水泥窑协同处置城市污泥的生产实践

介绍了水泥窑协同处置城市污泥的生产工艺及废气处置工艺，分析了城市污泥掺入生料配料煅烧水泥熟料的可行性，并通过对掺加城市污泥前后熟料的化学分析、物理性能及熟料六价铬、Cl-、SO3等有害成分进行比对，分析了城市污泥对熟料质量及窑系统的影响。结果表明，在合理掺量的前提下，城市污泥对熟料质量没有影响，而且熟料煤耗略有降低，实现经济和社会效益双盈。1、水泥窑及危废生产线情况介绍我公司位于山西省长治市潞城区，拥有一条2 500t/d水泥熟料生产线，回转窑规格为Φ3.9m×42m，篦冷机为FDC-2 600T第四代篦冷机，烧成系统采用单列五级旋风预热器+RFC5705SP70型喷旋相结合的复合流场型分解炉。为保护生态环境，实现绿色低碳发展，2022年建成一条专用于处置固态危废的生产线，水泥窑及固态危废处置线主要的工艺设备见表1。2、原材料的化学分析及煤粉工业分析我公司生料采用石灰石、尾矿砂、炉渣和钢渣四组分配料，原、燃材料化学分析及入窑煤粉工业分析分别见表2、表3。表1水泥窑及城市污泥处置系统主要设备表2原材料化学分析%表3入窑煤粉工业分析3、城市污泥的物理化学性质我公司协同处置的城市污泥来自长治市深水水务有限公司，物料已经过初脱水，呈固态块状，颜色为棕褐色，含水率约45%，用吨包袋装由汽车运输进厂，主要化学成分及热值见表4，重金属分析见表5。表4城市污泥的主要化学成分及热值表5城市污泥重金属及有害成分检测结果ppm由表4可见，城市污泥主要化学成分为SiO2、Al2O3，属硅铝质原料，掺入生料配料煅烧水泥熟料，能替代部分尾矿砂和炉渣，且城市污泥含有热值，会降低熟料烧成煤耗。由表5可见，城市污泥重金属及有害成分主要为Cr、Cl-和S，因此在协同处置过程中，应关重点注熟料六价铬、Cl-及SO3成分。4、协同处置城市污泥及废气处置工艺4.1处置工艺进厂的城市污泥存放在固态危废库房，处置时由叉车运送至污泥喂料斗，经齿辊破碎机破碎后，由皮带机输送至称重缓冲仓，叉车可根据仓重自行调整上料速度，再经皮带秤计量后，输送至生料磨入磨皮带，与石灰石及其他原材料一起经密封喂料器入生料磨粉磨，工艺流程图如图1所示。4.2废气处置工艺城市污泥储存库及预处理车间设计有废气处置管道，污泥产生的异味均能被抽走，气体管路分两路。水泥窑正常生产时，废气管道经接力风机被抽送到篦冷机高温段风机的进口，入篦冷机后变成高温二次空气入窑；水泥窑停机时，由废气排风机将气体引至活性炭吸附系统，经过处理达标后排入大气。图1协同处置城市污泥工艺流程5、掺加城市污泥的配料方案我公司熟料三率值指标为KH=0.91±0.02，n=2.60±0.10，P=1.40±0.10，考虑城市污泥化学成分的影响，将配料方案调整为KH=0.92±0.02，n=2.65±0.10，P=1.35±0.10，以避免液相较多对窑系统的影响。经配料理论计算，城市污泥掺加量可达5%，但因考虑熟料六价铬及Cl-的影响，为保证窑系统及熟料质量的稳定，初步掺加量定为2.5%，掺加城市污泥前后原材料配比见表6。表6掺加城市污泥前后原材料配比%6、协同处置对生产的影响6.1对熟料性能的影响掺加城市污泥前后熟料的化学分析及矿物组成见表7，熟料物理性能见表8。由表7、表8可见，2.5%城市污泥掺入生料配料时，在原材料不变的情况下，熟料化学成分及矿物组成基本稳定，城市污泥投加后熟料初凝和终凝时间略显延长，但均满足国家标准要求。强度及其他物理性能未出现明显变化。表7掺加城市污泥前后熟料化学分析及矿物组成表8掺加城市污泥前后熟料物理性能6.2熟料六价铬、Cl-及SO3分析掺加城市污泥前后熟料六价铬、Cl-及SO3结果对比见表9。表9掺加城市污泥前后熟料六价铬、Cl-及SO3结果对比我公司熟料部分内控指标：Cl-≤0.045%，R2O≤0.70%，Cr6+≤10mg/kg。通过表9可以看出，城市污泥按照2.5%配比加入生料配料，熟料中六价铬、Cl-、SO3有所增加，但符合公司内控指标，同时也符合《水泥窑协同处置固体废物技术规范》（GB30760—2014）限值要求。6.3窑产量及能耗分析水泥窑协同处置市政污泥前后产量及能耗参数见表10。表10水泥窑协同处置市政污泥产量及能耗参数从表10可以看出，城市污泥按照2.5%比例掺入配料，对窑系统的产量没有造成影响，电耗增加2.4kWh/t，因污泥含有热值，熟料实物煤耗降低0.6kg/t。7、生产中存在的问题及解决办法1）城市污泥的下料问题因污泥用量小，且水分偏大，污泥仓底下料口易堵塞。检修期间，一是对下料锥体及下料口进行技改，扩大下料口；二是在污泥缓冲仓底部增加仓壁振动器，当断料时，振动器自动开启，解决了城市污泥的断料问题。2）系统结皮问题窑系统在处理城市污泥后，现场反映窑尾烟室及分解炉下缩口部位结皮较之前严重，我们从窑尾烟室取结皮样对有害成分进行了分析，与正常熟料对比，硫、碱含量明显升高，硫碱比偏高。生产中通过调整高温风机及三次风阀，窑尾烟室O2含量控制2.5%~3.0%之间，预热器C1出口CO控制在300ppm以下，确保窑头及分解炉煤粉燃烧充分。同时重视篦冷机的厚料层操作，提高二、三次风温，促进煤粉的燃烧和窑内温度的提高，窑内O2含量富裕时系统结皮会有所缓解。检修期间在窑尾烟室结皮部位加装两个空气炮，同时在烟室内部安装抗结皮微晶板材，该板材具有抗结皮、耐高温、耐腐蚀、热稳定性好等优良性能，有效缓解了烟室部位结皮。8、经济效益和社会效益我公司将城市污泥掺入生料配料煅烧水泥熟料，实现了变废为宝，解决了长治市区污水处理可持续发展的瓶颈，为当地的