030吨天生活污泥干化及焚烧处理工艺设计大学毕设论文.docx
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030吨天生活污泥干化及焚烧处理工艺设计大学毕设论文
毕业设计
300吨/天生活污泥干化及焚烧处理
工艺设计
学院能源与环境学院
专业环境工程
摘要
随着经济蓬勃发展，我国对生活废水处理力度在不断加大，每天处理污水产生大量污泥,污泥量越来越大，污泥的组成成分日益杂乱，如处理不好，必然会对自然环境造成二次污染。
本设计要求处理300吨/天的生活污泥，原污泥为经过板框压滤机压滤过的含水率约82%的湿污泥。
针对生活污泥的特点，决定选用先干化后焚烧的工艺。
该工艺工艺成熟、稳定、占地少、效率高。
基本工艺流程为：
储泥室→回转烘干机→制砖机→焚烧炉→炉渣、煤灰等回收。
本设计所用的主要设备有Ф3.2×28m型回转烘干机、AB-200型焚烧炉、QTY8-15型砌块成型机、ppw64-7脉冲布袋收尘器、Ф1.5×16m脱硫塔、LXT-5型活性炭吸附塔。
工程总投资为1305万元，每年的总运行费用为1264.34万元。
关键词：
生活污泥干化焚烧回收利用
Summary
Withtherapideconomicdevelopment,China'sdomesticwastewatertreatmenteffortsinincreasingtheprocessingofsewageperdayproducelargeamountsofsludge,sludgevolumeisgrowing,increasinglycomplexcompositionofthesludge,ifhandledimproperly,itisboundtothenaturalenvironmentcausesecondarypollution,thereareseriousenvironmentalrisks.
Thedesignrequirementsprocess300tons/dayofsludge,rawsludgefilterpressframefilterthroughexcessivemoisturecontentofabout82%ofthewetsludge.Fordomesticsludgecharacteristics,combinedwiththesuccessfulexperienceofforeignprocessingsludgeandmaturetechnologyofdomesticsewagesludge,wedecidedtouseafterthefirstdryingandincinerationprocess.Theprocesstechnologyismature,stable,energy-saving,smallfootprint,highefficiency.Thebasicprocessis:
storageroom→dryer→brickmachine→Incinerator→slag,coalashrecycling.
ThemainequipmentusedinthisdesignareФ3.2×28mRotaryDryer,AB-200typeincinerator,QTY8-15blockmakingmachine,ppw64-7pulsebagfilter,Ф1.5×16mdesulfurizationtower,LXT-5activatedcarbonadsorptiontower.Thetotalinvestmentof13.05millionyuan,thetotalannualoperatingcostsof12.6434millionyuan.
Keywords：
