技术 | 几种水泥窑处置污泥方式的分析与对比
水泥窑协同处置城市生活污泥技术经过数年的发展已经有了长足的进步，在污泥实际处置方面出现了几种不同的技术路线，本文分别对几种投加技术和使用进行了简单的分析总结。
1 污泥泵送直喷协同焚烧技术
污泥直喷入窑协同技术是最早开始试验发展的技术之一，其核心是利用柱塞泵解决了80%含水率污泥的较长距离输送问题，在水泥协同焚烧处置城市生活污泥的发展历程上是一个不可逾越的技术阶段。
1.1 处置工艺
主要工艺流程是：80%含水率的城市生活污泥经汽车运输至厂内之后，卸车至污泥储存车间的污泥暂存接收仓内，污泥暂存接收仓内设置有污泥破拱滑架，滑架来回往复运动可以避免污泥在料仓内的结拱架桥。暂存的污泥经过仓底的双轴螺旋给料装置后进入到液压驱动柱塞泵内，污泥经污泥柱塞泵推送后经过除渣器后进入污泥雾化喷枪，经过污泥雾化喷枪充分雾化之后喷入到分解炉内进行焚烧（流程见图1）。污泥除渣器与污泥雾化喷枪属于选配方案，在一些项目上并不是都有配备。
从发展历程上来看，污泥直喷焚烧大致经历了不同选点分解炉喷入、优化选点喷入以及优化加入点雾化喷入等几个阶段。
最早的的污泥泵送直喷入窑是将污泥直接利用柱塞泵输送至窑尾烟室内喷入，在国内拉法基、华新、南方水泥等都有使用案例。由于污泥进入烟室后会直接沿着烟室斜坡滑落至回转窑内，滑落过程中污泥的水分基本没有汽化蒸发的机会，这就造成几乎所有的水分都是直接在回转窑的物料中实现汽化蒸发的。高温生料粉内部迅速充气后流速会加快，分解带生料快速的涌向烧成带，加大烧成带负荷，给烧成过程带来巨大波动。再加上柱塞泵的料流本身就是脉冲性质，每次输送都会造成一个恶劣循环，这就势必造成水泥窑内工况的急剧恶化，给熟料产质量带来巨大的影响。
在饱受污泥处置的影响之后，各个水泥企业在实践生产中在污泥泵送的基础上也做了有益的尝试和改造，最终取得了不错的成绩，下表是几个厂家处置改造实践的一个统计。
通过统计来看，80%污泥直喷目前最好的方式是JDHC的“分解炉中部喷入+二代污泥雾化喷枪”的组合方式，在水泥窑稍作减产的基础上，可以达到日处理280t污泥的水平，其耐火浇注料使用周期和系统排放指标都没有受到影响。
在分解炉中部和顶部同时都采用一代雾化喷枪进行分散的厂家其效果也尚可，可以保证绝大部分污泥不会跌穿缩口进入到回转窑的现象，系统稍作减产就可以实现表中所列的处置量。
这里特别要说明的是DXSN等几个厂家在三次风管内做的协同焚烧效果也是不错的，窑况影响很小，但是有堆积，有的厂甚至堆积很厚，目前还在进一步的试验测试中。
1.2发展前景
污泥直喷入窑技术具备投资少、见效快的优势，可以在比较少的投资条件下迅速形成规模处置能力，同时该技术劣势也比较明显，污泥投加以后对水泥窑影响太大，系统处置规模受到限制。
不过，根据现在达到的实际处置能力和技术水平，一条5000t/d生产线采用直喷技术也是完全可以彻底、无害的处置一个县域经济或者中等城市范围内产生的污泥量的，再加上投资少、周期短的优势，对于那些是拥有水泥窑生产线、同时又急于处置本区域内城市生活污泥乃至一般固废污泥的县域经济体或中等城市都是一个比较合理的技术选择，放眼来看，国内无论是东部还是中西部都有大量的机会。
2 焚烧炉协同焚烧技术
由于污泥直接入窑对于水泥窑生产的影响比较大，不少厂家开始了技术探索，这其中采用用焚烧炉焚烧污泥的办法，有的是借用生活垃圾焚烧的热盘炉，有的是借用协同焚烧危险废物的焚烧炉，也有的是建设专门焚烧炉进行焚烧，都取得了很好的效果。
2.1 处置工艺
具体物料流程基本如图5所示：80%含水率的污泥经过汽车运输至厂内暂存仓，暂存仓内设置有污泥破拱滑架，污泥经过双轴螺旋喂料装置输送后经由污泥泵推送至焚烧炉内进行焚烧。焚烧炉目前有多种形式，图2中所展示的是采用两阶炉篦焚烧炉，引入高温三次风作为烘干和焚烧热源，物料在焚烧炉中进行烘干焚烧烧后的水蒸气和烟气进入分解炉参与分解炉换热，焚烧残渣则推入分解炉作为水泥原料使用。
