城市污水污泥新型干燥焚烧一体化装备开发与应用研究.docx

1、城市污水污泥新型干燥焚烧一体化装备开发与应用研究城市污水污泥新型干化一焚烧示范工程研究王凯军I俞金海1俞其林2(1北京市环境保护科学研究院，2浙江环兴机械有效公司)摘要:本文首次探讨了将新型喷雾干燥与回转式焚烧炉相集成的污泥干化焚烧技术路线，并对开发 出的新型集成装备进行了示范工程硏究。硏究结果表明,新型干化焚烧技术及其装备具有热能综合 利用效率高(80% 安全性好、投资和运行成本省(单位投资成本为10.8万元/t(80%WS),单 位运行成本为94.64元/t(80%WS)等特点，而且，经合适的烟气净化技术处理，大气污染物排 放远低于生活垃圾焚烧污染控制标准(GB18485-2001)设定的

2、排放限值要求。关犍词:干化焚烧,雾化干燥，回转式焚烧炉,烟气净化，二恶英和咲喃1、国内外研究和应用现状目前，国际上常用的污泥处置技术为土地利用、填埋和焚烧等“】，由于土地资源紧张，以及 其它环境污染问题,特别是在大城市,污泥土地利用和填埋比例逐渐下降，而焚烧比例上升,并逐 渐成为发达国家主要的污泥处置手段之一孔干化焚烧在欧美等发达国家已成为成熟的工艺技术【3 %我国在该领域通过大量实践，但主要还停留在污泥干化焚烧原理的探讨方面【7 ,对专用设 备的开发和硏制及应用等均还处于发展阶段。因此，有必要在吸收国外先进技术和经验的基础之上， 硏究和开发出适合我国国情的技术含量高、经济性能好、高效安全的干

3、化焚烧技术和工艺设备。污泥干化焚烧技术是多学科技术应用相互交叉融合的技术领域，需要精确控制的复杂系统。例如,在干化焚烧装置运行中,由于始终处于高温、高粉尘和负压状态,除焚烧工艺外,会引起大 量的能源消耗、系统安全性g和排放问题,从而使干化焚烧工艺的运行和控制变得十分复杂。为此,本硏究提出采用以雾化干燥技术进行污泥干燥，成熟的回转式焚烧炉进行焚烧的技术路 线。为控制烟气污染,采用旋风分离器+生物除臭喷淋洗涤塔为烟气净化系统,形成一整套污泥干 化焚烧集成系统,并进行了 60吨/d规模的示范工程硏究。2、工艺流程与试验装置21试验装置示范工程试验的主要装置数量和尺寸见表1。表1主要设备清单序号主要设

4、备名称数量尺寸1新型喷雾干燥器1PxH = 3.5mx37m2回转式焚烧炉1xH二1.7 x 9.0m（筒身），内径1.0m，倾角2度3热风炉14二燃室16xl.85x2.0m5旋风除尘器10)1320x 5727mm6生物除臭喷淋洗涤塔2(P5.0x5.0m2.2工艺流程2006年7月.北京市坏境保护科学硏究院和浙江坏兴机械有限公司在杭州市萧山区临浦工业园区建成了一座日处理能力为60m3/d（80%WS）污泥喷雾干噪回转窑焚烧工艺的示范工程采用 萧山污水处理厂的脱水污泥。其工艺流程如图lo脱水污泥含水率80 %图1试验系统工艺流程和组成脱水污泥经预处理系统处理后，通过高压泵入喷雾干燥塔顶部（

5、图2）,经过充分的热交换，污 泥得到干化,干化后产生的含水率为2030%的干燥塔污泥从干燥塔底直接进入回转式焚烧炉（图 3）焚烧,产生的高温烟气从喷雾干燥系统顶部导入,排出的尾气分别经过旋风分离器、喷淋塔和生 物填料除臭喷淋塔处理后，经烟囱排放。图3示范工程采用的回转式焚烧炉图2示范工程采用的新型喷雾干燥系统23特点采用新型喷雾干燥系统，由于系统结构较为简单，投资成本仅为流化床干化系统的30 40%。 利用焚烧高温烟气直接对雾化污泥进行直接干燥，避免了复杂换热器热损失，干燥器高温烟气进口 温度高（400C ）,废气排放温度低（7080C ）,因此热效率高（75% ）。采取一些热能循环利 用措施

6、后,其热利用效率可以提高到80%以上。雾化干燥的难点是脱水污泥能否有效雾化,工艺中采用微米级粉碎设备将含水率75-80%的脱 水污泥破碎，使污泥中的部分结合水转变为间隙水，在提高污泥流动性和均质度、利于泵输送的同 时,能够最大程度的有效雾化,与焚烧炉高温烟气直接接触,不仅使干燥速度最大化,而且使经气 固分离后得到的干化污泥的松密度、流动性和粒径分布更为合理。为确保干化焚烧系统经济、安全、高效运行，需对干燥器逬出口温度，干燥器内温度、压力和 氧气浓度、粉尘含量和干燥程度f燃烧室内烟气温度、停留时间和湍流度等工艺参数进行优化。具 体措施如下：1） 通过调整喷嘴雾伽径，将污泥形成30 500pm的液