sludgemummificationincinerationrecycle
1概述
1.1设计名称
300吨/天城市生活污泥干化及焚烧处理工艺设计
1.2设计要求
某城市生活污泥处理中心建设内容为：
（1）一套生活污泥烘干系统，用于对进厂生活污泥进行干化，处理能力为300吨/天（原污泥为经过板框压滤机压滤过的含水率约82%的湿污泥）；
（2）一套制砖设备，用于将干化后的生活污泥制成砖状；
（3）一套污泥焚烧及废气处理系统，用于处理干化后的生活污泥（干污泥含水率约20%）。
选择合适的工艺流程，计算主要参数，选定主要设备的型号及处理能力，并绘出总平面布置图、工艺流程图，对辅助构筑物进行布置和设计，给出整个工程的投资概算。
1.3处理处置的一般要求
（1）污泥处理、处置应实施全过程管理，并体现“减量、稳定、无害”的原则，在坚持“环保、安全”的原则下，实现污泥的利用，回收污泥的有用物质。
（2）污泥处理工艺应优先选择污泥源头减少、污泥稳定化和能源回收等污泥处理工艺，减轻末端污泥处置的承载，缓解污泥在处理和处置过程所带来的环境污染问题。
（3）污泥处理和处置技术的选择遵循因地而议的原则，应首先根据生活污泥的实际情况、消除途径和消除能力，确定最适合的污泥最终处置或综合利用方式，然后经严格的技术经济论证和环境影响评价，选用合理的处理、处置工艺。
（4）应依据环境要求，对污泥进行区域性规划和专项规划，合理确定污泥处理和处置设施的布局和设计规模，确保污泥的最终安全处置。
（5）污泥应以最终安全处置为目标，限制性填埋和农业利用。
在土地资源紧张且经济较为发达的地区，可选用干化、焚烧技术，污泥焚烧灰渣应考虑综合利用[1]。
2
设计背景
随着经济发展迅速，生活废水处理力度在不断增强，废水处理厂投入运行后，每天产生大量生活污泥，而且生活废水统一处置后，污泥越来越多，组成更加复杂。
通常的处理方法是用机械压滤降低污泥的含水率到80％以下后外送，通过填埋、和倾倒的方法作最终处置。
这样的处理方法会对自然环境造成二次污染。
2.1国内外污泥处理处置现状
发达国家对污泥处理、处置的装备在20世纪60年代就已达到很高水平。
外国处理的方法是浓缩、干化、再利用、填埋及焚烧等。
由于各国实际情况不同，选择的方法各有利弊。
在美国污泥用于土地逐渐占据主导。
日本63%污泥焚烧，22%土地利用，5%填埋，其它约10%；卢森堡和法国主要以农业利用为主，爱尔兰污泥农用的比例还会更高，而法国和荷兰想要增加焚烧量。
英国北部，污泥中有大量重金属且有大量有毒成分，因此50%焚烧，而英国的其它城市则以土地利用为主。
我国污泥处理方面很落后。
到2011年底，全国已拥有和在建城镇污水处理厂4495座，处理能力1.65亿m3/d。
我国每天产生湿污泥16.5万吨。
目前，我国污泥处理方法中，陆地填埋约占31%、用于土地约占44.8%、陆地填埋约占31%、其它处置方式约10.5%、不处置约13.7%，80%的污泥没有得到相应完善的处理，污泥的二次污染成为环境问题[2-4]。
我国污泥处理效率率低，设备落后。
看重废水处理，轻视污泥处理的现象。
很多地方不重视污。
污泥方面投资很少，只占污水处理厂总投资的10%-20%，而发达国家污泥处理建设要占总投资的65%以上[5]。
2.2项目意义
由于生活污泥中含有很多污染物质，如病原菌，有机污染物及臭气等。
如不进行无害处理，就会对周边环境，及周边人民的生产生活造成巨大影响。
人民群众环保可持续发展意识逐渐提高，广大人民群众大力要求治理污泥。
因此，对生活污泥进行无害处置具有重要意义。
本项目投运后可解决生活污泥问题，并真正做到污泥减量、稳定、无害、资源处置。
2.3生活污泥的特点
生活废水污泥包括有机污泥和无机污泥。
有机污泥主要是有机物。
有机污泥有机物含量高，易腐化便于输送。
无机污泥主要是无机物，是化学处理产生的污泥。
