利用水泥窯協(xié)同處置危廢對(duì)熟料煅燒的影響

邢立軍 耿欣 段怡彤 袁松 景國(guó)瑞

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司， 北京 100032）

在城市化和工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展下， 城市中危險(xiǎn)廢物的產(chǎn)量也隨之急劇增加， 并呈現(xiàn)多樣化和復(fù)雜性的特點(diǎn)。 水泥窯協(xié)同處置工藝在經(jīng)過多年的改進(jìn)和優(yōu)化之后， 呈現(xiàn)出極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)， 如處置量大、 處置徹底、 環(huán)保性強(qiáng)、 投資少、 利用率高等， 都是保證危廢處置安全性和高效性的重要特征， 已經(jīng)逐漸成為危廢處置的主流選擇。 因水泥窯處置危廢與水泥生產(chǎn)二者為協(xié)同運(yùn)作， 在處置危廢的過程中會(huì)對(duì)水泥熟料的煅燒產(chǎn)生一定影響， 本文主要對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行一定的分析。

1 水泥窯協(xié)同處置危廢的概念

以當(dāng)前市場(chǎng)上所常見的危廢種類為例， 其化學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜程度已經(jīng)變得越來越高， 根本無法直接將其放入到焚燒爐當(dāng)中， 容易產(chǎn)大量的有害廢氣。 因此，需要將這些危廢物按照一定的比例， 做好配伍處理，對(duì)其中有害元素進(jìn)行降低處理， 然后再實(shí)施焚燒處置。 在危廢物處置的各類工藝技術(shù)當(dāng)中， 水泥窯協(xié)同處置憑借著無害化、 資源化和減量化的特征， 成為主流的危廢處置方法。 這種方式是對(duì)水泥窯特有的高溫性、 停留時(shí)間長(zhǎng)與堿性環(huán)境的特征進(jìn)行積極地利用， 以此種特征來實(shí)現(xiàn)對(duì)各種有害性的化學(xué)物質(zhì)的分解和降解， 讓大部分的有害重金屬元素可以被固化在水泥熟料當(dāng)中， 不需要經(jīng)過二次處理即可完成焚燒處置， 水泥窯中的各廢氣均經(jīng)過高溫焚燒和水泥窯尾氣處理系統(tǒng)的處理， 其排放符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求， 污染低、 環(huán)保性高。

2 水泥窯協(xié)同處置危廢的優(yōu)勢(shì)

發(fā)達(dá)國(guó)家將水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物作為國(guó)際公認(rèn)的環(huán)保型危廢處置手段， 在水泥行業(yè)已安全運(yùn)行三十多年， 在很多方面都表現(xiàn)出不可比擬的優(yōu)勢(shì)特征。

2.1 危廢物無害化徹底

水泥窯中的氣體溫度最高可達(dá)1700℃以上， 物料溫度最高可達(dá)到1450℃， 危廢物可以在其中的停留超過30min 的時(shí)間， 讓整個(gè)焚燒過程都處于較高溫度和較長(zhǎng)的焚燒時(shí)間當(dāng)， 具有良好的焚燒效果。 加之水泥窯屬于氣固兩相混合的狀態(tài)， 此種氛圍對(duì)危廢物的分解具有一定的促進(jìn)性作用， 同時(shí)窯內(nèi)所呈現(xiàn)出的堿性氛圍， 也可以對(duì)焚燒所產(chǎn)生酸性氣體進(jìn)行有效吸收。 總言之， 使用水泥窯協(xié)同處置危廢， 可以有效保證危廢物的處置的徹底性和無害化。

2.2 無灰渣二次處理問題

水泥窯協(xié)同處置危廢時(shí)， 對(duì)危廢物焚燒之后所產(chǎn)生的灰渣， 會(huì)直接地參與到水泥熟料的煅燒過程當(dāng)中， 從而成為熟料的基本組成。 其中的一些重金屬元素也會(huì)被固化在水泥熟料的礦物質(zhì)晶體當(dāng)中， 以固化的形態(tài)存在于爐中， 最大化地減少污染性問題， 讓焚燒中的灰渣得到直接的利用， 減少了灰渣二次處理的問題， 屬于無害化處置工藝。

2.3 危廢物中各類成分均被充分利用

使用水泥協(xié)同處置技術(shù)， 讓危廢物中所存在的有機(jī)和無機(jī)成分都得到了充分地利用。 因?yàn)槠渲械挠袡C(jī)質(zhì)和可燃性成分在窯內(nèi)煅燒時(shí)， 會(huì)形成一定的熱量，足夠滿足自身的水分蒸發(fā)。 焚燒后所產(chǎn)生的殘?jiān)鼊偤檬撬嗌a(chǎn)中所使用的原料組成， 無任何浪費(fèi)現(xiàn)象，各類成分均可得到有效利用。

