水泥窑协同处置城市污水处理厂污泥

废弃物利用ＲＥＣＹＣＬＥＯＦＷＡＳＴＥＳ

利用水泥窑协同处置城市污水处理厂污泥

张小雄，陈文和．邓明佳．林益晓，曾钜建，刘志强，谢任芝，杨明中

ｆ广州市越堡水泥有限公司．广州５１０８００）

摘要：污泥的清纳、利硐和开发．一直是仝世界各国政府所重视的ｆ—ｌ题＝广州市趟堡水泥有限心习在

６

０００ｔ／ｄ生产戏上新建一座目处理污泥６００ｔ（鲁水卓ＢＯ％）的干化＆王中～．辑污花干爆后作为燃料进

行蹙烧芷烧践渣瞽代黏ａ－＇Ｉｔ为硅质、铝质原料．使麈弃物盘点能译；减．３－在术泥生产中对黏土的使用量．减少７时土地的使月．保护了．ｇｇｔ．符合目察发展循环经济和建设节约型社套的要求。丰Ⅲ目的工程宾或曲国内有机麈弃袖的赴理处王和资薄化利用探索Ｔ一蒂具有循环经济特黾的｝范逢径。关键词：水泥窑：协同处置；城市污泥；赍谭化：再生能源：循环经井

出预热器废气余热（温度约２８０。Ｃ）将污泥烘干至含水

１城市污泥处理的必要性和难度

随着城市人ｑ的不断增加及生活污水处理率的提高市政槽永悸泥的产出量也随之不断增加。市政污泥的环境污染已成为广大市民关注的焦点。市政ｆ４－泥是一种南有机残片、细菌茁体无机颗粒、胶体等组成的授其复杂的非均质体．古有大量病原菌、寄生虫（卵）．铜、锌、锫，汞等重金属，盐类．“及多氯联苹．＝噫英，放射性核索等难降解的有毒有害物。污泥还台有很高的附着水和结合水

尽管污水处理厂

牢低于３０％．古水率低于３０％污泥已成散状物料．经输送及喂料设各送人分解炉焚烧。在分解炉喂料口处设有撒料扳将敞状污泥充分分散在热气ｊｊ：ｃ巾，甫干分解炉的温度高、热熔大．使得污ｉｌ已能快速、完余燃烧对泥烧尽后的肌渣随物料一起进Ａ窑内煅烧．

２００７年１２月２２日～２４日．越堡公司进行了含水量３０％的漂染污泥在６０００ｔ／ｄ生产线上的丁业试－倚工作，试验期间漂染污泥的空气干燥基热值平均为

Ｉ

４４５ｋＣａｌ／ｋｚ，人窑平均水分３３２４％，喂料量１２０

６ｔ，＇ｈ，

已采用真空过滤或离心脱水等机械脱水，污泥含水率仍达８０％ｔ？２上。由于污泥所具有的物理化学性质，污泥的彻底无害化处置极其困难，巳成为当今世界难题．目前所采用的填埋农用、焚烧等处置方式均存在很高的环保风险．要真正达到彻底无害化处置需要付出极高的成本。

试验结果袅明新型干法水泥窑系统完全可ｍ处置具有较高硫含量的工业污泥。对水泥窑ＴＺ过挥的研究可知利用水泥同转窑处理污泥具有以Ｆ特性：

（Ｉ）有机物分解彻底

在回转窑中内温度一般在Ｉ

３５０＂Ｃ—Ｉ

６５０℃之

间甚至更高．燃烧气体在此停留时间＞８ｓ．高ｒ

１

１００℃时停留时间＞３ｓ燃烧气体的总停留时间为

２利用水泥窑处置污泥的可能性

广州市越堡水泥有限公司（下称越堡公司）从２００７年就开始研究建设利＿【｜』水泥窑无害化处黄污泥项目．由于术泥窑处置柯泥具有处理温度高、赞烧空同大焚烧停留时间长、处理规横大、无二次渣排放问题等显著优点．来自污水处理厂的污泥含水率约８０％在水泥厂配套建设一个烘干预处理系统．利用

