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水泥厂回转窑烧污泥作燃料煅烧生态水泥技术与前景

                 水泥厂回转窑烧污泥作燃料煅烧生态水泥技术与前景
水泥厂回转窑烧污泥作燃料煅烧生态水泥技术与前景,所谓生态水泥,是指利用城市垃圾焚烧灰和下水道污泥等作为主要原料,回转窑烧污泥作燃料技术,水泥回转窑处理废弃物的优势,回转窑热容量大,工作状况稳定,可处理大量的废料,水泥厂回转窑烧污泥作燃料煅烧生态水泥存在的问题,城市垃圾和污泥含有重金属等有害成分,在生产水泥时应注意环境保护;0371-63759558
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众所周知,水泥回转窑具有燃烧炉温高和处理物料量大等特点,世界上发达国家利用水泥回转窑处理废弃物生产生态水泥已有20余年的历史,拥有成熟的经验,而我国利用危险废弃物来生产水泥尚属起步阶段,有待于进一步的发展,且水泥生产线均配备有大量的环保设施,是环境自净能力强的装备。而城市生活垃圾、污泥的化学特性与水泥生产所用的原料基本相似。如垃圾焚烧灰的化学成分(表1)中,一般有80%以上的矿物质是水泥熟料的基本成分(CaO,SiO2,Al2O3和Fe2O3)。利用水泥回转窑处理城市垃圾和污泥,不仅具有焚烧法的减容、减量化特征,且燃烧后的残渣成为水泥熟料的一部分,不需要对焚烧灰进行处理(填埋),将是一种两全其美的水泥生产途径。污泥是各种废水处理后的产物,据统计,1990年我国已建成的污水处理厂日处理污水能力350余万t,排放干污泥20万t,折湿污泥约500万t(含水96%),2000年污泥产量将是90年代初的7~10倍,但我国已建成的污水处理厂中有污泥处理设施的不到1/4,处理工艺和配套设施较为完善的不到1/10。大量的垃圾和污泥任意排放和堆放,不仅污染环境,而且造成资源浪费。我国目前主要用3种方式处理这些废物:卫生填埋、堆肥和焚烧。但是这3种方式都会带来一定程度的二次污染。与此同时,我国的建材工业特别是传统建材工业却是天然矿物资源和能源消耗高的行业,每年生产各种建筑材料要消耗50亿t各种资源,消耗能源2.3亿t标准煤,给资源和环境带来了沉重的负担,水泥企业要求自身生存与发展,必须树立为环境保护做贡献的思想,节约资源、节约能源、变废为宝,使单一的水泥生产企业,转变成资源综合利用的企业。

