本文要點：  

1、國家密集出臺相關政策；  

2、秸稈替代燃料恰逢其時；  

3、多功能氣化焚燒爐的應用；  

4、精準除氯技術是協同處置的標配；  

5、干法處置飛灰-不一樣的選擇  

序言：  

最近大家議論最多的敏感熱詞“拉閘限電，碳減排、碳達峰、碳中和”給大家帶來了前所未有的壓力，感受可謂五味雜陳。在這個特殊的困難時刻，面對煤價這個竄天猴、電力這個攔路虎和碳減排這個緊箍咒，如何利用生物質燃料替代化石類燃料解決“燃煤之急”、如何利用水泥窯協同處置幫助水泥企業走出困境開始引起人們的深入思考。  

一、國家密集出臺相關政策  

關于碳減排、碳達峰、碳中和等問題，自2021年9月至今，中共中央、國務院、各部委辦局相繼密集出臺了相關政策性文件，指明了今后的減排目標及具體措施。具體部分摘錄如下：  

1、2021年10月24日國務院關于印發2030年前碳達峰行動方案的通知國發〔2021〕23號  

把碳達峰、碳中和納入經濟社會發展全局，確保如期實現2030年前碳達峰目標。  

實現新能源的逐漸替代，…確保安全降碳。  

到2025年和2030年，非化石能源消費比重分別達到20%和25%左右，  

單位國內生產總值二氧化碳排放比2020年分別下降18%和65%以上。  

推動建材行業碳達峰。引導企業轉變用能方式，鼓勵…替代煤炭。  

堅決遏制“兩高”項目盲目發展。大力推進生活垃圾減量化資源化。  

加強大宗固廢綜合利用。提高礦產資源綜合開發利用水平和綜合利用率，以煤矸石、粉煤灰、尾礦、共伴生礦…農作物秸稈等大宗固廢為重點，支持大摻量、規模化、高值化利用。  

加快推進秸稈高值化利用，完善收儲運體系，嚴格禁燒管控。到2025年，大宗固廢年利用量達到40億噸左右；到2030年，年利用量達到45億噸左右。  

政策保障  

（一）建立統一規范的碳排放統計核算體系。  

（三）完善經濟政策。研究設立國家低碳轉型基金，支持傳統產業和資源富集地區綠色轉型。  

（四）建立健全市場化機制。發揮全國碳排放權交易市場作用，進一步完善配套制度，逐步擴大交易行業范圍。建設全國用能權交易市場，完善用能權有償使用和交易制度，做好與能耗雙控制度的銜接。  

2、2021年9月22日中發（2021）36號“中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見”  

積極發展非化石能源。實施可再生能源替代行動，…不斷提高非化石能源消費比重。…合理利用生物質能。到2025年，綠色低碳循環發展的經濟體系初步形成，重點行業能源利用效率大幅提升。新建、擴建水泥等高耗能高排放項目嚴格落實產能等量或減量置換…；嚴控水泥等高碳項目投資，加大對節能環保、新能源…等項目的支持力度。  

3、2021年10月22日 五部委發文：要求2025年30%以上水泥熟料產能噸熟料綜合能耗達到100標準煤。到2025年，通過實施節能降碳行動，等重點行業和數據中心達到標桿水平的產能比例超過30%，行業整體能效水平明顯提升，碳排放強度明顯下降，綠色低碳發展能力顯著增強。  

4、9月11日國家發展改革委 國家能源局關于印發《完善能源消費強度和總量雙控制度方案》的通知  

二、秸稈替代燃料恰逢其時  

1、生物燃料：泛指由生物質組成或萃取的固體、液體或氣體燃料，是可再生能源開發利用的重要方向。  

2、所謂生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體，即一切有生命的可生長的有機物質。它包括植物、動物和微生物，不同于石油、煤炭、核能等傳統燃料，這些新興的燃料是可再生燃料。  

3、秸稈屬于生物質燃料  

4、生物質燃料代替化石燃料  

替代燃料：就是用非化石燃料替代化石燃料的過程。比如：秸稈和垃圾替代燃煤。  

5、秸稈替代燃煤生產水泥具有如下特點：  

解決燃煤之急；  

減碳效益巨大；  

降低生產成本；  

材料來源廣泛；  

技術成熟可靠；  

系統兼容性強。  

5.1秸稈替代煤炭：按“巴黎協定”減少化石燃料產生的二氧化碳，按此理解：利用生物質燃料代替化石燃料就算碳減排。大約2kg秸稈熱能頂1kg燃煤熱能，減排二氧化碳2.7kg。  

