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自平衡循环流化床污泥焚烧工艺
   

工程研发中心 李放   发布日期2010-12-28

一、 污泥的特性

1、 污泥的来源

污泥来源于污水。随着我国城镇化和工业化的发展,民用和工业用水量越来越大。原水被使用后就以污水的形式排出。在污水净化过程中,水变干净了,“脏东西”聚合成污泥。在水处理工程中,污泥来源于栅渣、浮渣、沉砂池沉渣、初沉污泥、二沉污泥。其中来源于栅渣、浮渣、沉砂池沉渣的污泥量少且易处理;而初沉污泥、二沉污泥量大难处理,是污泥处理处置的主要对象。

2、 污泥的性质

污泥由有机物、细菌、无机物和胶体等组成,其特性是有机物含量高,颗粒细(0.02~0.2mm),密度小(1002~1006kg/m3),呈胶体结构,脱水性能差。污泥的流变状态主要取决于其含水率,含水率大于85%,污泥呈流状;含水率在65%和85%之间,污泥呈塑态;含水率小于65%,呈固态;含水率低到35%~40%时,成聚散状态;低到10%~15%则成粉末状。

3、污泥的分类

污泥的性质决定于污水的性质。根据污泥的成分和危害程度可将污泥分为一般废物、有害废物和危险废物。偏远乡村,无制药、化工、印染、制革和金属表面处理企业的集中式生活污水处理设施产生的所有污泥,造纸(再生纸)行业的生产废水处理设施及其园区集中式污水处理厂产生的生化污泥属于一般废物;有制药、化工、印染、制革和金属表面处理企业的乡镇、市县集中式生活污水处理厂产生的所有污泥,造纸(再生纸)行业的生产废水处理设施及其园区集中式污水处理厂产生的物化污泥,制药、化工、制革行业的生产废水处理设施及其园区集中式污水处理厂产生的生化污泥,印染行业的生产废水处理设施及其园区集中式污水处理厂产生的所有污泥属于有害污泥;金属表面处理行业的生产废水处理设施及其园区集中式污水处理厂产生的所有污泥,制药、化工、制革行业的生产废水处理设施及其园区集中式污水处理厂产生的物化污泥,国家危险废物名录中除制药、化工、电镀、制革行业的生产废水处理厂产生的所有污泥属于危险废物。

二、 污泥处理处置的目标和技术路线

二〇〇九年二月十八日住房和城乡建设部、环境保护部、科学技术部联合颁发的《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》规定:污泥处理处置的目标是实现污泥的减量化、稳定化和无害化;鼓励回收和利用污泥中的能源和资源。坚持在安全、环保和经济的前提下实现污泥的处理处置和综合利用,达到节能减排和发展循环经济的目的。污泥处置的技术路线有土地利用、填埋和建材利用。相对应的污泥处理技术有厌氧消化或高温好氧发酵(堆肥),高温好氧发酵、石灰稳定,热干化、污泥焚烧。

三、 污泥焚烧处理的排放标准

国家鼓励经济较为发达的大中城市,采用污泥焚烧工艺。鼓励采用干化焚烧的联用方式,提高污泥的热能利用效率。

同时规定污泥焚烧的烟气应进行处理,并满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485)等有关规定。污泥焚烧的炉渣和除尘设备收集的飞灰应分别收集、储存、运输。鼓励对符合要求的炉渣进行综合利用;飞灰需经鉴别后妥善处置。

附:焚烧炉大气污染物排放限值

 

四、 循环流化床污泥焚烧处理工艺流程

 

 

1、污泥池

根据污泥焚烧项目规模的大小决定污泥池的形式,规模较小的可选择钢制污泥池,规模较大的可选择钢筋混凝土污泥池。

污泥池内壁需加防腐。

2、污泥输送设备

采用的管道输送污泥泵,一路将污泥直接输送到污泥焚烧炉,一路将污泥输送到污泥干化设备。

3、污泥干化系统

污泥干化设备的功能是将80%含水率的湿污泥,干化到40~50%含水率的半干污泥。

污泥干化设备可选用空心桨叶式干化机或绞笼式干化机,以空心桨叶式干化机为例说明干化流程:

