全面解析水泥窯協(xié)同處置污泥方案

全面解析水泥窯協(xié)同處置污泥方案城市污泥處理的必要性和難度隨著城市人口的不斷增加及生活污水處理率的提高，市政污水污泥的產(chǎn)出量也隨之不斷增加。市政污泥的環(huán)境污染已成為廣大市民關(guān)注的焦點(diǎn)。市政污泥是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無極顆粒、膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體，含有大量病原菌、寄生蟲（卵），銅、鋅、鉻、汞等重金屬、鹽類，以及多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性核素等難降解的有毒有害物。污泥還含有很高的附著水和結(jié)合水，盡管污水處理廠已采用真空過濾或離心脫水等機(jī)械脫水，污泥含水率仍達(dá)80%以上。由于污泥所具有的物理化學(xué)性質(zhì)，污泥的徹底無害化處置極其困難，已成為當(dāng)今世界難題。目前所采用的填埋、農(nóng)用、焚燒等處置方式均存在很高的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn).要真正達(dá)到徹底無害化處置需要付出極高的成本。利用水泥窯處置污泥的可能性廣州市江蘇綠森水泥有限公司（下稱江蘇綠森公司）從2007年就開始研究建設(shè)利用水泥窯無害化處置污泥項(xiàng)目。由于水泥窯處置污泥具有處理溫度高、焚燒空間大、焚燒停留時(shí)間長、處理規(guī)模大、無二次渣排放問題等顯著優(yōu)點(diǎn)，來自污水處理廠的污泥含水率約80%，在水泥廠配套建設(shè)一個(gè)烘干預(yù)處理系統(tǒng)，利用出預(yù)熱器廢氣余熱（溫度約280°C）將污泥烘干至含水率低30%。含水率低于30%污泥已成散狀物料，經(jīng)輸送及喂料設(shè)備送入分解爐焚燒。在分解爐喂料口處設(shè)有撒料板，將散狀污泥充分分散在熱氣流中，由于分解爐的溫度高、熱熔大，使得污泥能快速、完全燃燒。污泥燒盡后的灰渣隨物料一起進(jìn)入窯內(nèi)煅燒。2007年12月22日?24日，江蘇綠森公司進(jìn)行了含水量30%的漂染污泥在6000t/d生產(chǎn)線上的工業(yè)試驗(yàn)工作。試驗(yàn)期間漂染污泥的空氣干燥基熱值平均為1445kCal/kg，入窯平均水分33.24%，喂料量1.2-7.6t/h。試驗(yàn)結(jié)果表明，新型干法水泥窯系統(tǒng)完全可以處置具有較高硫含量的工業(yè)污泥。對(duì)水泥窯工藝過程的研究可知，利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理污泥具有以下特性：（1） 有機(jī)物分解徹底在回轉(zhuǎn)窯中內(nèi)溫度一般在1350C-1650C之間，甚至更高，燃燒氣體在此停留時(shí)間＞8s，高于1100C時(shí)停留時(shí)間＞3s。燃燒氣體的總停留時(shí)間為20s左右，且窯內(nèi)物料呈高湍流化狀態(tài)。因此窯內(nèi)的污泥中有害有機(jī)物可充分燃燒，焚燒率可達(dá)99.999%，即使是穩(wěn)定的有機(jī)物如二惡英等也能被完全分解。（2） 抑制二惡英形成由于干化污泥喂入點(diǎn)處在高于850C的分解爐，分解爐內(nèi)熱容大且溫度穩(wěn)定，有效地抑制了二惡英前軀體的形成。從國內(nèi)外水泥窯處置有毒有害廢棄物的實(shí)踐表明，廢棄物焚燒后產(chǎn)生的二惡英排放濃度遠(yuǎn)低于排放限值。（3）不產(chǎn)生飛灰煅燒排出廢氣粉塵經(jīng)窯尾布袋收塵器收集后作為水泥原料重新進(jìn)入窯內(nèi)煅燒，沒有危險(xiǎn)廢棄物飛灰產(chǎn)生。（4） 同化重金屬回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的耐火磚、原料、窯皮及熟料均為堿性，可吸收SO2，從而抑止其排放。在水泥燒成過程中，污泥灰渣中的重金屬能夠被固定在水泥熟料的結(jié)構(gòu)中.從而達(dá)到被固化的作用。（5） 資源化效率高污泥中的有機(jī)成分和無機(jī)成分都能得到充分利用，資源化效率高。