为保证焚烧完全，设置两阶炉篦，第一阶为烘干阶段，由料层底部通入热风进行烘干和助燃，烘干完成后的物料则进入第二阶炉篦，进入二段之前物料经过一个台阶，跌落的过程中物料有一次翻滚来增强混合作用，提高效果。
表3是笔者根据现场操作人员反馈统计的几个焚烧炉使用情况，根据统计来看，使用焚烧炉来协同处置城市生活污泥的方式是比较合理的，无论是借用其他系统焚烧炉还是专门建设的焚烧炉，其效果都明显好于污泥直喷入窑的效果，尤其是在降低对窑系统影响的方面，采用焚烧炉的生产线都没有对现有的窑系统操作造成多大的影响，生产线操作上基本没有任何调整。对比直喷系统分析来看，其主要原因应该归结为：没有高含水的物料进入回转窑的扰动，使得水泥窑内物料流动仍趋于稳定，进而使整个窑系统最为薄弱的环节运行得到了保证。
2.2 发展前景
使用焚烧炉协同焚烧城市污泥的技术方式是在直喷焚烧技术的改进版，一般情况下可以在窑系统较少影响的情况下实现污泥处置量的翻倍，对于一些污泥处置压力较大同时系统运转压力较大的企业无疑是一个比较好的选择。
但是，从另一个角度来看，增加焚烧炉又是是一笔不菲的投资，采用进口焚烧炉动辄上千万，国产焚烧炉至少也是几百万的投入，投资与回报的选择只能是见仁见智，各求所需。
3 污泥干化后协同焚烧
受国家政策规定影响，另外也是市场需求另有部分水泥生产线，尤其是生活污泥存量和产量巨大的一些城市周边的水泥生产线，比如北京、深圳、广州等城市周边的水泥水泥生产线，为了提高污泥系统协同处置量以适应市场需求，尝试将污泥干化后焚烧的技术路线。国内较早采用这个模式的有北京水泥厂和珠江水泥厂。
3.1 处置工艺
污泥干化烘干方式有多种，有利用窑尾烟气进行直接干化烘干的，也有利用导热油间接干化的，也有在厂外利用其它方式进行干化的等等，在这里不进行论述，但是投加方则相对一致。以厂外干化进厂焚烧的模式为例，具体流程如图6，在厂外干化至40~50%的城市生活污泥经过车辆运输至污泥接收仓之内暂存，暂存的污泥经过重载滑架输送至双无轴螺旋，经过皮带秤计量之后通过大倾角皮带提升输送至预热器塔架分解炉中部，经过双级锁风翻板阀后进入到分解炉内进行焚烧。
污泥干化之后再进入窑系统焚烧的优势是非常显而易见的,首先，污泥含水率减少，污泥入炉对水泥窑的影响大大降低，实际处置量明显增加（表4），可有效降低熟料生产的生料，其次，干化后的污泥具有400~800大卡/kg的低位热值，水泥窑焚烧污泥的过程能带来一部分热量收入，是一个双赢的局面。
3.2发展前景
目前国内污水污泥处置需求最为迫切的地方就是北上广深这类超大型城市，一方面每天有着大量的污泥产生，另一方面则是实现完全无害消解处置的渠道不多，目前仍然处于一个非常窘迫的局面。
目前认为，将脱水污泥进行焚烧仍是公认的最佳完全处置途径，但是另一个问题就出现了，虽然国家也在鼓励推进电厂、炼钢锅炉、水泥窑炉等协同焚烧，但是这种超大城市周边各种窑炉数量也是非常少。还有另一个问题就是，80%含水率的污泥由于其巨大的含水量在任何炉窑内焚烧都是影响巨大且成本高昂，即便是污水厂和财政方面有了高额补贴也各企业也是积极性不高，在这个背景之下，干化脱水后进行焚烧无疑是一个最优选择。
从另一个角度来看，污泥干化焚烧处置量虽然很大，但是干化系统相对比较复杂、投资量巨大，运营成本和运营难度也非常高，在处置补贴和热源成本方面如果没有很好的解决，项目落地难度也是很大的。
4 结论
水泥窑协同焚烧城市生活污泥是目前公认的最佳无害最终处置技术，在国内已经发展了多年，现在已经有了多种投加方式已经形成了高低搭配，足以适应目前不同的市场要求和技术适应要求。相信随着国家环保产业政策覆盖逐步扩大，这几种投加技术的案例会越来越多，技术也会更加完善和精细。
作者单位：北京恩萨工程技术有限公司
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