水泥窯協(xié)同處置一般污泥類固廢的改造

□□ 王喜佳，吳勇鋒，馬 劍

(1.肇慶市金崗水泥有限公司佛山高明分公司，廣東 佛山528500；2.肇慶市新榮昌環(huán)保股份有限公司，廣東 肇慶 526117)

引 言

2017年以來(lái)水泥行業(yè)利潤(rùn)屢破新高，但一個(gè)不容忽略的事實(shí)是水泥行業(yè)仍處于產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的行業(yè)范疇中，整個(gè)行業(yè)利潤(rùn)之所以可以如此高歌猛進(jìn)主要得益于過度錯(cuò)峰生產(chǎn)和嚴(yán)格的環(huán)保監(jiān)查，使供求關(guān)系人為失衡，掩蓋了行業(yè)產(chǎn)能過剩的矛盾，去產(chǎn)量不能代替去產(chǎn)能，去產(chǎn)能的工作沒有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。故該行業(yè)從業(yè)人員正在陷入矛盾掙扎：即要時(shí)刻提醒自己所處的行業(yè)產(chǎn)能過剩依舊嚴(yán)重,又要時(shí)刻絞盡腦汁通過多種手段“瞞天過?！毙略霎a(chǎn)能。以2020年為例，水泥產(chǎn)量23.77億t，同比增長(zhǎng)1.6%，水泥行業(yè)實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)或超1 800億元，與2019年基本持平，全國(guó)水泥行業(yè)的利潤(rùn)增長(zhǎng)的背后是產(chǎn)能嚴(yán)重過剩現(xiàn)狀沒有根本改變，產(chǎn)業(yè)集中度和市場(chǎng)優(yōu)化布局沒有根本改變，未來(lái)行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的變化和企業(yè)創(chuàng)新能力的提升比經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)更沒有改變。在跨區(qū)域產(chǎn)能置換大背景下，規(guī)模較小的生產(chǎn)線為保證生存必須要實(shí)現(xiàn)差異化競(jìng)爭(zhēng)。

受益于供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、加之行業(yè)協(xié)會(huì)引導(dǎo)和磋商的作用，企業(yè)自發(fā)降低產(chǎn)量保證市場(chǎng)價(jià)格，但在實(shí)踐過程中也出現(xiàn)了特殊情況：第一是超低排放生產(chǎn)線的差異化政策；第二是冬季供暖及協(xié)同處置固廢/危廢/生活垃圾生產(chǎn)線的差異化政策，部分企業(yè)在此過程中充分享受到政策的紅利。本文主要介紹肇慶市金崗水泥有限公司(簡(jiǎn)稱“金崗水泥”)利用現(xiàn)有2 500 t·d-1熟料生產(chǎn)線協(xié)同處置一般固體廢棄物的相關(guān)改造。

1 建設(shè)背景

肇慶市金崗水泥有限公司地處大灣區(qū)腹地肇慶市高要區(qū)，其2 500 t·d-1水泥熟料生產(chǎn)線始建于2003年，占地580余畝，年產(chǎn)P·O 42.5 R水泥150萬(wàn)余t，總投資約4億元人民幣。隨著近年來(lái)水泥行情持續(xù)走高及需求增長(zhǎng)乏力，企業(yè)愈發(fā)感受到可持續(xù)發(fā)展的壓力，因此必須進(jìn)行改革創(chuàng)新保證企業(yè)具備可持續(xù)發(fā)展的必要條件。隨著大灣區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，生活及工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的固體廢物日益增多。若固體廢物處置不當(dāng)，將對(duì)居民生活環(huán)境及身體健康構(gòu)成嚴(yán)重的威脅，因此，地方政府對(duì)固體廢物管理與處置正面臨日益嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)壓力。歐美的成功經(jīng)驗(yàn)表明，利用水泥窯協(xié)同處置一般固體廢棄物的技術(shù)相當(dāng)成熟、效果十分明顯，利用現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線進(jìn)行改造以達(dá)到協(xié)同處置一般固體廢物，既可幫助地方政府解決一般固體廢物帶來(lái)的處置難題，又可避免因政策變動(dòng)而強(qiáng)制停產(chǎn)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)層面損失。結(jié)合公司所處肇慶市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及一般固體廢棄物產(chǎn)生及處置情況，擬選定造紙污泥、印染污泥和市政污泥作為潛在的處置物，通過大范圍實(shí)地取樣并對(duì)其成分進(jìn)行分析，化驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 一般固體廢棄物的化驗(yàn)結(jié)果

