循環(huán)流化床污泥無害化焚燒一體化技術(shù)工藝
1 技術(shù)工藝流程
圖1所示污泥循環(huán)流化床無害化焚燒一體化技術(shù)工藝流程。
 圖1 循環(huán)流化床污泥無害化焚燒一體化工藝流程 |
含水污泥通過污泥給料裝置加入循環(huán)流化床外置式換熱器中，與循環(huán)熱灰強烈摻混，濕污泥破碎成細小的顆粒，水分析出，為了能夠使污泥的含水率降低到20%以下，額外的熱量通過回收污泥焚燒后煙氣中的熱量，以換熱器的形式在外置床中繼續(xù)提供污泥干化所需要的能量，析出其中水分，最后，滿足含水率要求的干污泥從外置式換熱器中連續(xù)排出，進入循環(huán)流化床燃燒室中燃燒；干化后的水蒸氣、流化介質(zhì)以及夾帶的細粉顆粒經(jīng)過細粉分離器分離夾帶的細灰，送回到燃燒室進行燃燒；水蒸氣和流化介質(zhì)進入冷凝器，冷凝其中的水蒸氣，冷凝下來的水作為污水進入污水處理廠進行處理，剩余的氣體經(jīng)過一個汽水分離器，最后由流化風(fēng)機把剩余的氣體送入外置換熱器，作為流化介質(zhì)，連續(xù)使用。冷凝器中的冷凝水可以使用污水處理廠經(jīng)過處理的污水，達到循環(huán)使用。進入循環(huán)流化床燃燒室中的干污泥燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過旋風(fēng)分離器，從分離器出來的高溫?zé)煔庖来谓?jīng)過布置在尾部的換熱裝置、空氣預(yù)熱器，進入布袋除塵器，由引風(fēng)機把煙氣從煙囪中排出。
1.1 技術(shù)工藝的主要特點
(1) 安全可靠、低污染排放。污泥預(yù)處理裝置在密閉的循環(huán)系統(tǒng)中運行，干化后的污泥直接進入燃燒室燃燒，輸送線路短，輸送過程中干污泥所占的比例小，不存在污泥粉塵爆炸及污泥自燃的可能性。干化后的氣體管路為負壓，不存在臭氣泄漏的問題。采用成熟的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，安全可靠，污染物排放濃度非常低，滿足國家相關(guān)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
(2)設(shè)備高效、簡單。濕污泥在循環(huán)流化床系統(tǒng)中完成預(yù)干化和焚燒，工藝流程簡單，污泥無需造粒，直接干化，干化后的污泥含水率<15%，直接進入循環(huán)流化床焚燒爐焚燒，能量損失達到最小。
(3)全自動控制。該系統(tǒng)采用一體化自動控制，操控簡單，可控性很強。
(4)設(shè)備檢修率低。污泥無害化焚燒一體化裝置連續(xù)運轉(zhuǎn)時間可以達到8 000 h/a。
2 循環(huán)流化床污泥無害化焚燒一體化工藝技術(shù)性能指標(biāo)
2.1 技術(shù)性能參數(shù)
以某污水處理廠產(chǎn)生的沒有消化過的污泥為例，污泥處置規(guī)模為350 t/d，經(jīng)過機械脫水后，污泥的含水率為75%，采用循環(huán)流化床污泥無害化焚燒一體化工藝，不用添加任何輔助燃料，實現(xiàn)污泥的自持燃燒。如果污泥的含水率>75%，則需要添加輔助燃料，輔助燃料為煤、油、氣等。表1為350 t/d循環(huán)流化床污泥焚燒一體化工藝主要性能參數(shù)。
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2.2 投資及運行成本分析
以350 t/d污泥處理為例，循環(huán)流化床污泥無害化焚燒一體化工程的投資以及運行成本估算為：工程設(shè)備成本為3 100萬元，包括設(shè)備、連接設(shè)備管路、控制系統(tǒng)、支撐鋼結(jié)構(gòu)等。濕污泥運行成本為51元/t，其中包括人員費、物料消耗費(含輔助燃料費和石灰石粉等)、設(shè)備折舊與維護等條目，污水處理增加的費用為0.0306元/m3。表2為350 t/d污泥處置工程項目的投資。
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2.3 煙氣排放特性
