污泥干化焚燒利用技術探討

來源:智匯工業

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關鍵詞:污泥焚燒 污泥處理 工業污泥

    隨著社會經濟的快速發展,我國污泥產量逐年增加,污泥危害巨大,必須進行無害化處理。但目前我國污泥無害化處理嚴重不足,在30%以下。污泥干化焚燒是污泥無害化處理的重要手段。本文介紹了污泥焚燒技術的特點,指出了焚燒處理面臨的最大問題,闡述了污泥干化技術分類和各種干化技術的優缺點,列舉了污泥焚燒設備的主要類型。本文旨在通過論述污泥干化焚燒利用技術,為企業選擇污泥處理處置方式提供幫助。



    污泥從來源上可分為市政污泥、工業污泥、疏浚污泥三類,其中市政污泥主要來自自來水廠和污水處理廠水處理所產生的污泥,工業污泥主要來自各工業行業生產過程及工業污水處理產生的污泥,疏浚污泥主要為城市黑臭水體治理、河道整治等清挖淤泥。由于我國污水未分流,城鎮污水處理廠也承接了預處理后的工業廢水,故我國污泥以市政污泥為主。


    污泥有如下特點:一是高含水率,脫水前可達99%以上;二是有機物含量高,有難聞的惡臭味;三是重金屬含量較高;四是含有大量的生物病菌。污泥不經過無害化處理而任意棄置,或簡單填埋,會造成極大的環境污染,對人類健康和環境安全威脅甚大。


    隨著經濟的發展和生活水平的提高,我國污水排放量日益增多,污水處理廠污泥產量快速增加。據測算,2016年我國污泥產量約4000萬噸,預計2020年,全國污泥產生量將達到6000萬噸。長期以來,我國污水處理存在著“重水輕泥”現象,市政污水的有效處理率從2001年就穩步保持在85%以上,而污泥安全處理處置率卻不足30%。2016年12月國家發改委、住建部印發的《“十三五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》,明確要重視污泥無害化處理處置,要求到2020年,地級及以上城市污泥無害化處理處置率應達到90%。


    1、污泥處理技術


    1.1 我國污泥處理方式


    目前主流的污泥處理技術路線有厭氧消化、好氧發酵、干化焚燒、熱解碳化。污泥厭氧消化、好氧發酵后可用于土地利用,污泥干化焚燒后可用于建材利用或填埋。其中,干化焚燒是最為徹底的污泥處置方式,可最大限度減少污泥的體積,殺死一切病原體,解決污泥的惡臭問題。另一方面,經過脫水的污泥熱值相當于褐煤的水平,可以回收能量用于發電和供熱,實現能源最大化利用,降低處理成本。


    1.2 污泥焚燒技術特點


    污泥焚燒主要有單獨焚燒、混合焚燒。單獨焚燒投資較大,適合污泥處理規模較大的項目;混合焚燒處理規模取決于摻燒鍋爐的容量和污泥摻燒比例。


    單獨焚燒有兩種工藝:一是將污泥脫水后直接焚燒,這種工藝污泥含水量高,不利于著火燃燒,通常需添加輔助燃料,且焚燒效率低。其優點在于工藝簡單,不需要太多預處理過程,易于控制,投資與運行成本低。另外一種,先對污泥進行干化處理,進一步降低污泥的含水率,提高其熱值,再投入焚燒爐焚燒。其優點是燃燒過程不需要添加任何輔助燃料。但由于多了一道干化工序,且干化部分占投資比例較大,相比直接燃燒,投資大大提高。


    混合焚燒就是將污泥與其他燃料,包括燃煤、生活垃圾、工業廢渣一起燃燒處理,或將其按一定比例加入工業爐中焚燒,如加入水泥窯中焚燒。這樣的處理方式優勢在于同時處理多種工業、生活的廢棄物,不必為焚燒污泥而專門建造鍋爐,節省設備投資和燃料成本。利用水泥窯協同燃燒處理,可在不影響水泥品質的前提下,將污泥固定在水泥中,徹底處置污泥,節省設備投資的同時,又省去了處置污泥的流程。需注意的是,因含水率和熱值的差別,摻燒污泥后會改變原有燃燒條件,且增加了煙氣污染排放,要注意摻燒污泥的比例,確保對原有燃燒的影響控制在合理范圍內,污染物排放符合排放標準。


    1.3 污泥焚燒處理的問題


    污泥焚燒最大的問題在于煙氣污染物的排放。污泥中除了含有大量的氮、硫元素,燃燒時,會產生氮氧化物、二氧化硫等污染性氣體,對環境安全和人體健康危害巨大。污泥燃燒產生大量的飛灰,粉塵污染嚴重。污泥中含有重金屬,包括鎘、汞、鉛等。在溫焚燒下,大部分金屬都蒸發了,當煙氣流冷卻時,它們凝固在飛灰的顆粒表面。研究表明:78%~98%的Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn固定在飛灰中,98%的Hg隨著煙氣排放到大氣中。這些重金屬毒性巨大,在自然界中極難降解,若不處理,會對環境造成不可逆的污染。因此采用焚燒處理污泥,必須配置一套煙氣處理裝置,確保煙氣排放符合排放標準,這也增加了投資成本,使系統更加復雜。


