垃圾焚燒對水泥窯爐系統的影響及控制


從垃圾破碎及氣化、污水處理和旁路放風幾方面詳細介紹了垃圾焚燒工藝流程以及垃圾焚燒對水泥窯脫硝系統、煤耗與電耗、窯爐系統的用風量、分解爐出口氣體溫度、旁路放風系統及回灰的影響并提出相應的改進措施和操作控制從而穩定水泥窯爐系統的正常生產。

利用流化床氣化處理技術處置生活垃圾將垃圾氣化后的氣體引入分解爐高溫降解經預熱器無害化排出代替了焚燒、掩埋等傳統的垃圾處理方式真正實現了生活垃圾的無害化處理是目前公認的最先進的垃圾處理技術;幢钡V業相山水泥公司5 000 t/d(Φ4.8 m×74 m)生產線配套KSV分解爐(Φ9.0 m×21.9 m)自2016年9月份垃圾焚燒系統投產運行運行之后對窯系統帶來了一定的影響同時引起窯系統各項經濟指標的變化。運行至今圍繞著增加垃圾喂料量及穩定窯系統的運行做了一系列的優化調整在此分享以做交流。

1 垃圾焚燒工藝流程簡介

垃圾焚燒系統設計垃圾日處理量200 t/d強制通風機風量200 m3/min功率185 kW目前運行中日處理垃圾量180 t/d處理污水量1.5 m3/h。

1.1 垃圾破碎及氣化

城市生活垃圾由垃圾運輸車經密閉門進入卸料大廳卸入原垃圾儲存坑經垃圾破碎機破碎后進入破碎垃圾坑儲存。破碎后的垃圾由行車抓斗從垃圾坑送至喂料料斗通過喂料輸送板喂機、上下折翼擋板經雙螺旋打散機打散后從液壓密封閥送入氣化爐。喂入氣化爐內的垃圾經氣化焚燒產生大約550 ℃左右的氣體經輸送管道送入分解爐。

1.2 污水處理

垃圾坑內滲出的污水經過濾器過濾后送至濾液槽濾液槽內的污水經污水泵輸送進入分解爐高溫處理。

1.3 旁路放風

垃圾氣化后的氣體含有較高的有害成分特別是氯離子含量高在預熱器系統循環富集造成結皮。在氯離子含量較高的窯尾煙室由除氯排風機(風量370 m3/min)抽取部分高溫氣體經稀釋風機(風量165 m3/min)鼓入冷風瞬間冷卻降溫后經袋收塵器收集降低窯系統氯離子含量。

垃圾協同處置工藝流程見圖1。

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圖1 垃圾協同處置工藝流程

2 垃圾焚燒對窯系統煅燒的影響

垃圾焚燒對窯系統的影響主要表現在以下方面:進入分解爐的氣體量、氣體溫度和氣體成分[1]。

垃圾經氣化爐氣化后進入分解爐入爐氣體各項參數如流量、溫度、成分受垃圾發熱量、垃圾喂料量、系統散熱及操作穩定性等影響一般垃圾熱值越低產生的氣體量越大操作實踐中出氣化爐的風量在15 000~17 000 Nm3/h。氣體輸送管道和分解爐的連接口在三次風入口同一平面由于這部分氣體量和溫度的不穩定造成窯系統的波動。由于氣化爐距離分解爐較遠較長的輸送管道抵消分解爐部分抽力窯操作中一方面要兼顧氣化爐內負壓另一方面重新尋找風煤料的平衡降低因這股風的引入對窯系統造成的影響提高窯系統穩定性同時達到節能降耗的目的。

2.1 對脫硝系統穩定性的影響

垃圾焚燒系統投產后在線監測氮氧化物瞬時值波動幅度較之前增大。氮氧化物瞬時值的波動變化主要是垃圾焚燒系統運行后氣化入爐氣體成分不穩定造成脫硝區氣體特性不穩定引起的。

主要存在兩種情況:第一種窯系統抽風不足此時因系列原因造成大量垃圾入爐由氣化爐輸送至分解爐的氣體量增大較多氣體進入分解爐需要消耗部分氧氣燃燒造成分解爐煤粉燃燒空氣量不足氧含量瞬間下降,彈簧試驗機一氧化碳含量上升在噴氨量不變的情況下氨逃逸量增大脫硝效率下降在線監測氮氧化物上升100 ppm左右;第二種氣化爐止料來自氣化爐氧含量較低的氣體量減少窯尾煙室及分解爐出口氧含量均變大在噴氨量不變的情況下在線監測氮氧化物瞬間出現大幅上升。

