如何降低水泥窯協同處置濕污泥熱耗?

 

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污泥直燒系統應用簡介、流程及存在的問題

城市生活污泥是城市生活污水處理過程中產生的廢物,其中大多含有重金屬、病菌、寄生蟲卵等,處置不當會造成嚴重的二次污染。水泥窯協同處置城市生活污泥項目是公認的最為經濟、環保的城市生活污泥處置手段,而水泥窯直燒協同處置城市生活污泥系統以其投資少、見效快、技術成熟的特點近年來得到長足的發展。據筆者了解,在兩年時間內國內就有幾十條水泥生產線建成運行。

但是,另一方面,濕污泥直燒系統對窯系統的熱耗增加也是相當大的,有的甚至已經造成噸熟料熱耗增加5.1 kg標煤,見表1。從表1可以看出,由于各生產線狀況各異、處置情況不同,水泥窯直燒濕污泥的熱耗相差巨大。污泥直燒系統的流程見圖1。

表1 不同廠家的煤耗統計

圖1 污泥直燒系統流程

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 降低污泥直燒系統熱耗的措施

2.1 控制污泥含水率,減少入窯水分

污泥中水分是造成熟料熱耗增加的最大因素,所以降低入窯水分是首先要采取的措施,根據入窯水分的組成來看,減水的措施包括如下幾點:

2.1.1 保證污水廠脫水效果,減少污泥帶入水量

城市生活污泥目前大都采用帶式、離心、板框等機械脫水方式脫水,出廠含水率一般平均在80%左右,但是也會由于脫水設備的運行穩定性、設備維修及時性、控制思路等原因,會造成不同時期的污泥出廠含水率有所波動。

一般情況下,污水廠為降低自身脫水能耗與設備維修費用,污泥水分控制一般不會非常穩定地達到含水80%的出廠要求(見圖2和圖3),如果設備年久失修或出現故障則更容易出現“跑稀”的現象,含水最高波動可達7%(78%~85%)。

圖2 顯水明顯的污泥

圖3 相對干燥的污泥

所以,為了減少熟料熱耗,需要對進廠污泥水分加以控制,明確提出水分高出某一數值后會采取增加收費或者現場拒收等手段。

2.1.2 減少地面沖洗水分

污泥通過汽車運輸至水泥廠卸車后,由于污泥黏性較強,在卸車的時候容易產生掛壁同時也會造成遺灑,污染地面,一般情況下水泥廠都采取用高壓水管清洗車斗和地面的方式保持衛生。清洗后的水分以及少量污泥則是經過集水坑收集后由渣漿泵輸送至污泥倉,然后通過污泥輸送系統進入水泥窯焚燒。

從NN公司現場來看,崗位人員對地面衛生的要求比較高,基本做到了每車必沖車廂和地面的習慣,由于沒有沖洗水循環系統和外排設施,所有沖洗水均進入水泥窯。按照每車0.2 m3沖洗水計算,每天約有4 m3的水進入污泥系統,平均0.14 m3/h的水進窯,造成了水泥窯熱耗增加。

為了減少該項熱耗,該公司采用了新的清理方式:1)污泥車廂清掃采用高壓水槍進行清理,減少每車用水量;2)增加地面沖洗水沉淀和循環使用系統,上層清水回用,多余的進入排水系統,下層沉泥則定期清挖后入倉;3)清理地面遺灑污泥時首先采用笤帚、鐵鍬等方式清理,減少用水量。

表2是采用新的管理制度前后用水量的對比,相比之前每噸污泥節省了5.28 kg的清洗水。

表2 技改前后沖洗用水量統計

2.1.3 充分發揮污泥脫硝的效果,減少氨水使用量

城市生活污泥中含有少量的NH3、HCN、CHi等還原成分,在水泥窯協同焚燒時能將煙氣中的氮氧化物(NOx)還原成氮氣(N2),進而可以減少脫硝氨水的使用量,而且污泥的噴入量越多,代替氨水的量則越多(見圖4)[1]。

圖4 HZ公司處置污泥量與脫硝效果的關系

提高污泥處置量減少氨水使用量的辦法包括:1)采用污泥霧化噴槍,將污泥充分分散后入窯,提高污泥焚燒速度,減少對窯系統的影響,進而提高處置量;2)根據分解爐特點選擇合理污泥噴入點,使污泥中還原成分物質在最佳反應溫度區間進行反應。