空心桨叶式污泥干化系统由污泥取料机、污泥给料机、空心桨叶式污泥烘干机、污泥出料机、冷凝器、干污泥输送机、凝结废水箱组成。

湿污泥通过污泥取料机输送到污泥给料机,污泥给料机把污泥均匀投入到空心桨叶式污泥烘干机。干污泥通过污泥出料机进入干污泥输送机,干污泥输送机把干污泥输送到干污泥仓贮存。

空心桨叶式污泥烘干机的热源取自焚烧炉产生的蒸汽,蒸汽热量被湿污泥吸收后凝结成水,凝结水通过疏水阀进行水汽分离,凝结水进入疏水箱回用。

湿污泥被加热后水份蒸发,水蒸气夹带着污泥中的挥发性气体及污泥粉尘进入冷凝器。被冷凝的废水经过无害化处理后达标排放,废气进入锅炉焚烧。

4、污水处理系统

从污泥中蒸发后冷凝的水属于污水,可选择生物处理技术加膜分离技术进行处理,也可运回污水处理厂。

5、干污泥储存与输送系统

干污泥从污泥干化设备出来到干污泥储存,均是臭味源。

干污泥从污泥干化设备到干污泥储存库,采用封闭式皮带输送。污泥储存库采用负压技术防止臭味外泄。

干污泥从储存库到炉前干污泥仓的输送采用皮带输送。

6、煤储存与输送系统

一般市政污泥的低位热值为几十大卡每公斤,从理论上说,用焚烧方法处理热量基本平衡。但由于焚烧过程中锅炉效率的损失和干化过程中的热量损失,含水率80%的污泥在焚烧过程中需要补充大约5%到10%重量比的原煤。

由于耗煤量很少,煤库可与干污泥库相邻布置,从煤库到炉前煤仓的输送采用于干污泥公用一套皮带输送设备的方案。

7、流化床污泥焚烧炉

焚烧炉采用流化床燃烧技术,针对污泥在炉内悬浮燃烧和热值低等特点,焚烧炉采用一定粒度的石英砂作为作为热载体,在流化空气吹动作用下,粗颗粒石英砂在燃烧室下部翻腾运动,细颗粒吹离炉膛后被高温分离器分离下来送回炉内形成物料循环,从而提高焚烧炉悬浮空间的气固混合和传热传质速率,使炉膛温度均匀一致。

焚烧炉主要由炉膛、给料装置、布风装置、二次风装置、飞灰循环装置、点火系统组成。

焚烧炉采用圆筒型绝热炉膛,结构牢固。炉膛由保温层和耐磨浇注料构成;净空高度可保证污泥在高温区停留时间大于2秒。燃烧室工作温度850℃~950℃,由于炉膛内存在大量循环物料,其热容量很大,故整个炉膛温度较均匀。炉膛出口温度约880℃左右。

在炉前平台上分别布置有一台给煤机、一台干污泥给料机、一台石灰石给料机和一台床料(石英砂或煤渣)给料机,湿污泥从炉顶注入。给料量通过改变电机转速控制流量。污泥及助燃煤经给料机进入炉膛,并由播散风吹散。污泥或燃煤在炉膛内燃烧产生大量烟气和灰粒;烟气携带大量未燃尽碳粒子在炉膛上部进一步燃烧发热后,进入高温分离器中,烟气和物料分离,被分离出来的物料返回炉膛,实现循环燃烧。补充床料在炉前送入炉内,保持炉内物料平衡。本焚烧炉设有专门石灰石料仓和螺旋给料机用于炉内脱硫。

为保证燃烧设备始终在低过量空气系数下进行,以抑制NOx的生成造成的污染,焚烧炉采用分段进风。焚烧炉燃烧所需空气分别由一、二次风机提供。一次风机送出来的风经一次风空气预热器预热后,引入炉下水冷风室中,通过安装在水冷布风板上的风帽,进入燃烧室;二次风从前后墙二次风口进入炉膛,补充空气并扰动混合。