在正常生產中應注意垃圾發熱量不穩定、均化效果差等原因造成氣化產生的入分解爐的氣體溫度及氣體量變化大從而造成脫硝效率的不穩定做好入爐氣體溫度及管道壓力的監控及時調節氨水用量及系統拉風。

2.2 對煤耗、電耗的影響

操作實踐中垃圾焚燒系統強制風機風量(標況)基本穩定在15 000~17 000 Nm3/h處理污水量1.5 m3/h。污水直接噴入分解爐給預熱器系統增加了14 000~16 000 m3/h廢氣量。預熱器廢氣量增加造成預熱器內風速提高預熱器各級旋風筒阻力增加窯尾高溫風機拉風量增加。

此外出氣化爐的氣體溫度在550 ℃左右具有一部分熱焓能夠減少部分分解爐煤粉用量從而起到節煤的作用。

因拉風量增大PH鍋爐入口溫度升高增大了發電量。

考慮到污水噴入分解爐汽化升溫需消耗部分熱量污水是生活垃圾的滲濾液本身含有氨的成分噴入分解爐能夠降低部分氨水消耗。為此增加一根管道入篦冷機一段閥門可根據需要隨時切換調節。污水噴入篦冷機可以降低系統阻力減少高溫風機拉風減少對系統的影響同時減少水汽化吸熱對煤耗的影響。污水噴入分解爐流量控制在0.5 m3/h噴入篦冷機控制在1.5 m3/h根據窯工況做適當調整。

正常運行時氣化爐氣體輸送管道、風管入分解爐接口彎頭容易積料加空氣炮等措施均可在一定程度上保證氣化爐負壓,友聯超聲波探傷議減小系統用風。為保證氣化爐負壓狀態除增加系統用風外要充分利用淡季檢修時機對氣化爐入分解爐風管積料清理以降低通風阻力。

垃圾焚燒系統運行后高溫風機轉速由745 r/min增加至800 r/min預熱器出口負壓由-5.9 kPa上升至-6.3 kPa預熱器出口溫度由330 ℃上升至350 ℃電流上漲15 A熟料綜合電耗上升1.35 kWh/t窯總用煤量下降1 t/h左右實物煤耗下降4 kg/t受PH爐入口風溫及風量增大的影響,手持式測振儀平均發電量提升300 kWh/h噸熟料發電量提升1.2 kWh/t。

垃圾焚燒投運前后窯系統主要經濟指標對比見表1。

表1 垃圾焚燒投運前后窯系統主要經濟指標對比

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2.3 對窯爐系統用風的影響

CKK垃圾氣化焚燒投運后預熱器出口CO含量較之前有明顯的上升并且分解爐中部負壓波動幅度較之前有所增加?紤]垃圾氣化入爐風溫較低含有部分可燃氣體且入爐氧含量偏低風入爐后需要消耗部分空氣導致煤粉不能快速接觸到氧含量較高的三次風進行燃燒在增大窯尾排風的同時將三次風閘板開度由之前的55%調整至65%預熱器出口分析儀顯示CO含量有所下降。

2.4 對旁路放風系統的影響

CKK試運行期間因除氯排風機設備故障除氯系統未投入運行窯尾煙囪在線分析儀顯示氯離子含量由正常的0.5 ppm上升至最高6.8 ppm導致窯尾煙室結皮嚴重清理困難同時檢修開門檢查發現C5錐部結皮較厚嚴重影響系統的安全穩定運行。相關資料表明Cl-在燒成系統內形成的CaCl2和KCl具有極強的揮發性在回轉窯內全部揮發在預熱器循環富集形成的KCl強烈地促進了硅方解石2C2S·CaCO3礦物的形成在預熱器逐層粘掛形成結皮而且這種結皮在900~950 ℃之間具有很高的強度使得結皮很難清理最終導致通風不良[2]。