无机污泥相对密度大，不易用输送。
生活污水处理后，产生0．3％-0．5％的污泥。
处理1千吨废水产生3.5m，污泥经脱水成约0．6m3干泥。
。
2.4生活污泥适用处理方法
从生活废水的处理技术上说，由于污泥产生的方式不同，性质也就不同，处理方法的繁琐成度不同，成本也不同。
目前适合应用于生活废水污泥处理方法主要有：
2.4.1生活污泥稳定化方法
生活污泥含有很多有机物，因此在处理之前先要调整性质，以便后序工艺实施。
可以使用的方法有厌氧消化和好氧消化等。
（1）厌氧消化
污泥厌氧消化在生活污泥处理上应用的主要是为了降解使高分子物质。
可以改良污泥性质。
厌氧消化常用中温和高温，中温厌氧消化时间为20天。
有机物理论降解率为83％．30d的有机物理论降解率为88％。
但考虑到短流、投加方式、有毒物质等，实际降解率远低于理论降解率．一般仅为理论值得60％左右。
因此在实际处理过程中认为当有机物的降解率达N40％～50％时．或者消化后污泥中有机酸含量小于300mg／L时．则可认为消化后的污泥达到达稳定。
厌氧消化主要产物是一氧化碳：
与C等的混合气体俗称沼气。
含有60%甲烷．降解每千克COD产生标准状况下甲烷0.35m3．生活废水污泥中COD过万．经过处理生活污泥获得的CH。
（2）好氧消化
污泥好氧消化分为两种．湿法和固态法。
湿式好氧消化耗能高，而固态好氧消化较为繁琐。
湿式好氧消化是直接将空气通入污泥让微生物降解。
固态好氧发酵也叫“好氧堆肥”，通过污泥微生物进行发酵。
在脱水污泥中加入调理剂和膨松剂，使微生物群落对有机物进行氧化分解。
2.4.2生活污泥的无害化方法
污泥无害化是一个非常宽泛的概念。
污泥无害化处理包括在稳定处理之中。
如厌氧和好氧消化不仅降解有机物外，还可以减少病原体的数量。
脱水前的调理，在污泥固态好氧发酵中．通过腐质酸钝化重金属的危害。
2.4.3生活污泥的最终处置
（1）生活污泥干化和焚烧
热干化是利用热能将污泥干化。
污泥干化后呈颗粒状，体积仅为原来的l／5～l/4。
含水率降低很多，利于储藏和运输。
热干化过程的高温灭菌作用很明显，全面改善污泥性能全面改善。
干化处理技术耗能高，成本高。
如果厌氧消化产生的沼气能够充分利用，可以考虑使用沼气来干化污泥，实现以废治废。
污泥焚烧的优点是可以最大程度地减量化。
既为解决污泥创造了条件，又充分消耗污泥的能源。
缺点是成本高和产生污染废气和辐射。
（2）生活污泥填埋处理
生活污泥要进行填埋处理。
污泥必需满足填埋场对其的要求．关键在于污泥脱水前的调理方法和脱水机的选择。
目前国内常用的生活污泥调理方法主要是化学方法。
在需要脱水的生活污泥中加入化学药剂。
投加的化学药剂有无机药剂和有机药剂两类。
生活污泥在调理过程中除使用无机化学药剂外，还常常有必要用石灰来调节硬度。
然后污泥要再进行脱水处理。
常用的脱水方法有自然干化脱水和机械脱水。
自然干化需要较大的土地面积，实用性差。
目前常用的是机械脱水，主要分为两类：
一类是过滤式的脱水机械，分为负压过滤机械。
污泥过滤脱水是依靠过滤介质使水分强制通过过滤介质达到脱水：
第二类是产生人工力场的脱水机械离心式脱水机。
脱水之后的生活污泥含有大量的重金属离子以及其他化学药剂，所以并不适合于农业或者土地利用。
3工艺流程及说明
本项目使用的生活污泥处理装置主要由干化、焚烧以及烟气处理三部分工艺组成
生活污泥运进厂，含水率约为82%，首先投入烘干机烘干水分。
烘干机采用高温烟气蒸发生活污泥水分，高温烟气来自燃煤燃烧室，烟气进入烘干机内的温度为300～900℃，当污泥水分含量降至约20%，由皮带输送至制砖机制砖，再送入焚烧炉内。
燃烧炉燃煤产生的煤渣和烘干机布袋除尘器收集的粉煤灰及粉尘主要成分是轻质的硅酸盐类无机物，不属于危险废物，可以用作建筑辅材使用，直接送水泥厂作为水泥生产的辅料使用。
