技術(shù) | 幾種水泥窯處置污泥方式的分析與對(duì)比

全康環(huán)保:水泥窯協(xié)同處置城市生活污泥技術(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)年的發(fā)展已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在污泥實(shí)際處置方面出現(xiàn)了幾種不同的技術(shù)路線，本文分別對(duì)幾種投加技術(shù)和使用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析總結(jié)。

1 污泥泵送直噴協(xié)同焚燒技術(shù)

污泥直噴入窯協(xié)同技術(shù)是最早開始試驗(yàn)發(fā)展的技術(shù)之一，其核心是利用柱塞泵解決了80%含水率污泥的較長(zhǎng)距離輸送問(wèn)題，在水泥協(xié)同焚燒處置城市生活污泥的發(fā)展歷程上是一個(gè)不可逾越的技術(shù)階段。

1.1 處置工藝

主要工藝流程是：80%含水率的城市生活污泥經(jīng)汽車運(yùn)輸至廠內(nèi)之后，卸車至污泥儲(chǔ)存車間的污泥暫存接收倉(cāng)內(nèi)，污泥暫存接收倉(cāng)內(nèi)設(shè)置有污泥破拱滑架，滑架來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)可以避免污泥在料倉(cāng)內(nèi)的結(jié)拱架橋。暫存的污泥經(jīng)過(guò)倉(cāng)底的雙軸螺旋給料裝置后進(jìn)入到液壓驅(qū)動(dòng)柱塞泵內(nèi)，污泥經(jīng)污泥柱塞泵推送后經(jīng)過(guò)除渣器后進(jìn)入污泥霧化噴槍，經(jīng)過(guò)污泥霧化噴槍充分霧化之后噴入到分解爐內(nèi)進(jìn)行焚燒（流程見圖1）。污泥除渣器與污泥霧化噴槍屬于選配方案，在一些項(xiàng)目上并不是都有配備。

從發(fā)展歷程上來(lái)看，污泥直噴焚燒大致經(jīng)歷了不同選點(diǎn)分解爐噴入、優(yōu)化選點(diǎn)噴入以及優(yōu)化加入點(diǎn)霧化噴入等幾個(gè)階段。

最早的的污泥泵送直噴入窯是將污泥直接利用柱塞泵輸送至窯尾煙室內(nèi)噴入，在國(guó)內(nèi)拉法基、華新、南方水泥等都有使用案例。由于污泥進(jìn)入煙室后會(huì)直接沿著煙室斜坡滑落至回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，滑落過(guò)程中污泥的水分基本沒有汽化蒸發(fā)的機(jī)會(huì)，這就造成幾乎所有的水分都是直接在回轉(zhuǎn)窯的物料中實(shí)現(xiàn)汽化蒸發(fā)的。高溫生料粉內(nèi)部迅速充氣后流速會(huì)加快，分解帶生料快速的涌向燒成帶，加大燒成帶負(fù)荷，給燒成過(guò)程帶來(lái)巨大波動(dòng)。再加上柱塞泵的料流本身就是脈沖性質(zhì)，每次輸送都會(huì)造成一個(gè)惡劣循環(huán)，這就勢(shì)必造成水泥窯內(nèi)工況的急劇惡化，給熟料產(chǎn)質(zhì)量帶來(lái)巨大的影響。

在飽受污泥處置的影響之后，各個(gè)水泥企業(yè)在實(shí)踐生產(chǎn)中在污泥泵送的基礎(chǔ)上也做了有益的嘗試和改造，最終取得了不錯(cuò)的成績(jī)，下表是幾個(gè)廠家處置改造實(shí)踐的一個(gè)統(tǒng)計(jì)。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)來(lái)看，80%污泥直噴目前最好的方式是JDHC的“分解爐中部噴入+二代污泥霧化噴槍”的組合方式，在水泥窯稍作減產(chǎn)的基礎(chǔ)上，可以達(dá)到日處理280t污泥的水平，其耐火澆注料使用周期和系統(tǒng)排放指標(biāo)都沒有受到影響。

在分解爐中部和頂部同時(shí)都采用一代霧化噴槍進(jìn)行分散的廠家其效果也尚可，可以保證絕大部分污泥不會(huì)跌穿縮口進(jìn)入到回轉(zhuǎn)窯的現(xiàn)象，系統(tǒng)稍作減產(chǎn)就可以實(shí)現(xiàn)表中所列的處置量。

這里特別要說(shuō)明的是DXSN等幾個(gè)廠家在三次風(fēng)管內(nèi)做的協(xié)同焚燒效果也是不錯(cuò)的，窯況影響很小，但是有堆積，有的廠甚至堆積很厚，目前還在進(jìn)一步的試驗(yàn)測(cè)試中。