7、滴，在吸附并积聚焚烧烟气中颗粒物 质及重金属氧化物、减少粉尘产生量的同时，降彳氐安全隐患、减少后续尾气处理难度、节约处理成 本，并使干燥污泥的粒度分布在60-1200 ,利于焚烧。2） 通过控制雾化干燥器的进、出口温度,采用轻型材料，在达到良好的保温效果且符合结构 力学要求的同时，因避免采用笨重的耐火砖材结构，而降低设备造价；3） 通过优化设备结构设计,合理设计喷雾塔塔身和回转式焚烧炉炉体，充分利用焚烧系统产 生的高温烟气所含热能干燥雾化污泥,降低出口余温,充分利用余热，使系统热能综合利用效率最 大化。同时提高反馈控制,调控污泥颗粒的干燥程度，确保安全（粉尘产生和自燃问题）、后续尾气 处理的经

8、济有效（减少）以及污泥热值的充分利用;4） 通过优化焚烧炉布风和逬料设计,合理控制焚烧炉和二燃室内烟气停留时间、燃烧温度和 湍流度,使烟气在温度850弋的停留时间2s ,可有效消减二恶英及其前驱物。同时，将进入喷 雾干燥塔的烟气温度控制在400C左右，不仅可防止二恶英及其前驱物的再生，而且在与雾化污泥 并流接触后,可使烟气中的粉尘和重金属氧化物吸附在雾化污泥中,也使酸性气体溶解在其中,并 随水蒸气进入后续烟气净化系统,使喷雾干燥塔具有烟气预处理功能,而且可有效降低后续烟气净 化设施的处理负荷和规模。将污泥喷雾干燥和回转式焚烧炉集成技术系统在国内外还没有硏究报导，本硏究创新性的提出 新的工艺技术

9、并逬行了集成。通过理论和实践,该项技术的硏究填补我国在污泥干燥焚烧集成技术 方面、设备硏制以及应用方面的空白。根据这一技术开发一个350t/d的大型的焚烧装置目前在杭 州萧山沼泽建设之中。3.监测结果与评价3.1污泥组分和热值分析本硏究采用的污泥有机物含量较低,平均在36%,这是由于萧山城市污水处理厂水质性质所 决定。在这一水质情况下，对脱水污泥和干化污泥进行了全分析结果如表2:表2污泥分析名称分析结果（）MadAadVadCRCFCadQadnetQarnetMTSad冰分）（灰分）孵发分）(1-8)（固定碳）分析基kcal应用基Kcal全水分全硫干污泥4.1852.2237.4016.22

10、31017102&93/脱水污泥6.3354.7835.2713.62174066064.50/由上表可知，在污泥含水率为64.5%和28.9%的情况下，污泥的高位热值分别为1740kcal/kg 和2310kcal/kg，低位热值分别为660kcal/k和1710kcal/kg ,表明在污泥含水率降低的情况下， 污泥的高位和低位热值均有所上升。现有硏究结果表明2】，当污泥的净热值高于3.6MJ/kg（ = 857kcal/kg）时，污泥即可维捋自持燃烧。因此，当污泥被干燥到含水率为30%以下的时候，污泥 不仅能够维捋自持燃烧,而且,可以有大量的热量富余,可以进行诸如干燥污泥等用途。3.2系统

11、消耗和能量平衡分析在污泥干化焚烧过程中,能耗（包括电耗和煤耗）是运行成本的一个重要方面,因此也是需要重 点考虑的因素。试验期间进行的监测表明，系统燃煤消耗、动力消耗、水耗、化学试剂消耗均较低, 如表3和图4。序号名称均值单位备注1电耗63kWh/t(80%WS)22.5kg/t(80%WS)344.8kg/t(80%WS)4水耗2.3mVt(80%WS)系统故热损失:327600kJ/h喷宓干燥塔水蒸发址：lS33kg/h 耗热：4766300kJ/h :烟气热损失烟气净化系统 963kJ/h脱水污泥 2500kg-h 80% WS飞灰产生呈:129.7kg/ri豐詰匚虽冈炉:燃煤 112kg

12、/h:H=5000kcabkg: 产热量：2352000kJ/hI回转式焚烧炉 干，荻址：666. 7kg/h 含水率：25% 热值：1500kcal/kg 产热蚩：4200000kJ/h 蒸发耗热址：433300kJ/l二燃室灰道产生星:283.8kgh热损失:111427kh热损失：6111kJ*h :不完全燃烧热损失：229299kJ-h图4系统能量平衡图本试验系统的电耗仅为63kWh/t(80%WS),远低于城市生活垃圾焚烧处理工程项目建设标准(2001)规定指标要求。此夕卜，系统所消耗的热值为5000kcal/kg的燃煤量仅为44.8kg/t(80%WS),通过对系统进行能量平衡分析

