隨著我國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，市政污水處理能力快速提升。與此同時(shí)，污泥量的快速增長以及安全、穩(wěn)定的無害化處置問題正在加速凸顯：據(jù)E20數(shù)據(jù)顯示，2016年城鎮(zhèn)濕污泥產(chǎn)生量達(dá)到4083萬t，2020年將攀升至5292萬t，脫水污泥的含水率大多在75%〜85%之間，這種高含水率造成污泥熱值偏低，限制了污泥的焚燒處理：
污泥已經(jīng)成為水泥窯主要利用的替代燃料之一，例如，德國2002年利用水泥窯處置的污泥約為4000t，到2006年該數(shù)字增加到23.8萬t，4年間增長了將近60倍。發(fā)展速度極其迅速2007年，瑞士已有30%的污泥是水泥行業(yè)消納處置的。
為降低含水率。水泥廠多采用余熱技術(shù)對污泥進(jìn)行干化，但干化產(chǎn)生的惡臭難以控制w%而污泥直噴入窯工藝簡單、投資低。近幾年得到了快速發(fā)展但是，污泥血噴入窯后，水泥窯的最大容納員限制以及濕污泥入窯對水泥廠生產(chǎn)的影響，尚未見報(bào)道。
本研究以某水泥廠濕污泥直噴入窯工藝為研究對象，通過污泥物理特性的分析。探索濕污泥直噴入窯的處置量限值、熱耗以及協(xié)同處置過程中對水泥窯排放的影響，以期為水泥窯協(xié)同處置生活污泥提供理論基礎(chǔ)
一、材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
供試污泥采自金華某水泥廠在該水泥廠的污泥接受倉。隨機(jī)采集4個(gè)污泥車輛作為采樣單元采取樣品在污泥卸車的過程中。每個(gè)車輛采集50kg，共采集200kg然后將采取的樣品混合，取100kg作為一個(gè)份樣
1.2 測定方法
污泥含水率采用減重法測定;污泥熱值分析采JIJGB/T212—2008《煤的工業(yè)分析方法》測定;元素分析采用XRF測定：在處置污泥前及處置污泥后2h分別采用文獻(xiàn)中的方法測定水泥窯煙氣中的NOx和二噁英
二、結(jié)果與討論
2.1 污泥特性分析
污泥的理化特性檢測結(jié)果見表1
從表1可以看出：污泥含水率較高，平均為82%，于基熱值為10MJ/kg左右，但折合成濕基，則污泥熱值為負(fù)值，因此。污泥含水率是影響水泥窯況的主要因素此外，污泥干基中的成分主要為鈣硅鋁鐵，相比于垃圾，其氯含量偏低，可以替代水泥生產(chǎn)原料
2.2 污泥直噴入窯處置量限值
由于污泥含水率是影響水泥窯況的主要因素，因此，以含水率計(jì)算濕污泥直噴入窯的處置量限值。
1)水分對煤耗的影響
將20°C的水升溫到100℃，需要的熱量為334.72kJ/kg，100T的水變成水蒸氣的蒸發(fā)潛熱為2255.18kJ/kg，100℃的水蒸氣升溫到分解爐的870T需要的熱量為1677.78kJ/kg
因此，進(jìn)入水泥窯1kg水，消耗的熱量為4267.68kJ，則相當(dāng)于4267.68÷29288=0.146kg標(biāo)煤，
如果每小時(shí)進(jìn)水泥窯6.7t含水率為80%的污泥，則進(jìn)窯的水分為：6.7X0.8=5.36t/h，需要消耗的標(biāo)煤為5.36X0.146=0.783t/h，折合成實(shí)物煤為：0.783X74-6=0.91t/h
2)水分對煙氣量的影響
由于水泥窯的煤耗增加了0.91t/h，則由此增加的煙氣量為：6.9Nm3X0.91X1000=6279Nm3/h
由于水分的進(jìn)入而增加的煙氣量為：1I000-(18÷22.4)X5.36=6666.7Nm3/h。
二者合計(jì)：6279+6666.7=12945.7Nm3/h：
3)水分對減產(chǎn)的影響
