0引言

城市生活污泥主要是指城市生活污水處理廠脫水以后的污泥，污泥中存在大量有機(jī)物、病菌、重金屬等物質(zhì)，長(zhǎng)期堆存會(huì)造成惡臭、滋生蚊蠅、污染地下水等有害影響。利用水泥窯協(xié)同處置城市生活污泥在眾多污泥處置技術(shù)中是最為徹底有效的技術(shù)之一，具有較好的推廣價(jià)值。

HZ水泥有限公司自2012年11月開始利用液壓驅(qū)動(dòng)活塞泵泵送城市生活污泥至水泥窯進(jìn)行協(xié)同處置，幾年來通過不斷的技術(shù)改造，單線處置污泥能力由80t/d逐步提高至180t/d，兩條生產(chǎn)線同時(shí)運(yùn)行可以達(dá)到300t/d以上的污泥處置能力，滿足了當(dāng)?shù)厝找嬖黾拥奈勰嗵幹眯枨蟆１疚膶?duì)該公司幾年來技改過程中遇到的問題與技改的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和探討。

1原有系統(tǒng)存在的問題

HZ公司原采用德國(guó)PM公司的技術(shù)產(chǎn)品，具體流程見圖1，城市生活污泥經(jīng)過汽車運(yùn)輸至工廠后卸入污泥料倉，污泥在液壓破拱滑架的推送下經(jīng)過雙軸螺旋輸送機(jī)進(jìn)入液壓污泥泵，在污泥泵擠壓輸送作用下經(jīng)過污泥管道輸送至水泥窯尾煙室，進(jìn)入水泥窯內(nèi)焚燒。

該系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單，設(shè)備運(yùn)行可靠，且有國(guó)外的成功案例可以借鑒，但是污泥直燒系統(tǒng)投運(yùn)后，水泥窯正常操作運(yùn)行受到影響，以至于水泥生產(chǎn)線在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)無法達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)，主要表現(xiàn)為以下問題：

污泥投加量為1~2t/h時(shí)，加料初期窯電流會(huì)迅速下降100~200A，短時(shí)間內(nèi)窯頭出料明顯增加，操作人員一般會(huì)降低窯速0.2~0.3r/min，并增加窯頭用煤，一般在約20min后窯系統(tǒng)會(huì)恢復(fù)正常，待窯電流恢復(fù)正常以后，系統(tǒng)喂泥量可以逐步提高至2t/h左右。在此污泥投加量下，整個(gè)窯系統(tǒng)只是表現(xiàn)為預(yù)熱器出口壓力有所上升，而產(chǎn)質(zhì)量則相對(duì)比較穩(wěn)定。

污泥投加量為2~3t/h時(shí)，窯系統(tǒng)反應(yīng)比較明顯，窯況會(huì)有較大的波動(dòng)，具體表現(xiàn)為：窯電流會(huì)迅速降低100~200A、窯尾CO濃度增加、窯頭出料不穩(wěn)定，在這種情況下一般會(huì)導(dǎo)致f-CaO超標(biāo)，生產(chǎn)操作上需通過降低窯速、減少生料投加量、增加系統(tǒng)風(fēng)量、增加頭煤等措施穩(wěn)定窯況。在此污泥投加量下，窯系統(tǒng)熟料產(chǎn)量一般會(huì)減少200~300t/d。

污泥投加量在3t/h以上時(shí)，窯電流會(huì)迅速再次降低50~100A，窯尾的CO濃度逐漸上升且居高不下，同時(shí)在窯頭可以觀察到燃燒器火焰明顯發(fā)飄，甚至有火焰反撲的現(xiàn)象，在篦冷機(jī)鏡頭可以看到窯頭出料量短時(shí)間內(nèi)明顯增加，如果推料不及時(shí)，會(huì)造成篦冷機(jī)高溫段熟料大量堆積。這種情況下，f-CaO合格率會(huì)大幅度下降，熟料外觀變差，生產(chǎn)操作上即便是大幅度減產(chǎn)、增加系統(tǒng)風(fēng)量、降低窯速也難以穩(wěn)定窯況，最終只能減少污泥投加量。

