水泥窯燒成系統是極其復雜的熱工設備，燃燒和工藝都錯綜復雜，工作機理也是極度非線性的，研究起來非常困難。按照燃燒學相關原理，通過對廢棄物投加口和燃燒進行優化，可以減少對窯產量和窯況的影響，并且可以降低NO₂和CO的排放。水泥窯協同處置廢棄物既要保證焚毀效果又不影響正常的熟料煅燒，可供選擇的加入點并不多。廢棄物的理化形態決定燃燒速度，水分的帶人會增加系統的熱負荷，因此在有限的空間和停留時間內，如何科學地設置投加口位置，最大程度地減少對熟料生產的影響是整個協同處置的關鍵。本文根據水泥工藝、懸浮預熱、氣固學原理、水泥窯協同相關工藝設備等理論，對分解爐開口位置原則和優化設置等方面進行總結和整理。

1.問題提出

水泥窯協同處置廢棄物，國家出臺了一系列的國家標準和技術規范，整理和統計相關技術標準規范，其中對投加口的要求見表1。其中《水泥窯協同處置廢棄物環境技術保護規范》附錄A投加位置用圖示標示出來，對投加開口位置更加明確。《水泥窯協同處置危險廢物經營許可證審查南》附表1對水泥窯的危險廢物投加位置和投加設施規定更加具體。

表1水泥窯協同廢棄物相關國標和技術規范對投加位置要求

通過對水泥協同處置廢棄物的相關技術規范投加口的梳理和總結，投加口位置選擇主要有窯頭、窯尾煙室、分解爐和生料磨，其中分解爐是主要的投加位置。《水泥窯協同處置廢棄物環境技術保護規范》要求，選擇投加位置應根據廢棄物的特性而定，這是從環境保護要求和廢棄物處置角度為基本出發點。

總的原則是要保證固體廢棄物在高溫段停留時間，時間越長越有利于廢棄物焚燒，同時盡量減少對熟料煅燒、水泥生產的影響。其中《水泥窯協同處置危險廢物經營許可證審查指南》規定相對比較具體，那就是分解爐的投加位置應選擇在煤粉或三次風人口，在保證分解爐的氧化氣氛下盡量靠近分解爐下部。這些都是原則性的要求，投加口具體位置并沒有要求，而分解爐的型式也是多種多樣，即使同一爐型分解爐的各部分尺寸也各有差別。目前水泥窯協同企業對投加開口位置還未完全引起足夠的重視，以至于水泥窯協同處置廢棄物實際運行中發現焚燒廢棄物對窯況影響大，熱耗高、產量影響大等問題比較突出。開口位置也是在不斷的改動摸索試驗，造成很大的被動。

2.資料準備

現場實地查看工藝布置，在了解工藝設備基礎上，確定分解爐開口位置前需要了解和掌握以下資料或者技術文件：

分解爐的型式和結構、各部位尺寸，分解爐的三次風進口位置；分解爐尾煤投加點位置，分解爐四級下料位置；SNCR脫硝系統氨水投加位置，是否設置空氣分級、燃料分級、生料分級，級位置如何，了解煙室和五級旋風筒、分解爐結皮情況，煙室結構、五級下料管人煙室位置等，縮口位置設置晴況，在線監測數據等。

3.相關理論支持

根據氣固分離理論，可以得出顆粒在垂直管道氣流運動的向上速度和沉降速度主要影響因素是氣流的速度，顆粒的當量直徑，顆粒的堆積密度，見表2。顆粒的自身重力是發生顆粒沉降的最主要原因，并且顆粒尺寸和密度越大，越容易沉積。所以廢棄物投加位置選擇在風速較大，且設置位置盡量沿氣流方向靠上，防止顆粒沉降到窯尾煙室內，同時要考慮物料的粒徑和密度。

表2推薦的實際輸送氣速數據

根據燃燒學的相關理論，在回轉窯內若火焰的起動距離增加(即火焰離散)，則燃料與二次風會提前混合，這將導致NO₂含量的上升；反之若缺乏與二次風的混合，則會在窯末端產生更高的CO排放。