2.4 排放氣體高效處置

使用水泥窯協(xié)同處置方式時(shí)， 其中水泥生產(chǎn)為堿性環(huán)境， 能夠?qū)ξU物中的硫、 氯等有害物質(zhì)進(jìn)行有效的吸收， 對(duì)改善污染排放和環(huán)保質(zhì)量提升具有重要的意義。 水泥窯工藝中所使用的各類新型技術(shù)內(nèi)容， 以干法水泥窯工藝為例， 更是減少了煙氣和粉塵的外溢問題， 最大限度地減少了危廢物處置過程中可能出現(xiàn)的再污染問題。

2.5 危廢物處理穩(wěn)定性

使用水泥窯協(xié)同處置危廢的過程中所使用到的回轉(zhuǎn)窯， 其規(guī)格要明顯大于普通的焚燒爐， 具有較高的熱穩(wěn)定性特征， 能夠?yàn)樗嗌a(chǎn)和危廢物的處理提供穩(wěn)定且連續(xù)的焚燒環(huán)境（1000 ～1450℃高溫）， 具有抵抗危險(xiǎn)廢物處理量波動(dòng)和進(jìn)料溫度波動(dòng)的重要作用。 簡(jiǎn)言之， 水泥窯協(xié)同處置危廢具有熱容量大、 工況穩(wěn)處理量大的重要優(yōu)勢(shì)。

2.6 投資費(fèi)用低

水泥窯協(xié)同處置危廢的方式， 是對(duì)已有的水泥回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行利用， 讓危廢物處置和水泥的生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)同時(shí)進(jìn)行， 以這種處置方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有工藝設(shè)備的充分利用， 最大限度地減少投資和運(yùn)行方面的費(fèi)用。

3 水泥窯協(xié)同處置危廢對(duì)熟料煅燒的影響

3.1 窯頭處置危廢對(duì)熟料煅燒的影響

窯頭處置廢棄物所處置的內(nèi)容主要垃圾焚燒所產(chǎn)生的飛灰和廢液。

3.1.1 窯頭處置飛灰對(duì)熟料煅燒的影響

首先， 在對(duì)垃圾焚燒的飛灰進(jìn)行窯頭處置時(shí)， 會(huì)將固體顆粒物從窯頭的位置噴入進(jìn)去， 使其經(jīng)過窯內(nèi)并保持在燃燒狀態(tài)。 在此階段當(dāng)中， 顆粒物會(huì)在窯內(nèi)占據(jù)煤粉的燃燒空間， 對(duì)窯頭火焰形狀與煤粉燃燒效果都會(huì)產(chǎn)生影響， 進(jìn)而影響到水泥熟料的煅燒效果；其次， 在開展窯頭處置飛灰的危廢處理工作時(shí)， 固體的顆粒物在進(jìn)入到窯內(nèi)之后， 經(jīng)過一定的停留之后會(huì)產(chǎn)生一定的阻力， 讓窯內(nèi)的差壓出現(xiàn)增大的現(xiàn)象， 易對(duì)窯內(nèi)的通風(fēng)產(chǎn)生不良影響。 若窯內(nèi)風(fēng)速過快， 會(huì)對(duì)窯頭的煤粉燃燒產(chǎn)生不利影響， 不利于其充分燃燒， 進(jìn)而導(dǎo)致燒成帶溫度的下降和窯內(nèi)結(jié)圈現(xiàn)象的發(fā)生， 對(duì)水泥熟料煅燒效果產(chǎn)生不利影響； 最后是對(duì)飛灰進(jìn)行處置的過程當(dāng)中， 會(huì)存在一部分飛灰從三次風(fēng)管進(jìn)入到分解爐當(dāng)中的現(xiàn)象， 易對(duì)其工況產(chǎn)生不良的影響。

