協(xié)同處置含硫危險廢物對水泥窯系統(tǒng)的影響

何 晨，趙旭紅，張廣芳，張 宇，吳臻輝，丁 玲，嵇 磊

（溧陽中材環(huán)保有限公司，江蘇 溧陽 100102）

0 前言

水泥窯協(xié)同處置技術(shù)相較于其他危險廢物處置技術(shù)，更具有節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟方面的優(yōu)勢，是目前被認為處置過程最安全、處置結(jié)果最徹底的技術(shù)之一。在利用水泥窯協(xié)同處置危險廢物的過程中，也會處置一些含硫危險廢物，如燃料廢物，原油精餾殘渣等，這類危險廢物雖然組分復(fù)雜、腐蝕性強，但是熱值極高，是比較適宜用于資源化、無害化處置的廢棄物。根據(jù)相關(guān)文獻可知[1-2]，過量的硫?qū)λ喔G不可避免有一定影響，如窯內(nèi)結(jié)皮結(jié)圈、堵料、影響熟料強度等，因此，研究含硫危險廢物對水泥窯的影響并對其進行控制，是水泥窯穩(wěn)定生產(chǎn)的必要措施。

本文采用五級旋風筒預(yù)分解爐和5000t/d的回轉(zhuǎn)窯進行工程試驗，將不同硫含量的危險廢物從分解爐投料，探討含硫危險廢物對水泥窯系統(tǒng)的影響。

1 水泥窯協(xié)同處置工藝方案

采用單柱塞泵漿渣系統(tǒng)進行危險廢物的入爐處置，其工藝流程是，通過危險廢物運輸車將危險廢物運到漿渣倉，危險廢物依次通過漿渣倉底部的八螺旋無軸鉸刀、四螺旋無軸鉸刀、雙螺旋無軸鉸刀輸送到漿渣泵腔內(nèi)，通過液壓站控制柱塞泵柱塞的往復(fù)運動，將泵腔體中的危險廢物通過管道泵送入分解爐進行處置。危險廢物入分解爐的數(shù)量可以通過控制泵送流量來實現(xiàn)。具體工藝流程見圖1。

圖1 水泥窯協(xié)同處置工藝流程圖

2 含硫危險廢物對水泥窯系統(tǒng)的影響

正常情況下所處置危險廢物中硫含量的平均值在1.5%左右，入廠危險廢物硫含量一般在7%以下，有時候也會出現(xiàn)硫含量大于20%的高硫危險廢物，在處置不同硫含量的危險廢物時會對水泥窯系統(tǒng)造成不同的影響。

2.1 對回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的影響

正常情況下在窯內(nèi)15～25m之間掛窯皮（見圖1）可以很好的保護窯內(nèi)耐火材料并且可以達到理想的煅燒效果，但是處置含硫危險廢物后在窯內(nèi)28m甚至33m處也會出現(xiàn)結(jié)皮（見圖2），并且結(jié)皮較厚，這是由于硫的揮發(fā)性不強，容易在窯內(nèi)產(chǎn)生難處理的結(jié)皮固體物，如鈣明礬石（2CaSO4·K2SO4）、雙硫酸鹽、硅方解石（2C2S·CaCO3）、硅硫鈣石（2C2S·CaSO4）及二次硫酸鈣等的一種或多種。這些結(jié)皮物不僅取決于腐蝕元素含量的高低，還和溫度有關(guān)[3]。在高溫風機拉風不變的情況下，形成的較厚的窯皮會影響窯內(nèi)通風，使燒成能力下降，為了維持窯內(nèi)燒成帶的煅燒能力，提供足夠的氧氣，就需要加大高溫風機的轉(zhuǎn)速，從而在一定程度上增加了能耗。如果危險廢物中硫的含量足夠高時，結(jié)皮的厚度還會增加，甚至在窯內(nèi)會形成副窯皮（見圖3），當結(jié)皮厚度達到一定程度時由于熱生料無法從窯尾到達窯頭還會在窯尾出現(xiàn)漏料現(xiàn)象。

圖1 處置危險廢物前筒體掃描圖

圖2 處置含硫危險廢物后筒體掃描圖

圖3 處置高硫危險廢物后筒體掃描圖

處置高硫危險廢物時，對窯況的影響也比較明顯，具體表現(xiàn)為窯電流下滑，二次風溫及窯尾煙室溫度降低（參數(shù)對比見表1），此外由于窯內(nèi)結(jié)皮厚需要通過降低喂料量來確保熟料的煅燒效果，也會導(dǎo)致熟料產(chǎn)量的降低。

