垃圾焚燒對水泥窯爐系統(tǒng)的影響及控制
從垃圾破碎及氣化、污水處理和旁路放風(fēng)幾方面詳細(xì)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(tǒng)、煤耗與電耗、窯爐系統(tǒng)的用風(fēng)量、分解爐出口氣體溫度、旁路放風(fēng)系統(tǒng)及回灰的影響并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施和操作控制從而穩(wěn)定水泥窯爐系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。
利用流化床氣化處理技術(shù)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(jīng)預(yù)熱器無害化排出代替了焚燒、掩埋等傳統(tǒng)的垃圾處理方式真正實現(xiàn)了生活垃圾的無害化處理是目前公認(rèn)的最先進(jìn)的垃圾處理技術(shù)。淮北礦業(yè)相山水泥公司5 000 t/d（Φ4.8 m×74 m）生產(chǎn)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(tǒng)投產(chǎn)運行運行之后對窯系統(tǒng)帶來了一定的影響同時引起窯系統(tǒng)各項經(jīng)濟指標(biāo)的變化。運行至今圍繞著增加垃圾喂料量及穩(wěn)定窯系統(tǒng)的運行做了一系列的優(yōu)化調(diào)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(tǒng)設(shè)計垃圾日處理量200 t/d強制通風(fēng)機風(fēng)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(jīng)密閉門進(jìn)入卸料大廳卸入原垃圾儲存坑經(jīng)垃圾破碎機破碎后進(jìn)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(jīng)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(nèi)的垃圾經(jīng)氣化焚燒產(chǎn)生大約550 ℃左右的氣體經(jīng)輸送管道送入分解爐。
1.2 污水處理
垃圾坑內(nèi)滲出的污水經(jīng)過濾器過濾后送至濾液槽濾液槽內(nèi)的污水經(jīng)污水泵輸送進(jìn)入分解爐高溫處理。
1.3 旁路放風(fēng)
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(yù)熱器系統(tǒng)循環(huán)富集造成結(jié)皮。在氯離子含量較高的窯尾煙室由除氯排風(fēng)機（風(fēng)量370 m3/min）抽取部分高溫氣體經(jīng)稀釋風(fēng)機（風(fēng)量165 m3/min）鼓入冷風(fēng)瞬間冷卻降溫后經(jīng)袋收塵器收集降低窯系統(tǒng)氯離子含量。
垃圾協(xié)同處置工藝流程見圖1。
圖1 垃圾協(xié)同處置工藝流程
2 垃圾焚燒對窯系統(tǒng)煅燒的影響
垃圾焚燒對窯系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在以下方面：進(jìn)入分解爐的氣體量、氣體溫度和氣體成分[1]。
垃圾經(jīng)氣化爐氣化后進(jìn)入分解爐入爐氣體各項參數(shù)如流量、溫度、成分受垃圾發(fā)熱量、垃圾喂料量、系統(tǒng)散熱及操作穩(wěn)定性等影響一般垃圾熱值越低產(chǎn)生的氣體量越大操作實踐中出氣化爐的風(fēng)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(fēng)入口同一平面由于這部分氣體量和溫度的不穩(wěn)定造成窯系統(tǒng)的波動。由于氣化爐距離分解爐較遠(yuǎn)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(nèi)負(fù)壓另一方面重新尋找風(fēng)煤料的平衡降低因這股風(fēng)的引入對窯系統(tǒng)造成的影響提高窯系統(tǒng)穩(wěn)定性同時達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
2.1 對脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響
垃圾焚燒系統(tǒng)投產(chǎn)后在線監(jiān)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(tǒng)運行后氣化入爐氣體成分不穩(wěn)定造成脫硝區(qū)氣體特性不穩(wěn)定引起的。
主要存在兩種情況：第一種窯系統(tǒng)抽風(fēng)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(jìn)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(jiān)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(jiān)測氮氧化物瞬間出現(xiàn)大幅上升。
