水泥工业是典型的能源消耗和资源消耗型工业。资料显示，水泥生产能耗约占全国能源消耗量的7%左右，水泥工业消耗的煤炭占全国煤炭总消耗量的15%左右。因此，水泥行业节能降耗工作的进展对国家节能降耗目标的实现将起到非常重要的作用。另一方面，我国城市生活垃圾近年来增长速度很快，目前全国1年产生的生活垃圾已达1.5亿吨。全国668座大中城市中至少有200座城市处于垃圾的包围之中，在城市周围历年堆存的生活垃圾量已达60亿吨，侵占了约5亿平方米的土地。这些数量庞大的生活垃圾已对城市及城市周围的生态环境构成日趋严重的威胁，垃圾直接堆放和简易填埋场向大气释放大量的有害气体，垃圾在堆放腐败过程中产生大量酸性和碱性有机污染物，并溶解出垃圾中的重金属，形成有机物、重金属和病原微生物三位一体的污染源。此外，垃圾堆积场自燃、爆炸事故不断发生，也造成重大损失。
国内外长期大量的实践证实，在处理和利用固体废物方面，现代新型干法水泥窑（PC窑）系统与废物（垃圾）焚烧炉相比具有明显优势，固体废物所具有的热量和物质将为水泥工业提供替代燃料和替代原料。研究和开发水泥工业利用和处理固体废物技术，可为水泥工业寻找到替代原料和替代燃料，可以节约能源和降低废物处理成本，提高企业经济效益和社会环境效益。这也正是合肥水泥研究设计院研发水泥窑和垃圾焚烧炉联合处理生活垃圾技术的目的。此项技术在四川广旺能源集团建材分公司天台水泥厂的应用，已取得明显成效。
技术原理
此项技术是通过在水泥回转窑旁设置垃圾焚烧炉来联合处理城市生活垃圾，它既不同于日本的垃圾焚烧发电后由水泥厂处理灰渣的技术，也不同于西欧对垃圾分选后直接由水泥窑处理的技术，而是根据我国人民生活水平的现状，适应我国垃圾特性，吸收国外垃圾处理的长处，并克服其不足后自主创新的一项新技术。采用此项技术，可以将垃圾热能和灰渣全部利用，污染物排放低，不需要二次处理，投资省，后期维护费用低。此项技术已取得了3项国家专利的授权，分别为发明专利“水泥回转窑和焚烧炉联合处理城市生活垃圾系统”、实用新型专利“回转式垃圾焚烧炉”和“垃圾喂料机”。以此项技术为依托的工业试验系统已于2007年11月15日在天台水泥厂成功点火。
此项技术不需要建设专门的垃圾焚烧厂或垃圾预处理车间，而是把垃圾焚烧炉建在新型干法水泥窑旁边，由垃圾焚烧炉和水泥窑联合处理生活垃圾，工艺流程框图见图1。
垃圾处理过程如下：垃圾由市政环卫部门的垃圾运输车直接运送到水泥厂，经地磅计量后倒入垃圾储池储存。抓斗从垃圾池把垃圾抓入板式输送机，人工挑选出大件垃圾和可回收物，其余的被带式输送机送入喂料小仓，在输送过程中由除铁器除去磁性金属。喂料机把小仓内的垃圾均匀地喂入焚烧炉，利用熟料冷却机的热风作为燃烧空气，热风从水泥窑窑头罩抽取，进入回转式垃圾焚烧炉，垃圾在热风的作用下焚烧，垃圾焚烧产生的高温烟气（1100℃左右）进入窑尾分解炉和预热器，与水泥生料换热，为水泥生料分解提供热量，然后被窑尾废气处理系统净化后排放。垃圾焚烧灰渣直接进入回转窑作为水泥原料，结合于熟料之中。垃圾焚烧灰渣也可以从焚烧炉排出，作为混合材，用于磨制水泥。处理过程全部封闭，垃圾在垃圾池储存期间，有机物腐败产生的臭气等有机气体由排风机抽出，经除尘器除尘后送入冷却机头部的鼓风机，再被鼓入冷却机，与1400℃左右的熟料接触，在高温下被分解而净化。
此项技术采用水泥回转窑和垃圾焚烧炉联合处理城市生活垃圾，在不外加燃料的情况下，利用窑头高温热风作为燃烧空气，确保生活垃圾的连续、稳定和充分燃烧；采用与这个系统配套的回转式垃圾焚烧炉，可提高对原生生活垃圾的适应性、提高燃烬率和降低系统阻力，解决了我国垃圾成分复杂、水分高、热值低的缺陷；采用配套推进式垃圾喂料机，能实现均匀喂料、防止堵料和控制漏风，同时很好地解决了垃圾储存时散发的臭气等有机气态物的污染。
与其他技术的比较
目前我国生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、堆肥和焚烧3种，国外发达国家的生活垃圾处理方式主要有填埋、焚烧、堆肥和回收利用。
填埋方式存在占用和消耗大量土地资源、渗沥液污染、填埋气体污染大气等缺点。堆肥方式存在分选效率低、垃圾可生物降解的有机物含量必须大于40%、肥料质量差等缺点。焚烧方式存在投资和运行成本高、依赖较高的上网电价、难免产生二英（Dioxin）和重金属等有毒物质、焚烧产生的飞灰须另行处置等缺点。
应用生活垃圾焚烧发电技术的垃圾电厂和利用水泥窑及垃圾焚烧炉联合处理生活垃圾技术的水泥厂，在技术和经济方面的比较详见表1。
国外发达国家利用水泥工业处理和利用生活垃圾的技术与本项目技术相比，存在分选和后处理系统复杂、处理费用高、易造成二次污染等缺点。水泥窑和垃圾焚烧炉联合处理生活垃圾技术可有效克服这些缺点。
应用实例
1.垃圾焚烧设备和联合焚烧工艺
合肥水泥院在天台水泥厂1号窑系统进行焚烧垃圾工业试验，系统为传统的五级预热器窑生产线，并配有较完善的温度和压力检测设备。生产运行中，系统设备运转率较高，由于窑的直径较小，台时产量较低。按照水泥回转窑和焚烧炉联合处理城市生活垃圾的技术思路，合肥水泥院在天台水泥厂1号窑旁边建设垃圾焚烧炉系统，垃圾焚烧系统主机设备为垃圾焚烧炉和垃圾喂料机。
为使上述水泥烧成系统适应联合焚烧垃圾的要求，对原系统进行了改造，将原窑头罩尺寸加大，增加了简易分解炉和三次风管。在三次风管下面安装了合肥水泥院取得专利权的回转式垃圾焚烧炉，并配套取得专利权的垃圾喂料机，共同组成水泥回转窑和焚烧炉联合处理生活垃圾系统。联合处理垃圾工艺流程如图2，其中细线部分表示原烧成部分，粗线部分表示对原烧成部分改进的内容、增加的简易分解炉、三次风管及垃圾焚烧系统。
系统配有温度和压力检测设备，与焚烧垃圾直接关联的有：安装在靠近简易分解炉端在三次风管上的热电偶和压力传感器，垃圾焚烧系统进热风管道和出烟气管道上装有热电偶。
（第一作者为合肥水泥研究设计院环保设备厂厂长）
【作者：何宏涛 袁文献 余群善】