專利名稱：利用水泥生產廢氣烘干和處置污泥的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及污泥處理和處置領域，具體涉及一種利用水泥生產冷卻熟料的廢氣烘干污泥、然后用水泥窯焚燒來處置污泥的方法。
背景技術：
污水處理行業(yè)的高速發(fā)展，城市污水處理能力以及污水處理率的不斷提高，污水處理廠的污泥產量也隨之增長。資料介紹，2008年3月底，全國投入運營的城市污水廠1320 座，處理能力9725萬m3/d，在建的城市污水廠890座，處理能力3639萬m3/d，污泥產率按 1. 5t-干基/萬t-污水計，我國污泥年產量達532萬噸(干基)，濕污泥量為沈62萬t (含水80%)。2010年，全年全國污泥產量將達570萬噸(干基)，濕污泥為觀50萬t(含水80%)。 我國濕污泥年產量將很快突破3000萬噸；“十二五”期末更將突破4600萬噸。據(jù)調查，大部分污水處理廠的污泥只是經過簡單處理后即進行無序堆存或簡單填埋，當前污泥的實際處理處置率甚至不到30%。無害化后續(xù)處理處置的不到10%，大多數(shù)未進行妥善處置，這必將嚴重影響我國建設城市污水處理廠削減水體污染物的效果。污泥產生量急劇增加，污泥中的病菌、臭氣、重金屬等對環(huán)境的污染已多次引起公眾事件，成為重要的環(huán)境問題。傳統(tǒng)污泥處理方式之一的向海洋投放已被禁止；堆放使污泥堆積成山，成歷史包揪，將被徹底淘汰；填埋則存在占地多、利用率低、滲濾液污染地下水以及后處理費用等問題；用于肥料則由于含有重金屬等有害物質而受到了極大的限制。如何處理好、利用好數(shù)量巨大的污泥，化害為利，是各國環(huán)境工作者研究的課題。污水處理廠脫水后的污泥含水分80%左右，固體物質由無機物和有機物，含有一定的熱量。研究表明，降低污泥水分是處理和處置污泥的首要條件，烘干后的污泥便于存放和運輸，可以作為肥料、原料和燃料，使其中有用物質得以利用，以便最終處置污泥。含水 80%的污水廠污泥，低位熱值約1000kJ/kg 2000kJ/kg，烘干到含水50%的污泥，低位熱值約 6000kJ/kg 9000kJ/kg，烘干到含水30%的污泥，低位熱值約9000kJ/kg 13000kJ/kg，其體積不到原含水80%的污泥體積的30%。烘干是降低污泥水分、減小體積、提高熱值的有效措施。利用燃料燃燒的熱量烘干污泥一方面使用了資源，增加了成本，另一方面燃料燃燒的排放加重了環(huán)境負擔。人們積極尋求利用余熱烘干污泥的辦法，水泥生產過程中高溫燒結的熟料，經冷卻機冷卻產生大量含有熱量的熱風，可以作為烘干污泥的熱源對污泥烘干，然后對烘干后的污泥進一步處置。中國發(fā)明專利專利號200610044531. 6提出了“用水泥生產過程中高溫熟料直接處置污泥的方法”，該方法把污泥直接輸送添加到高溫熟料傾出區(qū)或篦冷機，這種方法難于使?jié)裎勰嗯c高溫熟料較均勻混合，熱交換差，處理量低，重要的是高溫熟料傾出區(qū)或篦冷機在水泥生產中是冷卻階段，濕污泥放入后，開始可起到冷卻作用，其后被高溫熟料烘干后接著燃燒，其一對熟料繼續(xù)冷卻不利，其二污泥的熱量不僅得不到利用， 反而阻礙熟料繼續(xù)冷卻，提高了廢氣溫度，使廢氣處理增加難度，其三污泥灰渣混入水泥熟料是不均勻的，在冷卻階段不能與熟料發(fā)生反應生成有益于產品質量的物質，影響水泥質量。