以5000t/d水泥熟料生產線按窯尾噴煤占70%計算，窯尾分解爐全部用秸稈代替燃煤，每年可政策性減少CO2排放37.3萬噸，碳交易價格50元/噸，則每年交易價值達1863萬元；  

5.2、秸稈燃燒后的灰分俗稱草木灰，可以作肥料改良土壤；  

5.3、秸稈熱值3000-4000kcal/kg，非常適合分解爐替代燃煤，可以100%替代分解爐用煤；  

5.4、燃燒快，燃盡時間小，替代燃煤能滿足工藝要求；  

5.5、干基秸稈容重小：0.1-0.3，單位熱值體積大是煤的5~6倍，運輸或輸送量大或成本高；  

5.6、利用秸稈會減少野火焚燒對環境造成的不良影響；  

5.7、傳統的秸稈粉碎后重復回填破壞土壤，容易沙化，造成保墑困難，影響作物產量；  

5.8、變廢為寶，為農民增收，帶動農民致富。  

6、秸稈替代燃煤的技術路線：  

秸稈-收割/打碎-打捆-田間地頭堆放-防雨自然干燥-運輸至水泥廠儲存庫/棚-裝載喂料-破捆打散粉碎-緩沖料倉-倉底計量卸料-密閉輸送至爐頂料倉-密閉投料/鎖風喂料-秸稈進入氣化爐焚燒-爐底引入熱風助燃-燃燒后高溫煙氣入分解爐代替燃煤-灰分作為肥料加以收集利用；  

7、成熟專利技術，專利號：2020226228477  

8、氣化焚燒爐可以在線也可以離線布置，同樣可以焚燒垃圾替代燃煤；  

9、利用廢棄的煤矸石回收大量熱代替燃煤，雖然不算減排，但是對于解決燃煤之急大有幫助，同時節約大量資金，騰退大量耕地。  

10、以5000t/d生產線為例分析：  

10.1、秸稈替代燃料技術經濟指標分析：  

10.2、協同處置垃圾300t/d的技術及經濟指標分析  

11、結論：秸稈替代燃煤生產水泥技術成熟、前景廣闊，利益巨大。  

三、多功能氣化焚燒爐的應用  

1、何為協同處置：就是利用水泥窯燒成系統的高溫強堿環境及煙氣處理系統，在生產水泥的同時協助處理危廢、固廢等廢棄物。在這一過程中不可避免地對大氣、粉塵、地表水、地下水、重金屬等環境因素產生影響。  

水泥窯協同處置作為“城市凈化器政府好幫手”，逐漸走入人們的視野，被業內外，尤其是業外人士和政府部門有了更深、更新、更清晰、更全面的認識，為水泥窯協同處置工藝技術的推廣和應用帶來利好。  

2、協同處置對環境影響  

2.1、殘渣：焚燒的殘渣已經失去毒性，可以作為水泥生產過程中的生料配料或水泥粉磨的混合材加以利用。比如活化后的煤矸石等；  

2.2、重金屬：焚燒過程中大部分重金屬被固化在熟料里，很難再析出；  

2.3、地表水和地下水：防滲漏和零排放，將滲瀝液等專門的管道直接輸送到窯頭進行熱解，同時有控制火焰溫度較少NOx生成的輔助作用；四方聯最新技術不是采用殘渣水冷，而是采用冷卻機冷卻殘渣，省去了冷卻水處理環節。  

2.4、垃圾本身含有大量的熱，焚燒垃圾的同時，將高達1200℃的熱煙氣直接送到分解爐，回收大量熱，可以作為替代燃料使用。  

2.5、焚燒導致CL-升高帶來負面影響，通過精準除氯系統加以解決，四方聯獨有的防止二惡英再合成系統確保二惡英的超低排放。  

2.6、關于協同處置過程中噪音污染、光污染、核污染，由于工藝簡單，幾乎不存在上述污染。  

2.7、所有技術的開發立足于現有相關先進國際國內標準，并兼顧環保的長遠要求和國家相關政策進行。  

3、關于二惡英問題  

3.1、認識一下二惡英：世界衛生組織公布的、目前已知的最毒的物質，屬于一級致癌物質，有毒王的“美稱”。二噁英熔點303-305℃,705℃開始分解溫度并逐漸失去毒性，氣化爐內煅燒帶溫度控制在1200-1300℃左右，出氣化爐煙氣溫度1100-1200℃，遠超過分解爐內900℃，這就是垃圾焚燒可以節約燃料的原因。但是，問題是二惡英可以在合成，煙氣從高溫逐漸降低到環境溫度時，在某一溫度段停留時間超過N時就會再合成，重新形成二惡英。四方聯獨有的防止二惡英再合成系統很好的解決了這個問題。  

