污泥干化焚燒技術(shù)

　　污泥的成分較為復(fù)雜，若任意堆放將會(huì)對人類及動(dòng)植物的健康造成較大影響。減量化、穩(wěn)定化和無害化是污泥處理的基本原則。污泥焚燒技術(shù)具有處理速度快、減量化程度高、能源可再利用等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用。該技術(shù)是污泥處置最徹底的方式，當(dāng)污泥中有毒有害物質(zhì)含量很高且短期不可降低時(shí)尤為實(shí)用。

　　傳統(tǒng)污泥處置工藝是使用污泥干燥設(shè)備將污泥含水率(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)從80%降低到20%~40%，然后投入焚燒爐內(nèi)進(jìn)行焚燒處理，該工藝存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、熱利用率低等缺點(diǎn)。污泥干化焚燒一體化是將污泥干化系統(tǒng)與焚燒系統(tǒng)相結(jié)合，利用污泥焚燒產(chǎn)生的煙氣對污泥進(jìn)行干化處理，并充分利用余熱，這是污泥處置的一個(gè)重要方向。

　　1、間接干燥設(shè)備

　　污泥干化可去除污泥中的間隙水、毛細(xì)水以及絕大部分的內(nèi)部附著水。根據(jù)污泥與熱介質(zhì)的接觸方式，污泥干化可以分為間接干化和直接干化。

　　間接干化因具有安全性高、粉塵產(chǎn)生量少、熱介質(zhì)無污染等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。目前，應(yīng)用最多的間接干燥設(shè)備主要有旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)和槳葉式干燥機(jī)。

　　1.1 旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)

　　旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)主要由轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、熱介質(zhì)、管路及排風(fēng)除塵系統(tǒng)組成，如圖1所示。

　　蒸汽或?qū)嵊妥鳛榻橘|(zhì)從轉(zhuǎn)子空心軸的一端進(jìn)入，通過旋轉(zhuǎn)金屬圓盤將熱量傳遞給污泥，污泥在金屬圓盤外吸熱增焓不斷蒸發(fā)濕份，凝結(jié)的冷凝水從轉(zhuǎn)子的另一端排出。轉(zhuǎn)子周邊通過固定角鋼架裝有帶一定傾角的刮板，隨著旋轉(zhuǎn)不斷將被干燥的物料刮起和攪拌，同時(shí)將物料從入口一側(cè)推向出口一側(cè)。

　　陳劍峰應(yīng)用圓盤干燥機(jī)對含水率為74.5%的印染污泥進(jìn)行了熱干化，并對干化后的污泥進(jìn)行焚燒處置。結(jié)果表明，干化后的污泥焚燒處置效果較好。

　　張衛(wèi)利等基于圓盤干燥機(jī)對城市污泥干燥過程中的操作參數(shù)進(jìn)行了分析，包括進(jìn)料濕含量、產(chǎn)品濕含量及蒸汽壓力。結(jié)果表明，干化后的污泥自身熱值較高，可以自持燃燒，不需要添加輔助燃料。

　　孫奇等采用嘉興市市政污泥，對圓盤干燥機(jī)干燥過程中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，干燥機(jī)轉(zhuǎn)速對干燥機(jī)傳熱影響最大，其次是加料機(jī)轉(zhuǎn)速，影響最小參數(shù)的是蒸汽壓力。

　　靖丹楓等應(yīng)用造粒干化一體機(jī)對石化污泥進(jìn)行了干化處置，干化設(shè)備為圓盤干燥機(jī)，干化后的污泥含水率由85%降低至40%，并計(jì)算出了污泥處理的成本為250.31元/噸。

　　1.2 槳葉式干燥機(jī)

　　槳葉式干燥機(jī)主要由夾套、雙軸(或四軸)?中我鍍?和傳動(dòng)裝置組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　污泥通過夾套、空心軸和軸上焊接的空心葉片的熱傳導(dǎo)被間接加熱干化。楔形葉片對污泥切割攪拌，并不斷更新干燥面，從而達(dá)到干燥的目的。楔形槳葉傳熱面與物料顆粒的相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生洗刷作用，能夠自動(dòng)清理掉楔形面上附著的物料。由于楔形槳葉不是等截面結(jié)構(gòu)，也沒有刮泥刀，因此只適用于黏性不大的污泥，盤表面易磨損，維修不便利。熱介質(zhì)可采用水蒸氣或者導(dǎo)熱油。

