水泥窯協(xié)同處置生活垃圾旁路放風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)踐研究

渠 華，嵇 磊，潘小平，姚瑞宏（.江蘇天山水泥集團(tuán)有限公司，江蘇 無錫，45；.中材國際環(huán)境工程（北京）有限公司，北京，000；.宜興天山水泥有限責(zé)任公司，江蘇 宜興，455）

0 引言

近年來，隨著我國城市生活垃圾產(chǎn)生量的迅速增加，生活垃圾合理處置的問題也越來越嚴(yán)峻。水泥窯因其特有的高溫、堿性環(huán)境，已被若干工程案例證實(shí)是生活垃圾資源化和無害化處置的有效途徑。然而生活垃圾中不可避免地含有氯、鉀、鈉、硫等對熟料生產(chǎn)不利的有害元素，這些元素若超過某一限值即可對燒成系統(tǒng)的工況和熟料質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，如煙室及預(yù)熱器結(jié)皮、窯筒體結(jié)皮、熟料氯含量偏高等。

旁路放風(fēng)技術(shù)無疑是解決這一問題的有效方法，其基本原理是在窯尾煙室附近新增一引風(fēng)管，將窯內(nèi)含有氯、鉀、鈉、硫等元素的無機(jī)鹽類化合物或其離子態(tài)物質(zhì)的高溫含塵熱煙氣，強(qiáng)制引出窯系統(tǒng)，降低上述有害元素在窯系統(tǒng)內(nèi)的濃度，減少系統(tǒng)結(jié)皮堵塞的概率。筆者以天山水泥某5000t/d熟料生產(chǎn)線協(xié)同處置450t/d生活垃圾工程為例，論述了旁路放風(fēng)系統(tǒng)的工藝流程和裝備配制，對實(shí)際運(yùn)行過程中的技術(shù)問題進(jìn)行了分析。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 基本情況

我廠協(xié)同處置生活垃圾項(xiàng)目采用中材環(huán)境的預(yù)分選技術(shù)，將生活垃圾分選為可燃垃圾、無機(jī)物、金屬垃圾和滲濾液，其中可燃垃圾喂入分解爐替代部分煤粉燃燒處置。可燃垃圾的綜合平均含水率約為45%，氯元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.456%（收到基），設(shè)計(jì)入爐處置能力為10t/h，出庫生料的氯含量為0.020%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）。協(xié)同處置生活垃圾之前，預(yù)熱器C5下料管內(nèi)熱生料的氯含量約為0.6%～0.8%，窯系統(tǒng)結(jié)皮結(jié)圈現(xiàn)象不明顯。協(xié)同處置生活垃圾后，當(dāng)旁路放風(fēng)不運(yùn)行時(shí)，預(yù)熱器C5下料管內(nèi)熱生料中的氯含量最高可達(dá)2.0%，出現(xiàn)了下料管結(jié)皮、煙室結(jié)皮和窯結(jié)圈的現(xiàn)象，因此有必要新增旁路放風(fēng)系統(tǒng)。

1.2 旁路放風(fēng)工藝流程

我廠旁路放風(fēng)系統(tǒng)采用“一級急冷+二級冷卻器+袋式除塵”的技術(shù)路線，即在煙室部位新增一根引風(fēng)管，窯內(nèi)高溫含塵熱煙氣流進(jìn)急冷室與冷卻風(fēng)機(jī)鼓入的冷風(fēng)充分混合冷卻，急冷室出口煙氣溫度控制在370℃以下，混合風(fēng)再進(jìn)入旋風(fēng)收塵器，密度較大的顆粒（粗粉）被收集后返回窯內(nèi)，密度較小的顆粒（細(xì)粉）隨廢氣進(jìn)入風(fēng)冷式多管冷卻器再次冷卻至220℃左右，進(jìn)入袋式收塵器，余風(fēng)通過尾排風(fēng)機(jī)引入窯尾煙囪，收塵灰（旁路放風(fēng)灰）進(jìn)入灰倉儲(chǔ)存，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)放風(fēng)比例為7%，工藝流程見圖1，主機(jī)設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 旁路放風(fēng)系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備參數(shù)

