摘要当今水泥窑协同处置危废比较普遍，水泥企业处置危废，既解决了产废企业环境污染问题，又使危废资源得到充分利用，减少原矿开采，缓解了部分资源短缺，同时也成为水泥企业新的利润增长点。但危废协同处置也给水泥窑生产带来了诸多不利，尤其是回转窑内异常窑皮的形成，给回转窑的正常运行造成了严重影响。为此我们通过控制进厂危废有害元素含量、处置速率、优化配料、工艺参数优化、科学配伍等措施，掌握了水泥窑协同处置危废时异常窑皮的控制、处理方法，不仅提高了窑产量，而且实现了年处置危废3万t的目标。
我公司是唐山冀东水泥股份有限公司的全资子公司，拥有一条3000 t/d熟料生产线（Φ4.3 m×64 m回转窑），年产186万t水泥粉磨系统，一套7.5 MW纯低温余热发电系统，水泥窑协同处置30000 t/a危废系统。危废系统于2016年11月竣工投产，主要处置工艺有半固态、固态、液态、药剂、包装物、生料磨系统。处置危废种类约25种。现把五年来，在危废处置过程中遇到的异常窑皮处理经验做一总结分享。
1 协同危废后异常窑皮成因及处理措施
1.1 窑尾结圈
窑尾结圈一般结在离后窑口大约3~15 m远的位置，实质上就是一种结皮性的硫碱圈。
1.1.1 危废有害元素的影响
危废中的三氧化硫、氧化钠、氧化钾、氯离子等含量较高，在930 ℃左右时，大量的低熔点硫酸盐，使物料液相过早出现，同时液相黏度比较大，逐渐聚集起来就形成结皮性的硫碱圈。
1.1.2 未燃尽危废入窑的影响
高热值危废进入烟室，随生料入窑。危废中的含碳组分在此燃烧，出现局部温度过高现象，使熟料液相提前出现，在离后窑口不远处结皮，结皮逐渐积聚形成结圈。同时引起局部还原气氛，导致硫酸盐大量分解，硫循环加剧。硫的挥发率主要取决于三个因素，硫碱比、窑内气氛和窑内煅烧温度。气氛主要影响的是硫酸钙的分解，该反应是可逆反应，当O2浓度增大时，硫酸钙不易分解；当O2浓度降低时，硫酸钙容易分解，窑尾结圈容易形成。同时燃烧产生大量废气影响窑内通风，窑头煤燃烧不充分，导致煤粉后燃，窑尾温度升高，加剧窑尾结圈。如图1，2020年1月6日窑尾结圈筒体扫描最低温度135 ℃。
图1 窑尾结圈时筒体扫描照片
1.1.3 处理措施
①热生料一般氯离子控制在小于2.0%，SO3小于2.5%，硫碱比例控制在0.7~1.0之间。
②危废热值控制在8000~10000 kJ/kg。
③保证窑内通风，加强窑头煅烧，保证窑尾烟室氧含量在1.5%~2.5%，避免出现还原气氛。
通过以上调整，2020年1月9日窑尾结皮有明显好转。如图2筒体扫描最低温度175 ℃。
图2 处理窑尾结圈后的筒体扫描照片
1.2 后结圈
后结圈一般结在烧成带和过渡带的交界处，它的形成主因是液相提前出现。
1.2.1 危废中有害成分的影响
危废中的碱、氯、硫有害成分含量高，降低了物料的最低共熔温度，液相出现的温度降低，液相提早出现，在烧成带和过渡带连接处形成后结圈。
1.2.2 危废热值、喂料量不稳定的影响
危废成分不稳定，所含热值不稳定，投加量不稳定，造成来料量波动大、热工制度不稳定，容易形成后结圈。如：分解炉液态处置精馏残液时，由于每一桶的不同，导致泵送量不均，热值波动大，致使分解炉温度波动大，导致尾煤用量波动大（我公司尾煤用量根据分解炉及C5出口温度自动控制）。入窑物料预烧不好，入窑分解率波动大（78%~96%），窑电流下滑快，2~6 min窑电流下降100~345 A，波动大，窑的热工制度很难稳定。为了稳定热工制度，缓解窑电流下降，通常会降低窑速，加强窑内煅烧。而窑速过慢，容易形成长厚窑皮，而长厚窑皮是形成后结圈主要原因。
1.2.3 危废水分大的影响
