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【环保热点】水泥窑协同处置工艺 技术瓶颈迎刃而解

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2018/05/21 15:20
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水泥窑协同处置危废,是利用水泥窑的大热容量、稳定运行窑炉,对危险废弃物进行焚烧处置,作为专业危废焚烧的同质型工艺。鉴于传统危废处置工艺新建产能选址难、阻力大、周期长,依托成熟工业窑炉协同处置,成为化解产能不足局面的最佳战略。

 

水泥窑作为最适合协同处置危废的工业炉窑,已经在海外有30年左右的成熟应用经验。受益于水泥生产工艺环境适宜、改造耗时耗资较少、地域匹配性强等优势,该工艺适宜在国内推广。

 

在2014年行业标准完善后,正式登上历史舞台,并有望与传统工艺分庭抗礼,在未来两年迎来产能爆发期。

 

水泥窑的工艺特点与

危废处置需求高度匹配

 

碱性环境天然适宜处置危废:水泥生产中,窑内呈现碱性环境,有效避免酸性物质和重金属挥发,目前可适应约80%种类的危废、适用范围广。

较之专业危废焚烧炉需要投加碱性物质,捕捉酸并固化重金属,水泥窑天然的碱性环境有助于节约处置成本。

 

高温、长停留时间、高氧气过剩量,有效避免二次污染:水泥窑内燃烧温度在1300℃以上,可控制焚烧时间在5s左右(大于2s),可由在线监控系统控制氧气过剩量大于3%、尾气CO量小于100ppm,有利于彻底分解危废物质,避免燃烧不充分产生二次污染物,可彻底分解废物中有害有机物,如二噁英、呋喃等。

 

残渣和飞灰最终均成为熟料的成分,有害物质都可全部固熔在水泥熟料的晶格中不能再逸出或析出,不对环境造成二次污染

 

窑炉自动化控制水平高,操作难度较低:目前我国水泥熟料生产线中,新型干法工艺占比已接近100%,该工艺自动化水平较高、工作状态稳定,可精确控制温度、含氧量、燃料投加等步骤,对各种废物适应能力强,略作调整就不会影响水泥熟料的正常性能和质量,也不会影响窑的正常操作运行。

 

根据《水泥窑协同处置危险废物经营许可证审查指南》要求,不同热值与成分的危废掺烧比例,约为熟料生产能力的4-15%之间。

 

目前5000t/d的水泥窑批复产能一般为10万吨/年,危废实际掺烧比例约7%,因此对于水泥生产的干扰较为可控。

 

协同处置危废对水泥产品质量无不良影响:大量研究表明,固体废物中重金属、硫、氯等物质在水泥窑协同处置过程中能进入水泥熟料的晶格中不再逸出或者析出(水泥窑固定重金属的熟料矿物晶格取代理论),起到很好的固定作用,没有二次污染隐患。

 

 

 

 

工艺优势明显:产能释放速度快、

投资运营成本低

 

1.产能释放速度快

 

审批周期短:由于危废协同处置的设施直接建设在水泥厂内,而水泥厂本身卫生防护距离800米,群众阻力较小,不存在选址难度。水泥窑协同处置危废项目,从项目备案到最终投运,周期在2-3年之间,较之传统焚烧节约3年左右时间。

 

单体项目产能规模大:目前参与协同处置改造的水泥窑,水泥产能规模普遍为5000t/d,对应危废产能一般为10万吨/年,单体规模相当于传统专业焚烧炉的5-10倍,显著提升了产能扩张速度。

 

工程改造+爬坡周期短:水泥窑协同处置的改造,主要包括工程改造和运行爬坡两方面,整体改造周期约为8-9个月,建成之后项目爬坡周期较短,产能释放速度快。而传统危废无害化处置项目一般需要2-3年建设期和1-2年的产能爬坡期。

 

配套传送、仓储与分析检测设施:该部分改造可以在不影响水泥窑生产的情况下施工,施工周期约7-8个月左右。主要包括分析检测实验室搭建、危废运输车辆配置、危废分类仓储构筑物建设、预处理设施、污染控制系统与传送装置安装。

 

窑体改造:对于水泥窑的改造,一般只需对投料口进行部分改造,无需进行大规模技改,只需几天时间即可完成。

 

 

 

2.投资与运营成本低

 

投资成本低:水泥窑协同处置工艺中,以3-5%的掺烧比例进入现有水泥窑炉,无需新建窑炉,只需部分配套设施,设备初始投资显著低于传统焚烧工艺。

 

目前水泥窑协同处置危废投资额小于1000元左右/吨处置产能,而新建或传统危废焚烧炉设施的平均投资一般为0.8-1.6万元/吨处置产能。

 

 

 

 

运营成本显著降低:由于危废与水泥混烧,难以将两者生产成本严格分拆,经验数据表明,水泥窑协同处置危废吨成本约在500-1000元/吨,是焚烧炉处置成本的50%以下。运行成本显著降低的原因主要在于:

 

①投资强度显著降低,传统焚烧中成本占比最高的折旧项,在水泥窑协同处置中大幅下降。

 

②传统危废焚烧炉需要喷射碱液制造碱性焚烧环境,以减少危废中酸性物质与重金属的挥发,但水泥窑本身的碱性环境天然适合普遍呈现酸性的危废,无需喷碱液。

 

③传统危废焚烧工艺每焚烧一吨危废,会产生0.2-0.3吨飞灰与残渣,后者需交由专业危废填埋场以2500-3500元/吨的价格处置,而水泥窑协同处置并不产生残渣。

 

 

3.适用性强:处置品类达总品类的80%,炉窑区域分布与危废产区高度匹配

 

适用危废品类占危废总品类的80%:水泥窑协同处置危废工艺,可涵盖30多大类危废处置需求,占2016年新版国家危废名录46大类危废种类的80%以上。行业技术标准编制中,已经将将辐射性废物、医疗废物与易爆废物等类型排除在外。

 

 

图17: 格尔木项目各改造单元示意图

 

 

危废在水泥窑中投加位置应根据废物特性从以下三处选择:窑头高温段、窑尾高温段和生料磨。其中:

 

窑头高温段中可处置:①液态或易于气力输送的粉状废物、含POPs物质或高氯、高毒、难降解有机物质的废物、热值高、含水率低的有机废液适宜从主燃烧器投加;②各种低热值液态废物应从窑门罩投加。

 

窑尾高温段中可处置:①含POPs物质和高氯、高毒、难降解有机物质的废物优先从窑头投加;若受物理特性限制需要从窑尾投加时,优先选择从窑尾烟室投加;②含水率高或块状废物应优先选择从窑尾烟室投入。

 

生料磨中可处置:不含有机物和挥发半挥发性重金属的固态废物。

 

区域分布与危废产区高度匹配:水泥是传统意义上的“短腿”产品,业内普遍认为其经济销售半径为公路≤300公里、铁路≤500公里。因此水泥产能的密度与当地经济发展水平和基建需求直接相关。

 

 

同时,危废来自工业生产过程,同样与经济发展水平相关。如下图所示,水泥产能分布与危废产量分布区域匹配度整体较高。因此,水泥窑协同焚烧工艺,具备在全国范围内推广的硬件基础,填补全国各地传统危废产能供需缺口。