在分解爐內與回轉窯內雙氣流條件不同，燃料和生料顆粒、廢棄物的噴人角度是一個交叉流的結構，且它們立即被窯內上升氣流和三次風氣流帶走。分解爐可以在選擇多個位置噴入燃料和廢棄物。在低溫和高溫區由于燃燒反應和分解反應而導致的燃料和氣體的情況復雜的各種混合，可能在不同類型的分解爐產生可變化的燃燒狀況。所以要盡量避開氣流不順暢、煤粉起火燃燒區域，分解爐生料喂料區域，盡量避開煤粉預燃部位和生料投加部位，見圖1。

圖1不同類型的分解爐內情況

按照流體學相關理論，由于工藝設置不合理，局部風速設計不合理等會造成系統帶病運轉的水泥企業比較多，對這類企業我們應該更加重視，否則設置廢棄物投加口后對窯況影響非常大。如圖2，由于分解爐局部設置問題，會造成一些局部變化部位，開口部位、連接相關管道部位產生氣流渦旋效應和局部效應，造成效率低下，所以這些部位我們也應避開或者建議對此部位進行改造。

圖2分解爐局部設置產生的效應

4.投加位置設置原則

通過總結和歸納水泥窯協同處置廢棄物投加位置相關技術要求，設置原則主要有以下：

(1)一般而言，煤粉燃燒起燃時不宜過早和過多地和廢棄物接觸。保證廢棄物喂人與煤粉預燃燒保持一定的距離。避免廢棄物在分解爐內無氧狀態下與物料進行接觸。

(2)投加位置考慮廢棄物在分解爐塌料的影響，防止物料顆粒過大或分散不均導致物料直接人窯。投加位置要盡量設置在分解爐風速較高位置或者懸浮較好的部位。

(3)考慮分解爐的濃相區和稀相區位置。廢棄物應直接喂人分解爐的稀相區，盡量防止喂入濃相區，影響煤粉燃燒和物料懸浮效果。

(4)根據帶熱值廢棄物的熱值和燃燒特性不同，投加位置要避開生料人分解爐位置的距離。因為生料碳酸鹽分解會大量吸熱，廢棄物與生料人爐位置不合理時將會影響廢棄物的燃燒。

(5)對于帶預燃室的分解爐，帶熱值廢棄物最好加入到預燃室，以保證廢棄物在分解爐內具有更長停留時間和預熱，減少主爐內對物料懸浮和煤粉燃燒的影響。

(6)不帶預燃室的分解爐，帶熱值廢棄物最好加入在線分解爐的柱體底部，窯尾煙室縮口之上的區域，可以利用焚燒廢棄物形成還原氣氛實現氮氧化物的減排。

(7)可燃性廢棄物不宜直接喂人窯尾煙室，保證廢棄物不能大批量從窯尾煙室人窯。同時盡量避開縮口上部錐體部位，防止物料結皮影響噴騰效果。

(8)對于帶空氣分級燃燒的系統，廢棄物投加口因設置在空氣分級管道入爐位置之前。注意分級燃燒設置的部位，避免造成不利影響。

(9)考慮旁路放風系統的取風工藝、冷卻方式、放風比例的影響。放風系統盡量選擇在系統結皮相對比較嚴重的部位，同時避免接觸到廢棄物料幕。

(10)投加少量廢棄物臨時投加口位置，考慮SNCR脫硝系統氨水的喂入位置，必須避開、隔開距離，防止影響脫硝效率。(11)盡可能利用分解爐的旋流、爐內縮口的噴騰復合效應，加強可燃廢棄物在分解爐內的快速起燃和燃燼。開口位置考慮三次風入口方向、方式、數量。盡量選擇在系統結構對稱軸線部位，單系列考慮局部風量變化、局部渦旋效應的影響。

5.結語

我國的廢棄物、危險廢物處理發展迅速，水泥窯協同處置廢棄物具有行業優勢，如何更加合理地提高處置廢棄物的處置效率，減少對窯況的影響，無疑必須對投加位置和投加口進行不斷的優化和摸索，合理設置投加口位置，不斷發揮水泥窯協同廢棄物在固廢行業優勢。

來源：《北京金隅紅樹林環保技術有限責任公司》

作者：錢景春、王陽、劉毅

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