危废处置中半固态水分60%~70%，液态水分80%~90%，固态水分30%左右。而1 t水所产生的气体量约3000 Nm3。按一天处置量危废104 t，其中半固态处置50 t，液态处置24 t，固态处置30 t计算，每小时危废中所含水分产生的废气量为7300~8200 Nm3，势必会影响窑内通风，导致头煤产生不完全燃烧现象，窑内出现还原气氛，物料中的三价铁被还成为亚铁，而亚铁属于低熔点矿物，使液相提早出现，容易形成后结圈。2019年8月2日的窑皮状况，筒体扫描最低温度141 ℃。
1.2.4 处理措施
（1）一般热生料中氯离子控制在小于2.0%，SO3小于2.5%，硫碱比例控制在0.7~1.0之间。
（2）控制危废配伍和危废处置速率，要保证危废处置的均匀性。
（3）保证窑内通风，加强窑头煅烧，保证窑尾烟室氧含量在1.5%~2.5%，避免出现还原气氛。
（4）调整熟料率值，处置危废后由于入窑物料有害元素的增加，液相量增加，最低共融温度降低，相应的熟料率值控制指标需要调整。我公司针对危废处置时窑皮的变化，将熟料率值调整为：熟料饱和比降低了0.02，由原先的0.920±0.02调整到0.900±0.02；硅率增加了0.4，由2.25±0.1调整到2.65±0.1；铝率降低了0.1，由1.50±0.1调整到1.40±0.1。通过调整率值，保证了物料的易烧性，降低了液相量，有利于窑皮的控制，熟料强度变化不大。
（5）稳定分解炉温度，保证入窑分解率。
通过以上调整，窑皮有明显改善。2019年8月6日筒体扫描最低温度167 ℃。
1.3 主窑皮异常增厚
1.3.1 处置速率的影响
我公司在处置危废初期由于经验不足，危废处置速率快，直接喂入烟室的危废水分大，吸收了窑内分解带大量热量，对分解带热生料的流速形成一个加速现象，乃至于大量未预烧完成的热生料直接窜入烧成带和冷却带形成大股料流，致使窑热工制度紊乱。当时为了稳定窑况，降窑速，加头煤，加强窑头煅烧。头煤用量加大后，沉降的煤灰增加，煤灰中的三氧化二铝增加，液相量增加，导致主窑皮开始变厚。慢窑速增加物料在烧成带停留时间，也容易形成厚窑皮。
1.3.2 率值的影响
在处置危废初期，此现象较常见。我公司在处置危废初期，为了加大危废处置量，保证窑产量，常用中饱和比、中低硅率的配料方案。入窑危废中携带的有害元素增加，加之配料自身液相量大，使物料的液相量增加，容易形成厚窑皮。
1.3.3 窑头煅烧温度偏低
窑头煅烧温度偏低，窑抵抗波动性差，窑况变差时主窑衬温度低于液相温度易形成厚窑皮。2019年3月31日筒体扫描最低温度127 ℃。
1.3.4 处理措施
（1）控制危废配伍和危废处置速率，保证其均匀性。
（2）保证窑内通风，加强窑头煅烧，保证窑尾烟室氧含量在1.5%~2.5%，避免出现还原气氛。
（3）调整熟料率值，中饱和比、高硅率、中铝率、低液相量。
（4）稳定分解炉温度，加强窑头煅烧，窑尾NOx控制在1000 ppm以上。
通过以上调整，窑皮有明显改善。2019年4月4日筒体扫描最低温度203 ℃。
2 协同处置危废形成异常窑皮的危害
2.1 对窑运转周期的影响
主窑皮过厚和后窑圈都会严重影响窑内通风，火焰伸不进去，形成短焰急烧，烧成带产生局部高温，损伤窑皮和耐火砖。结圈后如果形成大球，会加速对窑圈后部耐火砖的磨损。处理结圈时很容易损伤窑皮、耐火砖，甚至发生红窑事故，影响窑运转周期。
2.2 对能耗的影响
窑圈自身会增加窑传动电流（功率），窑圈阻挡窑内物料前进，增加窑填充率，导致熟料电耗增加。在高温风机拉风不变的情况下，形成的较厚的窑皮会影响窑内通风，使烧成能力下降，为了维持窑内烧成带的煅烧能力，提供足够的氧气，就需要加大高温风机的转速，从而在一定程度上增加了能耗。窑圈形成后，由于窑皮厚需要通过降低喂料量来确保熟料的煅烧效果，导致熟料产量降低，煤耗增加。
2.3 对熟料质量的影响
