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协同处置污泥对水泥窑有何影响?污泥水泥窑协同处置现状如何?

来源:http://www.40daqf.com 作者:必发365天天乐趣网投 人气:200 发布时间:2020-01-29
摘要:摘要: 近日,由于杭州余杭某垃圾焚烧厂的事件,引得社会对垃圾焚烧等处理颇为关注,事实上,通过水泥窑协同处置垃圾焚烧也是种不错的选择,近日中国建筑材料科学研究总院汪澜

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摘要:   近日,由于杭州余杭某垃圾焚烧厂的事件,引得社会对垃圾焚烧等处理颇为关注,事实上,通过水泥窑协同处置垃圾焚烧也是种不错的选择,近日中国建筑材料科学研究总院汪澜教授在接受记者采访时表示,国内外的理论和实践已经证明利用水泥窑协同处置废弃物是无害化、减量化和资源化处置危险废物和城市生活垃圾的重要技术途径,也是低成本化大规模处置上述废物的重要措施。他向记者介绍了目前中国水泥行业主流几大大型水泥企业在协调处置废弃物中的成功经验。   一、金隅北京水泥厂的协同处置成功经验   金隅北京水泥厂在城市工业废弃物无害化处置的集成技术,经过10年的摸索和研究,金隅环保已经成为了全国规模最大的工业废弃物专业处置专家。   从1995年5月开始用水泥回转窑试烧废油墨渣、树脂渣、油漆渣、有机废液,成了国内首家将废弃物处理技术与水泥生产技术成功结合的企业,并于2005年建成了国内第一条既生产水泥,同时也能处置废弃物的环保示范线,并成功将废弃物处置技术与水泥熟料煅烧技术结合;自主研发了浆渣制备系统、废液处置系统、污泥泵处置系统、焚烧残渣处置系统、垃圾筛上物处置系统、废酸处置系统、飞灰处置系统、乳化液处置系统等8条具有自主知识产权的废弃物预处理工艺线,这条日处理废弃物能力达300吨以上的环保示范线可处置的工业废弃物和危险废物种类很多,可处置工业污泥、燃料、漆料、工业垃圾、有毒有害品、化学试剂、废塑料、废轮胎等,实现了原料替代、燃料替代等多种利用方式,现在可安全处置《国家危险废弃物名录》中所列的47类中的34类,年处置量达10万吨。北京现代汽车公司的废漆渣、燕山石化公司的工业废白土、北京造币厂的废油墨、北京天然气公司的废残渣等都成了这条生产线的“常户”。   2009年10月,30多万吨万科红狮涂料厂限价房地块中挖出的化工污染土将在北六环金隅红树林公司的环保示范线上全部变成水泥原料。和这30多万吨污染土一样,北京每年还有5万多吨工业废弃物、5万多吨脱硫石膏、10万多吨粉煤灰等石油、化工、汽车、医药、电子、电镀、冶金和建材等制造业危险废弃物以及学校、医院、实验室等,收缴毒品、废药品等废弃物在这儿得到安全处置。而因为吞吃这些“危险垃圾”,红树林公司这条年产量200万吨的水泥生产线每年产生的经济效益和年产量350万吨的生产线不相上下。截止2009年10月,全市6000多家产生工业废弃物的企业已经有1200多家成了金隅北水的客户。金隅红树林还准备“进军”生活垃圾的处置。   2009年,金隅北水建成处置污水处理厂污泥项目,这是全国乃至全世界第一个将污水厂污泥处置与水泥新型干法生产工艺全面结合的工程项目,项目建设历时一年,总投资1.7亿元人民币,二期工程建成投产后日处置生活污泥700吨,每年大约可为北京市处置污水处理厂污泥22万吨。新型干法水泥窑大规模处置污水厂污泥的成套解决方案是其与意大利VOMM设备与工艺公司联合开发,具有自主知识产权。2009年,这套方案在北京金隅集团所属水泥厂进行了产业化实施,项目规模为日处置含水80%的污水厂污泥500吨。以2008年污泥产量计算的话,约占北京市生活污泥产生总量的1/4。   