所谓生态水泥,是指利用城市垃圾焚烧灰和下水道污泥等作为主要水泥回转窑原料,经过一定的生产工艺制成的无公害水泥,生态水泥的化学组成(表2)和普通水泥有所不同,从表2可看出生态水泥中的Al2O3,SO3,Cl的含量比普通水泥高,但SiO2含量较低。由于Cl含量较高,生态水泥的主要矿物与普通水泥的矿物不同,将会生成Alinite Belinite以及C11A7?CaCl2等含Cl的矿物。这些亚氯酸盐矿物与水混合生成水化物时,凝结硬化虽以较快的速度开始,但长龄期的强度并不一定能达到足够的高,因此,可通过适当地增加普通水泥的主要硅酸盐矿物的含量来改善长龄期硬化体的强度,或者是通过调整这些矿物所占的比例使硬化体达到满足其用途的强度。在应用试验研究中,可最大限度地运用其组成矿物的各种特性来进行设计,使满足工程的需要。
表2生态水泥与普通水泥的化学组成日本有关研究人员将城市垃圾焚烧灰和下水道污泥一起作为原料来生产生态水泥,不仅减小了废弃物处理的负荷,还有效利用了资源和能源。日本的一条日产50t生态水泥的干法回转窑生产线,垃圾焚烧灰和污泥及含铝的工业废料占原料的60%,烧成温度只在1000~1200℃,节省大量原料、燃料消耗。由于原料含氯量很高,在水泥生产中容易造成窑、鼓风机上挥发份的沉积,所以该厂采用了生料成球工艺,并安装了一种新型预热器以免料球爆裂,还可提高热交换率,尾气经过急冷后用熟石灰中和、活性炭吸收后毒性组分几乎完全被袋式收尘器收集,不会造成尾气污染。日本已建成的另一座设计年产量为11万t的生态水泥厂,用0.6t垃圾焚烧灰和0.8t石灰石可制造1t水泥。在垃圾焚烧灰用作水泥原料之前,该厂还通过重金属回收系统从中分离和回收铜、铅、锌等金属成分,经过回转窑1350℃的高温烧结,其中的二恶英等有害物质被分解,将城市垃圾焚烧灰这种原本需要填埋的废弃物变成了有用的建设资源。垃圾焚烧灰中的Cl元素被吸收并固定于水泥的矿物骨架,不会轻易溶出。重金属也可通过旁路放风的方式分离出来,窑灰喷雾成浆,在浆体料库中经过处理得到铅和铜,分离出的重金属将进一步精炼还原,剩下的废液经过中和后排放出厂。尾气急冷后,通过活性炭消石灰除掉SOx和HCl,然后通过收尘器排出

用水泥回转窑处理废弃物的优势
大量试验和检测证明,利用回转窑处理危险废弃物不仅是安全可行的,而且具有以下优势:
(1)有害有机物分解率高。回转窑内气体温度在1350~1650℃,甚至更高;燃烧气体在高于800℃下停留时间大于8s,高于1100℃下停留时间大于3s,湿法回转窑中,气体在1400~1600℃下停留时间在6~10s,燃烧气体在回转窑中总停留时间在20s左右,并且窑内物料呈高湍流化状态;在燃烧过程中或过后有富余的氧存在,因而废料中的有害有机物成分焚烧率可达99.999%以上,即使稳定的有机物也能被完全分解。
(2)回转窑热容量大,工作状况稳定,可处理大量的废料,而且能维持均匀、稳定的燃烧气氛。
(3)系统在全负压状态下运行,避免了有毒、有害气体的外溢。
(4)回转窑内无论是耐火砖还是原料、窑皮、熟料,均为碱性,因而可有效吸收和抑制SO2,Cl-等的排放。还可将废料中可能存在的重金属元素转变成难溶的化合状态,固定在熟料的结构中,不需要对含重金属的焚烧灰渣再进行处理。起到了尾气净化和重金属高温固化的双重作用。
(5)完全回收利用了废物中的热值,节约了能源。
(6)燃烧即为最终处理,所以省却了日后的灰渣处理工序,节约了填埋场地和资金。
(7)湿法窑若用废弃物作为燃料可提高相对于用传统燃料的干法窑的竞争力。
(8)整体排放到大气中的CO2减少了,当废弃物在焚烧炉中燃烧时,CO2的排放是附加在水泥窑排放量上的。但当作为回转窑废物衍生燃料燃烧时,由于同时起到了部分燃料的燃烧作用,节约了燃料,也就减少了CO2的排放量。

,为生产水泥提供了部分替代燃料和替代原料,每年节约燃料煤1.26万吨,减少二氧化碳排放量10.5万吨。”广州市越堡水泥有限公司建设的城市污水污泥处置项目,实现污泥处理的无害化、资源化,成为名副其实的城市废弃物“清道夫”。日前,记者跟随广州市经贸委走进越堡水泥、百事饮料,了解他们在节能减排,发展循环经济中的独门秘笈。

位于花都区新华街马溪工业区的广州市越堡水泥有限公司,是原广州水泥厂环保迁建工程。昨日上午,记者在该厂区的污泥处置温泥接收区看到,一辆载着20吨生活污水污泥的密闭槽罐车刚从大坦沙污水处理厂驶回。越堡水泥有8台这样的车,每天要往返数十次,将近600吨城市产生的污水污泥运回来,作无害化、资源化处理。