２ｍ左右且窑内物辩呈高揣流化状态。州此窑内的污泥中有害有机物可充分燃烧焚烧牢叮达９９９９９％．即使是稳定的有机物如二嗟英等也能被完全分解。

ｆ２）抑制二噫英形成

由于十化佴泥喂人点处在高于８５０１２的分解炉．分解炉内热容大且温度稳定．有效地抑村ｒ二噫英前躯体的形成。从国内外水泥窑处置有毒有害蹬弃物的

国

ＲＥＣＹＣＬＥ０ＦＷＡＳＴＥＳ废弃物利用

寅践表明．废弃物焚烧后产生的二嚼英排放浓度远低干排放限值。

（３）不产生飞灰

煅烧排出废气粉尘经窑尾布袋收尘器收集后作为水泥原料重新进人窑内煅烧．没有危险废弃物飞灰产生。

（４）同化重金属

回转窑内的耐火砖、原料、窑应丑熟料均为碱性，可吸收ｓＯｚ，从而抑止其排放。在水泥烧成过程中，污泥灰渣中的重金属能够被同定在水泥熟料的结构中，占Ｌ而达到被固化的作用。

（５）资源化教率高

悸泥中的有机成分和无机成分都能得到充分利用．资源化效率高。污泥中含有部分有机质（５５％以上）和可燃成分，它们在水泥窑中煅烧时会产生热量：污泥的低位热值是１１ＭⅣｋｇ左右，在热值意义上相当于贫煤。贫煤含５５％灰分和１０％ｖ１５％挥发分。并具有热值１０－１２５ＭＪ／ｋｇ。

（６）处理量大、见效快

水泥生产量太，需要的污泥量多；水泥厂地域分布广有利于污泥就地消纳，节省运输费用；水泥窑的热容量大，工艺稳定，处理污泥方便，见效快。

新建的接口设备将污泥送人６０００１／ｄ生产线水泥熟料烧成系统中焚烧处理。本项目主要的建设内窖包括：（Ｉ）污泥收集ｔ壁输送：（２）污泥来料称重计最系统；（３）污泥来料接收仓系统，（４）污泥储存料仓系统；（５）污泥输送系统；（６）污泥干燥车间．古车问建筑、污泥干燥设备；（７）成品污泥料仓系统；（８）成品污泥输送系统；（９）配套电气、自控仪表、暖通、消防陈臭、卫生等系统。广州越堡日处理污泥６００ｌ项目工艺流程见国ｌ。

这个琅目立足于利用水泥窑的废气余热利用．针对水泥窑系统的生产特性．研究污泥在水泥窑处置技术。通过核心主机装置的应用研究．并通过系统的革新厦工艺技术的优选．使实用技术在水泥厂得到应用，带动水泥行业处置废弃物的技术进步。３．３主要技术创新点

主要技术创新点表现在：于化污泥和水泥窑系统的衔接布置，在建设及运行过程中不影响水泥窑系统的正常生产：利用窑尾废气余热烘干污泥的干燥系统采用丁旋流喷腾直接接触干燥工艺大幅提高热效率和烘干能力，实现了规模化处置污泥的能力。这十项目解挟了以ＴＪＩ．个技术问题

（Ｉ）半十化模式

乏兰竺司协同处理黼翮项ａ的特点和度低器黧豢慧篡！糕淼ｉ一………＋…………一……”…

美键技术

用。污泥干化随着成品干度的增加．所需设备的容积

３．１全新的技术路线

本项目是通过新的技术路线．充分利用水泥窑的杂热和处置能力，使市政污泥的处理达到低成本运行，井可达到稳定化、减量化、无害化和资源化的目的．为解决长期困扰的市政蒋泥处理问题．寻求一种有效利用的逮径．为全国污泥的减量处理和有效利用提供示范作用。此项目的实施不但有很好的杜会效益，而且节省了资源．御底地排除污泥无害化处理技术领域中最终处置时所付出的巨大环境代价。从而从根本上消除城市生活中威胁着人们健康生存的一个隐患．使生态环境与资源再生利用走上可持续发展的道路．