烘干机出口烟气与焚烧炉尾气集中处理，烟气中含有大量的粉尘和少量的SO2、氮氧化物、重金属，经重力沉降室、U形管冷却、布袋除尘、双碱法脱硫、活性碳吸附催化还原脱氮等处理，最后排入大气，烟气中污染物排放浓度能够达到《大气污染物排放限值》第二时段二级标准的要求。
重力沉降室和布袋除尘器收集的集尘灰回用于制砖机器，进行焚烧，不外排。
工艺流程见图4.1
能量
烟囱
固液混合
烟气
活性炭吸附还原
双碱法脱硫
布袋除尘
U型冷却器
重力沉降室
生活污泥
制砖机
焚烧炉
烘干机
燃烧室
图4.1工艺流程图
4设计内容
4.1厂址
4.1.1总图布置
在作平面布置时，结合地形，确定它们在厂区内平面的位置，对此，应考虑：
（1）功能分区明确且相对独立。
（2）构筑物布置尽量紧凑，减少占地面积，并便于管理。
（3）考虑近、远期结合，便于分期建设。
（4）各个构筑物布置避免管线迂回。
（5）变配电间布置在既靠近污水厂进线，又靠近用电负荷大的构筑物处，以节省能耗。
（6）建筑物尽可能布置为南北朝向。
（7）厂区绿化面积不小于30％。
（8）交通顺畅，使施工、管理方便。
4.1.2厂区道路和运输
为便于交通运输和设备的安装、维护，厂区内主要道路宽为8米和6米，次要道路为3～4米，道路转弯半径均在6米以上。
道路布置成网格状的交通网络。
每个构筑物周边均设有道路。
路面采用混凝土结构。
4.1.3结构设计
生活办公综合楼设在厂区西北角，同时也在大门口旁边，车库设在综合楼对面，方便上下班，综合楼前设有休息庭院。
综合楼一楼为办公楼，有办公室、化验室、蓄物室。
二楼设有员工宿舍、饭堂、悠闲娱乐室。
三楼为天台。
水处理建筑物靠厂区西部自西向东依次排开，污泥处理系统位于厂区的中北部，为改善生活区环境在厂西区另设大门，以便污泥处理生成物外运。
4.1.4厂区道路、大门、围墙
厂区大门先设三个，两个在北边，一个在西边，采用遥控开门方式并设传达室。
厂区四周建设2m高砖砌墙，并附有栅栏减少砖砌量。
4.2干化工艺
干化工艺的选择和设计应考虑降低污泥蒸发热耗和电耗，综合
选择干化产品含固率、干化热源和介质、循环气体量和温度，根据实际情况配备循环气体净化和余热回收。
4.2.1干化过程
干化就是在单位时间里将一定热能传给物料中的湿分，湿分受热汽化与物料分离，失去湿分的物料与汽化的湿分被分别收集起来。
从设备角度来描述这一过程，包括上料、干化、气固分离、粉尘收集、湿分冷凝、固体输送和储存等。
如果因物料的性质（粘度、含水率等）可能造成干化工艺的不稳定性的，则要采用部分干化后产品与湿物料混合的工艺。
此时，在上料之前和固体输送之后应相应增加输送、储存、分离、粉碎、筛分、提升、混合、上料等设备。
4.2.2加热方式
污泥干化分为直接干化和间接干化
干化是靠热量来完成的，热量是燃烧产生的。
燃烧产生的热量存在于烟气中，热量的利用形式有两类：
（1）直接利用：
直接引入高温烟道气，与湿物料的直接接触进行热量交换。
这种做法热利用效率高，但是如果被干化的物料具有污染性，也将带来排放问题。
（2）间接利用：
将高温烟气的热量通过热交换器传给某种介质，与被干化的物料没有直接接触。
存在一定的热损失。
，直接或间接加热具有不同的热效率损失，也具有不同的影响，是进行项目环评和经济性考察的重要内容。
直接加热形式中热源烟气直接成为介质，其热效率接近燃烧效率本身。
其余加热形式均是通过换热设备将热传给某种介质的间接加热。
烟气可以通过热交换器将热量传给空气，然后空气作为换热介质与湿物料进行接触。
4.2.3污泥干化的热源
干化的成本在于热能，降低成本的关键在于寻找合理的热源。
干化工艺加热方式不同，可利用的能源有一定区别，间接加热方式可以使用所有的能源。
直接加热方式则因能源种类不同，受到限制。