采用床下油点火。床下油点火方式具有耗油省、启动快、成功率高、环境卫生好、工人劳动强度低等优点。

余热锅炉采用常规的低压过热蒸汽炉,受热面包括过热器、对流管束、省煤器和空预器。

余热锅炉产生的蒸汽用于污泥干化设备的热源,使污泥中的热量得到充分利用。

8、烟气净化塔

净化塔主要是用喷碱的方法除去烟气中的酸性气体;用喷活性炭的方法吸附二恶因。使烟气的二氧化硫和二恶因达标排放。

9、布袋除尘器

采用成熟的布袋除尘技术,可使烟气粉尘排放低于50mg/m3,优于国家标准。

10、灰库

灰库设计在布袋除尘器下部,避免布袋除尘器与灰罐之间的输送。

灰库下部安装加湿装置。灰库下部高度需要满足大中型槽罐车装灰的要求。

11、烟囱及烟气监测系统

烟囱高度需满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485)等相关规定。烟气监测系统根据当地环保管理部门的要求选择。

五、循环流化床污泥焚烧处理工艺的环境保护性能

1、 防臭设计:

臭气主要来源于污泥池入口和干化后的热污泥。故在工艺设计上将污泥池保持封闭,并将臭气由一次风机抽至锅炉焚烧,使污泥池区域和污泥干化区域保持负压,防止臭气外逸。

2、 锅炉烟气处理:

流化床是一种清洁的燃烧方式,焚烧炉内的污泥、煤和床料的掺混十分激烈,燃烧完全而稳定,炉内燃烧温度保持在850~900℃之间,烟气在炉内的停留时间3s以上,有效的抑制NOx和二噁英的生成。焚烧炉尾部排出的烟气经烟气净化后排放。配备有脱酸反应塔、活性炭吸附和布袋除尘器。烟气净化处理后各污染物的排放指标符合《生活垃圾焚烧污染物控制标准》GB18485-2001的要求。

● 脱硫:由于污泥成分复杂,焚烧后产生的烟气成分也很复杂。因为循环流化床锅炉具有炉内脱硫的优良性能,所以本系统采用通过炉内加石灰石的方法进行脱硫。

● 酸性气体控制:本系统通过在净化塔喷碱的方法除去烟气中的酸性气体。

● 二噁英控制:循环流化床锅炉通过烟气在高温区停留时间大于2秒的炉膛设计,炉膛温度控制在850~950℃的运行管理,一次风、二次风的湍流度控制和适度的过量空气系数控制,能够很好地扼制二噁英的产生;在净化塔再用喷活性炭粉末的方法吸附少量的二噁英,能使二噁英的排放优于欧盟标准。

3、 废水处理:

设备冷却水冷却后循环使用;污泥干化冷凝污水收集后进入污水处理系统,经污水处理系统处理达中水标准后用于厂区绿化、灰加湿用水以及冲洗用水。

4、 固体废弃物处理:

飞灰要根据分析结果来确定处置方式。如果属于一般废弃物,则可用于建材;如果属于危险废弃物,则经水泥固化后由危险固体废弃物处置中心处置。

5、 噪音的防治:

首先在厂区总体设计方面,设置绿化隔音带。然后针对不同设备的不同要求,分别设置独立基础、减震底座、弹性支架、隔音室、消音器等。

六、 循环流化床污泥焚烧工艺的优点

1、 焚烧可以使剩余污泥的体积减少到最小化,减量化最彻底;

2、 检测合格的焚烧灰可用于建材,是相对比较安全的污泥处置方式;

3、 焚烧处理污泥速度快,不需要长期储存,避免了污泥处理过程中的二次污染;

4、 污泥可就地焚烧,不需要长距离运输;

5、 可以回收能量,降低污泥处理成本;

6、 能够使有机物全部碳化燃尽,杀死病原体,因而无害化程度最高;

7、 优异的环保性能;

8、 设备故障少、运行稳定,年运行时间>7000小时;

9、 运行方式灵活,可靠性高。

七、 结论

1、 循环流化床锅炉处理污泥,是污泥最彻底的处理方法,最能实现污泥处理的“无害化、稳定化、减量化”目标;

2、 循环流化床锅炉焚烧含水率80%的污泥,用所得蒸汽干化部分污泥,使污泥所含热值得到高效利用,其能量基本达到自平衡,所加辅助燃料较少,低位热值5000kcal/kg的原煤掺入量只要5~10%,大大降低了污泥处理成本;

3、 焚烧炉采用圆筒形绝热设计,故障率低;余热锅炉主蒸汽只用于污泥干化,采用低压过热蒸汽,用材要求低;使得锅炉整体造价较低,并且运行可靠性高。

4、 属于一般废物和有害废物的污泥均可以采用“自平衡循环流化床污泥焚烧工艺”进行处理。