中國發(fā)明專利專利號01103143. 3提出了“處理工業(yè)和生活污泥的方法”，該方法存在運行中往往需要補充一定的燃料的缺陷。也有人把冷卻機熱風引入烘干機對污泥烘干，由于烘干過程溫度較低(< 400°C)，排氣的溫度在100°C以下，若僅除塵后對大氣排放，烘干過程中污泥中的有害氣體(臭氣等)不僅沒有消除，還會增加，使周邊較大范圍內臭味很濃，形成新的污染；若脫除排氣中的臭氣等有機氣體，其處理費用很高，經濟上難于運行。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是要提供一種利用水泥生產中為冷卻水泥熟料由冷卻機排出的含有熱量的熱風，不需要補充燃料，能分解污泥中的有害氣體、能利用污泥熱量，且不影響水泥熟料質量的污泥處理和處置方法。本發(fā)明所述的利用水泥生產廢氣烘干和處置污泥的方法，簡單地概括為把熟料冷卻機熱風引入烘干機對喂入烘干機的污泥烘干，出烘干機氣體返回冷卻機冷卻熟料，烘干到一定水分的干污泥送入水泥窯尾或分解爐焚燒，焚燒的熱量提供給水泥燒成，灰渣作為水泥原料形成熟料，從而不需要補充燃料，達到對污泥的無污染、全利用處置。利用水泥生產廢氣烘干和處置污泥的方法，在干法水泥生產技術用篦式冷卻機作為熟料冷卻機的工藝中，包括以下步驟
1)從水泥窯頭熟料冷卻機抽取(350士100) °C熱氣體，直接或經過簡單除塵送入烘干機中，用于烘干污泥；
2)從污水處理廠運來含水80%的濕污泥放入濕污泥儲庫儲存?zhèn)溆?，濕污泥儲庫產生的氣體引入熟料冷卻機的高溫段；
3)把濕污泥存庫內的污泥按生產1噸水泥熟料加入0.08、. 12噸水分含量為80%污泥的量均勻地送入烘干機，在烘干機內，濕污泥與熟料冷卻機抽取的熱氣體進行熱交換，污泥中水分被蒸發(fā)，控制出烘干機干污泥水分含量為(30士 10%)，出烘干機氣體經除塵后返回熟料冷卻機的高溫段，用于冷卻熟料；
4)把出烘干機的污泥送入干污泥儲庫儲存，然后按生產1噸水泥熟料加入 (0. 02士0. 01)噸水分含量為(30士 10%)污泥的量均勻送入水泥窯尾焚燒，或直接送入水泥窯尾焚燒，保持污泥烘干和污泥焚燒的物料平衡，水泥窯尾污泥入料點可為窯尾上升管道或分解爐；
5)污泥進入窯尾上升管道或分解爐后被焚燒，產生的熱量供水泥燒成用，灰渣混入水泥原料中，生成水泥熟料，水泥窯廢氣經除塵和凈化后排入大氣。含水80%的濕污泥先在烘干機中用從熟料冷卻機抽取的(350士 100) ！熱氣體烘干到污泥水分含量為(30士 10%)的干污泥，然后再送入水泥窯尾焚燒。出烘干機氣體經除塵后返回熟料冷卻機的高溫段，用于冷卻熟料。濕污泥儲庫產生的氣體引入熟料冷卻機的高溫段。濕污泥存庫內的污泥按生產1噸水泥熟料加入0. 08、. 12噸水分含量為80%污泥的量均勻地送入烘干機。按生產1噸水泥熟料加入(0. 02 士 0. 01)噸水分含量為(30 士 10%)污泥的量均勻送入水泥窯尾焚燒。