在正常生產(chǎn)中應(yīng)注意垃圾發(fā)熱量不穩(wěn)定、均化效果差等原因造成氣化產(chǎn)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(wěn)定做好入爐氣體溫度及管道壓力的監(jiān)控及時調(diào)節(jié)氨水用量及系統(tǒng)拉風(fēng)。
2.2 對煤耗、電耗的影響
操作實踐中垃圾焚燒系統(tǒng)強制風(fēng)機風(fēng)量（標(biāo)況）基本穩(wěn)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(yù)熱器系統(tǒng)增加了14 000~16 000 m3/h廢氣量。預(yù)熱器廢氣量增加造成預(yù)熱器內(nèi)風(fēng)速提高預(yù)熱器各級旋風(fēng)筒阻力增加窯尾高溫風(fēng)機拉風(fēng)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(jié)煤的作用。
因拉風(fēng)量增大PH鍋爐入口溫度升高增大了發(fā)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(jù)需要隨時切換調(diào)節(jié)。污水噴入篦冷機可以降低系統(tǒng)阻力減少高溫風(fēng)機拉風(fēng)減少對系統(tǒng)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(jù)窯工況做適當(dāng)調(diào)整。
正常運行時氣化爐氣體輸送管道、風(fēng)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(fù)壓，友聯(lián)超聲波探傷議減小系統(tǒng)用風(fēng)。為保證氣化爐負(fù)壓狀態(tài)除增加系統(tǒng)用風(fēng)外要充分利用淡季檢修時機對氣化爐入分解爐風(fēng)管積料清理以降低通風(fēng)阻力。
垃圾焚燒系統(tǒng)運行后高溫風(fēng)機轉(zhuǎn)速由745 r/min增加至800 r/min預(yù)熱器出口負(fù)壓由-5.9 kPa上升至-6.3 kPa預(yù)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(fēng)溫及風(fēng)量增大的影響，手持式測振儀平均發(fā)電量提升300 kWh/h噸熟料發(fā)電量提升1.2 kWh/t。
垃圾焚燒投運前后窯系統(tǒng)主要經(jīng)濟指標(biāo)對比見表1。
表1 垃圾焚燒投運前后窯系統(tǒng)主要經(jīng)濟指標(biāo)對比
2.3 對窯爐系統(tǒng)用風(fēng)的影響
CKK垃圾氣化焚燒投運后預(yù)熱器出口CO含量較之前有明顯的上升并且分解爐中部負(fù)壓波動幅度較之前有所增加�？紤]垃圾氣化入爐風(fēng)溫較低含有部分可燃?xì)怏w且入爐氧含量偏低風(fēng)入爐后需要消耗部分空氣導(dǎo)致煤粉不能快速接觸到氧含量較高的三次風(fēng)進(jìn)行燃燒在增大窯尾排風(fēng)的同時將三次風(fēng)閘板開度由之前的55%調(diào)整至65%預(yù)熱器出口分析儀顯示CO含量有所下降。
2.4 對旁路放風(fēng)系統(tǒng)的影響
CKK試運行期間因除氯排風(fēng)機設(shè)備故障除氯系統(tǒng)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(dǎo)致窯尾煙室結(jié)皮嚴(yán)重清理困難同時檢修開門檢查發(fā)現(xiàn)C5錐部結(jié)皮較厚嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。相關(guān)資料表明Cl-在燒成系統(tǒng)內(nèi)形成的CaCl2和KCl具有極強的揮發(fā)性在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)全部揮發(fā)在預(yù)熱器循環(huán)富集形成的KCl強烈地促進(jìn)了硅方解石2C2S·CaCO3礦物的形成在預(yù)熱器逐層粘掛形成結(jié)皮而且這種結(jié)皮在900~950 ℃之間具有很高的強度使得結(jié)皮很難清理最終導(dǎo)致通風(fēng)不良[2]。
對C5錐部結(jié)皮取樣化驗結(jié)果見表2。從表2可以看出Cl-含量高達(dá)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(dǎo)致結(jié)皮增長致使系統(tǒng)阻力增大電耗增加存在結(jié)皮垮落堵塞預(yù)熱器的風(fēng)險。經(jīng)過對旁路放風(fēng)系統(tǒng)強化運行管理增加除氯系統(tǒng)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(jié)皮有明顯好轉(zhuǎn)。
表2 C5錐部結(jié)皮取樣化驗結(jié)果