13、可知，系统的热能综合利用效率高达80%以上，因此具有良好的热能综合利用效率? 口节能效果。M3系统烟气监测结果分析污泥焚烧高温烟气中含有很多种污染物质，如果不进行合理的处理将会对坏境造成严重的二次 污染，因此大气污染物排放控制至今仍是焚烧厂要解决的重要问题，尤其是其中的Hg、NOxMi% 此外,国内很多学者认为二恶英也应是妨碍污泥焚烧的主要障碍之一。本试验装置烟气处理系统由 喷雾干燥塔、旋风除尘器和生物填料除臭喷淋洗涤塔组成，试验过程中,根据生活垃圾焚烧污染 控制标准(GB18485-2001 )中规定的检测项目，对排放尾气进行了检测,检测结果如表4 :表4烟气监测结果项目单位测定值标准值(G

14、B18485-2001)烟尘浓度(mg/N.m3)75.980S02(mg/N.m3)6.5260HCI(mg/N.m3)8.575Cd(mg/N.m3)0.0320.1Pb(mg/N.m3)1.4xl0-41.6Hg(mg/N.m3)0.0210.2co(mg/N.m3)74.1150NOx(mg/N.m3)265400烟气黑度林格曼黑度级11二噁英类(I-TEQ)(ng/N.m3)0.0210.0060.0121.0*本表规定的各项标准值，均以标准状态下含11%02的干烟气为参考值换算。试验结果表明,在连续运转过程中排放的各种大气污染物质经旋风除尘、喷淋塔、生物填料除 臭喷淋洗涤塔处理后均

15、远低于生活垃圾焚烧污染控制标准(GB18485冲大气污染物排放限值的 要求。烟气中CO的含量是确定焚烧是否完全的指标之一。欧盟2000/76/EC规定,除焚烧系统的启 动和停机以外,燃烧气体中CO的日均浓度不超过50mg/m3s半小时平均值不超过lOOmg/m 时，可以认为废弃物已经完全燃烧。美国EPAU为Zu】，当焚烧炉尾气中CO90%)。4、安全可靠,污染风险低：实现污泥干燥焚烧尾气高效处理和二恶英的有效控制:污泥焚烧 采用煤作为辅助燃料和污泥本身的热能燃烧产生热风，供应干燥塔，在污泥焚烧实现回转炉焚烧尾 气的零排放,同时在焚烧炉设置二燃室、干燥塔吸附和旋风除尘、活性碳吸附,彻底避免尾气的

16、烟 尘污染、臭气和可能的二英问题。参考文献：1.何品晶，顾国维，城市污泥处理与利用，北京,科学出版社,20032.李金红，何群彪，欧洲污泥处理处置概况,中国给水排水，2005年1月第21卷第1期，3.黄凌军，樫工等，欧洲污泥干化焚烧处理技术的应用与发展趋势,给水排水，2003年第29卷 第 期，19-22 ;4.杨小文，杜英豪，国外污泥干化技术进展，给水排水，2002年第28卷第2期，35 36 ;5.Klaus Stanke Dr. Jurgen Geyer,污泥干化及处置ESCHER WYSS （爰雪维斯）流化床技术在欧 洲国家的应用实例,污泥处理处置技术与装备国际硏讨会,2003-3-2

17、26.覃广海 韩洪波，污水厂污泥快速干化焚烧及制肥新工艺，污泥处理处置技术与装备国际研讨 会，2003-3-227.胡龙,何品晶等,城市污水厂污泥热干燥处理技术及其应用分析,重庆坏境科学,1999年2月，第21卷第1期，5153;8.包薇红,宋贤英,宁波市城市污水处理厂污泥处置方案探讨,坏境污染与防治,2005年6月， 第 27 卷，第 3 期,225-229;9.徐强等，污泥处理处置技术及装置，北京，化学:Dlk出版社，2003.710.李军，李媛，H.G.Hohnecke ,流化床焚烧炉污泥焚烧工艺特性硏究，坏境工程，2004年6月 第22卷第3期11李媛,流化床焚烧工艺在城市污水厂污泥处

18、理中的研究进展，坏境保护，2003 , 12 , 23-2412.陈君宏，污泥干化的安全意识及危险防范,污泥处理处置技术与装备国际研讨会，2003-3-2213.Integrated Pollution Prevention and Control Reference Document on the Best Available Techniques for Waste Incineration , August 2006。14.范俊君，孟伟等编著，固体废物坏境管理技术应用实践，北京，中国坏境科学出版社,2005年7 月第一版15.张辰,污泥处理处置技术硏究进展，北京,化学:Dlk出版社，2005.8