污泥干化焚烧利用技术探讨

来源:智汇工业

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关键词:污泥焚烧 污泥处理 工业污泥

    随着社会经济的快速发展,我国污泥产量逐年增加,污泥危害巨大,必须进行无害化处理。但目前我国污泥无害化处理严重不足,在30%以下。污泥干化焚烧是污泥无害化处理的重要手段。本文介绍了污泥焚烧技术的特点,指出了焚烧处理面临的最大问题,阐述了污泥干化技术分类和各种干化技术的优缺点,列举了污泥焚烧设备的主要类型。本文旨在通过论述污泥干化焚烧利用技术,为企业选择污泥处理处置方式提供帮助。



    污泥从来源上可分为市政污泥、工业污泥、疏浚污泥三类,其中市政污泥主要来自自来水厂和污水处理厂水处理所产生的污泥,工业污泥主要来自各工业行业生产过程及工业污水处理产生的污泥,疏浚污泥主要为城市黑臭水体治理、河道整治等清挖淤泥。由于我国污水未分流,城镇污水处理厂也承接了预处理后的工业废水,故我国污泥以市政污泥为主。


    污泥有如下特点:一是高含水率,脱水前可达99%以上;二是有机物含量高,有难闻的恶臭味;三是重金属含量较高;四是含有大量的生物病菌。污泥不经过无害化处理而任意弃置,或简单填埋,会造成极大的环境污染,对人类健康和环境安全威胁甚大。


    随着经济的发展和生活水平的提高,我国污水排放量日益增多,污水处理厂污泥产量快速增加。据测算,2016年我国污泥产量约4000万吨,预计2020年,全国污泥产生量将达到6000万吨。长期以来,我国污水处理存在着“重水轻泥”现象,市政污水的有效处理率从2001年就稳步保持在85%以上,而污泥安全处理处置率却不足30%。2016年12月国家发改委、住建部印发的《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》,明确要重视污泥无害化处理处置,要求到2020年,地级及以上城市污泥无害化处理处置率应达到90%。


    1、污泥处理技术


    1.1 我国污泥处理方式


    目前主流的污泥处理技术路线有厌氧消化、好氧发酵、干化焚烧、热解碳化。污泥厌氧消化、好氧发酵后可用于土地利用,污泥干化焚烧后可用于建材利用或填埋。其中,干化焚烧是最为彻底的污泥处置方式,可最大限度减少污泥的体积,杀死一切病原体,解决污泥的恶臭问题。另一方面,经过脱水的污泥热值相当于褐煤的水平,可以回收能量用于发电和供热,实现能源最大化利用,降低处理成本。


    1.2 污泥焚烧技术特点


    污泥焚烧主要有单独焚烧、混合焚烧。单独焚烧投资较大,适合污泥处理规模较大的项目;混合焚烧处理规模取决于掺烧锅炉的容量和污泥掺烧比例。


    单独焚烧有两种工艺:一是将污泥脱水后直接焚烧,这种工艺污泥含水量高,不利于着火燃烧,通常需添加辅助燃料,且焚烧效率低。其优点在于工艺简单,不需要太多预处理过程,易于控制,投资与运行成本低。另外一种,先对污泥进行干化处理,进一步降低污泥的含水率,提高其热值,再投入焚烧炉焚烧。其优点是燃烧过程不需要添加任何辅助燃料。但由于多了一道干化工序,且干化部分占投资比例较大,相比直接燃烧,投资大大提高。


    混合焚烧就是将污泥与其他燃料,包括燃煤、生活垃圾、工业废渣一起燃烧处理,或将其按一定比例加入工业炉中焚烧,如加入水泥窑中焚烧。这样的处理方式优势在于同时处理多种工业、生活的废弃物,不必为焚烧污泥而专门建造锅炉,节省设备投资和燃料成本。利用水泥窑协同燃烧处理,可在不影响水泥品质的前提下,将污泥固定在水泥中,彻底处置污泥,节省设备投资的同时,又省去了处置污泥的流程。需注意的是,因含水率和热值的差别,掺烧污泥后会改变原有燃烧条件,且增加了烟气污染排放,要注意掺烧污泥的比例,确保对原有燃烧的影响控制在合理范围内,污染物排放符合排放标准。


    1.3 污泥焚烧处理的问题


    污泥焚烧最大的问题在于烟气污染物的排放。污泥中除了含有大量的氮、硫元素,燃烧时,会产生氮氧化物、二氧化硫等污染性气体,对环境安全和人体健康危害巨大。污泥燃烧产生大量的飞灰,粉尘污染严重。污泥中含有重金属,包括镉、汞、铅等。在温焚烧下,大部分金属都蒸发了,当烟气流冷却时,它们凝固在飞灰的颗粒表面。研究表明:78%~98%的Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn固定在飞灰中,98%的Hg随着烟气排放到大气中。这些重金属毒性巨大,在自然界中极难降解,若不处理,会对环境造成不可逆的污染。因此采用焚烧处理污泥,必须配置一套烟气处理装置,确保烟气排放符合排放标准,这也增加了投资成本,使系统更加复杂。


