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污泥直喷入窑对水泥窑的影响

发布时间:2021-1-15 10:44:35  中国污水处理工程网

  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和二噁英

  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

1.jpg

  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

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  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噁英排放的影响

  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。会有助于二噁英减排冋。

  将污泥直喷入窑前后,水泥厂的氮氧化物及二噁英排放情况见图1、图2

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  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,污泥査喷入窑后。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,水泥厂的二噁英平均为0.0645ngTEQ/Nm3,达到了GB30485—2013的标准限值。污泥直喷入窑后,水泥厂的二噁英降为平均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,二噁英削减了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)

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