由于筛下不可燃物的掺入,改变了生料的某些物理特性(流动、级配等),若不对磨机系统控制参数进行及时调整,将会影响后续系统的正常操控。
这一结果也可以从生料磨中加入筛下不可燃物前后,三个率值变化的统计值和标准偏差中得以印证,见图9(a、b)。
稳定生料化学成分和率值的目的,是稳定水泥熟料化学成分和率值的前提,也是保证水泥熟料煅烧强度的控制因素之一,图10(a、b)为加入筛下不可燃物前后,水泥熟料三个率值和游离钙的变化和波动情况,从图10(a、b)看出,其几乎没有什么差异。熟料的1d、3d及28d强度如图10(c、d)所示,从图10(c、d)显示数值均保持在同一水平,熟料质量稳定。
通过上述分析可以得出如下结论,采取上述技术控制措施,完全能够满足筛上不可燃物作为替代原料的生产控制要求,不会给水泥生产系统造成不利影响。
2.3.2筛上可燃物稳定喂入分解炉系统的控制措施及实施效果
由于筛上可燃物未经干燥破碎,不宜用作窑头替代燃料,可直接用作分解炉的替代燃料使用,以节约使用成本,在维持现有处理规模和不干扰水泥生产系统稳定生产的条件下,做到经济合理有效。
(1)筛上可燃物喂料稳定性的控制措施
为了保证尚未经过干燥破碎的筛上可燃物能够均匀地喂入分解炉内,在其缓冲储存、均匀供料、计量输送和锁风喂料过程中,必须克服系统中存在的结拱、堵塞、缠绕、成球、牵扯等现象造成的系统供料不均匀问题。为此,中材国际采用了特殊的缓冲仓体和仓底多点防缠绕强制供料与计量输送系统,保证了未经破碎烘干的筛上可燃物供给均匀性的同时,还采用了强制自密封与多级锁风相结合的喂料方式,保证了筛上可燃物的稳定给料,满足分解炉燃烧过程的协调控制要求。
(2)筛上可燃物喂料稳定喂入的控制效果
筛上可燃物喂入分解炉的稳定控制情况,可从其喂入分解炉的计量波动情况和炉内燃烧形成的CO浓度变化得以反映,从图11和图12看出,可燃物的喂入非常稳定,对分解炉燃烧过程无不利影响,炉内燃烧状况比较稳定,烟气中CO浓度波动处于正常范围。
3中材国际示范化工程应用案例及效果
中材国际投资建设的示范化项目成功投产后一年多的生产实践证明:利用水泥窑炉协同处置城市生活垃圾技术是完全可行的,实现了如下四个方面的控制目标:
(1)不影响水泥窑炉系统的正常稳定运行、产能和产品质量;
(2)实现了溧阳市城市生活垃圾日产日清的目标;
(3)满足了环境保护的各项标准控制要求,有些指标远优于现行标准的控制值;
(4)整个示范化工程项目体现出了系统安全可靠、环保有效、经济合理,且在节能降耗方面对水泥生产系统有所贡献。总之为社会和企业创造了良好的社会效益、环境效益和应有的经济效益。
3.1环保效果和社会效果
利用水泥窑协同处置城市生活垃圾,充分发挥了水泥窑协同处置过程的环境控制能力和优势,满足了现行各项环境指标的控制要求,彻底消除了垃圾处置过程中人们担心的诸如:渗滤液滴漏、异味气体产溢、有毒有害物质形成与扩散、重金属物扩散、粉尘扩散等一系列影响环境控制指标的问题。示范化项目的生产实践和十余项控制指标的检测结果表明,完全能够满足(或优于)现行环境指标的控制要求。具体内容见表5。
在利用水泥窑协同处置城市生活垃圾的过程,将筛上不可燃物加入磨机进行低温烘干和粉磨,引起人们最为担心和关注的问题是,系统TOC排放能否满足新颁布的《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》(GB30485-2013)要求。生产实践证明,当筛下不可燃物(厨余物)加入原料磨机系统后,生产系统的TOC排放量非但没有增加,相反降低了约40%。最为可能的解释:用于水泥生产的主要原料属于沉积岩类物质,如:石灰石、黏土等。大量文件分析数据[5]表明,该类沉积物中多含有C40以下的小分子有机物,其含量约0.1%~1.2%,通常情况下,每生产1kg熟料,将会因原料带入水泥生产系统的有机碳约为1.5g~6g。