對C5錐部結皮取樣化驗結果見表2。從表2可以看出Cl-含量高達17.72%較正常出窯熟料高出980倍致使Cl-和Na+、K+、NH4+生成NaCl、KCl、NH4Cl等熔融溫度較低的氯化物導致結皮增長致使系統阻力增大電耗增加存在結皮垮落堵塞預熱器的風險。經過對旁路放風系統強化運行管理增加除氯系統開機運行時間每天檢測化驗除氯回灰氯離子保證氯離子含量在6%以下運行窯尾煙室結皮有明顯好轉。

表2 C5錐部結皮取樣化驗結果

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正常氯旁路放風系統要根據窯尾煙囪中氯離子的含量來投入運行必須確保窯尾煙囪在線分析儀中氯離子的含量低于0.5 ppm當系統廢氣中氯離子含量大于0.5 ppm時應開啟氯旁路放風系統。同時對除氯系統回灰進行取樣化驗確;鼗一灲Y果中氯離子的含量低于6.0%當回灰化驗結果中氯離子含量高于6.0%時也應開啟除氯旁路放風系統持續運行且每兩小時對除氯系統回灰取樣送質控處進行檢測直至檢測合格后方可停機。

運行初期也曾出現過因除氯旋風筒鎖風下料翻板閥配重調整不到位造成旋風筒收集下來的粉塵在閥板處堆積然后大量塌落入窯造成窯工況波動的情況后經檢查及時進行了調整。

2.5 對分解爐出口氣體溫度的影響

從氣化焚燒爐進入分解爐的廢氣溫度平均在550 ℃可替代爐內部分燃料但入爐廢氣量和廢氣溫度不穩定加上約2 m3/h垃圾廢水入爐影響了爐內溫度場和流場的穩定操作上主要表現為分解爐出口溫度和入窯物料溫度波動大分解爐喂煤調整頻繁對窯的操作提出了更高要求[1]目前增加了分解爐出口溫度和分解爐用煤量的聯鎖根據分解爐出口溫度的變化對分解爐用煤量進行實時調節減輕了勞動強度穩定了分解爐溫度。

氣化爐的波動造成分解爐內系統阻力的變化從分解爐中部負壓表顯示可以看出這種波動較垃圾焚燒系統投產之前增大較多。這種波動除影響分解爐煤粉燃燒穩定性之外對窯頭火焰的穩定性也有一定的影響特別是窯內氧含量控制較低的系統影響比較明顯。為降低這種波動對窯系統造成的影響除對窯系統優化調節保證一定的富余能力外更主要的還要從加強垃圾的發酵、打散均化、加強喂料及提高操作穩定性著手保證垃圾焚燒系統的穩定性。

2.6 旁路放風系統回灰的處理

旁路放風系統收集的回灰含有較高的鉀、鈉及氯離子不能作為輔料用于生料配料否則會造成有害成分進入生料系統產生惡性循環為此我們將其作為混合材摻入水泥中使用并做了大量試驗。根據水泥中Cl-含量核算要求回灰摻入量按每日生產熟料的0.2%進行及每日回灰摻入量≤12 t現在水泥中Cl-含量在0.03%不會對水泥性能產生明顯影響較之前的0.015%有所上漲低于企業0.04%的內控標準。

3 結論

(1)垃圾焚燒系統投產后SNCR運行不穩定應重點考慮脫硝區氣體成分的不穩定引起的脫硝效率波動可通過加強入爐垃圾發酵、打散、均化加強氣化爐運行管理穩定氣化爐操作得到緩解?紤]到CKK系統運行后出爐溫度偏高且氣體成分不穩定SNCR脫硝最佳反應窗口變化應對噴槍位置進行調整以降低氨水消耗。

(2)垃圾焚燒系統投產后對煤耗、電耗造成了一定的影響日常生產中可通過摸索優化利用垃圾焚燒的優勢降低煤耗對因系統拉風大造成的電耗上升可通過余熱發電多發電得到一定的補償但如考慮到CKK系統的建設投入運行費用國家相關部門應做好水泥窯垃圾協同處置的經濟補償政策以提高水泥窯協同處置的積極性。

(3)在滿足水泥質量的前提下增大水泥磨除氯回灰摻入量滿足除氯系統開機運行時間降低了氯離子在系統內的循環富集能減少預熱器結皮的滋長。

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