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污泥產生的熱量供水泥燒成用，灰渣混入水泥原料中，生成水泥熟料。新型干法水泥生產技術用篦式冷卻機作為熟料冷卻機，它以自然空氣作為冷卻氣體，進入篦式冷卻機冷卻熟料后的氣體一部分作為二次風入窯，用于窯頭部分用煤的燃燒空氣；一部分作為三次風入分解爐，用于窯尾分解爐部分用煤的燃燒空氣；一部分用于烘干原料或烘干燒成用煤炭的熱氣體；部分水泥廠還用于烘干混合材；對大氣造成污染的是沒有被利用的部分，往往也稱為冷卻機余風或冷卻機廢氣。通常，水泥熟料燒成用煤的低位熱值為22000kJ/kg，空氣過剩系數(shù)取1. 15時，Ikg煤燃燒需燃燒空氣6. 672 Nm3,熟料熱耗取3300kJ/kg，生產Ikg熟料用煤0. Mkg，需燃燒空氣1. 0 Nm3，按分解爐和窯頭用煤炭以 6:4分配，一次風占燃燒空氣總量的10%。那么，生產Ikg熟料二次風量為0.36 Nm3，三次風為0. 54 Nm3。從新型干法窯出來進入冷卻機的熟料溫度為1360°C 1450°C，可按1400°C 計算；冷卻到65°C +環(huán)境溫度，可按100°C計算，這些熱量交換給自然空氣，二次風溫度可達 900°C 1050°C，三次風溫度可達800°C 1000°C，烘干物料的氣體溫度約為450°C左右，余風溫度約為250V左右。冷卻機冷卻Ikg熟料排出的余風(廢氣量)與多種因素有關，生產統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，冷卻機冷卻Ikg熟料排出的廢氣量一般在1. 0 2. 5Nm3/kg熟料范圍內，即每冷卻一噸熟料產生廢氣1000 2500 Nm3。若冷卻機熱風能進一步充分利用，排出的廢氣可以繼續(xù)減少。本發(fā)明專利將抽取冷卻機中(350士 100) °C熱氣體作為污泥烘干的熱源，這種情況下冷卻機排出的廢氣可減少50%以上。對污泥干燥特性研究可知，污泥烘干中，隨著含水率的降低，污泥的熱干燥特性越來越好，下表列出污泥含水率與污泥性狀變化的關系。由表可見，污泥經烘干處理后，性狀得到改善，利用價值提高，為后續(xù)處理過程創(chuàng)造了良好條件。高溫烘干污泥可加速污泥干化和提高熱利用率，但烘干溫度過高(> 500°C )或出烘干機物料水分太少，將使污泥中可燃成分損失，甚至產生污泥燃燒甚至爆炸，污泥中有害物質的逸出和合成二噁英類劇毒物質與運行溫度密切相關。為減少污泥烘干過程中有用成分的損失和保證運行安全，本發(fā)明專利控制出烘干機干污泥水分含量為(30士 10%)，出烘干機氣體經除塵后返回熟料冷卻機的較高溫度段，使出烘干機氣體中有害物質在高溫下分解，除臭和解毒。
含水率(％)90755010熱值(MJ/kg)-2 — 36 — 913 ~ 17植物養(yǎng)分(％)0. 51. 252. 54.5流動特性漿狀膏體彈性顆粒脆性顆粒水泥窯尾和分解爐的溫度在900°C以上，在這里水泥生料分解出大量堿性物質 CaO,烘干后的污泥加入其中后，可燃物質迅速燃燒，生成的酸性氣體被堿性物質吸收，然后隨水泥窯氣體經窯尾廢氣處理系統(tǒng)凈化后排入大氣；污泥燃燒后的灰渣隨水泥分解的水泥生料進入回轉窯，在1450°C的高溫下燒結成水泥熟料，此時，污泥中包含二噁英在內的所有有害成分被摧毀，重金屬被包裹在水泥熟料的晶格中。污泥燃燒放出的熱量提供給水泥生料用于物料分解，減少由煤炭向水泥窯提供的熱量。這樣，污泥被無害化處理，其物質和熱量得到全利用。本發(fā)明的方法把冷卻水泥熟料熱氣體從水泥窯頭熟料冷卻機引入烘干機對污泥烘干，避免了污泥直接加到水泥熟料上對水泥熟料質量的影響和污泥熱量的損失，把烘干后的干污泥送入窯尾焚燒，由于干污泥水分少，熱值高，易于輸送和均勻喂料，不必補充燃料，對燒成系統(tǒng)也無影響，燃燒產生的熱量還得到利用；另外，濕污泥儲庫的氣體引入水泥
