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(xiǎn)廢物處置技術(shù)，更具有節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)勢(shì)，是目前被認(rèn)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(xiǎn)廢物的過程中，也會(huì)處置一些含硫危險(xiǎn)廢物，如燃料廢物，原油精餾殘?jiān)?，這類危險(xiǎn)廢物雖然組分復(fù)雜、腐蝕性強(qiáng)，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(xiàn)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(qiáng)度等，因此，研究含硫危險(xiǎn)廢物對(duì)水泥窯的影響并對(duì)其進(jìn)行控制，是水泥窯穩(wěn)定生產(chǎn)的必要措施。

本文采用五級(jí)旋風(fēng)筒預(yù)分解爐和5000t/d的回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行工程試驗(yàn)，將不同硫含量的危險(xiǎn)廢物從分解爐投料，探討含硫危險(xiǎn)廢物對(duì)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(jìn)行危險(xiǎn)廢物的入爐處置，其工藝流程是，通過危險(xiǎn)廢物運(yùn)輸車將危險(xiǎn)廢物運(yùn)到漿渣倉，危險(xiǎn)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(yùn)動(dòng)，將泵腔體中的危險(xiǎn)廢物通過管道泵送入分解爐進(jìn)行處置。危險(xiǎn)廢物入分解爐的數(shù)量可以通過控制泵送流量來實(shí)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(xiǎn)廢物對(duì)水泥窯系統(tǒng)的影響

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

2.1 對(duì)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(hù)窯內(nèi)耐火材料并且可以達(dá)到理想的煅燒效果，但是處置含硫危險(xiǎn)廢物后在窯內(nèi)28m甚至33m處也會(huì)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(qiáng)，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(fēng)機(jī)拉風(fēng)不變的情況下，形成的較厚的窯皮會(huì)影響窯內(nèi)通風(fēng)，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(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而在一定程度上增加了能耗。如果危險(xiǎn)廢物中硫的含量足夠高時(shí)，結(jié)皮的厚度還會(huì)增加，甚至在窯內(nèi)會(huì)形成副窯皮（見圖3），當(dāng)結(jié)皮厚度達(dá)到一定程度時(shí)由于熱生料無法從窯尾到達(dá)窯頭還會(huì)在窯尾出現(xiàn)漏料現(xiàn)象。

圖1 處置危險(xiǎn)廢物前筒體掃描圖

圖2 處置含硫危險(xiǎn)廢物后筒體掃描圖

圖3 處置高硫危險(xiǎn)廢物后筒體掃描圖

處置高硫危險(xiǎn)廢物時(shí)，對(duì)窯況的影響也比較明顯，具體表現(xiàn)為窯電流下滑，二次風(fēng)溫及窯尾煙室溫度降低（參數(shù)對(duì)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(huì)導(dǎo)致熟料產(chǎn)量的降低。

表1 處置高硫危險(xiǎn)廢物和低硫危險(xiǎn)廢物窯系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)對(duì)比

2.2 對(duì)預(yù)熱器系統(tǒng)的影響

在處置含硫危險(xiǎn)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(gè)預(yù)熱器系統(tǒng)的通風(fēng)，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(duì)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(xiǎn)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(xiǎn)廢物中硫的含量越高，入窯生料分解爐的波動(dòng)越大。如此一來，未被分解的生料會(huì)在窯內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行分解，從而影響窯系統(tǒng)的熱平衡。處置高硫危險(xiǎn)廢物后煙室清結(jié)皮的次數(shù)明顯增多，四級(jí)五級(jí)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(xiǎn)廢物進(jìn)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(fēng)，減慢生料通過下料管的速度。同樣，高硫危險(xiǎn)廢物還會(huì)在預(yù)熱器系統(tǒng)的熱電偶溫度計(jì)的測(cè)溫部形成結(jié)皮，從而無法準(zhǔn)確的測(cè)量分解爐內(nèi)的溫度，反饋給自動(dòng)喂煤系統(tǒng)的溫度不準(zhǔn)確，會(huì)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(dòng)，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(duì)熟料質(zhì)量的影響

處置高硫危險(xiǎn)廢物后，熟料28d抗壓強(qiáng)度較處置低硫危險(xiǎn)廢物時(shí)有所降低，熟料中三氧化硫含量有所增加，時(shí)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(xiǎn)廢物和低硫危險(xiǎn)廢物熟料相關(guān)參數(shù)對(duì)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(yùn)行，實(shí)際生產(chǎn)過程中，熟料中硫堿比的最佳值約為1。當(dāng)處置高硫危險(xiǎn)廢物時(shí)，會(huì)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(huì)采用旁路放風(fēng)系統(tǒng)，通過小風(fēng)量連續(xù)放風(fēng)的方法降低有害元素的含量，但是該方法對(duì)于硫元素降低作用有限。過多的硫酸根離子會(huì)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(qiáng)度。

3 解決措施

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

（1）控制進(jìn)廠危險(xiǎn)廢物硫的含量：進(jìn)廠危險(xiǎn)廢物中有害成分含量的高低直接關(guān)系到進(jìn)入窯系統(tǒng)中有害成分的數(shù)量。在日常危險(xiǎn)廢物的進(jìn)廠時(shí)嚴(yán)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(xiǎn)廢物，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)我們盡可能將進(jìn)廠危險(xiǎn)廢物的硫含量控制在7%以下。

（2）合理配伍：在危險(xiǎn)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(yùn)行的安全和穩(wěn)定性。對(duì)于入廠的含有一定量硫元素的危險(xiǎn)廢物，首先進(jìn)行試驗(yàn)，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(xiǎn)廢物進(jìn)行混合，從而達(dá)到稀釋高硫危險(xiǎn)廢物的目的，盡可能減少對(duì)窯的影響。

（3）控制處置速率：危險(xiǎn)廢物處置速率的快慢直接影響到單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入窯系統(tǒng)中硫的數(shù)量。在危險(xiǎn)廢物處置的過程中盡可能的放慢投加速率，并且旁路放風(fēng)的風(fēng)量開到最大，從而減少在一定時(shí)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(yàn)，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(xiǎn)廢物對(duì)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(jìn)廠危險(xiǎn)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(duì)水泥窯的影響，制定相關(guān)管理措施，指導(dǎo)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)水泥窯處置含硫危險(xiǎn)廢物的穩(wěn)定、安全、環(huán)保生產(chǎn)。