水泥窑协同处理生活垃圾技术应用现状研究

张黎，宋薇，梁东花，仲璐，蒲志红

（中国城市建设研究院有限公司，北京100120）

水泥窑协同处理生活垃圾技术应用现状研究

张黎，宋薇，梁东花，仲璐，蒲志红

（中国城市建设研究院有限公司，北京100120）

调研分析我国现有水泥窑协同处置生活垃圾技术应用与项目情况，并分析总结国外此项技术的应用情况及特点，从而为我国更好地规范管理水泥窑协同处置生活垃圾技术提供支持。

水泥窑；生活垃圾；协同处理

为化解水泥行业产能严重过剩问题，2009年国务院批转了《关于抑制部分行业产能过剩和重复建设引导产业健康发展若干意见的通知》（国发[2009]38号），提出“支持企业在现有生产线上进行处置工业废弃物、城市污泥及垃圾等”的要求，之后相关部委陆续出台一系列的政策，加强对水泥窑协同处置生活垃圾的政策引导。在此背景下，国内一些水泥生产企业开展了相关的技术研究与工程应用试点。为了进一步指导水泥窑协同处置生活垃圾技术发展，有必要对当前国内外该技术的应用现状及主要问题进行调研分析。

1 我国水泥窑协同处理生活垃圾技术应用现状

1.1 我国水泥行业总体情况

截至2015年底，我国水泥行业设计熟料产能达1.81×109t，水泥产量2.348×109t，水泥产量已占到世界总产量的近60%。与此同时，产能严重过剩一直是近年来困扰水泥行业发展的重大问题，2015年水泥行业的实际产能利用率已低至65%。造成这一问题的主要原因是前几年基础建设的过快发展，提前透支了之后的水泥需求。而且目前仅通过淘汰落后产能，扩大产能淘汰所界定的规模范围，也难以彻底解决行业这一困局。

1.2 运行协同处置垃圾项目情况

1.2.1 总体情况

我国水泥窑协同处置生活垃圾技术从2007年开始实践研究，到2010年进展明显加快。截至2015年7月，已经投产运行的水泥窑协同处理生活垃圾项目共18个（见表1），设计生活垃圾处理规模合计8 350 t/d。

表1 运行水泥窑协同处置生活垃圾项目（2015年7月）

1.2.2 项目企业分布情况

在现有运行的项目（见表1）中，华新水泥有9个，处理能力为4 850 t/d（占总处理能力的59%）；安徽海螺有5个，处理能力为2 200 t/d（占总处理能力的27%），中材、遵义拉法基、中信重工、北京金隅各有1个。

1.2.3 应用技术情况

当前我国应用的水泥窑协同处理生活垃圾技术较多，基本呈现一个企业一种技术路线，五六种技术路线并存的局面。从基本原理来讲，可分为垃圾分选后入窑与垃圾气化后入窑2大类。

垃圾分选入窑是利用分选将生活垃圾各组分分开，将其中的可燃成分投入分解炉，也可以将惰性成分投入生料窑中。其根据工艺不同，又分为先分选后发酵与先发酵后分选2类。目前采用较多是先发酵后分选工艺，但此方式增大了设施除臭的负荷与费用。代表性的技术有华新水泥技术与中材国际技术。

垃圾气化入窑是通过在水泥窑外建设平行的垃圾焚烧炉，利用水泥窑热烟气或辐射热助燃或对垃圾烘干，并将垃圾焚烧后的烟气、残渣、渗沥液等利用水泥窑分别处置。代表性的技术有安徽海螺的CKK技术、中信重工的L型焚烧炉技术。上述技术工艺流程类似，不同之处主要在于垃圾焚烧炉的形式。

2 国外水泥窑协同处理废物技术应用发展

2.1 水泥窑协同处理生活垃圾技术应用情况

国外一些国家，尤其是德国、瑞士、日本、美国等，在水泥窑协同处理废弃物方面已经积累了大量的经验。处理的对象以工业废物与危险废物为主，比如日本每生产1 t水泥利用废物达到400 kg，美国规划将90%的危险废物由水泥窑处理，但协同处理生活垃圾的量比较低。

2.1.1 欧洲

随着燃料价格飞涨、温室气体减排压力以及废弃物处理问题等因素，欧洲水泥厂倾向于使用替代燃料，固体回收燃料（solid recover fuel，SRF）则是一类替代燃料。捷克、德国、比利时、挪威、奥地利、荷兰等国家的水泥行业燃料替代率皆高于45%，并且比率仍在持续提高［1］。

2.1.1.1 水泥窑协同焚烧废物特性要求

为保证水泥窑运行稳定及水泥熟料质量稳定，欧洲标准CEN15359提出了协同处置SRF特性要求：根据净热值、氯和汞含量不同，SRF被分为5个品质等级（见表2），其中用于水泥窑的主要是前3个等级，其热值应分别不低于25、20、15 MJ/kg。此外，每个水泥厂皆有明确的SRF验收标准：在废物被制成RDF或SRF前，必须进行采样分析与确认，符合进厂验收规范的废物才可接收进厂；根据分析结果来进行SRF的配伍，以达到协同处置的废物要求。

表2 CEN15359对SRF等级划分（平均值）

2.1.1.2 德国水泥窑协同处置生活垃圾情况

2014年德国水泥行业有34个综合水泥厂，综合产能在3.213×107t/a左右（占世界水泥总产量的0.77%）。德国水泥窑燃料用量为9.25×107GJ，其中替代燃料为5.86×107GJ（占水泥窑燃料用量的63.4%）［2］。同期，德国生活垃圾处理量为5.0064× 107t，用于焚烧和能源的为1.7436×107t（占垃圾处理量的34.83%），其中用作水泥窑替代燃料为3.08×106t，占生活垃圾处理量的0.6%［3］。

