市政污泥干化焚燒技術(shù)分析

文_劉玉坤 管志云 上海環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究院有限公司

近年來(lái)城鎮(zhèn)化水平的加快，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥量不斷加大。目前主要的處置途徑主要是外送至熱電廠和水泥窯等協(xié)同焚燒、堆肥、填埋等。但隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，對(duì)污泥協(xié)同焚燒的煙氣污染控制標(biāo)準(zhǔn)也必將越來(lái)越嚴(yán)格，并且污泥的處置受熱電廠和水泥窯廠的市場(chǎng)影響，存在不穩(wěn)定因素，污泥的處置受到影響。為實(shí)現(xiàn)污泥處置高標(biāo)準(zhǔn)排放、連續(xù)穩(wěn)定處置，需要尋求更為穩(wěn)妥的處置方式，污泥單獨(dú)處理處置技術(shù)非常迫切。

1 污泥單獨(dú)干化焚燒

焚燒目前是污泥處置最徹底的方法，焚燒處理后的灰渣僅為原污泥體積的5%～10%，且灰渣性質(zhì)穩(wěn)定可以實(shí)現(xiàn)建材利用，但污泥直接焚燒含水量大，能耗非常嚴(yán)重，在焚燒前需要進(jìn)行干化處置，降低其含水率提高入爐污泥的熱值。

污泥單獨(dú)干化焚燒處置工藝流程如圖1所示。

圖1 污泥單獨(dú)干化焚燒工藝流程

2 污泥干化技術(shù)

污泥干化的核心目的是降低其含水率，分為全干化和半干化。全干化指干化后的含固率75%以上；而半干化是含固率在65%～75%的類(lèi)型。為確保污泥輸送的穩(wěn)定性，干化產(chǎn)物必須跨越DS的45%～60%粘滯區(qū)，否則將影響污泥穩(wěn)定可靠的輸送。

污泥干化是依靠熱量來(lái)完成的，熱量一般都是由能源燃燒產(chǎn)生的。利用形式有以下兩類(lèi)：①直接加熱：將高溫?zé)煔庵苯右敫苫鳎ㄟ^(guò)高溫?zé)煔馀c濕物料的接觸、對(duì)流進(jìn)行換熱。②間接加熱：將熱量通過(guò)熱交換器，傳給某種介質(zhì)，這些介質(zhì)可能是導(dǎo)熱油、蒸汽或者空氣。

干化工藝是一種綜合性、實(shí)驗(yàn)性和經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的污泥處理技術(shù)，其核心在于干燥器本身。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最多的干化技術(shù)主要有包括以下幾種。

2.1 攪拌式滾筒干燥機(jī)

攪拌式滾筒干燥機(jī)利用650～700℃的焚燒爐排放煙氣與污泥直接接觸干燥。干燥機(jī)為臥式轉(zhuǎn)鼓型，滾筒內(nèi)部設(shè)有攪拌軸、攪拌棒的攪拌裝置，高溫?zé)煔庠趫A筒內(nèi)攪拌通過(guò)，出口煙氣溫度為200℃。被攪起的物料由攪拌裝置不斷的被粉碎和分散，在此過(guò)程中污泥與煙氣充分直接接觸，達(dá)到高效干化。

拌式滾筒干燥機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：①攪拌效果好、干化速度快。②利用煙氣直接干化，熱效率高。③使用高溫?zé)煔猓蕪U棄量少，煙氣和除塵裝置小。④干燥物的形狀和大小為普通顆粒狀（1～5mm，含水率20%），后續(xù)處理簡(jiǎn)單，粉塵小。⑤對(duì)物料變化適應(yīng)性好，操作簡(jiǎn)單。⑥內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)單、且旋轉(zhuǎn)較慢（攪拌軸轉(zhuǎn)速200r/min），故能較好地適用含沙量較高的污泥。⑦內(nèi)部設(shè)有鏈條，隨著外殼的旋轉(zhuǎn)，敲打污泥，可以避免污泥粘殼。

2.2 渦輪薄層干燥機(jī)