窑内异常窑皮的影响，使窑尾负压上升，来料波动大，导致窑头煅烧困难，经常造成熟料过烧或欠烧，游离钙不合格。而窑圈造成窑内通风不良，会导致还原料的产生。处置高硫危废后，熟料28 d抗压强度较处置低硫危废时有所降低，熟料中三氧化硫含量有所增加，时常出现黄心料且熟料结粒碎。熟料相关性能对比见表1。
表1 处置危废熟料主要性能对比
2.4 对设备的影响
后窑圈的形成大概率会形成大球，大球往往会对窑衬、窑筒体、窑头燃烧器、篦冷机篦板、熟料破碎机等造成危害。
2.5 对环保的影响
当后结圈结皮厚度达到一定程度时由于热生料无法从窑尾顺畅到达窑头，窑尾会出现冒灰漏料现象。当处置危废造成C1出口一氧化碳浓度高于1500 ppm时，排放的二氧化硫会明显升高，对环境造成危害。
2.6 对危废处置量的影响
当窑内结圈后，在处理窑皮的过程中，为了控制入窑物料有害元素，稳定窑热工制度，一般会根据结圈严重程度减少或停止危废处置。
2.7 对熟料产量的影响
当窑内结圈严重后，影响窑内通风及窑头风煤燃烧，导致熟料产量降低，影响企业经济效益。
3 结论
水泥窑协同处置危废具有一定优势，但协同处置危废对于产生异常窑皮影响是比较明显的。在实际生产中，应具体情况具体分析，有针对性地解决。
（1）科学合理配伍，严格控制危废中的有害元素硫氯碱在合理范围内。建议危废热值控制在8000~10000 kJ/kg；热生料氯离子≤2.0%，SO3≤2.5%，硫碱比例控制在0.7~1.0之间。
（2）在处理危废初期一定要有一个过渡期，逐步将处置量调整到最优状态，不可盲目照搬其他企业的处置标准。
（3）保证窑内通风，建议窑尾氧含量控制在1.5%~2.5%。
（4）稳定分解炉温度，加强窑头煅烧，建议窑尾NOx控制在1000 ppm左右。
（5）调整熟料率值，在保证物料易烧性的基础上，适当降低液相量，有利于窑皮的控制。
（6）熟料煅烧时要采用薄料快烧的方法，避免物料在窑内停留时间长导致后窑皮的产生。
（7）发现窑皮有变厚趋势，及时与危废车间、化验室沟通，并采取相应措施。初期一定要重视起来，因初期窑皮最易处理，用时最短，经济损失最小。
作者单位：广灵金隅水泥有限公司
我公司是唐山冀东水泥股份有限公司的全资子公司，拥有一条3000 t/d熟料生产线（Φ4.3 m×64 m回转窑），年产186万t水泥粉磨系统，一套7.5 MW纯低温余热发电系统，水泥窑协同处置30000 t/a危废系统。危废系统于2016年11月竣工投产，主要处置工艺有半固态、固态、液态、药剂、包装物、生料磨系统。处置危废种类约25种。现把五年来，在危废处置过程中遇到的异常窑皮处理经验做一总结分享。
1 协同危废后异常窑皮成因及处理措施
1.1 窑尾结圈
窑尾结圈一般结在离后窑口大约3~15 m远的位置，实质上就是一种结皮性的硫碱圈。
1.1.1 危废有害元素的影响
危废中的三氧化硫、氧化钠、氧化钾、氯离子等含量较高，在930 ℃左右时，大量的低熔点硫酸盐，使物料液相过早出现，同时液相黏度比较大，逐渐聚集起来就形成结皮性的硫碱圈。
1.1.2 未燃尽危废入窑的影响
高热值危废进入烟室，随生料入窑。危废中的含碳组分在此燃烧，出现局部温度过高现象，使熟料液相提前出现，在离后窑口不远处结皮，结皮逐渐积聚形成结圈。同时引起局部还原气氛，导致硫酸盐大量分解，硫循环加剧。硫的挥发率主要取决于三个因素，硫碱比、窑内气氛和窑内煅烧温度。气氛主要影响的是硫酸钙的分解，该反应是可逆反应，当O2浓度增大时，硫酸钙不易分解；当O2浓度降低时，硫酸钙容易分解，窑尾结圈容易形成。同时燃烧产生大量废气影响窑内通风，窑头煤燃烧不充分，导致煤粉后燃，窑尾温度升高，加剧窑尾结圈。如图1，2020年1月6日窑尾结圈筒体扫描最低温度135 ℃。
图1 窑尾结圈时筒体扫描照片
