【《水泥窑固体废物处理工艺探析》6800字】

第3章水泥窑协同处置固体废物的原理及现状3.1水泥窑协同处置固体废物的原理及现状填埋是固体废弃物处理的一种常规方法，随填埋次数增多，填埋时间延长，固体废弃物填埋区地下水和土壤存在污染风险。另外，固体废弃物燃烧发电非常容易产生渗滤液、二噁英等，同时灰渣中含有丰富的重金属。水泥窑配合处理固体废弃物的核心是采用新型干法烧成技术，采用新型原料、燃料预均化技术等、节能粉磨技术与设备等，采用了先进的计算机集散控制技术，使固体废弃物整个处理流程自动化。固体废弃物经过预处理后入水泥窑。水泥窑具有处置能力大、效率高的特点，污染排放小，能对固体废弃物进行有效的治理。一是废气排放低。水泥窑配合处理固体废弃物时，燃烧温度通常不得低于1400℃，石灰石完全分解为二氧化碳与氧化钙。燃烧温度一直保持在一个很高的水平，氧化钙能降低固体废弃物在燃烧中氯化氢和二噁英的含量、硫氧化物和其他有毒有害气体排放量。二是灰渣排放量小。新型干法水泥窑配合处理固体废弃物和固体废渣、高温锻烧环境中的重金属颗粒物生成熔融玻璃体，玻璃体急冷产生水泥熟料。三是减少了废液的排放。因水泥窑负压，新型干法水泥窑配合处理固体废弃物后的废液再入窑燃烧并在高温下分解。干法水泥窑配合处理固体废弃物，能够有效地利用垃圾本身的热量，并对燃烧形成的灰渣进行处理，切实减少城市固废存量等，真正达到固体废弃物资源化的目的、减量化和无害化处置、变废为宝等。3.2水泥窑协同处置固体废物的现状干法水泥窑配合处理固体废弃物技术国外早有研究和实践，德国、美国、日本便试图用可燃性固体废弃物做为生产水泥的替代燃料。发达国家开始利用固体废弃物来代替燃料生产水泥，这一处置被普遍接受。其中荷兰以固体废弃物为替代燃料制造水泥的比率高达83.0%，并且这一比重仍在上升。干法水泥窑配合处理城市固体废弃物效果日益显着。我国开始引用水泥窑协同处置工艺对固体废弃物进行处理。以科研院所为技术依托，水泥企业纷纷引用水泥窑配合处置技术，用于城市生活垃圾及危险废物的处置。就目前国内水泥生产企业实际经营成效而言，干法水泥窑可实现城市生活垃圾的协同处理、危险废物和其他固体废弃物，企业周边环境监测结果表明，各项污染物都能满足相应排放标准限值的要求，企业既获得了较好的经济，环境效益。由此可见，干法水泥窑配合处理固体废弃物可满足有关标准的要求，实际使用效果显著。第4章水泥窑协同处置固体废物工艺分析4.1工艺流程固废固态系统，主要用于处理含水量<30%固废。固废固态系统的工艺流程如图4.1所示。如图4.1中的固废经过粉碎，混合和计量，经胶带输送机送入水泥窑分解炉焚烧处置。固废物料经储坑预均化后，要保证固废的掺混，不会出现剧烈的增温，爆炸现象、燃烧中的化学反应，无有害气体生成，同时，严禁掺混不兼容固废。图4.1固废固态系统工艺流程4.2测定方法入窑固废以污泥，除尘灰、大修渣和精馏残渣为主。为了探讨固废入窑后窑内工况变化情况，2021年固废处置工作开展期间，每天两次对固废固态系统储坑物料进行采样和检测，对于固废含水率，采用减重法进行测量，固废热值分析测定使用GB/T212-2008《煤的工业分析方法》。同时连续监测窑工况和氮氧化物的排放。固废预处理，采用除尘灰、大修渣作为基底物料，与含水率和热值较高的其他精馏残渣配套使用。由于固废重金属含量极低，研究实验中可以忽略它。为了避免因固废入窑造成窑系统下料不稳，引起CO，氮氧化物排放的起伏变化，固态系统储坑内的固废物料在搅拌均匀以后要松散分散。入窑固废物料比例要根据材料的实际状态来确定，并且保证水处于固态系统所需要的范围之内。固态系统储坑固废的理化特征分析如表4.1所示，从表4.1中可以看出，固废主要理化性能的区别是它们的热值和水分、氯、碱含量不同。表4.1固态系统储坑固废理化特性分析第5章结果分析5.1固废监测指标情况在协同处置过程中，窑系统的运行指标和固废监测指标状况如表5.1所示。从数据结果分析来看，水泥窑系统运行状况良好。