技術 | 幾種水泥窯處置污泥方式的分析與對比
水泥窯協同處置城市生活污泥技術經過數年的發展已經有了長足的進步，在污泥實際處置方面出現了幾種不同的技術路線，本文分別對幾種投加技術和使用進行了簡單的分析總結。
1 污泥泵送直噴協同焚燒技術
污泥直噴入窯協同技術是最早開始試驗發展的技術之一，其核心是利用柱塞泵解決了80%含水率污泥的較長距離輸送問題，在水泥協同焚燒處置城市生活污泥的發展歷程上是一個不可逾越的技術階段。
1.1 處置工藝
主要工藝流程是：80%含水率的城市生活污泥經汽車運輸至廠內之后，卸車至污泥儲存車間的污泥暫存接收倉內，污泥暫存接收倉內設置有污泥破拱滑架，滑架來回往復運動可以避免污泥在料倉內的結拱架橋。暫存的污泥經過倉底的雙軸螺旋給料裝置后進入到液壓驅動柱塞泵內，污泥經污泥柱塞泵推送后經過除渣器后進入污泥霧化噴槍，經過污泥霧化噴槍充分霧化之后噴入到分解爐內進行焚燒（流程見圖1）。污泥除渣器與污泥霧化噴槍屬于選配方案，在一些項目上并不是都有配備。
從發展歷程上來看，污泥直噴焚燒大致經歷了不同選點分解爐噴入、優化選點噴入以及優化加入點霧化噴入等幾個階段。
最早的的污泥泵送直噴入窯是將污泥直接利用柱塞泵輸送至窯尾煙室內噴入，在國內拉法基、華新、南方水泥等都有使用案例。由于污泥進入煙室后會直接沿著煙室斜坡滑落至回轉窯內，滑落過程中污泥的水分基本沒有汽化蒸發的機會，這就造成幾乎所有的水分都是直接在回轉窯的物料中實現汽化蒸發的。高溫生料粉內部迅速充氣后流速會加快，分解帶生料快速的涌向燒成帶，加大燒成帶負荷，給燒成過程帶來巨大波動。再加上柱塞泵的料流本身就是脈沖性質，每次輸送都會造成一個惡劣循環，這就勢必造成水泥窯內工況的急劇惡化，給熟料產質量帶來巨大的影響。
在飽受污泥處置的影響之后，各個水泥企業在實踐生產中在污泥泵送的基礎上也做了有益的嘗試和改造，最終取得了不錯的成績，下表是幾個廠家處置改造實踐的一個統計。
通過統計來看，80%污泥直噴目前最好的方式是JDHC的“分解爐中部噴入+二代污泥霧化噴槍”的組合方式，在水泥窯稍作減產的基礎上，可以達到日處理280t污泥的水平，其耐火澆注料使用周期和系統排放指標都沒有受到影響。
在分解爐中部和頂部同時都采用一代霧化噴槍進行分散的廠家其效果也尚可，可以保證絕大部分污泥不會跌穿縮口進入到回轉窯的現象，系統稍作減產就可以實現表中所列的處置量。
這里特別要說明的是DXSN等幾個廠家在三次風管內做的協同焚燒效果也是不錯的，窯況影響很小，但是有堆積，有的廠甚至堆積很厚，目前還在進一步的試驗測試中。
1.2發展前景
污泥直噴入窯技術具備投資少、見效快的優勢，可以在比較少的投資條件下迅速形成規模處置能力，同時該技術劣勢也比較明顯，污泥投加以后對水泥窯影響太大，系統處置規模受到限制。
不過，根據現在達到的實際處置能力和技術水平，一條5000t/d生產線采用直噴技術也是完全可以徹底、無害的處置一個縣域經濟或者中等城市范圍內產生的污泥量的，再加上投資少、周期短的優勢，對于那些是擁有水泥窯生產線、同時又急于處置本區域內城市生活污泥乃至一般固廢污泥的縣域經濟體或中等城市都是一個比較合理的技術選擇，放眼來看，國內無論是東部還是中西部都有大量的機會。
2 焚燒爐協同焚燒技術
由于污泥直接入窯對于水泥窯生產的影響比較大，不少廠家開始了技術探索，這其中采用用焚燒爐焚燒污泥的辦法，有的是借用生活垃圾焚燒的熱盤爐，有的是借用協同焚燒危險廢物的焚燒爐，也有的是建設專門焚燒爐進行焚燒，都取得了很好的效果。
2.1 處置工藝
具體物料流程基本如圖5所示：80%含水率的污泥經過汽車運輸至廠內暫存倉，暫存倉內設置有污泥破拱滑架，污泥經過雙軸螺旋喂料裝置輸送后經由污泥泵推送至焚燒爐內進行焚燒。焚燒爐目前有多種形式，圖2中所展示的是采用兩階爐篦焚燒爐，引入高溫三次風作為烘干和焚燒熱源，物料在焚燒爐中進行烘干焚燒燒后的水蒸氣和煙氣進入分解爐參與分解爐換熱，焚燒殘渣則推入分解爐作為水泥原料使用。
