一种水泥窑协同处置浆渣投加系统技术实践_赵帅飞.pdf

2023年第1期中图分类号：TQ172.6文献标志码：B文章编号：1007-0389（2023）01-29-03【DOI】10.13697/ki.32-1449/tu.2023.01.009一种水泥窑协同处置浆渣投加系统技术实践赵帅飞，王方伟，李盟（诺客环境科技集团有限公司，北京 100016）摘要：华北区域某水泥窑协同处置固危废企业通过在三次风管浆渣落料点处增设无轴螺旋输送机，强化了由柱塞泵泵入的成股物料打散效果。该方案在不改变原有浆渣系统工艺路线前提下，通过三次风管浆渣落料点增加无轴螺旋输送机，起到浆渣物料入三次风管前重力缓冲和打散作用，并通过螺旋输送机的搅拌作用，将浆渣管道落料点原本成股成团的物料一定程度上摊薄，达到“薄料快烧”的工艺目的，进一步增强了浆渣系统和窑系统匹配。同时，浆渣热值控制范围也逐步由7 5349 627 kJ提高到11 30213 813 kJ，提高了浆渣投加系统的经济效益。实践证明，浆渣通过螺旋输送机打散后落料稳定，三次风管内落料点积料较少，窑工况波动小且分解炉节煤效果明显。关键词：浆渣落料点技改；无轴螺旋输送机；薄料快烧；节煤降耗Technical practice of a cement kiln collaborative disposal slurry feeding systemZhao Shuaifei,Wang Fangwei,Li Meng(Nuke Environmental Technology Group Co.,Ltd.,Beijing 100016，China）Abstract:A cement kiln in North China for collaborative disposal of solid and hazardous wastes has strengthened the dispersion effectof the strands of materials pumped by the plunger pump by adding a shaftless screw conveyor at the slurry residue blanking point of thetertiary air duct.Under the premise of not changing the original process route of the pulp and slag system,the shaftless screw conveyoris added at the pulp and slag blanking point of the tertiary air duct to play the role of gravity buffering and dispersing before the pulpand slag materials enter the tertiary air duct,and the materials originally formed into strands and clusters at the pulp and slag pipeblanking point are thinned to a certain extent through the stirring role of the screw conveyor,so as to achieve the process goal of thinmaterial burning fast,The matching between slurry system and kiln system is further enhanced.At the same time,the control range ofslurry slag calorific value is gradually increased from 7 5349 627 kJ to 11 30213 813 kJ,which improves the economic benefits ofthe slurry slag dosing system.The practice has proved that the slurry slag is stable after being dispersed by the screw conveyor,there isless material accumulation at the blanking point in the tertiary air duct,the kiln working condition fluctuation is small,and the coal saving effect of the calciner is obvious.Key words:technical transformation of slurry slag blanking point;shaftless screw conveyor;fast burning of thin materials;saving coaland reducing consumption1利用水泥窑协同处置固危废的背景随着我国国民经济的不断发展，工业产值的不断增大，国家经济持续向好，人民生活不断改善。