水泥窑协同处置污泥系统介绍

徐亮，管晓东，平勇

（南京凯盛开能环保能源有限公司，江苏 南京 210036）

随着我国城镇污水处理率的不断提高，污泥产量也急剧增加。污泥是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。它会散发恶臭、滋生蚊虫对周边环境造成严重的二次污染，污泥与土壤接触会造成土壤污染，其中的重金属被动物食用、植物吸收后可经食物链富集后最终进入人体，严重威胁人民身体健康。污泥处置主要有焚烧、好氧堆肥、厌氧消化、深度压滤、污泥炭化、污泥热干化等。水泥窑协同处置作为一种综合优势明显的固废处置炉窑协同焚烧手段，在协同处置污泥方面有些应用但不是太成功。利用水泥窑协同处置污泥，把污泥处置后作原料烧成熟料，再制造出水泥，既解决了污泥问题，又节约了水泥厂部分原料，实现了污泥减量化、无害化和资源化目标，促进了循环经济发展。

1.1 物理性质

污泥的物理性质主要有含水率、比阻等指标。含水率是指污泥中所含水分的质量与污泥质量之比。比阻是单位过滤面积上过滤单位质量的干固体所受到的阻力，其单位为m/kg。本工程污泥含水率为40%～50%，比阻为20～60×1012m/kg，粒度大小200 mm 左右。

1.2 化学性质

污泥化学性质复杂，影响污泥处置技术方案选择的主要因素包括挥发分、植物营养成分、热值、重金属含量等。本工程污泥平均低位热值在～800 kcal/kg，主要组成是SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3等，可作为水泥原材料的一部分。因此可利用水泥窑协同处置污泥，利用处理后的污泥制造水泥。市政污泥检测数据一览表和市政污泥重金属检测数据如表1、2 所示。

表1 市政污泥检测数据

表2 市政污泥重金属检测数据

2.1 工程规模

金隅水泥窑协同处置污泥以一条5 000 t/d 的水泥窑生产线为核心，处置污泥200 t/d，年处置量6×104t（年按300 天计算）。

2.2 处置工艺

水泥窑协同处置污泥采用 “污泥仓+破碎机+螺旋秤+输送机+分解炉进料口阀组”等工艺（图1）将污泥吊运至处理装置，处理后的污泥经过分解炉焚烧后作为水泥原料送入水泥窑系统的原料磨，或作为混合材骨料。

图1 污泥处置工艺流程

污泥进厂后打开卸料门，卸入污泥坑。

污泥抓斗桥式起重机将污泥运至污泥仓，经过卸料双螺旋输送机、双齿辊破碎机、螺旋秤、1 号带式输送机、2 号带式输送机、3 号带式输送机、斗式提升机、单螺旋输送机、单层单门气动翻板阀、单层单门气动翻板阀、气动闸板阀进入分解炉。

2.3 工艺特点

污泥输送主要有管道、带式输送机、链板输送机、抓斗等，本工程主要采用带式输送机。工艺特点主要是适合污泥含水率低、输送量大、工艺设备简单、电负荷较低的工程。工艺包括储存、上料、受料、给料、破碎、计量、输送、分解炉进料口阀组、除尘等处置部分。

2.3.1 储存特点

污泥坑长约27 m，宽约12 m，±0.000 m 下深4.5 m，±0.000 m 上高4.5 m，可存储污泥容积2 916 m3，按每天200 t 污泥量，可存储约15 d 的污泥。污泥坑设计的特点是防腐、防爆、防火、防中毒、防泄漏、防飞扬、防渗等。还应设置有机气体报警、火灾报警。

2.3.2 上料特点

（1）本系统的上料设备是通过料坑上方的1 台8 t 的六瓣抓斗桥式起重机，主要由桥架、大车运行机构、小车、液压抓斗、电器等部分组成。一般的抓斗材料采用Q235，本工程抓斗设计的特点是斗体Q345B,底刃与边刃材质采用高强度耐磨材料,硬度为HB400。

（2）上料控制特点是手动控制+无线遥控+自动定点装车。

（3）检测内容：起重量、位置、故障诊断。

（4）报警内容：电气、超载、两级限位、防撞、故障。

（5）保护内容：短路、欠压、过流、过热、零位。（6）区域保护与连锁内容：操作室、投料口上方下限、垃圾仓壁、上限、下限、卸料门。

（7）具有称量装置、限位装置、抓斗防摆动装置、钢丝绳防松弛装装置、起重机防碰撞装置、抓斗保护装置等。

2.3.3 受料特点

在22.08～18.000 m 层设置一台污泥仓，长宽高为4.4 mm×3.2 mm×3.6 mm，体积约48 m3，可缓存污泥5 h 左右。料仓材料采用Q235，内衬高分子聚乙烯板，防止在仓壁积料。高分子聚乙烯的主要特点是抗冲击强度高、摩擦系数低、耐腐蚀好。

