CN112429983B - 一种含水污泥处理方法与设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含水污泥处理方法与设备。所公开的方法是在高温熟料向熟料冷却机输送过程中，将常温含水污泥喷向回转窑熟料下料口输出的高温熟料上，使熟料发生第一次速冷、含水污泥进行水分蒸发后带有污泥的熟料继续进入熟料冷却机进行处理，过程中产生的热量和有机质经二次风和三次风送入水泥回转窑；之后输出水泥熟料与辅助胶凝材料。所公开的设备包括水泥回转窑和熟料冷却机以及设置在水泥回转窑出料口与熟料冷却机连接处的含水污泥喷送装置。本发明充分利用污泥水分冷却水泥熟料，污泥全组分得到充分有效利用，同时对水泥熟料煅烧带来负面影响小，不增加水泥熟料生产线二恶英排放风险，无额外干化设备，污泥处理量大，熟料易磨性好。

Description

一种含水污泥处理方法与设备

技术领域

本发明涉及污泥处理技术，具体涉及含水污泥处理方法与设备。

背景技术

生活污泥水泥厂协同处置技术已经成熟地在熟料煅烧中得到应用，现有技术主要采用窑尾分解炉添加方式进行处置，由于污泥含水率高，造成熟料煅烧煤耗增高，熟料成分波动大，分解炉温度波动大，污泥在分解炉易结团，难以充分燃烧，给水泥生产带来负面影响。

除此之外，通过利用水泥厂余热进行污泥干化后投加进入水泥原料系统或者燃料系统，存在工艺复杂，增加干化设备，增加投资和污染空气等一系列问题。高含水污泥通过窑头喷入也存在诸多技术问题，如扰乱热工制度，影响煤粉燃烧，存在增加煤耗和喷头堵塞等问题。而窑尾分解炉焚烧含水污泥不仅增加煤耗，增加废气量，同时存在二恶英排放风险。

例如，专利201410791629.2公开了用水泥窑处置污泥的方法及用篦冷机处置污泥的水泥窑系统，是将湿污泥制成干污泥颗粒加入水泥熟料篦冷机进行处理，易造成篦冷机熟料出口温度高，增加水泥熟料冷却负荷，同时要求污泥水分含量低，需增加矿物质成分，要求篦冷机温度高，烟气只进入三次风，工艺环节多，存在污泥不完全燃烧风险，处置成本高。

“干法水泥窑处理市政污泥的运行分析”(《给水排水》2008年z2期，P152-155)认为从窑头冷却机进料可以作为应急措施，但不能作为长期的措施，因为烟气不能达标排放，并可能造成水泥熟料质量的不稳定。

另一方面，随着水泥熟料生产规模不断扩大，出冷却机熟料温度高，导致水泥出厂温度高，水泥易出现闪凝等问题一直得不到好的解决。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明一方面提供了一种含水污泥处理方法。

为此，本发明提供的含水污泥处理方法包括在高温熟料向熟料冷却机输送过程中，将常温含水污泥喷向回转窑熟料下料口输出的高温熟料上，使熟料发生第一次速冷、含水污泥进行水分蒸发后带有污泥的熟料继续进入熟料冷却机进行处理，过程中产生的有机质热量经二次风和三次风送入水泥回转窑系统，之后输出水泥熟料与由污泥产生的辅助胶凝材料。

