污泥直喷入窑对水泥窑的影响

　　随着我国经济迅猛发展，市政污水处理能力快速提升。与此同时，污泥量的快速增长以及安全、稳定的无害化处置问题正在加速凸显：据E20数据显示，2016年城镇湿污泥产生量达到4083万t，2020年将攀升至5292万t，脱水污泥的含水率大多在75%〜85%之间，这种高含水率造成污泥热值偏低，限制了污泥的焚烧处理：

　　污泥已经成为水泥窑主要利用的替代燃料之一，例如，德国2002年利用水泥窑处置的污泥约为4000t，到2006年该数字增加到23.8万t，4年间增长了将近60倍。发展速度极其迅速2007年，瑞士已有30%的污泥是水泥行业消纳处置的。

　　为降低含水率。水泥厂多采用余热技术对污泥进行干化，但干化产生的恶臭难以控制w%而污泥直喷入窑工艺简单、投资低。近几年得到了快速发展但是，污泥血喷入窑后，水泥窑的最大容纳员限制以及湿污泥入窑对水泥厂生产的影响，尚未见报道。

　　本研究以某水泥厂湿污泥直喷入窑工艺为研究对象，通过污泥物理特性的分析。探索湿污泥直喷入窑的处置量限值、热耗以及协同处置过程中对水泥窑排放的影响，以期为水泥窑协同处置生活污泥提供理论基础

　　一、材料与方法

　　1.1 试验材料

　　供试污泥采自金华某水泥厂在该水泥厂的污泥接受仓。随机采集4个污泥车辆作为采样单元采取样品在污泥卸车的过程中。每个车辆采集50kg，共采集200kg然后将采取的样品混合，取100kg作为一个份样

　　1.2 测定方法

　　污泥含水率采用减重法测定;污泥热值分析采JIJGB/T212―2008《煤的工业分析方法》测定;元素分析采用XRF测定：在处置污泥前及处置污泥后2h分别采用文献中的方法测定水泥窑烟气中的NOx和二�英

　　二、结果与讨论

　　2.1 污泥特性分析

　　污泥的理化特性检测结果见表1

　　从表1可以看出：污泥含水率较高，平均为82%，于基热值为10MJ/kg左右，但折合成湿基，则污泥热值为负值，因此。污泥含水率是影响水泥窑况的主要因素此外，污泥干基中的成分主要为钙硅铝铁，相比于垃圾，其氯含量偏低，可以替代水泥生产原料

　　2.2 污泥直喷入窑处置量限值

　　由于污泥含水率是影响水泥窑况的主要因素，因此，以含水率计算湿污泥直喷入窑的处置量限值。

　　1)水分对煤耗的影响

　　将20°C的水升温到100℃，需要的热量为334.72kJ/kg，100T的水变成水蒸气的蒸发潜热为2255.18kJ/kg，100℃的水蒸气升温到分解炉的870T需要的热量为1677.78kJ/kg

　　因此，进入水泥窑1kg水，消耗的热量为4267.68kJ，则相当于4267.68÷29288=0.146kg标煤，

　　如果每小时进水泥窑6.7t含水率为80%的污泥，则进窑的水分为：6.7X0.8=5.36t/h，需要消耗的标煤为5.36X0.146=0.783t/h，折合成实物煤为：0.783X74-6=0.91t/h

　　2)水分对烟气量的影响

　　由于水泥窑的煤耗增加了0.91t/h，则由此增加的烟气量为：6.9Nm3X0.91X1000=6279Nm3/h

　　由于水分的进入而增加的烟气量为：1I000-(18÷22.4)X5.36=6666.7Nm3/h。

　　二者合计：6279+6666.7=12945.7Nm3/h：

　　3)水分对减产的影响

　　某水泥厂分解炉出口每小时的烟气量为166785Nm3，烟气量的增加比例为7。8%，因此，从烟气量上计算。理论上会造成7.8%，的减产。因此。以不超过7.8%为宜。

　　根据实际生产经验。80%含水的污泥，直接泵送进入水泥窑的量一般控制在生料量3%〜5%为宜。3500t/d以下的熟料线，控制在3%;3500t/d以上的熟料线，控制在5%如4500t/d的熟料线，则采用直接泵送法处置含水率80%的污泥，处置量控制在4500X1.6X5%=360t/d一般以不超过350t/d为佳。

　　2.3 污泥直喷入窑对水泥生产的影响

　　工业试验在金华某水泥厂进行：该水泥厂的熟料生产能力为3500t/d，污泥含水率为84%。干基低位热值为11861.35kJ/kg，干基灰分含量为37.91%：理论处理量为3500X1.6X3%=168t/d，实际直喷入窑量为150t/d

　　1)水泥窑热平衡计算

　　未处置污泥时，水泥窑热平衡计算见表2

　　2)污泥直喷入窑对能耗的影响

　　①理论计算

　　污泥处置量为6.25t/h，则入窑的水分为5.25t/h，干基污泥1t/h，入窑灰分为0.38t/h按照2。2中的参数，以热传导效率为60%，焚烧效率为70%。计算，则水分从20℃升至100℃吸热：5.25X334.72X1000÷60%=2928800kJ/h;100°C的水变成水蒸气吸热为：5.25X2255.18X1000÷60%=19732825kJ/h;100°C的水蒸气升温到分解炉的870℃需要的热量为：5.25X1677.78X1000÷60%=14680575kJ/h湿污泥直接泵送到分解炉，水分需要从20°C升温至870℃，则需要吸收的热量为0.38X0.88X850X1000+60%=473733.33kJ/h。污泥燃烧放热为：1X11861.35X1000X70%=8302945kJ/h。则每小时污泥净吸热为：2928800+19732825+14680575+473733.33-8302945=29512988. 33kJ/h。处置每吨污泥净吸热为：29512988.33÷6.25=472207.13kJ：

　　②实际验证

　　湿污泥直喷入窑增加煤耗1.20t/h，这与煤热值及易烧性相关

　　3)污泥直喷入窑对氮氧化物和二�英排放的影响

　　由于污泥含有一定的水分，会降低分解炉温度。因此，在一定程度上会减少氮氧化物排放“役另外。污泥中含有一定的硫和氮何，因此。会有助于二�英减排�。

　　将污泥直喷入窑前后，水泥厂的氮氧化物及二�英排放情况见图1、图2

　　从图1可以看出：将污泥点喷入窑前，水泥厂的氮氧化物平均为308.75mg/Nm3，污泥�喷入窑后。水泥厂的氮氧化物平均为203.75mg/ Nm3，削减了30%以上

　　从图2可以看出：将污泥直喷入窑前，水泥厂的二�英平均为0.0645ngTEQ/Nm3，达到了GB30485―2013的标准限值。污泥直喷入窑后，水泥厂的二�英降为平均0.02145ngTEQ/Nm3，削减了60%以上。

　　三、结论

　　(1)污泥含水率是影响水泥窑况的主要因素：污泥干基中的成分主要为钙硅铝铁。且含氯量较低，可以替代水泥生产原料。80%含水的污泥，山接泵送进入水泥窑的量一般控制在生料量3%〜5%为宜

　　(2)理论上，处置每吨污泥净吸热为4722078.13kJ

　　(3)将污泥直喷入窑，氮氧化物削减了30%以上，二�英削减了60%以上。(来源：浙江红狮环保股份有限公司;住态环境部固体废物与化学品管理技术中心)