一种水泥窑协同处置城乡生活垃圾的方法与流程

本发明涉及的是垃圾处置系统技术领域，具体涉及一种水泥窑协同处置城乡生活垃圾的方法。

背景技术：

城乡生活垃圾一般是指城乡居民生活产生的固体废弃物。目前国内生活垃圾没有实行彻底有效的分类收集，因此城乡生活垃圾中还混有商业垃圾、市政维护和管理中产生的垃圾。

目前，国内每年的垃圾产生量达1.65亿吨，我国已积压下来的垃圾达70多亿吨。随着未来城乡人口的增加，每年垃圾产生量预计以8%的速度递增。绝大部分生活垃圾未经处理堆积在城郊，侵占土地面积达5亿平方米。垃圾随意弃置破坏了城乡景观，也会滋生传播疾病的害虫和细菌。未经过有效处理的垃圾长期堆放容易发酵，产生的携带氨、氮、硫化物、甲烷等有害气体形成恶臭，污染环境并散发热量，甚至引发爆炸事件。大量的酸性和碱性有机污染物溶解垃圾中的重金属，成为有机物、重金属和病原微生物集中的污染源，污染周围的地表水体或渗透地下水，造成水资源的严重污染，再通过食物链进入人体影响健康。

城乡生活垃圾处理已成为世界范围内一个普遍关注的问题，是一项十分艰巨的综合性、系统性的工程。世界上许多发达国家，对城乡生活垃圾的处理曾采用过多种办法，如：填埋法、堆肥法、热处理法、蠕虫法、城乡生活垃圾的饲用、细菌消化、水载法、微波处理法或分类回收、综合利用等等。其中主要的处理方法是填埋法、堆肥法和热处理法。填埋法会占用大量土地资源，同时还会产生渗滤液泄漏污染地下水、向大气中排放大量的温室气体甲烷等环境问题；堆肥法产生的恶臭问题、产品质量及产品出路问题，一直都是阻碍堆肥处理方法推广和应用的原因；热处理法目前主要使用的是焚烧法，也是目前世界各国普遍采用的垃圾处理方法，具有处理量大、兼容性好且有热能回收的特点。

水泥窑协同处置生活垃圾作为垃圾焚烧的一种方法在我国得到越来越多的应用，但现有的水泥窑协同处置生活垃圾技术对垃圾热值的利用率较低，垃圾燃烧产生的热量不能得到充分利用。现有的技术仅适用于散装、轻质、易燃、低水分的垃圾，并且由于垃圾中的含水率、粒径及垃圾在水泥窑中的焚烧位置的不同等因素导致对水泥窑系统自身的影响较大。垃圾在预处理过程、储存和输送过程中产生的臭气、渗滤液及垃圾焚烧后产生的废渣等问题一直不能得到有效彻底处理。

综上所述，本发明设计了一种水泥窑协同处置城乡生活垃圾的方法。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种水泥窑协同处置城乡生活垃圾的方法，操作简便、运行稳定、投资小、效益高，对废渣、废水、废气全部实现无害化处置，对环境影响可以完全达到国家标准的要求，真正实现了生活垃圾“无害化，资源化，减容化、环保化”的目的。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种水泥窑协同处置城乡生活垃圾的系统，包括生活垃圾预处理系统、生活垃圾焚烧系统、生活垃圾渗滤液处理系统、除臭系统和旁路放风系统，来自生活垃圾预处理系统、生活垃圾焚烧系统、生活垃圾渗滤液处理系统的含臭空气通过排气管道密封连接至除臭系统；来自生活垃圾预处理系统、生活垃圾焚烧系统、除臭系统的渗滤液或工艺废水通过收集池槽，经管道输送至渗滤液处理系统，生活垃圾焚烧系统需要通过热工设备改造植入至现有的水泥熟料生产线当中，旁路放风系统通过热工管道与水泥熟料生产线相连抽取部分高温烟气进行硫、氯、碱含量控制；所述的生活垃圾预处理系统和生活垃圾焚烧系统为主要处置环节，其根据建设条件不同，可以是分地实施也可集中建设。生活垃圾预处理系统和生活垃圾焚烧系统需配套建设生活垃圾渗滤液处理系统、除臭系统。生活垃圾焚烧系统还需要配套建设旁路放风系统。

