行预处理，并进行精确计量，保证入窑危险废物的均匀性和连续性。通过分析、综合控制，将入窑废物对水泥窑系统的影响降至最低。

严格执行GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》标准，产品质量指标符合国家标准和内控标准，完成出厂水泥的各项指标。

7.3 运用物联网思维加强危险废物管控

建立危险废物从产废单位出厂至窑内焚烧过程的经营管理系统，运用物联网理念，新建运输车辆监控系统、库房视频监控系统、地磅系统以及手持数据终端等， 实现危险废物处置全过程的管控；提升企业管理水平，实现自身业务的精细化、多样化和规模化。

8 结论

（1）水泥窑协同处置危险废物具有种类多、成分复杂的特性，不同物理性状的危废采用不同的投加点，需综合考虑各处置系统的投加速率，优化配伍方案。

（2） 液态处置系统宜投加有一定热值的废液；半固态处置系统泵送速率控制在6 t/h，工况较为稳定；固态处置系统控制水分小于20%， 投加速率小于2 t/h；该状态下协同处置效率最高。

（3）水泥窑系统为碱性气氛，可抑制酸性物质的排放，实现 NOX、SO2、HCl 等的超低排放。

（4）入窑危险废物中的有害元素硫、氯等需严格控制。 预接收危废按照氯小于2%、硫小于3%的含量控制，同时优化配伍，控制入窑物料的氯元素小于0.03%。

（5）危废处置对于熟料中的氯元素影响较为显著，会适当降低熟料的28 d 强度，严格控制入窑有害元素的含量，将对熟料强度的影响降至最低限度。

（6）建立健全安全、环保管理体系，制定安全管理制度、岗位操作规程以及设备作业指导书，完善岗位人员安全生产责任制，加强风险源辨识及管控。