但是，工业的不断进步，随之而来的是工业生产过程中产生的“三废”也在持续对环境保护带来不利影响。据生态环保部统计，20062019年我国工业危废产生量年均复合增长率达7.37%，危险废物产生量总体呈现增长势头。为了应对日益增大的环保压力，破解危险废物导致的环保难题以及处置不当造成的二次污染问题，社会各界集思广益。其中，利用水泥窑协同处置固危废的方法，因其“无害化、资源化、减量化”等突出优点，有效利用新型干法水泥窑具有的温度高、热惯量大、工况稳定、气（料）流在窑系统滞留时间长，湍流强烈、碱性气氛等特点，以及最终水泥熟料产品对于危险废物中重金属元素的有效固化作用，将危险废物变废为宝，给危险废物的处置提供了一种效果良好的解决方案，取得了良好的社会效益。同时，也为水泥窑协同处置企业带来了良好的发展机遇。2当前水泥窑协同处置固危废的技术路线与控制当前，水泥窑协同处置固危废工艺流程根据危废形态、理化性质及投加方式不同，大体分为以下几条路径：废液系统、半固态（浆渣）系统、固态系统、飞灰系统等。结合不同危废物料理化性质差异、窑煅烧工艺影响、不同水泥窑具备的独特设计，所采用的的投加方式、投加位置也不尽相同。但究其一点，利用水泥窑协同处置的核心是在确保水泥窑工况正常、平稳，熟料质量合格、稳定的前提下更多、更快、更平稳地处置固危废。在处置过程中，处置单位应当重视协同处置过程，以确保水泥窑生产与固危废处置的协调统一。否则，可能会导致水泥熟料煅烧过程不受控，固危废处置产能受限。严重的情况下，会导致水泥窑减产、低产运行，甚至造成窑尾排放气体环保监测数据超标带来大气污染，最终导致协同处置系统停机等待水泥熟料生产调整。同时，也给处置单位与协同单位的合作带来不利影响。生产技术赵帅飞，等：一种水泥窑协同处置浆渣投加系统技术实践-292023年第1期3浆渣(半固态)处置系统的几种工艺技术路线浆渣（半固态）处置系统是利用水泥窑协同处置固危废的重要手段，特别是部分危废处置单位运用的SMP系统，因其自动化程度高、处置能力强、输送过程中密封性能好可有效避免人员直接接触危废等优点，被危废协同处置单位广泛利用。在前期协同处置生产运营过程中，经营者结合窑生产工艺特点及物料性状等因素，经过不断改进优化，逐步形成了符合水泥窑生产的几种较为成熟的处置工艺路线。目前协同处置单位浆渣（半固态）系统在窑尾预热器的投加处置方案主要有以下三种方案，见图1。分解炉渣浆投加点渣浆投加点渣浆投加点分解炉分解炉回转窑三次风管三次风管三次风管外挂炉回转窑回转窑图1投加处置方案第一种方案：浆渣由柱塞泵经浆渣管道直接泵入位于分解炉中部的浆渣系统投加点（部分协同处置单位物料在烟室进行投加），末端浆渣管道上布置吹扫装置，将进入分解炉的浆渣吹扫打散，浆渣物料随即落入窑尾斜坡进行反应处置。该种投加方式，物料在窑尾停留时间短，且停留时间不受人为控制，无法做到对于工况的精准把控。物料进入分解炉（烟室）后在自身重力作用下仅35 s坠落到窑尾，随生料进入窑内后开始反应。物料在分解炉内坠落过程中，对来自三次风管内的富氧空气利用率低，未能有效利用来自三次风管的高氧含量热风。该种投加方式使物料在进入回转窑之前几乎未进行初步反应。由于回转窑正常满负荷运转时，窑尾本就是贫氧区（O2含量约在2%4%），含一定热值的物料进入窑尾后加剧窑尾区域氧含量消耗造成不完全燃烧，导致窑尾CO气氛浓重且波动剧烈，进而造成窑尾分解炉温度出现较大波动，最终对熟料煅烧、窑尾结皮产生不利影响。此种投加方案，物料投加入系统后短时间内就会造成系统出现波动。为了降低高热值物料对于窑尾氧含量的过度消耗，处置单位不得不通过配伍降低物料热值，从而限制了处置部分具有高价格的高热值物料，降低了企业的经营效益。同时，浆渣热值过低，反而消耗一部分热量来满足物料初期反应所需，导致煤耗增加。第二种方案：浆渣由柱塞泵经浆渣管道泵入三次风管入分解炉前端斜坡（平直）管道1.31.5 m位置处，停留适当时间进行反应，反应后剩余灰渣经空气炮吹打至窑内最终处置。该种投加方案物料首先落入到三次风管入分解炉前端位置，根据不同产量，在三次风管上停留28 min进行初步反应。物料中存在的可燃性物质在三次风管内的富氧环境下进行初步反应，有效利用了来自三次风管的富氧高温空气。