桃浦廠污泥焚燒處置技術

摘 要：本文闡明了脫水污泥具有一定的熱值，在按一定的比例混合煤粉提高其整體熱值后，可投入流化床焚燒爐進行焚燒。可實現污泥減容90%以上，并徹底殺滅病菌、病原體，氧化分解有毒有害物質，真正達到污泥的無害化處置。

關鍵詞：污泥 焚燒 流化床 無害化處置

中圖分類號：X7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0055-03

Taopu sludge incineration disposal technology

Jiang Rui

（Shanghai city sewage treatment Co. Ltd. Taopu sewage treatment plant of，Shanghai，200331，China）

Abstract：This paper expounds dewatered sludge has certain calorific value，in accordance with a certain proportion of pulverized coal mixed improve their overall caloric value， join the fluidized bed incinerator for burning.Sludge volume reduction can be realized more than 90 per cent，and thoroughly to kill bacteria， pathogens， and oxidation of toxic and hazardous substances，really harmless sludge disposal.

Key Words：Sludge；Incineration；Fluidized Bed；sludge disposal

1 桃浦廠焚燒爐概況

桃浦污水處理廠的污泥焚燒裝置為Tampella Power公司生產的工業焚燒爐，采用流化床沸騰爐形式，設計處理能力22%含固率的污泥40 t，流化床入口含固率32%。主燃料采用重油。建成后試運行時發現系統存在多處嚴重缺陷，故障頻繁，不能連續正常運行，系統中用于加熱重油的燃煤鍋爐被列為環保禁用設備，未達到竣工驗收要求。此后系統處于停運狀態。為使該系統達到環保和運行要求，使污泥焚燒爐可以正常運行，實現投資建設目標，于2002年由浙江大學設計、中達公司施工對焚燒爐實施局部技改，2007年改造完成，投入運行階段。

2 污泥焚燒系統介紹

桃浦污水處理廠焚燒爐改造后，污泥設計處理量為日處理含水率為80%的脫水污泥48 t，采用污泥和煤粉按一定比例混合投入流化床進行焚燒，產生的灰渣顆粒大的成為床料維持流化床的正常流化，顆粒小的被吹出燃燒室，由旋風除塵器收集。而燃燒產生的大量高溫煙氣，流經旋風除塵器除塵、空氣預熱器熱交換、文丘里和洗滌塔噴淋除塵降溫后，由引風機排至煙囪進入大氣（見圖1）。

2.1 流化床沸騰爐

作為污泥處置的主要方法，焚燒處置具有減量化、無害化和資源化的顯著優點，污泥焚燒后剩余灰的體積只有機械脫水污泥體積的10%，焚燒過程中所有的病菌、病原體均被徹底殺滅，有毒有害物質被徹底氧化分解，重金屬的穩定性大大提高。而流化床作為污泥焚燒的主流爐型在近40年來作為一種新型清潔高效的焚燒技術得到了迅速發展。

流化床燃燒是床料在流化狀態下進行的一種燃燒，在桃浦廠污泥流化床焚燒系統中，污泥和煤粉按一定比例均勻混合送入循環流化床密相區進行燃燒，其中許多細顆粒物料將進入稀相區繼續燃燒，并有部分隨煙氣飛出爐膛，后由煙氣除塵系統回收。燃料的燃燒過程、脫硫過程、NOχ和N2O的生成及分解過程主要在流化床內完成。流化床內布置有受熱面，它完成大約50%燃料釋熱量的傳遞過程，既是個燃燒設備，也是一個熱交換器、脫硫、脫氮裝置，集流化過程、燃燒傳熱與脫硫、脫硝反應于一體。具有以下幾點。

2.1.1 燃燒效率高

流化床焚燒爐熱效率可達95%，效率高的主要原因是物料燃盡率高。物料燃盡率分三種情況分析：較小的顆粒（<0.04 mm）隨煙氣一起流動，在飛出爐膛前就完全燃盡了，在爐膛高度有效范圍內，它們的燃燒時間是足夠的；對于較大一些的顆粒（>0.06 mm），其終端速度高，只有當通過燃燒或相互摩擦而碎裂，其直徑減小時才能隨煙氣逸出，較大的顆粒則停留在燃燒室內燃燒；給顆粒燃盡提供了足夠時間，實測數據表明，焚燒爐爐渣的可燃物僅有1%。

2.1.2 氮氧化物（NOχ）排放低

氮氧化物排放低是流化床焚燒爐一個非常吸引人的特點，流化床焚燒爐的NOχ排放范圍在50～150 ppm或40～120 mg/MJ。其主要原因是低溫燃燒，燃燒溫度一般控制在850 ℃～950 ℃左右，此時空氣中的氮一般不會生成NOχ。