1.2發(fā)展前景

污泥直噴入窯技術(shù)具備投資少、見效快的優(yōu)勢(shì)，可以在比較少的投資條件下迅速形成規(guī)模處置能力，同時(shí)該技術(shù)劣勢(shì)也比較明顯，污泥投加以后對(duì)水泥窯影響太大，系統(tǒng)處置規(guī)模受到限制。

不過(guò)，根據(jù)現(xiàn)在達(dá)到的實(shí)際處置能力和技術(shù)水平，一條5000t/d生產(chǎn)線采用直噴技術(shù)也是完全可以徹底、無(wú)害的處置一個(gè)縣域經(jīng)濟(jì)或者中等城市范圍內(nèi)產(chǎn)生的污泥量的，再加上投資少、周期短的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于那些是擁有水泥窯生產(chǎn)線、同時(shí)又急于處置本區(qū)域內(nèi)城市生活污泥乃至一般固廢污泥的縣域經(jīng)濟(jì)體或中等城市都是一個(gè)比較合理的技術(shù)選擇，放眼來(lái)看，國(guó)內(nèi)無(wú)論是東部還是中西部都有大量的機(jī)會(huì)。

2 焚燒爐協(xié)同焚燒技術(shù)

由于污泥直接入窯對(duì)于水泥窯生產(chǎn)的影響比較大，不少?gòu)S家開始了技術(shù)探索，這其中采用用焚燒爐焚燒污泥的辦法，有的是借用生活垃圾焚燒的熱盤爐，有的是借用協(xié)同焚燒危險(xiǎn)廢物的焚燒爐，也有的是建設(shè)專門焚燒爐進(jìn)行焚燒，都取得了很好的效果。

2.1 處置工藝

具體物料流程基本如圖5所示：80%含水率的污泥經(jīng)過(guò)汽車運(yùn)輸至廠內(nèi)暫存?zhèn)}，暫存?zhèn)}內(nèi)設(shè)置有污泥破拱滑架，污泥經(jīng)過(guò)雙軸螺旋喂料裝置輸送后經(jīng)由污泥泵推送至焚燒爐內(nèi)進(jìn)行焚燒。焚燒爐目前有多種形式，圖2中所展示的是采用兩階爐篦焚燒爐，引入高溫三次風(fēng)作為烘干和焚燒熱源，物料在焚燒爐中進(jìn)行烘干焚燒燒后的水蒸氣和煙氣進(jìn)入分解爐參與分解爐換熱，焚燒殘?jiān)鼊t推入分解爐作為水泥原料使用。

為保證焚燒完全，設(shè)置兩階爐篦，第一階為烘干階段，由料層底部通入熱風(fēng)進(jìn)行烘干和助燃，烘干完成后的物料則進(jìn)入第二階爐篦，進(jìn)入二段之前物料經(jīng)過(guò)一個(gè)臺(tái)階，跌落的過(guò)程中物料有一次翻滾來(lái)增強(qiáng)混合作用，提高效果。

表3是筆者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作人員反饋統(tǒng)計(jì)的幾個(gè)焚燒爐使用情況，根據(jù)統(tǒng)計(jì)來(lái)看，使用焚燒爐來(lái)協(xié)同處置城市生活污泥的方式是比較合理的，無(wú)論是借用其他系統(tǒng)焚燒爐還是專門建設(shè)的焚燒爐，其效果都明顯好于污泥直噴入窯的效果，尤其是在降低對(duì)窯系統(tǒng)影響的方面，采用焚燒爐的生產(chǎn)線都沒有對(duì)現(xiàn)有的窯系統(tǒng)操作造成多大的影響，生產(chǎn)線操作上基本沒有任何調(diào)整。對(duì)比直噴系統(tǒng)分析來(lái)看，其主要原因應(yīng)該歸結(jié)為：沒有高含水的物料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯的擾動(dòng)，使得水泥窯內(nèi)物料流動(dòng)仍趨于穩(wěn)定，進(jìn)而使整個(gè)窯系統(tǒng)最為薄弱的環(huán)節(jié)運(yùn)行得到了保證。

2.2 發(fā)展前景

使用焚燒爐協(xié)同焚燒城市污泥的技術(shù)方式是在直噴焚燒技術(shù)的改進(jìn)版，一般情況下可以在窯系統(tǒng)較少影響的情況下實(shí)現(xiàn)污泥處置量的翻倍，對(duì)于一些污泥處置壓力較大同時(shí)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)壓力較大的企業(yè)無(wú)疑是一個(gè)比較好的選擇。