污泥中含有部分有機(jī)質(zhì)（55%以上）和可燃成分，它們?cè)谒喔G中煅燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量;污泥的低位熱值是11MJ/kg左右，在熱值意義上相當(dāng)于貧煤。貧煤含55%灰分和10%-15%揮發(fā)分，并具有熱值10-12.5MJ/kg。（6） 處理量大、見效快水泥生產(chǎn)量大，需要的污泥量多;水泥廠地域分布廣，有利于污泥就地消納，節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用;水泥窯的熱容量大，工藝穩(wěn)定，處理污泥方便，見效快。江蘇綠森公司協(xié)同處理城市污泥項(xiàng)目的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)3.1全新的技術(shù)路線本項(xiàng)目是通過新的技術(shù)路線。充分利用水泥窯的余熱和處置能力使市政污泥的處理達(dá)到低成本運(yùn)行，并可達(dá)到穩(wěn)定化、減量化、無害化和資源化的目的，為解決長期困擾的市政污泥處理問題，尋求一種有效利用的途徑，為全國污泥的減量處理和有效利用提供示范作用。此項(xiàng)目的實(shí)施不但有很好的社會(huì)效益，而且節(jié)省了資源，徹底地排除污泥無害化處理技術(shù)領(lǐng)域中最終處置時(shí)所付出的巨大環(huán)境代價(jià)。從而從根本上消除城市生活中威脅著人們健康生存的一個(gè)隱患，使生態(tài)環(huán)境與資源再生利用走上可持續(xù)發(fā)展的道路。3.2建設(shè)內(nèi)容和工藝流程2008年江蘇綠森公司開始新建一座日處理污泥600t（含水率80%）的干化處置中心，2009年正式運(yùn)營。利用窯尾廢氣余熱將污泥烘干至含水＜30%，然后通過新建的接口設(shè)備將污泥送入6000t/d生產(chǎn)線水泥熟料燒成系統(tǒng)中焚燒處理。本項(xiàng)目主要的建設(shè)內(nèi)容包括：（l）污泥收集及輸送；（2）污泥來料稱重計(jì)量系統(tǒng)；（3）污泥來料接收倉系統(tǒng)；（4）污泥儲(chǔ)存料倉系統(tǒng)；（5）污泥輸送系統(tǒng)；（6）污泥干燥車間，含車間建筑、污泥干燥設(shè)備;（7）成品污泥料倉系統(tǒng)；（8）成品污泥輸送系統(tǒng)；（9）配套電氣、自控儀表、暖通、消防、除臭、衛(wèi)生等系統(tǒng)。廣州江蘇綠森日處理污泥600t項(xiàng)目工藝流程見圖l。這個(gè)項(xiàng)目立足于利用水泥窯的廢氣余熱利用，針對(duì)水泥窯系統(tǒng)的生產(chǎn)特性，研究污泥在水泥窯處置技術(shù)。通過核心主機(jī)裝置的應(yīng)用研究，并通過系統(tǒng)的革新及工藝技術(shù)的優(yōu)選，使實(shí)用技術(shù)在水泥廠得到應(yīng)用，帶動(dòng)水泥行業(yè)處置廢奔物的技術(shù)進(jìn)步。3.3主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)表現(xiàn)在：干化污泥和水泥窯系統(tǒng)的銜接布置，在建設(shè)及運(yùn)行過程中不影響水泥窯系統(tǒng)的正常生產(chǎn);利用窯尾廢氣余熱烘干污泥的干燥系統(tǒng)采用了旋流噴騰直接接觸干燥工藝，大幅提高熱效率和烘干能力，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；幹梦勰嗟哪芰Α＿@個(gè)項(xiàng)目解決了以下幾個(gè)技術(shù)問題：半干化模式作為污泥干化的熱源，水泥廠的廢熱煙氣由于溫度低、含塵量較大對(duì)污泥的干化換熱有很強(qiáng)的限制作用。污泥干化隨著成品干度的增加，所需設(shè)備的容積呈指數(shù)冪增加，污泥干化得經(jīng)濟(jì)性和污泥成品干度之見有著強(qiáng)烈的相關(guān)性。熱源的品質(zhì)決定了利用水泥窯廢熱干化污泥只能采用半干化模式，才能具有顯箸的處置能力優(yōu)勢。