3.2、二惡英的危害：  

損害人體多種器官和系統  

易被脂肪吸收及致癌,潛伏期達11年  

很容易聚集在食物鏈中,比如動物體內  

毒性大，是氰化物的130倍，砒霜的900倍  

3.3、解決辦法：  

第一步：氣化焚燒爐高溫焚燒，使二惡英失去毒性；  

第二步：增加防止二惡英再合成系統，防止再合成。實際案例是排放0.012Ng/Nm³。  

4、相關政策及要求  

4.1、不同層面對環境的要求  

國家：建設環境友好型社會，倡導綠水青山就是金山銀山理念，減少對環境的污染和破壞，全面建成小康社會。努力實現“可持續發展能力不斷增強，生態環境得到改善，資源利用效率顯著提高，促進人與自然的和諧，推動整個社會走上生產發展、生活富裕、生態良好的文明發展道路”  

行業：統籌規劃，行業結合，促進科技進步，為了保護人民的生存環境和身體健康必須堅持垃圾處理“無害化、減量化、資源化”的原則。使水泥行業從傻大黑粗的高耗能高污染行業華麗轉身為綠色環保行業，實現可持續發展。  

企業：推動科技進步，在實現清潔生產的前提下對城市生活垃圾進行處理。做“城市的凈化器，政府的好幫手”，勇于開發技術先進、可靠，占地小、投資小、運營成本低的環保技術及產品。  

技術推廣，標準先行。四方聯有幸成為國家標準《水泥窯協同處置系統》的主要起草單位，積極參與了相關標準的起草和制定。  

4.2、現狀：  

4.2.1據不完全統計全國的相關數據：生活垃圾4億噸，餐廚垃圾1000萬噸，醫療垃圾100萬噸，存量垃圾90億噸，填埋場占地約30萬畝，每年還在按速度8%增長。相當一些地方大量垃圾露天堆放，臭氣沖天，蚊蠅孳生，多年沉積垃圾不但影響市容，而且污染環境，使大氣、地表水和地下水受到不同程度的污染。  

4.2.2、危廢經營資質能力突破1.2億噸/年，已經投運的協同處置垃圾、危廢、固廢的處理能力為1214.6萬噸/年，最新獲批的處理量為2493萬噸/年。全部實施后累計處理能力3707.6萬噸，占總排量的9%，發展空間巨大。  

4.2.3、水泥窯協同處置能力已達600萬噸/年，擬建在建危廢處置項目超1200萬噸/年，設計200多條水泥生產線。  

4.2.4、按水泥熟料產能15億噸/年的15%計算，全行業可協同處理廢棄物2.25億噸，水泥行業這支環保生力軍可以處置全部垃圾、危廢、固廢總量的一半以上，節約大量土地，實現“零排放”，協同處置大有可為。  

5、北京四方聯公司在協同處置方面的工作  

近N年來，在協同處置方面四方聯干了幾件事：利用水泥窯“高溫、強堿”天然優勢，積極開發推廣以氣化爐、精準除氯、干法處置飛灰、秸稈替代燃料等為代表的一系列水泥窯協同處置成套專利技術成果，勇于探索，用實際行動在解決垃圾圍城的藍天保衛戰中再立新功。  

6、氣化焚燒爐，簡稱氣化爐  

在回轉窯的一側離線或在線布置一臺立式的熱解氣化焚燒爐，前置的預處理儲池內的垃圾、危廢與固廢等晾曬后由抓斗投入料倉經計量喂入氣化爐內，焚燒后的爐渣通過氣化爐旋轉且帶有破碎功能的旋轉床破碎后卸出進入空氣冷卻機，冷卻后的殘渣作為生料配料或混合材加以利用。  