3.1.2 窯頭處置廢液對(duì)熟料煅燒的影響

對(duì)于窯頭處置中的危廢物廢液而言， 其對(duì)水泥煅燒所產(chǎn)生的影響主要表現(xiàn)在廢液的水分和熱值兩個(gè)方面。 一般而言， 如果廢液中的水分含量越大， 那么入窯二次風(fēng)溫就會(huì)表現(xiàn)得越低， 會(huì)對(duì)熟料煅燒的效果產(chǎn)生不利的影響。 對(duì)于廢液中的水分而言， 當(dāng)煤粉燃燒時(shí)， 廢液中的水分能夠從其中吸收大量的熱量， 導(dǎo)致出現(xiàn)降低燃燒溫度和二次風(fēng)溫的效果。 水分在受到熱汽化影響后會(huì)出現(xiàn)體積增大的現(xiàn)象， 并且會(huì)伴有水蒸氣， 對(duì)空氣進(jìn)入到燃燒區(qū)的過程產(chǎn)生一定的阻礙。 總體而言， 窯內(nèi)的水蒸氣增多會(huì)讓窯內(nèi)差壓隨之增大，且對(duì)煤粉的燃燒程度產(chǎn)生不利影響， 造成熟料煅燒效果差的現(xiàn)象。

3.1.3 窯頭處置沾染物對(duì)熟料煅燒的影響

常見的廢油沾染物主要包括廢棄油桶、 廢油濾芯以及被油類等危險(xiǎn)物質(zhì)所沾染的用品， 大部分都具有形狀不規(guī)則且燃燒速度比較慢的表現(xiàn)特點(diǎn)。 窯頭處置沾染物時(shí)， 大都是采用人工加入的方式， 其中的一些可燃燒的部分會(huì)為水泥熟料的煅燒提供少量熱量， 而不可燃燒的部分會(huì)經(jīng)由篦冷機(jī)被排放到熟料庫(kù)當(dāng)中。沾染物入窯頭一般是由工作人員將其通過窯頭罩清料孔門之后進(jìn)行燃燒， 并且需要將孔門保持在適當(dāng)?shù)拇笮。?避免給系統(tǒng)的負(fù)壓產(chǎn)生不良影響， 給工作人員的正常工作造成一定的安全隱患。 大部分的沾染物都是帶有熱值的廢棄物， 因此焚燒的過程中容易對(duì)二次風(fēng)溫和三次風(fēng)溫進(jìn)行提升， 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水泥熟料煅燒環(huán)境有的改善， 在提高燒成溫度方面也可發(fā)揮出重要意義。 但是在處置過程中， 若出現(xiàn)沾染物燃燒不夠充分的現(xiàn)象， 就易給處置系統(tǒng)的一氧化碳含量造成影響， 會(huì)因一氧化碳濃度過高導(dǎo)致報(bào)警現(xiàn)象的發(fā)生， 進(jìn)而造成窯尾電收塵跳停的問題。 因此， 為了對(duì)沾染物的燃燒充分性進(jìn)行保證， 需對(duì)其實(shí)施粉碎處理， 并且需要在出熟料的庫(kù)皮帶上增加除鐵器， 以此種方式來減少對(duì)后續(xù)工序所產(chǎn)生的不利影響。

3.2 窯尾處置固體廢棄物對(duì)熟料煅燒的影響

現(xiàn)階段的窯尾固體廢棄物處置工作， 主要有可燃固態(tài)廢棄物（沾染物為主） 和漿渣廢棄物（固液混合物為主） 兩個(gè)大的部分。

3.2.1 窯尾處置沾染物對(duì)熟料煅燒的影響

窯尾對(duì)沾染物為主的可燃固體危廢的處置， 需要將沾染物進(jìn)行的處置量進(jìn)行合理控制， 保證其可以經(jīng)過小孔之后進(jìn)入到分解爐當(dāng)中。 在具體的處置過程當(dāng)中， 需要對(duì)清料孔門的開度進(jìn)行合理的控制， 容易給系統(tǒng)風(fēng)量產(chǎn)生影響， 需要將其控制在20cm以內(nèi)。 另外， 需要對(duì)粒度大和不容易分散的沾染物進(jìn)行關(guān)注，容易出現(xiàn)燃燒時(shí)間長(zhǎng)和燃盡率的問題， 導(dǎo)致一氧化碳出現(xiàn)， 影響到分解爐的溫度， 對(duì)窯況穩(wěn)定性和水泥熟料的煅燒效果都會(huì)產(chǎn)生不利影響， 也會(huì)在一定程度上影響到系統(tǒng)整體運(yùn)行的安全性， 對(duì)整體的操作調(diào)整也會(huì)產(chǎn)生不良影響。 分解爐中的燃燒空氣主要可以為一次風(fēng)和三次風(fēng)， 其中一次風(fēng)會(huì)將燃料攜帶到分解爐當(dāng)中， 但因受到風(fēng)速比較低且燃燒量比較少的影響， 使得二者無法形成流股， 受到高速旋轉(zhuǎn)氣流的沖擊性影響之后， 導(dǎo)致燃料顆粒常以懸浮狀分散在氣流當(dāng)中，表現(xiàn)出各顆粒獨(dú)立燃燒的現(xiàn)象， 最終形成輝焰燃燒。

