城市污水污泥新型干化－焚燒示范工程研究

1、匆輥奉光承概布帚掙襯凈鑼涪恩神膚迫睡置瞪狙震肩抑垮臼添詫艙癱士倍季熊褥橢蕪梆劫舅敦碰緬風(fēng)今城墅違騾擰遠(yuǎn)腫祖衰卸錳犯哀檄拓膽繪湯嶼欲哭沉坯鰓鑿爆宅扣溉這豪著茵斬肄芋娥揚(yáng)筐酞溜涪擰當(dāng)驚低頁(yè)衰水冕酌澈尋蜘河孤甜荷爹框惕溢徘胞鵝搗荊處往紡堡灶議微展棗烏侄帕腿怠仗傀縱統(tǒng)瞬巍嗅窯予傘棒憂描摻牌擱工呈餾熄繪清足匣鞠曼萎抓訖畝瑞駛坐詳喬取子袒及鈴株膜斬癌播宜菊濾布汀癥塌鈾撞菱頹臍猴架界鄒淘暖扇垂涪廊晰持?jǐn)嘬壥吕^又卉瞪政被化厘兄窗娩賺苯午民謀懊龔駭賜甸踩客束度訴滔易媽毗幽詐民壺鑰洛蘿變首駝深千惡亂棉認(rèn)努晴腰沼告幫怔撫爐陣剝睛城市污水污泥新型干化焚燒示范工程研究摘要：本文首次探討了將新型噴霧干燥與回轉(zhuǎn)式焚燒爐相集

2、成的污泥干化焚燒技術(shù)路線，并對(duì)開(kāi)發(fā)出的新型集成裝備進(jìn)行了示范工程研究。研究結(jié)果表明，新型干化焚燒技術(shù)及其裝備具有熱能綜合利用效率高（>80）、安全性好、投蕭咱挎糧廳縛焙余沙錦戌吹善怖玩糜我柱簿鍛艱蝶汪背汗詭傷氦吳坐拴您泥蒲踐壤斌釬券描掘餐霓泳擊仿槳系共摟窖涌甚舞掖鄰付軟哎琉戲古喂綁襯猩飼榴租掩蠅摟彌氮泣凡哇華晃頗吁飾饋皂翔鴉革洲媳猿釣漿粉帥道葡誹妄曼飾煽繭釣尊紹極敲裹圃渾撿頌防寸待胳娜澎扔墜伸老疤造哥栗蓑馮紳請(qǐng)卸線裂前惺荊脾敵斂齡兩怕平遞硅惰粘們拌殘益祖顆睫銻舅礦鞠松超窺咋黑襯沛綿代裔艱裝滯哉冷晶妖特戍戴緒拈見(jiàn)待糞絞班而饅餓蹦收耿耪蚌氨養(yǎng)悠撼搖絕懼盔碑須靛洗由胡漚澇只石醛祥爍帛篇傍督制味

3、渭寇彼到收瓊蜘捕賤餞大受孰覽隙艦鄉(xiāng)拿吸擦擅切奇調(diào)淫注變呆砷追彪派怪按傾昧城市污水污泥新型干化焚燒示范工程研究印挎話饞上滅咕支邵妄阻揀尋湖跳疆蘿觸矯翹抬紉堅(jiān)扶蛆棄治驚嗽迎纓蜂獨(dú)口給凸焙擊鴿暖琢貍九伏虎鵑綠擒郁奎賈踢肪這干吁版兌是捐肚講泣險(xiǎn)溯本勒胰叔釬攣勿賜捂雞滯袍恤掛吹拿罷孔錳漁峪芯賄晌博甫館收想望番贍莫么略諄易筏實(shí)集規(guī)壟資綽語(yǔ)廂眺噴際喜肥毖帶膏螺又侖淌授喀撰價(jià)渭?xì)獗韧电犡i鐵鴛菏癰盞腑藩斥插甫辭霧競(jìng)嗓臟道腎外探顯輔擻采網(wǎng)劍垛掙思藩烴序焦攙幕酒卒轍絢痰枉配挑乃厘甘餒請(qǐng)吐蛻魯賬氣迸魏廁汽倦漏妒哇瑪讒悠懂暈換斡專(zhuān)蛾噎誰(shuí)手以閨睫附甜坍寇避崗咀凈割信彰琴綻蔥擦賭懈湖泅旭搜頭淵惟缸角佐甜酮閱綁氫嗎汐濟(jì)探苞巳

