工业垃圾焚烧厂处理焚烧工业污泥的可行性分析

工业垃圾焚烧厂处理焚烧工业污泥的可行性分析

环境保护是现代建设的一项基本保障和战略任务，是一项基本政策。坚持可持续发展战略,在发展经济的过程中搞好生态建设和环境保护,这是我国政府在经济发展中要坚决执行的政策。国家产业政策鼓励充分利用废渣、废料生产绿色环保建材产品,减少对环境的污染。根据山东恒通化工股份有限公司(以下简称恒通化工)目前的产品结构,工业废渣较多。已建成10万t/aPVC生产装置,其排出的废渣——电石渣约18万t/a(干渣),正在扩建二期16万t/aPVC树脂项目,将于2008年上半年投产,电石渣的排放量将越来越大,不仅占用大量土地,而且破坏地下水,严重污染环境;另外,恒通化工热电厂副产的煤渣和煤灰约31.48万t/a,如此多的废渣给该公司的发展和环境保护造成了很大影响,是制约该公司发展的瓶颈。当前,随着国民经济的发展和人们环保意识的不断加强,以及环保法规的实施,处理废渣的传统方式已不能适应社会要求,因而对废渣的综合利用显得尤为重要。处理掉工业废渣是恒通化工当前的首要任务,也是国家环保的要求。利用电石渣和粉煤灰配料生产水泥和灰渣砖、利用电石渣进行烟气脱硫等是工业“三废”的治理工程,将在很大程度上解决电石渣和粉煤灰造成的环境污染问题。1电石渣和灰烬的化学特性1.1电石渣的化学成分电石渣是电石水解后的沉淀物,其主要成分是氢氧化钙,沉淀后的电石渣颗粒十分细微,80%的颗粒粒径在10~15mm范围内,4900孔/cm2,筛余量3%~9%,且颗粒均匀,密度较轻,刚出乙炔发生器的电石渣含水质量分数为90%~95%,经浓缩后,电石渣含水质量分数在75%~80%。电石渣的化学成分见表1。从化学成分看,用电石渣替代石灰石作为生产水泥的原料是完全合格的,用电石渣生产水泥是其较好的利用途径之一。1.2种常见的矿物原料粉煤灰是从煤粉炉烟道气体中收集而得到的细灰,是煤在锅炉燃烧室内燃烧的残留物,属于燃煤电厂大宗工业废渣。从本身品质上看,粉煤灰内含硅、铝、钙、镁、铁等金属及非金属氧化物,属于再生的矿物资源中一种有用的矿物原料。由于各地所用煤质不同,以及锅炉形式、燃烧状况、收尘方式等因素,使不同厂家粉煤灰的成分波动范围较大。煤粉在燃烧时,由于炉温高(一般为1400~1500℃),燃烧后冷却快,在粉煤灰的矿物相中,大部分为玻璃体,一部分为莫来石和石英,还有微量的赤铁矿、磁铁方解石、类刚玉和金红石等结晶矿物。大部分电厂粉煤灰的颗粒细度为0.080mm,筛余量计为5%~12%。用扫描电镜观察,粉煤灰的颗粒形貌是十分复杂多样的。在电镜中可见实心或空心的玻璃珠,似球形颗粒、不规则形熔渣、多孔熔渣,很少有规则的晶粒出现。恒通化工粉煤灰的化学成分如表2。2综合利用方案2.1水泥工业技术的发展方向以粉煤灰为原料的水泥生产技术水泥的主要原料是石灰石,其主要成分为CaO,水泥工业用石灰石含CaO的质量分数为45%~52%。电石渣是电石水解后的产物,主要成分为Ca(OH)2,约占70%,CaO质量分数高达65%,因此可代替石灰石生产水泥。用电石渣代替石灰石制水泥有如下优点:(1)CaO含量高且粒度细,改善了生料的易烧性。