这部分有机物在低温加热过程中,尤其在350℃以下,极易裂解和挥发形成TOC。而用筛下不可燃物替代部分原料,一方面可以减少常规原料的用量,相对减少低碳链的有机物进入;另一方面新加入磨机内的筛下不可燃物,均为大分子有机聚合物,在350℃以下难以分解和挥发,相反大分子聚合物的分子网链对小分子有机物有着“网控”作用,有助于抑制低碳链有机物的低温(≤350℃)挥发和TOC产生,达到降低或减少原有水泥生产系统TOC排放的控制目的。有关TOC减排作用机理还有待进一步研究。
3.2资源利用和节能降耗效果
鉴于示范化项目采用了优化的水泥窑协同处置城市生活垃圾技术方案,其节能降耗效果明显,主要表现在如下几个方面:
(1)将筛下不可燃物(厨余物)加入原料磨系统中,进行低温烘干粉磨,不仅减少了磨内喷水,还可有效回收利用内部大量的低温余热,实现筛下不可燃物的烘干粉磨目的;
(2)鉴于筛下不可燃物可改善生料易磨性,一方面有利提升生料磨系统能力(约10%),另一方面还可降低生料粉磨电耗;
(3)经烘干粉磨进入生料中的有机物,在喂入预热器系统时,会提高其出口废气温度(达15℃±2℃),一方面有利于提高余热发电量,另一方面还有利于增强粉磨系统的烘干能力;
(4)可燃物用于分解炉的替代燃料,一方面减少了系统燃料用量,另一方面也降低了因燃料加工带来的电耗;
(5)系统燃用垃圾,不仅有利于系统NO x排放量的降低(降低40%),还可减少采用S N C R法带来的还原剂消耗问题;
(6)采用该项技术,彻底安全地消解城市生活垃圾带来的环境压力,同时也有利于资源的充分有效利用,发挥水泥窑协同处置优势,实现集约化经济控制目标。
因此利用水泥窑炉协同处置城市生活垃圾技术,是“一投多赢”的垃圾处置方式,在合理论证、有效配置和建设控制的基础上,对于一条5 000t/d水泥熟料生产线,当垃圾日处理量为500t/d,其年收益如下:节电604.6万千瓦时/年,折算成火电,则意味着因节电带来的间接减排:CO2 6 027.9 t、SO2181.4 t、碳粉尘1 644.5 t、NOx 90.7 t;同时,水泥厂可节省标准煤1.6万吨/年,减少CO2排放38 720 t;NOx排放738.7t/a,还可间接节约用地50亩土地/年。具有明显的社会效益、环境效益和应有的经济效益。
4结论与希望
4.1结论
经过多年的研究与实践,中材国际形成了一套独特优势的“利用水泥窑炉协同处置城市生活垃圾技术”,该技术可以根据不同季节、来源的垃圾和水泥生产系统规模,做好预处理系统的合理构建和定制设计,从而保证了分选目标的有效控制,为水泥生产系统的顺利接纳稳定处置奠定了基础。溧阳示范项目的成功投产后一年多的生产实践证明:中材国际“利用水泥窑炉协同处置城市生活垃圾”技术是完全可行的,在节能降耗方面对水泥生产系统有所贡献。
4.2希望继续开展的工作
(1)利用水泥窑处置城市生活垃圾是一件利国利民的好事,但毕竟不是企业应承担的社会责任,作为企业虽然能够从垃圾中获得应有的利益和补偿,但从投资收益来说,还有所欠缺,因此,需国家在政策方面给予支持,地方政府也应根据具体情况,给予足额补贴,以鼓励水泥企业积极参与环境治理,充分利用水泥窑炉协同处置城市生活垃圾的环保控制优势,解决城市生活垃圾处理难的问题。
(2)溧阳示范化项目的生产实践证明,筛下不可燃物进入生料磨系统进行烘干粉磨,不仅不会增加系统TOC排放量,反而使其排放量降低了40%,这种减排作用机理还有待进一步研究。
原标题:水泥窑炉协同处置城市生活垃圾技术的控制过程及实施效果(下)
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