    1.4 污泥干化技术分类


    污泥干化的意义在于降低污泥含水率,提高污泥热值,使其达到可燃的标准。污泥干化方式有热干化、电干化、微波干化、太阳能干化等方式。其中,热干化方式技术成熟可靠,实际工程中被广泛采用。热干化技术是利用热介质(高温烟气、蒸汽、导热油等)加热污泥,使污泥中水分全部或部分蒸发。


    根据换热方式,热干化可分为直接干化和间接干化两大类。直接干化就是干燥介质与污泥直接接触,进行对流换热。间接干化就是导热介质(导热油、蒸汽或空气)通入换热器中,通热传导加热污泥。导热介质在封闭回路中循环利用,与污泥没有接触。


    直接干化的优点有:


    (1)传热效率较高,水分蒸发速率较快;


    (2)干化污泥含固率高,可达85%~95%。


    直接干化的缺点有:


    (1)热介质与污泥直接接触而受到污染,排出的废蒸汽及废水量大;


    (2)所需的热传导介质体积庞大,能量消耗大;


    (3)工艺复杂,臭味控制较难;


    (4)粉尘含量高,易产生爆炸。


    间接干化的优点有:


    (1)介质不局限于气体,可用导热油等;


    (2)尾气量较小,环保性能好;


    (3)粉尘浓度较低,含氧量较低,安全性能好;


    (4)电能及热能消耗较小。


    间接干化的缺点有:


    (1)传热效率较低;


    (2)水分蒸发速率较低。


    直接干化技术有:直接转鼓式、带式、流化床式等。


    间接干化技术有:间接加热转盘式、圆盘式、螺旋式、薄层式、桨叶式等。


    污泥干化方式门类众多,各种工艺都有利有弊,市场上都有实际应用业绩,尚未形成主流优势技术,污泥干化市场处于各技术“百花齐放”的状态。


    2、污泥焚烧设备


    目前我国的污泥焚烧主要是利用焚烧炉,主要炉型有立式多段炉、流化床焚烧炉和回转窑。


    立式多段炉又称多膛炉,它是一个垂直圆柱形焚化炉,自上而下布置一系列水平绝热炉膛,可含有4~14个炉膛,从炉顶到炉底有一个可旋转的中心轴。从污泥焚烧过程来看,多膛炉可分为三个区域。顶部几层为干燥区,起干燥污泥的作用,温度约为425~760℃,经过此段,污泥含水率可降至40%以下。中部为污泥焚烧区,温度为760~925℃。其中上部为挥发分气体及部分固态物燃烧区,下部为固定碳燃烧区域。多膛炉最底部几层称缓慢冷却区,主要起冷却残渣并预热空气的作用,温度为260~350℃。


    流化床焚烧技术是污泥焚烧利用最常用的技术,流化床焚烧炉主体设备是一个圆形塔体,下部设有分配气体的分配板,塔内装有一定量的耐热粒状载体,塔内壁衬耐火材料,污泥在流化床焚烧炉中的焚烧在两个区完成。一是床料流化区,在此区域中,污泥水分的蒸发、有机物分解;二是床料层上部的自由空旷区,相当于一个后燃室,在此区域中,污泥中的碳和可燃气体继续燃烧,直至燃尽。


    回转窑采用卧式圆筒状,外壳一般用钢板卷制而成;内衬耐火材料。窑体的一端,设有螺旋状的进料口,可以添加污泥和其他物料,另一端设有废渣的排放口。窑内温度可通过控制燃料量进行调节,选用燃料不同,窑内温度也不同。这种回转窑操作空间充足,适用范围广,尤其适应于焚烧含水率较高的污泥。


    流化床焚烧炉焚烧温度高,污泥在炉内有非常大的燃烧接触面积、强烈的湍流强度和较长的停留时间,污泥燃烧效率高,燃烧充分,燃尽度好。流化床炉处理量大,还可以自动调整污泥的投放速度,根据污泥来料量控制负荷。流化床也能实现自动调节,自动化程度高。因此,污泥焚烧炉以流化床为主流。


    污泥具有很大的危害,我国污泥产量逐年递增,对环境造成极大的影响。我国长期以来“重水轻泥”,污泥安全处理处置率不足30%,污泥资源化、无害化利用任重道远。干化焚烧是一种彻底的污泥处理处置方式,是污泥处理的重要方向。污泥焚烧最大的问题是烟气污染大,需考虑增加烟气处理设备。污泥干化工艺门类众多,各种工艺都有工程应用业绩。经过多年的发展,流化床燃烧成为污泥焚烧的主要方式。

    (审核编辑: 智汇婷婷)