“目前城市对污泥的处置方式主要是焚烧和填埋,这些传统处置方式带来的土地资源占用和二次污染问题很突出。”广州市越堡水泥有限公司总经理张小雄向记者介绍,越堡已成功建成建设一座日处理城市生活污水污泥600吨(含水率80%),年处理量达18.6万吨的干化处置中心。这个生活污泥再生利用的项目通过对污泥进行干燥及焚烧处理,为水泥熟料的生产提供部分替代燃料,焚烧的残渣还可以替代熟料生产使用的硅质、铝质材料。

“这是我国第一条无害化、资源化、一站式处理线,也是国内目前最大的城市污水处理厂污泥处置项目。”张小雄说,目前,该项目已无害化、资源化处置污水处理厂污泥20多万吨。每年节约标准煤1.26万吨;减少甲烷排放5000吨,相当于每年减排二氧化碳10.5万吨
不同品种水泥的强度
生态水泥由于以上的特点,主要有以下用途。
(1)制混凝土
生态水泥用做混凝土时,因为属于快硬早强水泥,为了便于施工,必须添加缓凝剂。由于生态水泥中含有1%左右的Cl元素,容易引起钢筋锈蚀,所以一般仅用于素混凝土中,也可与普通混凝土混合使用。所制得的混凝土可用来做道路混凝土,水坝用混凝土,消波块、鱼礁块等海洋混凝土,空心砌块或密实砌块,还可用来做木片水泥板等纤维制品。
(2)地基改良用固化剂
湿地或者沼泽地等软弱地基改良中,可用生态水泥作为固化剂。经试验处理过的土壤早期强度良好,完全适于加固土壤

存在的问题
尽管用废弃物来生产水泥既节能又起环保作用,但还是存在一些问题。
(1)由于原料中Cl元素含量较多,易在窑尾、风管和排风机等地方生成低温共熔物而结皮和堵塞通道,影响水泥生产的连续性。所以可选用湿法喷窑,在窑内300~800℃的位置上装有搅拌棒,可随时清理结皮;或选用干法立筒预热器窑,因为该窑型对原料的适应性最强。
(2)引入的废物使窑内气体中硫、氯、碱含量增多,硫和氯能侵蚀耐火砖中的游离氧化钙或者烧结菱镁矿。硫和碱也能与耐火砖中的硅酸盐相发生反应,降低耐火砖的保温效果。另外熟料中熔融的组分能与耐火砖的表面发生侵蚀性的化学反应,而且化学侵蚀还不仅局限在接触的表面,当熔融的物料渗透并填满耐火砖的孔隙时,反应产物将向耐火砖更深层侵蚀,碱同硫和氯元素还能形成膨胀性的硫酸盐和氯化物,引起耐火砖的破裂,从而降低保温效果,导致生产不能稳定。所以应该选用抗强硫酸盐和氯化物的耐火砖。
(3)一般的废物或多或少的会含有害成分,因此在使用时要注意检测和控制原料、熟料、飞灰及排出的气体中重金属及其它水溶性有害物的含量,以免造成环境污染。
5结语
(1)用城市垃圾和污泥来生产生态水泥拓宽了原材料来源,减少了天然资源的消耗,降低了水泥生产的成本,有利于水泥行业的可持续发展。
(2)省却了废弃物填埋处理工序,不需要填埋场地,生产过程中不会造成二次污染,有利于环保。
(3)生态水泥由于含Cl较高,易造成对钢筋的腐蚀,仅用于素混凝土中;水泥中的微量有害元素不会对环境造成危害。
(4)锻烧生态水泥所产生的腐蚀性气体较多,应选择耐强腐蚀的耐火砖。
(5)城市垃圾和污泥含有重金属等有害成分,在生产水泥时应注意环境保护。

 

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