优选的，所述含水污泥的含水量为60-95wt％，收到基热值小于4MJ/kg。

进一步可选的，所述含水污泥的喷向朝向高温熟料在水泥冷却机上的着落部位，且含水污泥与高温熟料瞬时直接接触。

进一步可选的，熟料冷却机处理过程中产生的废气经回收余热和除尘后送入冷却机中循环利用，冷却机无废气排放。

具体的，熟料冷却机处理过程中，有机质热量由二次风或/和三次风一起进入水泥回转窑系统；无机质作为辅助胶凝材料驻留在熟料中。

优选的，所述含水污泥的喷速大于5米/秒。

具体的，所述高温熟料温度为1000-1300℃。

优选的，含水污泥的喷入质量为高温熟料质量的1-20wt％。

本发明另一方面提供一种含水污泥处理设备。为此，本发明提供的设备包括水泥回转窑和熟料冷却机，在水泥回转窑出料口与熟料冷却机连接处设置有含水污泥喷送装置。

进一步，本发明提供的设备还包括分别与熟料冷却机连接的冷却风机及余热锅炉，所述余热锅炉产生的废气送入冷却风机入口，冷却机无废气排放。

本发明工艺充分利用污泥水分冷却水泥熟料，降低熟料出冷却机温度。污泥有机质作为燃料用于水泥熟料煅烧，污泥无机质大部分作为辅助胶凝材料进入熟料中，使污泥全组分得到充分有效利用，同时对水泥熟料煅烧带来负面影响小，不增加水泥熟料生产线二恶英排放风险，无额外干化设备，降低污泥输送高度与距离，污泥处理量大，篦冷机无废气排放，是水泥熟料冷却与污泥协同利用新工艺。

附图说明

图1为实施例所用污泥经燃烧处理后的无机物物相XRD图；

图2为本发明设备的结构示例图。

具体实施方式

除非另有说明，本文中的术语根据相关领域技术人员的常规认识理解。

本发明是在现有水泥熟料生产工艺基础上实现的，方案包括：在水泥熟料生产过程中，将到厂含水污泥进行水分调制，达到要求后，通过相关设备喷入回转窑头熟料下料口和熟料冷却机连接处料床上，熟料得到迅速冷却，污泥水分蒸发、有机质分解燃烧，热量和有机质气体随二次风或/和三次风被送入水泥回转窑，无机质作为辅助胶凝材料驻留熟料中。为了使含水污泥与高温熟料充分接触，提升传热效果，采用喷入方式对含水污泥进行输送。含水污泥喷送装置可选用柱塞泵及化工或工程领域所用的物料喷送装置。

本发明所述含水污泥为生活污泥及重金属检测合格(既满足环保要求)的工业污泥。适用于本发明的含水污泥的含水量应满足本发明的工艺要求，例如含水量为60-95wt％，重金属含量符合水泥混合材重金属含量限值标准；除此之外，考虑到冷却机的工作负荷及熟料最终冷却效果，对含水污泥收到基低位热值做进一步约束，其收到基热值小于4MJ/kg。(从另一个角度讲，热值太高，引起冷却机内燃烧增加冷却机负荷，导致熟料无法冷却到要求温度)。

一般的水泥生产设备包括回转窑和熟料冷却机(如篦式冷却机)，本发明的设备是在水泥生产设备基础上外加含水污泥喷送装置，该装置将含水污泥喷向回转窑熟料下料口输出的高温(1000-1300℃)熟料上，使熟料发生第一次速冷、含水污泥进行水分蒸发后带有污泥的熟料继续进入熟料冷却机进行后续操作。熟料冷却机的工作原理说明以篦式冷却机为例，传统篦式冷却机用鼓风机吹冷风，将铺在篦板上成层状的熟料加以骤冷，使熟料温度由1000-1300℃骤降至100℃以下，冷却的大量废气除入回转窑作二次风及三次风；二次风是冷却水泥熟料的热空气鼓入窑内，帮助粉煤燃烧，其温度较高；三次风也是冷却熟料后的热空气，打入分解炉内预热水泥生料，与二次风不同的是温度稍低；采用本发明的方案后，含污泥的熟料进入冷却机经上述处理，不同的是，熟料冷却后的出料温度约较现有技术下降3-10℃，且所输出熟料的后续加工性能及力学性能均有所提高。进一步，为充分回收热量减少废气排放，冷却机处理过程中最终产生的废气经回收余热和除尘后继续送入冷却机中循环使用。

以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的技术方案做进一步解释说明。

以下实施例中水泥熟料质量通过化学分析、矿物组分分析、容重分析和不同龄期强度、需水量、凝结时间等方面进行全面评判，熟料易磨性通过易磨性测试方式进行测试；熟料出冷却机温度根据冷却机上温度计温度显示间接获得，也可以用辐射温度计非接触式直接测量；污泥燃烧后物料性能根据水泥混合材相关检测技术进行检验。