(2)电石渣中的Ca(OH)2分解温度比石灰石中CaCO3的分解温度低很多,烧成热耗较低。(3)利用电石渣可减少石灰石的用量,节约资源。用电石渣作为水泥的原料,一般说来1t水泥熟料可以消耗1t电石渣。一个水泥厂1年可以消耗几十万吨、甚至上百万吨电石渣,这正是电石渣产出企业最希望的。过去这些企业处理1t电石渣的费用一般是几十元、甚至上百元,现在不但可以省掉这笔费用,而且还可以创造出新的价值,成为企业的一个新的经济增长点,可以预见,以电石渣为原料的水泥厂会越来越多。粉煤灰在水泥工业中的用途有两大类:①作为水泥原料配料,②用作水泥混合材料。作为水泥原料配料可代替或部分代替黏土原料。一般来说,粉煤灰中的铝、铁含量偏高,而硅含量偏低。通过配料计算和原料的掺配,可满足熟料烧成的要求。粉煤灰中的烧失量(未燃尽炭)能强化烧成,降低煤耗,节约能源。粉煤灰是一种火山灰质材料,即具有能与石灰反应形成水化硅酸盐的性能。在水泥生产中利用粉煤灰作为混合材料的历史较久,并早已纳入国家标准GB175-1999中。目前不少水泥厂由于缺乏混合材料资源,矿渣供应不足,较广泛地使用粉煤灰作为混合材料。2.1.1生产工艺的选择(1)传统湿法窑生产工艺。传统湿法窑生产工艺是在原传统的湿法工艺上用电石渣取代石灰石进行配料,这种工艺可以完全以电石渣作为石灰石质原料,消耗的电石渣量最多。由于电石渣浆流动性较差,导致生料浆的综合水分含量较高,比普通的生料浆含水质量分数要高出约15%,这导致了烧成系统的许多问题,如热耗高,一般在7560kJ/(kg·熟料)左右;设备腐蚀严重,系统产生的大量碱性气体对窑尾(特别是电除尘器)腐蚀很明显,1台电除尘器使用几年就会报废;系统产量低,由于料浆水分含量高,系统将大量的能源消耗在水的蒸发上,系统产量会降低20%左右。故现在新建水泥厂一般不再采用该方法。(2)带料浆压滤系统的湿法窑生产工艺。带料浆压滤系统的湿法窑生产工艺是在传统湿法工艺的基础上改进而成的,针对传统湿法工艺的缺点,为降低入窑料浆的水分含量,在料浆入窑前增加一道压滤工艺,使湿法窑生产工艺的优点得到保持,缺点有明显弱化。热耗一般在5460kJ/(kg·熟料)左右,入窑料浆含水质量分数<40%,运转率可达到90%。(3)湿磨干烧工艺。湿磨干烧工艺的引入进一步提高了企业的经济效益。在市场经济体制下,降低热耗、提高产量是企业永远追求的目标。采用湿磨干烧工艺可以大幅度提高产量,热耗一般低于4200kJ/(kg·熟料),但由于电石渣不同于石灰石的特殊性,一般电石渣掺量在15%以下,比前两种工艺差了很多。(4)新型干法生产工艺。新型干法生产工艺以悬浮预热和预分解技术为核心,并把现代科学技术广泛应用于水泥生产全过程,使水泥生产具有高效、优质、节能、清洁、生产大型化、控制自动化、实行科学管理的现代化水泥生产方法。近年来,新型干法生产工艺也开始出现在电石渣制水泥项目中,而且技术也不断地改进、提高。目前,发展新型干法水泥生产是实现水泥工业现代化的必由之路。电石渣制水泥各种工艺的优缺点见表3。根据水泥产业发展方向,本着优质、高产、节能、环保的原则,结合恒通化工实际,决定采用新型干法生产工艺。2.1.2工艺流程简述新型干法水泥生产工艺流程示意图见图1。