ｉ２建设内窖和工艺流程

２００８年越堡公司开始新建一座日处理枵泥６００ｔ（古水率８０％）的干化处置中心．２Ｉ／０９年正式运营。利用窑尾废气余热将污泥烘干至古术‘３０％．然后通过

呈指数幂增加．污泥干化的经井性和污泥成品干度之间有着强烈的相关性。热源的品质决定了利用水泥窑废热干化污泥只能采用半干化模式，才能具有显著的处置能力优势。

（２）处理成奉低廉化

干化后的污泥替代燃料的能力和污泥的水分、有害元素的古量有直接的关系．通过系统研究处置污泥对水泥窑系统的影响．科学分析水泥窑处置俘泥的最大能力和最经济的处置指标，实现社会处置污泥总体成本的最低廉化，在目前尚投有类似的研究工作可供参考。

（３）全新的设计

国外采用全干化樗泥替代燃料在多个行业中应用，但目前国内尚没有污泥替代燃料的应用．因此干化后的污泥只能采用水泥厂白行消纳的模式。半干化污泥进人水泥窑工艺系统需要进行全新的设计。

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３４关键技术

利月ｌ水泥窑处置污泥的关键技术是柠泥的干化。污泥告有很高的附着水和结台水

尽管荇水处理厂

胁．撕裂．不断形成新的干燥表面，而温含量较低、颗粒度较小的颗粒被旋转气流夹带ｒ升。在上升过程中进一步干燥．并被分级。干燥器内锥体结构、气薪【对壁的旋转冲刷和搅拌器的结构．强制物料被高速气流裹胁．因此根适宜处置黏性干燥物质。物料的干燥过程主要在旋流区内迅速达到平衡，在离心旋流场的作用下．气固之间的热交换进行速度很快．物料的干燥过程时间很短．可以大幅度地降低设备的规格。物料在干燥过程中完成颗粒化．不需要成形或进行破碎作业。由于干燥过程中韧料受到破碎、冲刷、碰撞．表面积增大．强化了干操：同时由于堆热炳气直接接触待干物料．可以使进飙温度高于物辩熔点因此该设备干燥强度高．

由于干燥系统的干燥建度特快．在干燥机内的平均停留时间约ｌｏｓ后污泥含水就从８０％降至３０％了．含水３０％的干污泥离开干燥机的温度约

已采用真空过滤或离心脱水等机械脱水．恬泥含水率仍选８０％眦上。柠泥进行水泥窑处置，主要技术难点在于污泥必需进行干化．以污泥含固率２０％计．处理每吨干固体需要蒸发４倍量的水分。在同等的绝干基污泥日处理量的条件下．进入水泥烧成系统的污泥其音固率越高

则亍亏混焚烧进入柔统的有效发

热量（扣除荇混焚烧过程中水分蒸发形成烟气的５１温等的耗热）就越高污泥燃烧过程对窑系统的Ｔ艺参数的稳定性影响就越小。因此．干燥工艺的选择是本项目的关键点．

本项日是在利用水泥窑废气余热作为烘干热源总结了流化床．热破碎、旋流和分缎技术的基础上设计的一种热教率高、适应范围广的新型干燥装置（见阿２）。余热废气以适宜的喷动速度从干燥机底部进人搅拌破碎干燥室．对物料产生强烈的剪切、吹浮、旋转作用．物料受到离心、剪切、碰撞、摩擦而被微粒化．彤成较大的比表面积．强化了传质传热。在干燥室底部，较大、较湿的颗粒团在搅拌器的作用Ｆ被机械破碎．并被高速喷动的热气流裹