1.1.3 处理措施
①热生料一般氯离子控制在小于2.0%，SO3小于2.5%，硫碱比例控制在0.7~1.0之间。
②危废热值控制在8000~10000 kJ/kg。
③保证窑内通风，加强窑头煅烧，保证窑尾烟室氧含量在1.5%~2.5%，避免出现还原气氛。
通过以上调整，2020年1月9日窑尾结皮有明显好转。如图2筒体扫描最低温度175 ℃。
图2 处理窑尾结圈后的筒体扫描照片
1.2 后结圈
后结圈一般结在烧成带和过渡带的交界处，它的形成主因是液相提前出现。
1.2.1 危废中有害成分的影响
危废中的碱、氯、硫有害成分含量高，降低了物料的最低共熔温度，液相出现的温度降低，液相提早出现，在烧成带和过渡带连接处形成后结圈。
1.2.2 危废热值、喂料量不稳定的影响
危废成分不稳定，所含热值不稳定，投加量不稳定，造成来料量波动大、热工制度不稳定，容易形成后结圈。如：分解炉液态处置精馏残液时，由于每一桶的不同，导致泵送量不均，热值波动大，致使分解炉温度波动大，导致尾煤用量波动大（我公司尾煤用量根据分解炉及C5出口温度自动控制）。入窑物料预烧不好，入窑分解率波动大（78%~96%），窑电流下滑快，2~6 min窑电流下降100~345 A，波动大，窑的热工制度很难稳定。为了稳定热工制度，缓解窑电流下降，通常会降低窑速，加强窑内煅烧。而窑速过慢，容易形成长厚窑皮，而长厚窑皮是形成后结圈主要原因。
1.2.3 危废水分大的影响
危废处置中半固态水分60%~70%，液态水分80%~90%，固态水分30%左右。而1 t水所产生的气体量约3000 Nm3。按一天处置量危废104 t，其中半固态处置50 t，液态处置24 t，固态处置30 t计算，每小时危废中所含水分产生的废气量为7300~8200 Nm3，势必会影响窑内通风，导致头煤产生不完全燃烧现象，窑内出现还原气氛，物料中的三价铁被还成为亚铁，而亚铁属于低熔点矿物，使液相提早出现，容易形成后结圈。2019年8月2日的窑皮状况，筒体扫描最低温度141 ℃。
1.2.4 处理措施
（1）一般热生料中氯离子控制在小于2.0%，SO3小于2.5%，硫碱比例控制在0.7~1.0之间。
（2）控制危废配伍和危废处置速率，要保证危废处置的均匀性。
（3）保证窑内通风，加强窑头煅烧，保证窑尾烟室氧含量在1.5%~2.5%，避免出现还原气氛。
（4）调整熟料率值，处置危废后由于入窑物料有害元素的增加，液相量增加，最低共融温度降低，相应的熟料率值控制指标需要调整。我公司针对危废处置时窑皮的变化，将熟料率值调整为：熟料饱和比降低了0.02，由原先的0.920±0.02调整到0.900±0.02；硅率增加了0.4，由2.25±0.1调整到2.65±0.1；铝率降低了0.1，由1.50±0.1调整到1.40±0.1。通过调整率值，保证了物料的易烧性，降低了液相量，有利于窑皮的控制，熟料强度变化不大。
（5）稳定分解炉温度，保证入窑分解率。
通过以上调整，窑皮有明显改善。2019年8月6日筒体扫描最低温度167 ℃。
1.3 主窑皮异常增厚
1.3.1 处置速率的影响
我公司在处置危废初期由于经验不足，危废处置速率快，直接喂入烟室的危废水分大，吸收了窑内分解带大量热量，对分解带热生料的流速形成一个加速现象，乃至于大量未预烧完成的热生料直接窜入烧成带和冷却带形成大股料流，致使窑热工制度紊乱。当时为了稳定窑况，降窑速，加头煤，加强窑头煅烧。头煤用量加大后，沉降的煤灰增加，煤灰中的三氧化二铝增加，液相量增加，导致主窑皮开始变厚。慢窑速增加物料在烧成带停留时间，也容易形成厚窑皮。
1.3.2 率值的影响
