污泥焚烧现状分析

1 污泥焚烧现状分析

污泥焚烧是将脱水污泥直接送入焚烧炉焚烧。污泥焚烧技术是“最彻底”的污泥处理方法, 它能使有机物全部碳化, 有效杀死病原体, 最大限度地减少污泥体积; 而且占地面积小, 自动化水平高,不受外界条件影响。目前污泥焚烧成套技术主要由国外几家著名环保公司掌握, 主流焚烧技术采用循环流化床焚烧技术, 但在干燥、烟气处理等方面各具特点。

流化床燃烧是固体燃料颗粒在炉床内经气体流化后进行燃烧的技术。当气流流过一个固体颗粒的床层时, 若其流速达到使气流流阻压降等于固体颗粒层的重力时( 即达到临界流化速度umf) , 固体床本身会变得像流体一样, 原来高低不平的界面会自动地流出一个水平面来。换句话说, 固体床料已经被流态化了。流化床燃烧即利用了这一现象。流化床燃烧的床料包括化石燃料、废物和各种生物质燃料。如果把气流流速进一步加大, 气体会在已经流化的床料中形成气泡, 从已流化的固体颗粒中上升, 到流化的固体颗粒的界面时, 气泡会穿过界面而破裂, 就像水在沸腾时汽泡穿过水面而破裂一样。因此这样的流化床又称为“沸腾床”、“鼓泡床”。继续加大气流流速, 当超过终端速度ut, 颗粒就会被气流带走, 但如将被带走的颗粒通过分离器加以捕集并使之重新返回床中, 就能连续不断地操作, 成为循环流化床( 图2) 。流化床燃烧技术已经广泛应用于国民经济的许多方面。

国内近些年少量引进了国外先进技术和设备,积累了一些经验,

提高了自主开发能力, 并且形成了部分产品。以下介绍几个国外先进系统以及在国内的应用和开发情况。

1.1 法国Colombes 污水处理厂( 威立雅污泥焚烧系统) Colombes 污水处理厂拥有4 座流化床型污泥焚烧炉, 总处理量100tDS/d。焚烧炉由两段同轴的圆柱体组成并通过锥形部分连接。底部的筒体带有风箱、燃烧空气分配和压力室, 上部筒体是燃烧发生的燃烧室, 两者均为内衬耐火砖的钢结构, 具有大的容积, 能适应1200℃高温和磨蚀。燃料和污泥直接放置在砂床的底部被烧弃。热交换器通过安装在炉子顶部的喷淋装置保护额外的热量冲击或过热。当温度超过870℃喷淋系统将启动以减轻对热交换器机械强度的影响。风箱是一个内衬耐火砖竖向轴的钢质圆柱体,在风箱进气管中空气被预热到550℃, 通过对排放气体中剩余氧含量的监测来控制调节风箱的进气量。在空气进口相对的位置, 设置燃油气体燃烧器,用于在调试、启动和长期停炉后预热焚烧炉。系统烟道废气处理采用半湿法处理工艺, 见图3。

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3台焚烧炉共同工作可处理3200tDS/月, 每台焚烧炉每天可以处理含水率30%的污泥120t。实际运行时, 年处理总量仅为处理能力的60%, 高峰时可以达到处理能力的90%。污泥处理的燃料( 油脂) 消耗为11- 12L/m3, 最大焚烧炉冷却水用量为20L/m3。

试运行期间, 2 台焚烧炉在75%负荷情况下运转良好, 但还是有部分时间( 站运行总时间的 3.1%) 由于脱水污泥和油脂混合物内有水囊等原因无法正常进料。

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表2 给出了2001- 2002 年中正常工作并连续监测的三个工作日的废气排放指标平均至与当地标准要求值的对照。

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1.2 安德里茨污泥干化焚烧系统

安德里茨污泥干化焚烧系统是基于干化和焚烧两段工序基础之上的。干化设备从原理上分为间接干燥器和直接干燥器。分别建立在对流和传导上理论基础上的; 从形式上分为转鼓式( DDS) 、流化床式( CDS) 、带式( BDS) 。带式干化系统在低蒸发热量以及废气较多的情况下具有一定优势, 适用于小型污泥处理厂。流化床干化系统适用于高蒸发量和工业污泥干化过程。对于中等蒸发量, 污泥性质不稳定, 颗粒度要求高以及没有蒸汽锅炉的条件下适用转鼓式干化系统。安德里茨污泥干化焚烧系统的代表是EcoDry 系统, 工艺流程见图4。

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脱水污泥和干燥颗粒经过混合系统被送至转鼓前端, 被来自热交换系统的热风送入转鼓式干燥器,然后经过分离器污泥颗粒从热气流中分离出来进入筛选设备, 细小颗粒作为基料进入后混合系统, 粗大颗粒被送入粉碎机粉碎后作为焚烧炉的能源。焚烧炉产生的高温烟气经过热交换装置后, 分别经过吸收器1、2 净化处理后排放。

1.3 Copenhagen 市政污泥处理系统( 西格斯污泥焚烧系统) Copenhagen 市政污泥处理系统采用西格斯流化床焚烧炉系统, 该系统具有分级燃烧的特点, 确保良好的温度控制和完全燃烧, 并可以促使一氧化碳和氮氧化物排放量降低, 而且可以在过氧量较低的情况下运行。流化床的污泥蒸发/燃烧装置内有一个内部能量回收系统, 能使低热值的污泥用自身热量燃烧, 即让参与燃烧的空气在内部热回收系统中预热至650°C, 从而降低辅助燃料的消耗。该系统可以焚烧6 MJ/kg 以下的低热值污泥, 实际运行数据见表3 所示。

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1.4 污泥焚烧技术在国内的应用情况

污泥焚烧在国内应用较少, 主要的应用领域也限于小规模、特殊行业。大规模市政污泥焚烧技术的应用开始于2004 年建成运行的上海石洞口污水处理厂污泥焚烧系统。石洞口污水处理厂水处理规模40 万m3/d, 采用二级加强生物除磷脱氮处理工艺; 污泥采用浓缩、干化、焚烧工艺。污泥处理量为64 tDS/d, 污泥处理工艺流程见图5 所示。

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污泥干化方式, 采用流化床干化法, 或盘式干化塔法, 均系成套系统组成。主要由湿污泥进料及储存系统, 湿污泥输送装置, 破碎加料机, 流化床干燥器或盘式干化塔, 干污泥输送装置, 干污泥储存器, 混合器, 惰性气体循环净化系统, 以及蒸汽供应, 冷凝水回收系统等组成。若以流化床干燥器为例, 其技术规格为: 水分蒸发能力9.4 t/h, 供应蒸汽参数为1.2 MPa 饱和蒸汽12.8 t/h。污泥焚烧装置, 采用污泥循环流化床焚烧方法,本装置包括焚烧及余热回收系统, 烟气净化排放系统和排渣出灰系统。来自干化装置的污泥, 由干化污泥贮仓内, 经计量泵送至焚烧炉中部, 通过加料机加入到炉内, 污泥进入炉内后, 水分蒸发而发生爆裂, 形成污泥碎屑, 在流化状态下干燥进而开始燃烧, 污泥放出的热