渦輪薄層干燥機(jī)是一種連續(xù)工藝，具有夾套用于導(dǎo)熱油或蒸汽強(qiáng)制循環(huán)。工藝為間接加熱形式，可以采用各種來(lái)源的能源供熱，包括廢熱煙氣、廢熱蒸汽、燃煤、沼氣、天然氣、重油、柴油等，介質(zhì)為耐高溫油品。熱媒在渦輪干化器的外套內(nèi)循環(huán)，同時(shí)也通過(guò)熱交換器對(duì)工藝氣體進(jìn)行加熱。污泥在旋轉(zhuǎn)的渦輪和循環(huán)氣體的共同作用下，在渦輪干化器的內(nèi)壁表面形成薄層，該薄層以一定的速率從反應(yīng)器進(jìn)料一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)，從而完成接觸、反應(yīng)和干化。渦輪薄層干燥機(jī)如圖2所示。

圖2 渦輪薄層干燥機(jī)

2.3 兩段式組合型干燥

兩段式組合型工藝分別利用薄層干化機(jī)或其它機(jī)型與帶式干化機(jī)技術(shù)相結(jié)合。該工藝實(shí)現(xiàn)全干化，將薄層實(shí)現(xiàn)半干化的優(yōu)勢(shì)和帶式干燥機(jī)全干化的優(yōu)勢(shì)充分體現(xiàn)在一起。

第一階段，脫水污泥由螺桿泵連續(xù)地投入水平薄層蒸發(fā)器中。蒸發(fā)器的旋轉(zhuǎn)葉片將污泥涂成薄層緊貼在中空的殼體內(nèi)壁。導(dǎo)熱油在中空殼體間循環(huán)流動(dòng)，對(duì)附著在內(nèi)壁的污泥加熱。污泥含固率提高到40%～55%，呈可塑狀態(tài)的污泥在出口處進(jìn)入切碎機(jī)，該裝置使污泥形成直徑為6～10mm的面條狀長(zhǎng)條，然后被均勻分布在緩慢移動(dòng)的帶式干化機(jī)傳輸帶上。干化后的污泥顆粒在最后一段的傳送帶上，溫度已下降到 40～50℃。

一級(jí)處理階段多余的能量部分轉(zhuǎn)換成熱量，提供給二級(jí)處理階段。能量回收系統(tǒng)使每蒸發(fā)1m3水量的耗能量?jī)H為650～800kWh。通過(guò)在第二處理階段進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，可產(chǎn)生不同干度的干污泥顆粒，干污泥干化度范圍為65% ～ 90%。根據(jù)污泥最終用途不同，污泥顆粒的尺寸也可在1～10mm的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。兩段式組合型干燥機(jī)如圖3所示。

圖3 兩段式組合型干燥機(jī)

3 污泥焚燒爐

污泥焚燒爐按結(jié)構(gòu)和工作方式分為回旋式焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯爐、鼓泡式流化床焚燒爐，其中用于污泥處理的回旋式焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐與鼓泡式流化床焚燒爐應(yīng)用較為廣泛。

3.1 回旋式焚燒爐

回旋式焚燒爐是專(zhuān)為污泥焚燒設(shè)計(jì)的，可以專(zhuān)門(mén)高效焚燒經(jīng)過(guò)干燥達(dá)到含固率80%左右的顆粒粒徑為 1～5mm 的干燥污泥。回旋式焚燒爐是一種攪拌吹風(fēng)連續(xù)作業(yè)的單體爐，從爐體中回轉(zhuǎn)臂下部，按照篝火吹氣原理，焚燒爐上部設(shè)置“脫臭段”，將干化的煙氣和焚燒煙氣在此段進(jìn)行焚燒，減輕后續(xù)煙氣處理工作量。噴出燃燒所需要的空氣，是物料邊攪拌邊燃燒的一種焚燒方式。爐體呈圓柱形，爐內(nèi)有轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備。回旋式焚燒爐示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 回旋式焚燒爐

回旋式焚燒爐具有以下優(yōu)點(diǎn)：①物料和空氣接觸好，燃燒速度快。②熱效率高、渣塊較少。③竹筒吹火原理和良好攪拌促使燃燒完全，燃燒灰渣的熱余量小。④空氣量需求少，可實(shí)現(xiàn)煙氣處理和集塵裝置小型化。⑤燃燒后物質(zhì)以焚燒爐渣為主，飛灰少。