二、华新水泥股份有限公司的协同处置成功经验   华新水泥股份有限公司分别于2007年、2008年、2009年对湖北省收缴的含甲胺磷、对硫磷、甲基对硫磷、久效磷、磷胺等5种高毒农药在内的共1650余吨废弃及高毒农药进行了水泥窑协同处理。2008年初,华新投资500万元建立了具有世界水平AFR实验室。2008年底,湖北省环保局批准华新环保(武穴)公司对HW02医药废物、HW03废药物药品、HW04农药废物、HW06有机溶剂废物、HW09油/水等13类有害废弃物进行无害化处理。目前它拥有自主知识产权的液废、固废及浆渣废物处置系统,可处置《国家危险废物名录》中15类危险废物,先后被国家环保部指定为中-挪水泥窑共处置危险废物项目、中-德政府废弃农药管理项目的示范企业之一。   1、华新水泥秭归水泥公司2010年7月建成利用水泥窑协同处置三峡库区漂浮物项目,设计日接受处理能力1000m3,年处理能力达30万m3,目前为止已经处理漂浮物10万m3。为三峡库区漂浮物提供了安全、环保的末端处置方式。该项目采用了国际首例水泥窑协同处置大规模水面漂浮物的环保技术,保证了环境安全第一的原则,并且不产生二次污染。   2、华新武穴水泥厂曾处置武汉汉阳赫山地块的深度POPs污染土壤40万吨。根据中国地质大学、北京建工环境修复有限责任公司的对该项目的场地调查,此地块原为农药厂,土壤中主要污染物为六六六(HCHs)、滴滴涕(DDTs),最高污染浓度分别达33548.137mg/kg、 4661.463mg/kg,另有有机磷杀虫剂和拟除虫菊酯类农药污染;平均污染深度在1.8米左右,局部最深达9米。2012年4月,华新利用水泥窑协同处置技术,在武穴建设第一个污染泥土处置项目。截止至2013年6月,污染土的总处置量已约达30万吨。2013年4月华新“水泥窑无害化和资源化协同处置污染土工程技术与应用”项目通过了湖北省科技厅组织的技术鉴定。该项目中的“热质均衡系统技术”被专家们认定为国际首例.华新“水泥窑无害化和资源化协同处置污染土工程技术与应用”的主要创新点是首次提出了“热质均衡系统技术”、有机污染土的高温点投入处置技术方案,并自主研发了高效预分解窑装置和污染土预处理器。   3、2013年3月,华新水泥窑协同处置黄石市政污泥项目正式投入运营,该项目地处黄石市花湖污水处理厂内,占地5.2亩,于2011年10月3日正式破土动工,项目分为两期建设,共投入资金2000余万元,现已达到36500吨/年的污泥处置规模,可完全、彻底、无害地解决黄石城区所有市政污泥。黄石市政污泥项目利用华新水泥窑协同处置技术,采用深度脱水、余热烘干、入窑焚烧的处理工艺,对市政污泥进行“稳定化、无害化、资源化”处置。该项目是黄石首个政企协作处置市政污泥项目,也是华新利用新型干法水泥生产特有生产工艺,涉足市政污泥处置的新型环保业务。该项目得到了华新战略合作伙伴瑞士豪瑞集团的技术支持,同时得到国家发改委、住房和城乡建设部、环保部等相关部委的充分肯定。   4、2010年1月,湖北华新公司投资6500万元在武穴工厂建设日处理500t的生活垃圾生产线,2013年4月建成投产。每年可处理市政垃圾10万吨,节约标煤2万多吨,是目前国规模最大的水泥窑协同处理市政垃圾项目。   三、海螺集团的协同处置成功经验   2008年海螺集团和铜陵市政府合作,利用川崎重工国际领先的节能环保技术,依托海螺集团在水泥生产技术上的优势,自主研发利用水泥工业新型干法窑处理城市生活垃圾技术(简称CKK系统),在铜陵海螺建设世界首条利用水泥工业新型干法窑和气化炉相结合处置城市生活垃圾示范项目。   该项目利用铜陵海螺公司2条5000t/d泥熟料生产线,日处理垃圾能力600吨(2×300t/d系列),年处理总量达20万吨。