作为优选，所述的生活垃圾预处理系统包括移动式空压机、第一抓斗桥式起重机、剪切式破碎机、挡板平皮带机、第二抓斗桥式起重机、脱水机、下料钢仓、第三抓斗桥式起重机、带式调速定量给料机、管式输送机、垃圾渗滤液、原生态垃圾储坑、破碎后垃圾储坑和脱水后垃圾储坑，生活垃圾经垃圾运输车运送至预处理车间的原生态垃圾储坑，垃圾运输车一侧设置有用于清洗车辆的移动式空压机，再由第一抓斗桥式起重机运至剪切式破碎机上方的下料斗，经破碎后由皮带机送至储料地坑；在储料坑内，垃圾经历第二抓斗桥式起重机翻垛、强制通风，生物发酵速度提升，游离水含量增加；5-10天后，垃圾由第二抓斗桥式起重机送至脱水机进行挤压脱水并送至下料钢仓，由下料钢仓送至脱水后垃圾储坑，脱水后垃圾储坑内的垃圾由第三抓斗桥式起重机送至带式调速定量给料机，并通过管式输送机输送至生活垃圾焚烧系统进行处理。

作为优选，所述的生活垃圾焚烧系统包括三道锁风阀、冷料仓、分解炉、四级旋风筒、热盘炉和冷却风机，三道锁风阀的上方设置有胶带输送机，且三道锁风阀与热盘炉之间通过下料管密封连接，所述热盘炉的下方安装有冷却风机，热盘炉还分别与分解炉、四级旋风筒相连，且热盘炉通过对水泥熟料生产线对烟室上升烟道至分解炉锥部进行必要的改造后植入，进入热盘炉的生活垃圾在热盘炉内着火燃烧后经上升烟道进入水泥窑内进一步焚烧处置。

作为优选，所述的生活垃圾渗滤液处理系统(3)包括厌氧处理模块、反硝化模块、硝化模块、冷却系统模块、超滤模块(3-5)、纳滤模块、反渗透模块，垃圾渗滤液将以自流的方式进入地下的渗滤液收集池，当收集池内液位到达一定高度时，污水泵将渗滤液泵至厌氧处理模块的调节池内，进行渗滤液处理，经过反硝化模块、硝化模块、冷却系统模块、超滤模块、纳滤模块、反渗透模块后产生的污泥和浓缩液直接运至水泥窑内焚烧处置，有效降低了二次废物的处置成本；处理之后的水回用于工艺系统，实现了废水零排放。

作为优选，所述的除臭系统包括汇风箱、除臭风机、水浴式除尘装置、生物滤池、预洗水池、排泥池、喷淋水池、活性炭塔和篦冷机冷却风机风管，汇风箱通过除臭风机与水浴式除尘装置、生物滤池、活性炭塔依次相连，生物滤池下方设置有预洗水池、排泥池、喷淋水池，汇风箱还通过引风机与篦冷机冷却风机风管相连；所述的生物滤池与喷淋水池之间通过排气管密封连接，且生物滤池的右侧安装有风机和汇风箱。

作为优选，所述的旁路放风系统包括旁路旋风筒、烟气冷却器、收尘器、第二冷却风机和积灰仓，第二冷却风机将过量钾、钠、氯气体抽出，经旁路旋风筒、烟气冷却器、收尘器将排出水泥熟料烧成系统，抽取一定量的气体后能有效减少或避免氯元素的结皮、结块，其旁路放风系统的抽风量由垃圾中的氯含量和水泥生料中的氯含量确定，烟气冷却器、收尘器还与积灰仓相连。

一种水泥窑协同处置城乡生活垃圾的方法，其具体工艺流程为：原生态生活垃圾到厂后进入原生态生活垃圾储坑，经过抓斗桥式起重机依次通过板喂机、剪切式破碎机完成初破作业，形成90%粒度<200mm的垃圾碎片，在生活垃圾储坑内通过抓斗定期翻垛、底部鼓风装置周期性鼓风、渗滤液淋撒进行生物干化处理5-10d，经过生化处理是生活垃圾碎片通过抓斗桥式起重依次通过板喂机、脱水机进行机械脱水后送入成品生活垃圾储存区域，经抓斗倒运送入成品垃圾仓。

作为优选，所述的除臭系统通过密封管道和风机将来自生活垃圾预处理系统、生活垃圾焚烧系统、生活垃圾渗滤液处理系统的含臭空气，在配套水泥生产线正常运行时，经风机送入水泥窑窑头冷却机旁作为水泥生产工艺用风消纳处置，在应急时送入专业除臭装置进行净化处理。