高溫三次風或儲池內抽取燃燒用一次風和冷卻后的二次風經爐底送入氣化爐與物料逆向運動，物料被預熱、燃燒、高溫分解、殘渣冷卻，足夠的停留燃燒時間及溫度確保焚燒充分徹底。燃燒后高溫熱煙氣經管道送入分解爐回收大量的熱。  

窯尾頂部增加一個防止二噁英再合成系統確保環保指標達標。儲池形成負壓用的的空氣進入篦冷機高溫段作為冷卻風用于冷卻熟料并被高溫焚燒熱解進入窯頭罩，滲瀝液、地溝油、工業廢液等經噴煤管噴入窯內焚燒熱解。  

焚燒是公認的最好的垃圾處置方法。傳統的垃圾焚燒發電技術已經得到廣泛的應用，但其也存在一些缺點。在國家積極鼓勵節能環保的大背景下氣化爐的出現恰逢其時。氣化爐具有可離線單獨或組合處置危廢、垃圾、污染土、飛灰、替代燃料、醫療垃圾等不同廢棄物，可根據需要控制氧化還原氣氛，處置量大，入分解爐氣體溫度高、替代原燃料性強，窯況干擾小等特點。適用于水泥窯協同處置廢棄物全領域，適合新建及改造。  

傳統的垃圾發電系統SFL協同處置系統  

氣化焚燒爐利用水泥窯現有的煙氣處理系統，省去了投資和占地比重最大的余熱鍋爐發電和煙氣處理系統，因此節約了大量投資和占地。  

SF現場運轉狀況  

日前，兩條完整垃圾危廢混燒的氣化爐項目已落地SF正式投產，可年處置市政垃圾9萬噸、危廢3萬噸。  

7、技術比較  

8、氣化爐九大特點  

（1）、高溫煙氣直接入爐：可在900-1200℃之間隨意控制煙氣入爐溫度，實現部分替代燃料，對爐影響小，相對產量高。工藝簡單可靠。  

（2）、殘渣不進入窯系統：破碎及空氣冷卻后的殘渣直接用于生料配料或混合材，殘渣不對窯系統產量、質量產生影響。  

（3）、適應范圍廣：可以單獨或混合處置焚燒氣化危廢、固廢、污染土、污泥、生活垃圾等各種形態物質。比如：精餾殘渣、飛灰、滲瀝液，可以利用煤矸石燒制混合材并回收煤矸石的殘余熱量，克服中風不足邊風過大等缺陷，無毒殘渣充分利用可以直接生產陶粒。整體投資非常低。  

（4）、可以轉換操作形態：可以實現氧化氣氛（有利于分解徹底）和還原氣氛下工作（有利于重金屬還原、氮氧化物減排）。  

（5）、可以間歇工作：離線布置，在不同的窯列之間隨時切換，根據需要可以隨時停止或啟動氣化爐，對窯爐系統影響小，調整方便，操作簡單。  

（6）、安全性高：閉門明火操作，通過各種傳感器及檢測設備監控生產全過程，做到人機隔離，密閉負壓操作，確保人員及生產的安全和環保。負壓氣體入氣化爐和篦冷機焚燒解毒。  

（7）、“零排放”：氣化爐協同處置過程中，從大氣、粉塵、重金屬、地表水、地下水等技術指標遠遠優于相關國家標準的技術要求，實現了“零排放”。  

（8）、占地小投資少：利用原有系統處置煙氣，占地少、投資少、運行成本低。新建、改造均適合。  

（9）、獨有的三路固化氯硫系統，對高氯硫的廢棄物更適用控制氣化層溫度1200℃，減少氯硫的揮發；利用工廠的廉價原材料作為固化劑，利用堿、堿性鹽或堿性氧化物與氯、硫發生反應，進而抑制氯硫的揮發并固化氯硫；  

三路固化氯硫：a、固化劑與廢棄物配伍氣化；b、在氣化氣體中噴入固化劑；c、急冷固化氯硫并將底渣排出系統。  

四、水泥窯精準除氯系統（旁路放風）  

1、精準除氯：是協同處置的標配。精準除氯主要是區別于以往的旁路放風，放風量只有1-3%，除氯后的熱煙氣繼續回到預熱器系統無需單獨處理，熱損失非常小，工藝更加簡單。收集的細粉作為半成品繼續加工和利用，粗粉可部分或全部回到煙室，也可用于脫硫。  