2.1.3 燃燒強度高，爐膛截面積小

爐膛單位截面積的熱負荷高是流化床焚燒爐的主要優點之一。流化床焚燒爐的截面熱負荷約為1～3 MW/m2，接近于煤粉爐。

2.1.4 符合調節范圍大調節速度快

當負荷變化時，只需要調節給泥量、空氣量就可，符合調節比可達3∶1。此外，由于截面風速高和吸熱控制容易，流化床焚燒爐的負荷調節速率也很快，一般可達每分鐘4%～5%。

2.2 旋風除塵器

在桃浦廠焚燒爐技改前，污泥焚燒系統中未安裝旋風除塵器。實際運行時污泥焚燒爐出口煙氣中夾帶粉塵含量為151.70kg/h，帶有大量粉塵的高速煙氣流，直接與鋼結構發生磨擦，使文丘里換熱器夾套經常磨破，引起蒸汽倒灌，降低了爐溫，甚至使風管預熱段管壁被灰砂磨損打穿，流化風管大量進水，造成燃燒室進水，流化床塌陷而癱瘓。本次技改在焚燒爐出口處設置了高溫旋風分離器，采用耐高溫澆筑材料作為保護層，設計溫度850 ℃，煙氣量8500 Nm3/h，分離器效率達80%～98%，能很好的避免了煙氣的沖刷磨損。經長期運行表明，旋風分離器分離效果顯著，夾套磨破現象沒有出現。

2.3 煙氣凈化系統

煙氣凈化系統作為污泥焚燒爐的最后一道工序，組要由文丘里噴淋塔，洗滌塔組成，起到去除煙道氣中的粉塵和有毒有害氣體的作用。

2.3.1 文丘里噴淋塔

文丘里噴淋塔是除塵器的一種。由文式管和與其相連的除塵器兩部分組成。由于文式管的特點，煙道氣進入文式管后，在漸縮管中以很大速度（約60～100 m/s）通過文式管喉管，同時由于在喉管前方噴霧，氣流間進行劇烈的質量變換，空氣中不易被水洗滌下來的小塵粒，則在通過喉管過程中，成為水滴凝集中心，變為較大粒子而被捕集。其后進入漸擴管時，因逐漸減速，使其在除塵器部分沉降。其除下的最小塵粒粒徑可達 0.2μm，平均除塵效率為95%～99%，除塵效果好，但耗費的動力及用水量大，為了節省水源就配套建造一座采用異重流式沉灰池，主要將文丘里底部出口的9.85 L/s，灰水混合物和灰溝沖灰水0.44 L/s先期進入3 m×10 m的沉灰池進一步降低灰水混合物的濃度，將粒徑大于0.02～0.05 mm的顆粒加以捕集，極大地降低文丘里水泵的磨耗。

2.3.2 洗滌塔噴淋除塵

洗滌塔設有上下噴淋泵，以消耗大量的水對煙道氣進行強制降溫除塵，其效果優于一般的布袋除塵器，每立方煙道氣顆粒物排放量僅101 mg/m3達到國家排放標準。其缺點在于耗費大量的噴淋水，但對于污水處理廠來說，水絕對不是什么大問題。桃浦廠焚燒爐就采用的是中水回用系統，將處理好的中水用于噴淋塔噴淋，然后將噴淋后的水經過澄清池沉淀后送回集水井，中間不產生任何二次污染，節約了資源降低了成本。

3 污泥流化床焚燒工藝

桃浦污水處理廠的污泥經污泥脫水系統處理后，和煤粉按一定比例混合后由皮帶輸送機送至爐頂再由污泥加料系統由爐頂加入爐內。污泥在下落的過程中碰到高溫的煙氣蒸發掉大量水分，在和煤中的固定碳在密相區燃燒，而揮發份大部分在稀相區燃燒。燃燒中產生的爐渣經排渣管由爐底側面排出。隨煙氣飛離的細小顆粒則由旋風分離器和煙氣洗滌系統去除。

以下給出的是桃浦廠焚燒爐工藝運行的一些具體參數以供參考（見表1）。

焚燒爐正常運行時焚燒溫度應控制在850 ℃，因為焚燒溫度控制在850 ℃左右時，可以減少二惡英的產生。二惡英式由二個苯環通過二個氧原子連接而生成的芳香烴族化合物PCDD，熔點較高，難溶于水易溶于脂肪，通常認為燃燒含氯和金屬的有機物是產生PCDD的主要原因，目前對其生成的機理還不完全清楚，焚燒過程中溫度在250 ℃～650 ℃之間時會產生PCDD，而且在300 ℃時生成量最大。流化床焚燒爐床料處于高溫繼熱狀態，熱容量大，且固體物料之間混合迅速、充分，因此污泥投入流化床焚燒爐后被迅速加熱升溫至床層溫度（850 ℃），著火過程十分短暫，在流化床中，固體物料與流化空氣之間的傳熱傳質過程十分激烈，氧氣能迅速擴散到固體物料表面，確保污泥在氧含量充足的條件下迅速燃燒，PCDD的生成料就極其有限了。