从表5.1可见，2021年产1-10月固废处置，水泥窑的产量为176.02-189.93t/h，平均产量为182.72t/h；熟料质量较稳定，未发生明显变化，但熟料强度有所下降。窑头喂煤量为6.86-7.61t/h，窑头平均喂煤量7.30t/h；回转窑出口温度和烧成带温度均处于正常水平，但部分区域出现局部升温现象。窑尾喂煤量为11.43-15.16t/h，窑尾平均喂煤量12.36t/h。熟料煅烧和固废处置，CO排放浓度为0.04%-0.10%，NOX排放浓度在75.97-85.86mg/Nm3，总体排放浓度均小于限值100mg/Nm3。表5.1窑系统运行指标及固废监测指标情况固废处置过程中，窑内二次风的平均气温在1125.30℃左右，比限定温度高25.30℃；窑内风速分布均匀性较差，但在不同时段其平均值均高于规定要求值，说明喂煤对提高窑内气流稳定性和降低窑体阻力效果明显。三次风的平均气温都是1012.98℃，比限定温度高12.98℃，并且风温总体上随固废投加量增大而升高，说明固废入窑以后，喂煤量还有减少的余地。从表5.1中也可以看到在生产过程中，固废投加时，进厂固废性状和生产的匹配较差，储坑内物料热值，水分起伏大，储坑内物料热值整体为735.68-10710.62kJ/kg，平均热值5862.91kJ/kg，含水率1.90%-45.90%，固废平均每月处置量1032.70t。由于固废水分的存在，热值出现波动，引起了水泥窑CO，氮氧化物排放的波动。5.2固废入窑后熟料氯碱含量变化为保证熟料中氯离子含量在国标限值范围内（0.060%），同时达到固废处置量最大，在固废处理过程中，使固态系统储坑物料中氯离子的含量保持在允许范围内，碱含量在允许的范围内，保证固废入窑熟料中氯离子含量<0.040%、碱含量<0.085%。由于生料和固废含硫低，固废入窑后硫含量的变化对熟料影响可以忽略。固废处置后熟料中氯离子含量变化如图5.1所示。可见，随着固废入窑量增加，水泥窑内温度升高，导致熟料氯元素析出，降低了熟料质量。从图5.1中可以看出2021年1至10月份，生料中氯离子的含量为0.024%-0.031%，固废加入后熟料中氯离子的含量为0.019%-0.026%，且多低于生料氯离子含量。结合以上结果可以得出，生料、熟料的氯元素均为不稳定组分，其主要来源于水泥窑内煅烧过程中生成的未分解气体和熟料自身燃烧产生的热量。由生料，熟料中氯离子的含量分析表明，固废进入窑内（未开旁路放风系统），一部分氯离子在水泥窑内部循环富集，且循环富集率为47%-54%，循环富集率平均51%，最后剩余氯离子在熟料内富集。对8月水泥窑产量的观测表明，该窑系统在该月共计运行了20d，在该月，存在第12d二次风温起伏，熟料中游离氧化钙含量较高，窑结皮垮落熟料综合样中氯离子的含量为0.046%。图5.1固废处置对熟料氯离子含量的影响固废处置后熟料中碱含量变化如图5.2所示。从图5.2中可以看出生料碱的含量为0.43%-0.79%，熟料碱含量为0.51%-0.83%，总体上小于内控限值。图5.2固废处置对熟料碱含量的影响这表明当前针对储坑中有害元素进行了治理，能够确保熟料质量稳定，且对水泥窑氯离子的循环富集能力影响较小，但是窑内的风温没有得到很好的控制，容易引起窑工况的波动，窑结皮垮落，继而影响熟料质量。5.3固废入窑后窑工况指标变化固废性能指标和水泥窑工况指标方差分析结果如表5.2所示。从表5.2中可以看出固废入窑炉热值及水分对水泥窑炉喂煤量有明显影响、一氧化碳和氮氧化物的排放（P<0.01）。在相同条件下，入窑固废比熟料更能促进污染物的排放。窑头、窑尾喂煤量和氮氧化物排放量均随着固废热值增加而减少，且二次风温，三次风温和一氧化碳排放量均随着固废热值的增大而逐渐增大；入窑固废含水率随烧成带温度的上升呈现先减小后增大的趋势。水分影响窑内喂煤量，风温、一氧化碳排放量对热值的作用则反之，即窑内喂煤量，二次风温、三次风温和一氧化碳排放量均随着固废水分升高而减少，说明固废入窑炉协同处理具有明显减煤用效果，并且固废的热值有利于氮氧化物减排。