水泥窑协同处置市政污泥实践

冯士国，吴伟伟，王泽彪

（河南省豫鹤同力水泥有限公司，河南 鹤壁 458008）

河南省豫鹤同力水泥有限公司为5 000t/d生产线，2017年公司建成200t/d～250t/d市政污泥协同处置系统，系统采用半固态物料接收储存、输送及投料入窑系统工艺，符合相关国家及地方环保法规及规范，运行一年效果良好，取得了较好的经济和社会效益。

1 水泥窑协同处置市政污泥项目前景广阔

随着城市人口的不断增加及生活污水处理率的提高，市政污水污泥的产出量也不断增加，市政污泥的环境污染已成为广大市民关注的焦点。而水泥工业利用自身的工艺特点及优势，能很好地对市政污泥进行协同处置，利用水泥窑协同处置市政污泥逐步成为水泥工业的社会责任和发展趋势。

当前水泥工业发展急需解决节能、降耗、环保等技术问题，走可持续发展的道路。而利用水泥烧成系统协同处置市政污泥是一种“双赢”的模式，有利于实现资源的再利用和企业绿色转型升级。

水泥窑处置市政污泥的技术优势体现在以下几个方面。

（1）烧成系统中气体流速大，气流湍流度大，有利于固体垃圾的分散，保证垃圾与高温烟气的充分接触，使被处置物处于高温流态化燃烧过程中，避免产生有毒气体。同时窑炉内的碱性环境，能有效抑制酸性物质的排放。

（2）水泥窑内温度高，热容量和热惯性大，废料在高温区的停留时间长（5s～15s），有害成分均能被彻底分解，确保环境安全。废物在水泥窑内燃烧后的残渣，其中若含硫、氯或某些重金属等有害物质，也都全部固熔在水泥熟料的晶格中不能再逸出或析出，没有二次污染隐患。

（3）水泥窑对可燃废物热值的适应范围大，尤其是对兼作替代原料和替代燃料的废物，其热值都能充分利用。可燃废物在水泥窑内燃烧所产生的热能全部直接用于窑系统内的气固相或固熔相的热交换过程。

（4）利用水泥生产线协同处置市政污泥没有废渣排出，没有垃圾焚烧产生炉渣的问题，且整个系统是在负压下操作运行，烟气和粉尘几乎无外漏问题。

（5）废气处理性能好。水泥工业烧成系统和废气处理系统，具有较高的吸附、沉降和收尘处理特性，可满足当地政府控制的排放标准。

（6）投资小，处置成本较低；与新建专用焚烧厂相比，只需要增加垃圾预处理系统，并对水泥生产系统进行适当的改造。

由于水泥窑协同处置污泥项目具有良好社会效应，真正做到了为政府分忧，起到城市净化器的作用，在政策上往往能得到当地政府的支持，例如处置资金、协同停产特殊优惠政策、污染天气管控优惠政策等，通过以上优惠政策，能提高企业的竞争优势，有助于企业的健康发展。

2 水泥窑协同处置市政污泥项目工艺介绍

2.1 工艺流程单元划分

我公司水泥窑协同处置市政污泥项目可划分为以下5个工艺流程单元：（1）重载滑架料仓单元；（2）配备注膜润滑的输送单元；（3）入窑单元；（4）液压动力单元；（5）电气控制单元。

2.2 工艺流程框图（见图1）

图 1 工艺流程框图

3 工艺描述

3.1 重载滑架料仓单元（见图2）

预处理污泥通过汽车卸料至1座容积为150m3钢结构重载滑架料仓。料仓仓顶设置1套用于监测仓内物料储存情况的料位计。料仓顶部预留臭气抽排接口法兰。

料仓的底部安装了两套液压驱动的液压滑架破拱装置，通过安装在料仓外部配套的液压缸驱动，液压滑架破拱装置在仓底作水平低速往复运动，运动范围覆盖整个仓底的水平区域，避免仓内物料出现结拱现象而无法有效卸料，同时配合安装在料仓底部的卸料螺旋将污泥连续可控地输送至后续工艺环节。卸料螺旋为特殊设计，具有搅拌和输送双重功能。在螺旋的进料端设置废水投加接入口，以便根据物料情况进行废水补充调配，使物料具备更好的输送性能。

