熱盤(pán)爐在水泥窯協(xié)同處置中的應(yīng)用

危險(xiǎn)廢物是被列入國(guó)家《危險(xiǎn)廢物名錄》或根據(jù)國(guó)家規(guī)定的危險(xiǎn)廢物鑒定標(biāo)準(zhǔn)和鑒定方法認(rèn)定的具有危險(xiǎn)廢物特性的廢物。危險(xiǎn)廢物具有的腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性或者感染性，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康構(gòu)成嚴(yán)重危害。危險(xiǎn)廢物雖具有較高的危險(xiǎn)性，但部分物料具有高熱值、高鈣、高鐵等特點(diǎn)，無(wú)害化處置后完全滿足水泥窯配料需求，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也積極響應(yīng)了國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”的環(huán)保理念。水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物首先將物料進(jìn)行預(yù)處理后，經(jīng)SMP系統(tǒng)配送到窯系統(tǒng)內(nèi)，傳統(tǒng)的處置方法為直接將物料泵送到三次風(fēng)管內(nèi)，不利于物料的充分燃燒及打散效果，極易造成堵料及NOx的波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)因排放不達(dá)標(biāo)等環(huán)保事件導(dǎo)致窯系統(tǒng)停機(jī)，國(guó)內(nèi)大多數(shù)處置企業(yè)處置臺(tái)時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)產(chǎn)能10t/h，普遍維持在2t/h以下，很難對(duì)水泥窯產(chǎn)生較大的正向貢獻(xiàn)。洛陽(yáng)海中環(huán)?？萍加邢挢?zé)任公司通過(guò)不斷摸索與調(diào)研，通過(guò)增加熱盤(pán)爐燃燒技術(shù)，在水泥熟料質(zhì)量指標(biāo)受控的前提下，極大地提高了處置能力。1、實(shí)驗(yàn)用料1.1配伍方案及物料特性表1為危廢來(lái)源及主要有害成分分析。從表1可以看出，油泥、活性炭、廢有機(jī)溶劑及廢機(jī)油具有較高的熱值，為窯系統(tǒng)節(jié)能降耗提供正向貢獻(xiàn)。其中廢有機(jī)溶劑及油泥具有較好的流動(dòng)性，將大部分有機(jī)物進(jìn)行充分溶解，降低大分子物料的不完全燃燒。低含液率在不吸收系統(tǒng)熱量的同時(shí)利用物料的充分燃燒，降低分解爐內(nèi)NOx的波動(dòng)。表1危廢來(lái)源及主要有害成分分析廢膠、蒸餾殘?jiān)?、漆渣均為大分子黏稠性物料，更好地黏合稀物料，降低泵送時(shí)物料回流及漏料情況；同時(shí)大分子物質(zhì)的燃燒速率較慢，持續(xù)不斷地釋放熱量，避免物料瞬間的不充分燃燒導(dǎo)致窯尾煙氣的波動(dòng)，造成環(huán)保事件的發(fā)生。砷鈣渣、反應(yīng)基廢物雖無(wú)熱值，但更易于調(diào)節(jié)物料的稀稠狀態(tài)，便于物料形成膏狀形態(tài)，更利于物料在管道內(nèi)的泵送，避免尖銳物料沉積導(dǎo)致漿渣管道堵塞。通過(guò)摸索熱盤(pán)爐與窯系統(tǒng)的配合，降低物料燃燒對(duì)窯系統(tǒng)尾氣排放的影響，配伍優(yōu)化后的物料指標(biāo)如表2所示，熱值8.08MJ/kg，含液率為45.87%，燒失量69.88%，主要有害成分控制氯離子為0.36%，漿渣物料總鉻含量為169ppm。配伍后漿渣物料狀態(tài)見(jiàn)圖1。表2配伍后物料熱值及成分分析圖1配伍后漿渣物料狀態(tài)1.2燃燒特性漿渣物料不同溫度下燃燒狀態(tài)見(jiàn)圖2。如圖2所示，（a）為物料原始狀態(tài)，質(zhì)量為10g。實(shí)驗(yàn)條件為：圖2漿渣物料不同溫度下燃燒狀態(tài)（1）用灰皿盛10g左右的漿渣，分別在800℃、900℃、1?000℃下燒，放進(jìn)去開(kāi)始計(jì)時(shí)，到出現(xiàn)明火時(shí)算初燃時(shí)間，明火熄滅時(shí)算燃盡時(shí)間。