3.2.2 窯尾處置漿渣對(duì)熟料煅燒的影響

漆渣、 廢膠、 沾染物、 催化劑、 活性炭有機(jī)淤泥等屬于常見的漿渣危廢。 窯尾對(duì)砂漿的處置過程當(dāng)中， 對(duì)熟料煅燒產(chǎn)生影響的因素主要有水分、 熱值和有害成分等， 容易導(dǎo)致煙室結(jié)皮現(xiàn)象， 進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)通風(fēng)性產(chǎn)生不良影響。 因此， 在對(duì)漿渣廢棄物進(jìn)行處置時(shí)， 一定要將水分做出合理控制。 將以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)作為主要的依據(jù)來看， 當(dāng)水分的含量超出50%時(shí)， 容易給分解爐的工況產(chǎn)生較大的影響， 對(duì)熟料煅燒的效果會(huì)有很大影響。 另外， 開展處置工作時(shí)， 需要以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為前提， 盡可能地減少有害成分， 對(duì)煙室結(jié)皮或者窯內(nèi)結(jié)后圈的現(xiàn)象進(jìn)行有效規(guī)避， 避免給系統(tǒng)的通風(fēng)性產(chǎn)生不良的影響。 此外， 高熱值的漿渣還可以實(shí)現(xiàn)降低煤耗的重要作用， 對(duì)漿渣熱值與分解爐用煤的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析， 可以見表1， 由此可知， 熱值低的漿渣不具備降低煤耗的作用， 甚至還會(huì)導(dǎo)致煤耗出現(xiàn)上漲的現(xiàn)象， 漿渣熱值低于6360kJ/kg時(shí)， 不會(huì)對(duì)系統(tǒng)降耗產(chǎn)生較大影響， 當(dāng)漿渣熱值被控制在8450kJ/kg以上時(shí)， 才會(huì)對(duì)熟料煅燒的效果進(jìn)行有效的改善， 并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行起到一定的節(jié)能作用。

表1 漿渣熱值與分解爐用煤的關(guān)系

3.2.3 漿渣入口位置對(duì)熟料煅燒的影響

將漿渣入口點(diǎn)設(shè)計(jì)在煙室斜坡頂部正中央的位置， 當(dāng)漿渣投入量超過2.0t/h 時(shí)， 就會(huì)出現(xiàn)燃盡率低的問題， 并在煙室斜坡處出現(xiàn)堆積問題， 因?yàn)榱鲃?dòng)性較差， 很容易就會(huì)影響到通風(fēng)性， 與煙氣一起逐步地形成大塊的結(jié)皮現(xiàn)象， 給熟料的煅燒效果造成不利影響。 將漿渣入口設(shè)計(jì)在三次風(fēng)管處， 能夠讓危廢物在此處燃盡之后進(jìn)入到分解爐或掉落到煙室斜坡當(dāng)中，避免出現(xiàn)煙室結(jié)皮和斜坡積料現(xiàn)象的發(fā)生。 一般而言， 落料點(diǎn)與分解爐距離1m左右方便漿渣燃盡， 并最大程度地減少對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。 此外， 還需要對(duì)爐型的選擇進(jìn)行綜合的考量， 需以單雙風(fēng)道的風(fēng)量為依據(jù)來做出具體的選擇。 一般而言， 單風(fēng)道具有入口風(fēng)量大的特點(diǎn)， 富氧環(huán)境下的漿渣可以得到更為充分的燃燒； 雙風(fēng)道具有入口風(fēng)量小的特征， 其落料點(diǎn)可以適當(dāng)?shù)叵蛉物L(fēng)管側(cè)進(jìn)行移動(dòng)， 以助于漿渣的有效燃燒。