按照能源的成本，从低到高，分列如下：
（1）烟气：
来自大型生活、环保基础设施的废热烟气是零成本能源，是热干化的最佳能源。
（2）燃煤：
廉价的能源，以烟气加热导热油或蒸汽，可以获得较高的经济可行性。
（3）热干气：
来自化工企业的废能。
（4）沼气：
可直接燃烧供热，价格便宜，但供应不稳定。
（5）蒸汽：
清洁，较经济，可以直接利用，但是将降低系统效率，提高折旧比率。
可以考虑部分利用。
（6）燃油：
很经济，直接加热利用或者以烟气加热导热油或蒸汽。
（7）天然气：
清洁能源，但是价格最高，以烟气加热导热油或蒸汽，或直接加热利用。
所有的干化系统都可以利用废热烟气来进行。
间接干化系统通过导热油进行
换热，对烟气无要求；直接干化系统烟气与污泥直接接触，对烟气的质量有一定要求。
4.2.4污泥干化的系统组成：
一般来说，干化工艺需要配置以下设施，但根据工艺可能有变化：
（1）冷却水循环系统：
用于干泥产品的冷却等
（2）冷凝水处理系统：
工艺气体及其所含杂质的洗涤等；
（3）工艺水系统：
用于安全系统的自来水
（4）电力系统：
整个系统的供电
（5）压缩空气系统：
气动阀门的控制
（6）氮气储备系统：
干泥料仓以及工艺回路的惰性化；
（7）除臭系统：
工艺回路的不可凝气体的处理
（8）制冷系统：
导热油热量撤除
（9）消防系统：
为整厂配备的灭火系统和安全区
4.2.5干化设备
市场上的污泥干燥设备：
三通回转圆通干燥机、间接加热回转圆通干燥机、带粉碎装置的回转圆通干燥机盘式干燥机等。
（1）三通式回转圆通干燥机
三通式回转圆通干燥机的结构图见图5-1a、图5-1b：
图5.1a三通式回转圆通干燥机结构图
图5.1b三通式回转圆通干燥机
普通的回转圆通干燥机只能干燥颗粒状的物料。
所以湿污泥要与干污泥混合，产生含水为40%左右的半干污泥，然后再进入三通式回转圆通干燥机。
因此，此系统需要混合机，粉碎机和筛分机，投资很大。
其运行参数为：
热空气进口温度650度；热空气出口温度100度；蒸发每磅水需1600BTU的热量，折合每公斤水需8170KJ的热量[7]。
（2）普通回转圆通干燥机
普通回转圆通干燥机与三通式相似，只是能耗稍高。
主体是略带倾斜并能回转的圆筒体。
湿物料从左端上部加入与通过筒内的热风或加热壁面进行干燥。
在干燥过程中从较高向较低移动。
热载体一般为热空气。
如果热载体直接与物料接触，通常用旋风除尘器将气体中挟带的细粒物料收集，废空气则经旋风除尘器后排放。
回转圆筒干燥器通常用来处理大量物料。
处理能力大操作弹性大。
回转圆筒干燥器适用于颗粒状物料，也可用部分掺入干物料的办法干燥粘性膏状物料，并已成功地用于溶液物料的造粒干燥中。
回转圆筒干燥机是略带倾斜并能回转的圆筒体。
筒体内壁上装有抄板，增大物料的热接触表面，以提高干燥速率并促使物料向前移动。
图5.2回转圆筒干燥机
（3）间接加热式回转圆通干燥机
间接加热式回转圆通干燥机的工艺流程也与三通式类似。
采用间接加热式回转圆通干燥机，造粒后的污泥的表面仍然较粘，没有掉落，导致超温。
当通入空气时氧含量较高，从而引起爆炸。
（4）带粉碎装置的回转圆通干燥机
带粉碎装置的回转圆筒干燥机可直接干燥湿污泥。
但是湿污泥的干燥，水分只能到30%到40%。
如果到10%以下水分，要两级干燥。
如果污泥用于焚烧，30%到40%已经足够。
由于直接干燥湿污泥，因此可用较高的进口温度。
污泥干燥时其进口温度达850度以上。
所以热能消耗比上述的所有回转圆筒干燥机都低，每公斤水需7659KJ的热量。
（5）带式干燥机
操作灵活，湿物进料，干燥过程完全密封。
物料由加料器均匀地铺在网带上，由传动装置拖动在干燥机内移动。
干燥机每一部分热风独立循环，废气由调节阀操控。
网带缓慢移动，干燥后的成品连续落入收料器中。
（6）浆叶式干燥机