(1)原料入厂、储存。粉砂岩、煤渣、硫酸渣通过汽车运输入厂,计量后卸入各自的堆棚储存。经化工系统压滤后的电石渣滤饼由皮带机输送入厂,卸入堆棚储存。石膏由汽车运入厂,计量后卸入堆场储存。(2)原煤预均化。原煤通过汽车运输入厂,计量后卸入堆棚,并由装载机喂入原煤仓,通过板喂机、皮带机由“S”型卸料小车均匀地分布在原煤预均化堆场内储存。(3)粉砂岩破碎。堆棚内的粉砂岩由装载机喂入粉砂岩破碎机仓,经过破碎的粉砂岩由皮带机送入配料库。(4)电石渣烘干破碎。堆棚内的电石渣滤饼由装载机取出,喂入受料仓,经仓底板喂机、皮带机送入烘干破碎机中,经烘干破碎的电石渣粉随气流带入集料器,由集料器收集下来的电石渣进入电石渣库储存。烘干热源来自窑尾废气,出集料器的气体进入窑尾废气处理系统。(5)生料配料及粉磨。堆棚内的硫酸渣、煤渣由装载机喂入料仓,经皮带机送入各自的配料库中。配料库中的粉砂岩、煤渣、硫酸渣经过各自的库下配料皮带秤按设定比例卸出后,经皮带机一并喂入生料磨内粉磨,出磨生料与电石渣库卸出的干电石渣按比例配合,经混料机、提升机、空气斜槽进入均化库内储存。生料磨烘干热源从窑头篦冷机抽出。(6)生料均化和窑尾喂料系统。生料粉经提升机、溢流式生料分配器,由6条空气斜槽布料进入生料均化库,库内分6个卸料区,生料按照一定的顺序分别由各个卸料区卸出,进入搅拌仓进行搅拌,均化作用主要由库内重力切割和搅拌仓的搅拌来实现。出库生料CaCO3标准偏差控制在±0.25%。出库生料经斜槽输送到库底的计量仓,仓上带有荷重传感器、充气装置。计量仓内料面的波动将直接影响冲出仓的物料流量阀的稳定,因此根据计量仓的荷重传感器的仓重信号来调节出库的流量阀,以使仓内维持一个稳定的料面。仓下设有由流量控制阀和冲板流量计组成的喂料计量系统,通过冲板流量计测量出的流量调节流量阀,以实现喂料量的调节。经计量的生料通过空气斜槽送至窑尾提升机,将生料喂入窑尾预热器。入窑尾提升机前设有取样器,通过对出库生料的取样、制样分析,来实现对烧成系统的操作指导。均化库所用高压空气由罗茨鼓风机提供。(7)窑尾预分解系统。窑尾采用单列两级旋风预热器和CDC分解炉组成的窑外分解系统。来自均化库的合格生料经两级旋风预热器和分解炉预热、预分解后入窑煅烧。出预热器气体进入烘干破碎机作为电石渣烘干热源。(8)烧成窑中及窑头。生料在预分解系统内预分解后,进入Φ3.3m×50m回转窑内煅烧成熟料,熟料烧成热耗4000kJ/(kg·熟料)。为了达到良好的煅烧操作和保证熟料质量的稳定,窑头煤粉燃烧器采用先进的多通道喷煤管。从回转窑进入篦冷机的高温熟料由篦板下鼓入的冷空气急速冷却,出篦冷机的熟料温度为环境温度+65℃,冷却破碎后的熟料由链斗输送机送入熟料库。篦冷机高温废气一部分作为窑用二次空气;另一部分由三次风管送到分解炉作为燃烧空气;再有一部分废气送往煤磨,作为煤粉制备的烘干热源;还有一部分废气送往生料磨,作为生料制备的烘干热源;剩余废气经电尘器收尘后,排入大气。电除尘器收集的粉尘经链运机送到熟料链斗机上入熟料库。(9)窑尾废气处理。窑尾出来的废气全部送入烘干破碎机作烘干热源,从烘干破碎机排出的废气由窑尾电收尘器净化处理。