協同處置危險廢物對水泥的生產影響研究

馬長鵬，方 磊，左積良，武艷麗，孫少龍

(1 海螺創業河南中心實驗室，河南 洛陽 471000；2 洛陽海中環?？萍加邢挢熑喂荆幽?洛陽 471000)

水泥窯協同處置危險廢物技術在國內是一種比較成熟的處置固體廢物的常規技術手段，已有許多研究及相關報道[1-3]。水泥窯協同處置固體廢物具有焚燒溫度高,停留時間長,焚燒狀態穩定減少能源、資源消耗等特點。研究表明,水泥窯協同處置和高溫焚燒技術是我國持久性危險廢物處置技術的較優選擇，而利用水泥回轉窯處理危險廢物近年來也受到越來越多的關注，水泥窯協同處置技術具有成本較低,對污染物去除率高等優勢。

本研究依托河南某水泥廠新型干法水泥熟料生產工藝,利用水泥窯協同處置固體廢物,現場監測[4]協同處置過程中水泥熟料回轉窯況情況,檢測熟料的品質[5-6]，分析水泥窯協同處置危險廢物的環境風險,為我國水泥窯處置危險廢物技術的發展提供基礎的研究依據。

1 原料替代分析

固廢處置量占原料投加量的比例比較小，對熟料率值影響小，故在實際生產過程中，均沒有考慮固廢成分對水泥窯率值波動的影響。據此可知，水泥窯實際生產熟料142500 t/月，因固廢的投加，生料實際投加量為222676 t/月，協同處置后物料配料如表1所示。

表1 配料計算(協同處置后)

續表1

從表1可知，熟料產能增加的同時，固廢的投加對熟料率值產生一定影響，但都在可控范圍之內。共計可節省3059.7 t/月的生料，其中原料1、原料2、原料3、原料4分別節省2600.3 t/月、274.6 t/月、97.5 t/月、87.3 t/月。

生料替代率=3059.7/142500/1.63=1.32%

2 煤粉替代分析

協同處置項目一般處置的系統包括漿渣系統、固態系統、入磨系統、直噴系統等考慮到入磨系統的廢物熱值含量一般比較低。在對煤粉替代分析時，僅分析入分解爐內的廢物。

(1)在不考慮原料替代節煤的前提下，僅固廢投加引起的局部熱平衡計算如表2和表3所示。

表2 煤粉替代入熱

表3 煤粉替代出熱

從表2～表3的熱平衡計算可以看出，固廢平均熱值在1269 kcal/kg時，可替代的煤粉量按照水泥廠的煤粉發熱量計算，可替代8.02 t/月。

(2)除氯系統開啟引起的熱平衡(開啟時間按照80 h/月考慮，根據實際情況調整)，計算如表4和表5所示。

表4 除氯系統熱平衡入熱

表5 除氯系統熱平衡出熱

從表4～表5的熱平衡計算可以看出，除氯系統的開啟增加煤耗，按照3%的放風量及80 h的開啟時間計算，增加的煤粉量按照水泥廠的煤粉發熱量計算，需增加煤粉18.87 t/月。

(3)因固廢替代生料總量為3059.7 t/月，按照燒成熱耗，即712 kcal/kg來考慮，則煤粉替代量為223.68 t/月。

綜上所述，因固廢投加帶入的熱值(入分解爐的固廢平均熱值為1269 kcal/kg)，直接表現出的煤粉替代為8.02 t/d，即實際煤粉的減少量；若同步開啟除氯系統，隨著開啟時間的增加，煤耗增加越大，實際表現可能為水泥煤粉的增加。但是，考慮到水泥產能的增加，隱性節省煤粉量為223.68 t/月，以本次分析為基準，綜合可替代煤粉量為212.83 t/月，即煤粉替代率為1.25%，對于水泥企業直接表現是：實際投加的煤粉量可能沒有減少，但是因水泥產能的增加，單位熟料熱耗減少。

