利用可燃性危險廢棄物作燃料生產(chǎn)水泥

1、    概述

 

    根據(jù)巴塞公約的規(guī)定，危險廢棄物包括有毒性、反應(yīng)性、腐蝕性、易燃易爆性的廢棄物。

   70年代初，國個就著手利用可燃性危險廢棄物作為替代燃料應(yīng)用于水泥生產(chǎn)的研究。1974年加拿大的Lawrence水泥廠進(jìn)行了首次試驗(yàn)。隨后美國的密執(zhí)安州的Peerｌｅｓｓ水泥廠、伊利諾斯州的LｏｎｅStar 水泥廠、紐約州的Alpha水泥廠、俄亥俄州的Paulding水泥廠、威斯星州的Rockwell石灰廠，瑞典的StoraVｉｋａ水泥廠，波多黎各的SａｎJuan水泥廠等10多家工廠亦先后進(jìn)行了這方面的試驗(yàn)。美國的試驗(yàn)都是在美國國家環(huán)保署或州環(huán)保局的指導(dǎo)監(jiān)督下進(jìn)行的。大量的試驗(yàn)證明，回轉(zhuǎn)窯利用可燃性危險廢棄物替代燃料生產(chǎn)水泥的，不僅技術(shù)上是可行的。對環(huán)境和水泥質(zhì)量亦均無影響，而且節(jié)約了能源，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，降低了水泥生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境三個效益的統(tǒng)一。美國國家環(huán)?？偸饘Υ私o予了充分肯定，認(rèn)為此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)積極鼓勵推廣應(yīng)用。

 

    國家建材局、國家環(huán)保和中信公司等聯(lián)合組團(tuán)于1990年10月專程赴美國進(jìn)行考察，代表團(tuán)先后考察了兩家廢料回收公司和5家水泥廠(賓夕法尼亞州的Keystone水泥廠、南卡羅來納州的Giant水泥廠、得克薩斯州的TXC水泥廠、北得克薩斯州的Noeth　Tｅｘａｓ水泥廠、和Bｏｘｃｒｏｗ水泥廠)。

    除Bｏｘｃｒｏｗ為新型干法廠外，英雄人物家均為濕法線廠，他們的生產(chǎn)能力都在100萬ｔ/ａ以上?？疾炱陂g我們與美國國家環(huán)?？偸鹞酃芩竟軉T進(jìn)行了座談，還與美國有關(guān)的專家進(jìn)行了兩次技術(shù)討論。從而不僅了解到美國水泥廠利用可燃性危險廢棄作為替代燃料生產(chǎn)水泥的實(shí)際情況，而且了解到美國對危險廢棄物的管理、環(huán)保法規(guī)及應(yīng)用于水泥生產(chǎn)的有關(guān)要求、監(jiān)督措施等，同時還了解到美國廢棄回收公司如何從廢棄物排放單位收集廢料，再經(jīng)過運(yùn)輸、貯存、加工處理、運(yùn)至水泥工廠，然后入窯煅燒，進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測等全過程的運(yùn)行情況。通過實(shí)地考察進(jìn)一步證實(shí)，水泥回轉(zhuǎn)窯利用可燃性危險廢棄物作為替代燃料生產(chǎn)在技術(shù)上是完全可行的。

　據(jù)美國國家環(huán)保部署有關(guān)官員介紹，美國對危險廢棄物處理的認(rèn)識經(jīng)歷過三個過程。歷史上，美國也曾經(jīng)簡單地將工業(yè)廢油、廢溶劑倒置山洞、坑道或加土掩埋，但后來發(fā)現(xiàn)這樣處理可能會危害周圍環(huán)境，影響人體健康。因此，現(xiàn)在美國已制定了嚴(yán)格的法律，禁止以傳統(tǒng)的方法處理工業(yè)廢棄物。這樣從本世紀(jì)70年代以來，在美國加拿大等國家和地區(qū)，包括歐洲的一些國家如瑞典、荷蘭、原蘇聯(lián)等，出現(xiàn)了兩種新的處理廢棄物的方法。一是：建立焚化工廠，將工業(yè)廢棄物置于高溫爐中焚化掉，并將其產(chǎn)生的能量用于城市供暖或發(fā)電；二是：將廢油、廢溶劑作為燃料代替部分煤或油（一般可替代25%￣75%）應(yīng)用于水泥或輕質(zhì)材料、石灰的生產(chǎn)。后者現(xiàn)已取得十分成熟的經(jīng)驗(yàn)，并已開始大廈規(guī)模推廣應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計資料，1989年，僅美國、加拿大至少已有140家水泥廠、輕質(zhì)材料廠和石灰廠在利用這些工業(yè)廢油、廢溶劑作為燃料，不僅有效地保護(hù)了環(huán)境，節(jié)省了煤、油（節(jié)能的比例從5%到50%），而且產(chǎn)品質(zhì)量完全符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，廢氣排放完全符合美國國家環(huán)?？偸饘Υ髿猸h(huán)境保護(hù)的有關(guān)規(guī)定。

