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利用水泥窯協同處置危廢對熟料煅燒的影響!

 

發布時間:2021-09-23    字號:【

 

   

   

  利用水泥窯協同處置固廢、危廢是一種循環利用廢棄物的方式。水泥廠利用水泥窯協同處置漿渣、廢液、無機淤泥等危險廢棄物,根據廢棄物特性不同選擇不同的加入點對熟料煅燒影響各不相同,本文探討了危廢加入窯系統后對熟料煅燒的影響。結果表明,根據危廢熱值、水分、有害成分等含量的差異選擇不同的加入點可以有效降低煤耗和氨水消耗;通過漿渣入口的調整可以降低危廢對窯工況和熟料煅燒的影響;對危廢喂料量及有害成分的控制可以滿足水泥質量要求的同時減少危廢對熟料煅燒的影響。 

  我們將滿足或經過預處理后滿足入窯要求的固體廢棄物投入水泥窯,在進行水泥熟料生產的同時實現對廢物的無害化處置的過程稱為水泥窯協同處置。目前我國水泥窯協同處置主要處置危險廢物、生活垃圾、城市和工業污水處理污泥、動植物加工廢物、受污染土壤、應急事件廢物等固體廢物,本文主要探討危險廢棄物的加入對水泥熟料的煅燒的影響,研究不同摻量、不同加入點的廢棄物對熟料生產過程的影響,以便更好地控制水泥熟料煅燒的過程。 

  1 窯頭處置危廢對熟料煅燒的影響 

  以某公司為例,窯頭處置廢棄物主要是處置垃圾焚燒飛灰(簡稱飛灰)和廢液。其顯要特征是含有熱值、粒度小、處置量低。 

  1.1 處置飛灰對熟料煅燒的影響 

  飛灰對熟料煅燒的影響主要包括以下幾方面:(1)固體顆粒物一般從窯頭噴入,在窯內通過并燃燒,顆粒物在窯內會占用煤粉燃燒空間,影響窯頭火焰形狀和煤粉燃燒效果并進一步影響熟料煅燒效果;(2)固體顆粒物在窯內停留形成阻力,加大窯內差壓,影響窯內通風效果,系統負壓高,窯內風速快不利于窯頭煤粉充分燃燒,煤粉不充分燃燒會導致燒成帶溫度下降和窯內結圈,從而進一步影響熟料煅燒;(3)一部分飛灰從三次風管進入分解爐影響分解爐工況。在分解爐內,燃燒用的空氣也可分為一次風和二次風,一次風攜帶燃料入爐,因量較少且風速較低,燃料與一次風不能形成流股,瞬間即被高速旋轉的氣流沖擊混合,使燃料顆粒懸浮分散于氣流中,物料顆粒之間各自獨立進行燃燒,形成輝焰燃燒。 

  1.2 處置廢液對熟料煅燒的影響 

  廢液對熟料煅燒的影響主要表現在廢液水分和熱值上。廢液中水分越大,入窯二次風溫越低,越不利于熟料煅燒。理論上煤粉水分每增加1%,其燃燒熱值降低1%。廢液中的水分可以從煤粉的燃燒過程中吸收很多熱量,使燃燒溫度迅速下降,也會使二次風溫迅速下降。水在受熱汽化時,體積增大1?700多倍,且大量的水蒸氣籠罩于煤粉周圍,會阻止空氣進入燃燒區。窯內水蒸氣含量增大,導致差壓增大;水分高還會造成煤粉不完全燃燒,燒成溫度低,熟料質量差,篦冷機內料層阻力增大,窯內飛砂增大也會加大系統阻力,影響熟料煅燒。 

  另外,廢液的熱值越高,入窯二次風溫越高,越有利于熟料煅燒。當廢液熱值在12?540 kJ/kg以上時,隨著二次風溫的提高,燒成帶溫度逐步上升,窯頭煤和分解爐煤用量可以減少1 t/h左右。這對熟料煅燒和節能降耗是有利的。 