　　張立宏等應(yīng)用槳葉式干燥機(jī)對含油污泥進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，干燥機(jī)在最佳運(yùn)行參數(shù)(即干化溫度為180℃，干化時(shí)間為25min,污泥供給量為60kg/h)時(shí)，油污泥含水率可由77.6%降低到30%，熱值達(dá)到4250K/kg。陳海波等對廣東某印染公司的印染污泥干燥工藝進(jìn)行了分析。運(yùn)行結(jié)果表明，經(jīng)過槳葉式污泥干燥機(jī)處理后，污泥含水率可由85%降低至30%以下，體積縮小75%。申維真等應(yīng)用槳葉式干燥機(jī)，對北京市市政污泥進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，干燥機(jī)最佳運(yùn)行條件為蒸汽壓力為0.5~0.8MPa。當(dāng)蒸發(fā)速率達(dá)到14~21.8kg/(m2?h)時(shí)，污泥含水率小于40%。

　　2、焚燒設(shè)備

　　2.1 流化床

　　流化床焚燒爐的燃燒室可分為下部的密相區(qū)和上部的稀相區(qū)兩部分，如圖3所示。固態(tài)或半固態(tài)廢物中的大部分有機(jī)物一般在密相區(qū)中完成分解，空氣從爐底吹入并通過床料的空洞進(jìn)入爐膛，物料在爐膛內(nèi)翻騰燃燒。

　　盧閃等對污泥流化床焚燒特性進(jìn)行了數(shù)值模擬與分析。研究結(jié)果表明，在相同配風(fēng)條件下，含水率為50%的污泥燃燒不充分，含水率為60%的污泥燃燒時(shí)，煙氣溫度較高，CO2、SO2、NO含量也較高，而SO3含量較低。

　　曹通等基于Fluent軟件，對1036t/h的循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)不同污泥及不同摻混比例下的煤粉、城市污泥、工業(yè)污泥燃燒過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明，小比例的摻燒對鍋爐運(yùn)行影響不大。

　　2.2 回轉(zhuǎn)窯

　　回轉(zhuǎn)窯主要由筒體、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、支撐裝置、擋輪裝置、窯頭密封裝置組成。筒體在轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，物料從進(jìn)料口進(jìn)入筒體，在回轉(zhuǎn)窯筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜裝置作用下，物料作圓周運(yùn)動(dòng)與由高到低的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。

　　按照窯內(nèi)煙氣與物料流動(dòng)的相對方向，回轉(zhuǎn)窯可以分為順流回轉(zhuǎn)窯和逆流回轉(zhuǎn)窯，如圖4所示。

　　順流回轉(zhuǎn)窯外形結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)“長細(xì)”特點(diǎn)，逆流回轉(zhuǎn)窯呈現(xiàn)“短粗”特點(diǎn)。順流回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)工作溫度約為1000℃，逆流回轉(zhuǎn)窯工作溫度約為850℃。兩種窯型在使用時(shí)各有優(yōu)劣。

　　俞剛等對江蘇某順流回轉(zhuǎn)窯處置市政污泥的技術(shù)工藝進(jìn)行了探究。研究結(jié)果表明，投加市政污泥后，回轉(zhuǎn)窯工作參數(shù)正常，排放的煙氣對環(huán)境無影響。

　　汪喜生等通過工程實(shí)例介紹了回轉(zhuǎn)窯在處理污泥方面的優(yōu)勢?；剞D(zhuǎn)窯對物料的適應(yīng)性較廣，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)程度高，焚燒污泥時(shí)固相停留時(shí)間長，窯尾的二燃室可保證廢物燃盡率達(dá)到99.99%。

　　2.3 爐排爐

　　物料通過進(jìn)料斗進(jìn)入傾斜向下的爐排，爐排之間的交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)將物料向下方推動(dòng)，使物料依次通過爐排上的各個(gè)區(qū)域，直至燃盡排出爐膛。

　　鄭雪艷等及劉海等對基于爐排式焚燒爐的生活垃圾與污泥混燒技術(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：含水率超過80%和重金屬含量過高的污泥不適合直接焚燒，污泥摻燒比例最佳范圍為10%~15%。

　　3、干化焚燒一體化

　　國內(nèi)企業(yè)對污泥干化焚燒處理更多的是將污泥干化與污泥焚燒分成兩個(gè)相互獨(dú)立的系統(tǒng)，但是這種模式下的系統(tǒng)干化能耗高，工藝控制也很復(fù)雜。