水泥窯在協同處置固廢的過程中，由于固廢或危廢中含有較多的有害成分，對水泥窯的正常運轉和產品質量可能會造成影響，其中氯、硫元素的影響最大，精準除氯是水泥窯協同處置的標配。  

2、氯元素的影響  

2.1、對環境的影響  

只要有CL-和有機物存在就有二噁英產生。二噁英毒性巨大，是氰化鉀毒性的1000倍的高度致癌物質，1盎司(28.35g)可致100萬人于死地，溶于脂肪不溶于水。嚴格控制二噁英的產生是協同處置的關鍵指標之一。705℃分解失去毒性，500-300℃會再合成是協同處置需要注意的技術節點。  

2.2、對生產過程的影響  

當CL-升高時，窯尾煙室、分解爐出口、預熱器易出現結皮堵塞現象。窯內易長厚窯皮、后結圈，產生包心料和大料球、篦冷機易堆雪人等都與氯元素超標有關。影響安全運行、會影響系統運轉率及熟料質量。人工處置結皮時工作量大且危險，容易燙傷，影響人身安全和身體健康。  

3、水泥窯精準除氯系統（旁路放風）-四項關鍵技術  

3.1個性化設計：所有數據根據計算機編程確定，針對企業處理的廢棄物不同和氯離子含量不同確定技術方案。  

3.2高效除氯：高效除氯機可瞬間讓含氯較高的煙氣分離、結晶。飛灰中揮發性有機物和二噁英徹底分解并通過急冷抑制了二噁英再合成，重金屬大部分固化。  

3.3低耗：放風比例低，熱損失小；系統流程短，阻力低，電耗低。  

3.4煙氣回系統：設計的方案工藝簡單，設備集成簡化，通過水泥窯廢氣處理系統進行處理排放，可不產生單獨的煙氣排放點。  

3.5、整體考慮個性化設計：從數據收集、計算機程序分析、快速診斷、方案制定、流程設計、工藝設備選型、工程施工、調試等全過程等，實現交鑰匙工程。目前實施近20條生產線全部是個性化設計，每個方案都不一樣。 

五、干法處置飛灰  

1、水泥窯干法協同處置飛灰技術-工藝流程圖  

2、關于飛灰  

2.1揮發性元素高：垃圾成份復雜、分類不均、季節影響、焚燒工藝的不同、煙氣凈化水平等波動，特別是含氯塑料和含鹽較高的廚余垃圾入爐焚燒，導致我國飛灰氯元素含量顯著高于發達國家。  

2.2產量巨大：截至2018年飛灰產生量約為600萬噸，而全國危廢總量約為4534噸。  

2.3富集重金屬和二噁英：焚燒時大部分重金屬和二噁英通過煙氣凈化系統的截留而富集到飛灰中。  

2.4氯循環機理：①飛灰上的氯在燒成帶的幾乎全部揮發，極少部分被熟料帶走，在生料和熟料中揮發出來的氯化物可以與生料中的堿形成氯化堿。②窯氣中的氯優先生成氯化鉀，之后形成氯化鈉。在800-900度時幾乎全部凝結在生料表面上，造成某些區域或設備發生結皮、堵塞。③當生料及危廢中的含氯過高時，堿循環加劇，在800-1000度區間的管道內嚴重結皮，同時氯化堿與硫酸堿形成低熔點混合物，粘附在生料表面，降低生料的流動性，使結皮加劇。  

實例：  

我公司2019年在JSHJS投入運行的2500t/d生產線上，目前實際處置含氯量1.2%左右的飛灰230t/d以上，已經穩定運行至今，2020年11月份已順利通過廠房驗收。2020年6月份在CSJSH的5000t/d生產線上，項目已經投運至今，穩定處置含氯量1.0%左右的飛灰350t/d以上，氯量5.0%左右的飛灰70t/d左右。  

CS干法飛灰處置系統運行狀況  

六、結束語  

1、協同處置是水泥企業綠色轉型的最佳途徑，利國又利民；  

2、生物質燃料替代化石類燃料是企業節能減排的最好辦法；  

3、精準除氯是協同處置的標配，保質量，防堵塞，保運轉；  

4、不需水洗干法處置飛灰技術效益巨大值得水泥企業采納；  

5、入氣化焚燒爐可燃的低熱值物料綜合水分最好小于60%；  

6、煤矸石換熱后煙氣入分解爐，殘渣不入要系統單獨處理。  

作者：高玉宗  

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