圖1 旁路放風(fēng)系統(tǒng)工藝流程圖

2 運(yùn)行效果

2.1 引風(fēng)管優(yōu)化

旁路放風(fēng)系統(tǒng)開機(jī)運(yùn)行后，急冷室下方的引風(fēng)管內(nèi)常出現(xiàn)結(jié)皮堵死現(xiàn)象，直觀表現(xiàn)是急冷室出口溫度接近室溫。取結(jié)皮料進(jìn)行化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)多次清理結(jié)皮時(shí)結(jié)皮的外觀和物理特性基本分為三類：（1）質(zhì)地致密堅(jiān)硬，落地有陶瓷片的清脆聲，顏色呈深灰色；（2）質(zhì)地較堅(jiān)硬，外觀呈片狀，表面可見孔隙；（3）質(zhì)地疏松，用手可捏碎，顏色呈灰白色。對這三類代表性的結(jié)皮進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果見表2。

通過表2的數(shù)據(jù)初步發(fā)現(xiàn)，第一類結(jié)皮的有害成分中，硫含量高；第二類結(jié)皮的有害成分中氯和鉀的含量高；第三類結(jié)皮中沒有含量特別高的有害成分，但氯和鉀的含量明顯高于入窯生料和熟料。筆者分析認(rèn)為，高溫?zé)煔庵新?、硫、鉀的無機(jī)物呈氣態(tài)，進(jìn)入引風(fēng)管道后迅速離開高溫環(huán)境，氣態(tài)無機(jī)物冷凝為固態(tài)，吸附在熱的生料粉內(nèi)，而熱的生料粉又冷凝在溫度相對低的引風(fēng)管道內(nèi)壁產(chǎn)生結(jié)皮，同時(shí)，氣態(tài)無機(jī)物也會(huì)直接在引風(fēng)管內(nèi)壁澆注料上冷凝富集，逐步堵塞引風(fēng)管。

表2 引風(fēng)管內(nèi)三類結(jié)皮化學(xué)成分分析 %

為此，在利用停窯時(shí)間，通過調(diào)整引風(fēng)管的走向，將引風(fēng)管的長度由2m縮短至1.5m，同時(shí)在引風(fēng)管上新增4臺(tái)空氣炮定時(shí)清理結(jié)皮。圖2顯示的是改造前后引風(fēng)口的結(jié)皮情況，從改造后的運(yùn)行效果來看，引風(fēng)管道的結(jié)皮明顯減少，保證了旁路放風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 改造前后引風(fēng)管內(nèi)結(jié)皮情況

2.2 除氯效果分析

引風(fēng)管技改后，在旁路放風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行且協(xié)同處置生活垃圾的情況下，統(tǒng)計(jì)了10月20日到12月3日這一時(shí)間段預(yù)熱器C5下料管內(nèi)熱生料的氯含量，結(jié)果見圖3。從圖3中可以看出，同等放風(fēng)比例的前提下，在協(xié)同處置生活垃圾初期（即A豎線往左區(qū)域），C5下料管內(nèi)熱生料的氯含量基本在0.8%左右，旁路放風(fēng)灰的氯含量為14.76%；隨著運(yùn)行時(shí)間的增加（即A豎線與B豎線之間區(qū)域），C5下料管內(nèi)熱生料的氯含量上升至1.2%左右并趨于穩(wěn)定，這可能是隨著時(shí)間的推移，氯元素在窯系統(tǒng)內(nèi)不斷富集并趨于吸附脫附平衡；后續(xù)提高了旁路放風(fēng)尾排風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（即B豎線右部區(qū)域），提高了放風(fēng)量，繼續(xù)跟蹤觀測C5下料管內(nèi)熱生料氯含量，發(fā)現(xiàn)其含量有下降趨勢，并穩(wěn)定在1.1%左右，且檢測到旁路放風(fēng)灰中的氯含量為18.26%，這說明提高尾排風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，有利于旁路放風(fēng)系統(tǒng)氯元素的外排。

圖3 C5下料管內(nèi)熱生料氯含量與時(shí)間的變化趨勢

2.3 放風(fēng)量測算

生活垃圾系統(tǒng)和窯工況相對穩(wěn)定時(shí)，旁路放風(fēng)尾排風(fēng)機(jī)頻率給定40Hz，冷卻風(fēng)機(jī)給定25Hz，檢測了旁路放風(fēng)系統(tǒng)各位置的煙氣量和粉塵濃度，其結(jié)果見表3。

