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如何降低水泥窑协同处置湿污泥热耗?

国际节能环保网  来源:水泥  作者:吴莉莉,等  日期:2019-01-22
  1污泥直烧系统应用简介、流程及存在的问题
 
  城市生活污泥是城市生活污水处理过程中产生的废物,其中大多含有重金属、病菌、寄生虫卵等,处置不当会造成严重的二次污染。水泥窑协同处置城市生活污泥项目是公认的最为经济、环保的城市生活污泥处置手段,而水泥窑直烧协同处置城市生活污泥系统以其投资少、见效快、技术成熟的特点近年来得到长足的发展。据笔者了解,在两年时间内国内就有几十条水泥生产线建成运行。
 
  但是,另一方面,湿污泥直烧系统对窑系统的热耗增加也是相当大的,有的甚至已经造成吨熟料热耗增加5.1 kg标煤,见表1。从表1可以看出,由于各生产线状况各异、处置情况不同,水泥窑直烧湿污泥的热耗相差巨大。污泥直烧系统的流程见图1。
 
  
 
 
 
  2 降低污泥直烧系统热耗的措施
 
  2.1 控制污泥含水率,减少入窑水分
 
  污泥中水分是造成熟料热耗增加的最大因素,所以降低入窑水分是首先要采取的措施,根据入窑水分的组成来看,减水的措施包括如下几点:
 
  2.1.1 保证污水厂脱水效果,减少污泥带入水量城市生活污泥目前大都采用带式、离心、板框等机械脱水方式脱水,出厂含水率一般平均在80%左右,但是也会由于脱水设备的运行稳定性、设备维修及时性、控制思路等原因,会造成不同时期的污泥出厂含水率有所波动。
 
  一般情况下,污水厂为降低自身脱水能耗与设备维修费用,污泥水分控制一般不会非常稳定地达到含水80%的出厂要求(见图2和图3),如果设备年久失修或出现故障则更容易出现“跑稀”的现象,含水最高波动可达7%(78%~85%)。
 
 
 
  所以,为了减少熟料热耗,需要对进厂污泥水分加以控制,明确提出水分高出某一数值后会采取增加收费或者现场拒收等手段。
 
  2.1.2 减少地面冲洗水分
 
  污泥通过汽车运输至水泥厂卸车后,由于污泥黏性较强,在卸车的时候容易产生挂壁同时也会造成遗洒,污染地面,一般情况下水泥厂都采取用高压水管清洗车斗和地面的方式保持卫生。清洗后的水分以及少量污泥则是经过集水坑收集后由渣浆泵输送至污泥仓,然后通过污泥输送系统进入水泥窑焚烧。
 
  从NN公司现场来看,岗位人员对地面卫生的要求比较高,基本做到了每车必冲车厢和地面的习惯,由于没有冲洗水循环系统和外排设施,所有冲洗水均进入水泥窑。按照每车0.2 m3冲洗水计算,每天约有4 m3的水进入污泥系统,平均0.14 m3/h的水进窑,造成了水泥窑热耗增加。
 
  为了减少该项热耗,该公司采用了新的清理方式:1)污泥车厢清扫采用高压水枪进行清理,减少每车用水量;2)增加地面冲洗水沉淀和循环使用系统,上层清水回用,多余的进入排水系统,下层沉泥则定期清挖后入仓;3)清理地面遗洒污泥时首先采用笤帚、铁锹等方式清理,减少用水量。
 
  表2是采用新的管理制度前后用水量的对比,相比之前每吨污泥节省了5.28 kg的清洗水。
 
  
 
  2.1.3 充分发挥污泥脱硝的效果,减少氨水使用量城市生活污泥中含有少量的NH3、HCN、CHi等还原成分,在水泥窑协同焚烧时能将烟气中的氮氧化物(NOx)还原成氮气(N2),进而可以减少脱硝氨水的使用量,而且污泥的喷入量越多,代替氨水的量则越多(见图4)[1]。
 
  
 
  提高污泥处置量减少氨水使用量的办法包括:1)采用污泥雾化喷枪,将污泥充分分散后入窑,提高污泥焚烧速度,减少对窑系统的影响,进而提高处置量;2)根据分解炉特点选择合理污泥喷入点,使污泥中还原成分物质在最佳反应温度区间进行反应。
 
