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利用水泥窑协同处置危废对熟料煅烧的影响!

发布时间:2021-09-23    字号:【

 

   

   

  利用水泥窑协同处置固废、危废是一种循环利用废弃物的方式。水泥厂利用水泥窑协同处置浆渣、废液、无机淤泥等危险废弃物,根据废弃物特性不同选择不同的加入点对熟料煅烧影响各不相同,本文探讨了危废加入窑系统后对熟料煅烧的影响。结果表明,根据危废热值、水分、有害成分等含量的差异选择不同的加入点可以有效降低煤耗和氨水消耗;通过浆渣入口的调整可以降低危废对窑工况和熟料煅烧的影响;对危废喂料量及有害成分的控制可以满足水泥质量要求的同时减少危废对熟料煅烧的影响。 

  大家将满足或经过预处理后满足入窑要求的固体废弃物投入水泥窑,在进行水泥熟料生产的同时实现对废物的无害化处置的过程称为水泥窑协同处置。目前我国水泥窑协同处置主要处置危险废物、生活垃圾、城市和工业污水处理污泥、动植物加工废物、受污染土壤、应急事件废物等固体废物,本文主要探讨危险废弃物的加入对水泥熟料的煅烧的影响,研究不同掺量、不同加入点的废弃物对熟料生产过程的影响,以便更好地控制水泥熟料煅烧的过程。 

  1 窑头处置危废对熟料煅烧的影响 

  以某企业为例,窑头处置废弃物主要是处置垃圾焚烧飞灰(简称飞灰)和废液。其显要特征是含有热值、粒度小、处置量低。 

  1.1 处置飞灰对熟料煅烧的影响 

  飞灰对熟料煅烧的影响主要包括以下几方面:(1)固体颗粒物一般从窑头喷入,在窑内通过并燃烧,颗粒物在窑内会占用煤粉燃烧空间,影响窑头火焰形状和煤粉燃烧效果并进一步影响熟料煅烧效果;(2)固体颗粒物在窑内停留形成阻力,加大窑内差压,影响窑内通风效果,系统负压高,窑内风速快不利于窑头煤粉充分燃烧,煤粉不充分燃烧会导致烧成带温度下降和窑内结圈,从而进一步影响熟料煅烧;(3)一部分飞灰从三次风管进入分解炉影响分解炉工况。在分解炉内,燃烧用的空气也可分为一次风和二次风,一次风携带燃料入炉,因量较少且风速较低,燃料与一次风不能形成流股,瞬间即被高速旋转的气流冲击混合,使燃料颗粒悬浮分散于气流中,物料颗粒之间各自独立进行燃烧,形成辉焰燃烧。 

  1.2 处置废液对熟料煅烧的影响 

  废液对熟料煅烧的影响主要表现在废液水分和热值上。废液中水分越大,入窑二次风温越低,越不利于熟料煅烧。理论上煤粉水分每增加1%,其燃烧热值降低1%。废液中的水分可以从煤粉的燃烧过程中吸取很多热量,使燃烧温度迅速下降,也会使二次风温迅速下降。水在受热汽化时,体积增大1?700多倍,且大量的水蒸气笼罩于煤粉周围,会阻止空气进入燃烧区。窑内水蒸气含量增大,导致差压增大;水分高还会造成煤粉不完全燃烧,烧成温度低,熟料质量差,篦冷机内料层阻力增大,窑内飞砂增大也会加大系统阻力,影响熟料煅烧。 

  另外,废液的热值越高,入窑二次风温越高,越有利于熟料煅烧。当废液热值在12?540 kJ/kg以上时,随着二次风温的提高,烧成带温度逐步上升,窑头煤和分解炉煤用量可以减少1 t/h左右。这对熟料煅烧和节能降耗是有利的。 