项目于2008年10月开工建设,2010年4月10日第一套300t/d垃圾处理系统正式建成投运。项目工程总投资1.6亿元左右,每吨垃圾处理运行费用约70元,每吨垃圾处理总成本约200元,年处理城市生活垃圾约20万吨,节约标煤可达1.3万吨,减排二氧化碳约3万吨。项目各系统运行正常,截止到2010年11月底,垃圾处理量已达5.5万吨,经检测各项环保指标完全合格,物料和水泥产品重金属浸出含量控制在国家相关标准范围内,其中,经同家权威机构实地取样、德国Eurofins GfA GmbH实验室检测,二恶英排放量最高仅为0.0376ngTEQ/m3,优于国家规定的0.lngTEQ/m3水泥窑排放控制标准。   四、拉法基瑞安集团的协同处置成功经验   重庆拉法基瑞安水泥公司南山工厂和重庆长寿润江环保建材公司,于2006年和2007年先后启动了利用水泥窑协同处置生活污水厂污泥的科研和试验工作,并于2008年7月和2009年10月分别建成了2套、年处理3万吨和5万吨的污泥处置系统,且分别接收处理了重庆南岸鸡冠石和长寿污水厂送达的污泥(含水率80%)的处置,将污泥送入水泥窑窑尾烟室掺和水泥生料中煅烧成水泥熟料,并利用余热配套安装纯低温余热发电机组发电,运行情况良好,无二次污染、无飞灰、灰渣二次处置。   重庆拉法基瑞安地维水泥有限公司位于重庆市江津区珞璜镇珞璜建材工业园区,其水泥窑协同处置污染土壤生产线项目是利用重庆腾辉地维水泥厂2500t/d干法窑在生产水泥过程。工程建设内容主要由两部分组成:依托已有的2500t/d新型干法熟料生产线,新建(1)存储量约50000吨的污染土壤储存系统,主要包括污染土壤贮存仓库、仓库周边排水系统、渗滤液收集系统等;(2)污染土壤入窑系统,主要包括污染土壤进料仓、计量称、提升机、除尘器等。本项目的验收实施方案组织了专家组审核,并按照专家意见实施竣工验收监测。   五、华润集团的协同处置成功经验   广州越堡水泥有限公司将1条6000t/d水泥熟料生产线改造成日处理600吨(含水80%)城市污泥工程。自2009年8月21日投运,共处置了广州市生活污泥26多万吨。该系统运行可靠,操作简便,对污泥的适应性强。按照600t/d的设计处理能力运行,该项目每年可节约标准煤1.36万吨,减少CO2排放3.4万吨,避免污泥填埋而减少甲烷排放5000吨,相当于每年减少CO2排放10.5万吨。   这些先进企业的成功经验告诉我们我国的水泥窑协同处置面对的固体废物种类来源很复杂,与国外的截然不同。汪澜教授介绍到,以生活垃圾为例,其成分与发热量与发达国家的存在较大差异。上海城市垃圾的发热量仅只有德国的1/2、日本的2/3。那么依此,我国已开发了RDF技术、生活垃圾CKK技术,污泥处置技术、危险废物处置技术等。每一类技术因处置对象、物理化学特性、处置规模等,呈现出不同的技术形态:①对于生活垃圾发热量相对比较高、并能简单分类管理的中心城市,如北京、上海、广州、重庆等地,选择3000t/d或以上规模的老厂进行改造,或者以协同处置生活垃圾或污泥为主要目的新生产线建设;②对于水泥厂与城市相距分散的区域,选择以固体废物预处理厂建设为主,经预处理后的材料运往水泥厂进行焚烧。   国务院2013年41号文提到为了进一步淘汰落后产能,“支持利用现有水泥窑无害化协同处置城市生活垃圾和产业废弃物,进一步完善费用结算机制,协同处置生产线数量比重不低于10%”、“强化氮氧化物等主要污染物排放和能源、资源单耗指标约束,对整改不达标的生产线依法予以淘汰”、“修订完善资源综合利用财税优惠政策,支持生产高标号水泥、高性能混凝土以及利用水泥窑处置城市垃圾、污泥和产业废弃物”, 因此,他建议,一线二线城市周边的水泥厂应顺应国家大趋势,尽快启动水泥窑协同处置业务,战略性调整企业发展方向,积极开展水泥窑协同处置业务。