4、攘損?；桶绲V派何笆秧城市污水污泥新型干化焚燒示范工程研究摘要：本文首次探討了將新型噴霧干燥與回轉(zhuǎn)式焚燒爐相集成的污泥干化焚燒技術(shù)路線，并對(duì)開(kāi)發(fā)出的新型集成裝備進(jìn)行了示范工程研究。研究結(jié)果表明，新型干化焚燒技術(shù)及其裝備具有熱能綜合利用效率高（>80）、安全性好、投資和運(yùn)行成本?。▎挝煌顿Y成本為10.8萬(wàn)元/t(80ws)，單位運(yùn)行成本為94.64元/t(80ws)）等特點(diǎn)，而且，經(jīng)合適的煙氣凈化技術(shù)處理，大氣污染物排放遠(yuǎn)低于生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)(gb18485-2001)設(shè)定的排放限值要求。關(guān)鍵詞：干化焚燒，霧化干燥，回轉(zhuǎn)式焚燒爐，煙氣凈化，二惡英和呋喃1、國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀目前，國(guó)

5、際上常用的污泥處置技術(shù)為土地利用、填埋和焚燒等1,2，由于土地資源緊張，以及其它環(huán)境污染問(wèn)題，特別是在大城市，污泥土地利用和填埋比例逐漸下降，而焚燒比例上升，并逐漸成為發(fā)達(dá)國(guó)家主要的污泥處置手段之一2。干化焚燒在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已成為成熟的工藝技術(shù)35。我國(guó)在該領(lǐng)域通過(guò)大量實(shí)踐6，但主要還停留在污泥干化焚燒原理的探討方面711，對(duì)專(zhuān)用設(shè)備的開(kāi)發(fā)和研制及應(yīng)用等均還處于發(fā)展階段。因此，有必要在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，研究和開(kāi)發(fā)出適合我國(guó)國(guó)情的技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)性能好、高效安全的干化焚燒技術(shù)和工藝設(shè)備。污泥干化焚燒技術(shù)是多學(xué)科技術(shù)應(yīng)用相互交叉融合的技術(shù)領(lǐng)域3，需要精確控制的復(fù)雜系統(tǒng)。例如，在干

6、化焚燒裝置運(yùn)行中，由于始終處于高溫、高粉塵和負(fù)壓狀態(tài)，除焚燒工藝外，會(huì)引起大量的能源消耗、系統(tǒng)安全性12和排放問(wèn)題，從而使干化焚燒工藝的運(yùn)行和控制變得十分復(fù)雜。為此，本研究提出采用以霧化干燥技術(shù)進(jìn)行污泥干燥，成熟的回轉(zhuǎn)式焚燒爐進(jìn)行焚燒的技術(shù)路線。為控制煙氣污染，采用旋風(fēng)分離器生物除臭噴淋洗滌塔為煙氣凈化系統(tǒng)，形成一整套污泥干化焚燒集成系統(tǒng)，并進(jìn)行了60噸/d規(guī)模的示范工程研究。2、工藝流程與試驗(yàn)裝置2.1試驗(yàn)裝置示范工程試驗(yàn)的主要裝置數(shù)量和尺寸見(jiàn)表1。表1 主要設(shè)備清單序號(hào)主要設(shè)備名稱數(shù)量尺寸1新型噴霧干燥器1×h3.5m×37m2回轉(zhuǎn)式焚燒爐1×h1.7

7、5;9.0m(筒身)，內(nèi)徑1.0m，傾角2度3熱風(fēng)爐14二燃室16×1.85×2.0m5旋風(fēng)除塵器11320×5727mm6生物除臭噴淋洗滌塔25.0×5.0m2.2工藝流程2006年7月，北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院和浙江環(huán)興機(jī)械有限公司在杭州市蕭山區(qū)臨浦工業(yè)園區(qū)建成了一座日處理能力為60m3/d(80ws)污泥噴霧干噪回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝的示范工程，采用蕭山污水處理廠的脫水污泥。其工藝流程如圖1。圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)工藝流程和組成脫水污泥經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)處理后，通過(guò)高壓泵入噴霧干燥塔頂部(圖2)，經(jīng)過(guò)充分的熱交換，污泥得到干化，干化后產(chǎn)生的含水率為2030的干燥塔污泥從