 

2、    水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒可燃性危險廢棄物的優(yōu)勢

　　到目前為止，銷毀危險廢棄物的最有效鼾方法就是焚燒。焚燒的基本原理即是在高溫條件下，使氧化有機(jī)物分解成小分子，最后變成CO2或H2O等無機(jī)物。氧化必須完全，這是焚燒危險廢棄物的基本要求。為了達(dá)到這一要求，必須防止可能發(fā)生的氧化不完全或合成等反應(yīng)，以避免或控制不完全燃燒產(chǎn)物和有害氣體（如CO、HC、HCｌ、SO2等）造成二次污染。因此對危險廢棄物的焚燒，在工藝、設(shè)備和運(yùn)行操作方面都有嚴(yán)格的要求。為達(dá)到上棕要求，建造和運(yùn)行危險廢棄物的專用焚化爐，基建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用都是相當(dāng)高的。另外，由于焚化爐焚燒溫度較低（一般為850℃￣1200℃）物料停留時間短（一般為2ｓ），有機(jī)廢棄物難以完全分解，形成不完全燃燒，致使少量有機(jī)廢物排入大氣，焚燒后的爐渣還要深埋或處理，都有可能對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。通過大量的試驗(yàn)和監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)水泥回轉(zhuǎn)窯在處理危險廢棄物方面較之建專用焚化爐更具優(yōu)越性：

 

一是窯內(nèi)溫度高?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)氣體溫度在1350℃￣1650℃，甚至更高，在此高溫下，廢料中主要有機(jī)物的有害成份焚毀率可達(dá)99.999%以上，即使很穩(wěn)定的有機(jī)物也能被完全分解。

 

二是水泥回轉(zhuǎn)窯熱容量大，工況穩(wěn)定，不僅可以接受大量的廢料，而且可以維持均勻、穩(wěn)定的燃燒氣氛。

 

三是燃燒氣體在水泥回轉(zhuǎn)窯中高溫下停留時間長。燃燒氣體在800℃下停留時間＞8ｓ，高于1100℃下停留時間＞3ｓ；濕法回轉(zhuǎn)窯中，氣體在1400℃￣1600℃下停留時間為6ｓ￣10S。燃燒氣體在回轉(zhuǎn)窯中總停留時間在20S左右，因而焚燒充分，不易產(chǎn)生不完全燃燒。

 

四是水泥回轉(zhuǎn)窯中為堿性氣氛，一方面對燃燒產(chǎn)生的酸性氣體，如HCL、杰SO2、CO2等能起到中和作用，使它們變成鹽類固定下來，另一方面也能將廢料中可能存在的重金屬元素固定在氧化固體中，毌需對含重金屬焚燒灰渣再進(jìn)行處理，因而水泥回轉(zhuǎn)窯起到了尾氣凈化裝置和重金屬高溫固化的雙重作用有。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，水泥回轉(zhuǎn)窯被認(rèn)為是處理危險廢棄物得天獨(dú)厚的焚化裝置，而且與建設(shè)專用焚化爐相比，具有建設(shè)投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)效益好、無害化徹底等優(yōu)點(diǎn)。

 