反应后的灰渣在空气炮的吹打作用下进入分解炉，随后在自身重力作用下落入回转窑。由于已经进行过初步反应，部分含热值的物料已经被消解，即使进入窑尾区域反应激烈程度也比第一种方案小，对窑尾造成的影响也较第一种方案小。由于该种方式使得物料对于窑工况有了更好的适应性，可以通过适当调高物料的热值，在一定程度上降低了分解炉煤的使用，降低了系统煤耗。该方案相较于第一种投加方案，在对窑工况稳定性、煤耗等影响方面有了较为明显的进步。此方案的弊端是投加前物料未经过打散成股成团掉落，落料点容易积料。底部空气炮打散物料时，物料翻腾较大，裹在内部易燃物料瞬间燃烧加剧，造成空气炮运作时预热器CO波动大现象，对窑工况稳定产生不利影响。第三种方案：浆渣由柱塞泵经浆渣管道泵入阶梯炉，在炉内阶梯上停留一段时间并被从上至下阶梯上布置的空气炮吹打翻滚反应，反应后剩余灰渣由空气炮吹打至回转窑内最终处置。该种方案在第二种方案的理论基础上增设了阶梯炉，进一步延长了物料进入回转窑之前的停留时间，加大了物料反应空间，并可以根据产量人为控制物料停留时间。这种方案可以更加有效地利用来自三次风管的高温富氧空气，对窑工况的影响更加受控。由于物料进入回转窑之前已经消耗了物料中部分具有热值的成分，剩余的灰渣落入窑尾斜坡入窑后，对窑工况影响较小。该方案也为高价格、高热值的危废物料快速处置提供了可能。根据外挂炉设置位置不同，物料走向、三次风引流走向不同，分为顺流式、逆流式投加方式，但工艺控制思想是相通的。处置单位可根据不同水泥窑的具体情况进行设置。这三种技术路线最显著的区别在于物料进入回转窑前的停留反应时间及对三次风管汇入的富氧高温空气的有效利用率。三种投加方案对比见表1。不论哪种投加方案，在工艺调控的同时，我们也应该注重配伍的重要性。通过选择合适的物料来调配浆渣的热值、含液量、气孔率、有害元素含量等，根据不同窑况合理配伍，尽量降低物料入窑系统后对生产技术赵帅飞，等：一种水泥窑协同处置浆渣投加系统技术实践-302023年第1期于窑工况及熟料煅烧的不利影响，确保浆渣系统投加顺畅、稳定。方案1方案2方案3进入方式直喷直喷阶梯炉落料点分解炉（烟室）三次风管三次风管落料点氧含量20%21%20%21%窑尾停留时间5 s内28 min1020 min表1三种投加方案对比当然，我们在企业生产经营活动中，不仅要考虑生产工艺是否得当，同时还要兼顾生产效益及成本收回周期。第一种方案因其对窑工况影响大导致投加产能受限，逐步被协同处置企业摒弃。第三种方案中的阶梯炉及配套设备前期投资较大，后期维护成本高，如果结合当地危废市场体量、水泥窑运行、成本收回周期等实际情况，对于多数危废处置企业而言未必是最具经济效益的方案。第二种方案，因其投资额小、处置效果良好、在做好浆渣物料合理配伍的前提下对窑况影响小、成本收回周期短等优点，容易被危废处置企业广泛接受，并在此基础上通过不断技术创新、技术改进等手段获得了较好的经济效益。4一种在三次风管浆渣系统投加点增加无轴螺旋输送机的技术实践目前，对于浆渣物料投加入系统的方案中，由于柱塞泵的工作原理，导致浆渣物料被成股成团间歇性注入，由此造成浆渣物料投加的不连续性，特别是遇到粘稠物料时这种现象更加明显。而在浆渣系统三次风管落料点的工艺路线选择中，大多数协同处置单位在三次风管投加点未设置打散装置或通过使用罗茨风机鼓风打散物料。这两种做法在长期运行过程中，缺点逐步凸显。三次风管浆渣落料点无打散装置，系统运行时物料成股下料，空气炮运行时底部物料翻腾导致瞬间燃烧加剧，耗氧量瞬间增大导致预热器CO波动剧烈。为降低浆渣系统运行过程中对于窑工况的影响，浆渣物料热值通常控制在906270kJ以内，此举影响了许多具有高价值的高热值物料投加。使用风机鼓风来打散物料，风机鼓大气冷风温度通常在45以下进入窑系统降低了窑预热环境内热平衡，需要通过增加窑尾高温风机引风和分解炉喂煤量来抵消窑工况稳定不利因素。为调节工况稳定，高温风机转速需要增加1530r/min，分解炉尾煤量增加0.51.5t/h，增加了系统电耗、煤耗。华北区域某水泥窑协同处置固危废企业通过在三次风管浆渣落料点处增设无轴螺旋输送机，强化了由柱塞泵泵入的成股成团物料打散效果，见图2。回转窑分解炉三次风管无轴螺旋输送机渣浆投加点图2增加无轴螺旋输送机通过一段时间运行观察，该方案取得了预期效果。该方案在不改变原有浆渣系统工艺路线前提下，通过三次风管浆渣落料点增加无轴螺旋输送机，起到浆渣物料入三次风管前重力缓冲和打散作用，并通过螺旋输送机的搅拌作用，将浆渣管道落料点原本成股成团的物料一定程度上摊薄，达到“薄料快烧”的工艺目的，进一步增强了浆渣系统和窑系统匹配。同时，浆渣热值控制范围也逐步由 70534906270kJ提高到 1103021308130kJ，提高了浆渣投加系统的经济效益。