水泥窯協(xié)同處置市政污泥實(shí)踐

馮士國，吳偉偉，王澤彪

（河南省豫鶴同力水泥有限公司，河南 鶴壁 458008）

河南省豫鶴同力水泥有限公司為5 000t/d生產(chǎn)線，2017年公司建成200t/d～250t/d市政污泥協(xié)同處置系統(tǒng)，系統(tǒng)采用半固態(tài)物料接收儲(chǔ)存、輸送及投料入窯系統(tǒng)工藝，符合相關(guān)國家及地方環(huán)保法規(guī)及規(guī)范，運(yùn)行一年效果良好，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 水泥窯協(xié)同處置市政污泥項(xiàng)目前景廣闊

隨著城市人口的不斷增加及生活污水處理率的提高，市政污水污泥的產(chǎn)出量也不斷增加，市政污泥的環(huán)境污染已成為廣大市民關(guān)注的焦點(diǎn)。而水泥工業(yè)利用自身的工藝特點(diǎn)及優(yōu)勢，能很好地對(duì)市政污泥進(jìn)行協(xié)同處置，利用水泥窯協(xié)同處置市政污泥逐步成為水泥工業(yè)的社會(huì)責(zé)任和發(fā)展趨勢。

當(dāng)前水泥工業(yè)發(fā)展急需解決節(jié)能、降耗、環(huán)保等技術(shù)問題，走可持續(xù)發(fā)展的道路。而利用水泥燒成系統(tǒng)協(xié)同處置市政污泥是一種“雙贏”的模式，有利于實(shí)現(xiàn)資源的再利用和企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)。

水泥窯處置市政污泥的技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）燒成系統(tǒng)中氣體流速大，氣流湍流度大，有利于固體垃圾的分散，保證垃圾與高溫?zé)煔獾某浞纸佑|，使被處置物處于高溫流態(tài)化燃燒過程中，避免產(chǎn)生有毒氣體。同時(shí)窯爐內(nèi)的堿性環(huán)境，能有效抑制酸性物質(zhì)的排放。

（2）水泥窯內(nèi)溫度高，熱容量和熱慣性大，廢料在高溫區(qū)的停留時(shí)間長（5s～15s），有害成分均能被徹底分解，確保環(huán)境安全。廢物在水泥窯內(nèi)燃燒后的殘?jiān)渲腥艉?、氯或某些重金屬等有害物質(zhì)，也都全部固熔在水泥熟料的晶格中不能再逸出或析出，沒有二次污染隱患。

（3）水泥窯對(duì)可燃廢物熱值的適應(yīng)范圍大，尤其是對(duì)兼作替代原料和替代燃料的廢物，其熱值都能充分利用?？扇紡U物在水泥窯內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的熱能全部直接用于窯系統(tǒng)內(nèi)的氣固相或固熔相的熱交換過程。

（4）利用水泥生產(chǎn)線協(xié)同處置市政污泥沒有廢渣排出，沒有垃圾焚燒產(chǎn)生爐渣的問題，且整個(gè)系統(tǒng)是在負(fù)壓下操作運(yùn)行，煙氣和粉塵幾乎無外漏問題。

（5）廢氣處理性能好。水泥工業(yè)燒成系統(tǒng)和廢氣處理系統(tǒng)，具有較高的吸附、沉降和收塵處理特性，可滿足當(dāng)?shù)卣刂频呐欧艠?biāo)準(zhǔn)。

（6）投資小，處置成本較低；與新建專用焚燒廠相比，只需要增加垃圾預(yù)處理系統(tǒng)，并對(duì)水泥生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑臁?/p>

由于水泥窯協(xié)同處置污泥項(xiàng)目具有良好社會(huì)效應(yīng)，真正做到了為政府分憂，起到城市凈化器的作用，在政策上往往能得到當(dāng)?shù)卣闹С?，例如處置資金、協(xié)同停產(chǎn)特殊優(yōu)惠政策、污染天氣管控優(yōu)惠政策等，通過以上優(yōu)惠政策，能提高企業(yè)的競爭優(yōu)勢，有助于企業(yè)的健康發(fā)展。

2 水泥窯協(xié)同處置市政污泥項(xiàng)目工藝介紹

2.1 工藝流程單元?jiǎng)澐?/h3>

我公司水泥窯協(xié)同處置市政污泥項(xiàng)目可劃分為以下5個(gè)工藝流程單元：（1）重載滑架料倉單元；（2）配備注膜潤滑的輸送單元；（3）入窯單元；（4）液壓動(dòng)力單元；（5）電氣控制單元。

2.2 工藝流程框圖（見圖1）

圖 1 工藝流程框圖

3 工藝描述

3.1 重載滑架料倉單元（見圖2）

預(yù)處理污泥通過汽車卸料至1座容積為150m3鋼結(jié)構(gòu)重載滑架料倉。料倉倉頂設(shè)置1套用于監(jiān)測倉內(nèi)物料儲(chǔ)存情況的料位計(jì)。料倉頂部預(yù)留臭氣抽排接口法蘭。

料倉的底部安裝了兩套液壓驅(qū)動(dòng)的液壓滑架破拱裝置，通過安裝在料倉外部配套的液壓缸驅(qū)動(dòng)，液壓滑架破拱裝置在倉底作水平低速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)范圍覆蓋整個(gè)倉底的水平區(qū)域，避免倉內(nèi)物料出現(xiàn)結(jié)拱現(xiàn)象而無法有效卸料，同時(shí)配合安裝在料倉底部的卸料螺旋將污泥連續(xù)可控地輸送至后續(xù)工藝環(huán)節(jié)。卸料螺旋為特殊設(shè)計(jì)，具有攪拌和輸送雙重功能。在螺旋的進(jìn)料端設(shè)置廢水投加接入口，以便根據(jù)物料情況進(jìn)行廢水補(bǔ)充調(diào)配，使物料具備更好的輸送性能。

