北京恩萨：提高水泥窑协同处置城市生活污泥能力的措施

0引言

城市生活污泥主要是指城市生活污水处理厂脱水以后的污泥，污泥中存在大量有机物、病菌、重金属等物质，长期堆存会造成恶臭、滋生蚊蝇、污染地下水等有害影响。利用水泥窑协同处置城市生活污泥在众多污泥处置技术中是最为彻底有效的技术之一，具有较好的推广价值。

HZ水泥有限公司自2012年11月开始利用液压驱动活塞泵泵送城市生活污泥至水泥窑进行协同处置，几年来通过不断的技术改造，单线处置污泥能力由80t/d逐步提高至180t/d，两条生产线同时运行可以达到300t/d以上的污泥处置能力，满足了当地日益增加的污泥处置需求。本文对该公司几年来技改过程中遇到的问题与技改的经验进行了系统的分析和探讨。

1原有系统存在的问题

HZ公司原采用德国PM公司的技术产品，具体流程见图1，城市生活污泥经过汽车运输至工厂后卸入污泥料仓，污泥在液压破拱滑架的推送下经过双轴螺旋输送机进入液压污泥泵，在污泥泵挤压输送作用下经过污泥管道输送至水泥窑尾烟室，进入水泥窑内焚烧。

该系统流程简单，设备运行可靠，且有国外的成功案例可以借鉴，但是污泥直烧系统投运后，水泥窑正常操作运行受到影响，以至于水泥生产线在很长一段时间内无法达标达产，主要表现为以下问题：

污泥投加量为1~2t/h时，加料初期窑电流会迅速下降100~200A，短时间内窑头出料明显增加，操作人员一般会降低窑速0.2~0.3r/min，并增加窑头用煤，一般在约20min后窑系统会恢复正常，待窑电流恢复正常以后，系统喂泥量可以逐步提高至2t/h左右。在此污泥投加量下，整个窑系统只是表现为预热器出口压力有所上升，而产质量则相对比较稳定。

污泥投加量为2~3t/h时，窑系统反应比较明显，窑况会有较大的波动，具体表现为：窑电流会迅速降低100~200A、窑尾CO浓度增加、窑头出料不稳定，在这种情况下一般会导致f-CaO超标，生产操作上需通过降低窑速、减少生料投加量、增加系统风量、增加头煤等措施稳定窑况。在此污泥投加量下，窑系统熟料产量一般会减少200~300t/d。

污泥投加量在3t/h以上时，窑电流会迅速再次降低50~100A，窑尾的CO浓度逐渐上升且居高不下，同时在窑头可以观察到燃烧器火焰明显发飘，甚至有火焰反扑的现象，在篦冷机镜头可以看到窑头出料量短时间内明显增加，如果推料不及时，会造成篦冷机高温段熟料大量堆积。这种情况下，f-CaO合格率会大幅度下降，熟料外观变差，生产操作上即便是大幅度减产、增加系统风量、降低窑速也难以稳定窑况，最终只能减少污泥投加量。

2污泥对水泥窑影响的机理

在本项目中污泥通过柱塞泵输送至窑尾投加点，污泥在管道内呈柱状流形态，根据柱塞泵换向速率不同，呈现为不同的脉冲柱状流进入窑尾烟室，污泥从管道内冲出后会直接掉到烟室斜坡上，并裹挟着生料直接冲入回转窑内，在窑内吸热后急剧膨胀、气化、直至完全焚烧。

含水率80%的城市生活污泥进入到水泥回转窑后，影响主要有以下几点：

首先，大量的含水80%的污泥块直接冲入到回转窑内的灼热生料中，吸热后会迅速释放出大量的气体，造成回转窑尾段生料流速加快，使大量未经过充分反应的生料迅速进入烧成带，造成烧成带很快缩短从而减少熟料液相形成区域，表现在实际生产中每次增加喂泥量后短时间内窑电流大幅度下降、随后窑头会有大量的熟料涌出，如果操作调整不及时会导致f-CaO超标。

其次，污泥中的水分在窑内气化会造成窑内风量增加，形成“气栓”，同时占用烟气通风面积，增加系统阻力，使窑尾缩口风速提高。根据摩尔定律：水变成水蒸气体积扩大约1240倍，同时污泥中的含水汽化并升温将增加用煤量，从而增加烟气量，两项烟气增量之和可约达到随污泥进窑液态水体积的2000倍之多；在本项目中，污泥投加量在2t/h时，每小时约有1.6m3的水迅速蒸发，窑尾缩口增加的标况风量约为0.3万m3，风量增加一方面会造成入窑二次风量减少，容易形成还原气氛，另一方面会造成窑尾斜坡风速增加，入窑物料被烟气带回分解炉的量增加。实际运行中表现为窑头火焰发飘或有反扑现象、熟料中容易出现还原料、主窑皮缩短等现象。操作人员为保证窑系统不出现还原气氛、火焰形状良好，一般会采取调整火焰、增加系统风量、增加头煤用量的做法，但是由于污泥投加量不稳定，窑况调整又不会短时间内出现明显改善，所以表现为：窑况不稳定，系统煤耗增加明显，熟料岩相表现为明显的短焰急烧现象。

第三，污泥中含有较多的有机物，从窑尾烟室进入窑内后，在高温低氧条件下迅速碳化，碳化后的污泥进入灼热生料中形成局部还原气氛，会有还原熟料的产生，在这种情况下，无论窑况如何都会有部分黄心料出窑，这点与本项目实际情况非常相符。

第四，污泥中含有少量氨基成分，氨基成分在窑系统内释放出NH3成分与窑内氮氧化物（NOx）发生反应，从而可以降低烟气中NOx的含量，减少脱硝氨水的使用量。本项目中投加污泥后，氨水使用量几乎没有降低，主要是由窑况波动较大、系统不稳定造成。

延伸阅读：

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