為保證焚燒完全，設置兩階爐篦，第一階為烘干階段，由料層底部通入熱風進行烘干和助燃，烘干完成后的物料則進入第二階爐篦，進入二段之前物料經過一個臺階，跌落的過程中物料有一次翻滾來增強混合作用，提高效果。
表3是筆者根據現場操作人員反饋統計的幾個焚燒爐使用情況，根據統計來看，使用焚燒爐來協同處置城市生活污泥的方式是比較合理的，無論是借用其他系統焚燒爐還是專門建設的焚燒爐，其效果都明顯好于污泥直噴入窯的效果，尤其是在降低對窯系統影響的方面，采用焚燒爐的生產線都沒有對現有的窯系統操作造成多大的影響，生產線操作上基本沒有任何調整。對比直噴系統分析來看，其主要原因應該歸結為：沒有高含水的物料進入回轉窯的擾動，使得水泥窯內物料流動仍趨于穩定，進而使整個窯系統最為薄弱的環節運行得到了保證。
2.2 發展前景
使用焚燒爐協同焚燒城市污泥的技術方式是在直噴焚燒技術的改進版，一般情況下可以在窯系統較少影響的情況下實現污泥處置量的翻倍，對于一些污泥處置壓力較大同時系統運轉壓力較大的企業無疑是一個比較好的選擇。
但是，從另一個角度來看，增加焚燒爐又是是一筆不菲的投資，采用進口焚燒爐動輒上千萬，國產焚燒爐至少也是幾百萬的投入，投資與回報的選擇只能是見仁見智，各求所需。
3 污泥干化后協同焚燒
受國家政策規定影響，另外也是市場需求另有部分水泥生產線，尤其是生活污泥存量和產量巨大的一些城市周邊的水泥生產線，比如北京、深圳、廣州等城市周邊的水泥水泥生產線，為了提高污泥系統協同處置量以適應市場需求，嘗試將污泥干化后焚燒的技術路線。國內較早采用這個模式的有北京水泥廠和珠江水泥廠。
3.1 處置工藝
污泥干化烘干方式有多種，有利用窯尾煙氣進行直接干化烘干的，也有利用導熱油間接干化的，也有在廠外利用其它方式進行干化的等等，在這里不進行論述，但是投加方則相對一致。以廠外干化進廠焚燒的模式為例，具體流程如圖6，在廠外干化至40~50%的城市生活污泥經過車輛運輸至污泥接收倉之內暫存，暫存的污泥經過重載滑架輸送至雙無軸螺旋，經過皮帶秤計量之后通過大傾角皮帶提升輸送至預熱器塔架分解爐中部，經過雙級鎖風翻板閥后進入到分解爐內進行焚燒。
污泥干化之后再進入窯系統焚燒的優勢是非常顯而易見的,首先，污泥含水率減少，污泥入爐對水泥窯的影響大大降低，實際處置量明顯增加（表4），可有效降低熟料生產的生料，其次，干化后的污泥具有400~800大卡/kg的低位熱值，水泥窯焚燒污泥的過程能帶來一部分熱量收入，是一個雙贏的局面。
3.2發展前景
目前國內污水污泥處置需求最為迫切的地方就是北上廣深這類超大型城市，一方面每天有著大量的污泥產生，另一方面則是實現完全無害消解處置的渠道不多，目前仍然處于一個非常窘迫的局面。
目前認為，將脫水污泥進行焚燒仍是公認的最佳完全處置途徑，但是另一個問題就出現了，雖然國家也在鼓勵推進電廠、煉鋼鍋爐、水泥窯爐等協同焚燒，但是這種超大城市周邊各種窯爐數量也是非常少。還有另一個問題就是，80%含水率的污泥由于其巨大的含水量在任何爐窯內焚燒都是影響巨大且成本高昂，即便是污水廠和財政方面有了高額補貼也各企業也是積極性不高，在這個背景之下，干化脫水后進行焚燒無疑是一個最優選擇。
從另一個角度來看，污泥干化焚燒處置量雖然很大，但是干化系統相對比較復雜、投資量巨大，運營成本和運營難度也非常高，在處置補貼和熱源成本方面如果沒有很好的解決，項目落地難度也是很大的。
4 結論
水泥窯協同焚燒城市生活污泥是目前公認的最佳無害最終處置技術，在國內已經發展了多年，現在已經有了多種投加方式已經形成了高低搭配，足以適應目前不同的市場要求和技術適應要求。相信隨著國家環保產業政策覆蓋逐步擴大，這幾種投加技術的案例會越來越多，技術也會更加完善和精細。
作者單位：北京恩薩工程技術有限公司
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