通過上述結(jié)果分析可知，造紙污泥、印染污泥和生活污泥的化學(xué)成分對(duì)水泥生產(chǎn)的影響較小，但印染污泥和生活污泥的水分對(duì)水泥窯的影響較大，可通過上述3種污泥按照一定比例搭配使得污泥綜合水分控制在55%～65%范圍內(nèi)?？紤]上述污泥流動(dòng)性較好，結(jié)合建設(shè)投入和產(chǎn)出等因素，擬采用柱塞泵將污泥噴入預(yù)熱器內(nèi)焚燒的工藝路線。

2 建設(shè)方案

將上述3種形態(tài)、含水率不同的污泥按照預(yù)設(shè)比例卸入120 m3接收倉(cāng)內(nèi)攪拌均勻，在接收倉(cāng)頂部卸料口處設(shè)置液壓翻板門，以使倉(cāng)處于密封常態(tài)，當(dāng)自卸車卸料時(shí)，就地或遠(yuǎn)程控制開啟倉(cāng)蓋板。倉(cāng)頂卸料區(qū)域設(shè)置格柵，防止大塊雜物進(jìn)入接收倉(cāng)內(nèi)堵塞柱塞泵系統(tǒng)。接收倉(cāng)設(shè)置攪拌系統(tǒng)，可以起到攪拌均化的作用，另在接收倉(cāng)底部設(shè)置液壓驅(qū)動(dòng)滑架，防止污泥在倉(cāng)底淤積形成死角、起拱。倉(cāng)內(nèi)污泥在攪拌系統(tǒng)和滑架的作用下進(jìn)入卸料口，經(jīng)雙螺旋喂料機(jī)輸送至單缸閘閥柱塞泵內(nèi)去水泥窯分解爐窯尾，在輸送管道入窯尾的末端設(shè)置給料噴槍，以使污泥均勻、散開的形式噴入，增加換熱面積，從而降低污泥對(duì)窯系統(tǒng)的影響。協(xié)同處置車間為微負(fù)壓車間，熟料線正常生產(chǎn)期間車間內(nèi)臭氣通過臭氣管道由引風(fēng)機(jī)引入篦冷機(jī)內(nèi)經(jīng)高溫分解處理，在熟料生產(chǎn)線停機(jī)時(shí)車間內(nèi)臭氣經(jīng)活性炭除臭裝置后外排。工藝流程圖如圖1所示，系統(tǒng)主要設(shè)備及參數(shù)見表2。

表2 系統(tǒng)主要設(shè)備及參數(shù)

圖1 工藝流程圖

該系統(tǒng)整體設(shè)備較少，工藝簡(jiǎn)單，布置靈活，占地面積少。適用一些場(chǎng)地受限，處理污泥品質(zhì)較為單一的工廠，同時(shí)對(duì)原有生產(chǎn)系統(tǒng)的影響相對(duì)較小，但對(duì)污泥的品質(zhì)要求相對(duì)較高，必須滿足柱塞泵輸送要求。

3 運(yùn)行情況

在日常處置過程中主要以印染污泥為主，通過加入造紙污泥來(lái)調(diào)節(jié)入倉(cāng)內(nèi)的水分，控制水分在60%左右以適應(yīng)單缸柱塞泵的工作條件，日處置量基本穩(wěn)定在50～100 t，操作界面如圖2所示。

圖2 操作界面

根據(jù)GB 30760—2014《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范》對(duì)入窯生料中和水泥熟料中重金屬含量參考限值要求，見表3。

