马长鹏，方 磊，左积良，武艳丽，孙少龙

(1 海螺创业河南中心实验室，河南 洛阳 471000；2 洛阳海中环保科技有限责任公司，河南 洛阳 471000)

水泥窑协同处置危险废物技术在国内是一种比较成熟的处置固体废物的常规技术手段，已有许多研究及相关报道[1-3]。水泥窑协同处置固体废物具有焚烧温度高,停留时间长,焚烧状态稳定减少能源、资源消耗等特点。研究表明,水泥窑协同处置和高温焚烧技术是我国持久性危险废物处置技术的较优选择，而利用水泥回转窑处理危险废物近年来也受到越来越多的关注，水泥窑协同处置技术具有成本较低,对污染物去除率高等优势。

本研究依托河南某水泥厂新型干法水泥熟料生产工艺,利用水泥窑协同处置固体废物,现场监测[4]协同处置过程中水泥熟料回转窑况情况,检测熟料的品质[5-6]，分析水泥窑协同处置危险废物的环境风险,为我国水泥窑处置危险废物技术的发展提供基础的研究依据。

1 原料替代分析

固废处置量占原料投加量的比例比较小，对熟料率值影响小，故在实际生产过程中，均没有考虑固废成分对水泥窑率值波动的影响。据此可知，水泥窑实际生产熟料142500 t/月，因固废的投加，生料实际投加量为222676 t/月，协同处置后物料配料如表1所示。

表1 配料计算(协同处置后)

续表1

从表1可知，熟料产能增加的同时，固废的投加对熟料率值产生一定影响，但都在可控范围之内。共计可节省3059.7 t/月的生料，其中原料1、原料2、原料3、原料4分别节省2600.3 t/月、274.6 t/月、97.5 t/月、87.3 t/月。

生料替代率=3059.7/142500/1.63=1.32%

2 煤粉替代分析

协同处置项目一般处置的系统包括浆渣系统、固态系统、入磨系统、直喷系统等考虑到入磨系统的废物热值含量一般比较低。在对煤粉替代分析时，仅分析入分解炉内的废物。

(1)在不考虑原料替代节煤的前提下，仅固废投加引起的局部热平衡计算如表2和表3所示。

表2 煤粉替代入热

表3 煤粉替代出热

从表2～表3的热平衡计算可以看出，固废平均热值在1269 kcal/kg时，可替代的煤粉量按照水泥厂的煤粉发热量计算，可替代8.02 t/月。

(2)除氯系统开启引起的热平衡(开启时间按照80 h/月考虑，根据实际情况调整)，计算如表4和表5所示。

表4 除氯系统热平衡入热

表5 除氯系统热平衡出热

从表4～表5的热平衡计算可以看出，除氯系统的开启增加煤耗，按照3%的放风量及80 h的开启时间计算，增加的煤粉量按照水泥厂的煤粉发热量计算，需增加煤粉18.87 t/月。

(3)因固废替代生料总量为3059.7 t/月，按照烧成热耗，即712 kcal/kg来考虑，则煤粉替代量为223.68 t/月。

综上所述，因固废投加带入的热值(入分解炉的固废平均热值为1269 kcal/kg)，直接表现出的煤粉替代为8.02 t/d，即实际煤粉的减少量；若同步开启除氯系统，随着开启时间的增加，煤耗增加越大，实际表现可能为水泥煤粉的增加。但是，考虑到水泥产能的增加，隐性节省煤粉量为223.68 t/月，以本次分析为基准，综合可替代煤粉量为212.83 t/月，即煤粉替代率为1.25%，对于水泥企业直接表现是：实际投加的煤粉量可能没有减少，但是因水泥产能的增加，单位熟料热耗减少。

3 高温风机影响分析

对于水泥窑协同处置项目，风机的影响主要受风机入口的温度、压力及风量的影响，高温风机处温度及压力按照230 ℃及6000 Pa来考虑，尾排风机处温度及压力按照92 ℃及2500 Pa来考虑，风量增加计算如下：

(1)入分解炉固废水分蒸发废气：1412834.9 Nm3/月；

(2)入生料磨固废水分蒸发废气：111154.2 Nm3/月；

(3)固废燃烧废气：2229729.4 Nm3/月；

(4)煤粉燃烧废气减少：-49729.2 Nm3/月；

(5)除氯系统废气按照现有设计回到高温风机前端，即无影响。

综上，窑尾高温风机处废气合计增加：3592835 Nm3/月(标况)=7036431 m3/月(工况)，窑尾高温风机合计增加电耗14659 kWh/月。

窑尾尾排风机处废气合计增加：3703989 Nm3/月(标况)=5077497 m3/月(工况)，窑尾高温风机合计增加电耗4407 kWh/月。

4 余热发电影响分析

对余热发电的影响主要是因为C1旋风筒出口的风量变化导致的发电量增减，考虑到除氯系统的废气是接入到高温风机入口处，根据上面分析可知，总风量增加3352835 Nm3/月。

据余热发电效率，风温为310 ℃的废气，每增加1000 Nm3的风量，其发电量约增加11 kWh，据此计算出余热发电增加36881 kWh/月。

5 氨水用量对比

氮氧化物主要来源于热力型、燃料型及快速型三种类型，氨水用量取决于分解内氮氧化物的总量及分解炉内氨水与氮氧化物的反应效率，整个过程较为复杂，现有阶段暂不能从理论上进行直接分析。根据生产实际情况，对比如下：

协同处置前单位熟料氨水平均用量：1450 L/h；

协同处置后单位熟料氨水平均用量：1400 L/h；

综合可减少氨水用水量(注意氨水浓度)(1450-1400)×142500/1000=7125 m3/月。假定氨水浓度为20%(密度0.9230)，则所需氨水量为1315.3 t/月。

6 二氧化碳减排分析

根据《中国水泥生产企业温室气体排放核算方法与报告指南》指定的核算范围，同时根据煤粉的工业分析及煤粉热值，推算出煤粉中碳元素的含量约为63%，推算固废碳元素的含量约为13%，可知：

(1)入分解炉固废替代煤粉8.02 t/月，即CO2减排量为18.5 t/月；

(2)入分解炉固废干基量1486.6 t/月，即CO2增排量为436.5 t/月；

(3)除氯系统开启增加煤粉18.87 t/月，即CO2增排量为43.6 t/月；

(4)原料替代减少煤粉223.68 t/月，即CO2减排量为517.2 t/月；

(5)原料替代量为3059.7 t/月，根据水泥窑生产的物料平衡计算，C1旋风筒出口产生的CO2气体量约为0.25 Nm3/kg-cl(扣除煤粉燃烧产生的CO2)，故因原料替代可减排的CO2量为921.8 t/月；

(6)氨水减少折算的煤粉量减少了2585.4 t/月，即CO2减排量为5972.3 t/月。

综上，因固废投加带来的CO2总量合计减排6949.7 t/月。根据水泥窑生产的物料平衡计算，C1旋风筒出口产生的CO2气体量约为0.42 Nm3/kg-cl(扣除煤粉燃烧产生的CO2)，故生产142500 t的熟料可产生CO2量为117563 t，CO2减排率超过5.91%。

7 结 论

水泥窑协同处置危险废物后，水泥熟料化学成分和产品质量基本未受到不利影响，并且在一定程度上较大幅度的降低了原材料、原煤、高温风机、氨水及二氧化碳的排放量。因此，水泥窑协同处置危险废物是一种环境友好性的处置方式。