表3 旁路放風(fēng)系統(tǒng)的煙氣量及粉塵濃度測試結(jié)果(標(biāo)況下)

在標(biāo)況狀態(tài)下，根據(jù)表4的數(shù)據(jù)以及公式（1）可估算出旁路放風(fēng)量，經(jīng)計(jì)算得到旁路放風(fēng)量為6392 m3/h，旁路放風(fēng)比例為7.02%，與設(shè)計(jì)目標(biāo)基本相符。

2.4 旋風(fēng)筒收塵效率與除氯效果的關(guān)系研究

我廠在旁路放風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，分別測試了旁路放風(fēng)系統(tǒng)旋風(fēng)筒入口含塵濃度、出口含塵濃度，并計(jì)算得到了該旋風(fēng)筒的收塵效率約為82.95%。測試了煙室粉塵中的氯含量為4.22%、旋風(fēng)筒出口粉塵中的氯含量為19.5%、旋風(fēng)筒下料管粉塵中的氯含量為1.63%，細(xì)粉氯含量約為粗粉氯含量的12倍。此外，我們還測試了旋風(fēng)筒下料管粉塵的粒徑分布（粗粉）以及旋風(fēng)筒出口粉塵的粒徑分布（細(xì)粉），見圖4和圖5。從圖4，5可以看出，粗粉的粒徑分布范圍較寬，80 μm以下的占到了85%左右，細(xì)粉的粒徑分布范圍較窄，13 μm以下的占到了85%左右。

圖4 粗粉的粒徑分布

圖5 粗粉的粒徑分布

根據(jù)上述測試分析數(shù)據(jù)，我們初步認(rèn)為，旁路放風(fēng)熱煙氣中的氯，絕大部分是以氣態(tài)或離子態(tài)的形式存在于氣體中，而并非附著在煙室高溫氣流的粉塵中；所謂“細(xì)粉”，一方面是煙室熱煙氣中夾帶的粒徑較小的那部分生料粉，因其比表面積大，吸附氯元素的能力較大，使得其氯含量高于粗粉；另一方面，也可能是煙室熱煙氣中氣態(tài)或離子態(tài)的氯與氣態(tài)的堿金屬或堿土金屬，在低溫狀態(tài)下重新整合形成的氯堿鹽顆粒，使得其氯含量高于粗粉。

進(jìn)而可以得知，該旁路放風(fēng)旋風(fēng)筒的分離效率若過高，含有較高氯含量的細(xì)粉不能被排出系統(tǒng)外，仍回至窯系統(tǒng)，除氯效果會(huì)有所下降；若分離效率過低，大量生料粉吸附氯元素后外排，除氯效率會(huì)有所提高，但提高的幅度不大，且大量熱生料排出窯系統(tǒng)也會(huì)影響燒成熱耗且對后續(xù)旁路放風(fēng)灰的輸送能力提出更高要求。因此，根據(jù)我廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，該旁路放風(fēng)旋風(fēng)筒的收塵效率控制在80%～85%之間比較合理。

3 結(jié)語

（1）本水泥窯協(xié)同處置生活垃圾項(xiàng)目旁路放風(fēng)系統(tǒng)采用“一級急冷+二級冷卻器+袋式除塵”的技術(shù)路線，旁路放風(fēng)的比例穩(wěn)定在7.02%，預(yù)熱器C5下料管生料中的氯含量可保持1.2%左右，旁路放風(fēng)灰中氯含量達(dá)到19%以上，除氯效果明顯。

（2）縮短引風(fēng)口至急冷室距離優(yōu)化并加裝空氣炮，有利于旁路放風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）煙室高溫含塵煙氣中，氯元素是以氣態(tài)或離子態(tài)的形式存在于廢氣中而不是附著在粉塵中。

（4）高溫含塵煙氣經(jīng)急冷室后進(jìn)入旋風(fēng)筒，旋風(fēng)筒出口粉塵中的氯含量明顯高于旋風(fēng)筒下料管粉塵中的氯含量。

（5）旁路放風(fēng)系統(tǒng)中旋風(fēng)筒的分離效率不宜過高，最佳控制范圍為：80%～85%。