2污泥對(duì)水泥窯影響的機(jī)理

在本項(xiàng)目中污泥通過柱塞泵輸送至窯尾投加點(diǎn)，污泥在管道內(nèi)呈柱狀流形態(tài)，根據(jù)柱塞泵換向速率不同，呈現(xiàn)為不同的脈沖柱狀流進(jìn)入窯尾煙室，污泥從管道內(nèi)沖出后會(huì)直接掉到煙室斜坡上，并裹挾著生料直接沖入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，在窯內(nèi)吸熱后急劇膨脹、氣化、直至完全焚燒。

含水率80%的城市生活污泥進(jìn)入到水泥回轉(zhuǎn)窯后，影響主要有以下幾點(diǎn)：

首先，大量的含水80%的污泥塊直接沖入到回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的灼熱生料中，吸熱后會(huì)迅速釋放出大量的氣體，造成回轉(zhuǎn)窯尾段生料流速加快，使大量未經(jīng)過充分反應(yīng)的生料迅速進(jìn)入燒成帶，造成燒成帶很快縮短從而減少熟料液相形成區(qū)域，表現(xiàn)在實(shí)際生產(chǎn)中每次增加喂泥量后短時(shí)間內(nèi)窯電流大幅度下降、隨后窯頭會(huì)有大量的熟料涌出，如果操作調(diào)整不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致f-CaO超標(biāo)。

其次，污泥中的水分在窯內(nèi)氣化會(huì)造成窯內(nèi)風(fēng)量增加，形成“氣栓”，同時(shí)占用煙氣通風(fēng)面積，增加系統(tǒng)阻力，使窯尾縮口風(fēng)速提高。根據(jù)摩爾定律：水變成水蒸氣體積擴(kuò)大約1240倍，同時(shí)污泥中的含水汽化并升溫將增加用煤量，從而增加煙氣量，兩項(xiàng)煙氣增量之和可約達(dá)到隨污泥進(jìn)窯液態(tài)水體積的2000倍之多；在本項(xiàng)目中，污泥投加量在2t/h時(shí)，每小時(shí)約有1.6m3的水迅速蒸發(fā)，窯尾縮口增加的標(biāo)況風(fēng)量約為0.3萬m3，風(fēng)量增加一方面會(huì)造成入窯二次風(fēng)量減少，容易形成還原氣氛，另一方面會(huì)造成窯尾斜坡風(fēng)速增加，入窯物料被煙氣帶回分解爐的量增加。實(shí)際運(yùn)行中表現(xiàn)為窯頭火焰發(fā)飄或有反撲現(xiàn)象、熟料中容易出現(xiàn)還原料、主窯皮縮短等現(xiàn)象。操作人員為保證窯系統(tǒng)不出現(xiàn)還原氣氛、火焰形狀良好，一般會(huì)采取調(diào)整火焰、增加系統(tǒng)風(fēng)量、增加頭煤用量的做法，但是由于污泥投加量不穩(wěn)定，窯況調(diào)整又不會(huì)短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)明顯改善，所以表現(xiàn)為：窯況不穩(wěn)定，系統(tǒng)煤耗增加明顯，熟料巖相表現(xiàn)為明顯的短焰急燒現(xiàn)象。

第三，污泥中含有較多的有機(jī)物，從窯尾煙室進(jìn)入窯內(nèi)后，在高溫低氧條件下迅速碳化，碳化后的污泥進(jìn)入灼熱生料中形成局部還原氣氛，會(huì)有還原熟料的產(chǎn)生，在這種情況下，無論窯況如何都會(huì)有部分黃心料出窯，這點(diǎn)與本項(xiàng)目實(shí)際情況非常相符。

第四，污泥中含有少量氨基成分，氨基成分在窯系統(tǒng)內(nèi)釋放出NH3成分與窯內(nèi)氮氧化物（NOx）發(fā)生反應(yīng)，從而可以降低煙氣中NOx的含量，減少脫硝氨水的使用量。本項(xiàng)目中投加污泥后，氨水使用量幾乎沒有降低，主要是由窯況波動(dòng)較大、系統(tǒng)不穩(wěn)定造成。