5窯頭冷卻機的高溫段，氣體中的有害物質被1000°c以上的高溫分解。該方法克服了目前污泥烘干和處置的主要缺陷，充分利用了水泥生產過程余熱和水泥窯及熟料冷卻機的高溫環(huán)境，使污泥中有害物資分解，其熱量用于水泥生產，降低了污泥烘干和處置成本，具有明顯的環(huán)境和經濟效益。


圖1是利用水泥生產廢氣烘干和處置污泥的方法流程圖。
具體實施例方式結合圖1對本發(fā)明的實施方式作進一步說明。本發(fā)明所述的利用水泥生產廢氣烘干和處置污泥的方法，水泥生產線為2000t/d以上新型干法水泥生產線。本實施例采用 2500t/d新型干法水泥生產線，從水泥窯頭冷卻機抽取350°C熱氣體，經過旋風筒或沉降室除塵，送入烘干機中，用于烘干污泥；從污水處理廠運來含水80%的濕污泥放入儲存庫儲存，備用，濕污泥儲存庫的氣體引入水泥窯頭冷卻機的高溫段，氣體中的有害物質被1000°C 以上的高溫分解；儲存庫內的污泥通過輸送設備和喂料設備送入烘干機，喂入量為10t/h， 在烘干機內，污泥與從水泥窯尾冷卻機抽取的熱氣體進行熱交換，污泥中水分被蒸發(fā)，出烘干機干污泥水分含量為30%，冷卻機抽取的熱氣體中的粉塵為堿性物質，能吸收污泥中酸性氣體，從而抑制烘干過程污泥中有害氣體產生，出烘干機氣體經除塵和凈化后送入冷卻機的高溫段作為冷卻熟料的氣體，氣體中的有害物質被1000°C以上的高溫分解，冷卻機剩余的熱氣體經凈化后排入大氣；把出烘干機的污泥送入儲庫儲存后送入水泥窯尾焚燒或直接送入水泥窯尾焚燒，加入量按生產1噸水泥熟料加入0. 03噸水分含量為30%污泥計算，水泥窯尾污泥入料點可為窯尾上升管道或分解爐；水泥窯尾和分解爐的溫度在900°C以上， 在這里水泥生料分解出大量堿性物質CaO，烘干后的污泥加入其中后，可燃物質迅速燃燒， 生成的酸性氣體被堿性物質吸收，然后隨水泥窯氣體經窯尾廢氣處理系統(tǒng)凈化后排入大氣；污泥燃燒后的灰渣隨水泥分解的水泥生料進入回轉窯，在1450°C的高溫下燒結成水泥熟料，此時，污泥中包含二噁英在內的所有有害成分被摧毀，重金屬被包裹在水泥熟料的晶格中。按照加入水泥窯尾污泥量計算，灰渣占水泥熟料的質量為1%左右，又經過高溫煅燒， 不會對水泥熟料質量產生不利的影響。若污泥灰渣化學成分與設定的水泥熟料成分產別較大，可以通過調整水泥生料配比解決。污泥燃燒放出的熱量提供給水泥生料用于物料分解， 本實施例污泥產生熱量約為300kJ/kg熟料，減少了由煤炭向水泥窯提供的熱量，節(jié)省燒成用燃料約9%左右。這樣，污泥被無害化處理，其物質和熱量得到全利用，環(huán)境和經濟效益十分顯著。
權利要求