3 高溫風機影響分析

對于水泥窯協同處置項目，風機的影響主要受風機入口的溫度、壓力及風量的影響，高溫風機處溫度及壓力按照230 ℃及6000 Pa來考慮，尾排風機處溫度及壓力按照92 ℃及2500 Pa來考慮，風量增加計算如下：

(1)入分解爐固廢水分蒸發廢氣：1412834.9 Nm3/月；

(2)入生料磨固廢水分蒸發廢氣：111154.2 Nm3/月；

(3)固廢燃燒廢氣：2229729.4 Nm3/月；

(4)煤粉燃燒廢氣減少：-49729.2 Nm3/月；

(5)除氯系統廢氣按照現有設計回到高溫風機前端，即無影響。

綜上，窯尾高溫風機處廢氣合計增加：3592835 Nm3/月(標況)=7036431 m3/月(工況)，窯尾高溫風機合計增加電耗14659 kWh/月。

窯尾尾排風機處廢氣合計增加：3703989 Nm3/月(標況)=5077497 m3/月(工況)，窯尾高溫風機合計增加電耗4407 kWh/月。

4 余熱發電影響分析

對余熱發電的影響主要是因為C1旋風筒出口的風量變化導致的發電量增減，考慮到除氯系統的廢氣是接入到高溫風機入口處，根據上面分析可知，總風量增加3352835 Nm3/月。

據余熱發電效率，風溫為310 ℃的廢氣，每增加1000 Nm3的風量，其發電量約增加11 kWh，據此計算出余熱發電增加36881 kWh/月。

5 氨水用量對比

氮氧化物主要來源于熱力型、燃料型及快速型三種類型，氨水用量取決于分解內氮氧化物的總量及分解爐內氨水與氮氧化物的反應效率，整個過程較為復雜，現有階段暫不能從理論上進行直接分析。根據生產實際情況，對比如下：

協同處置前單位熟料氨水平均用量：1450 L/h；

協同處置后單位熟料氨水平均用量：1400 L/h；

綜合可減少氨水用水量(注意氨水濃度)(1450-1400)×142500/1000=7125 m3/月。假定氨水濃度為20%(密度0.9230)，則所需氨水量為1315.3 t/月。

6 二氧化碳減排分析

根據《中國水泥生產企業溫室氣體排放核算方法與報告指南》指定的核算范圍，同時根據煤粉的工業分析及煤粉熱值，推算出煤粉中碳元素的含量約為63%，推算固廢碳元素的含量約為13%，可知：

(1)入分解爐固廢替代煤粉8.02 t/月，即CO2減排量為18.5 t/月；

(2)入分解爐固廢干基量1486.6 t/月，即CO2增排量為436.5 t/月；

(3)除氯系統開啟增加煤粉18.87 t/月，即CO2增排量為43.6 t/月；

(4)原料替代減少煤粉223.68 t/月，即CO2減排量為517.2 t/月；

(5)原料替代量為3059.7 t/月，根據水泥窯生產的物料平衡計算，C1旋風筒出口產生的CO2氣體量約為0.25 Nm3/kg-cl(扣除煤粉燃燒產生的CO2)，故因原料替代可減排的CO2量為921.8 t/月；

(6)氨水減少折算的煤粉量減少了2585.4 t/月，即CO2減排量為5972.3 t/月。

綜上，因固廢投加帶來的CO2總量合計減排6949.7 t/月。根據水泥窯生產的物料平衡計算，C1旋風筒出口產生的CO2氣體量約為0.42 Nm3/kg-cl(扣除煤粉燃燒產生的CO2)，故生產142500 t的熟料可產生CO2量為117563 t，CO2減排率超過5.91%。

7 結 論

水泥窯協同處置危險廢物后，水泥熟料化學成分和產品質量基本未受到不利影響，并且在一定程度上較大幅度的降低了原材料、原煤、高溫風機、氨水及二氧化碳的排放量。因此，水泥窯協同處置危險廢物是一種環境友好性的處置方式。