    1.4 污泥干化技術分類


    污泥干化的意義在于降低污泥含水率,提高污泥熱值,使其達到可燃的標準。污泥干化方式有熱干化、電干化、微波干化、太陽能干化等方式。其中,熱干化方式技術成熟可靠,實際工程中被廣泛采用。熱干化技術是利用熱介質(高溫煙氣、蒸汽、導熱油等)加熱污泥,使污泥中水分全部或部分蒸發。


    根據換熱方式,熱干化可分為直接干化和間接干化兩大類。直接干化就是干燥介質與污泥直接接觸,進行對流換熱。間接干化就是導熱介質(導熱油、蒸汽或空氣)通入換熱器中,通熱傳導加熱污泥。導熱介質在封閉回路中循環利用,與污泥沒有接觸。


    直接干化的優點有:


    (1)傳熱效率較高,水分蒸發速率較快;


    (2)干化污泥含固率高,可達85%~95%。


    直接干化的缺點有:


    (1)熱介質與污泥直接接觸而受到污染,排出的廢蒸汽及廢水量大;


    (2)所需的熱傳導介質體積龐大,能量消耗大;


    (3)工藝復雜,臭味控制較難;


    (4)粉塵含量高,易產生爆炸。


    間接干化的優點有:


    (1)介質不局限于氣體,可用導熱油等;


    (2)尾氣量較小,環保性能好;


    (3)粉塵濃度較低,含氧量較低,安全性能好;


    (4)電能及熱能消耗較小。


    間接干化的缺點有:


    (1)傳熱效率較低;


    (2)水分蒸發速率較低。


    直接干化技術有:直接轉鼓式、帶式、流化床式等。


    間接干化技術有:間接加熱轉盤式、圓盤式、螺旋式、薄層式、槳葉式等。


    污泥干化方式門類眾多,各種工藝都有利有弊,市場上都有實際應用業績,尚未形成主流優勢技術,污泥干化市場處于各技術“百花齊放”的狀態。


    2、污泥焚燒設備


    目前我國的污泥焚燒主要是利用焚燒爐,主要爐型有立式多段爐、流化床焚燒爐和回轉窯。


    立式多段爐又稱多膛爐,它是一個垂直圓柱形焚化爐,自上而下布置一系列水平絕熱爐膛,可含有4~14個爐膛,從爐頂到爐底有一個可旋轉的中心軸。從污泥焚燒過程來看,多膛爐可分為三個區域。頂部幾層為干燥區,起干燥污泥的作用,溫度約為425~760℃,經過此段,污泥含水率可降至40%以下。中部為污泥焚燒區,溫度為760~925℃。其中上部為揮發分氣體及部分固態物燃燒區,下部為固定碳燃燒區域。多膛爐最底部幾層稱緩慢冷卻區,主要起冷卻殘渣并預熱空氣的作用,溫度為260~350℃。


    流化床焚燒技術是污泥焚燒利用最常用的技術,流化床焚燒爐主體設備是一個圓形塔體,下部設有分配氣體的分配板,塔內裝有一定量的耐熱粒狀載體,塔內壁襯耐火材料,污泥在流化床焚燒爐中的焚燒在兩個區完成。一是床料流化區,在此區域中,污泥水分的蒸發、有機物分解;二是床料層上部的自由空曠區,相當于一個后燃室,在此區域中,污泥中的碳和可燃氣體繼續燃燒,直至燃盡。


    回轉窯采用臥式圓筒狀,外殼一般用鋼板卷制而成;內襯耐火材料。窯體的一端,設有螺旋狀的進料口,可以添加污泥和其他物料,另一端設有廢渣的排放口。窯內溫度可通過控制燃料量進行調節,選用燃料不同,窯內溫度也不同。這種回轉窯操作空間充足,適用范圍廣,尤其適應于焚燒含水率較高的污泥。


    流化床焚燒爐焚燒溫度高,污泥在爐內有非常大的燃燒接觸面積、強烈的湍流強度和較長的停留時間,污泥燃燒效率高,燃燒充分,燃盡度好。流化床爐處理量大,還可以自動調整污泥的投放速度,根據污泥來料量控制負荷。流化床也能實現自動調節,自動化程度高。因此,污泥焚燒爐以流化床為主流。


    污泥具有很大的危害,我國污泥產量逐年遞增,對環境造成極大的影響。我國長期以來“重水輕泥”,污泥安全處理處置率不足30%,污泥資源化、無害化利用任重道遠。干化焚燒是一種徹底的污泥處理處置方式,是污泥處理的重要方向。污泥焚燒最大的問題是煙氣污染大,需考慮增加煙氣處理設備。污泥干化工藝門類眾多,各種工藝都有工程應用業績。經過多年的發展,流化床燃燒成為污泥焚燒的主要方式。

    (審核編輯: 智匯婷婷)

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