CN101265008A - 污泥干燥焚烧联合处理方法 - Google Patents
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Abstract
污泥干燥焚烧联合处理方法是一种处理效果好、污泥适用性宽、系统安全稳定的污泥干燥焚烧联合处理方法。为了避免机械脱水污泥(k)在流化床干燥器(6)内结块，将部分干污泥(c)与机械脱水污泥(k)预先混合，之后进入流化床干燥器(6)。干污泥(c)在循环流化床焚烧炉(1)内焚烧，产生过热水蒸汽。过热水蒸汽在流化床干燥器(6)的换热管(6－2)内冷凝成热水后重新进入循环流化床焚烧炉(1)。在循环流化床焚烧炉(1)内布置埋管(1－3)和实现分级供给空气，能有效的控制循环流化床焚烧炉(1)下部温度，防止干污泥爆燃。整个系统无臭气、酸性气体、重金属和二恶英等污染物排放。整个系统安全可靠，能长期稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种污泥处理方法，属于环保工程技术领域。
背景技术
污泥中含有大量的病原菌、寄生虫、致病微生物，以及砷、铜、铬、汞等重金属和有毒有害物质，不加处理的任意排放不仅会对环境造成严重的污染，同时又是对资源的严重浪费。污泥已成为我国固体废弃物处理中最为迫切和棘手的问题。目前，污泥的处置方法主要是填埋、堆肥和焚烧三种。污泥填埋要占用大量的土地和花费大量的运输费用，而且填埋场周围的环境也会恶化，易遭受渗沥水、臭气的困扰；污泥堆肥时，由于不能有效去除污泥中的重金属和有害物质，重金属离子易在土壤和植物体内积累，使土地利用受到限制。目前污泥焚烧正日益受到重视，主要原因有：①焚烧可以最大限度减少污泥体积，相对于机械脱水污泥而言，最终的焚烧产物体积只有最初污泥的10％；②焚烧可以杀死一切病原体，一切有机物在焚烧过程中均会最大程度的分解燃烧，病原体和细菌也不例外，焚烧产生的底渣和飞灰中几乎没有病原体存在；③干燥后污泥的发热量与褐煤相当，可利用此发热量，在一定程度上减轻污泥焚烧处理费用。
目前污泥焚烧处理方法有两种：污泥直接焚烧处理方法和污泥先干燥后焚烧处理方法。
污泥直接焚烧处理方法如中国发明专利20050038416.3“污泥焚烧处理方法及污泥焚烧处理系统”，该发明专利利用螺杆泵将含水量75-85％污泥经输送管和污泥喷射头喷射至循环流化床中焚烧。但由于原始污泥含水量高、热值低，污泥直接焚烧时，必须增加大量的辅助燃料(如煤、柴油等)，运行成本高。通常焚烧1t机械脱水污泥，需要添加0.35t烟煤。由于污泥中大量水分进入焚烧炉，易出现床温难控制、过热器超温等现象，并且烟气量增加，加重了尾部受热面磨损。同时由于烟气中含有较高的水分，烟气的酸露点高，从而为了防止尾部受热面低温腐蚀，势必要求提高排烟温度，从而造成焚烧炉排烟热损失增加。
污泥先干燥后焚烧处理方法如中国发明专利200610113411.7“一种污泥干燥焚烧处理方法”和中国发明专利200610037604.9“城市污泥流化床焚烧装置及其方法”，这两个发明专利都将干燥后的污泥在焚烧炉内焚烧，焚烧产生的热量用于污泥干燥，干燥介质为不饱和水或有机热载体。中国发明专利200610113411.7“一种污泥干燥焚烧处理方法”的特点之一是不需要辅助燃料，但当机械脱水污泥的低位发热量较低时，干污泥焚烧释放的热量难以维持系统所需热量，同时该发明专利采用液态排渣焚烧炉，非流化床焚烧炉，熔融温度受干污泥理论燃烧温度和熔点的限制，故该发明专利对机械脱水污泥的低位发热量和干污泥熔点有一定的要求，污泥适用性窄。