  1.3 窯頭處置沾染物對熟料煅燒的影響 

  常見的廢油沾染物主要有廢棄油桶、廢油濾芯、以及沾染了油類等危險物質的手套抹布等。這類物質具有形狀不規則、含有部分熱值、燃燒速度慢等特點。沾染物在窯頭焚燒一般為人工加入,可燃部分燃盡為熟料煅燒提供少量熱量,不可燃部分經過篦冷機后排至熟料庫。焚燒工作人員通過窯頭罩清料孔門將沾染物加入窯頭罩內焚燒,孔門過大會導致系統負壓波動,且窯頭負壓波動時對焚燒工作人員存在安全隱患,經海螺某公司反復試驗,焚燒沾染物時,打開的系統孔門直徑控制在20 cm以內,短期內不會對系統負壓造成影響。沾染物大部分為帶有熱值的廢棄物,沾染物的焚燒可以有效地增加二次風溫和三次風溫,提高燒成溫度,改善熟料煅燒環境,但是沾染物燃燒不充分會導致系統CO波動大,甚至會因為CO過高報警使得窯尾電收塵跳停;并且沾染物中部分金屬物質,例如油桶,會導致破碎機卡停、堵下料口,影響水泥磨臺時產量和窯系統穩定運行,因此沾染物需要經過破碎后再進入系統,并在出熟料庫皮帶上增加除鐵器以避免對下道工序產生不利的影響。經過興業海螺水泥公司的改進經驗,將沾染物破碎成10 cm×10 cm的塊狀或條狀物并將處置量控制在1 t/h以內對系統影響較小。 

  2 窯尾處置固體廢棄物對熟料煅燒的影響 

  目前窯尾處置廢棄物主要是兩部分,一部分為以沾染物為主體的可燃固態廢棄物,一部分為固液混合物為代表的漿渣廢棄物。沾染物處置是人工將廢棄物在分解爐下部人孔門處放入分解爐內部焚燒。漿渣處置是通過柱塞泵將調配后的危廢注入分解爐焚燒。 

  2.1 處置沾染物對熟料煅燒的影響 

  合理控制處置量的沾染物經過小孔進入分解爐進行焚燒,對熟料煅燒的影響主要有幾個方面:(1)清料孔門的開度會對系統風量造成波動,因此要控制其開度在20 cm以內。(2)粒度大、不分散的沾染物燃燒時間長、燃盡率低,不充分燃燒會產生大量的CO,一方面使得分解爐溫度波動大,不利于窯況穩定和熟料煅燒,也對系統安全運行造成影響;另一方面會使分解爐溫度倒掛,既不利于熱工平衡,又不利于操作調整。試驗表明,CaCO3顆粒在分解爐中的反應受溫度和CO2分壓的影響,大量的CO會影響CO2分壓,不利于CaCO3分解,降低入窯生料分解率,影響熟料煅燒效果。 

  2.2 處置漿渣危廢對熟料煅燒的影響 

  常見的漿渣危廢有漆渣、廢膠、沾染物、催化劑、活性炭有機淤泥等,目前主流處置漿渣的方法是將廢棄物按照比例搭配形成含有一定水分和熱值的固液混合體后通過柱塞泵打入分解爐進行焚燒。漿渣的投入會使系統產生大量CO,分解爐溫度倒掛,分解爐溫度波動幅度增大,分解率下降等問題,均不利于熟料煅燒。 

  預分解技術在水泥工藝中的成功應用,使水泥生產方式產生了質的飛躍,CaCO3分解率的提高將直接影響著預分解窯的產量、質量和熟料煅燒效果。由于漿渣水分大、黏度大,燃燒時間長且燃燒不充分,燃燒過程會產生大量CO。這部分CO一方面會占用煤粉燃燒空間,使分解爐不同位置溫度場不均衡,一方面也會占用氧氣資源并形成大量CO2,影響CaCO3分解時間,降低分解爐效率。其機理是CaCO3顆粒的分解時間主要由顆粒大小、平衡分解壓力和分解爐中CO2分壓決定,即當其他條件一定時,分解爐中CO2分壓越大,反應時間越長。 

  漿渣影響熟料煅燒的因素主要有水分、熱值和有害成分,引起煙室結皮導致的系統通風不暢。因此在處置漿渣廢棄物時要合理控制水分,按照生產經驗,水分含量超過50%時對分解爐工況影響較大,不利于熟料煅燒;還要在有害成分符合國家標準的前提下盡量減少有害成分,避免煙室結皮或者窯內結后圈,影響系統通風。此外高熱值的漿渣可以降低系統煤耗。 

  當漿渣熱值低于6?270 kJ/kg時對系統降耗影響不大;漿渣熱值越高越有利于節約煤耗。熱值低的漿渣不但不能降低煤耗甚至還會使煤耗上漲,主要原因是這部分熱值被漿渣中水分吸收的熱量抵消了,因此漿渣熱值控制在8?360 kJ/kg以上,才有助于系統節能降耗和改善熟料煅燒效果。 