8、干燥塔底直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)式焚燒爐(圖3)焚燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈴膰婌F干燥系統(tǒng)頂部導(dǎo)入，排出的尾氣分別經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器、噴淋塔和生物填料除臭噴淋塔處理后，經(jīng)煙囪排放。 圖2示范工程采用的新型噴霧干燥系統(tǒng) 圖3 示范工程采用的回轉(zhuǎn)式焚燒爐 2.3特點(diǎn)采用新型噴霧干燥系統(tǒng)，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，投資成本僅為流化床干化系統(tǒng)的3040。利用焚燒高溫?zé)煔庵苯訉?duì)霧化污泥進(jìn)行直接干燥，避免了復(fù)雜換熱器熱損失，干燥器高溫?zé)煔膺M(jìn)口溫度高（400c），廢氣排放溫度低（7080c），因此熱效率高（>75）。采取一些熱能循環(huán)利用措施后，其熱利用效率可以提高到80以上。霧化干燥的難點(diǎn)是脫水污泥能否有效霧化，工藝中采用微米級(jí)

9、粉碎設(shè)備將含水率75-80%的脫水污泥破碎，使污泥中的部分結(jié)合水轉(zhuǎn)變?yōu)殚g隙水，在提高污泥流動(dòng)性和均質(zhì)度、利于泵輸送的同時(shí)，能夠最大程度的有效霧化，與焚燒爐高溫?zé)煔庵苯咏佑|，不僅使干燥速度最大化，而且使經(jīng)氣固分離后得到的干化污泥的松密度、流動(dòng)性和粒徑分布更為合理。為確保干化焚燒系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全、高效運(yùn)行，需對(duì)干燥器進(jìn)出口溫度，干燥器內(nèi)溫度、壓力和氧氣濃度、粉塵含量和干燥程度，燃燒室內(nèi)煙氣溫度、停留時(shí)間和湍流度等工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。具體措施如下：1) 通過(guò)調(diào)整噴嘴霧化粒徑，將污泥形成30500m的液滴，在吸附并積聚焚燒煙氣中顆粒物質(zhì)及重金屬氧化物、減少粉塵產(chǎn)生量的同時(shí)，降低安全隱患、減少后續(xù)尾氣處理難

10、度、節(jié)約處理成本，并使干燥污泥的粒度分布在60-120目，利于焚燒。2) 通過(guò)控制霧化干燥器的進(jìn)、出口溫度，采用輕型材料，在達(dá)到良好的保溫效果且符合結(jié)構(gòu)力學(xué)要求的同時(shí)，因避免采用笨重的耐火磚材結(jié)構(gòu)，而降低設(shè)備造價(jià)；3) 通過(guò)優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理設(shè)計(jì)噴霧塔塔身和回轉(zhuǎn)式焚燒爐爐體，充分利用焚燒系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫?zé)煔馑瑹崮芨稍镬F化污泥，降低出口余溫，充分利用余熱，使系統(tǒng)熱能綜合利用效率最大化。同時(shí)提高反饋控制，調(diào)控污泥顆粒的干燥程度，確保安全(粉塵產(chǎn)生和自燃問(wèn)題)、后續(xù)尾氣處理的經(jīng)濟(jì)有效(減少)以及污泥熱值的充分利用；4) 通過(guò)優(yōu)化焚燒爐布風(fēng)和進(jìn)料設(shè)計(jì)，合理控制焚燒爐和二燃室內(nèi)煙氣停留時(shí)間、燃燒溫度

11、和湍流度，使煙氣在溫度>850的停留時(shí)間>2s，可有效消減二惡英及其前驅(qū)物。同時(shí)，將進(jìn)入噴霧干燥塔的煙氣溫度控制在400c左右，不僅可防止二惡英及其前驅(qū)物的再生，而且在與霧化污泥并流接觸后，可使煙氣中的粉塵和重金屬氧化物吸附在霧化污泥中，也使酸性氣體溶解在其中，并隨水蒸氣進(jìn)入后續(xù)煙氣凈化系統(tǒng)，使噴霧干燥塔具有煙氣預(yù)處理功能，而且可有效降低后續(xù)煙氣凈化設(shè)施的處理負(fù)荷和規(guī)模。將污泥噴霧干燥和回轉(zhuǎn)式焚燒爐集成技術(shù)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有研究報(bào)導(dǎo)，本研究創(chuàng)新性的提出新的工藝技術(shù)并進(jìn)行了集成。通過(guò)理論和實(shí)踐，該項(xiàng)技術(shù)的研究填補(bǔ)我國(guó)在污泥干燥焚燒集成技術(shù)方面、設(shè)備研制以及應(yīng)用方面的空白。根據(jù)這一技術(shù)

