水泥窑协同处置固废危废及生活垃圾项目减少氯离子富集的工艺措施

水泥窑协同处置固废危废及生活垃圾项目减少氯离子富集的工艺措施
摘要：水泥窑协同处置固危废及城市生活垃圾一种能实现减量化、无害化和
资源化的方法，具有节能、环保、经济的优势，是目前国际上废弃物处置的重要
手段之一，为避免处置过程中氯离子富集影响熟料生产，可设置一套除氯系统。

关键词:协同处置氯离子结皮
目前，国内多家水泥企业已投运水泥窑协同处置固废危废项目，其中中国海螺创业控股有限公司已投运上百家，处置技术已非常成熟，现对水泥窑协同处置固废危废及生活垃圾项目过程中有效解决氯离子含量过高引起预热器结皮的工艺改进——除氯工艺，进行探讨论述。

一、引言
水泥窑协同处置城市生活垃圾是一种能实现减量化、无害化和资源化的方法，利用水泥窑特有的高温、长流程与碱性环境特点协同处置固危废及生活垃圾能对各种腐蚀性、有毒性、易燃性、反应性的废物具有很好的降解作用。

按照《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》（HJ662-2013 中要求:入窑物料中氯元素的含量不应大于 0.04%；但生活垃圾在水泥窑焚烧处理过程中会产生大量的含氯气体，会严重影响水泥烧成过程。

为保证内循环过程中挥发性元素和物质在窑内的过度累积，协同处置企业可定期进行旁路放风。

因此，为保证熟料烧成系统的正常运行，根据实际经验水泥窑窑尾烟室处设置一套除氯系统，能大大提高消除氯离子影响的效率，减少工艺参数波动，实现生产过程平稳运行，保障水泥质量稳定。

该除氯系统是将对水泥生产有害的碱、氯等物质排除系统外的装置
我公司依托水泥生产企业已建成的 4500t/d 新型干法水泥窑协同处置固废
危废及生活垃圾，固危废及生活垃圾设计处置量13.8万吨/年，项目运行后，出
现预热器锥部结皮、堵塞等一系列问题。

本文测量了投放垃圾前后出磨生料、入
窑生料、C1回灰、C5下料管热生料、旁路放风灰中氯离子含量，通过数据分析
判断投放垃圾对每一部位氯离子含量影响以及采取相应措施降低熟料生产过程中
氯离子的含量；计算预分解窑系统中进入循环富集与结皮的氯离子量和旁路放风
除氯效率；针对旁路放风进行优化，降低预分解窑系统中氯离子含量，缓解垃圾
对预分解窑系统的影响。

二、氯离子的来源及分布
1.氯离子的来源主要通过下面三个方面：原料（石灰石、铁粉、硅土、页岩、黏土等）、燃料（煤）和固危废中含氯物资及生活垃圾。

由于生活垃圾主要由、厨余垃圾、塑料制品等组成，氯离子含量较高且不易检测控制，经过热盘炉（初步焚烧）、分解炉后烟气中氯离子大量富集。

2.氯离子的去向和分布
引入水泥窑协同处置垃圾项目后，预分解窑系统中氯离子的去向分为以下五方面：①进入熟料（包括窑头电收尘和余热发电熟料灰）中；②C1出口排出的回灰；③旁路放风；④预热器、分解炉、烟室中结皮；⑤在熟料煅烧过程中的循环富集。

三、氯离子的危害
1.氯离子循环富集
氯盐了化合物在熟料烧成系统中具有极高的挥发性，在回转窑高温下几乎全部挥发，随热烟气返回预热器，冷却后附着在生料上，形成氯离子的循环富集，导致预热器中的生料的氯离子浓度提高近百倍，使其危害性大幅度增大。

2.易形成结皮
KCl强烈地促进了矿物硅方解石2C2S·CaCO3的形成，在预热器内壁逐渐黏挂形成结皮，这种矿物在900~950 ℃之间强度很高，不易清除，而且长时间累积，易造成通风不良和预热器堵塞。