某水泥廠分解爐出口每小時(shí)的煙氣量為166785Nm3，煙氣量的增加比例為7。8%，因此，從煙氣量上計(jì)算。理論上會(huì)造成7.8%，的減產(chǎn)。因此。以不超過7.8%為宜。
根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。80%含水的污泥，直接泵送進(jìn)入水泥窯的量一般控制在生料量3%〜5%為宜。3500t/d以下的熟料線，控制在3%;3500t/d以上的熟料線，控制在5%如4500t/d的熟料線，則采用直接泵送法處置含水率80%的污泥，處置量控制在4500X1.6X5%=360t/d一般以不超過350t/d為佳。
2.3 污泥直噴入窯對水泥生產(chǎn)的影響
工業(yè)試驗(yàn)在金華某水泥廠進(jìn)行：該水泥廠的熟料生產(chǎn)能力為3500t/d，污泥含水率為84%。干基低位熱值為11861.35kJ/kg，干基灰分含量為37.91%：理論處理量為3500X1.6X3%=168t/d，實(shí)際直噴入窯量為150t/d
1)水泥窯熱平衡計(jì)算
未處置污泥時(shí)，水泥窯熱平衡計(jì)算見表2
2)污泥直噴入窯對能耗的影響
①理論計(jì)算
污泥處置量為6.25t/h，則入窯的水分為5.25t/h，干基污泥1t/h，入窯灰分為0.38t/h按照2。2中的參數(shù)，以熱傳導(dǎo)效率為60%，焚燒效率為70%。計(jì)算，則水分從20℃升至100℃吸熱：5.25X334.72X1000÷60%=2928800kJ/h;100°C的水變成水蒸氣吸熱為：5.25X2255.18X1000÷60%=19732825kJ/h;100°C的水蒸氣升溫到分解爐的870℃需要的熱量為：5.25X1677.78X1000÷60%=14680575kJ/h濕污泥直接泵送到分解爐，水分需要從20°C升溫至870℃，則需要吸收的熱量為0.38X0.88X850X1000+60%=473733.33kJ/h。污泥燃燒放熱為：1X11861.35X1000X70%=8302945kJ/h。則每小時(shí)污泥凈吸熱為：2928800+19732825+14680575+473733.33-8302945=29512988. 33kJ/h。處置每噸污泥凈吸熱為：29512988.33÷6.25=472207.13kJ：
?、趯?shí)際驗(yàn)證
濕污泥直噴入窯增加煤耗1.20t/h，這與煤熱值及易燒性相關(guān)
3)污泥直噴入窯對氮氧化物和二噁英排放的影響
由于污泥含有一定的水分，會(huì)降低分解爐溫度。因此，在一定程度上會(huì)減少氮氧化物排放“役另外。污泥中含有一定的硫和氮何，因此。會(huì)有助于二噁英減排冋。
將污泥直噴入窯前后，水泥廠的氮氧化物及二噁英排放情況見圖1、圖2
從圖1可以看出：將污泥點(diǎn)噴入窯前，水泥廠的氮氧化物平均為308.75mg/Nm3，污泥査噴入窯后。水泥廠的氮氧化物平均為203.75mg/ Nm3，削減了30%以上
從圖2可以看出：將污泥直噴入窯前，水泥廠的二噁英平均為0.0645ngTEQ/Nm3，達(dá)到了GB30485—2013的標(biāo)準(zhǔn)限值。污泥直噴入窯后，水泥廠的二噁英降為平均0.02145ngTEQ/Nm3，削減了60%以上。
三、結(jié)論
(1)污泥含水率是影響水泥窯況的主要因素：污泥干基中的成分主要為鈣硅鋁鐵。且含氯量較低，可以替代水泥生產(chǎn)原料。80%含水的污泥，山接泵送進(jìn)入水泥窯的量一般控制在生料量3%〜5%為宜
(2)理論上，處置每噸污泥凈吸熱為4722078.13kJ
(3)將污泥直噴入窯，氮氧化物削減了30%以上，二噁英削減了60%以上。( >
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