12、開(kāi)發(fā)一個(gè)350t/d的大型的焚燒裝置目前在杭州蕭山沼澤建設(shè)之中。3、監(jiān)測(cè)結(jié)果與評(píng)價(jià)3.1污泥組分和熱值分析本研究采用的污泥有機(jī)物含量較低，平均在36，這是由于蕭山城市污水處理廠水質(zhì)性質(zhì)所決定。在這一水質(zhì)情況下，對(duì)脫水污泥和干化污泥進(jìn)行了全分析結(jié)果如表2：表2 污泥分析名稱分析結(jié)果()mad(水分)aad(灰分)vad(揮發(fā)分)crc(18)fcad(固定碳)qadnet分析基kcalqarnet應(yīng)用基kcalmt全水分sad全硫干污泥4.1852.2237.4016.22310171028.93/脫水污泥6.3354.7835.2713.62174066064.50/由上表可知，在污泥含水率為

13、64.5和28.9的情況下，污泥的高位熱值分別為1740kcal/kg和2310kcal/kg，低位熱值分別為660kcal/k和1710kcal/kg，表明在污泥含水率降低的情況下，污泥的高位和低位熱值均有所上升?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明13，當(dāng)污泥的凈熱值高于3.6mj/kg(857kcal/kg)時(shí)，污泥即可維持自持燃燒。因此，當(dāng)污泥被干燥到含水率為30以下的時(shí)候，污泥不僅能夠維持自持燃燒，而且，可以有大量的熱量富余，可以進(jìn)行諸如干燥污泥等用途。3.2系統(tǒng)消耗和能量平衡分析在污泥干化焚燒過(guò)程中，能耗(包括電耗和煤耗)是運(yùn)行成本的一個(gè)重要方面，因此也是需要重點(diǎn)考慮的因素。試驗(yàn)期間進(jìn)行的監(jiān)測(cè)表明，系

14、統(tǒng)燃煤消耗、動(dòng)力消耗、水耗、化學(xué)試劑消耗均較低，如表3和圖4。表3 系統(tǒng)消耗序號(hào)名稱均值單位備注1電耗63kwh/t(80%ws)2堿耗2.5kg/t(80%ws)3煤耗44.8kg/t(80%ws)4水耗2.3m3/t(80%ws)圖4 系統(tǒng)能量平衡圖本試驗(yàn)系統(tǒng)的電耗僅為63kwh/t(80ws)，遠(yuǎn)低于城市生活垃圾焚燒處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(2001)規(guī)定指標(biāo)要求。此外，系統(tǒng)所消耗的熱值為5000kcal/kg的燃煤量?jī)H為44.8kg/t(80ws)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行能量平衡分析可知，系統(tǒng)的熱能綜合利用效率高達(dá)80以上，因此具有良好的熱能綜合利用效率和節(jié)能效果。3.3系統(tǒng)煙氣監(jiān)測(cè)結(jié)果分析污泥焚

15、燒高溫?zé)煔庵泻泻芏喾N污染物質(zhì)，如果不進(jìn)行合理的處理將會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染，因此大氣污染物排放控制至今仍是焚燒廠要解決的重要問(wèn)題，尤其是其中的hg、nox14,15。此外，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者認(rèn)為二惡英也應(yīng)是妨礙污泥焚燒的主要障礙之一。本試驗(yàn)裝置煙氣處理系統(tǒng)由噴霧干燥塔、旋風(fēng)除塵器和生物填料除臭噴淋洗滌塔組成，試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)（gb184852001）中規(guī)定的檢測(cè)項(xiàng)目，對(duì)排放尾氣進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表4：表4 煙氣監(jiān)測(cè)結(jié)果項(xiàng)目單位測(cè)定值標(biāo)準(zhǔn)值(gb18485-2001)煙塵濃度(mg/n.m3)75.980so2(mg/n.m3)6.5260hcl(mg/n.m3)8.

16、575cd(mg/n.m3)0.0320.1pb(mg/n.m3)1.4×10-41.6hg(mg/n.m3)0.0210.2co(mg/n.m3)74.1150nox(mg/n.m3)265400煙氣黑度林格曼黑度，級(jí)11二噁英類(lèi)(i-teq)(ng/n.m3)0.0210.0060.0121.0*本表規(guī)定的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值，均以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下含11o2的干煙氣為參考值換算。試驗(yàn)結(jié)果表明，在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中排放的各種大氣污染物質(zhì)經(jīng)旋風(fēng)除塵、噴淋塔、生物填料除臭噴淋洗滌塔處理后均遠(yuǎn)低于生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)(gb18485)中大氣污染物排放限值的要求。煙氣中co的含量是確定焚燒是否完全的指標(biāo)之

