改造水泥窑脱附污染土技术论证及实践.docxVIP

1异位热脱附原理

异位热脱附是指通过直接或间接的热量交换方式，污染土加热至目标污染物的沸点以上，通过控制系统温度和停留时间有选择促使污染物气化挥发，使目标污染物与土壤颗粒分离、去除，并对挥发出的污染物进行有效收集并处理的过程。广义热脱附分为两个阶段，第一阶段热脱附阶段，用以加热待处理的污染土，使污染土中的污染物挥发成气态后分离；第二阶段为气态污染物处理：将含有污染物的气体经过二次燃烧方式及其他方式处理后，达标排放至大气。

第一阶段的热脱附过程影响因素包括温度、土壤质地、脱附时间、初始浓度和载气流速等，其中脱附温度和时间是影响污染去除效率的主要因素。

目前，常见污染场地有机污染物类型主要包括钢铁、焦化、化工厂产生的多环芳烃（PAHs）、电力电子工业产生的多氯联苯（PCBs）、石油开采及炼制工业产生的石油烃类、农药厂产生的DDT（双对氯苯基三氯乙烷）、六六六（六氯环己烷）类等。常见污染物沸点见表1。

表1污染土中常见有机物沸点

理论上脱附温度高于污染物沸点，即可达到脱附目的。实际中，受到换热效率及接触均匀性的影响，脱附温度要高于沸点，而且停留时间和脱附温度具有关联性。根据文献对石油烃、DDTs、多环芳烃污染土脱附温度300~550℃，脱附时间30~50min，脱附去除率99%以上。另外，根据《异位热解吸技术修复污染土壤工程技术规范（征求意见稿）》提供工程实例石油烃、DDTs、多环芳烃，脱附温度500~600℃，脱附去除率99%以上。

根据以上分析，脱附温度600℃，脱附时间30~50min基本可以满足常见有机污染物的脱附要求。实践中，如果污染土中的污染物较单一，可以对照表1沸点，选取最高物质沸点提高50℃作为脱附温度即可，脱附时间试验获取。

第二阶段的气态污染物处理过程需要根据脱除出来的有机污染物类型确定流程。如果这类有机物多环芳烃、石油烃不含氯有机物，一般包括二次燃烧、脱硝脱硫、除尘等工艺，如果污染物为多氯联苯及农药产物，因为含有氯，存在产生二噁英风险，处理流程与常规固废焚烧废气处理工艺类似，包括二次燃烧、脱硝脱酸、急冷、活性炭吸附、除尘等步骤。

2改造技术论证

根据上述脱附原理流程，可知其主要包括热脱附系统、二次燃烧、尾气处理系统，与水泥窑系统回转窑、分解炉、尾气处理系统有很多相似之处，但是两种系统工作参数存在较大差异性。下面具体结合国内北方某水泥厂改造热脱附处理污染土进行技术论证。

项目基本情况：对现有2?000t/d熟料生产线进行技术改造为热脱附系统处置有机类污染土。水泥熟料生产线现有设备规格为回转窑Φ4m×60m（3.5%），分解炉Φ4.8m×20m，增湿塔Φ7.5m×30m，高温风机36?700m3/h（静压8?000Pa，风温350℃）。改造后设计参数：污染土处理规模1?500t/d，脱附温度600℃，二次燃烧室温度1?100℃，脱附停留时间40~60min。

2.1回转窑改造为脱附窑

主要核算回转窑改造为脱附窑的停留时间、填充系数是否满足要求，并和其他规格回转窑及多种处理规模进行比较，供其他项目参考，计算结果见表2。另外，对改造脱附窑后的热平衡进行计算，确定燃料消耗量及产生烟气量，结果见表3。

表2停留时间、填充系数计算结果

表3回转窑热平衡计算结果

注：计算基准，煤热值23?213kJ/kg，污染土含水率15%。表4同。

计算公式如下：

1）物料停留时间

式中：

t——物料停留时间，min；

L——筒体长度，m；

Di——筒体内径，m，内衬200mm；

α——物料的自然堆积角（°），取35°；

S——筒体斜度，3.5%（2°），4.0%（2.3°），4.5%（2.58°）；

n——转速，r/min。

2）填充系数

式中：

f——填充系数，相当于窑内物料负荷率，一般取5%~13%；

k——结构影响系数，无挡料板，取k=1；

G——处理量，kg/h；

ρ——物料密度，kg/m3，取1?450kg/m3。

3）消耗功率

式中：

N——功耗，kW；

K——系数，与填充系数及结构形式有关，取K=0.015。

4）热平衡计算

项目现有回转窑长径比15∶1，比常规脱附窑（5∶1~10∶1）较大，且为了不破坏土壤质量，窑头温度不能太高，导致烟室温度降低，因此改为脱附窑运行，脱附停留时间较常规脱附窑时间延长10min，保证窑前段高温段停留时间（30~50min），后端作为低温预脱附。根据核算结果，通过调节窑转速为2.9~2.0r/min可实现脱附时间40~60min，处理能力1?000~2?000t/d的情况，填充系数远远小于《化工回转窑设计规定》（HG/T20566—2011）要求，说明利用水泥回转窑改为脱附窑，污染土脱附料层薄，热交换效率好，可以保证脱除效