水泥窯協(xié)同處置污泥的最佳加入量及工藝操作的優(yōu)化

  堯柏特種水泥集團有限公司的兩條Φ4m×60m帶五級旋風預熱預分解系統(tǒng)的2500t/d生產(chǎn)線，均未配置旁路放風系統(tǒng)。2014年兩條窯分別配套一套日處理150t工業(yè)污泥以及一套日處理100t市政污泥的污泥處置系統(tǒng)，兩條窯日處理污泥的能力均達到250t。為消除窯協(xié)同處置污泥時預熱器頻繁堵塞的工藝故障，通過分析及探索，對水泥窯協(xié)同處置污泥的工藝操作進行優(yōu)化調整，找到了解決窯系統(tǒng)處置污泥時工藝故障的辦法。

  1 窯系統(tǒng)協(xié)同處置污泥的工藝隱患及故障

  在協(xié)同處置污泥的過程中，窯系統(tǒng)出現(xiàn)分解爐出口壓力絕對值升高，預熱器頻繁堵塞，窯14~19m段頻繁結熟料圈，熟料圈最大厚度處達到500mm,窯筒體溫度最低處達到71℃，窯內通風差，窯主電動機電流極不穩(wěn)定，二、三次風溫偏低，熟料f-CaO值波動大，窯的燒結能力變差，臺時產(chǎn)量下降，窯協(xié)同處置工業(yè)污泥的能力不斷下降，甚至一度為查找預熱器頻繁堵塞的原因，排查解決工藝隱患而中斷工業(yè)污泥的處置。根據(jù)中控室操作記錄的統(tǒng)計，自窯協(xié)同處置污泥以來，預熱器共發(fā)生堵塞22次。按照預熱器堵塞的位置劃分：C4堵塞占23.8%，C5堵塞占61.9%，C4和 C5同時發(fā)生堵塞占14.3%；按照預熱器堵塞的原因劃分：結皮型堵塞占66.7%，非結皮型堵塞占33.3%。

  2 最佳污泥加入量的確定及工藝操作的優(yōu)化

  污泥來源及主要揮發(fā)性組分見表1。由于三星污泥和比亞迪污泥的水分較低，利用皮帶秤按照規(guī)定的比例同生料制備的石灰石等各種原料一起從磨頭加入，參與原料的粉磨過程。

  三種污泥除鈉堿及氟等主要揮發(fā)物以外，其他成分均為SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO及微量的重金屬元素?？梢?，污泥的主要揮發(fā)物是影響水泥熟料煅燒的主要因素。

  3 污泥加入量的工業(yè)試驗及工藝操作控制

  1）低加入量

  單獨加入0.5%的三星污泥或0.5%的比亞迪污泥，分解爐出口溫度控制在890～900℃之間，分解爐出口負壓偏高，入窯生料表觀分解率97%，預熱器堵塞頻繁，窯14~19m段頻繁結熟料圈，熟料圈最大厚度處達到500mm,窯筒體溫度最低處達到71℃，窯內通風差，窯主電動機電流極不穩(wěn)定，二、三次風溫偏低，熟料f-CaO值波動大，窯的燒結能力變差，臺時產(chǎn)量下降到104t/h，熟料初凝時間約120min,終凝時間約180min，凝結時間在正常范圍內。

  2）高加入量

  從0開始逐步增加三星污泥或比亞迪污泥的加入量，尋找污泥加入量的極限。分解爐出口溫度控制在860℃，入窯生料表觀分解率92%，當單獨加入3.0%的三星污泥或單獨加入2.0%的比亞迪污泥時，預熱器堵塞頻繁，導致窯不能連續(xù)運轉，14~19m段結熟料圈，窯主電動機電流不穩(wěn)定。熟料f-CaO值波動大，熟料初凝時間約180min,終凝時間約240min，凝結時間延長約60min。

  3）最佳加入量

  分別從單獨加入3.0%的三星污泥或單獨加入2.0%的比亞迪污泥開始，逐步降低三星污泥或比亞迪污泥的加入量，控制分解爐出口溫度在850～855℃范圍內，入窯生料表觀分解率為85%～92%，窯主電動機電流穩(wěn)定，臺時產(chǎn)量為116t/h,窯連續(xù)運轉，熟料強度能達到規(guī)定的指標要求，熟料初凝時間約120min,終凝時間約180min,凝結時間在正常范圍內，此時單獨加入三星污泥的加入量為2.5%或單獨加入比亞迪污泥的加入量為1.0%,分別為兩種污泥的最佳加入量。