本发明具有以下有益效果：

1、充分利用热盘炉对垃圾使用范围广、水分要求低的特点，大大减少了垃圾焚烧的前期处理（如分类、分选）工作。

2、通过采用机械处理加生物干化的组合式垃圾预处理方式，大大降低了垃圾的粒度及含水率，增加了垃圾的热值，减少了对水泥熟料烧成系统的影响。

3、充分利用了垃圾的热值及垃圾的化学组成成分，可降低水泥熟料烧成系统用煤、增加余热发电系统发电量，同时窑尾脱硝氨水用量有所降低。

4、充分利用回转窑系统的高烧成温度和水泥熟料的形成条件，将垃圾焚烧后产生的残渣及飞灰掺入到生料中，最后经过高温煅烧烧制成水泥熟料，生活垃圾中的有害重金属元素固溶在熟料内，形成硅酸盐类矿物，避免了垃圾中的重金属对环境的危害。

5、通过抽取预处理车间和协同处置车间的臭气使预处理车间和协同处置车间保持微负压状态，有效防止了臭气的外溢，同时该部分臭气被送入篦冷机充当冷却风使用，经回转窑内1400℃以上、分解炉内900℃以上的高温处置，确保臭气因子彻底分解。

6、垃圾渗滤液经过垃圾渗滤液处理系统处理后的水回用于工艺系统，实现了废水零排放。产生的污泥和浓缩液直接运至水泥窑内焚烧处置，有效降低了二次废物的处置成本。

7、垃圾中的钾、钠、氯元素含量较高，通过配置旁路放风系统抽取一定量的气体后能有效减少或避免窑内的结皮、结块，从而避免水泥窑生产的波动。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的系统流程图；

图2为本发明的生活垃圾预处理系统流程图；

图3是本发明的生活垃圾焚烧系统流程图；

图4是本发明的生活垃圾渗滤液处理系统流程图；

图5是本发明的除臭系统流程图；

图6是本发明的旁路放风系统流程图；

图中：1、生活垃圾预处理系统；1-1、移动式空压机；1-2、第一抓斗桥式起重机；1-3、剪切式破碎机；1-4、挡板平皮带机；1-5、第二抓斗桥式起重机；1-6、脱水机；1-7、下料钢仓；1-8、第三抓斗桥式起重机；1-9、带式调速定量给料机；1-10、管式输送机；1-11、垃圾渗滤液；1-12、原生态垃圾储坑；1-13、破碎后垃圾储坑；1-14、脱水后垃圾储坑；2、生活垃圾焚烧系统；2-1、三道锁风阀；2-2、冷料仓；2-3、分解炉；2-4、四级旋风筒；2-5、热盘炉；2-6、冷却风机；3、生活垃圾渗滤液处理系统；3-1、厌氧处理模块；3-2、反硝化模块；3-3、硝化模块；3-4、冷却系统模块；3-5、超滤模块；3-6、纳滤模块；3-7、反渗透模块；4、除臭系统；4-1、汇风箱；4-2、风机；4-3、水浴式除尘；4-4、生物滤池；4-5、预洗水池；4-6、排泥池；4-7、喷淋水池；4-8、活性炭塔；4-9、篦冷机冷却风机风管；5、旁路防风系统；5-1、旁路旋风筒；5-2、烟气冷却器；5-3、收尘器；5-4、第二冷却风机；5-5、积灰仓。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1-6，本具体实施方式采用以下技术方案：一种水泥窑协同处置城乡生活垃圾的系统，包括生活垃圾预处理系统1、生活垃圾焚烧系统2、生活垃圾渗滤液处理系统3、除臭系统4和旁路放风系统5，其特征在于：作为主要处置环节的生活垃圾预处理系统和生活垃圾焚烧系统依据建设条件的不同，可以是分地实施也可集中建设；生活垃圾预处理系统和生活垃圾焚烧系统需配套建设生活垃圾渗滤液处理系统、除臭系统；生活垃圾焚烧系统还需要配套建设旁路放风系统；来自生活垃圾预处理系统、生活垃圾焚烧系统、生活垃圾渗滤液处理系统的含臭空气通过排气管道密封连接至除臭系统；来自生活垃圾预处理系统、生活垃圾焚烧系统、除臭系统的渗滤液或工艺废水通过收集池槽，经管道输送至渗滤液处理系统，生活垃圾焚烧系统需要通过热工设备改造植入至现有的水泥熟料生产线当中，旁路放风系统通过热工管道与水泥熟料生产线相连抽取部分高温烟气进行硫、氯、碱含量控制。

