杭世珺：污泥水泥窯協同處置現狀與展望

小編說：總結了協同處置污泥對水泥窯設備運行工況、產品性能及污染物控制等方面的影響。對污泥水泥窯協同處置的項目規模、協同處置形式和發展趨勢進行了分析，最后提出了發展建議和展望。

1 協同處置污泥對水泥窯的影響

1.1 對熟料生產設備的影響

目前我國大部分項目的污泥處置量為100～600 t/d，進廠污泥含水率30%～80%，灰分40%～60%。污泥加入后對生料組分影響較小，但是當一些微量元素過量時對水泥窯的生產設備和熟料性質有負面影響。當原料中氯元素含量較多時，易在窯尾、風管和排風機等處生成低溫共熔物而結皮并堵塞通道；硫、氯、熔融組分能侵蝕耐火磚，降低保溫效果，導致生產不穩定。

廣州越堡的經驗表明，分解爐在處理城市污泥后，生料分解的有效空間減少3%～5%，分解爐內生料分解區間的熱負荷增加6%～10%，從穩定分解爐操作狀態的角度考慮，需適當降低水泥窯系統的產量以保證水泥熟料的質量及污泥的徹底焚燒；重慶拉法基南山工廠發現，焚燒污泥時窯尾10 m內會結皮，當停燒污泥時結皮現象消失，通過增加預熱器通風可緩解結皮現象；北京水泥廠投加污泥導致分解爐出口煙氣溫度有所上升，而且污泥在爐內燃燒導致原有的溫度曲線發生變化，窯內物料的液態過早出現，導致出現結皮等現象；山東某水泥廠2017年接收污泥的氯離子含量達0.4%，易造成預熱器及下料管堵塞，降低水泥窯和水泥磨的運轉率；華新水泥（黃石）項目的經驗也表明，協同處置會令水泥熟料減產，當入窯水量為1 t時會導致熟料減產2 t，單窯熟料產量可由5 500 t/d下降至5 200 t/d。

1.2 對熟料礦物相及強度的影響

當污泥投加比例適度時，引入的微量元素在熟料燒結過程中起到了礦化和助熔的作用，改善了水泥生料的易燒性。一般情況下，污泥摻入量在1%～5%，可降低熟料中游離鈣（f-CaO）的含量。當污泥投加比例適度時，可提高水泥強度；當投加比例超過2%～2.5%時，水泥的早期強度將有所下降，原因可能是：污泥中SiO2在生料中的比例過高導致C2S（2CaO·SiO2）反應轉化為C3S（3CaO·SiO2）的比例下降，導致水泥強度發展緩慢、早期強度低；污泥中堿的過量存在能夠破壞熟料礦物的形成，使得水化過快，凝結時間變短，對熟料強度產生不利影響；污泥中過量的磷會促使C3S分解為CaO和α-C2S。

在廣州越堡項目中，2009年熟料3 d平均強度為33.2 MPa、28 d平均強度為60.8 MPa，處置污泥后沒有影響水泥熟料質量；萬安華新項目中，熟料強度下降不明顯，仍處于正常波動范圍之內（變動范圍<3%）。

1.3 對系統風量的影響

水泥窯是敏感的熱工系統，熱流、氣流及物料流的變化會打破系統本身的平衡。潘泂等以5 000 t/d規模水泥窯處理620 t/d污泥測算，因增加污泥喂料系統和污泥帶入的水分導致窯尾廢氣處理系統風量增加15%～20%?？紫榫甑纫蔡岢?，未完全干化污泥中的水分在水泥窯協同處置過程中蒸發時體積會大幅膨脹，給窯尾排風機帶來負面影響。

廣州越堡項目中，處理城市污泥后系統的總通風量增加幅度為5%～10%；處理城市污泥導致進入高溫風機的煙氣溫度增加5～10 ℃，工況風量隨著煙氣量和煙氣溫度的增加而增大，對熟料生產能力有較明顯的影響；山鋁、湖州等部分水泥廠協同處置含水率大于50%的污泥時，窯尾預熱器溫度上升5～20 ℃，窯尾高溫風機風量增加。