重载滑架料仓为独特设计的重载滑架结构及料仓内部结构，确保了即使在苛刻的物料条件下，仍旧能够正常工作，不存在传统的滑架因阻力大而变形、因卡死而无法正常辅助破拱和卸料；这种卸料方式，可确保即使在物料满仓的情况下，卸料螺旋仍旧能够非常顺畅启动与停止。

图2 重载滑架料仓单元图

3.2 输送单元

由于市政污泥含水率较低，流动性较差，本项目采用对物料适应性更强大的单缸柱塞泵进行输送。

污泥经液压驱动双轴螺旋挤压进入设置在其下方的液压驱动单缸柱塞泵的料斗内，再通过液压缸驱动活塞将物料直接推出料斗并进入输送缸和输送管道，从而完成输送功能。

在单缸柱塞泵的出口设置有液压驱动闸板阀，与泵输送缸相互配合，可有效降低管道内物料的回流和泄露。

3.3 配备注膜润滑的输送单元

为了确保污泥能够顺利输送至窑炉单元，本项目设置了注膜润滑系统。注膜润滑系统主要是将不含颗粒物的废水或废油，通过该系统注入污泥管道内壁形成一层润滑膜层，润滑污泥管道、降低管道阻力。

3.4 入窑单元

泵送来的污泥进入专门为固态物料的协同处置而设计研发的固废喷枪，在压缩空气的分散作用下被打散进入分解炉焚烧。喷枪腔体上设置阀门，用于在物料堵塞或气压过高时泄压。整个喷枪腔体配置冷却空气，防止喷枪腔体过热，另外腔体配置的清洗装置，可以实现对喷枪的彻底清洗。

通过喷枪雾化作用分散的半固态物料，能够促进窑内 SNCR 反应：NOx+NH3=N2+H2O。

本项目处置的物料中绝大部分为半固态的市政生活污泥，其中含有的氨与分解炉内的NOx充分发生反应，可以节省水泥厂氨水用量，节省量在20%～30%。

3.5 液压动力单元

本项目重载滑架料仓单元和单缸柱塞泵输送单元均是液压驱动。整个协同处置系统均是由PLC控制，自动化程度高，可以达到现场无人值守的程度。

4 运行经济效益

（1）处置污泥本身不增加能耗。从污泥的热值及体积随水分含量变化的趋势关系分析，在理论上污泥自焚烧的极限水含量主要取决于污泥的有机质含量及组成，对干燥基低位热值12 540kJ/kg（3 000kcal/kg）的污泥，其自我维持稳定焚烧的极限水分为76%。因此，水泥窑协同处置污泥一般不会带来能耗的变化。实践证明，协同处置污泥期间，煤耗没有增加，与理论预期相符。

（2）处置污泥能得到政府相应补贴。处置污泥地方政府具有不同的财政补贴政策，协同处置污泥往往在发挥良好的社会效益的同时，同时能得到相应的经济效益。

（3）处置污泥能有效降低NOx的生成量，节约氨水费用。本项目所处置的物料中绝大部分为半固态的市政生活污泥，其中含有的氨与分解炉内的NOx充分发生反应，可以节省水泥厂氨水用量，节省量在20%～30%，效益可观。

（4）经济效益分析。按照目前国家与政府相应政策，河南地区一年可生产8个月时间，如果协同处置市政污泥，在污染管控天气可以争取不停产或者减产，平均每年可生产9个月时间，即270d，按此天数计算：

①污染管控天气收益。管控天气30d不停窑或者减产，每天利润按5万元计算：30×5=150万元。

②市政补贴收益。按照市政财政补贴50元/t，每天处置量100t，全年生产270d，年可实现经济收益：270×50×100=135万元。

③脱硝收益。按照脱硝效率30%计算，在NOx控制在100mg/m3以下，每小时节约氨水300kg计算，氨水价格800元/t，全年生产270d，年可实现收益：0.3×800×24×270=155.52万元

综合以上三项收益，每年可实现效益440.52万元，扣除维修费用、水地费用、人工费用，可确保每年实现经济效益400万元。