技术 | 水泥窑协同处置废弃物投加位置12个设置原则，你知道吗？

水泥窑烧成系统是极其复杂的热工设备，燃烧和工艺都错综复杂，工作机理也是极度非线性的，研究起来非常困难。按照燃烧学相关原理，通过对废弃物投加口和燃烧进行优化，可以减少对窑产量和窑况的影响，并且可以降低NO₂和CO的排放。水泥窑协同处置废弃物既要保证焚毁效果又不影响正常的熟料煅烧，可供选择的加入点并不多。废弃物的理化形态决定燃烧速度，水分的带人会增加系统的热负荷，因此在有限的空间和停留时间内，如何科学地设置投加口位置，最大程度地减少对熟料生产的影响是整个协同处置的关键。本文根据水泥工艺、悬浮预热、气固学原理、水泥窑协同相关工艺设备等理论，对分解炉开口位置原则和优化设置等方面进行总结和整理。

1.问题提出

水泥窑协同处置废弃物，国家出台了一系列的国家标准和技术规范，整理和统计相关技术标准规范，其中对投加口的要求见表1。其中《水泥窑协同处置废弃物环境技术保护规范》附录A投加位置用图示标示出来，对投加开口位置更加明确。《水泥窑协同处置危险废物经营许可证审查南》附表1对水泥窑的危险废物投加位置和投加设施规定更加具体。

表1水泥窑协同废弃物相关国标和技术规范对投加位置要求

通过对水泥协同处置废弃物的相关技术规范投加口的梳理和总结，投加口位置选择主要有窑头、窑尾烟室、分解炉和生料磨，其中分解炉是主要的投加位置。《水泥窑协同处置废弃物环境技术保护规范》要求，选择投加位置应根据废弃物的特性而定，这是从环境保护要求和废弃物处置角度为基本出发点。

总的原则是要保证固体废弃物在高温段停留时间，时间越长越有利于废弃物焚烧，同时尽量减少对熟料煅烧、水泥生产的影响。其中《水泥窑协同处置危险废物经营许可证审查指南》规定相对比较具体，那就是分解炉的投加位置应选择在煤粉或三次风人口，在保证分解炉的氧化气氛下尽量靠近分解炉下部。这些都是原则性的要求，投加口具体位置并没有要求，而分解炉的型式也是多种多样，即使同一炉型分解炉的各部分尺寸也各有差别。目前水泥窑协同企业对投加开口位置还未完全引起足够的重视，以至于水泥窑协同处置废弃物实际运行中发现焚烧废弃物对窑况影响大，热耗高、产量影响大等问题比较突出。开口位置也是在不断的改动摸索试验，造成很大的被动。

2.资料准备

现场实地查看工艺布置，在了解工艺设备基础上，确定分解炉开口位置前需要了解和掌握以下资料或者技术文件：

分解炉的型式和结构、各部位尺寸，分解炉的三次风进口位置；分解炉尾煤投加点位置，分解炉四级下料位置；SNCR脱硝系统氨水投加位置，是否设置空气分级、燃料分级、生料分级，级位置如何，了解烟室和五级旋风筒、分解炉结皮情况，烟室结构、五级下料管人烟室位置等，缩口位置设置晴况，在线监测数据等。

3.相关理论支持

根据气固分离理论，可以得出颗粒在垂直管道气流运动的向上速度和沉降速度主要影响因素是气流的速度，颗粒的当量直径，颗粒的堆积密度，见表2。颗粒的自身重力是发生颗粒沉降的最主要原因，并且颗粒尺寸和密度越大，越容易沉积。所以废弃物投加位置选择在风速较大，且设置位置尽量沿气流方向靠上，防止颗粒沉降到窑尾烟室内，同时要考虑物料的粒径和密度。

表2推荐的实际输送气速数据

根据燃烧学的相关理论，在回转窑内若火焰的起动距离增加(即火焰离散)，则燃料与二次风会提前混合，这将导致NO₂含量的上升；反之若缺乏与二次风的混合，则会在窑末端产生更高的CO排放。