（2）800℃實(shí)驗(yàn)時(shí)，馬弗爐溫度統(tǒng)一設(shè)定為850℃；900℃實(shí)驗(yàn)時(shí)，馬弗爐溫度統(tǒng)一設(shè)定為950℃；1?000℃實(shí)驗(yàn)時(shí)，馬弗爐溫度統(tǒng)一設(shè)定為1?050℃，主要考慮觀察時(shí)爐門(mén)是半開(kāi)狀態(tài)，內(nèi)部溫度會(huì)有所下降。從表3數(shù)據(jù)物料燃燒特性可知，燃燒溫度越高，危廢混合物開(kāi)始燃燒時(shí)間越短，總?cè)紵龝r(shí)間也越短，而且燃盡率越高，因此熱盤(pán)爐內(nèi)適宜燃燒溫度為1?000℃，危廢在爐內(nèi)停留時(shí)間至少達(dá)到220s以上。表3物料燃燒特性數(shù)據(jù)注：燃盡率=[原樣質(zhì)量×（1-水分）-剩余質(zhì)量]/[原樣質(zhì)量×（1-水分）]×100%。2、處置方式2.1熱盤(pán)爐組成熱盤(pán)爐安裝在上升煙道與分解爐錐部之間，采用過(guò)渡連接件連接。過(guò)渡連接件替代了上升煙道和分解爐錐部的一部分。三次風(fēng)首先進(jìn)入熱盤(pán)爐而不是分解爐，此處熱盤(pán)爐內(nèi)產(chǎn)生的熱量將會(huì)運(yùn)用在煅燒過(guò)程，焚燒產(chǎn)生的殘?jiān)ɑ以龋┰谏仙裏煹纼?nèi)將被刮掉然后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯。熱盤(pán)爐主要有旋轉(zhuǎn)爐盤(pán)、SMP進(jìn)料口、刮板、三次風(fēng)管、空氣炮、高溫?cái)z像頭、溫度傳感器等，爐體采用耐火磚澆筑而成，爐徑達(dá)6.3m。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。圖3熱盤(pán)爐結(jié)構(gòu)組成2.2熱盤(pán)爐工作原理熱盤(pán)爐廢料熱能利用率很高。本項(xiàng)目設(shè)置的熱盤(pán)爐是一個(gè)直接與分解爐下部錐體相連的垃圾燃燒裝置，水泥窯高溫三次風(fēng)全部進(jìn)入熱盤(pán)爐，促使其中垃圾燃燒后所生成的1?050℃左右的氣體進(jìn)入分解爐，再與煤粉一起燃燒。從預(yù)熱器最下面第二級(jí)（C4）出口分流出一定量的熱生料（約700℃），作為輔助的供熱或預(yù)分解吸熱的載體喂入熱盤(pán)爐內(nèi)。熱盤(pán)爐產(chǎn)生的高溫氣體、垃圾的燃燒灰分、生料和小顆粒的燒結(jié)渣等均進(jìn)入分解爐；少量的較大顆粒的燒結(jié)渣則由窯尾上升煙道落下進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。即所有物料和氣體都全部取自于原系統(tǒng)又返回到原系統(tǒng)中，極少有熱損失，熱能利用率高，全部直接用于熟料燒成，裝置簡(jiǎn)單緊湊，占地面積少。其工藝流程見(jiàn)圖4。圖4熱盤(pán)爐工藝流程圖對(duì)各種廢料的適應(yīng)性很強(qiáng)：對(duì)于呈固體、膏狀、散裝、扎捆、含水分較高、熱值較低、輕質(zhì)易燒、重質(zhì)難燒、尺寸大到1.2m各種各樣的廢物均適用，其對(duì)廢物組成及其水分、熱值變化波動(dòng)的適應(yīng)性很強(qiáng)，便于調(diào)節(jié)，控制靈活。廢料在熱盤(pán)爐內(nèi)的燃燒基本上可分成兩大區(qū)域：那些小塊、輕質(zhì)易燒的廢料，如塑料、木片、織物等大都是在爐膛空間內(nèi)燃盡的；另一類(lèi)膏狀、含水多、重質(zhì)難燒的廢料，如漂白土、污泥等則大部分是在旋轉(zhuǎn)爐盤(pán)上最后被燃盡的。根據(jù)廢棄物的數(shù)量和可燃性能，爐盤(pán)的轉(zhuǎn)速在1~20r/h之內(nèi)可以變頻調(diào)控。爐盤(pán)接受廢料后，在旋轉(zhuǎn)270°的過(guò)程中，廢料即被燃盡。所有殘留在爐盤(pán)表面的殘?jiān)?jīng)固定刮板清除干凈，直接卸入上升管道中，在氣流的夾帶下按其顆粒大小實(shí)現(xiàn)上行或下落的分離作業(yè)。大開(kāi)口密閉式重型喂料閥“通吃”各種廢料：熱盤(pán)爐采用了大開(kāi)口密閉式的重型三道鎖風(fēng)閥喂料，適用于黏性易堵的膏狀、棒條狀、網(wǎng)結(jié)狀、大塊重磅的各種混合廢物，而且密封不漏風(fēng)。