  4 污泥對生料性質和熟料煅燒影響的分析

  1）因污泥中含F(xiàn)-、Cl-等鹵化物和R2O，特別是氟化物為強熔劑，具有礦化作用，能夠使水泥生料的最低共熔點降低，生料的易燒性增強，特別是有F-、Cl-等鹵化物的參與，可降低熔體的黏度和表面張力，促進燒結的速度，相應擴大了C3S相區(qū)，增加了C3S量，熟料煅燒溫度降低，熟料綜合熱耗下降。另外，由于入窯生料表觀分解率的下降，所以窯頭的給煤量與不摻加污泥相比基本沒有變化。

  2）因熟料的煅燒過程能在較低溫度條件下出現(xiàn)液相，煅燒溫度降低，C2S在低溫液相條件下吸收CaO生成C3S，完成燒結反應，因此為保證控制液相在過渡帶出現(xiàn)，對分解爐出口溫度進行控制，與不摻加污泥相比，要降低40～45℃，窯尾給煤量降低0.3～0.5t/h。

  3）經(jīng)測定熟料與外加劑的相容性同不摻加污泥相比，凈漿初始流動度由180mm提高到220mm,凈漿流動度損失由50～60mm降低到10～20mm,因熟料與外加劑相容性的極大增強，使得水泥與外加劑的相容性大為改善。

  5 窯系統(tǒng)協(xié)同處置污泥工藝隱患和故障的解決辦法

  1）因加入污泥的生料中含F(xiàn)-、Cl-等鹵化物和R2O，尤其是F-的礦化作用，使得液相提前出現(xiàn)，要適度降低并穩(wěn)定控制分解爐出口溫度為855℃左右，穩(wěn)定入窯生料表觀分解率為85%～92%。

  2）加強分解爐縮口和鵝頸管、窯尾煙室和斜坡清理，保證預熱預分解系統(tǒng)通風順暢，為煤粉在窯、爐的充分燃燒創(chuàng)造條件。

  3）加強預熱預分解系統(tǒng)的密封堵漏，防止漏風造成富集的F-、Cl-遇到冷風凝聚結塊、固化結皮，預熱預分解系統(tǒng)出現(xiàn)工藝隱患及堵塞故障。

  4）在保證預熱預分解系統(tǒng)及窯各環(huán)節(jié)合理溫度梯度，特別是降低用煤總量以及控制較低的分解爐出口溫度的前提下，適度減少頭煤比例，加大尾煤比例，提高熟料對氟化物、氯化物、堿的結合度，盡可能地將F-、Cl-、R2O等揮發(fā)物通過熟料帶出整個窯預燒及煅燒系統(tǒng)。

  5）在穩(wěn)定控制分解爐出口溫度為855℃左右及入窯生料分解率為85%～92%的情況下，控制二次風溫1150℃左右、三次風溫800℃左右、窯尾溫度1100℃左右，保證控制液相在窯過渡帶出現(xiàn)?？刂坪酶G、爐風量的平衡，確保燒成帶后部不出現(xiàn)生料結圈；確定好燃燒器的位置，增加燃燒器移動的頻次，通過火點位置的變化，保證燒成帶窯皮平整無熟料結圈，上述措施可以保證窯內通風正常及窯頭煤粉的充分燃燒。

  6 結論

  1）污泥中的F-、Cl-等鹵化物和R2O等揮發(fā)性組分，能在窯系統(tǒng)形成揮發(fā)凝聚循環(huán)，在保證一定加入量的前提下，通過優(yōu)化窯工藝操作克服窯系統(tǒng)的結皮堵塞，保證窯的連續(xù)運轉。

  2）窯系統(tǒng)在無旁路放風工藝條件下協(xié)同處置污泥，要按照最佳加入量加入污泥，防止污泥中的揮發(fā)物在預熱預分解系統(tǒng)揮發(fā)凝聚循環(huán)，形成富集，導致預熱器結皮堵塞。另外，當污泥的加入超過最佳量時，熟料的凝結時間延長，會影響到熟料的性能。

  3）要合理控制窯系統(tǒng)的溫度梯度，防止污泥中的揮發(fā)組分形成生料結圈、熟料結圈等工藝隱患，以保證窯主機工況的正常穩(wěn)定及窯的產(chǎn)質量和能效指標的達標。

  4）因F-、Cl-、R2O等的礦化作用，生料預燒和熟料煅燒的綜合熱耗降低，熟料的熱耗可降低60.7～104.6kJ/kg。

  5）通過工業(yè)試驗，在無旁路放風工藝條件下的水泥窯協(xié)同處置污泥，單獨加入三星污泥的最佳加入量為2.5%，單獨加入比亞迪污泥的最佳加入量為1.0%。