  1.3 窑头处置沾染物对熟料煅烧的影响 

  常见的废油沾染物主要有废弃油桶、废油滤芯、以及沾染了油类等危险物质的手套抹布等。这类物质具有形状不规则、含有部分热值、燃烧速度慢等特点。沾染物在窑头焚烧一般为人工加入,可燃部分燃尽为熟料煅烧提供少量热量,不可燃部分经过篦冷机后排至熟料库。焚烧工作人员通过窑头罩清料孔门将沾染物加入窑头罩内焚烧,孔门过大会导致系统负压波动,且窑头负压波动时对焚烧工作人员存在安全隐患,经海螺某企业反复试验,焚烧沾染物时,打开的系统孔门直径控制在20 cm以内,短期内不会对系统负压造成影响。沾染物大部分为带有热值的废弃物,沾染物的焚烧可以有效地增加二次风温和三次风温,提高烧成温度,改善熟料煅烧环境,但是沾染物燃烧不充分会导致系统CO波动大,甚至会因为CO过高报警使得窑尾电收尘跳停;并且沾染物中部分金属物质,例如油桶,会导致破碎机卡停、堵下料口,影响水泥磨台时产量和窑系统稳定运行,因此沾染物需要经过破碎后再进入系统,并在出熟料库皮带上增加除铁器以避免对下道工序产生不利的影响。经过兴业海螺水泥企业的改进经验,将沾染物破碎成10 cm×10 cm的块状或条状物并将处置量控制在1 t/h以内对系统影响较小。 

  2 窑尾处置固体废弃物对熟料煅烧的影响 

  目前窑尾处置废弃物主要是两部分,一部分为以沾染物为主体的可燃固态废弃物,一部分为固液混合物为代表的浆渣废弃物。沾染物处置是人工将废弃物在分解炉下部人孔门处放入分解炉内部焚烧。浆渣处置是通过柱塞泵将调配后的危废注入分解炉焚烧。 

  2.1 处置沾染物对熟料煅烧的影响 

  合理控制处置量的沾染物经过小孔进入分解炉进行焚烧,对熟料煅烧的影响主要有几个方面:(1)清料孔门的开度会对系统风量造成波动,因此要控制其开度在20 cm以内。(2)粒度大、不分散的沾染物燃烧时间长、燃尽率低,不充分燃烧会产生大量的CO,一方面使得分解炉温度波动大,不利于窑况稳定和熟料煅烧,也对系统安全运行造成影响;另一方面会使分解炉温度倒挂,既不利于热工平衡,又不利于操作调整。试验表明,CaCO3颗粒在分解炉中的反应受温度和CO2分压的影响,大量的CO会影响CO2分压,不利于CaCO3分解,降低入窑生料分解率,影响熟料煅烧效果。 

  2.2 处置浆渣危废对熟料煅烧的影响 

  常见的浆渣危废有漆渣、废胶、沾染物、催化剂、活性炭有机淤泥等,目前主流处置浆渣的方法是将废弃物按照比例搭配形成含有一定水分和热值的固液混合体后通过柱塞泵打入分解炉进行焚烧。浆渣的投入会使系统产生大量CO,分解炉温度倒挂,分解炉温度波动幅度增大,分解率下降等问题,均不利于熟料煅烧。 

  预分解技术在水泥工艺中的成功应用,使水泥生产方式产生了质的飞跃,CaCO3分解率的提高将直接影响着预分解窑的产量、质量和熟料煅烧效果。由于浆渣水分大、黏度大,燃烧时间长且燃烧不充分,燃烧过程会产生大量CO。这部分CO一方面会占用煤粉燃烧空间,使分解炉不同位置温度场不均衡,一方面也会占用氧气资源并形成大量CO2,影响CaCO3分解时间,降低分解炉效率。其机理是CaCO3颗粒的分解时间主要由颗粒大小、平衡分解压力和分解炉中CO2分压决定,即当其他条件一定时,分解炉中CO2分压越大,反应时间越长。 

  浆渣影响熟料煅烧的因素主要有水分、热值和有害成分,引起烟室结皮导致的系统通风不畅。因此在处置浆渣废弃物时要合理控制水分,按照生产经验,水分含量超过50%时对分解炉工况影响较大,不利于熟料煅烧;还要在有害成分符合国家标准的前提下尽量减少有害成分,避免烟室结皮或者窑内结后圈,影响系统通风。此外高热值的浆渣可以降低系统煤耗。 

  当浆渣热值低于6?270 kJ/kg时对系统降耗影响不大;浆渣热值越高越有利于节约煤耗。热值低的浆渣不但不能降低煤耗甚至还会使煤耗上涨,主要原因是这部分热值被浆渣中水分吸取的热量抵消了,因此浆渣热值控制在8?360 kJ/kg以上,才有助于系统节能降耗和改善熟料煅烧效果。 