3、    廢棄物利用過程及技術(shù)路線

    美國利用可燃性危險廢棄物作為替代燃料的整個過程可分為兩個部分：第一部分是依靠廢料回收公司，對可燃性廢棄物進(jìn)行收集、貯存、加工、混配和運(yùn)輸；第二部分是在水泥廠內(nèi)的貯存、攪拌、送料、燃燒與環(huán)境監(jiān)測，整個過程都有極其嚴(yán)格的管理、分析、檢測措施，以確保運(yùn)行的安全。據(jù)統(tǒng)計美國共有廢料處理公司1600多家，其中專為水泥廠提供替代燃料的廢料回收公司有100多家。

    目前美國各水泥廠使用的可燃性廢棄物，以液體可燃性廢棄物為多，但從廢料市場、工廠經(jīng)濟(jì)效益及新技術(shù)發(fā)展情況看，正逐步趨向于使用污泥及固廢料?？勺鳛樘娲剂系膹U料有：

（1）       固體廢料：炭黑、干洗廢料、復(fù)印機(jī)料、活性炭、樹脂、輪胎、木渣等；

（2）       污泥狀廢料：廢油漆、涂料、化裝品油、貯油罐底泥等；

（3）       液體廢料：廢溶劑類（丙酮、丁酮、乙醇、甲醇、二甲苯、汽油類溶劑；氯乙烷、二氯甲烷、四氯乙烯）、廢油及其產(chǎn)品、溶劑蒸餾釜底物、環(huán)氧樹脂、膠粘劑及膠油墨及其它廢燃料等。

 

    廢料回收公司的廢料先進(jìn)行分析，測定其熱值、氯含量、水分、灰分、重金屬含量等，然后分類存放，根據(jù)水泥廠的要求并按廢料成份進(jìn)行混配后裝車往水泥廠貯庫。

水泥廠利用可燃性廢棄物作為再生能源，通常采用以下5種技術(shù)路線：

（1）       將混配好的廢油、廢溶劑等液態(tài)燃料，用泵從窯頭直接噴入窯內(nèi)燃燒；

（2）       將混配好的干粉狀廢燃燒，用壓縮空氣從窯頭直接噴入窯內(nèi)燃燒（若為塊狀廢料可與煤混合粉磨，也可分別粉磨）；

（3）       將混配好的漿狀燃料（含固體成份約25%）經(jīng)過研磨后，用特殊泵送系統(tǒng)，從窯頭直接噴入窯內(nèi)燃燒；

（4）       將混　配好的污泥狀廢燃料（約5加侖鐵皮桶裝）從窯尾投入窯內(nèi)燃燒；

（5）       將濕法狀廢燃燒，經(jīng)過專用烘干工藝和設(shè)備（美國現(xiàn)有3種主要工藝和設(shè)備）處理，分離出可燃?xì)怏w和固體，然后將可燃?xì)怏w（或冷凝分離出可燃液體）直接噴入窯內(nèi)，若分離出固體為可燃性廢料，則按第二種技術(shù)路線進(jìn)行處理。

　　　美國在10多家水泥廠的試驗(yàn)中，對尾所進(jìn)行了詳細(xì)監(jiān)測，測定結(jié)果如下：主要有機(jī)有害成份的焚毀率都能達(dá)到99.99%以上，顆粒物、HCI、Nｏｘ、不完全燃燒產(chǎn)物等排放量與不用替代燃料沒有時多大區(qū)別，都能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，由于重屬的沸點(diǎn)都相對較高，大部份重金屬都留在水泥產(chǎn)品中和粉塵中，只有少數(shù)沸點(diǎn)低的Pｂ、Zｎ的鹵化物（沸點(diǎn)低于1000℃）被蒸發(fā)從煙道中排出。美國提供的測量結(jié)果顯示，在入窯的重金屬含量中，有41%固化在水泥產(chǎn)品中，46%進(jìn)入收塵中，9%在廢水中，只有不到5%從煙道氣中排出，因此，在廢氣中排出的重金屬遠(yuǎn)低于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)允許的最高值。

 

4、    我國在利用廢棄物方面的情況

　以上簡要介紹了1990年赴美考察水泥回轉(zhuǎn)窯利用可燃性廢料作為燃料生產(chǎn)水泥的一些情況。由于對他們的做法不能完全照抄照搬。我們也必須在環(huán)保部門的指導(dǎo)和監(jiān)督下，通過試驗(yàn)并逐步建立起一套嚴(yán)格的運(yùn)行機(jī)制和管理模式，以推動可燃性工業(yè)廢料在水泥工業(yè)中的應(yīng)用。令人可喜的是目前國內(nèi)已有一些水泥廠家開始重視這一方面的工作，且試驗(yàn)工作已取得了階段性的成果。