在处置危废初期，此现象较常见。我公司在处置危废初期，为了加大危废处置量，保证窑产量，常用中饱和比、中低硅率的配料方案。入窑危废中携带的有害元素增加，加之配料自身液相量大，使物料的液相量增加，容易形成厚窑皮。
1.3.3 窑头煅烧温度偏低
窑头煅烧温度偏低，窑抵抗波动性差，窑况变差时主窑衬温度低于液相温度易形成厚窑皮。2019年3月31日筒体扫描最低温度127 ℃。
1.3.4 处理措施
（1）控制危废配伍和危废处置速率，保证其均匀性。
（2）保证窑内通风，加强窑头煅烧，保证窑尾烟室氧含量在1.5%~2.5%，避免出现还原气氛。
（3）调整熟料率值，中饱和比、高硅率、中铝率、低液相量。
（4）稳定分解炉温度，加强窑头煅烧，窑尾NOx控制在1000 ppm以上。
通过以上调整，窑皮有明显改善。2019年4月4日筒体扫描最低温度203 ℃。
2 协同处置危废形成异常窑皮的危害
2.1 对窑运转周期的影响
主窑皮过厚和后窑圈都会严重影响窑内通风，火焰伸不进去，形成短焰急烧，烧成带产生局部高温，损伤窑皮和耐火砖。结圈后如果形成大球，会加速对窑圈后部耐火砖的磨损。处理结圈时很容易损伤窑皮、耐火砖，甚至发生红窑事故，影响窑运转周期。
2.2 对能耗的影响
窑圈自身会增加窑传动电流（功率），窑圈阻挡窑内物料前进，增加窑填充率，导致熟料电耗增加。在高温风机拉风不变的情况下，形成的较厚的窑皮会影响窑内通风，使烧成能力下降，为了维持窑内烧成带的煅烧能力，提供足够的氧气，就需要加大高温风机的转速，从而在一定程度上增加了能耗。窑圈形成后，由于窑皮厚需要通过降低喂料量来确保熟料的煅烧效果，导致熟料产量降低，煤耗增加。
2.3 对熟料质量的影响
窑内异常窑皮的影响，使窑尾负压上升，来料波动大，导致窑头煅烧困难，经常造成熟料过烧或欠烧，游离钙不合格。而窑圈造成窑内通风不良，会导致还原料的产生。处置高硫危废后，熟料28 d抗压强度较处置低硫危废时有所降低，熟料中三氧化硫含量有所增加，时常出现黄心料且熟料结粒碎。熟料相关性能对比见表1。
表1 处置危废熟料主要性能对比
2.4 对设备的影响
后窑圈的形成大概率会形成大球，大球往往会对窑衬、窑筒体、窑头燃烧器、篦冷机篦板、熟料破碎机等造成危害。
2.5 对环保的影响
当后结圈结皮厚度达到一定程度时由于热生料无法从窑尾顺畅到达窑头，窑尾会出现冒灰漏料现象。当处置危废造成C1出口一氧化碳浓度高于1500 ppm时，排放的二氧化硫会明显升高，对环境造成危害。
2.6 对危废处置量的影响
当窑内结圈后，在处理窑皮的过程中，为了控制入窑物料有害元素，稳定窑热工制度，一般会根据结圈严重程度减少或停止危废处置。
2.7 对熟料产量的影响
当窑内结圈严重后，影响窑内通风及窑头风煤燃烧，导致熟料产量降低，影响企业经济效益。
3 结论
水泥窑协同处置危废具有一定优势，但协同处置危废对于产生异常窑皮影响是比较明显的。在实际生产中，应具体情况具体分析，有针对性地解决。
（1）科学合理配伍，严格控制危废中的有害元素硫氯碱在合理范围内。建议危废热值控制在8000~10000 kJ/kg；热生料氯离子≤2.0%，SO3≤2.5%，硫碱比例控制在0.7~1.0之间。
（2）在处理危废初期一定要有一个过渡期，逐步将处置量调整到最优状态，不可盲目照搬其他企业的处置标准。
（3）保证窑内通风，建议窑尾氧含量控制在1.5%~2.5%。
（4）稳定分解炉温度，加强窑头煅烧，建议窑尾NOx控制在1000 ppm左右。
（5）调整熟料率值，在保证物料易烧性的基础上，适当降低液相量，有利于窑皮的控制。
（6）熟料煅烧时要采用薄料快烧的方法，避免物料在窑内停留时间长导致后窑皮的产生。
（7）发现窑皮有变厚趋势，及时与危废车间、化验室沟通，并采取相应措施。初期一定要重视起来，因初期窑皮最易处理，用时最短，经济损失最小。
作者单位：广灵金隅水泥有限公司
