水泥窑协同处置城市污泥技术——污泥入磨研究应用

廖志强 王超 朱 平

（1遵义市排水有限责任公司， 贵州 遵义 563002；2遵义赛德水泥有限公司， 贵州 遵义 563003）(3中国市政工程华北设计研究总院有限公司， 天津 300074）

1 污泥成分及入窑锻烧试验情况

1.1 水泥企业介绍

遵义赛德水泥有限公司（花岗水泥）前身为遵义市水泥厂，创建于1965年，2008年招商引资4.1亿元兴建一条年产120万吨新型干法生产线——遵义赛德水泥有限公司，新生产线于2010年3月18日点火投产。2013年3月遵义赛德水泥有限公司正式加入世界 500强中国建材，成为中国建材集团有限公司西南水泥有限公司的成员企业之一。

1.2 城市污泥成分如下表：

检验项目 水分 LOSS SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO S检验结果 85 50.89 21.91 10.41 3.8 7.75 2.69 0.68

由以上可见，主要成分满足水泥生产要求，2016年4-10月，我们开始协同处理城市污泥这一课题的探究，通过人工加入方式，进行污泥入窑试验，结果表明污泥对熟料质量无任何影响，对窑正常锻烧无影响，经高温煅烧后，无二次污染。

2 技术方案对比分析

2.1 窑尾烟室加入污泥

整个锻烧过程中吸热可分为物质温度升高吸热及物态发生变化只吸收热量温度不升高两个过程。

物质温度升高吸热：根据物质吸热的公式Q＝mqΔt,其中m为质量，q为物质的比热容。Δt为升高的温度。如直接从窑尾烟室加入污泥，按每月处理1000吨水分含量为85%的污泥计算，需要热量约为：

Q1＝1000*1000*4200*280＝1.18*1012焦耳。其中含水污泥按升高280℃计算。污泥的主要成分是水，取水的比热容＝4200J/KG*℃。

物态变化过程中吸热：对于水变为水蒸气这一过程，只吸收热量但温度不升高。每公斤100℃的水变为100℃的水蒸气需要吸收热量539.5大卡，即539.5*4180＝2.26*106焦耳，1000吨污泥含水为850吨，因此转变为水蒸气过程中需要吸收热量 Q2＝850*1000*2.26*106＝1.92*1012。

因此在整个锻烧过程中需要吸收热量 Q＝Q1+Q2＝1.18*1012+1.92*1012＝3.1*1012焦耳

如取煤低位热值为5600千卡/千克。1Kg煤充分燃烧放出的热量C＝2.34*107J。

每月需增加用煤M＝Q/C＝3.1*1012/2.34*107＝1.32*105KG，即每月增加132吨,按600元/吨，每月增加费用7.92万元，增加了生产成本。而且进入烟室的污泥需要另外建设一条输送皮带约150米，预计投资在30万元以上。同时，还将造成二次污染（不能密闭储存），大量含水污泥入窑后还有堵塞窑尾烟室的可能性，清堵将会加大捅料工人的劳动强度。

2.2 生料立磨加入污泥

由于污泥生产线无余热发电系统，生料立磨运行时需要使用磨内喷水，喷水量每小时约 3吨，以降低磨内温度。污泥入磨，一方面窑尾热风可对污泥起到烘干的作用，且污泥自身细度较细，不会增加粉磨电耗；另一方面可取消磨内喷水，节约水资源消耗，总投资可以控制在30万元以内。

2.3 技术方案对比

如上所述，窑尾烟室中加入污泥有如下缺点：（1）增加生产成本，每月会增加实物煤耗132吨，价值7.92万元，按年运行11个月，每年会增加87.12万元的开支。（2）加大工人劳动强度。（3）会对环境造成二次污染。而采用从生料立磨加入污泥不会增加生产成本，采用中控自动操作不会增加工人劳动强度，而且每小时可节约用水3吨/时，同时投资较少。

3 污泥入磨方案

前期我公司采用立磨喂料皮带（3512）输送，但污泥水分高（85%左右）、粘性重，有臭味，使用过程中堵料严重，输送皮带粘料回料多，员工的劳动强度加大，工作环境内需戴防臭口罩，因此，必须优化污泥入磨方案。

后改进为螺杆泵可以输送水分 60%－90%的污泥，其原理是相互配合的转子和定子形成了互不相通的封腔，当转子在定子内转动时，密封空腔沿轴向从泵的吸入端向排除端方向运动，介质在空腔内连续地由吸入端输向排出端，从而实现泵的输送。

螺杆泵结构示意图如下：

图一：螺杆泵结构示意图

相关技术参数如下：

介质流量：5m3/h 输出压力：18bar

工作转速：138rpm 电机额定功率：15KW（50HZ）

须解决污泥的下料及储存问题。

生料配料站与生料磨有近 5米的高差，利用这一优势，将污泥仓及泵按下图所示方案布置。

图二：泵系统

现场制作安装储量为25吨污泥储仓一个，为避免污泥臭味污染空气，四周使用彩钢瓦密封。污泥输送管道采用无缝钢管，直接喂入立磨。自动控制：污泥泵信号接入中窑，电机采用变频控制，中控操作员可以自动调节入磨污泥量。污泥仓顶部安装有雷达料位计，设低位停泵，中控操作员可以根据料位决定启停污泥泵。

4 投资慨算

该项技改于2016年10月投入使用，现场照片如下：

图三：污泥泵

图四：污泥入磨管道

图五：污泥入磨设施

投资慨算如下表：

序号 投资项目 数量 投资金额（万元） 备注

总投资额慨算约：24.6万元。

5 社会效益及经济效益评价

5.1 社会效益

城市污泥如不妥善处理，只能征用土地堆积，除占用土地外还有污染地表水的可能性。同时污泥散发出的异味破坏周边环境空气质量。水泥窑协同处理城市污泥课题已经使城市污泥得到了很好的处置，污泥处理实现稳定化、减量化，减少了污泥对环境的污染。

5.2 经济效益分析

（1）每处理1吨污泥，污水处理厂补贴150元，平均每月处理1000吨，每月可获得补贴约15万元。每年按运行11个月计算，每年可获得补贴约165万元.

（2）使用污泥可替代生料，按平均85%水分计算，1000吨污泥每月可替代生料约150吨，每吨生料原料按22元/吨计算，每月可节约支出约：0.33万元，每年按运行11个月计算，每年可节约：3.63万元。

（3）节约用水，每小时节约3吨水，每月节约2160吨，按11个月计算每年节约用水23760吨，节约资金6万元。

（4）系统装机15Kw,按每月运行200小时计算，全年运行11个月，电价0.5元/kw.h计算，电机负荷率85%。全年支出电费1.4万元，其他费用较小不计。

（5）综上所述，生料立磨使用污泥技改方案水泥企业每年可获利约 173.23万元，如污泥处理量达到每月1800吨时，每年可获利在311.82万元以上。

5.3 项目实际处置污泥量统计

单位：吨年度月份 2016 2017 2018 1- 389.52 820.98 2- 556.72 535.76 3- 313.3 1389.44 4- 503.12 1432.92 5- 649.54 6- 127.22 7- 83.22 8- 293.12 9--10 230.36 312.42 11 309.46 80.16 12 289.86 600.7

6 结论

由污水处理厂与水泥企业共同探索的水泥窑协同处置污泥入磨技术，探索研究实践说明，污泥入磨技术投资少、见效快，具有很好的推广价值，该项目能够在水泥行业推广实施，为全国各地的污水处理厂处理污泥提供安全可靠的节能减耗的处理技术，同时为企业带来一定的经济效益和良好的环境效益。