經HZ公司經驗統計來看,采用污泥霧化噴槍后污泥處置量達到0.04 kg/t熟料水平的時候,氨水減少量可達30%,折合每小時不少于240 kg的氨水量,效果明顯。

2.1.4 減少注膜潤滑的用水量

通過注膜潤滑系統在污泥柱塞流與管壁之間增加水膜是降低污泥輸送阻力的有效措施,目前NN公司采用的注膜泵每小時最大可實現2×80 L的出水量,每天最大用水量可達4 m3,也會造成較大的水分蒸發熱耗。所以,如果系統壓力不高(例如不超過5 MPa)則盡可能不要使用注膜潤滑,或者使用有熱值的廢液,比如廢油、廢乳化液等代替水作為潤滑液使用,同樣可以有效減少入窯水量。

2.2 減少污泥對窯系統的影響,減少系統風量

NN公司在污泥焚燒初期(2017年6月下旬~8月下旬)污泥系統運行不十分穩定,窯系統波動較大,在運行初期系統拉風較大,相對于污泥投加前高溫風機轉速提高了34 r/min,風量增加很多,乃至于C1出口溫度提高了19 ℃,這是造成系統熱耗增加的主要原因之一。

穩定窯況、降低系統拉風是一個相輔相成的系統工程,我們總結提高污泥處置效果、穩定窯況、降低系統風量方面的措施包括以下幾點:

2.2.1 合理選擇噴入位置、確保霧化效果,提高污泥在分解爐內的焚燒速度

采用污泥霧化噴槍可以有效減少污泥直接進入回轉窯的工藝現象,之前NN公司污泥焚燒表現出對窯系統有巨大影響,最主要的原因就是前期污泥霧化噴槍壓縮空氣管道發生堵塞造成污泥沒有霧化而直接進入分解爐,沒有霧化的污泥在分解爐內沒有完全燃燒直接經過煙室進入回轉窯,造成窯的工況巨大波動,影響系統產質量,進一步影響系統熱耗。操作上為了維持窯系統穩定被迫采取增加系統風量、提高入窯物料溫度等一些常規措施應對,從而導致煤耗大幅度增加。

2017年8月份通過對噴槍的壓縮空氣管道徹底清理后,霧化效果變好,污泥在分解爐內的焚燒速度加快,污泥直接進入回轉窯的情況大大減少,進而對窯況的影響變小,系統高溫風機轉速逐漸降低至870 r/min以下,C1出口溫度也明顯降低。

2.2.2 做好系統維護,確保污泥輸送量穩定

污泥系統的輸送穩定對于水泥窯的運行穩定也有著比較大的影響。影響污泥輸送穩定的因素包括:

1)污泥中雜物多,造成輸送系統堵塞故障

大部分城市污水廠的污泥脫水車間并沒有專門的儲存設施,脫水后的污泥被直接堆放在未硬化的地面上,運輸時直接用裝載機裝車,這樣就難免會將泥土和石塊等雜物同時裝車,當石塊或雜物的尺寸過大時會造成污泥入窯輸送系統的堵塞。管路一旦堵塞,處理極為困難,一般都會造成較長時間的停機,造成較大的系統波動。

2)輸送系統維護不到位,故障率提高

污泥輸送系統采用的是液壓驅動S擺管柱塞泵,其中活塞密封、眼鏡板、S擺管球面軸承等都是需要定期進行維護和調整的,尤其是輸送壓力較高、污泥中有較多雜物和砂石之類的異物時維護和調整不到位就很容易造成活塞泵的性能下降,乃至于無法實現輸送的情況。所以,定期進行維護和調整是非常有必要的。

3)停機時關鍵部位清理不到位,造成管道堵塞

水泥窯會出現事故臨?;驒z修停機的情況,停機時污泥輸送系統就要同時停機,由于水泥窯停機時窯內溫度很高,在停機冷卻的過程中入泥接口部分如果仍然有部分污泥存在,在高溫輻射熱的作用下很有可能在管口燒結,在下次開機的時候形成嚴重堵塞,造成嚴重事故。所以在每次停機的時候都需要對污泥入窯口進行清理,避免類似事故的發生。

有時候污泥運輸不及時造成污泥短缺臨時停機也會造成上述事故的發生。

2.2.3 適當控制污泥噴入量,合理分配處置產能

通過污泥處置量與熟料標煤耗之間的相關性來看,對于處理含水率80%以上的污泥,其單位熟料的污泥處置量越高則熟料實際煤耗就會越高,也就是說在窯系統產量相對穩定的條件下,污泥處置量越多用煤越多。所以,對于NN公司、HZ公司這種有兩條以上水泥窯的廠家來說,各個生產線均衡處置也是降低熟料熱耗的一個辦法。