處理成本低廉化干化后的污泥替代燃料的能力和污泥的水分、有害元素的含量有直接的關(guān)系，通過系統(tǒng)研究處置污泥對(duì)水泥窯系統(tǒng)的影響，科學(xué)分析水泥窯處置污泥的最大能力和最經(jīng)濟(jì)的處置指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)處置污泥總體成本的最低廉化，在目前尚沒有類似的研究工作可供參考。全新的設(shè)計(jì)國外采用全干化污泥替代燃料在多個(gè)行業(yè)中應(yīng)用，但目前國內(nèi)尚沒有污泥替代燃料的應(yīng)用，因此干化后的污泥只能采用水泥廠自行消納的模武。半干化污泥進(jìn)入水泥窯工藝系統(tǒng)需要進(jìn)行全新的沒計(jì)。3.4關(guān)鍵技術(shù)利用水泥窯處置污泥的關(guān)鍵技術(shù)是污泥的干化。污泥含有很高的附著水和結(jié)臺(tái)水，盡管污水處理廠已采用真空過濾或離心脫水等機(jī)械脫水，污泥含水率仍達(dá)80%以上。污泥進(jìn)行水泥窯處置，主要技術(shù)難點(diǎn)在于污泥必需進(jìn)行干化。以污泥含固率20%計(jì)，處理每噸干固體需要蒸發(fā)4倍量的水分。在同等的絕干基污泥日處理量的條件下，進(jìn)入水泥燒成系統(tǒng)的污泥其含固率越高，則污泥焚燒進(jìn)入系統(tǒng)的有效發(fā)熱量(扣除污泥焚燒過程中水分蒸發(fā)、形成煙氣的升溫等的耗熱)就越高，污泥燃燒過程對(duì)窯系統(tǒng)的工藝參數(shù)的穩(wěn)定性影響就越小。因此，干燥工業(yè)的選擇是本項(xiàng)目的關(guān)鍵點(diǎn)。本項(xiàng)目是在利用水泥窯廢氣余熱作為烘干熱源，總結(jié)了流化床、熱破碎、旋流和分級(jí)技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的一種熱效率高、適應(yīng)范圍廣的新型干燥裝置(見圖2)。余熱廢氣以適宜的噴動(dòng)速度從下燥機(jī)底部進(jìn)入攪拌破碎干燥室，對(duì)物料產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切、吹浮、旋轉(zhuǎn)作用，物料受到離心、剪切、碰撞、摩擦而被微?；纬奢^大的比表面積，強(qiáng)化了傳質(zhì)傳熱。在干燥室底部，較大、較濕的顆粒團(tuán)在攪拌器的作用下被機(jī)械破碎，并被高速噴動(dòng)的熱氣流裹脅、撕裂，不斷形成新的干燥表面，而濕含量較低、顆粒度較小的顆粒被旋轉(zhuǎn)氣流夾帶上升，在上升過程中進(jìn)一步干燥，并被分級(jí)。干燥器內(nèi)錐體結(jié)構(gòu)、氣流對(duì)壁的旋轉(zhuǎn)沖刷和攪拌器的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)制物料被高速氣流裹脅，因此很適宜處置黏性干燥物質(zhì)。物料的干燥過程主要在旋流區(qū)內(nèi)迅速達(dá)到平衡，在離心旋流場的作用下，氣固之間的熱交換進(jìn)行速度很快，物料的干燥過程時(shí)間很短，可以大幅度地降低設(shè)備的規(guī)格。物料在干燥過程中完成顆?；?，不需要成形或進(jìn)行破碎作業(yè)。由于干燥過程中物料受到破碎、沖刷、碰撞，表面積增大，強(qiáng)化了干燥;同時(shí)由于最熱煙氣直接接觸待干物料，可以使進(jìn)風(fēng)溫度高于物料熔點(diǎn)，因此該設(shè)備干燥強(qiáng)度高。由于干燥系統(tǒng)的干燥速度特快，在干燥機(jī)內(nèi)的平均停留時(shí)間約10s后，污泥含水就從80%降至30%了，含水30%的干污泥離開干燥機(jī)的溫度約50°C。煙氣從底部進(jìn)入的時(shí)候達(dá)277°C，到達(dá)加泥口煙氣溫度己降到100C以下，在干燥過程中，干泥基本上不和277C的高溫?zé)煔饨佑|，確保運(yùn)行的安全性。污泥顆粒的表觀密度和水分的含量關(guān)系密切，在旋流風(fēng)的分級(jí)作用下，干化的污泥顆?？偸呛偷蜏氐臒煔饨佑|和攜帶離開。熱煙氣基本不直接接觸干料。工程、環(huán)境和社會(huì)效益4.1工程效益該項(xiàng)目日處理市政污泥600t。利用水泥廠的廢氣余熱烘干污泥，干化后的污泥進(jìn)入水泥窯進(jìn)行焚燒處理。