重載滑架料倉為獨(dú)特設(shè)計(jì)的重載滑架結(jié)構(gòu)及料倉內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確保了即使在苛刻的物料條件下，仍舊能夠正常工作，不存在傳統(tǒng)的滑架因阻力大而變形、因卡死而無法正常輔助破拱和卸料；這種卸料方式，可確保即使在物料滿倉的情況下，卸料螺旋仍舊能夠非常順暢啟動(dòng)與停止。

圖2 重載滑架料倉單元圖

3.2 輸送單元

由于市政污泥含水率較低，流動(dòng)性較差，本項(xiàng)目采用對(duì)物料適應(yīng)性更強(qiáng)大的單缸柱塞泵進(jìn)行輸送。

污泥經(jīng)液壓驅(qū)動(dòng)雙軸螺旋擠壓進(jìn)入設(shè)置在其下方的液壓驅(qū)動(dòng)單缸柱塞泵的料斗內(nèi)，再通過液壓缸驅(qū)動(dòng)活塞將物料直接推出料斗并進(jìn)入輸送缸和輸送管道，從而完成輸送功能。

在單缸柱塞泵的出口設(shè)置有液壓驅(qū)動(dòng)閘板閥，與泵輸送缸相互配合，可有效降低管道內(nèi)物料的回流和泄露。

3.3 配備注膜潤滑的輸送單元

為了確保污泥能夠順利輸送至窯爐單元，本項(xiàng)目設(shè)置了注膜潤滑系統(tǒng)。注膜潤滑系統(tǒng)主要是將不含顆粒物的廢水或廢油，通過該系統(tǒng)注入污泥管道內(nèi)壁形成一層潤滑膜層，潤滑污泥管道、降低管道阻力。

3.4 入窯單元

泵送來的污泥進(jìn)入專門為固態(tài)物料的協(xié)同處置而設(shè)計(jì)研發(fā)的固廢噴槍，在壓縮空氣的分散作用下被打散進(jìn)入分解爐焚燒。噴槍腔體上設(shè)置閥門，用于在物料堵塞或氣壓過高時(shí)泄壓。整個(gè)噴槍腔體配置冷卻空氣，防止噴槍腔體過熱，另外腔體配置的清洗裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)噴槍的徹底清洗。

通過噴槍霧化作用分散的半固態(tài)物料，能夠促進(jìn)窯內(nèi) SNCR 反應(yīng)：NOx+NH3=N2+H2O。

本項(xiàng)目處置的物料中絕大部分為半固態(tài)的市政生活污泥，其中含有的氨與分解爐內(nèi)的NOx充分發(fā)生反應(yīng)，可以節(jié)省水泥廠氨水用量，節(jié)省量在20%～30%。

3.5 液壓動(dòng)力單元

本項(xiàng)目重載滑架料倉單元和單缸柱塞泵輸送單元均是液壓驅(qū)動(dòng)。整個(gè)協(xié)同處置系統(tǒng)均是由PLC控制，自動(dòng)化程度高，可以達(dá)到現(xiàn)場無人值守的程度。

4 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益

（1）處置污泥本身不增加能耗。從污泥的熱值及體積隨水分含量變化的趨勢關(guān)系分析，在理論上污泥自焚燒的極限水含量主要取決于污泥的有機(jī)質(zhì)含量及組成，對(duì)干燥基低位熱值12 540kJ/kg（3 000kcal/kg）的污泥，其自我維持穩(wěn)定焚燒的極限水分為76%。因此，水泥窯協(xié)同處置污泥一般不會(huì)帶來能耗的變化。實(shí)踐證明，協(xié)同處置污泥期間，煤耗沒有增加，與理論預(yù)期相符。

（2）處置污泥能得到政府相應(yīng)補(bǔ)貼。處置污泥地方政府具有不同的財(cái)政補(bǔ)貼政策，協(xié)同處置污泥往往在發(fā)揮良好的社會(huì)效益的同時(shí)，同時(shí)能得到相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）處置污泥能有效降低NOx的生成量，節(jié)約氨水費(fèi)用。本項(xiàng)目所處置的物料中絕大部分為半固態(tài)的市政生活污泥，其中含有的氨與分解爐內(nèi)的NOx充分發(fā)生反應(yīng)，可以節(jié)省水泥廠氨水用量，節(jié)省量在20%～30%，效益可觀。

（4）經(jīng)濟(jì)效益分析。按照目前國家與政府相應(yīng)政策，河南地區(qū)一年可生產(chǎn)8個(gè)月時(shí)間，如果協(xié)同處置市政污泥，在污染管控天氣可以爭取不停產(chǎn)或者減產(chǎn)，平均每年可生產(chǎn)9個(gè)月時(shí)間，即270d，按此天數(shù)計(jì)算：

①污染管控天氣收益。管控天氣30d不停窯或者減產(chǎn)，每天利潤按5萬元計(jì)算：30×5=150萬元。

②市政補(bǔ)貼收益。按照市政財(cái)政補(bǔ)貼50元/t，每天處置量100t，全年生產(chǎn)270d，年可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益：270×50×100=135萬元。

③脫硝收益。按照脫硝效率30%計(jì)算，在NOx控制在100mg/m3以下，每小時(shí)節(jié)約氨水300kg計(jì)算，氨水價(jià)格800元/t，全年生產(chǎn)270d，年可實(shí)現(xiàn)收益：0.3×800×24×270=155.52萬元

綜合以上三項(xiàng)收益，每年可實(shí)現(xiàn)效益440.52萬元，扣除維修費(fèi)用、水地費(fèi)用、人工費(fèi)用，可確保每年實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益400萬元。