引言

近年來，隨著我國城市生活垃圾產生量的迅速增加，生活垃圾合理處置的問題也越來越嚴峻。水泥窯因其特有的高溫、堿性環境，已被若干工程案例證實是生活垃圾資源化和無害化處置的有效途徑。然而生活垃圾中不可避免地含有氯、鉀、鈉、硫等對熟料生產不利的有害元素，這些元素若超過某一限值即可對燒成系統的工況和熟料質量產生負面影響，如煙室及預熱器結皮、窯筒體結皮、熟料氯含量偏高等。

旁路放風技術無疑是解決這一問題的有效方法，其基本原理是在窯尾煙室附近新增一引風管，將窯內含有氯、鉀、鈉、硫等元素的無機鹽類化合物或其離子態物質的高溫含塵熱煙氣，強制引出窯系統，降低上述有害元素在窯系統內的濃度，減少系統結皮堵塞的概率。筆者以天山水泥某5000t/d熟料生產線協同處置450t/d生活垃圾工程為例，論述了旁路放風系統的工藝流程和裝備配制，對實際運行過程中的技術問題進行了分析。

1.1 基本情況

我廠協同處置生活垃圾項目采用中材環境的預分選技術，將生活垃圾分選為可燃垃圾、無機物、金屬垃圾和滲濾液，其中可燃垃圾喂入分解爐替代部分煤粉燃燒處置。可燃垃圾的綜合平均含水率約為45％，氯元素質量分數平均為0.456％，設計入爐處置能力為10t/h，出庫生料的氯含量為0.020％(質量分數，下同)。協同處置生活垃圾之前，預熱器C5下料管內熱生料的氯含量約為0.6％～0.8％，窯系統結皮結圈現象不明顯。協同處置生活垃圾后，當旁路放風不運行時，預熱器C5下料管內熱生料中的氯含量最高可達2.0％，出現了下料管結皮、煙室結皮和窯結圈的現象，因此有必要新增旁路放風系統。

1.2 旁路放風工藝流程

我廠旁路放風系統采用“一級急冷+二級冷卻器+袋式除塵”的技術路線，即在煙室部位新增一根引風管，窯內高溫含塵熱煙氣流進急冷室與冷卻風機鼓入的冷風充分混合冷卻，急冷室出口煙氣溫度控制在370℃以下，混合風再進入旋風收塵器，密度較大的顆粒(粗粉)被收集后返回窯內，密度較小的顆粒(細粉)隨廢氣進入風冷式多管冷卻器再次冷卻至220℃左右，進入袋式收塵器，余風通過尾排風機引入窯尾煙囪，收塵灰(旁路放風灰)進入灰倉儲存，本項目設計放風比例為7％，工藝流程見圖1，主機設備參數見表1。

2.1 引風管優化

旁路放風系統開機運行后，急冷室下方的引風管內常出現結皮堵死現象，直觀表現是急冷室出15溫度接近室溫。取結皮料進行化學分析，發現多次清理結皮時結皮的外觀和物理特性基本分為三類：(1)質地致密堅硬，落地有陶瓷片的清脆聲，顏色呈深灰色；(2)質地較堅硬，外觀呈片狀，表面可見孔隙；(3)質地疏松，用手可捏碎，顏色呈灰白色。對這三類代表性的結皮進行化學分析，結果見表2。

表2 引風管內三類結皮化學成分分析（%）

通過表2的數據初步發現，第一類結皮的有害成分中，硫含量高；第二類結皮的有害成分中氯和鉀的含量高；第三類結皮中沒有含量特別高的有害成分，但氯和鉀的含量明顯高于入窯生料和熟料。筆者分析認為，高溫煙氣中氯、硫、鉀的無機物呈氣態，進入引風管道后迅速離開高溫環境，氣態無機物冷凝為固態，吸附在熱的生料粉內，而熱的生料粉又冷凝在溫度相對低的引風管道內壁產生結皮，同時，氣態無機物也會直接在引風管內壁澆注料上冷凝富集，逐步堵塞引風管。

為此，在利用停窯時間，通過調整引風管的走向，將引風管的長度由2m縮短至1.5m，同時在引風管上新增4臺空氣炮定時清理結皮。圖2顯示的是改造前后引風口的結皮情況，從改造后的運行效果來看，引風管道的結皮明顯減少，保證了旁路放風系統穩定運行。