表1 處置高硫危險廢物和低硫危險廢物窯系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)對比

2.2 對預(yù)熱器系統(tǒng)的影響

在處置含硫危險廢物后，預(yù)熱器及分解爐內(nèi)容易形成硫結(jié)皮，影響整個預(yù)熱器系統(tǒng)的通風，導(dǎo)致分解爐內(nèi)氧氣供應(yīng)不充足，由噴煤管噴入的煤粉在分解爐燃燒效果不好，無法提供生料分解所需要的相對穩(wěn)定的溫度，最終影響入窯生料的分解率，正常情況下入窯生料的分解率應(yīng)該在90%～95%范圍內(nèi)，處置含硫危險廢物后入窯生料的分解率出現(xiàn)低于90%的情況有所增多，危險廢物中硫的含量越高，入窯生料分解爐的波動越大。如此一來，未被分解的生料會在窯內(nèi)繼續(xù)進行分解，從而影響窯系統(tǒng)的熱平衡。處置高硫危險廢物后煙室清結(jié)皮的次數(shù)明顯增多，四級五級預(yù)熱器下料管的結(jié)皮有所增厚，容易出現(xiàn)堵料現(xiàn)象。

這是由于高硫危險廢物進入預(yù)熱器系統(tǒng)后，在下料管、分解爐及預(yù)熱器內(nèi)形成硫結(jié)皮，從而使下料管的內(nèi)徑變小，影響預(yù)熱器系統(tǒng)的通風，減慢生料通過下料管的速度。同樣，高硫危險廢物還會在預(yù)熱器系統(tǒng)的熱電偶溫度計的測溫部形成結(jié)皮，從而無法準確的測量分解爐內(nèi)的溫度，反饋給自動喂煤系統(tǒng)的溫度不準確，會出現(xiàn)噴煤增多或減少的情況，使分解爐內(nèi)的溫度出現(xiàn)大的波動，使入窯生料得不到充分的分解，最終影響入窯生料的分解率。

2.3 對熟料質(zhì)量的影響

處置高硫危險廢物后，熟料28d抗壓強度較處置低硫危險廢物時有所降低，熟料中三氧化硫含量有所增加，時常出現(xiàn)黃心料且熟料結(jié)粒碎，相關(guān)參數(shù)見表2。

表2 處置高硫危險廢物和低硫危險廢物熟料相關(guān)參數(shù)對比

在水泥熟料的煅燒過程中合適的硫堿比有助于窯的穩(wěn)定運行，實際生產(chǎn)過程中，熟料中硫堿比的最佳值約為1。當處置高硫危險廢物時，會使窯內(nèi)和熟料中的硫元素增多，從而使熟料中硫堿比大于1。通常情況下水泥廠會采用旁路放風系統(tǒng)，通過小風量連續(xù)放風的方法降低有害元素的含量，但是該方法對于硫元素降低作用有限。過多的硫酸根離子會與鈣形成硫酸鈣等物質(zhì)，使熟料的鈣含量減少，降低熟料的硅酸鹽礦物成分，從而降低熟料的強度。

3 解決措施

針對以上處置含硫危險廢物給水泥窯系統(tǒng)帶來的影響，制定了相關(guān)的應(yīng)對措施，具體如下：

（1）控制進廠危險廢物硫的含量：進廠危險廢物中有害成分含量的高低直接關(guān)系到進入窯系統(tǒng)中有害成分的數(shù)量。在日常危險廢物的進廠時嚴格把控硫元素的含量，原則上不提倡處置硫含量特別高的危險廢物，根據(jù)實際的生產(chǎn)經(jīng)驗我們盡可能將進廠危險廢物的硫含量控制在7%以下。

（2）合理配伍：在危險廢物的處置過程中，配伍的控制十分重要，它決定了系統(tǒng)運行的安全和穩(wěn)定性。對于入廠的含有一定量硫元素的危險廢物，首先進行試驗，將兩種或幾種不反應(yīng)并且有害元素含量高低不一的危險廢物進行混合，從而達到稀釋高硫危險廢物的目的，盡可能減少對窯的影響。

（3）控制處置速率：危險廢物處置速率的快慢直接影響到單位時間內(nèi)進入窯系統(tǒng)中硫的數(shù)量。在危險廢物處置的過程中盡可能的放慢投加速率，并且旁路放風的風量開到最大，從而減少在一定時間內(nèi)硫在窯系統(tǒng)中的循環(huán)富集。

（4）控制熱生料中硫含量：熱生料中硫含量的高低間接反映熟料中相應(yīng)元素含量的高低。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，建議將熱生料中硫含量控制在1.3%以下。

4 結(jié)語

不同含硫量危險廢物對水泥窯的窯體、預(yù)熱器及熟料質(zhì)量有不同程度的影響，為最小化不利影響，本文總結(jié)可通過合理的配伍控制進廠危險廢物硫的含量、控制生料中的硫含量以及控制處置速率措施降低硫元素對水泥窯的影響，制定相關(guān)管理措施，指導(dǎo)生產(chǎn)，實現(xiàn)水泥窯處置含硫危險廢物的穩(wěn)定、安全、環(huán)保生產(chǎn)。