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1 、危废市场现状

小编说:总结了协同处置污泥对水泥窑设备运行工况、产品性能及污染物控制等方面的影响。对污泥水泥窑协同处置的项目规模、协同处置形式和发展趋势进行了分析,最后提出了发展建议和展望。

近年来,随着危废行业政策的逐渐完善,我国危废市场规模高速增长。根据国家统计局数据,2016年我国危废产生量5347万吨。由于部分工业企业未严格申报及偷排量大,我国危废实际产量与统计数据相差较大。有专家预测到2018年我国实际危废产量至少在1.3亿吨,存在着巨大的处置需求缺口。

1 、协同处置污泥对水泥窑的影响

图1:我国工业危废产生量

1.1 对熟料生产设备的影响

数据来源:生态环境部2014、2015年环境统计年报

目前我国大部分项目的污泥处置量为100~600 t/d,进厂污泥含水率30%~80%,灰分40%~60%。污泥加入后对生料组分影响较小,但是当一些微量元素过量时对水泥窑的生产设备和熟料性质有负面影响。当原料中氯元素含量较多时,易在窑尾、风管和排风机等处生成低温共熔物而结皮并堵塞通道;硫、氯、熔融组分能侵蚀耐火砖,降低保温效果,导致生产不稳定。

必发365天天乐趣网投,国家统计局2016年数据

广州越堡的经验表明,分解炉在处理城市污泥后,生料分解的有效空间减少3%~5%,分解炉内生料分解区间的热负荷增加6%~10%,从稳定分解炉操作状态的角度考虑,需适当降低水泥窑系统的产量以保证水泥熟料的质量及污泥的彻底焚烧;重庆拉法基南山工厂发现,焚烧污泥时窑尾10 m内会结皮,当停烧污泥时结皮现象消失,通过增加预热器通风可缓解结皮现象;北京水泥厂投加污泥导致分解炉出口烟气温度有所上升,而且污泥在炉内燃烧导致原有的温度曲线发生变化,窑内物料的液态过早出现,导致出现结皮等现象;山东某水泥厂2017年接收污泥的氯离子含量达0.4%,易造成预热器及下料管堵塞,降低水泥窑和水泥磨的运转率;华新水泥项目的经验也表明,协同处置会令水泥熟料减产,当入窑水量为1 t时会导致熟料减产2 t,单窑熟料产量可由5 500 t/d下降至5 200 t/d。

图2:危险废物处置方式

1.2 对熟料矿物相及强度的影响

我国危废治理主要以无害化处置和资源化利用为主,资源化利用仍是危废处理的主要方式,无害化处置的比例正在逐年上升。目前我国无害化处置的主要方式是焚烧、填埋、水泥窑协同等。其中水泥窑协同处置被誉为处理过程最安全、处理结果最彻底方式之一,日益成为危废处理的主流。

当污泥投加比例适度时,引入的微量元素在熟料烧结过程中起到了矿化和助熔的作用,改善了水泥生料的易烧性。一般情况下,污泥掺入量在1%~5%,可降低熟料中游离钙的含量。当污泥投加比例适度时,可提高水泥强度;当投加比例超过2%~2.5%时,水泥的早期强度将有所下降,原因可能是:污泥中SiO2在生料中的比例过高导致C2S反应转化为C3S的比例下降,导致水泥强度发展缓慢、早期强度低;污泥中碱的过量存在能够破坏熟料矿物的形成,使得水化过快,凝结时间变短,对熟料强度产生不利影响;污泥中过量的磷会促使C3S分解为CaO和α-C2S。

3 、水泥窑协同处置简介

在广州越堡项目中,2009年熟料3 d平均强度为33.2 MPa、28 d平均强度为60.8 MPa,处置污泥后没有影响水泥熟料质量;万安华新项目中,熟料强度下降不明显,仍处于正常波动范围之内。