圖2 改造前后引風管內結皮情況

2.2 除氯效果分析

引風管技改后，在旁路放風系統穩定運行且協同處置生活垃圾的情況下，統計了10月20日到12月3日這一時間段預熱器C5下料管內熱生料的氯含量，結果見圖3。

圖3 C5下料管內熱生料氯含量與時間的變化趨勢

從圖3中可以看出，同等放風比例的前提下，在協同處置生活垃圾初期(即A豎線往左區域)，C5下料管內熱生料的氯含量基本在0.8％左右，旁路放風灰的氯含量為14.76％；隨著運行時間的增加(即A豎線與B豎線之間區域)，C5下料管內熱生料的氯含量上升至1.2％左右并趨于穩定，這可能是隨著時間的推移，氯元素在窯系統內不斷富集并趨于吸附脫附平衡；后續提高了旁路放風尾排風機的轉速(即B豎線右部區域)，提高了放風量，繼續跟蹤觀測C5下料管內熱生料氯含量，發現其含量有下降趨勢，并穩定在1.1％左右，且檢測到旁路放風灰中的氯含量為18.26％，這說明提高尾排風機的轉速，有利于旁路放風系統氯元素的外排。

2.3 放風量測算

生活垃圾系統和窯工況相對穩定時，旁路放風尾排風機頻率給定40Hz，冷卻風機給定25Hz，檢測了旁路放風系統各位置的煙氣量和粉塵濃度，其結果見表3。

表3 旁路放風系統的煙氣量及粉塵濃度測試結果(標況下)

在標況狀態下，根據數據以及公式(1)可估算出旁路放風量，經計算得到旁路放風量為6392m3/h，旁路放風比例為7.02％，與設計目標基本相符。

2.4 旋風筒收塵效率與除氯效果的關系研究

我廠在旁路放風系統運行過程中，分別測試了旁路放風系統旋風筒入口含塵濃度、出口含塵濃度，并計算得到了該旋風筒的收塵效率約為82.95％。測試了煙室粉塵中的氯含量為4.22％、旋風筒出口粉塵中的氯含量為19.5％、旋風筒下料管粉塵中的氯含量為1.63％，細粉氯含量約為粗粉氯含量的12倍。此外，我們還測試了旋風筒下料管粉塵的粒徑分布(粗粉)以及旋風筒出口粉塵的粒徑分布(細粉)，見圖4和圖5。

從圖4，5可以看出，粗粉的粒徑分布范圍較寬，80μm以下的占到了85％左右，細粉的粒徑分布范圍較窄，13μm以下的占到了85％左右。根據上述測試分析數據，我們初步認為，旁路放風熱煙氣中的氯，絕大部分是以氣態或離子態的形式存在于氣體中，而并非附著在煙室高溫氣流的粉塵中；所謂“細粉”，一方面是煙室熱煙氣中夾帶的粒徑較小的那部分生料粉，因其比表面積大，吸附氯元素的能力較大，使得其氯含量高于粗粉；另一方面，也可能是煙室熱煙氣中氣態或離子態的氯與氣態的堿金屬或堿土金屬，在低溫狀態下重新整合形成的氯堿鹽顆粒，使得其氯含量高于粗粉。

進而可以得知，該旁路放風旋風筒的分離效率若過高，含有較高氯含量的細粉不能被排出系統外，仍回至窯系統，除氯效果會有所下降；若分離效率過低，大量生料粉吸附氯元素后外排，除氯效率會有所提高，但提高的幅度不大，且大量熱生料排出窯系統也會影響燒成熱耗且對后續旁路放風灰的輸送能力提出更高要求。因此，根據我廠運行經驗，該旁路放風旋風筒的收塵效率控制在80％～85％之間比較合理。

(1)本水泥窯協同處置生活垃圾項目旁路放風系統采用“一級急冷+二級冷卻器+袋式除塵”的技術路線，旁路放風的比例穩定在7.02％，預熱器C5下料管生料中的氯含量可保持1.2％左右，旁路放風灰中氯含量達到19％以上，除氯效果明顯。

(2)縮短引風口至急冷室距離優化并加裝空氣炮，有利于旁路放風系統穩定運行。

(3)煙室高溫含塵煙氣中，氯元素是以氣態或離子態的形式存在于廢氣中而不是附著在粉塵中。

(4)高溫含塵煙氣經急冷室后進入旋風筒，旋風筒出口粉塵中的氯含量明顯高于旋風筒下料管粉塵中的氯含量。

(5)旁路放風系統中旋風筒的分離效率不宜過高，最佳控制范圍為：80％～85％。

作者：渠華1，嵇磊2，潘小平3，姚瑞宏2

來源：《1江蘇天山水泥集團有限公司；

2中材國際環境工程(北京)有限公司；3宜興天山水泥有限責任公司》

微信公眾號：備件網（關注查詢更多資訊）

（本文來源網絡，若涉及版權問題，請作者來電或來函聯系！）