  2.3 浆渣入口位置对熟料煅烧的影响 

  兴业某水泥厂将浆渣入口点原设计在分解炉中下部,喷嘴斜下45°,落料点在烟室斜坡顶部正中央。使用过程中发现当浆渣投入量超过2.0 t/h时,浆渣燃尽率低,容易在烟室斜坡处堆积,并且会逐步和烟气混合硬化形成大块结皮;斜坡处物料流动性差,容易堆积粉料,影响烟室通风,严重时会引起窑尾倒料,这些都不利于熟料煅烧。经过设计改良后将浆渣入口改到三次风管处,目的是为了让废弃物能够在三次风管处燃尽再进入分解炉或掉落到烟室斜坡。这样既能避免烟室结皮和斜坡积料,又能避免浆渣焚烧影响分解炉工况。以4?500 t/d窑型为例,从使用情况来看,浆渣喂料量在1~2 t/h,浆渣入口点选择在三次风管处,落料点与分解炉距离1 m左右能够使浆渣废弃物尽可能燃尽,同时对系统影响较小。浆渣废弃物落料点的选择还应该考虑炉型,例如NST-I型分解炉的三次风入口是单风道入口,KSV分解炉的三次风入口是双风道入口。单风道入口的风量大,富氧环境下,更有利于浆渣的充分燃烧,在此情况下,浆渣入口可以适当靠近分解炉;双风道入口的风量小,落料点则可以适当向三次风管侧移动。 

  3 危废中有害成分对熟料煅烧的影响 

  危废中影响熟料煅烧的有害化学成分主要有:硫、氯、重金属、碱金属等。主要影响有:(1)导致烟室结皮、窑内结圈影响通风;(2)液相提前出现,轻则窑尾结大块、结圈,重则结蛋;(3)黏度低导致窑皮酥、脆,烧成温度自然降低;(4)液相量增多,烧成带结大块,煅烧温度降低,熟料强度低。 

  3.1 窑尾结皮对熟料煅烧的影响 

  浆渣中的碱金属和含硫物质会改变熟料中的硫碱比,氯离子在窑内循环富集也易催生结皮。关键部位的结皮会使通风面积变小,系统阻力增大,影响窑头和分解炉煤粉燃烧效果,改变窑内温度场;通风面积缩小后,系统风速变快,则分解炉内部的物料和燃料停留时间相应缩短,结皮严重时甚至会影响入窑生料分解率,使熟料煅烧效果下降。 

  1)浆渣投入后,现场结皮中硫碱比明显增大,现场实际看结皮明显增多;(2)浆渣投入后有害成分不断循环富集,会沉积在结皮中;(3)各种有害成分催生结皮影响较大的主要是含硫物质。 

  3.2 Cl-促进预热器结皮生长 

   Cl-在烧成系统中生成的CaCl2RCl具有极高的挥发性,在回转窑内几乎全部挥发,形成氯碱循环富集,最终导致预热器中的生料的氯化物提高近百倍,使其危害性大幅度放大。特别是KCl的存在,促进了硅方解石2C2S·CaCO3矿物的形成,在预热器内逐层黏挂形成结皮。而且这种矿物在900~950 ℃之间具有很高的强度,又使得这种结皮很难清理,最终导致通风不良和预热器堵塞。当结皮严重时,窑内通风阻力增大,有可能造成逼火现象发生,造成熟料短焰急烧、黄心料多等现象。 

  3.3 碱金属、硫元素催生结皮 

  硫元素在熟料晶体中以SO3形式发挥作用,SO3可降低熟料液相出现温度和黏度。如果钾、钠、镁等和硫反应平衡后还有硫过剩存在,就会引起硫酸碱(R2SO4)黏附在预热器上升烟道或卸料溜子上形成结皮,严重时会出现堵塞现象,影响正常生产。 

  4 结论 

  1)无热值的飞灰固废最佳处理方式是从窑头处置; 

  2)固液态混合体浆渣最佳处置点在三次风管入分解炉处,落料点距分解炉1 m左右能够使浆渣废弃物尽可能燃尽,同时对系统影响较小; 

  3)浆渣热值控制在8?360 kJ/kg以上,才有助于系统节能降耗和改善熟料煅烧效果; 

  4)处置固废后现场结皮中硫碱比明显增大,结皮明显增多,各种有害成分催生结皮影响较大的主要是含硫物质,为保证生产长周期稳定运行,应该严格控制有害成分。 

  根据危废热值、水分、有害成分等含量的差异选择不同的加入点可以有效降低煤耗和氨水消耗;通过浆渣入口的调整可以降低危废对窑工况和熟料煅烧的影响;对危废喂料量及有害成分的控制可以满足水泥质量要求的同时减少危废对熟料煅烧的影响。 

   

   

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