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从表1可以看出:污泥含水率较高,平均为82%,干基热值为10 MJ/kg左右,但折合成湿基,则污泥热值为负值,因此,污泥含水率是影响水泥窑况的主要因素。此外,污泥干基中的成分主要为钙硅铝铁,相比于垃圾,其氯含量偏低,可以替代水泥生产原料。
2.2 污泥直喷入窑处置量限值
由于污泥含水率是影响水泥窑况的主要因素,因此,以含水率计算湿污泥直喷入窑的处置量限值。
1)水分对煤耗的影响
将20 ℃的水升温到100 ℃,需要的热量为334.72 kJ/kg,100 ℃的水变成水蒸气的蒸发潜热为2 255.18 kJ/kg,100 ℃的水蒸气升温到分解炉的870 ℃需要的热量为1 677.78 kJ/kg。
因此,进入水泥窑1 kg水,消耗的热量为4 267.68 kJ,则相当于4 267.68÷29 288 =0.146 kg标煤。
如果每小时进水泥窑6.7 t含水率为80%的污泥,则进窑的水分为:6.7×0.8=5.36 t/h,需要消耗的标煤为5.36×0.146=0.783 t/h,折合成实物煤为:0.783×7÷6=0.91 t/h。
2)水分对烟气量的影响
由于水泥窑的煤耗增加了0.91 t/h,则由此增加的烟气量为:6.9 Nm3×0.91×1 000=6 279 Nm3/h。
由于水分的进入而增加的烟气量为:1 000÷(18÷22.4)×5.36=6 666.7 Nm3/h。
二者合计:6 279+6 666.7=12 945.7 Nm3/h。
3)水分对减产的影响
某水泥厂分解炉出口每小时的烟气量为166 785 Nm3,烟气量的增加比例为7.8%,因此,从烟气量上计算,理论上会造成7.8%的减产,因此,以不超过7.8%为宜。
根据实际生产经验,80%含水的污泥,直接泵送进入水泥窑的量一般控制在生料量3%~5%为宜。3500t/d以下的熟料线,控制在3%;3500t/d以上的熟料线,控制在5%。如4500t/d的熟料线,则采用直接泵送法处置含水率80%的污泥,处置量控制在4 500×1.6×5%=360t/d。一般以不超过350t/d为佳。
2.3 污泥直喷入窑对水泥生产的影响
工业试验在金华某水泥厂进行。该水泥厂的熟料生产能力为3 500 t/d,污泥含水率为84%,干基低位热值为11 861.35 kJ/kg,干基灰分含量为37.91%。理论处理量为3 500×1.6×3%=168 t/d,实际直喷入窑量为150 t/d。
1)水泥窑热平衡计算
未处置污泥时,水泥窑热平衡计算见表2。
2)污泥直喷入窑对能耗的影响
①理论计算
污泥处置量为6.25 t/h,则入窑的水分为5.25 t/h,干基污泥1 t/h,入窑灰分为0.38 t/h。按照2.2中的参数,以热传导效率为60%,焚烧效率为70%计算,则水分从20 ℃升至100 ℃吸热:5.25×334.72×1 000÷60%=2 928 800 kJ/h;100 ℃的水变成水蒸气吸热为:5.25×2 255.18×1 000÷60%=19 732 825 kJ/h;100 ℃的水蒸气升温到分解炉的870 ℃需要的热量为:5.25×1 677.78×1 000÷60%=14 680 575 kJ/h。湿污泥直接泵送到分解炉,灰分需要从20 ℃升温至870 ℃,则需要吸收的热量为0.38×0.88×850×1 000÷60%=473 733.33 kJ/h。污泥燃烧放热为:1×11 861.35×1 000×70% =8 302 945 kJ/h。则每小时污泥净吸热为:2 928 800+19 732 825+14 680 575+473 733.33-8 302 945=29 512 988.33 kJ/h。处置每吨污泥净吸热为:29 512 988.33÷6.25=4 722 078.13 kJ。
②实际验证
湿污泥直喷入窑增加煤耗1.20 t/h,这与煤热值及易烧性相关。
3)污泥直喷入窑对氮氧化物和二噁英排放的影响
由于污泥含有一定的水分,会降低分解炉温度,因此,在一定程度上会减少氮氧化物排放。另外,污泥中含有一定的硫和氮,因此,会有助于二噁英减排。
将污泥直喷入窑前后,水泥厂的氮氧化物及二噁英排放情况见图1、图2。
从图1可以看出:将污泥直喷入窑前,水泥厂的氮氧化物平均为308.75 mg/Nm3,污泥直喷入窑后,水泥厂的氮氧化物平均为203.75 mg/Nm3,削减了30%以上。
从图2可以看出:将污泥直喷入窑前,水泥厂的二噁英平均为0.064 5 ngTEQ/Nm3,达到了GB 30485—2013的标准限值。污泥直喷入窑后,水泥厂的二噁英降为平均0.021 45 ngTEQ/Nm3,削减了60%以上。
3 结论
(1)污泥含水率是影响水泥窑况的主要因素。污泥干基中的成分主要为钙硅铝铁,且含氯量较低,可以替代水泥生产原料。80%含水的污泥,直接泵送进入水泥窑的量一般控制在生料量3%~5%为宜。
(2)理论上,处置每吨污泥净吸热为4 722 078.13 kJ。
(3)将污泥直喷入窑,氮氧化物削减了30%以上,二噁英削减了60%以上。
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