空心桨叶干燥机包括W形壳体和两根空心桨叶轴及传动装置。
干燥水分所需的热量由带有夹套的W形槽的内壁和中空叶片壁传导。
是一种连续传导加热干燥机。
介质为蒸汽。
物料由加料口加入，在两根空心桨叶轴内的搅拌作用下被干燥的物料由出料口排出。
浆叶式干燥机需要由蒸汽或导热油提供热量。
在干燥后，需要进行造粒。
（7）盘式干燥机
能源用天然气，用热油炉加热导热油，然后通过导热油在干燥器圆盘。
热油炉之间的循环，将热量间接传递给污泥。
污泥涂层机为盘式工艺的重要机器，循环的干燥污泥颗粒被涂覆上一层薄的湿污泥，均匀的散在顶层圆盘上。
干燥后的颗粒进入分离料斗。
排气风机将气体抽出，送人热油锅炉中，高温焚烧，彻底除去气味后排放。
盘式干燥机的结构与浆叶式干燥机相似。
也需要由蒸汽或导热油提供热量。
但是盘式干燥机的传热效果最差的，因为盘式干燥机的体积庞大，造价高。
（8）流化床干燥工艺
工艺的热能采用蒸汽，通过换热器将热量间接传递给污泥。
污泥送人流化床干燥器，通过激烈的流态化运动形成均匀的污泥颗粒被收集。
除尘后的气体中含有大量的气态水，需要经过污水厂出水冷却回收进人鼓风机。
进料量的波动或进料水分的浮动，蒸发率发生变化。
根据污泥的特性和污泥的含水率，污泥的进料量有所变化。
为保证安全，料仓同时被惰性气体化。
干化系统中产生的少量废气被送人生物过滤器，经生物除臭处理后排人大气[8]。
4.2.6选型计算
本项目要求湿污泥在干燥机中干燥至水分含量为20%，干燥机的选型按上述干燥率进行选择，选择燃煤烟气作为热介质，选用回转式干燥机，干化后送到焚烧炉。
并有燃烧系统，以提供干燥烟气。
回转式烘干机的生产流程如图，主要设备烘干机燃烧室，输送带与烟气处理装备等。
污泥送至喂料端，进入烘干机。
从低端落入出料罩.而热气体由燃烧室进入烘干机筒体,与物料进行热交换,气体温度下降.废气经处理后由烟囱8排至大气[9]。
.
图5.3回转烘干机流程示意图
1-料仓2-皮带输送机3-燃烧室4-鼓风机
5-烘干机6-除尘器7-烟囱
目前我国常用的几种规格的烘干机及设备参数如下表所示
表5.1几种规格的烘干机设备参数
表5.2回转烘干机的操作控制参数
干燥物料的种类
石灰石
矿渣
粘土
烟煤
无烟煤
进烘干机热气温度（℃）
800-1000
700-800
600-800
400—70
500-700
出烘干机废气温度（℃）
100-150
100-150
80-110
90-120
90-120
出烘干机物料温度（℃）
100-120
80-100
80-100
60-90
60-90
烘干机出口气体流速（m/s）
1.5-3.0
1.5-3.0
1.5-3.0
1.5-3.0
1.5-3.0
根据工艺要求：
初水分82%，终水份20%，一天作业24小时处理原料300吨，经计算出成品料54吨，待处理水分246吨，即：
每小时处理水分为10.0吨。
污泥在700℃进气温度时在烘干机内的蒸发强度为60kg/（m3。
h），即当进气温度为700度时，烘干机内每1立方米的有效容积1小时能蒸发出60kg的水分（物料不同，进气温度不同，蒸发强度不同，污泥在700℃进气温度下蒸发强度约60kg/m3。
h），故处理10.25吨/h水分所需要的有效烘干容积为10250kg/h÷60kg/（m3。
h）＝170.833m3，考虑到污泥干湿度不稳定、进气温度不易精确控制、装填物料时装填量不均匀等外在因素，烘干机选型应留20％生产余地，即170.833m3×1.2＝205m3。
经计算Ф3.2×28米烘干机有效烘干机容积为：
225m3，故日处理300吨污泥的烘干机选型为Ф3.2×28米回转式烘干机。
常压下1kg水蒸发需要吸热2675.9KJ，
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