2.1.1.3 瑞士水泥窑协同处置生活垃圾情况［4］

2014年瑞士水泥行业共有7个水泥厂（6个处于运行状态），产量约4.1×106t/a（占世界水泥产量的0.1%）。瑞士水泥窑燃料量为3.27827×105t，替代燃料比例达到53.7%。同期，瑞士生活垃圾处理量约为5.71×106t，其中用于焚烧和能源的部分约为2.79×106t，约占49%；其中用作水泥窑替代燃料的约为1.25×104t，占生活垃圾处理量的0.22%。

2.1.2 其它国家

美国与日本也将生活垃圾制成燃料（refuse derived fuel，RDF）后再用作各类设施的替代燃料。2014年美国有13个RDF焚烧厂（采用流化床技术），处理量为2.3×104t/a（占生活垃圾处理量的3.64%）［5］。2015年日本有60座RDF生产设施，每年生产RDF 6.423×105t（占生活垃圾总量的1.45%），生产出的RDF主要用于汽电联产锅炉。可见，美国与日本的生活垃圾制得的燃料都没有进入水泥窑［6］。

2.2 国外水泥窑协同处理生活垃圾技术应用特点

2.2.1 温室气体减排政策推动水泥窑企业使用替代能源

水泥生产行业是第二大工业温室气体排放源。使用替代燃料能够在熟料生产能耗基本不变的情况下节约一次能源的使用，所产生的CO2享受无排放待遇。因此，有减排压力的国家都在积极推动燃料替代的普及和替代率的提高，替代率越来越高，由此造成了欧洲水泥工业有较高能源替代率的情况。

2.2.2 对于水泥窑协同焚烧废物的特性都有明确规定

欧洲对于进入水泥窑的替代燃料都有明确的特性规定，并且为了实现较高的能源替代效率，以高热值的工业废弃物为主（通常热值最低也要求大于15 MJ/kg）。分类生活垃圾制成的替代燃料符合进厂验收规范的才可接收入炉，并由采样分析结果来进行进炉前的配料。

2.2.3 完善的生活垃圾分类回收系统是生活垃圾制取替代燃料的基础

欧洲水泥窑能够大量处理城市垃圾得益于政府建立的完善的分类回收系统，使得企业能根据替代燃料的不同属性分别处理；美国与日本生活垃圾制取的替代燃料虽没有用于水泥窑，但用于循环流化床与汽电联产锅炉进行能源回收。总体看来，生活垃圾用作替代燃料的国家均是垃圾分类开展较好的国家。

2.2.4 水泥窑协同处理生活垃圾是生活垃圾处理的辅助手段

在水泥窑替代燃料率较高的国家，处理消纳的生活垃圾量也是非常小的，德国为0.6%，瑞士为0.22%，生活垃圾处理的主要手段还是焚烧与填埋。

3 结论与建议

在国家一系列化解水泥行业产能过剩的政策推动下，我国已经建成多个水泥窑协同处置生活垃圾项目，但技术总体仍处于试点推广阶段。国外此项技术推行较好的国家都是建有一系列的政策基础上：健全的温室气体减排机制、完善的生活垃圾分类回收系统以及系统的替代燃料质量管理方法等，而且这些国家真正由水泥窑消纳的生活垃圾量也是相当少的。因此，我国在进一步总结分析国外推行水泥窑协同处置生活垃圾技术应用政策经验的同时，还应加强对我国现有试点项目运行情况的跟踪调查，提高项目信息的公开化程度以及加强对现有技术问题的探索研究。

［1］王昕，刘晨，颜碧兰，等.国内外水泥窑协同处置城市固体废弃物现状与应用［J］.硅酸盐通报，2014，33（8）：1990-1995.

［2］德国水泥协会.德国水泥工业2014年年报［EB/OL］.（2015-11-25）［2016-07-05］.https://www.vdz-online.de/vdz/umwelt messstelle/.

［3］德国统计局.德国生活垃圾2014年统计数据［EB/OL］.（2015-10-02）［2016-07-05］.https://www.destatis.de/DE/Zahlen－Fakten/GesamtwirtschaftUmwelt/Umwelt/Umwelt.html.

［4］瑞士水泥协会.瑞士水泥工业2014年年报［EB/OL］.（2015-08-18）［2016-07-05］.http://www.cemsuisse.ch/cemsuisse/produktion/brennstoffe/index.html lang=de.

［5］Energy Recovery Council.The 2014 ERC directory of waste-toenergy facilities［M］.Arlington，VA，2014.

［6］日本环境省.一般废弃物处理情况调研［EB/OL］.（2016-03-12）［2016-07-05］.http://www.env.go.jp/recycle/waste_tech/ ippan/h27/index.html.

Application of Cement Kiln Co-processing Municipal Solid Waste

Zhang Li，Song Wei，Liang Donghua，Zhong Lu，Pu Zhihong
（China Urban Construction Design&Research Institute Co.Ltd.，Beijing100120）

The existing cement kiln co-processing projects in China were investigated and analyzed，the application and characteristics of cement kiln co-processing projects in foreign countries were summarized，so as to provide technical assistance for a better management ofcement kiln co-processing municipal solid waste technology in China.

cement kiln；municipal solid waste；co-process

X705

A

1005-8206（2017）03-0028-03

张黎（1983—），博士，主要从事环境卫生专项规划、生活垃圾处理及资源化相关研究。

E-mail：zhli103@qq.com。

2016-07-21