以下实施例中的含水污泥来自西安地区某污水处理厂，其成分分析结果如表1所示。

表1

全水分/％	77.4
		pH值：	6.6
有机质(以干基计,％)	53.14
		总氮(以干基计，g/kg)	29.7
总磷(以干基计，g/kg)	30.2
		总钾(以干基计，g/kg)	10.1
总镉(以干基计，mg/kg)	21.4
		总汞(以干基计，mg/kg)	5.54
总砷(以干基计，mg/kg)	29.3
		总铜(以干基计，mg/kg)	232
总铅(以干基计，mg/kg)	75.5
		总铬(以干基计，mg/kg)	267
总锌(以干基计，mg/kg)	810
		总镍(以干基计，mg/kg)	38.6
总钡(以干基计，mg/kg)	882
		硼(以干基计，mg/kg)	22.9
挥发酚(以干基计，mg/kg)	4.16
		干燥基低位发热量(MJ/kg)	13.06

上述含水污泥在1000-1300℃条件下燃烧后的无机物成分分析结果如表2所示。

表2(wt％)

SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	P2O5	TiO2	SnO2	MnO	ZnO	CuO	SO3	NiO	BaO	Cr2O3	SrO
																		30.99	38.72	3.52	5.78	2.28	2.49	1.33	13.41	0.46	0.28	0.11	0.10	0.097	0.092	0.067	0.057	0.052	0.046

上述含水污泥在1000-1300℃条件下燃烧后的无机物物相分析见附图1，通过对污泥无机物物相分析，可以得知污泥在熟料冷却机中燃烧后主要物相为石英、莫来石和磷酸钙镁和非晶体相。

上述含水污泥在1000-1300℃条件下燃烧后的无机物重金属浸出测试：应用固体废物浸出毒性的浸出方法(GB5086.2-1997),对污泥无机物进行重金属浸出测试，检测结果表明，经过熟料冷却机处理的污泥无机物，重金属浸出远低于GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》规定的限值，远低于GB/T 30760-2014《水泥窑协同处置固体废物技术规范》中规定的重金属含量的技术要求，符合水泥活性混合材相关技术要求。

实施例1：

在水泥熟料生产线冷却机进料端喷入水泥熟料的4wt％的生活污泥，污泥含水率为77wt％，之后继续将含污泥的熟料送入冷却机进行冷却处理，过程中产生的热量和有机质经二次风和三次风送入水泥回转窑；

同时，进行另一组平行操作：将相同水泥熟料输送入冷却机，进行正常冷却；

经对比，输出冷却机的熟料温度较未喷生活污泥的熟料冷却后温度下降3℃，熟料易磨性提高1.9％。

实施例2：

在水泥熟料生产线冷却机进料端喷入水泥熟料的18wt％的生活污泥，污泥含水率为77wt％，之后继续将含污泥的熟料送入冷却机进行冷却处理，过程中产生的热量和有机质经二次风和三次风送入水泥回转窖；

同时，进行对比操作：将相同水泥熟料输送入冷却机，进行正常冷却；

经对比，输出冷却机的熟料温度较未喷生活污泥的熟料冷却后温度下降5℃,煤耗不增加，熟料易磨性提高2％；

并且与未喷生活污泥的熟料相比，该示例输出的水泥熟料质量增加5wt％；

分别将未喷生活污泥的熟料与该实施例的水泥熟料磨制水泥后，进行3天、7天和28天强度测试实验表明，污泥燃烧无机物为活性混合材，作为辅助胶凝材料对水泥的凝结时间没有明显的影响，需水量增加不大，且使得水泥抗折、抗压强度在28天龄期增加20％左右。结果如表3所示。

表3

实施例3：

在水泥熟料生产线冷却机进料端喷入水泥熟料的8wt％的生活污泥，污泥含水率为77wt％，之后继续将含污泥的熟料送入冷却机进行冷却处理，过程中产生的热量和有机质经二次风和三次风送入水泥回转窑；