表5.2固废性能指标与水泥窑工况指标的方差分析水泥窑用氮氧化物以热力型为主、燃料型，快速型氮氧化物3种。其中热力型氮氧化物是目前国内普遍采用的排放技术。氮氧化物减排需要氨水的量，取决于氮氧化物总量和分解炉中氨水和氮氧化物反应效率，通过对不同窑况下氨吸收塔运行参数的对比分析，得出了单位熟料氨水用量随烟气量变化而变化的规律。在实践中，在开展固废协同处置工作之前，单位熟料氨水的平均投加量为980L/h；协同处置时单位熟料氨水的平均投加量为960L/h。固废储坑主要材料是大修渣、除尘灰等，这种固废是铝工业的生产，含氮化铝较多，混入含水率较高污泥及精馏残渣后容易生成氨气，能促进氮氧化物的还原。水泥回转窑入炉物料均为铝粉、石灰和石膏等原料，可提高熟料烧成温度，减少能耗。但入窑固废物料热值要求<10450kJ/kg、水分<40%，如果热值过高，水分过多，进而导致窑系统一氧化碳，氮氧化物的排放出现大幅度的波动，窑中容易产生还原气氛。水泥窑各工况指标的相关系数如表5.3所示。窑系统各点污染物浓度均随窑速提高而升高。对窑系统的各项指标进行了相关分析，窑尾氮氧化物排放与用煤量显著相关，特别是受到窑尾喂煤量（Corr=0.7965）影响。窑系统氮氧化物排放总体上随用煤量增大而增大，而且，随着固废（除尘灰和大修渣）处理量的加大，窑内喂煤量明显减少，氮氧化物排放量却呈下降趋势，说明氮氧化物的排放主要和煤耗有关，固废（除尘灰和大修渣）添加，帮助窑系统降低煤耗，减轻煤中氮氧化物含量，降低氮氧化物生成。表5.3水泥窑工况指标相关系数5.4固废入窑后煤耗变化固废处理前后窑系统标煤耗的变化如图5.3所示。从图5.3中可以看出，在没有处理固废之前的2020年，窑系吨熟料标煤消耗99.24-105.21kg，平均101.90kg；通过对数据的分析得出，随着固废处置时间延长，窑系统实际产尘率增加，而实际生料质量损失减少。固废后的协同处理，窑炉系统吨熟料标准煤耗96.77-101.03kg，平均98.19kg，总体每吨熟料标煤耗下降5.21kg。这说明固废后的协同处理，窑炉系统实际生产的减煤量比理论减煤量高0.87kg/t.cl，主要原因是固废处置过程中，水泥窑错峰停止生产，月熟料产量、固废处置量、水分与热值相差很大，用平均值来计算所产生的误差是局部。图5.3固废处置前后窑系统标煤耗变化第6章结语水泥窑协同处置固体废弃物，有很好的市场前景，可实现工业固废处理减量化、无害化，资源化。在消除各类废弃物，还能满足水泥行业对材料的需要，让水泥生产走绿色环保，可持续发展道路，对发展循环经济作出了巨大贡献。通过本论文的研究，得到了以下的结论：（1）窑系统用煤量对氮氧化物排放量影响较大，以及大修渣，除尘灰等进入窑炉，使系统风温升高，减煤效果显着，继而减排氮氧化物。危固废每月处理量1000t，对窑系统的减煤量进行了理论计算，减煤量为2.34kg/t。（2）当入窑危固废处理量达到4t/h后，以避免窑体内还原气氛的形成，入窑危固废氯离子含量应<1%，碱含量<4%。该控制指标中有害元素循环富集于窑中，不影响水泥窑正常工作，氯离子循环富集率均值为51%。参考文献[1]范长健,邱荣荣.水泥窑协同处置固体废物预处理工艺综述[J].环境保护与循环经济,2021,41(5):6.[2]刘乔,李慧胜,时玉珍.水泥窑协同处置固废中硒元素的测定方法探讨[J].2022(1).[3]张新旭.水泥窑协同处置固体废物技术的应用研究[J].市场周刊：商务营销,2020,000(042):P.1-1.[4]蔡玉良,洪旗.水泥窑协同处置废弃物过程设备安全及控制措施[J].中国水泥,2019(1):7.[5]刘虹丽,李晓洁,张海姣.水泥窑协同处置固体废物烟气中重金属排放的现状分析[J].水泥,2021(000-010).[6]刘晓俊,迟广来,鲁传圣,等.水泥窑协同处置固废的质量控制[J].中国水泥,2021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