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我国市政污泥干化焚烧技术简介

国际节能环保网  来源:中国知网  日期:2017-01-06

2013 年全国废水排量为695.4亿t,比2012年增加1.5%,其中工业废水排放量为209.8亿t,城镇生活污水排放量485.1亿t,集中式污染治理设施废水(不含城镇污水处理厂)排放量0.5亿t。据统计, 截止至2013年底,我国重点流域及沿海地区共建成污水厂4408座,污水处理厂日处理能力达到14820万t,全年处理污水量达407.7亿t,假设污泥产率按1.5t干泥(含水率10%)每万t 污水计,则污泥年产量达到550万t。随着我国城市污水处理率逐年提高,污泥作为污水处理过程中的副产物,其产量也急剧增加,污泥处理成为亟待解决的问题。

市政污泥的最终安全消纳包括处理和处置2个阶段,处理阶段一般为污泥稳定化、减量化和无害化阶段,主要包括浓缩(调理)、脱水、厌氧消化、好氧消化、石灰稳定、堆肥、干化和焚烧等。处置阶段一般为污泥处理后的消纳阶段,一般包括土地利用、填埋、建筑材料利用等。

污泥干化技术

机理

污泥干化是通过蒸发及扩散2个过程去除水分,2个过程持续、交替进行,基本上反映干化机理,但是污泥中大多数水分为结合水和细胞水,其蒸发和扩散速率受到污泥性质的影响,应根据设备构造、污泥特征和干化要求,慎重配置干化机能力。

常用设备类型

污泥热干化按照热工质与污泥的接触方式,分为以下3种工艺类型:直接传热式(热对流式)、间接传热式(热传导式)、直接- 间接联合加热式。其中,直接式干化设备有喷雾干化机、带式干化机、箱式干化机等;间接式干化设备有桨叶式干化机、圆盘式干化机、薄层干化机、转鼓式干化机等;直接- 间接联合加热式设备有混合带式污泥干化机、流化床污泥干化机等。除上述传统干化流派外,一些新兴技术也被逐渐应用于工程中,如太阳能温室污泥干化(国外代表产商:德国Huber 公司)、污泥电渗析深度脱水(国外代表产商:加拿大Cinetik 公司)、污泥热水解+ 脱水干化(国外代表产商:德国Pondus 公司)等。近几年我国污泥处理处置表现出跨越式发展,但干化焚烧技术仍受场地、规模、热源、污泥特性、经济性、干化程度及效率等条件的制约,传统热干化技术仍是主流。

污泥焚烧技术

污泥焚烧技术可分为污泥单独焚烧及混烧2 种方式。

单独焚烧

污泥单独焚烧主要有2种工艺,一是将经过污水处理厂压滤后的污泥(含水率80%~90%)直接投入焚烧炉中进行焚烧,此时污泥热值很小甚至为负值,必须加入辅助燃料进行燃烧;二是将干化后的污泥(含水率<50%)投入焚烧炉进行焚烧,使其维持自持燃烧。考虑到污泥颗粒燃烧效率、污泥焚烧后产生的烟气量及经济性等因素,在我国干化焚烧已成为主流技术路线。

混合焚烧

污泥混烧是指污泥与煤、生活垃圾或水泥原料粉等进行混合焚烧,达到彻底处置的目的。污泥混烧一般是利用现有的燃烧设备和技术就近焚烧污泥,节省大量费用,运行成本低,在国内、外已有部分工程应用。但是污泥的含水率和掺混率对焚烧锅炉的热效率、尾气排放、水泥产品质量等带来较大影响,尤其在我国污泥含砂率较高且热值波动较大,使其应用范围受到限制。

炉型和设备选择

1.立式多段炉

立式多段炉是最早应用于污泥焚烧的炉型,是一个垂直的圆柱形耐火衬里钢制设备,内部由水平耐火材料构成的炉膛,自上而下布置水平绝热炉膛,一层层叠加。按照各段功能,炉体分为3个操作区:最上部干燥区(300~ 500℃),中部焚烧区(750~1000℃),最下部灰渣冷却区。最初多段炉由美国Nichols公司制造,目前多段炉已逐渐被流化床所取代。

2.回转窑

回转窑常用水泥和石灰烧制,其结构采用卧式圆筒状,外壳一般用钢板卷制成,衬耐火材料(可以为砖结构,也可为高温耐火混凝土预制)。窑体的一端以螺旋加料器或其他方式进行加料,另一端将燃尽的灰烬排出炉外。其操作弹性大,能处理多种混合固废,长期连续运转。但热效率较低,且排气中常携带污泥中的有害有臭气体,故必须进行二次焚烧处理。

3.流化床

流化床焚烧炉主体设备是1个圆形塔体,下部设有分配气体的分配板,塔内壁衬耐火材料,装有一定的耐热粒状载体。流化床焚烧技术是利用污泥热能的最常用技术,焚烧温度通常为815~850℃,适用于大处理量要求。流化床焚烧炉的优势在于大面积燃烧、强烈的湍流强度和较长的停留时间。如对于平均粒径为0.13mm 的床料,流化床全接触面积可达1420m2。连续加料、出料,自动调节,能有效控制NOx及CO污染物,但流化床动力消耗大,排出粉尘量大,需要较复杂的除尘装置。

污泥焚烧工艺在国内外的应用

污泥焚烧在世界上已有70多年的发展历史。1934年,美国密西根Dearborn 安装有记录的第一台污泥焚烧炉,1962年,德国率先建设并开始运行欧洲第一座污泥焚烧厂。如今在日本,污泥焚烧处理已经占污泥处理总量的60%以上,欧盟也在10%以上。

在美国,每年产生的干污泥总量约700万t,其中15%~22%的进入同步焚烧系统进行无害化处理。值得一提的是美国几乎所有的污泥焚烧系统都建在污水厂内,污泥无需转运。全美计划污泥焚烧系统将污泥脱水后直接焚烧处理。

在欧洲,由于污泥填埋标准提高,部分国家已禁止填埋或用于农业,污泥焚烧比例较高。其中2010年~2011年污泥焚烧比例超过50% 的国家有荷兰(99%)、比利时(86%)、瑞士(59%)、斯洛文尼亚(58%)、德国(55%)。欧洲焚烧工艺路线与国内相同,均采用干化后焚烧,2010年污泥干化厂已超过450座。

在日本,焚烧法处置污泥发展迅速,规模较大的污水处理厂大都采用焚烧法处理污泥,截止至2009年焚烧炉使用台数已达707台,以回转式(408台) 及流化床(253台) 为主。据统计,2011年日本全国污水处理厂污泥产生量为222 万t(以干固计算),其中污泥焚烧比例高达66.9%。

在我国,污泥干化焚烧比例较低,以2012年为例,焚烧污泥比例仅5.6%,且大多数污泥焚烧厂集中建设于长三角地区,焚烧炉类型也以回转式焚烧炉与流化床为主。上海石洞口污泥干化焚烧项目是我国运行较早的工程,该项目处理量为180t/d,采用流化床干化系统和流化床焚烧系统相结合的工艺流程。随后浙江部分地区陆续新建污泥单独焚烧工程,主要采用雾化干燥联合回转式焚烧炉的方法,其处理量在300~600t/d 不等。

因地制宜是污泥处理处置方案比选决策的前提,虽然我国污泥焚烧处理起步较晚,且焚烧比例较低,但经过近十几年的不断发展已取得较大程度的进步。期待污泥干化焚烧在今后政策、法规、产业联盟、技术、装备等多方面支持下,结合城市建筑垃圾资源化,使灰渣最终实现资源循环。

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