但是，從另一個(gè)角度來(lái)看，增加焚燒爐又是是一筆不菲的投資，采用進(jìn)口焚燒爐動(dòng)輒上千萬(wàn)，國(guó)產(chǎn)焚燒爐至少也是幾百萬(wàn)的投入，投資與回報(bào)的選擇只能是見仁見智，各求所需。

3 污泥干化后協(xié)同焚燒

受國(guó)家政策規(guī)定影響，另外也是市場(chǎng)需求另有部分水泥生產(chǎn)線，尤其是生活污泥存量和產(chǎn)量巨大的一些城市周邊的水泥生產(chǎn)線，比如北京、深圳、廣州等城市周邊的水泥水泥生產(chǎn)線，為了提高污泥系統(tǒng)協(xié)同處置量以適應(yīng)市場(chǎng)需求，嘗試將污泥干化后焚燒的技術(shù)路線。國(guó)內(nèi)較早采用這個(gè)模式的有北京水泥廠和珠江水泥廠。

3.1 處置工藝

污泥干化烘干方式有多種，有利用窯尾煙氣進(jìn)行直接干化烘干的，也有利用導(dǎo)熱油間接干化的，也有在廠外利用其它方式進(jìn)行干化的等等，在這里不進(jìn)行論述，但是投加方則相對(duì)一致。以廠外干化進(jìn)廠焚燒的模式為例，具體流程如圖6，在廠外干化至40~50%的城市生活污泥經(jīng)過(guò)車輛運(yùn)輸至污泥接收倉(cāng)之內(nèi)暫存，暫存的污泥經(jīng)過(guò)重載滑架輸送至雙無(wú)軸螺旋，經(jīng)過(guò)皮帶秤計(jì)量之后通過(guò)大傾角皮帶提升輸送至預(yù)熱器塔架分解爐中部，經(jīng)過(guò)雙級(jí)鎖風(fēng)翻板閥后進(jìn)入到分解爐內(nèi)進(jìn)行焚燒。

污泥干化之后再進(jìn)入窯系統(tǒng)焚燒的優(yōu)勢(shì)是非常顯而易見的,首先，污泥含水率減少，污泥入爐對(duì)水泥窯的影響大大降低，實(shí)際處置量明顯增加（表4），可有效降低熟料生產(chǎn)的生料，其次，干化后的污泥具有400~800大卡/kg的低位熱值，水泥窯焚燒污泥的過(guò)程能帶來(lái)一部分熱量收入，是一個(gè)雙贏的局面。

3.2發(fā)展前景

目前國(guó)內(nèi)污水污泥處置需求最為迫切的地方就是北上廣深這類超大型城市，一方面每天有著大量的污泥產(chǎn)生，另一方面則是實(shí)現(xiàn)完全無(wú)害消解處置的渠道不多，目前仍然處于一個(gè)非常窘迫的局面。

目前認(rèn)為，將脫水污泥進(jìn)行焚燒仍是公認(rèn)的最佳完全處置途徑，但是另一個(gè)問(wèn)題就出現(xiàn)了，雖然國(guó)家也在鼓勵(lì)推進(jìn)電廠、煉鋼鍋爐、水泥窯爐等協(xié)同焚燒，但是這種超大城市周邊各種窯爐數(shù)量也是非常少。還有另一個(gè)問(wèn)題就是，80%含水率的污泥由于其巨大的含水量在任何爐窯內(nèi)焚燒都是影響巨大且成本高昂，即便是污水廠和財(cái)政方面有了高額補(bǔ)貼也各企業(yè)也是積極性不高，在這個(gè)背景之下，干化脫水后進(jìn)行焚燒無(wú)疑是一個(gè)最優(yōu)選擇。

從另一個(gè)角度來(lái)看，污泥干化焚燒處置量雖然很大，但是干化系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜、投資量巨大，運(yùn)營(yíng)成本和運(yùn)營(yíng)難度也非常高，在處置補(bǔ)貼和熱源成本方面如果沒有很好的解決，項(xiàng)目落地難度也是很大的。

4 結(jié)論

水泥窯協(xié)同焚燒城市生活污泥是目前公認(rèn)的最佳無(wú)害最終處置技術(shù)，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)發(fā)展了多年，現(xiàn)在已經(jīng)有了多種投加方式已經(jīng)形成了高低搭配，足以適應(yīng)目前不同的市場(chǎng)要求和技術(shù)適應(yīng)要求。相信隨著國(guó)家環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策覆蓋逐步擴(kuò)大，這幾種投加技術(shù)的案例會(huì)越來(lái)越多，技術(shù)也會(huì)更加完善和精細(xì)。

作者單位：北京恩薩工程技術(shù)有限公司