3.2 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是用冷卻水管或耐火材料沿爐體排列，爐體水平放置并略為傾斜。通過(guò)爐身的不停運(yùn)轉(zhuǎn)，使?fàn)t體內(nèi)的污泥充分燃燒，同時(shí)向爐體傾斜的方向移動(dòng)，直至燃盡并排出爐體。回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是活動(dòng)床式中應(yīng)用最多的爐型，廣泛用于焚燒各種污泥、渣漿、油膏及廢渣釀粨等廢物，尤其適應(yīng)于焚燒含水率較高的污泥和蠟狀物。

3.3 鼓泡式流化床焚燒爐

鼓泡式流化床焚燒爐燃燒溫度在850℃以上。燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入空氣預(yù)熱器，通過(guò)空氣預(yù)熱器對(duì)循環(huán)流化床焚燒爐的助燃空氣進(jìn)行加熱，加熱后的空氣進(jìn)入爐床。從空氣預(yù)熱器出來(lái)的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐，由余熱鍋爐產(chǎn)生的導(dǎo)熱油或蒸汽進(jìn)入污泥干化機(jī)作為熱源對(duì)污泥進(jìn)行干化。溫度降低的廢氣進(jìn)入干式反應(yīng)器、布袋除塵器、洗滌塔等進(jìn)行尾氣處理。由余熱鍋爐和布袋除塵器收集的灰渣進(jìn)入灰渣收集系統(tǒng)。

該系統(tǒng)包括：進(jìn)料系統(tǒng)、燃燒器、鼓泡式流化床焚燒爐、助燃空氣、爐渣排出和床砂回流等。鼓泡式流化床焚燒爐是一個(gè)立式的鋼殼，內(nèi)襯耐火絕熱層，如圖5所示。

圖5 鼓泡式流化床焚燒爐

4 案例分析

4.1 回旋式污泥單獨(dú)干化焚燒項(xiàng)目

目前污泥單獨(dú)干化焚燒項(xiàng)目在我國(guó)應(yīng)用逐漸增多，以常州市英科環(huán)境項(xiàng)目為例，項(xiàng)目一期投資3.42億元，日處理規(guī)模400t（含水率80%），采用攪拌式滾筒干燥技術(shù)與回旋式焚燒爐技術(shù)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了城鎮(zhèn)污水處理廠污泥無(wú)害化處理處置。回旋式污泥單獨(dú)干化焚燒項(xiàng)目工藝路線如圖6所示。

圖6 回旋式污泥單獨(dú)干化焚燒項(xiàng)目工藝流程

污泥首先通過(guò)攪拌式滾筒干燥機(jī)將含水率降至10%左右，熱源采用燃燒后的熱煙氣，干燥后的氣體進(jìn)入焚燒爐上部進(jìn)行二次燃燒，避免了臭氣的外排與處置。焚燒輔助燃料為天然氣，焚燒后的熱煙氣部分進(jìn)入攪拌式滾筒干燥機(jī)，部分進(jìn)入煙氣與空氣的換熱器，提高進(jìn)入焚燒爐的空氣的溫度，實(shí)現(xiàn)熱量回收，該項(xiàng)目最大處理量可實(shí)現(xiàn)500t/d。

4.2 流化床單獨(dú)干化焚燒項(xiàng)目

上海市竹園污泥處理工程建設(shè)規(guī)模為干污泥：150t/d，設(shè)計(jì)處理能力為干污泥：7.3t/h，主要系統(tǒng)包括污泥接收和儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)、污泥焚燒系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、公輔系統(tǒng)等。污泥干化系統(tǒng)選用槳葉式干化機(jī)，熱源為蒸汽，干燥機(jī)出口污泥含固率60%。設(shè)置2臺(tái)鼓泡流化床焚燒爐，焚燒煙氣經(jīng)過(guò)高溫空氣換熱器后溫度為760℃左右，然后進(jìn)入余熱鍋爐，余熱鍋爐出口的煙氣依次通過(guò)靜電除塵器、布袋除塵器、洗滌塔并經(jīng)再熱器后達(dá)標(biāo)排放。

5 結(jié)語(yǔ)

污泥協(xié)同焚燒處理工藝隨著環(huán)保要求提升，熱電廠運(yùn)行不穩(wěn)定等因素，會(huì)造成污泥處理處置保障性不足。污泥干化焚燒處理工藝可以最大程度地實(shí)現(xiàn)污泥減量化目的，同時(shí)排放指標(biāo)滿足國(guó)家及地方的環(huán)保要求。