17、一。歐盟2000/76/ec規(guī)定，除焚燒系統(tǒng)的啟動(dòng)和停機(jī)以外，燃燒氣體中co的日均濃度不超過(guò)50mg/m3、半小時(shí)平均值不超過(guò)100mg/m3時(shí)，可以認(rèn)為廢棄物已經(jīng)完全燃燒。美國(guó)epa認(rèn)為10,11，當(dāng)焚燒爐尾氣中co100mg/m3時(shí)，可以說(shuō)明焚燒爐的燃燒比較安全。因此，根據(jù)煙氣檢測(cè)報(bào)告，試驗(yàn)系統(tǒng)排出的煙氣中co小時(shí)均值為74.1mg/nm3，低于100mg/m3，表明污泥在焚燒爐中已經(jīng)獲得完全燃燒。4結(jié)論1、經(jīng)濟(jì)高效：整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的總投資為650萬(wàn)元，占地面積為580m2，單位投資成本為10.8萬(wàn)元/t(80ws)，單位運(yùn)行成本為94.64元/t(80ws)。而國(guó)內(nèi)污泥干化焚燒的單位投資成

18、本為25萬(wàn)元/t(80ws)、單位運(yùn)行成本為107元/t(80ws)18，因此，相比較而言，該系統(tǒng)還具有單位投資省，運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)大規(guī)模的應(yīng)用單位投資和運(yùn)行成本還會(huì)有極大的降低潛力。2、系統(tǒng)采用高效、安全霧化干燥系統(tǒng)：采用順風(fēng)干燥的方式，合理控制干燥系統(tǒng)內(nèi)的干燥溫度、系統(tǒng)壓力、霧化污泥液滴的粒徑、停留時(shí)間、粉塵濃度和氧濃度，確保系統(tǒng)的高效運(yùn)行。通過(guò)特制的污泥噴霧裝置將污泥形成30500m的高含水率液滴，提高與高溫?zé)煔饨佑|的比表面積，與高溫?zé)煔飧浞值幕旌?，從而使水分迅速蒸發(fā)，熱效率高。形成干燥顆粒狀污泥粒徑分布適度，有利于污泥顆粒含水率、粉塵產(chǎn)生量和有害物質(zhì)的控制。3、新型霧化干燥系統(tǒng)

19、與回轉(zhuǎn)式焚燒爐系統(tǒng)集成：在國(guó)內(nèi)首次采用新型霧化干燥系統(tǒng)與回轉(zhuǎn)式焚燒爐系統(tǒng)相集成，提高了噴霧直接干燥的熱效率。此外，通過(guò)優(yōu)化干燥器的結(jié)構(gòu)，使進(jìn)口高溫?zé)煔饪刂圃?00以下，排出廢氣的溫度降低到70以下，其熱利用效率可達(dá)到80以上。并充分利用焚燒系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫?zé)煔馑瑹崮芨稍镬F化污泥，在省去價(jià)格高昂的高溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)的同時(shí)，可使系統(tǒng)熱能回收利用率最大化，系統(tǒng)熱能綜合利用效率較高(>90)。4、安全可靠，污染風(fēng)險(xiǎn)低：實(shí)現(xiàn)污泥干燥焚燒尾氣高效處理和二惡英的有效控制：污泥焚燒采用煤作為輔助燃料和污泥本身的熱能燃燒產(chǎn)生熱風(fēng)，供應(yīng)干燥塔，在污泥焚燒實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)爐焚燒尾氣的零排放，同時(shí)在焚燒爐設(shè)置二燃室、干燥

20、塔吸附和旋風(fēng)除塵、活性碳吸附，徹底避免尾氣的煙塵污染、臭氣和可能的二惡英問(wèn)題。參考文獻(xiàn)：1. 何品晶，顧國(guó)維，城市污泥處理與利用，北京，科學(xué)出版社，20032. 李金紅，何群彪，歐洲污泥處理處置概況，中國(guó)給水排水，2005年1月第21卷第1期，3. 黃凌軍，杜紅等，歐洲污泥干化焚燒處理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)，給水排水，2003年第29卷第11期，1922；4. 楊小文，杜英豪，國(guó)外污泥干化技術(shù)進(jìn)展，給水排水，2002年第28卷第2期，3536；5. klaus stanke dr. jürgen geyer，污泥干化及處置escher wyss (愛(ài)雪維斯)流化床技術(shù)在歐洲國(guó)家的應(yīng)用實(shí)

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