2.3.4 给料特点

污泥仓内带有滑架，能将污泥推至仓底双螺旋输送机，双螺旋输送机作为给料设备，给料方式为上部中间进料，下部中间出料。LS250，出料口600 mm×600 mm，P=2×5.5 kW。螺旋的出口设置一台液压闸板阀，在检修时关闭闸板阀，起到隔断物料的作用。Q345B 抗冲击强度高、摩擦系数低、耐腐蚀。双螺旋输送机螺旋轴及螺旋片是Q345，槽体采用Q235B，内衬采用尼龙，闸板阀采用304 不锈钢。尼龙的特点是耐磨性好、摩擦系数低、耐腐蚀高。

2.3.5 破碎特点

污泥破碎采用双齿辊破碎机，2PGC400×500，进料粒度为200～240 mm，出料粒度<20 mm，P=2×7.5 kW。破碎机在常规水泥厂及电厂等行业中应用广泛，不再多述。

2.3.6 计量特点

在破碎机下方设置一台单螺旋秤，具备秤重输送功能：Φ500 mm，Q=15 t/h，变频电机P=15 kW，进料口600 mm×600 mm，出料口500 mm×400 mm，进出口中心间距5.7 m。特点是旋转轴、螺旋片、外壳采用16 Mn，其中叶片增加耐磨堆焊层，可以增加设备使用寿命。

2.3.7 输送特点

污泥输送设置三条带式输送机、一台斗式提升机和一台单螺旋输送机。

带式输送机参数为B=650 mm，V=0.8 m/s，Q=40 m3/h。

斗式提升机采用链板形式，参数为B=400 mm，H=21.25 m，P=11 kW。

单螺旋输送机参数为Φ630，进口尺寸为600 mm×600 mm，出口尺寸为600 mm×600 mm，进出口中心距离3.145 m，P=15 kW。

本工程带式输送机采用全密封的形式，而且在带式输送机的上顶板每隔9 m 设置一个吸风口，主要防止污泥的臭气外泄，形成负压。

2.3.8 阀组特点

在分解炉进口管道上设置气动翻板阀、补偿器、气动翻板阀、气动闸板阀。工作原理：两组翻板阀一般情况下一组打开，一组关闭，不同时打开；
闸板阀一般情况下打开，故障情况下关闭。在阀组内浇注100 mm 的浇注料，起到耐磨和隔热作用。阀板材料采用耐高温材料马氏体型不锈钢06Gr13，阀体材料采用低碳合金结构钢Q345，阀轴材料采用奥氏体型不锈钢1Gr18。膨胀节接管材质/厚度：1Cr13/10 mm，导流管材质/厚度：SUS304/6 mm，波纹管材质SUS316,含浇注料。

2.3.9 除尘特点

在带式输送机转运站容易产生严重粉尘的部位采用电动脉冲布袋除尘器。除尘器型号为DMC64，处理风量为2 900～4 200 m3/h，过滤面积为48 m2，功率为5.5 kW。除尘器在水泥厂及电厂等行业中应用广泛，不再多述。

利用水泥窑协同处置污泥系统，由于污泥的成分及含水率把握不到位，出现带式输送的回程沾料比较严重，造成清理频繁。在技术部、项目部和厂家工程师去现场进行多方位、多渠道了解和分析后，得出主要原因是污泥含水率偏高和头轮清扫器材料及位置不合适。后期将污泥的含水率控制在设计范围内，通过改造清扫器材料、位置及在带式输送机底部增加清扫刮板等方式，带式输送机的回程沾料和撒料的情况得到了较大的改善，满足了最初设计要求，得到了业主的好评，节约了人力资源。

水泥窑协同处置污泥系统通过将市政污泥处理焚烧后作原料制造出水泥，实现废物的循环利用，具有适应能力强、做水泥工业的混合材效果好、消纳量大、经济性可观等优点，但是还要不断借鉴国内外污泥处置工艺的先进经验，促进我国水泥工业向环境友好型和生态环保方向发展。

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