3.侵蚀耐火材料
在熟料的煅烧过程中，耐火材料内侧直接与高温物料、气流相接触，外侧直接贴在保温材料或窑筒体的钢板上，内外侧表面的温差较大。

随热量不断从内部高温侧向外散失，在其内形成温度梯度场。

随着生产过程中窑系统内氯离子的循环富集，必然会渗透进入到耐火材料中，冷凝结晶。

随气态物的不断凝聚，结晶物不断长大，产生内部应力，引起耐火材料的腐蚀、开裂、剥落，最终结构破坏，导致停产检修。

四、工艺改进措施
为保证内循环过程中挥发性元素和物质在窑内的过度累积，协同处置企业可定期进行旁路放风，而除氯系统正是将对水泥生产有害的碱、氯等物质排除系统外的装置。

固废在燃烧过程中产生的二噁英在分解炉近900℃温度下会彻底分解，分解
后的 Cl- 以2CaO.SiO
2.CaCl
2
的形式被水泥生料裹挟到回转窑内在1400℃温度下
进一步煅烧，部分CaCl
2
会以气态形式在水泥窑系统内循环，不断富集，容易在窑尾烟室处发生结皮。

因此通过除氯系统在烟室Cl-富集区域用稀释冷却器抽出
一部分气体，并鼓入冷风对其进行快速冷却，通过控制稀释鼓风机的风量，抽取的含高浓度氯、碱废气温度在极短的时间内的时间内可迅速从1000℃降至400℃，400℃左右的废气经旋风分离器除尘后，再次通过气体冷却器冷却至180℃左右，使废气中的有害成分碱、氯等元素产生氯类结晶体，经过袋收尘收集下来，收集下来的粉尘做为混合材按设定比例掺入水泥粉磨系统，气体经袋收尘净化后经水泥生产线窑尾废气处理系统排出。

另外，由于此处的含尘气体经过窑内1400℃煅
烧后，不会存在带有苯环结构的二噁英前体物，而且Cl-是以稳定的CaCl
2
形式存在，即使处于二噁英二次生成的降温过程中，也不会产生二噁英。

除氯的主要工艺流程是窑尾烟室抽取热气体，鼓入冷风对其进行快速冷却经气体冷却器冷却至400℃左右，之后混合气体（窑气+冷风）经旋风分离器→气体冷却器→布袋收尘器→引风机→水泥窑尾烟气处理→窑尾袋收尘器→排放。

除氯系统的废气中主要污染物成分与窑尾废气大致相同，每次旁路放风的烟气量为窑二次风的3%，急冷稀释后风量约取10400m3 /h，旁路放风总时间按照300h计算。

旁路放风系统仅针对含量较高的氯化氢和颗粒物进行分析，氯化氢与颗粒物均按
照排放标准进行计算，除氯系统引风机出口的氯化氢浓度10mg/m3、颗粒物浓度10mg/m3。

除氯系统废气经处理后返回窑尾烟气处理，最终汇入窑尾烟气经过窑尾袋收尘器后进行达标排放。

具体工艺流程如下图。

水泥熟料生产线除氯系统废气治理工艺
通过查阅往年水泥窑系统运行数据，得出在未建立协同处置生活垃圾项目前，系统正常运行情况下平均每月清洁皮次数约为5次。

我公司2020年12月水泥窑
协同处置生活垃圾正式投入运行，通过对2021年3-4月份与6-7月份除氯系统
投入使用前后，预热器清结皮次数数据对比（3-4月份清结皮次数25次,6-7月
份清结皮18次），由于设备、工艺操作熟练度提高，2021年9月至11月共清理
结皮22次，平均每月清结皮次数约为7.3次，仅比往年月平均清洁皮次数增加
2.1次，可以得出除氯系统投入运行后，大大降低了生活垃圾投料对水泥窑正常
生产的影响，大幅度降低了安全生产风险，提高了水泥生产效率，保证了水泥质
量稳定。

四、结束语
水泥窑协同处置固废危废具有节能、环保、经济的优势，发展前途光明，也
是国家重点扶持的环保项目之一。

通过对水泥窑旁路放风的改造，加装成套的除
氯装置，可大大减少高氯烟气富集，减少日常清结皮工作频率，避免对水泥窑耐火材料的腐蚀，保障生产稳定运行。

参考文献
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