水泥窑协同处置是水泥工业提出的一种新的废弃物处置手段,它是指将满足或经过预处理后满足入窑要求的固体废物投入水泥窑,在进行水泥熟料生产的同时实现对固体废物的无害化处置过程。

1.3 对系统风量的影响

危废进入水泥窑之前需进行预处理,一般根据危废性质进行分类处理:

水泥窑是敏感的热工系统,热流、气流及物料流的变化会打破系统本身的平衡。潘泂等以5 000 t/d规模水泥窑处理620 t/d污泥测算,因增加污泥喂料系统和污泥带入的水分导致窑尾废气处理系统风量增加15%~20%。孔祥娟等也提出,未完全干化污泥中的水分在水泥窑协同处置过程中蒸发时体积会大幅膨胀,给窑尾排风机带来负面影响。

热值高且稳定的危废作为水泥窑替代燃料;

广州越堡项目中,处理城市污泥后系统的总通风量增加幅度为5%~10%;处理城市污泥导致进入高温风机的烟气温度增加5~10 ℃,工况风量随着烟气量和烟气温度的增加而增大,对熟料生产能力有较明显的影响;山铝、湖州等部分水泥厂协同处置含水率大于50%的污泥时,窑尾预热器温度上升5~20 ℃,窑尾高温风机风量增加。

符合水泥原料成分且含量较高的作为可替代原料;

1.4 对系统能耗的影响

不能作为替代燃料或原料的固态危废一般进行破碎分选,采用螺旋输送器或人工投料方式入窑处理;

掺烧污泥时,污泥所含水分蒸发产生的烟气量与为保证分解炉内足够热力强度而补充用煤增加的窑尾烟气量相叠加,导致预热器风速增加,系统阻力增大,预热器换热效率下降,进而导致窑系统的热平衡及物料平衡的关系产生变化,导致高温风机风量上升,窑尾预热器的排气温度升高,系统的总热耗增加。高长明通过分析北京金隅和广州越堡的数据认为,污泥水泥窑协同处置系统中,水分的进入导致单位熟料热耗增加3%~4%、电耗增加8%~12%;饶珊珊等发现污泥在窑尾烟室投加时,喂煤量保持不变的情况下,熟料的产量下降10%左右,折合燃煤量为310.1 kg/t湿污泥;湖州南方水泥有限公司利用5 000 t/d水泥熟料生产线协同处置200 t含水率80%污泥,统计燃煤量约150 kg/t湿污泥

半固态、液态危废主要在混合配伍后采用污泥泵、隔膜泵等直接泵送入水泥窑。

经深度脱水或干化处理后,污泥可为水泥窑提供一定热量。广州越堡项目发现,随着污泥含水率的波动,其对窑尾总热量的贡献率在1%~10%变化,2009年进厂污泥平均热值13.79 MJ/kg,污泥干化过程中,热值随着有机物的减少而损失,实测每吨污泥可节省原煤170 kg;华新水泥项目中,当入窑污泥含水率为50%时,窑内热值平衡;当含水率为80%时,每吨污泥需补煤120 kg;根据万安华新项目的经验,污泥干基热值为800~1 000 Kcal/kg且污泥含水率小于30%~40%时会节煤。

水泥窑协同处置投加位置包括窑头高温段、窑尾高温段或者生料配料系统,主要根据危废的特性、进料装置的要求以及投加口的工况特点来确定。

1.5 对烟气中重金属的影响

窑头高温段适合含水率低的液态物质及含高氯、高毒、难降解有机物质等危废;

在各类重金属中,高挥发性元素汞主要凝结在窑灰上或随烟气带走形成外循环和排放。有研究建议,污泥在水泥行业使用时汞含量不应超过0.5 mg/kg;荷兰禁止含汞污泥在发电厂协同处置,同时也为水泥窑设定了汞的特殊限值。易挥发元素铊绝大部分滞留在预热器内,少量可随窑灰带回窑系统,随废气排放的约占0.01%。

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