正常氯旁路放風(fēng)系統(tǒng)要根據(jù)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(dāng)系統(tǒng)廢氣中氯離子含量大于0.5 ppm時應(yīng)開啟氯旁路放風(fēng)系統(tǒng)。同時對除氯系統(tǒng)回灰進(jìn)行取樣化驗確�；鼗一灲Y(jié)果中氯離子的含量低于6.0%當(dāng)回灰化驗結(jié)果中氯離子含量高于6.0%時也應(yīng)開啟除氯旁路放風(fēng)系統(tǒng)持續(xù)運行且每兩小時對除氯系統(tǒng)回灰取樣送質(zhì)控處進(jìn)行檢測直至檢測合格后方可停機。
運行初期也曾出現(xiàn)過因除氯旋風(fēng)筒鎖風(fēng)下料翻板閥配重調(diào)整不到位造成旋風(fēng)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(jīng)檢查及時進(jìn)行了調(diào)整。
2.5 對分解爐出口氣體溫度的影響
從氣化焚燒爐進(jìn)入分解爐的廢氣溫度平均在550 ℃可替代爐內(nèi)部分燃料但入爐廢氣量和廢氣溫度不穩(wěn)定加上約2 m3/h垃圾廢水入爐影響了爐內(nèi)溫度場和流場的穩(wěn)定操作上主要表現(xiàn)為分解爐出口溫度和入窯物料溫度波動大分解爐喂煤調(diào)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(lián)鎖根據(jù)分解爐出口溫度的變化對分解爐用煤量進(jìn)行實時調(diào)節(jié)減輕了勞動強度穩(wěn)定了分解爐溫度。
氣化爐的波動造成分解爐內(nèi)系統(tǒng)阻力的變化從分解爐中部負(fù)壓表顯示可以看出這種波動較垃圾焚燒系統(tǒng)投產(chǎn)之前增大較多。這種波動除影響分解爐煤粉燃燒穩(wěn)定性之外對窯頭火焰的穩(wěn)定性也有一定的影響特別是窯內(nèi)氧含量控制較低的系統(tǒng)影響比較明顯。為降低這種波動對窯系統(tǒng)造成的影響除對窯系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)保證一定的富余能力外更主要的還要從加強垃圾的發(fā)酵、打散均化、加強喂料及提高操作穩(wěn)定性著手保證垃圾焚燒系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2.6 旁路放風(fēng)系統(tǒng)回灰的處理
旁路放風(fēng)系統(tǒng)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(jìn)入生料系統(tǒng)產(chǎn)生惡性循環(huán)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(jù)水泥中Cl-含量核算要求回灰摻入量按每日生產(chǎn)熟料的0.2%進(jìn)行及每日回灰摻入量≤12 t現(xiàn)在水泥中Cl-含量在0.03%不會對水泥性能產(chǎn)生明顯影響較之前的0.015%有所上漲低于企業(yè)0.04%的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。
3 結(jié)論
（1）垃圾焚燒系統(tǒng)投產(chǎn)后SNCR運行不穩(wěn)定應(yīng)重點考慮脫硝區(qū)氣體成分的不穩(wěn)定引起的脫硝效率波動可通過加強入爐垃圾發(fā)酵、打散、均化加強氣化爐運行管理穩(wěn)定氣化爐操作得到緩解�？紤]到CKK系統(tǒng)運行后出爐溫度偏高且氣體成分不穩(wěn)定SNCR脫硝最佳反應(yīng)窗口變化應(yīng)對噴槍位置進(jìn)行調(diào)整以降低氨水消耗。
（2）垃圾焚燒系統(tǒng)投產(chǎn)后對煤耗、電耗造成了一定的影響日常生產(chǎn)中可通過摸索優(yōu)化利用垃圾焚燒的優(yōu)勢降低煤耗對因系統(tǒng)拉風(fēng)大造成的電耗上升可通過余熱發(fā)電多發(fā)電得到一定的補償?shù)缈紤]到CKK系統(tǒng)的建設(shè)投入運行費用國家相關(guān)部門應(yīng)做好水泥窯垃圾協(xié)同處置的經(jīng)濟補償政策以提高水泥窯協(xié)同處置的積極性。
（3）在滿足水泥質(zhì)量的前提下增大水泥磨除氯回灰摻入量滿足除氯系統(tǒng)開機運行時間降低了氯離子在系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)富集能減少預(yù)熱器結(jié)皮的滋長。
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垃圾焚燒電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)
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垃圾焚燒電廠設(shè)備點巡檢管理系統(tǒng)
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垃圾焚燒電廠設(shè)備點檢儀
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垃圾焚燒電廠測振儀