表3 入窯生料和水泥熟料中的重金屬含量參考限值 mg·kg-1

為了盡量降低投加污泥對(duì)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的影響，同時(shí)保證入窯系統(tǒng)物料和熟料成分符合技術(shù)規(guī)范要求，從兩個(gè)方面進(jìn)行理論計(jì)算：(1)保證入窯生料重金屬含量符合技術(shù)規(guī)范要求，同時(shí)根據(jù)生料里的重金屬含量計(jì)算熟料內(nèi)的重金屬含量，計(jì)算結(jié)果符合技術(shù)規(guī)范要求限值，根據(jù)污泥的化驗(yàn)結(jié)果計(jì)算在滿足重金屬含量不超標(biāo)前提下的最低投加量，實(shí)際投加量不得大于計(jì)算值；(2)在滿足前面條件的情況下，根據(jù)物料的含水率和熱值調(diào)整污泥的投加量，投加污泥的目標(biāo)和原則是減少對(duì)熱工系統(tǒng)的影響，在考慮系統(tǒng)污泥和煤粉完全燃燒所需含氧量的情況下，穩(wěn)定生料喂料量，計(jì)算污泥的最大投加量。

以上計(jì)算完成后，再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的方式分為以下幾種情況：

(1)在穩(wěn)定入窯生料量和投加污泥量的情況下，通過調(diào)整窯尾喂煤量控制分解爐出口溫度。

(2)當(dāng)為了穩(wěn)定分解爐出口溫度調(diào)整窯尾喂煤量超過10%時(shí)，穩(wěn)定用煤量，通過調(diào)整污泥的投加量確保分解爐出口溫度達(dá)到目標(biāo)溫度。

(3)當(dāng)入窯生料量和污泥量波動(dòng)造成熱工系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)，先停止污泥投加，穩(wěn)定入窯生料量盡快調(diào)整熱工系統(tǒng)趨于正常后再逐步投入污泥。

調(diào)整后的污泥添加量見表4。

表4 污泥投加量及占比

按現(xiàn)運(yùn)行的情況，污泥投加量符合生料和熟料內(nèi)重金屬含量限值要求，對(duì)系統(tǒng)熱工影響在系統(tǒng)可承受的范圍之內(nèi)，生產(chǎn)線整體運(yùn)行穩(wěn)定，因投加污泥造成的煤耗增加的成本小于污泥處置收益，污泥按450元·t-1處置費(fèi)用計(jì)算，項(xiàng)目創(chuàng)造效益明顯，對(duì)于處置單一污泥項(xiàng)目，可以參考和借鑒。

日常運(yùn)行中遇到的主要問題：

(1)柱塞泵工作時(shí)噴槍不出污泥。主要是由于污泥水分過大，污泥在管道內(nèi)無(wú)法形成有效的蠕動(dòng)，故在系統(tǒng)工作時(shí)要注意把污泥水分控制在55%～65%范圍內(nèi)，并留意污泥倉(cāng)料位的變化，在進(jìn)廠污泥來(lái)源穩(wěn)定的情況下，通過進(jìn)廠污泥的搭配，保證污泥的含水率。

(2)SO2排放超標(biāo)，由于印染污泥和市政污泥中含硫率高，在投入這兩種污泥較多時(shí)，導(dǎo)致煙氣的SO2排放增加。

為了保證污染物排放達(dá)標(biāo)，采取了兩個(gè)措施：一是監(jiān)控進(jìn)廠污泥的含硫率，通過不同含硫率污泥的搭配，降低入窯污泥含硫率；二是新增一套固態(tài)脫硫裝置以應(yīng)對(duì)突發(fā)的物料波動(dòng)造成的SO2排放超標(biāo)，確保排放達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹在2 500 t·d-1熟料生產(chǎn)線通過引入柱塞泵系統(tǒng)將污泥直接噴入預(yù)熱器中進(jìn)行焚燒的工藝。該工藝投資規(guī)模在1 000萬(wàn)以內(nèi)，且新增設(shè)備有限，操作簡(jiǎn)單，污泥日處理50～100 t，在現(xiàn)有的市場(chǎng)條件下投資回報(bào)周期為2～3年，對(duì)2 500 t·d-1生產(chǎn)線較為適宜。