本具体实施方式的生活垃圾预处理系统：生活垃圾经垃圾运输车运送至预处理车间的原生态垃圾储坑1-12，再由第一抓斗桥式起重机1-2运至剪切式破碎机1-3上方的下料斗，经破碎后由皮带机1-4送至储料地坑1-13。在储料坑内，垃圾经历第二抓斗桥式起重机1-5翻垛、强制通风，生物发酵速度提升，游离水含量增加。5-10天后，垃圾由第二抓斗桥式起重机1-5送至脱水机1-6进行挤压脱水。脱水后的垃圾经定量给料机1-9和管式输送机1-10输送至生活垃圾焚烧系统进行处理。本发明采用生物干化和机械脱水的组合垃圾脱水方式，经破碎后的生活垃圾在独立存储10天的储坑中用鼓风机进行通风，同时用行车进行翻垛作业，使生活垃圾进行有氧发酵，把生活垃圾内在水脱一部分出来，这样有助于降低生活垃圾含水率，同时提高生活垃圾热值，有助于协同处置。

生活垃圾焚烧系统：经过预处理的生活垃圾进入脱水后垃圾储坑1-14，然后由行车抓斗送至称重喂料仓，计量后运输至水泥窑塔架，通过三道锁风阀2-1送入热盘炉2-6，在高温三次风（900℃）中完成干燥和点火燃烧，热盘炉出口温度会升高，通过四级旋风筒2-4不断喂料调节焚烧温度至1050℃。焚烧后残渣进入水泥熟料生产线系统，形成水泥熟料；焚烧产生的气体经碱性环境下的高温燃烧使有害成分彻底分解后，经水泥窑尾特定的快速换热工艺冷却后排入大气。本发明的在线型热盘炉技术相对于离线型的垃圾气化燃烧炉来说，产生的高温气体、废料的燃烧灰分、生料和小颗粒的烧结渣等均进入分解炉，少量的大颗粒的烧结渣则由窑尾上升烟道中落下进入回转窑。充分利用了垃圾中的热能，物料和气体全部取自于又返回到原系统中，极大提高了系统的热效率，避免排出废渣的热量损失和再利用的工艺环节。

生活垃圾渗滤液处理系统：垃圾渗滤液的主要来源为原生垃圾经好氧发酵和机械脱水，一般产生的都是高浓度的有机废水。由于储坑底部有一定坡度，垃圾渗滤液将以自流的方式进入地下的渗滤液收集池1-11，当收集池内液位到达一定高度时，污水泵会将渗滤液泵至厌氧处理模块3-1的调节池内，进行渗滤液处理。原生垃圾储坑和渗滤液收集池底部和四周都采取了必要的防渗措施，既防止了渗沥液的渗出，也避免了地下水的渗入。经过反硝化模块3-2、硝化模块3-3、冷却系统模块3-4、超滤模块3-5、纳滤模块3-6、反渗透模块3-7这些过程后产生的污泥和浓缩液直接运至水泥窑内焚烧处置，有效降低了二次废物的处置成本；处理之后的水回用于工艺系统，实现了废水零排放。

除臭系统：水泥窑正常运转时，来自预处理车间和协同处置车间的臭气经引风机引入通过篦冷机冷却风机风管4-9进入水泥窑篦冷机，当作冷却风使用，臭气中的挥发性有机物在与高温熟料接触的过程中燃烧，燃烧后的空气作为二次风，经回转窑内1400℃以上、分解炉内900℃以上的高温处置，确保臭气因子——挥发性有机物彻底分解。水泥窑停产时，臭气送入专业除臭装置进行净化处理。专业除臭装置由汇风箱4-1、风机4-2、水浴式除尘4-3、生物滤池4-4、预洗水池4-5、排泥池4-6、喷淋水池4-7、活性炭塔4-8构成。垃圾的储存、运输环节及渗滤液处理系统全程密闭，无废气泄露。