3.3 危廢中有害成分對(duì)熟料煅燒的影響

危廢中影響熟料煅燒的有害化學(xué)成分主要有： S、Cl、 重金屬、 堿金屬等。

3.3.1 窯尾結(jié)皮對(duì)熟料煅燒的影響

危廢漿渣中的堿金屬和含硫物質(zhì)等有害成分會(huì)對(duì)水泥熟料中的硫堿比產(chǎn)生影響， 其中的Cl在窯內(nèi)循環(huán)富集會(huì)有起到催生結(jié)皮的作用， 尤其容易在關(guān)鍵部位形成結(jié)皮， 會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)的通風(fēng)面積都產(chǎn)生影響，使得窯內(nèi)的溫度場(chǎng)受到一定的變化， 造成系統(tǒng)風(fēng)速的加快， 縮短了窯頭和分解爐中的內(nèi)部物料和燃料的停留時(shí)間， 對(duì)熟料煅燒的效果產(chǎn)生不良的影響。 對(duì)漿渣投入前后系統(tǒng)各處結(jié)皮的成分進(jìn)行一定的分析可以看出， 如表2 所示（結(jié)皮1 為73m窯結(jié)圈處窯皮樣，結(jié)皮2 為C溜管結(jié)皮樣， 結(jié)皮3 為漿渣投入前C溜管結(jié)皮樣）： 將漿渣投入后， 結(jié)皮中的硫堿比出現(xiàn)明顯增大的現(xiàn)象， 結(jié)皮有明顯的增多現(xiàn)象， 其中的含硫物質(zhì)最容易催生結(jié)皮現(xiàn)。 漿渣投入之后的有害成分也表現(xiàn)出不斷循環(huán)和富集的現(xiàn)象， 會(huì)有在結(jié)皮中表現(xiàn)為沉積的現(xiàn)象。

表2 漿渣投入前后系統(tǒng)結(jié)皮的成分（%）

3.3.2 氯離子催生預(yù)熱器結(jié)皮生長(zhǎng)

危廢中的有害成分Cl容易在燒成系統(tǒng)中產(chǎn)生RCl， 在高溫下表現(xiàn)為極高的揮發(fā)特性， 揮發(fā)后的RCl以氣態(tài)形式進(jìn)入預(yù)熱器系統(tǒng)， 當(dāng)窯氣向窯尾移動(dòng)時(shí)，溫度降低， 又會(huì)附著在物料上回到回轉(zhuǎn)窯， 反復(fù)循環(huán)， 逐漸形成氯堿循環(huán)富集， 將預(yù)熱器的生料氯化物提高百倍， 對(duì)其危害性程度進(jìn)行增強(qiáng)， 致預(yù)熱器中出現(xiàn)結(jié)皮現(xiàn)象。 其中， 以KCl為例， 它的存在會(huì)直接促進(jìn)礦物的形成， 促使預(yù)熱器中的結(jié)皮生長(zhǎng)。 此外， 這種類型的礦物在高溫時(shí)會(huì)表現(xiàn)為非常大的強(qiáng)度， 使得預(yù)熱器中已經(jīng)形成的結(jié)皮無法得到良好地清理， 很容易導(dǎo)致通風(fēng)不良和預(yù)熱器堵塞的現(xiàn)象， 嚴(yán)重的情況甚至可能會(huì)出現(xiàn)逼火現(xiàn)象發(fā)生， 造成熟料煅燒過程中的短焰急燒、 黃心料多等問題的出現(xiàn)。

3.3.3 堿金屬、 硫元素催生結(jié)皮

水泥熟料煅燒中的晶體經(jīng)常會(huì)有以硫元素和堿金屬的形態(tài)出現(xiàn)， 并發(fā)揮出各自的作用。 其中的硫元素經(jīng)常是以SO形式來產(chǎn)生相應(yīng)的作用， 具有降低熟料液相出現(xiàn)溫度和黏度概率的作用。 若堿金屬 （鉀、鈉、 鎂等） 與硫元素發(fā)生反應(yīng)之后還存在過剩的硫元素， 就會(huì)造成硫酸堿（RSO） 現(xiàn)象的發(fā)生， 粘附在預(yù)熱器的上升煙道或卸料溜子上， 以結(jié)皮的形式表現(xiàn)出來， 甚至?xí)纬啥氯F(xiàn)象， 對(duì)正常的水泥熟煅燒生產(chǎn)產(chǎn)生極大影響。

4 結(jié)語

綜上所述， 在對(duì)危廢物進(jìn)行處置時(shí)， 選用水泥窯協(xié)同處置的方式， 能夠在不少方面表現(xiàn)出良好的效果， 處置量大、 處置徹底、 環(huán)保性強(qiáng)、 投資少、 利用率高等， 都是保證危廢處置安全性和高效性的重要特征。 在對(duì)固體危廢物進(jìn)行處置后， 結(jié)皮中硫堿比會(huì)有增大且結(jié)皮增多的現(xiàn)象， 這說明有害成分依舊會(huì)對(duì)水泥窯產(chǎn)生一定的影響， 需要對(duì)有害成分實(shí)施一定的控制， 以保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。