此工藝既補(bǔ)充了由于對(duì)污泥干燥所需的熱量，從而減少了燃料煤的用量，而且焚燒時(shí)，干污泥的熱值可用作水泥熟料生產(chǎn)的部分替代燃料，焚燒的殘?jiān)梢蕴娲炝仙a(chǎn)使用的硅質(zhì)、鋁質(zhì)原料，是一個(gè)污泥再生利用的項(xiàng)目。該項(xiàng)目建設(shè)與實(shí)施對(duì)我國的城市污泥再利用具有開拓性和革命性意義。同時(shí)，也積極響應(yīng)了國家關(guān)于大力發(fā)展可再生能源要求，符合國家積極開展和推進(jìn)可再生能源的戰(zhàn)略方向。4.2社會(huì)效益該項(xiàng)目2009年總投資額7070萬元，回收期25年。主要體現(xiàn)在社會(huì)效益，經(jīng)濟(jì)效益取決于政府補(bǔ)貼的污泥處置費(fèi)。2009年政府給出的污泥處置費(fèi)與項(xiàng)目處置污泥的實(shí)際成本持平，故項(xiàng)目沒有體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。今后，政府將根據(jù)去年的項(xiàng)目污泥實(shí)際處置成本，協(xié)商項(xiàng)目投資利潤率后再確定污泥處置費(fèi)。這個(gè)項(xiàng)目是污泥處置工程，又是一個(gè)能源再生項(xiàng)目，更是治理污染的環(huán)境保護(hù)項(xiàng)目，項(xiàng)目建成后很好地解決了廣州市市政污泥處理處置問題。使原來對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害的污泥處理后，實(shí)現(xiàn)無害化、減量化、資源化，大大降低城市的環(huán)境污染，改善人民的生活環(huán)境，控制和預(yù)防各種傳染病、公害病.提高人民健康水平，并從根本上促進(jìn)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。該工程項(xiàng)目進(jìn)一步完善了本地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施，可使得一些因環(huán)境問題受到限制的項(xiàng)目得以開展。4.3環(huán)境效益項(xiàng)目從2009年運(yùn)行以來，已經(jīng)處理了大坦沙、獵窖、西朗、龍歸等污水處理廠污泥，實(shí)現(xiàn)了污泥的徹底無害化處置及資源化利用。2009年進(jìn)廠污泥平均熱值(干躁基低位熱值)13.79MJ/kg，實(shí)測每噸濕污泥可節(jié)省原煤170kg。2009年熟料3d平均強(qiáng)度為33.2MPa、28d平均強(qiáng)度為60.8MPa，處置污泥后沒有影響水泥熟料質(zhì)量。該處理工藝的實(shí)施，可減少污泥無序堆放占用土地，殺滅污泥中的病原微生物，控制疾病的傳播，同時(shí)還減少了污泥進(jìn)入垃圾填埋場的量，增加了垃圾衛(wèi)生填埋場的填埋年限，實(shí)現(xiàn)了污泥處理的減量化。一年多實(shí)踐表明，系統(tǒng)可靠，操作簡便，對(duì)污泥的適應(yīng)性強(qiáng)。經(jīng)熱工標(biāo)定，處置能力已達(dá)736t/d，污泥干化后可替代燃料和作為脫硝材料使用。經(jīng)檢測，系統(tǒng)NOX排放值230mg/Nm3(10%O2);污泥協(xié)同處置過程中二惡英的排放量0.026ngTEQ/Nm3,優(yōu)于歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。項(xiàng)目運(yùn)行期間環(huán)保檢測結(jié)果見表1。常規(guī)氣態(tài)污染物二氧化硫(SO2)氮氧化物(NOX)一氧化碳(CO)氟化物煙塵濃度/(mg/m3)1123914550.137.9標(biāo)準(zhǔn)/(mg/m3)2008002500950特殊氣態(tài)污染物汞(Hg)鉛(Pb)銘(Cr)鎘(Cd)碑(As)惡臭(無當(dāng)量)濃度/(mg/m3)<0.010.0390.0010.176<0.11318標(biāo)準(zhǔn)/(mg/m3