利用水泥窑系统干化及焚烧污泥研究

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近年来,由于水泥窑在处置污泥方面所具有的优势,利用水泥生产系统协同处置污泥受到业界的广泛关注。本文通过开展污泥干化焚烧实验室实验和工业化试验,为水泥窑协同处置污泥提供技术参数,为污泥在水泥窑中的大规模资源化利用提供理论依据。本文基于水泥窑系统干化焚烧污泥工艺,研究了干化过程中含硫气体的抑制特性,确定出合理的污泥干化温度、干化时间等参数;分析了掺烧污泥的水泥熟料的形成动力学,并得到动力学参数;基于污泥中重金属在水泥熟料形成中的作用,研究了重金属的固化特性;开展了污泥雾化干化焚烧技术工业化试验,优化了工艺参数。研究结果表明:降低干化温度、缩短干化时间和掺加氧化钙均可有效减少CS2、H2S和SO2释放量;干化温度控制在250℃以下,时间控制在30s以内,且污泥与氧化钙的混合比为1:1时,对CS2、H2S和SO2的抑制率可接近100%;污泥雾化干化过程中,废气中的飞灰包覆在污泥颗粒表面亦可有效防止CS2、H2S和SO2的溢出。采用Arrhenius计算模型,得到了不同煅烧条件下的水泥熟料形成反应的活化能、反应速率常数等动力学参数;当污泥灰掺量为0.62%时,熟料的形成活化能最小,对熟料形成最有利;最当污泥灰掺量为1.55%时,熟料的形成活化能比未处理污泥的熟料的略高;当污泥灰掺量高于1.55%时,不利于熟料形成。污泥中的重金属在高温下参与水泥熟料的形成,成为熟料的组成部分,可以实现对重金属的固化;当污泥灰掺量在0~1.55%时,Co、Cr、Cu、Sr、V、Zn等重金属的固化率较高,均可达到80%以上,而对Pb的固化率仅为21.03%。熟料中的重金属浸出量很低,不会对环境造成重金属的污染。开展了利用水泥窑系统干化及焚烧污泥工业试验,对于日产2500t熟料的新型干法生产线,当污泥处理量≤5t·h-1时,污泥的掺入不会对水泥生料的配置、熟料生产的热工系统、熟料的性能以及周边环境产生不良影响,适合大规模工业应用。
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