1.4 對系統能耗的影響

摻燒污泥時，污泥所含水分蒸發產生的煙氣量與為保證分解爐內足夠熱力強度而補充用煤增加的窯尾煙氣量相疊加，導致預熱器風速增加，系統阻力增大，預熱器換熱效率下降，進而導致窯系統的熱平衡及物料平衡的關系產生變化，導致高溫風機風量上升，窯尾預熱器的排氣溫度升高，系統的總熱耗增加。高長明通過分析北京金隅和廣州越堡的數據認為，污泥水泥窯協同處置系統中，水分的進入導致單位熟料熱耗增加3%～4%、電耗增加8%～12%；饒珊珊等發現污泥在窯尾煙室投加時，喂煤量保持不變的情況下，熟料的產量下降10%左右，折合燃煤量為310.1 kg/t濕污泥；湖州南方水泥有限公司利用5 000 t/d水泥熟料生產線協同處置200 t含水率80%污泥（單條生產線），統計燃煤量約150 kg/t濕污泥

經深度脫水或干化處理后，污泥可為水泥窯提供一定熱量。廣州越堡項目發現，隨著污泥含水率的波動，其對窯尾總熱量的貢獻率在1%～10%變化，2009年進廠污泥平均熱值（干基低位熱值）13.79 MJ/kg（1 MJ/kg=239.14 Kcal/kg），污泥干化過程中，熱值隨著有機物的減少而損失，實測每噸污泥（折合為80%含水率）可節省原煤170 kg；華新水泥（黃石）項目中，當入窯污泥含水率為50%時（熱值650 Kcal/kg），窯內熱值平衡；當含水率為80%時，每噸污泥需補煤120 kg（5 000 Kcal/kg）；根據萬安華新項目的經驗，污泥干基熱值為800～1 000 Kcal/kg且污泥含水率小于30%～40%時會節煤。

1.5 對煙氣中重金屬的影響

在各類重金屬中，高揮發性元素汞（Hg）主要凝結在窯灰上或隨煙氣帶走形成外循環和排放。有研究建議，污泥在水泥行業使用時汞含量不應超過0.5 mg/kg；荷蘭禁止含汞污泥在發電廠協同處置，同時也為水泥窯設定了汞的特殊限值。易揮發元素鉈（Tl）絕大部分滯留在預熱器內，少量可隨窯灰帶回窯系統，隨廢氣排放的約占0.01%。

污泥中的其他重金屬對煙氣的達標排放影響較小。郭慶海等通過水泥窯協同處置石灰干化污泥，發現煙氣中重金屬濃度雖然有所提高，但是仍低于排放上限一個數量級；聶小琴等的小試表明，干化污泥協同處置時煙氣中的重金屬濃度僅提高10%～28%。

1.6 對煙氣中NOx的影響

在工程和試驗中均發現，污泥摻燒可降低水泥窯的NOx排放量，減少氨水投量。原因推測如下：污泥中的氨類、氰、烴根等還原性成分可將煙氣中的NOx還原成氮氣；污泥消耗氧氣或通過水煤氣反應形成CO，消耗NOx形成所需氧氣并還原NOx；污泥通過炭化作用生成活性炭，吸附或還原NOx。

廣州越堡項目發現，污泥干化后可作為脫硝材料使用，系統NOx排放值230 mg/Nm3（10%O2）；重慶拉法基南山工廠中，投加污泥后水泥窯煙氣的SO2含量無變化，NOx含量下降；華新水泥（黃石）項目中發現，處置RDF和污泥后NOx減排量可達20%～30%，可減少氨投加量70%；遵義拉法基項目投加RDF和污泥后，窯尾NOx和SO2排量會下降，NOx的減排效果更為明顯。

編輯： 趙凡