  2.3 漿渣入口位置對熟料煅燒的影響 

  興業某水泥廠將漿渣入口點原設計在分解爐中下部,噴嘴斜下45°,落料點在煙室斜坡頂部正中央。使用過程中發現當漿渣投入量超過2.0 t/h時,漿渣燃盡率低,容易在煙室斜坡處堆積,并且會逐步和煙氣混合硬化形成大塊結皮;斜坡處物料流動性差,容易堆積粉料,影響煙室通風,嚴重時會引起窯尾倒料,這些都不利于熟料煅燒。經過設計改良后將漿渣入口改到三次風管處,目的是為了讓廢棄物能夠在三次風管處燃盡再進入分解爐或掉落到煙室斜坡。這樣既能避免煙室結皮和斜坡積料,又能避免漿渣焚燒影響分解爐工況。以4?500 t/d窯型為例,從使用情況來看,漿渣喂料量在1~2 t/h,漿渣入口點選擇在三次風管處,落料點與分解爐距離1 m左右能夠使漿渣廢棄物盡可能燃盡,同時對系統影響較小。漿渣廢棄物落料點的選擇還應該考慮爐型,例如NST-I型分解爐的三次風入口是單風道入口,KSV分解爐的三次風入口是雙風道入口。單風道入口的風量大,富氧環境下,更有利于漿渣的充分燃燒,在此情況下,漿渣入口可以適當靠近分解爐;雙風道入口的風量小,落料點則可以適當向三次風管側移動。 

  3 危廢中有害成分對熟料煅燒的影響 

  危廢中影響熟料煅燒的有害化學成分主要有:硫、氯、重金屬、堿金屬等。主要影響有:(1)導致煙室結皮、窯內結圈影響通風;(2)液相提前出現,輕則窯尾結大塊、結圈,重則結蛋;(3)黏度低導致窯皮酥、脆,燒成溫度自然降低;(4)液相量增多,燒成帶結大塊,煅燒溫度降低,熟料強度低。 

  3.1 窯尾結皮對熟料煅燒的影響 

  漿渣中的堿金屬和含硫物質會改變熟料中的硫堿比,氯離子在窯內循環富集也易催生結皮。關鍵部位的結皮會使通風面積變小,系統阻力增大,影響窯頭和分解爐煤粉燃燒效果,改變窯內溫度場;通風面積縮小后,系統風速變快,則分解爐內部的物料和燃料停留時間相應縮短,結皮嚴重時甚至會影響入窯生料分解率,使熟料煅燒效果下降。 

  1)漿渣投入后,現場結皮中硫堿比明顯增大,現場實際看結皮明顯增多;(2)漿渣投入后有害成分不斷循環富集,會沉積在結皮中;(3)各種有害成分催生結皮影響較大的主要是含硫物質。 

  3.2 Cl-促進預熱器結皮生長 

   Cl-在燒成系統中生成的CaCl2RCl具有極高的揮發性,在回轉窯內幾乎全部揮發,形成氯堿循環富集,最終導致預熱器中的生料的氯化物提高近百倍,使其危害性大幅度放大。特別是KCl的存在,促進了硅方解石2C2S·CaCO3礦物的形成,在預熱器內逐層黏掛形成結皮。而且這種礦物在900~950 ℃之間具有很高的強度,又使得這種結皮很難清理,最終導致通風不良和預熱器堵塞。當結皮嚴重時,窯內通風阻力增大,有可能造成逼火現象發生,造成熟料短焰急燒、黃心料多等現象。 

  3.3 堿金屬、硫元素催生結皮 

  硫元素在熟料晶體中以SO3形式發揮作用,SO3可降低熟料液相出現溫度和黏度。如果鉀、鈉、鎂等和硫反應平衡后還有硫過剩存在,就會引起硫酸堿(R2SO4)黏附在預熱器上升煙道或卸料溜子上形成結皮,嚴重時會出現堵塞現象,影響正常生產。 

  4 結論 

  1)無熱值的飛灰固廢最佳處理方式是從窯頭處置; 

  2)固液態混合體漿渣最佳處置點在三次風管入分解爐處,落料點距分解爐1 m左右能夠使漿渣廢棄物盡可能燃盡,同時對系統影響較小; 

  3)漿渣熱值控制在8?360 kJ/kg以上,才有助于系統節能降耗和改善熟料煅燒效果; 

  4)處置固廢后現場結皮中硫堿比明顯增大,結皮明顯增多,各種有害成分催生結皮影響較大的主要是含硫物質,為保證生產長周期穩定運行,應該嚴格控制有害成分。 

  根據危廢熱值、水分、有害成分等含量的差異選擇不同的加入點可以有效降低煤耗和氨水消耗;通過漿渣入口的調整可以降低危廢對窯工況和熟料煅燒的影響;對危廢喂料量及有害成分的控制可以滿足水泥質量要求的同時減少危廢對熟料煅燒的影響。 

   

   

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