同时，进行对比操作：将相同水泥熟料输送入冷却机，进行正常冷却；

经对比，输出冷却机的熟料温度较未喷生活污泥的熟料冷却后温度下降7℃,水泥数量质量不下降，煤耗降低0.5％，易磨性可提高2％；

并且与未喷生活污泥的熟料相比，该示例输出的水泥熟料质量增加3wt％；

分别将未喷生活污泥的熟料与该实施例的水泥熟料磨制水泥后，进行3天、7天和28天强度测试实验表明，污泥燃烧无机物为活性混合材，作为辅助胶凝材料对水泥的凝结时间没有明显的影响，需水量增加不大，且使得水泥抗折、抗压强度在28天龄期增加20％左右。结果如表4所示。

表4

实施例4：

该实施例与实施例3不同的是，在水泥熟料生产线冷却机进料端喷入水泥熟料的1wt％的生活污泥，污泥含水率为60wt％。

实施例5：

该实施例与实施例3不同的是，在水泥熟料生产线冷却机进料端喷入水泥熟料的20wt％的生活污泥，污泥含水率为95wt％。

实施例6：

该实施例提供一种图2所示为可实现本发明方法的设备结构示例图，包括回转窑和篦式冷却机，所述篦式冷却机包括篦床11，篦床前端设有与回转窑出料口连接的熟料下料口2，且篦床11前段连接有前端冷却风机15，随熟料进出料方向，篦床的中间工作区域连接有依次二次风鼓风机13、三次风鼓风机12和余热回收鼓风机10，为冷却机内提供需要的气流；篦床11的出料口处设有熟料破碎机8和熟料输送机9；同时在篦床的尾端(即靠接出料口)连接有余热锅炉5回收冷却机中的余热。

进一步，余热锅炉5通过余热锅炉出风管16与前端冷却风机连接，将收回余热后的废气送入篦床。

更进一步的方案中，余热锅炉出风管16上设有除尘器6回收废气中的熟料粉，并将回收的熟料粉7送入熟料输送机9。

该示例设备的工作原理可参照以下步骤：

(1)调湿后的含水生活污泥1通过柱塞泵或其他机械输送设备(图中未示出)以与水平线45°角度向下、大于5米/秒的速度送入熟料下料口2与篦床11连接部位上；

(2)高温熟料被高含水污泥急速冷却，继续进入冷却机中，在篦床11上形成料床14，含水污泥被干燥、分解后，通过二次风2和三次风3大部分在熟料冷却机内得到充分燃烧，小部分进入回转窑窑头和窑尾燃尽；

(3)污泥燃烧产生的热量进入回转窖，产生的无机质大部分落入熟料中。

(4)余热锅炉除尘后废气送入前端冷却风机入口，通过料床进入二次风和三次风中，整个工艺中无废气排出。

Claims (2)

1.一种含水污泥处理方法，其特征在于，方法包括：在高温熟料向熟料冷却机输送过程中，将常温含水污泥喷向回转窑熟料下料口输出的高温熟料上，使熟料发生第一次速冷，含水污泥进行水分蒸发后带有污泥的熟料继续进入熟料冷却机进行处理，过程中产生的有机质热量经二次风和三次风送入水泥回转窑系统，之后输出水泥熟料与由污泥产生的辅助胶凝材料；

所述含水污泥的含水量为60-95wt%，收到基热值小于4MJ/kg；

所述含水污泥的喷向朝向高温熟料在熟料冷却机上的着落部位，且含水污泥与高温熟料瞬时直接接触；

含水污泥的喷入质量为高温熟料质量的1-20wt%；

所述含水污泥的喷速大于5米/秒；

所述高温熟料温度为1000-1300℃。

2.如权利要求1所述的含水污泥处理方法，其特征在于，熟料冷却机处理过程中产生的废气经回收余热和除尘后送入冷却机中循环利用，冷却机无废气排放。

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