旁路放风系统：生活垃圾中往往钾、钠、氯元素含量较高，其过量存在将会对烧成系统的运行稳定性和水泥产品质量带来影响，这些挥发性组分易在窑尾及预热器的合适温度区域内形成闭路循环富集，引起窑尾或预热器相应位置出现结皮、堵塞，严重时影响烧成系统的稳定和正常运行；过量的钾、钠、氯等进入水泥熟料，一方面易发生碱集料反应，缩短混凝土的使用寿命；另一方面还会腐蚀混凝土中的钢筋，影响其结构强度。为此本发明通过冷却风机5-4将过量钾、钠、氯气体抽出，经旁路旋风筒5-1、烟气冷却器5-2、收尘器5-3将排出水泥熟料烧成系统，抽取一定量的气体后能有效减少或避免氯元素的结皮、结块，其旁路放风系统的抽风量由垃圾中的氯含量和水泥生料中的氯含量确定。

本具体实施方式的工艺原理：生活垃圾由垃圾车运送至预处理车间，首先卸至垃圾储坑，再由行车和抓斗运至破碎机上方的板式给料机均匀下料至破碎机，经破碎机破碎后通过下料溜子溜入储坑，通过向储坑内通风的方式进行5-10天的有氧发酵后再由行车和抓斗送至脱水机上方的板式给料机均匀下料至脱水机进行挤压脱水，脱水之后的垃圾落在板式给料机上，然后输送进入卸料储坑进行短期储存，由行车和抓斗送至成品仓上方的板式给料机下料至计量给料机，再经带式调速计量给料机以及管状胶带输送机输送至热盘炉内进行焚烧处理。热盘炉喂料管道上设置三道锁风阀防止漏风，在系统断电或者人为操作的时候，安全闸板阀会立即关闭。垃圾通过溜子进入热盘炉内，来自篦冷机的高温三次风通过三次风管全部进入热盘炉内，主要作为热盘炉焚烧垃圾的热源，热盘炉内的垃圾燃烧后所生成的1000℃以上的气体进入分解炉，再与煤粉一起燃烧，从四级旋风筒出口分流出一定量的热生料作为辅助的供热或与分解吸热的载体喂入热盘炉内，调节这股热生料的量可以达到控制热盘炉燃气温度的目的。热盘炉产生的高温气体、废料的燃烧灰分、生料和小颗粒的烧结渣等均进入分解炉，少量的较大颗粒的烧结渣则由窑尾上升烟道中落下进入回转窑内，再经过回转窑系统煅烧成水泥熟料，重金属有害元素在回转窑内的烧成带1600度以上的火焰温度下被被固溶在熟料里，因此在水泥水化过程中重金属不会发生浸出、迁移而污染环境。燃烧后的烟气（含有未燃尽的有机成分等）被送入水泥窑的分解炉，经过分解炉继续对有机成分进行分解或裂解，达到有毒有机物彻底分解，窑尾废气经过收尘系统净化从烟囱排出。垃圾储坑内的垃圾渗滤液是以自流的方式进入地下的渗滤液收集池，当收集池内液位到达一定高度时，污水泵将渗滤液泵至渗滤液处理系统调节池内，进行渗滤液处理。垃圾储坑和渗滤液收集池底部和四周都采取了必要的防渗措施，既防止了渗沥液的渗出，也避免了地下水的渗入。渗滤液处理过程中产生的污泥和浓缩液直接泵送至水泥窑内焚烧处置，有效降低了二次废物的处置成本；处理之后的水回用于工艺系统，实现了废水零排放。垃圾的储存、运输环节及渗滤液处理系统全程密闭，无废气泄露。储存环节中，预处理车间采用全密封结构，并保持微负压状态，防止臭气外泄。水泥窑正常运转时，来自预处理车间和协同处置车间的臭气通过引风机引向水泥窑篦冷机，当作冷却风使用，臭气中的挥发性有机物在与高温熟料接触的过程中燃烧，燃烧后的空气作为二次风，经回转窑内1400℃以上、分解炉内900℃以上的高温处置，确保臭气银子彻底分解。当水泥窑停窑时，启动除臭系统，除臭系统将抽取预处理车间和系统处置车间的臭气进行处理，然后达标排放。由于生活垃圾中往往钾、钠、氯元素含量较高，为了保证水泥熟料生产线的正常运转，需要设置旁路放风系统。将窑尾烟室的部分高温废气由旁路放风口抽出，在骤冷室与冷却风机鼓入的冷风混合冷却到350℃左右，经旋风分离器风选，其中含氯低的粗颗粒返回分解炉，以减少排放的灰量；氯含量高的细颗粒随气流经多管冷却器冷却至130℃左右，在经过袋式收尘器净化后排入大气。多管冷却器及收尘器收集下来的粉尘进入积灰仓后经装车系统由罐装车输送至水泥配料站的配料仓。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。