实践证明，浆渣通过螺旋输送机打散后落料稳定，三次风管内落料点积料较少，窑工况波动小且分解炉节煤效果明显。该方案实施后，减弱了之前浆渣投加时对窑操作的不利影响，受到了协同单位的肯定。浆渣系统技改后窑工况参数变序号1234567浆渣热值kJ11 28611 28611 28612 12212 12212 12212 122浆渣台时（th-1）2.53.04.03.03.03.54.5窑喂料量400400400402402402395分解炉喂煤减少值1.01.31.91.41.61.72.5高温风机转速增加（rmin-1）10101010101515常温CO增加值%0.020.020.030.020.020.100.16当天熟料产量t6000600060006030603060305925吨熟料实物煤耗降低值（kgt-1）3.695.477.885.566.286.679.91吨熟料标准煤耗降低值3.054.536.534.615.205.538.21表2浆渣系统技改后窑工况参数变化（下转第69页）生产技术赵帅飞，等：一种水泥窑协同处置浆渣投加系统技术实践-312023年第1期分析了程序及现场情况后，发现是由于DCS的通讯原因造成的。皮带的控制由于在原生料磨，其主程序是做到了原来的 AC800F系统内，这样弹出画面等都可以轻松实现。然后将DI和AI信号从骨料的PLC内读取，将DO和AO控制信号发送到骨料的PLC内。如图4所示。在程序内没有对信号进行处理，而是直接将通讯过来的信号接到了功能块的输入管脚，将输出信号接到了通讯块上。骨料PLC生料磨PLCTCPIP备妥运行故障电流反馈转速反馈拉绳跑偏打滑转速给定驱动图4两台PLC之间的数据交换停电后，我们发现骨料生产线的控制系统没有断电，因为现场和中控室都有UPS进行持续供电。而生料磨控制站的UPS由于年久失修供电时间很短就停止工作了，中控操作站上也都是红色的叉号，表示现场站PLC已经掉线。此时出现的问题就是生料磨控制站那边由于断电所有模块输出肯定被复位，但是由于通讯中断，不能对通讯发出的输出进行复位，即发送到骨料PLC的驱动和转速给定维持了通讯中断之前的最后的状态，由于骨料PLC持续供电，所以一直保持。再加上恢复供电首先是恢复骨料中压站，所以导致一上电皮带就自动运行。如果首先对生料磨恢复上电，则通讯重新建立，驱动信号和转速给定信号会立即复位。另外如果生料磨控制站的UPS可以坚持到恢复供电也不会发生这种情况。找到问题后，在各自的通讯程序中增加了对通讯状态的判断，并在画面进行通讯状态的显示。在骨料侧，如果通讯状态异常，则对驱动和转速给定复位。如果正常则将通讯过来的信号给到实际的DO和AO模块。在生料磨侧，如果通讯正常，则将骨料通讯过来的信号给到DI和AI模块，如果通讯异常，则将信号复位。这样处理后，没有再发生自动启动的现象。4结语通过通讯走信号可以节约电缆，但是可靠性会降低。在做程序的时候一定要考虑好各种工况，做好通讯异常时的防范措施，使程序运行更加可靠。（收稿日期：2022-09-07）化见表2。技改后运行数据表明，该方案节煤降耗效果明显。实践发现，热值1201220kJ左右的浆渣喂料时，窑尾CO浓度整体平均在0.06%0.27%之间波动，分解炉用煤平均降低1.60t/h，吨熟料实际煤耗平均降低6.490kg/t，吨熟料标准煤耗平均降低5.330kg/t。节煤效果显著的同时对窑工况整体影响较小，浆渣热值控制上限有效提高，降低了浆渣配伍难度，增加了高价值的高热值危废处置量，提高了企业经济效益，提高了企业的市场竞争能力。同时，浆渣系统在三次风管落料点上增加无轴螺旋输送机，设备运行稳定，未出现螺旋输送机堵料和卡阻现象。通过技改，浆渣物料在落入三次风管前得到有效缓冲和打散，并通过控制单次落料量、通过配伍提高浆渣气孔率及增大反应面积等方法，三次风管浆渣料层厚度可控制在3005000mm之间，达到了“薄料快烧”的工艺目的。技改后，浆渣物料在三次风管内部火焰燃烧持续稳定且无积料现象，运行效果良好，达到了技改预期目的。但是，不是所有的水泥窑均可采用以上方法。部分水泥窑因其独特的设计，三次风管与分解炉接口斜向上进入，导致浆渣投加系统无法在此类三次风管上进行投加。对于此种情况，我们应该因地适宜，加强与协同处置水泥企业的沟通，选择合适的投加方案进行处置。5结语通过在三次风管增设无轴螺旋输送机的技改，起到了打散物料的效果，将原本成股成团落下的浆渣物料均匀分散，降低了浆渣物料进入系统时造成的不利影响，弱化了窑系统工况的波动。稳定的窑工况有利于浆渣产量的增加，也达到了提高高热值物料投加量的目的。高热值物料的投加进一步促进了窑系统煤耗降低，达到半固态（浆渣）系统稳产、高产的目的，从而为处置单位取得了良好的经济效益。（编辑：于欢）（收稿日期：2022-10-20）（上接第31页）电气控制韩喜俊：一起DCS通讯问题的处理及改进方法-69