  经HZ公司经验统计来看,采用污泥雾化喷枪后污泥处置量达到0.04 kg/t熟料水平的时候,氨水减少量可达30%,折合每小时不少于240 kg的氨水量,效果明显。
 
  2.1.4 减少注膜润滑的用水量
 
  通过注膜润滑系统在污泥柱塞流与管壁之间增加水膜是降低污泥输送阻力的有效措施,目前NN公司采用的注膜泵每小时最大可实现2×80 L的出水量,每天最大用水量可达4 m3,也会造成较大的水分蒸发热耗。所以,如果系统压力不高(例如不超过5 MPa)则尽可能不要使用注膜润滑,或者使用有热值的废液,比如废油、废乳化液等代替水作为润滑液使用,同样可以有效减少入窑水量。
 
  2.2 减少污泥对窑系统的影响,减少系统风量
 
  NN公司在污泥焚烧初期(2017年6月下旬~8月下旬)污泥系统运行不十分稳定,窑系统波动较大,在运行初期系统拉风较大,相对于污泥投加前高温风机转速提高了34 r/min,风量增加很多,乃至于C1出口温度提高了19 ℃,这是造成系统热耗增加的主要原因之一。
 
  稳定窑况、降低系统拉风是一个相辅相成的系统工程,我们总结提高污泥处置效果、稳定窑况、降低系统风量方面的措施包括以下几点:
 
  2.2.1 合理选择喷入位置、确保雾化效果,提高污泥在分解炉内的焚烧速度采用污泥雾化喷枪可以有效减少污泥直接进入回转窑的工艺现象,之前NN公司污泥焚烧表现出对窑系统有巨大影响,最主要的原因就是前期污泥雾化喷枪压缩空气管道发生堵塞造成污泥没有雾化而直接进入分解炉,没有雾化的污泥在分解炉内没有完全燃烧直接经过烟室进入回转窑,造成窑的工况巨大波动,影响系统产质量,进一步影响系统热耗。操作上为了维持窑系统稳定被迫采取增加系统风量、提高入窑物料温度等一些常规措施应对,从而导致煤耗大幅度增加。
 
  2017年8月份通过对喷枪的压缩空气管道彻底清理后,雾化效果变好,污泥在分解炉内的焚烧速度加快,污泥直接进入回转窑的情况大大减少,进而对窑况的影响变小,系统高温风机转速逐渐降低至870 r/min以下,C1出口温度也明显降低。
 
  2.2.2 做好系统维护,确保污泥输送量稳定
 
  污泥系统的输送稳定对于水泥窑的运行稳定也有着比较大的影响。影响污泥输送稳定的因素包括:
 
  1)污泥中杂物多,造成输送系统堵塞故障
 
  大部分城市污水厂的污泥脱水车间并没有专门的储存设施,脱水后的污泥被直接堆放在未硬化的地面上,运输时直接用装载机装车,这样就难免会将泥土和石块等杂物同时装车,当石块或杂物的尺寸过大时会造成污泥入窑输送系统的堵塞。管路一旦堵塞,处理极为困难,一般都会造成较长时间的停机,造成较大的系统波动。
 
  2)输送系统维护不到位,故障率提高
 
  污泥输送系统采用的是液压驱动S摆管柱塞泵,其中活塞密封、眼镜板、S摆管球面轴承等都是需要定期进行维护和调整的,尤其是输送压力较高、污泥中有较多杂物和砂石之类的异物时维护和调整不到位就很容易造成活塞泵的性能下降,乃至于无法实现输送的情况。所以,定期进行维护和调整是非常有必要的。
 
  3)停机时关键部位清理不到位,造成管道堵塞水泥窑会出现事故临停或检修停机的情况,停机时污泥输送系统就要同时停机,由于水泥窑停机时窑内温度很高,在停机冷却的过程中入泥接口部分如果仍然有部分污泥存在,在高温辐射热的作用下很有可能在管口烧结,在下次开机的时候形成严重堵塞,造成严重事故。所以在每次停机的时候都需要对污泥入窑口进行清理,避免类似事故的发生。
 
  有时候污泥运输不及时造成污泥短缺临时停机也会造成上述事故的发生。
 
  2.2.3 适当控制污泥喷入量,合理分配处置产能通过污泥处置量与熟料标煤耗之间的相关性来看,对于处理含水率80%以上的污泥,其单位熟料的污泥处置量越高则熟料实际煤耗就会越高,也就是说在窑系统产量相对稳定的条件下,污泥处置量越多用煤越多。所以,对于NN公司、HZ公司这种有两条以上水泥窑的厂家来说,各个生产线均衡处置也是降低熟料热耗的一个办法。
 
  

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