　　污泥干化焚燒一體化是利用焚燒爐內(nèi)產(chǎn)生的煙氣余熱對污泥進(jìn)行干化，實(shí)現(xiàn)熱量利用的最大化，同時(shí)簡化了焚燒工藝，應(yīng)用前景廣闊。

　　3.1 干化+循環(huán)流化床

　　東南大學(xué)與某公司合作研發(fā)的250t/d污泥干化焚燒系統(tǒng)主要由污泥深度脫水、熱干化、流化床焚燒、汽機(jī)組成，采用“旋轉(zhuǎn)圓盤干燥機(jī)+循環(huán)流化床”的組合工藝，其簡要流程如圖5所示。

　　深度脫水包括加藥工藝與壓濾脫水工藝。脫水污泥被送入旋轉(zhuǎn)導(dǎo)熱干化機(jī)與汽輪機(jī)中間抽汽進(jìn)行換熱，干化后的污泥由螺旋給料器送入流化床中焚燒處理。低溫?zé)煔饨?jīng)過除塵后，部分通過循環(huán)風(fēng)機(jī)以一次再循環(huán)煙氣和二次再循環(huán)煙氣的形式進(jìn)入爐膛以實(shí)現(xiàn)低NOx燃燒。

　　侯鳳云等以0.15MW循環(huán)流化床為焚燒爐，利用循環(huán)流化床焚燒產(chǎn)生的熱煙氣在外置流化床干化器內(nèi)對濕污泥進(jìn)行干化處理，干化后的污泥被送回爐膛進(jìn)行焚燒。通過調(diào)節(jié)濕污泥給料速率、輔助給煤量、循環(huán)熱灰分配閥的開度實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)溫度的平穩(wěn)運(yùn)行。試驗(yàn)中干化污泥顆粒粒徑分布均勻，含水率約為20%，煙氣排放在允許范圍內(nèi)，其流程如圖6所示。

　　3.2 干化+回轉(zhuǎn)窯

　　王超玉等用“槳葉式干燥機(jī)+回轉(zhuǎn)窯”的工藝組合，對污泥進(jìn)行了干化焚燒處理，主要流程如圖7所示。

　　系統(tǒng)中用于干燥污泥的熱媒介質(zhì)來自于導(dǎo)熱油爐，經(jīng)過槳葉干燥機(jī)干化后的污泥被送到順流回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒，窯內(nèi)產(chǎn)生的煙氣一部分由二燃室進(jìn)入導(dǎo)熱油爐加熱導(dǎo)熱油，另一部分直接進(jìn)入急冷塔和尾氣處理系統(tǒng)。

　　王平等對紹興市“噴霧干燥+回轉(zhuǎn)窯”焚燒城市污泥處理工程進(jìn)行了研究。系統(tǒng)采用下向流并流干燥，即將噴嘴安裝在塔的頂部，污泥和熱空氣均從塔頂進(jìn)入，焚燒設(shè)備采用順流式回轉(zhuǎn)窯，其主要工藝流程如圖8所示。

　　北京水泥廠利用干化設(shè)備和回轉(zhuǎn)窯結(jié)合的工藝對污泥進(jìn)行處理，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度為1350~1650℃。利用回轉(zhuǎn)窯作為熱源鍋爐、焚燒爐和尾氣凈化裝置，與單獨(dú)建設(shè)污泥干化+焚燒裝置相比節(jié)省了投資。圖9為該裝置的工藝流程簡圖。

　　4、結(jié)論

　　(1)圓盤干燥機(jī)與槳葉式干燥機(jī)工作原理相似，但由于圓盤干燥機(jī)操作安全性高，設(shè)備磨損小，污泥處理量大，因此其應(yīng)用越來越廣泛。

　　(2)循環(huán)流化床是污泥焚燒的主要爐型，但其具有對物料尺寸要求高、物料流化耗電大等缺點(diǎn)。而相較于順流回轉(zhuǎn)窯，逆流回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)具有占地小，污泥燃燒不需添加輔助燃料等優(yōu)點(diǎn)。

　　(3)污泥熱干化與焚燒相結(jié)合是污泥處置的新方法，其具有占地少、熱利用率高等特點(diǎn)。(來源：光大環(huán)保技術(shù)研究院有限公司，東南大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院)