由于污泥的干燥可燃基挥发分通常在80％以上，在焚烧干污泥时，如果焚烧炉操作不当，极易产生爆燃现象。为了控制干污泥在流化床密相区释放出来的热量，中国发明专利200610037604.9“城市污泥流化床焚烧装置及其方法”采用在密相区喷水或喷湿污泥的方法进行床温控制，但由此导致烟气中含湿量增加，排烟温度增加，焚烧炉排烟热损失也相应增加，污泥有效热利用率下降。中国发明专利200610037604.9“城市污泥流化床焚烧装置及其方法”采用有机热载体作为传热工质来干燥湿污泥，有机热载体一旦泄漏会造成二次污染。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提出了一种处理效果好、污泥适用性宽、系统安全稳定的污泥干燥焚烧联合处理方法。解决目前湿污泥直接焚烧方法具有尾部受热面磨损腐蚀严重、排烟温度高等问题，湿污泥先干燥后焚烧方法具有湿污泥适用性窄、干污泥焚烧时易爆燃、传热工质污染等问题。
技术方案：本发明的污泥干燥焚烧联合处理装置由低倍率循环流化床焚烧炉、内热式流化床干燥器、干污泥返混系统、送引风系统、过热水蒸汽热交换系统等组成。
该方法分三个部分：
第一部分：湿污泥经过机械式压滤机后进入混合器；旋风分离器分离下来的干污泥一部分进入混合器，一部分进入循环流化床焚烧炉，旋风分离器出来的气体经过喷淋塔后由增压风机切向送入循环流化床焚烧炉稀相区，喷淋塔底部出来的废液进入废液循环池，一部分废液循环进入喷淋塔，一部分废液进入污水处理系统；
第二部分：循环流化床焚烧炉炉膛下方布置埋管，周围布置水冷壁，循环流化床焚烧炉炉膛出口烟气依次通过拉稀管、过热器、旋风分离器、省煤器、空预器、除尘器后，由引风机送入烟囱排空，在空预器和除尘器之间布置活性炭喷射系统；
第三部分：空气预热器产生热空气分成三路：一路热空气作为一次风经过水冷风室和水冷布风板进入循环流化床焚烧炉；一路热空气作为二次风切向进入循环流化床焚烧炉稀相区；一路热空气作为流化床干燥器的流化风，污泥干燥过程产生的臭气和其它不凝结性气体随同流化风作为三次风切向进入循环流化床焚烧炉；高岭土、活性矾土、石灰石等添加剂和辅助燃料煤从循环流化床焚烧炉密相区加入；在循环流化床焚烧炉和流化床干燥器之间，采用过热水蒸汽作为热载体进行热量交换。
循环流化床焚烧炉采用低倍率循环流化床焚烧炉，循环倍率2-3，焚烧炉密相区布置埋管受热面，床内截面状态流速为1.5-3m/s。
循环流化床焚烧炉实行分级供给空气：一次风从循环流化床焚烧炉底部供给，二次风和三次风从循环流化床焚烧炉稀相区供给；循环流化床焚烧炉炉膛在高度方向上分成下部密相区和上部稀相区；密相区为还原区，稀相区为氧化区；密相区温度控制在800-850℃，稀相区温度控制在850-900℃。
循环流化床焚烧炉的惰性床料为河砂、石英沙、燃煤底渣物质。
流化床干燥器采用内热式流化床干燥器，流化风为空气预热器过来的120-160℃热空气。换热管内传热介质为0.5-1MPa、250-300℃过热水蒸汽。流化床干燥器料层温度为105-150℃。
在本发明中湿污泥在流化床干燥器内干燥后直接进入焚烧炉焚烧，污泥无需造粒后焚烧，工艺流程简单。
有益效果：本发明与已有技术相比，具有如下显著特点：