4 焚燒爐運行經驗

桃浦廠焚燒爐一年運行300 d，停爐檢修65 d，平均連續運行25 d，后用5 d對焚燒爐周邊設備進行維護保養，焚燒爐排渣，澄清池清池等工作。焚燒爐運行兩班制，早晨7點開爐用清油點火升溫至550 ℃用時約一個小時，再投煤將爐溫升至850 ℃后上1∶3的煤泥混和物正式運行，晚上10點停爐進行封爐保溫，平均日處理污泥25 t。

4.1 輔助燃料問題

桃浦廠焚燒爐沒有污泥干化這道工序，焚燒的是含水率為80%的脫水污泥，所以需要按一定的比例混合煤粉進行燃燒。另外還因為桃浦廠脫水污泥為工業污泥不像一般水質凈化廠的生活污泥，其中的有機物含量比較低造成污泥的熱值低為2220 kcal/kg，這就加大了輔助燃料的消耗量。污泥和煤的混合比例是決定污泥焚燒成本高低的首要條件，而影響污泥和煤的混合比例的主要原因是煤的熱值。

我們使用過市面比較常見的幾種煤礦進行比較（見表2）。

4.2 運行中碰到的問題

4.2.1 焚燒爐石英砂結塊

經事后分析其主要原因是，焚燒爐開爐時的溫度500 ℃是假象熱容量低，在這時投煤升溫，其溫度達不到煤的燃點在，造成石英砂的板結。為防止再由此類情況發生，之后每天早晨開爐都需要輕油輔助升溫，在確定爐溫在550 ℃以上且持續上升的情況下才能投煤升溫。

4.2.2 自備水水泵故障導導致焚燒停爐分析

自備水水泵故障，洗滌塔無噴淋水，導致焚燒爐煙氣溫度偏高，停止進泥，后維修自備水，維修完畢后爐溫降至600多度，后投煤升溫，溫度仍持續下降，后停止進煤開輕油升溫，但溫度仍持續下降，在關閉燃燒器準備停爐時溫度卻持續上升，后恢復運行。

故障分析，由于自備水故障停止后煙道氣溫度升高，煙道器處理系統內充斥著大量的水蒸氣，造成爐膛內氧含量過低，之后投入的煤無法正常燃燒，溫度下降，但之后自備水修復后，洗滌塔重新噴淋將溫，煙道器溫度下降，水蒸汽減少，氧含量慢慢回升，爐膛內的煤正常燃燒，溫度恢復正常。

解決方案，在遇到自備水故障后，停止投泥，立刻修復自備水。自備水修復后，開燃燒器升溫，在爐膛內氧含量穩定后（約20 min），在投1∶1的煤泥混合物，溫度上升后恢復運行。

5 焚燒爐進一步技改設想

5.1 焚燒爐進一步技改目標

完善污泥焚燒工藝，提高自動化程度，降低運行成本，提高經濟效率。

5.2 污泥焚燒工藝完善的系統

（1）增加煙氣和煙氣洗滌噴淋中產生的高溫水的熱能采集、回收和利用系統，提高焚燒爐綜合效率。

（2）增加焚燒前段污泥干化處理系統，利用煙氣熱能地采集對污泥進行干化處理，使含水率80%的污泥降至到含水率小于40%的污泥，然后進行輸送焚燒，提高污泥熱值，降低運行成本。

（3）更新污泥輸送系統，提高自動化控制程度，分離污泥和煤輸送，確保焚燒爐運行可靠性、穩定性和安全性。

（4）分離污泥和煤粉投入口，將給煤點設在爐前，避免了焚燒爐爐膛溫度滯后變化，利于爐膛溫度的控制。同時大大地降低煤粉損耗。

（5）更換污泥給料機投料量，使污泥給料機投泥量達到50 t/d負荷的能力，提高污泥日處理量，降低單位污泥燃料耗量。

（6）增加灰砂收集、輸送系統，減少勞動強度，降低焚燒成本。

（7）提高粉煤和煤粉輸送、灰砂收集和輸送、污泥和煤投入等系統自動化控制程度。

采取這些措施后能使污泥焚燒工藝集污泥干化處理、粉煤和煤粉輸送、污泥輸送、污泥焚燒、煙氣和煙氣洗滌噴淋中產生的高溫水的熱能采集、回收和利用、煙氣噴淋洗滌酸堿中和、灰砂收集和輸送等系統于一體，具有自動化控制程度較高的、焚燒工藝完善、日處理達到50 t/d的焚燒系統，能大幅度降低運行成本，顯著提高經濟效率，能使焚燒爐的運行達到可靠、經濟、安全運行。

參考文獻

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