在實驗室建立0.15 MWt循環(huán)流化床污泥無害化焚燒一體化實驗裝置，污泥的最大處理量為105 kg/h。實驗進行2個工況，實驗工況1、2分別表示爐內(nèi)是否加入石灰石。對污泥焚燒后的煙氣進行的取樣分析和實時在線分析，分析結(jié)果如表3所示。由于國家還沒有頒布污泥焚燒的排放標(biāo)準(zhǔn)，因此，此處給出了垃圾焚燒排放的國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
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在不投石灰石工況2下，HCl和SO2都超標(biāo)；在投加石灰石工況1中，煙氣中SO2和HCl的含量都大大降低，而且都低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)，說明在循環(huán)流化床較低的燃燒溫度水平下，石灰石脫硫和脫氯效果明顯，焚燒爐尾部不需要額外增設(shè)除酸裝置，排放即可滿足要求。盡管污泥中氮含量較高，在循環(huán)流化床焚燒爐中采用兩級配風(fēng)，煙氣中NOX量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)限值。這也符合循環(huán)流化床低NOX燃燒排放的特性。二惡英的產(chǎn)生主要與燃料的組成和燃燒狀態(tài)有關(guān)，污泥中的氯含量比較低，在充分燃燒的狀態(tài)下，二惡英基本上不會生成。在2個工況中，煙氣中的二惡英類物質(zhì)含量均未檢出？梢姴捎醚h(huán)流化床燃燒污泥，二惡英排放遠低于國家標(biāo)準(zhǔn)。因此，采用循環(huán)流化床焚燒污泥，完全可以實現(xiàn)煙氣的直接達標(biāo)排放，尾部不需要增加額外的煙氣凈化裝置。
2.4 灰渣的排放特性
污泥焚燒后產(chǎn)生的灰基本上以飛灰的形式從焚燒爐的尾部排出，因此，正常運行過程中不排底渣，對污泥燃燒產(chǎn)生的飛灰進行采樣分析。飛灰的含碳量和重金屬的浸出毒性分析見表4，為了對比方便，給出了危險廢棄物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)，如果污泥焚燒后飛灰的浸出毒性滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，那么污泥焚燒后的飛灰完全可以作為一般的廢棄物進行綜合利用。
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從表4中可以看出飛灰含碳量<5%的國家限值，說明污泥在循環(huán)流化床焚燒爐中燃盡性能非常好，這正好符合循環(huán)流化床自身的燃燒特點：物料的反復(fù)循環(huán)，爐內(nèi)燃燒溫度比較均勻，灰渣的燃盡性能好。表4中總共給出了10種重金屬元素的浸出毒性分析結(jié)果，結(jié)果表明，飛灰中重金屬的浸出毒性都低于國家標(biāo)準(zhǔn)，因此飛灰屬于一般廢棄物，可以直接填埋或者作為路基材料使用。
從實驗室污泥焚燒的結(jié)果可以看出，污泥在焚燒爐中燃燒穩(wěn)定，燃燒溫度可以控制在850~900℃之間，污泥焚燒后的煙氣和灰渣的排放均滿足國家相關(guān)的環(huán)保法規(guī)。
3 結(jié)論
(1)循環(huán)流化床污泥無害化焚燒一體化技術(shù)工藝可以實現(xiàn)含水率<75%的污泥不添加任何輔助燃料，能量平衡；含水率>75%的污泥，需要添加輔助燃料，輔助燃料可以使用煤、油、氣等。
(2)污泥在循環(huán)流化床中穩(wěn)定燃燒，其煙氣的排放特性滿足國家相關(guān)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；二惡英的排放遠遠低于國家規(guī)定的限值；飛灰的浸出毒性低于危險廢棄物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的限值，因此，污泥焚燒產(chǎn)生的灰渣可進行綜合利用。
(3)該焚燒技術(shù)工藝簡單，操作可控性強，可以實現(xiàn)當(dāng)年建設(shè)，當(dāng)年投入運行。
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