在分解炉内与回转窑内双气流条件不同，燃料和生料颗粒、废弃物的喷人角度是一个交叉流的结构，且它们立即被窑内上升气流和三次风气流带走。分解炉可以在选择多个位置喷入燃料和废弃物。在低温和高温区由于燃烧反应和分解反应而导致的燃料和气体的情况复杂的各种混合，可能在不同类型的分解炉产生可变化的燃烧状况。所以要尽量避开气流不顺畅、煤粉起火燃烧区域，分解炉生料喂料区域，尽量避开煤粉预燃部位和生料投加部位，见图1。

图1不同类型的分解炉内情况

按照流体学相关理论，由于工艺设置不合理，局部风速设计不合理等会造成系统带病运转的水泥企业比较多，对这类企业我们应该更加重视，否则设置废弃物投加口后对窑况影响非常大。如图2，由于分解炉局部设置问题，会造成一些局部变化部位，开口部位、连接相关管道部位产生气流涡旋效应和局部效应，造成效率低下，所以这些部位我们也应避开或者建议对此部位进行改造。

图2分解炉局部设置产生的效应

4.投加位置设置原则

通过总结和归纳水泥窑协同处置废弃物投加位置相关技术要求，设置原则主要有以下：

(1)一般而言，煤粉燃烧起燃时不宜过早和过多地和废弃物接触。保证废弃物喂人与煤粉预燃烧保持一定的距离。避免废弃物在分解炉内无氧状态下与物料进行接触。

(2)投加位置考虑废弃物在分解炉塌料的影响，防止物料颗粒过大或分散不均导致物料直接人窑。投加位置要尽量设置在分解炉风速较高位置或者悬浮较好的部位。

(3)考虑分解炉的浓相区和稀相区位置。废弃物应直接喂人分解炉的稀相区，尽量防止喂入浓相区，影响煤粉燃烧和物料悬浮效果。

(4)根据带热值废弃物的热值和燃烧特性不同，投加位置要避开生料人分解炉位置的距离。因为生料碳酸盐分解会大量吸热，废弃物与生料人炉位置不合理时将会影响废弃物的燃烧。

(5)对于带预燃室的分解炉，带热值废弃物最好加入到预燃室，以保证废弃物在分解炉内具有更长停留时间和预热，减少主炉内对物料悬浮和煤粉燃烧的影响。

(6)不带预燃室的分解炉，带热值废弃物最好加入在线分解炉的柱体底部，窑尾烟室缩口之上的区域，可以利用焚烧废弃物形成还原气氛实现氮氧化物的减排。

(7)可燃性废弃物不宜直接喂人窑尾烟室，保证废弃物不能大批量从窑尾烟室人窑。同时尽量避开缩口上部锥体部位，防止物料结皮影响喷腾效果。

(8)对于带空气分级燃烧的系统，废弃物投加口因设置在空气分级管道入炉位置之前。注意分级燃烧设置的部位，避免造成不利影响。

(9)考虑旁路放风系统的取风工艺、冷却方式、放风比例的影响。放风系统尽量选择在系统结皮相对比较严重的部位，同时避免接触到废弃物料幕。

(10)投加少量废弃物临时投加口位置，考虑SNCR脱硝系统氨水的喂入位置，必须避开、隔开距离，防止影响脱硝效率。(11)尽可能利用分解炉的旋流、炉内缩口的喷腾复合效应，加强可燃废弃物在分解炉内的快速起燃和燃烬。开口位置考虑三次风入口方向、方式、数量。尽量选择在系统结构对称轴线部位，单系列考虑局部风量变化、局部涡旋效应的影响。

5.结语

我国的废弃物、危险废物处理发展迅速，水泥窑协同处置废弃物具有行业优势，如何更加合理地提高处置废弃物的处置效率，减少对窑况的影响，无疑必须对投加位置和投加口进行不断的优化和摸索，合理设置投加口位置，不断发挥水泥窑协同废弃物在固废行业优势。

来源：《北京金隅红树林环保技术有限责任公司》

作者：钱景春、王阳、刘毅

中国水泥备件网微信公众号（关注查询更多资讯）

（本文来源网络，若涉及版权问题，请作者来电或来函联系！）