经电收尘器收集的粉尘,随同出烘干破碎机的电石渣一起由斗式提升机送入电石渣储存库。为保证排放浓度达到国家标准要求,电除尘器选用引进技术、国内制造的四电场除尘器。(10)熟料储存及输送。经破碎、冷却后的熟料由链斗输送机送入一座Φ18m×42m的熟料库中储存。库容量13000t,库侧考虑熟料汽车散装系统,用于散装商品熟料。设一座Φ6m的黄料库用于储存点火初期可能产生的生烧料,生产正常后也可用于储存熟料。(11)煤粉制备及窑头、分解炉喂煤。预均化堆场内的原煤由装载机铲入堆棚内的卸料坑,通过胶带输送机送入一台Φ2.8m×(5+3)m风扫式煤磨进行烘干粉磨,烘干热源取自窑头篦冷机,出磨物料经选粉机分选后,粗粉回磨再粉磨,细粉由高浓度防爆袋式除尘器收集并送至煤粉仓,煤粉仓下煤粉经计量后分别送到窑头、窑尾,经喷煤管入窑及分解炉。(12)石膏破碎。堆场内的石膏由装载机喂入石膏破碎机仓,经过破碎的石膏由提升机送入一座Φ6m×18.5m的圆库内储存。(13)水泥配料及粉磨。堆棚内的煤渣由装载机喂入料仓,经皮带机送入配料库中,熟料、石膏、煤灰通过各自库下配料秤按设定比例配合后由皮带机一并送入1台Φ4.2m×13m的水泥磨进行粉磨,粉磨后的物料经空气斜槽、斗式提升机送入O-Sepa选粉机,分选后的粗粉回磨内再粉磨,细粉经袋式收尘器收集后由链运机、斗式提升机、空气斜槽送入水泥库。粉煤灰由汽车运输入厂,计量后卸入粉煤灰库,库内粉煤灰按设定比例由库底粉体秤卸出,经空气斜槽、提升机喂入水泥磨内粉磨。2.1.3需要解决的关键问题(1)电石渣的烘干要从电石渣压滤和烘干破碎机上着重研究。(2)预热预分解的结皮粘堵应从电石渣的有害成分、分解炉的选型及在线清堵设施等方面进一步研究。(3)电石渣颗粒细,收尘较困难,因此必须做好除尘收尘工作,避免形成二次污染。2.2利用废弃物生产新型节能建筑产品恒通化工具有粉煤灰蒸养砖、蒸压砖生产用的主要原料粉煤灰、胶凝材料电石渣、蒸汽等,利用废渣生产新型节能建材产品,实现废弃物资源化综合利用,既符合国家发展循环经济、建设节约型社会的要求,又可以获得较好的经济效益。2.2.1产品方案(1)范围年产10000万块蒸压粉煤灰标准砖、空心砌块和非黏土类砖。(2)孔隙率+强度等级标准砖:240mm×115mm×53mm,孔洞率0%,强度等级20.0MPa;空心砖(半盲孔):240mm×115mm×90mm,孔洞率25%,强度等级100#(10MPa),150#(15MPa),200#(20MPa);空心砖(半盲孔):240mm×115mm×115mm,孔洞率25%,强度等级100#(10MPa),150#(15MPa),200#(20MPa)。(3)主要材料的比例未考虑混合炉渣m(粉煤灰)∶m(砂)∶m(电石渣)∶m(石膏)=60∶18∶20∶2。以上配比可根据产品强度等级及原材料实际情况进行调整。2.2.2流程描述蒸压灰渣砖生产工艺流程简图见图2。(1)充填料罐车①电石渣、石膏(磷石膏):从工厂经板框压滤机压滤过的电石渣由自卸汽车运入厂堆棚内,由铲车倒入电石渣受料斗内储存待用;石膏(磷石膏)由原料堆硼内用铲车铲入石膏受料斗内储存待用。②粉煤灰:干