气力输送技术在水泥窑协同处置飞灰中的应用

  摘要：当前，城市生活垃圾处理已经进入了较快的发展阶段，全国多地采用了新建垃圾焚烧电厂的方式处理生活垃圾，但是焚烧后的飞灰多采用直接填埋的方式，由于飞灰中含有二噁英及其他重金属。直接填埋会对土壤产生二次污染，飞灰的无害化处理急需解决。本文介绍了中材某项目采用气力输送技术，利用水泥窑协同处置飞灰的方案及效果。

  关键字：飞灰 水泥窑协同处置

  0 引言

  近几年，随着我国经济的高速发展，城市化进程的不断加快，城市人口急剧增长，城市生活垃圾不断增加，生活垃圾的环保处理受到了社会各界的重视。利用垃圾焚烧电厂处置生活垃圾工程具有占地面积小，社会效益好，环保等优点，受到了环保企业的青睐，近年得到长足的发展。但垃圾焚烧后产生的飞灰的无害化处理一直没有收到重视，传统的固化填埋、熔融的方法造成了对土壤的二次污染。且二噁英和重金属很难自然分解。通过水泥窑协同处置飞灰具有处理温度高、焚烧停留时间长、焚烧状态稳定、固化重金属离子、无废渣排出、投资成本小等优点，是飞灰资源化处理的最优选择。

  一、 项目实施背景

  1.1 项目基本情况

  本项目建设地点位于中材集团某水泥有限公司现有场地内，无需新征用地，利用公司现有工艺先进的日产6000t、6400t水泥熟料新型干法水泥生产线。

  本飞灰处置项目是该市城市危险废物整体解决方案的一个重要组成部分。本项目的实施，将极大的改善城市基础设施，协调城市生态与周边地区的生态环境，提高城市的环境质量，从而提高城市形象，促进社会经济发展。

  1.2 世界各国垃圾飞灰处置技术应用现状

  水泥窑是发达国家焚烧处置固体废物的重要设施，得到了广泛的认可和应用。德国、瑞士、法国、英国、意大利、挪威、瑞典、美国、加拿大、日本等发达国家利用水泥窑协同处置危险废物和城市生活垃圾已经有30多年的历史，积累了成熟而丰富的经验，并且建立了较为完善的从废物源头管理到水泥窑协同处置终端的质量保证体系，拥有较为成熟的水泥窑协同处置预处理技术和发达的处置设备。我国在这方面的研究还处于实验阶段，没有成熟的工业化技术。

  水泥窑协同处置飞灰技术在国外主要以日本为代表，日本的人口密度高，土地资源紧张，在垃圾飞灰的无害化处置和资源化利用方面处于世界领先水平。将垃圾飞灰用水泥回转窑进行高温焚烧生产“生态水泥”（日本将这种用废弃物生产的水泥称为生态水泥）是消除垃圾飞灰中的二噁英和稳固化重金属的行之有效的方法。因为回转窑具有温度高，窑内高温气体湍流强烈，碱性气氛等特点，可以有效地分解二噁英并且将危险废弃物中的绝大部分重金属元素固定在熟料之中，生成稳定的盐类矿物，避免了其对环境的再次污染。

  由于垃圾飞灰的成分与水泥原料相近，用垃圾飞灰制造生态水泥不但可以变废为宝，而且制造的生态水泥的性能能够达到普通硅酸盐水泥的标准。因此，使用飞灰可节省生产水泥用的矿产资源。

  二、水泥窑协同处置飞灰的技术要点

  2.1 垃圾飞灰的储存与输送

  飞灰中含有二噁英及重金属等有毒成分，项目采用密闭储存和输送。全封闭的气力卸料、储存、输送及喂料系统，避免了飞灰卸料出送过程中的泄漏问题，同时，为避免收尘器尾气中的飞灰粉尘直接排入大气，将收尘系统的尾气风管接入到窑头篦冷机冷却风机入口通入篦冷机，通过篦冷机再进入回转窑进行高温煅烧。