三道鎖風(fēng)閥和熱盤(pán)爐一樣，對(duì)喂料量和廢料組成形態(tài)波動(dòng)的承受力很強(qiáng)，可以“通吃”各種廢料。3、分析與討論3.1物料燃燒分析熱盤(pán)爐運(yùn)行較為穩(wěn)定。其產(chǎn)能的發(fā)揮，需要以窯工況和熟料質(zhì)量穩(wěn)定為前提，因此，保證窯系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。在后期的協(xié)同處置中，定期與中聯(lián)公司開(kāi)展工藝、質(zhì)量方面的交流，從窯協(xié)同處置的成分、熱值、能耗為切入點(diǎn)，找到熟料煅燒與固危廢處置的平衡點(diǎn)，充分發(fā)揮熱盤(pán)爐產(chǎn)能。熱盤(pán)爐運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表4。安裝熱盤(pán)爐前后系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表5。表4熱盤(pán)爐運(yùn)行參數(shù)表5安裝熱盤(pán)爐前后系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)對(duì)比漿渣熱值控制在7?900kJ/kg左右較為適宜，入熱盤(pán)爐焚燒不易發(fā)生爆燃現(xiàn)象，中心柱結(jié)皮量增加不明顯，窯系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定，系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整較投運(yùn)前變化不大。漿渣投運(yùn)需要注意：（1）適當(dāng)降低熱值，減少爆燃對(duì)分解爐溫度場(chǎng)影響；（2）每班需對(duì)中心柱結(jié)皮清理1次，防止結(jié)皮長(zhǎng)大塌落至窯尾；（3）降低熱盤(pán)爐轉(zhuǎn)速至7r/h，提高漿渣燃盡率。3.2圖像監(jiān)控?zé)岜P(pán)爐內(nèi)燃燒圖像見(jiàn)圖5，通過(guò)安裝高溫廣角攝像頭不僅可以看到漿渣系統(tǒng)的下料情況，且可觀察熱盤(pán)爐內(nèi)中心柱結(jié)皮情況，通過(guò)調(diào)節(jié)空氣炮時(shí)間，確保不發(fā)生堆積及結(jié)皮情況發(fā)生。同時(shí)通過(guò)查看熱盤(pán)爐內(nèi)燃燒圖像的情況，判斷物料的易燃性，實(shí)時(shí)調(diào)整物料配伍。圖5熱盤(pán)爐內(nèi)燃燒圖像3.3NOx波動(dòng)NOx的生成主要是因?yàn)槲锪系牟怀浞秩紵?，從漿渣系統(tǒng)運(yùn)行期間可以得知，本次搭配的漿渣物料泵送平均臺(tái)時(shí)4.04t/h，最高臺(tái)時(shí)達(dá)到6.5t/h，窯系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，氮氧化物均值50~65mg/m3，較投料前期NOx波動(dòng)不大。NOx波動(dòng)曲線見(jiàn)圖6。圖6NOx波動(dòng)曲線3.4節(jié)能減排經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明，漿狀物料熱值控制在7?900kJ/kg左右對(duì)節(jié)能降耗具有正向貢獻(xiàn)，在NOx受控的情況下，物料焚燒后產(chǎn)生的爐渣可以作為水泥熟料的部分替代產(chǎn)品，經(jīng)檢測(cè)熟料質(zhì)量完全符合國(guó)標(biāo)要求。按照危廢10萬(wàn)t處置規(guī)模計(jì)算，危廢平均水分45%，平均熱值為7?900kJ/kg，煤粉收到基熱值按22.57MJ/kg計(jì)算。1kg的水分進(jìn)入水泥窯升溫至870℃需消耗熱量4?260kJ，即1kg的漿渣有效熱值為7900-4?260×0.45=5?980kJ，折算標(biāo)煤為0.21kg，1t漿渣相當(dāng)于210kg標(biāo)煤（273kg實(shí)物煤），即減少標(biāo)準(zhǔn)煤耗為2.1萬(wàn)t（折算成實(shí)物煤為2.73萬(wàn)t）。出渣率30%，即為10×0.30=3萬(wàn)t，節(jié)約熟料3萬(wàn)t。1t原煤燃燒產(chǎn)生二氧化碳排放量約2.46t，則減少2.73×2.46=6.72萬(wàn)t二氧化碳排放量。1t石灰石分解約排放二氧化碳0.44t，則減少3×1.56×0