1.利用水泥生產廢氣烘干和處置污泥的方法，在干法水泥生產技術用篦式冷卻機作為熟料冷卻機的工藝中，其特征在于把熟料冷卻機熱風引入烘干機對喂入烘干機的污泥烘干，出烘干機氣體返回冷卻機冷卻熟料，烘干到一定水分的干污泥送入水泥窯尾或分解爐焚燒，焚燒的熱量提供給水泥燒成，灰渣作為水泥原料形成熟料。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用水泥生產廢氣烘干和處置污泥的方法，其特征在于包括以下步驟從水泥窯頭熟料冷卻機抽取(350士 100) °C熱氣體，直接或經過簡單除塵送入烘干機中，用于烘干污泥；從污水處理廠運來含水80%的濕污泥放入濕污泥儲庫儲存?zhèn)溆?，濕污泥儲庫產生的氣體引入熟料冷卻機的高溫段；把濕污泥存庫內的污泥按生產1噸水泥熟料加入0. 08、. 12噸水分含量為80%污泥的量均勻地送入烘干機，在烘干機內，濕污泥與熟料冷卻機抽取的熱氣體進行熱交換，污泥中水分被蒸發(fā)，控制出烘干機干污泥水分含量為(30士 10%)，出烘干機氣體經除塵后返回熟料冷卻機的高溫段，用于冷卻熟料；把出烘干機的污泥送入干污泥儲庫儲存，然后按生產1噸水泥熟料加入(0. 02士0. 01) 噸水分含量為(30 士 10%)污泥的量均勻送入水泥窯尾焚燒，或直接送入水泥窯尾焚燒，保持污泥烘干和污泥焚燒的物料平衡，水泥窯尾污泥入料點可為窯尾上升管道或分解爐；污泥進入窯尾上升管道或分解爐后被焚燒，產生的熱量供水泥燒成用，灰渣混入水泥原料中，生成水泥熟料，水泥窯廢氣經除塵和凈化后排入大氣。
3.根據(jù)權利要求2所述的利用水泥生產廢氣烘干和處置污泥的方法，其特征在于含水 80%的濕污泥先在烘干機中用從熟料冷卻機抽取的(350士 100) ！熱氣體烘干到污泥水分含量為(30士 10%)的干污泥，然后再送入水泥窯尾焚燒。
4.根據(jù)權利要求2所述的利用水泥生產廢氣烘干和處置污泥的方法，其特征在于出烘干機氣體經除塵后返回熟料冷卻機的高溫段，用于冷卻熟料。
5.根據(jù)權利要求2所述的利用水泥生產廢氣烘干和處置污泥的方法，其特征在于濕污泥儲庫產生的氣體引入熟料冷卻機的高溫段。
6.根據(jù)權利要求2所述的利用水泥生產廢氣烘干和處置污泥的方法，其特征在于濕污泥存庫內的污泥按生產1噸水泥熟料加入0. 08、. 12噸水分含量為80%污泥的量均勻地送入烘干機。
7.根據(jù)權利要求2所述的利用水泥生產廢氣烘干和處置污泥的方法，其特征在于按生產1噸水泥熟料加入(0. 02 士 0. 01)噸水分含量為(30 士 10%)污泥的量均勻送入水泥窯尾焚燒。
8.根據(jù)權利要求2所述的利用水泥生產廢氣烘干和處置污泥的方法，其特征在于污泥產生的熱量供水泥燒成用，灰渣混入水泥原料中，生成水泥熟料。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用水泥生產廢氣烘干和處置污泥的方法，簡單地概括為把熟料冷卻機熱風引入烘干機對喂入烘干機的污泥烘干到30%左右水分，出烘干機氣體返回冷卻機冷卻熟料，烘干到30%左右水分的干污泥送入水泥窯尾上升煙道或分解爐焚燒，焚燒的熱量提供給水泥燒成，灰渣作為水泥原料形成熟料。該方法充分利用了水泥生產過程余熱和水泥窯及冷卻機的高溫環(huán)境，使污泥中有害物資分解，其熱量用于水泥生產，達到對污泥的無污染、全利用處置，降低了污泥烘干和處置成本，具有明顯的環(huán)境和經濟效益。
文檔編號C02F11/12GK102173553SQ20111000307
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權日2011年1月7日
發(fā)明者袁文獻 申請人:袁文獻