上海建材集團(tuán)總公司所屬萬安企業(yè)總公司（原金山水泥廠）利用上海靈葆制藥有限公司生產(chǎn)氟洛產(chǎn)品過程是產(chǎn)生的氟洛氛廢液（含氟異丙醇，按照危險廢棄物的定義，它是一種有害廢物），進(jìn)行了替代部份燃料生產(chǎn)水泥的試驗(yàn)。萬安企業(yè)總公司采用的技術(shù)路線是：液體廢料貯存在專用貯存內(nèi)，然后用泵從窯頭將其直接送入窯內(nèi)燃燒；將其它固體廢料與煤一起入煤磨，與煤粉混用；將半固體的廢料裝入小編織袋，每袋5ｋｇ，用本廠自己開發(fā)的“窯炮”從窯頭打入燒成帶焚燒，目前已經(jīng)做到節(jié)能25%。上海市環(huán)境監(jiān)測中心對試燒過程中排放的廢氣進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測，測試結(jié)果表明，廢氣中的有害成份含量均低于上海市的排放標(biāo)準(zhǔn)，不存在對大氣污染的問題，經(jīng)過中國建材研究院中心測定，試燒的水泥產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)均在國家標(biāo)準(zhǔn)控制范圍內(nèi)，說明摻燒一定比例的氟洛氛廢液，對水泥產(chǎn)品質(zhì)量無影響，對環(huán)境大氣亦無污染。

 

    北京建材集團(tuán)公司所屬北京水泥廠，利用樹脂渣、廢渣、有機(jī)廢溶液、油墨渣等4種比較有代表性的工業(yè)有機(jī)廢棄物在本廠2000ｔ/ｄ熟料新型干法窯上進(jìn)行了焚燒試驗(yàn)，北京市環(huán)境監(jiān)測中心對試驗(yàn)過程進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測。測定結(jié)果表明，排放的廢氣中　有機(jī)廢物和重金屬的濃度和排放量，均未達(dá)到北京市允許的最高排放標(biāo)準(zhǔn)，對水泥產(chǎn)品質(zhì)量亦無影響。

上述兩廠所進(jìn)行的試驗(yàn)工作是非常有意義的，首開了我國利用有機(jī)廢棄物作為水泥生產(chǎn)技術(shù)上可行的，具有節(jié)能、利廢，提高經(jīng)濟(jì)效益的雙重作用有，又是為減輕社會的環(huán)境負(fù)荷作出了貢獻(xiàn)。當(dāng)然所進(jìn)行的工作還是初步的，有待進(jìn)一步深入和完善。

根據(jù)我國的國情，筆者認(rèn)為，此項(xiàng)試驗(yàn)工作首先應(yīng)從大中城市開始，有組織，按計劃地進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)要取得當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的支持和配合，并在環(huán)保部門的指導(dǎo)和監(jiān)督下開展試驗(yàn)工作，開展這一工作首先要摸清當(dāng)?shù)毓I(yè)廢料的來源，種類。數(shù)量、成份、熱值等各項(xiàng)指標(biāo)，進(jìn)行專項(xiàng)控制，嚴(yán)格管理，制定相關(guān)的政策，理順廢料排放單位，環(huán)保監(jiān)測部門和廢料利用單位的關(guān)系和明確各自的職責(zé)，調(diào)動各方面的積極性。同時要制定廢料的收集、運(yùn)輸、加工、貯存、使用的規(guī)則和措施，將其納入法制的軌道，嚴(yán)格管理和監(jiān)督，做好全過程的案例防范工作。以點(diǎn)帶面，逐步推開。

 

    目前，各地方、各部門都在編制“十五”規(guī)劃，應(yīng)將水泥工業(yè)利用廢料和課題作為一件大事納入規(guī)劃，并組織實(shí)施，使水泥工業(yè)盡快成為綠色產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)以展戰(zhàn)略。