５０℃，烟气从底部进＾的时候达２７７ｔ到逃加泥ｒｌ蚋气温度日降到１００℃“下书ｔ：燥过程中干泥基奉上不和２７７℃的高温烟气接触确保运行的安全性污泥颗

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粒的表现密度和水分的音量关系密切在旋流风的分级作用下干化的污泥颗粒总是和低温的烟气接触和携带离开．热烟气基本不直接接触千料，

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无害化处置厦资源化利用．

窖、西朗、龙归等污水处理厂污泥实现了污泥的彻底

４工程、环境和社会效益

４．１工程效益

谈项目日处理市政污泥６００［。利用水泥Ｊ的废气

余热烘干污泥，十化后的污泥进人水泥窑进行焚烧处２００９年进厂污泥平均热值（干燥基低位热值）理。此Ｔ艺既补充了南于对忖泥下燥所需的热量，从而减少了燃料煤的朋蟹．而且蹙烧时，干污泥的热值可用作承泥熟辩’Ｌ产的部分瞢代燃料，焚烧的硅渣可“替代熟料生产使用的硅质、铝质原料，是一个拧泥再生利用的项目，峨项日建ｉ殳与实施，对我国的城市污泥再利用具有开拓性和革命件意义。同时．也积极响应了ｌ珥家关于大力发展町再生能源要求。符合国家机槛开展和推进可再生能源的战略方向。４．２社会效益

废项／＝ｌ２００９年总投资额７０７０万元，回收期２５年。主要体现在社会效益．经济效益取决于政府补贴的污泥处置赀。２００９年政府给出的污泥处置费与项耳处置污泥的实际成本持平，故项目没有体现经济散益。今后，政府将根据去年的项目污泥实际处置成本，协商项目投资利槲率后再确定污泥处置费。

这个项目是污泥处置工程．又是一个能源再生项目．更是治理污染的环境保护项目．项目建成后很好地解决了广州市市政污泥处理妊置问题。使原来对环境造成严重危害的污泥处理后．实现无害化、碱量化、资源化，大大降低城市的环境污染，改善＿凡民的生活环境，控制和预防各种传染痛、公害病，提高』、民健康术平．并从根本上促进城市的经济发展。该＿Ｔ程项目进一步完善丁本地区的基础设施，可使得一些困环境问聒受到限带ｆ的项目得以开展。４ｊ环境效益

项目从２００９年运行以来．已经处理了大坦沙，猎

１３

７９ＭＪ／ｋｇ，实测每吨湿污泥可节省原煤１７０ｋｇ。２００９

年熟料３ｄ平均强度为３３２ＭＰａ．２８ｄ平均强度为

６０８ＭＰａ．处置污泥后没有影响水泥熟料质量。

该处理工艺的实施．可减少污泥无序堆放占用土地，彖吠讨泥中的病原微生物．控制疾病的传播，同时还减少了¨泥进＾垃圾填埋场的量．增加了垃圾卫生填埋场的填埋年限的减量化，

一年多实践表明，系统可靠．操作简便．对污泥的适应性强。经热工标定．处置能力已达７３６ｆｆｄ污泥千化后可替代燃料和作为脱硝材料使用。经检测．系统Ｎ０、排放值２３０．，∥Ｎｍ，（１０％０：）；污泥协同处置过程中二嘻英的捧放量００２６ｎｚＴＥＱ／Ｎｍ，，优于欧洲标准

实现ｒ污泥处理

㈩

耍求。主要技术经济指标达到国际领先水平。项目运

行期间环保检测结果见表Ｉ．

越堡公司污泥处理项目成功实现了污泥处理的无害化、减量化和资源化．有显著的生态环境效益．为行业树立ｒ样板．市场前景广阔该项月荣获２０１０年度“凯盛杯”全国建材行业技术革新奖。目前．北京水混厂已建成利用水泥窑日处置５００ｔ生活污水污泥项目。上海浦东开发区利用水泥窑日处置２ｘ１１００ｃ生活污水污泥项目已获上海发改蛋核准，正在建设中。沈阳工源水泥厂，湖北华新水泥厂也正在筹建利用水泥窑处置生活污术污泥项目．ｎ