  飞灰含氯高，粘性大，与水泥生料及煤粉相比，磨蚀性也相对较高，储存及输送需要克服堵塞及磨蚀问题，因此在飞灰储库底部增设了特殊设计的充气流化装置，气力输送管道上增设了管路助推器，采用内衬陶瓷弯头，避免了飞灰储存及输送过程中的堵料问题，增强管道弯头的耐磨性。

  2.2 飞灰喷吹位置的选择

  选择在窑尾烟室及分解炉喂料，优点是在满足高温煅烧及停留时间的基础上，可以提高飞灰的喂料量，但是相对窑头罩喷射点，煅烧温度较低，停留时间较短，同时，飞灰中含氯量高，会加速预热器系统中的氯含量富集，造成结皮堵料的可能。

  该项目选择窑尾烟室斜坡及分解炉锥部作为飞灰喂料的喷射点，在确保煅烧温度及停留时间的前提下，可以增加飞灰喂料量，而不会影响到燃烧器的煤粉燃烧问题，同时增加旁路放风设计，解决飞灰中氯含量高而造成的结皮堵料问题。

  三、飞灰输送及喷吹过程中气力输送技术的应用

  3.1 飞灰的输送部分：

  输送采用了浓相输送PD泵，具有如下的优点：

  输送距离10m to 2000m、

  小管径/耗气量小、

  速度低 2-12m/s

  管道和弯头磨损小

  输送易碎物料可降低破损率

  能耗与输送量成正比-运行成本低

  且结合飞灰物料特性比较粘的特点，浓相输送部分采用了管路助推器（见下图），每隔四米设置一个，根据运行情况看，效果非常好，系统投入运行后，没有发生过堵管的情况。

  尤其对于从旁路放风收尘器下来的灰，氯离子含量10%左右，物料粘性很大，采用了这种管路助推器效果非常好。

  3.2 飞灰入窑喷吹系统：

  飞灰入窑喷吹系统采用了并罐喷吹系统，气源采用了压缩空气作为气源。系统的喷吹精度可以达到0.5%，且固气比可以到达15左右，远远高于采用罗茨风机作为动力的煤粉称的固气比。

  系统包括两台输送泵，正常工作时两台输送泵可交替给料，一台输送泵给料时，另一台输送泵排气、加料和加压。飞灰通过缓冲仓靠重力落入输送泵内，当输送泵高料位被覆盖后，进料阀和排气阀门关闭，开启流化和加压阀门，给输送泵加压，当输送泵内压力高于管道压力时，打开出口阀、启动给料器，开始输送。飞灰粉经过长距离的输送管道送到远端的回转窑，仓顶设布袋除尘器和料位计，输送气体经过布袋除尘器过滤后排入大气中。

  由于采用了压缩空气作为动力，系统的输送距离范围也很广，根据钢铁行业的实际项目经验，输送距离可以达到1500m以上，这样作为改造项目，为水泥厂的飞灰处理设备的选址提供了更多的选择性。

    并罐底部的星型给料机

    并罐顶部

  3.3 粉体专用阀门_圆顶阀

  无论是输送部分还是飞灰入窑的喷吹部分，主要阀门都采用了圆顶阀，圆顶阀是一种专为物料气力输送设计的阀门。

  阀门关闭                     阀门打开

  圆顶阀采用了充气式密封圈，即在阀门开关的动作过程中，密封圈和球顶之间没有任何的磨损（见下图）。最大限度提高了圆顶阀的使用寿命。

  四、结语

  从现场的实际生产情况来看，该项目设计的水泥窑协同处置飞灰系统完全达到了设计预期效果，目前的处理量能完全消化附近区域垃圾焚烧电厂所产的全部飞灰。在确保水泥生产线正常生产，不影响熟料产品质量的前提下，有效处置了城市垃圾飞灰，实现了废弃物的资源化利用，大大减轻了城市环境负荷。通过该项目的顺利投产运行，为“减量化”、“资源化”、“无害化”处理城市垃圾飞灰提供了很好的示范作用和可靠的技术路线