水泥工業是典型的能源消耗和資源消耗型工業。資料顯示，水泥生產能耗約占全國能源消耗量的7%左右，水泥工業消耗的煤炭占全國煤炭總消耗量的15%左右。因此，水泥行業節能降耗工作的進展對國家節能降耗目標的實現將起到非常重要的作用。另一方面，我國城市生活垃圾近年來增長速度很快，目前全國1年產生的生活垃圾已達1.5億噸。全國668座大中城市中至少有200座城市處于垃圾的包圍之中，在城市周圍歷年堆存的生活垃圾量已達60億噸，侵占了約5億平方米的土地。這些數量龐大的生活垃圾已對城市及城市周圍的生態環境構成日趨嚴重的威脅，垃圾直接堆放和簡易填埋場向大氣釋放大量的有害氣體，垃圾在堆放腐敗過程中產生大量酸性和堿性有機污染物，并溶解出垃圾中的重金屬，形成有機物、重金屬和病原微生物三位一體的污染源。此外，垃圾堆積場自燃、爆炸事故不斷發生，也造成重大損失。
國內外長期大量的實踐證實，在處理和利用固體廢物方面，現代新型干法水泥窯（PC窯）系統與廢物（垃圾）焚燒爐相比具有明顯優勢，固體廢物所具有的熱量和物質將為水泥工業提供替代燃料和替代原料。研究和開發水泥工業利用和處理固體廢物技術，可為水泥工業尋找到替代原料和替代燃料，可以節約能源和降低廢物處理成本，提高企業經濟效益和社會環境效益。這也正是合肥水泥研究設計院研發水泥窯和垃圾焚燒爐聯合處理生活垃圾技術的目的。此項技術在四川廣旺能源集團建材分公司天臺水泥廠的應用，已取得明顯成效。
技術原理
此項技術是通過在水泥回轉窯旁設置垃圾焚燒爐來聯合處理城市生活垃圾，它既不同于日本的垃圾焚燒發電后由水泥廠處理灰渣的技術，也不同于西歐對垃圾分選后直接由水泥窯處理的技術，而是根據我國人民生活水平的現狀，適應我國垃圾特性，吸收國外垃圾處理的長處，并克服其不足后自主創新的一項新技術。采用此項技術，可以將垃圾熱能和灰渣全部利用，污染物排放低，不需要二次處理，投資省，后期維護費用低。此項技術已取得了3項國家專利的授權，分別為發明專利“水泥回轉窯和焚燒爐聯合處理城市生活垃圾系統”、實用新型專利“回轉式垃圾焚燒爐”和“垃圾喂料機”。以此項技術為依托的工業試驗系統已于2007年11月15日在天臺水泥廠成功點火。
此項技術不需要建設專門的垃圾焚燒廠或垃圾預處理車間，而是把垃圾焚燒爐建在新型干法水泥窯旁邊，由垃圾焚燒爐和水泥窯聯合處理生活垃圾，工藝流程框圖見圖1。
垃圾處理過程如下：垃圾由市政環衛部門的垃圾運輸車直接運送到水泥廠，經地磅計量后倒入垃圾儲池儲存。抓斗從垃圾池把垃圾抓入板式輸送機，人工挑選出大件垃圾和可回收物，其余的被帶式輸送機送入喂料小倉，在輸送過程中由除鐵器除去磁性金屬。喂料機把小倉內的垃圾均勻地喂入焚燒爐，利用熟料冷卻機的熱風作為燃燒空氣，熱風從水泥窯窯頭罩抽取，進入回轉式垃圾焚燒爐，垃圾在熱風的作用下焚燒，垃圾焚燒產生的高溫煙氣（1100℃左右）進入窯尾分解爐和預熱器，與水泥生料換熱，為水泥生料分解提供熱量，然后被窯尾廢氣處理系統凈化后排放。垃圾焚燒灰渣直接進入回轉窯作為水泥原料，結合于熟料之中。垃圾焚燒灰渣也可以從焚燒爐排出，作為混合材，用于磨制水泥。處理過程全部封閉，垃圾在垃圾池儲存期間，有機物腐敗產生的臭氣等有機氣體由排風機抽出，經除塵器除塵后送入冷卻機頭部的鼓風機，再被鼓入冷卻機，與1400℃左右的熟料接觸，在高溫下被分解而凈化。
此項技術采用水泥回轉窯和垃圾焚燒爐聯合處理城市生活垃圾，在不外加燃料的情況下，利用窯頭高溫熱風作為燃燒空氣，確保生活垃圾的連續、穩定和充分燃燒；采用與這個系統配套的回轉式垃圾焚燒爐，可提高對原生生活垃圾的適應性、提高燃燼率和降低系統阻力，解決了我國垃圾成分復雜、水分高、熱值低的缺陷；采用配套推進式垃圾喂料機，能實現均勻喂料、防止堵料和控制漏風，同時很好地解決了垃圾儲存時散發的臭氣等有機氣態物的污染。
與其他技術的比較
目前我國生活垃圾處理方式主要有衛生填埋、堆肥和焚燒3種，國外發達國家的生活垃圾處理方式主要有填埋、焚燒、堆肥和回收利用。
填埋方式存在占用和消耗大量土地資源、滲瀝液污染、填埋氣體污染大氣等缺點。堆肥方式存在分選效率低、垃圾可生物降解的有機物含量必須大于40%、肥料質量差等缺點。焚燒方式存在投資和運行成本高、依賴較高的上網電價、難免產生二英（Dioxin）和重金屬等有毒物質、焚燒產生的飛灰須另行處置等缺點。
應用生活垃圾焚燒發電技術的垃圾電廠和利用水泥窯及垃圾焚燒爐聯合處理生活垃圾技術的水泥廠，在技術和經濟方面的比較詳見表1。
國外發達國家利用水泥工業處理和利用生活垃圾的技術與本項目技術相比，存在分選和后處理系統復雜、處理費用高、易造成二次污染等缺點。水泥窯和垃圾焚燒爐聯合處理生活垃圾技術可有效克服這些缺點。
應用實例
1.垃圾焚燒設備和聯合焚燒工藝
合肥水泥院在天臺水泥廠1號窯系統進行焚燒垃圾工業試驗，系統為傳統的五級預熱器窯生產線，并配有較完善的溫度和壓力檢測設備。生產運行中，系統設備運轉率較高，由于窯的直徑較小，臺時產量較低。按照水泥回轉窯和焚燒爐聯合處理城市生活垃圾的技術思路，合肥水泥院在天臺水泥廠1號窯旁邊建設垃圾焚燒爐系統，垃圾焚燒系統主機設備為垃圾焚燒爐和垃圾喂料機。
為使上述水泥燒成系統適應聯合焚燒垃圾的要求，對原系統進行了改造，將原窯頭罩尺寸加大，增加了簡易分解爐和三次風管。在三次風管下面安裝了合肥水泥院取得專利權的回轉式垃圾焚燒爐，并配套取得專利權的垃圾喂料機，共同組成水泥回轉窯和焚燒爐聯合處理生活垃圾系統。聯合處理垃圾工藝流程如圖2，其中細線部分表示原燒成部分，粗線部分表示對原燒成部分改進的內容、增加的簡易分解爐、三次風管及垃圾焚燒系統。
系統配有溫度和壓力檢測設備，與焚燒垃圾直接關聯的有：安裝在靠近簡易分解爐端在三次風管上的熱電偶和壓力傳感器，垃圾焚燒系統進熱風管道和出煙氣管道上裝有熱電偶。
（第一作者為合肥水泥研究設計院環保設備廠廠長）
【作者：何宏濤 袁文獻 余群善】