(1)循环流化床焚烧炉具有燃烧稳定，炉内温度场均匀、热效率高、传热传质高、无机械传动部件、操作可靠、建造费用低等诸多优点，特别适合粉状类劣质燃料燃烧。以煤为辅助燃料，一方面与燃油相比，降低运行成本；另一方面拓宽系统对湿污泥的适用性。
(2)为了控制焚烧炉密相区温度，防止干污泥在密相区内爆燃，采取了两个措施：①在密相区内布置埋管，利用埋管高传热特性，将干污泥在密相区内焚烧产生的热量快速高效带走；②实行分级供给空气，焚烧炉密相区为还原区，稀相区为氧化区，控制密相区一次风量，减少干污泥在密相区内燃烧份额。同时焚烧炉密相区内拥有大量的惰性床料，加入到焚烧炉的干污泥能瞬间分散均匀，不会产生急冷或急热现象。从而即使一次投入较多量的高挥发分污泥时，也不会引起爆炸的危险，焚烧系统安全可靠。
(3)焚烧炉采用低倍率循环流化床焚烧炉，循环倍率2-3，焚烧炉炉膛截面流速1.5-3m/s，在保证气体停留时间的情况下，可有效的降低焚烧炉高度。降低截面流速会减轻密相区颗粒对埋管受热面磨损，延长埋管使用寿命。降低截面流速还会减少烟气携带的飞灰量，减轻旋风分离器的工作负荷和尾部磨损，使更多的颗粒处于密相区。
(4)采用干污泥返混工艺，可有效的避免湿污泥在流化床干燥器内结块。采用内热式流化床干燥器，利用湿污泥与换热管管壁间高传热性能，可大大减少干燥器空间尺寸，减少投资费用。污泥干燥过程产生的臭气和其它不凝结性气体随同干燥器的流化风一同进入焚烧炉，整个系统无臭气或有毒气体排放。
(5)利用过热水蒸气高热容性的特点，污泥干燥时传热效率高，工质传热系统简单，过热水蒸气和冷凝水泄漏不会造成二次污染。
(6)最大限度利用污泥焚烧后产生的热量，从而达到降低系统能耗，提高热能利用率的目的。整个系统无酸性气体、重金属、二恶因等污染物排放。
(7)由于采用干污泥返混工艺和辅助燃料补充热量工艺，整个系统对污泥适用性强。整个系统安全可靠，能长期稳定运行。
附图说明
图1是本发明的污泥干燥焚烧联合处理方法示意图，其中有：循环流化床焚烧炉1、启动燃烧室1-1、风室1-2、埋管1-3、添加剂仓1-4、煤仓1-5、干污泥仓1-6、水冷壁1-7、汽包1-8、过热器1-9、旋风分离器1-10、省煤器1-11、空气预热器1-12、回料器1-13、拉稀管1-14、螺旋加料器1-15、水冷布风板1-16、活性炭喷射系统2、除尘器3、引风机4、烟囱5、流化床干燥器6、螺旋加料器6-1、换热管6-2、风室6-3、旋风分离器7、机械式压滤机8、混合器9、喷淋塔10、废液循环池11、循环水泵12、增压风机13、送风机14、循环水泵15。其中还包括：添加剂a、煤b、干污泥c、底渣d、热空气e、冷空气f、热水g、过热水蒸汽h、湿污泥i、污水j、机械脱水污泥k、补充水l、活性炭m。
具体实施方案
本发明采用低倍率循环流化床焚烧炉，循环倍率2-3，焚烧炉内截面状态流速1.5-3m/s，主要基于以下几个考虑：①干污泥粒径较小，临界流化速度小；②焚烧炉密相区埋管的磨损速度与流速的三次方成正比，降低流速有利于减少密相区内颗粒对埋管的磨损，延长埋管的使用寿命；③增加固体颗粒和气体在焚烧炉内停留时间，有利于污泥燃烬和二恶因类物质分解；④在保证气体停留时间的情况下，可有效的降低焚烧炉高度；⑤降低截面流速还会减少烟气携带的飞灰量，减轻旋风分离器的工作负荷和尾部受热面磨损。
在本发明中焚烧炉启动采用床下点火方式，实行全床启动。为了防止焚烧炉启动和正常工作时烧坏布风板，本发明中采用水冷布风板和水冷风室。焚烧炉启动时，燃油产生的烟气通过布风板在沸腾状态下均匀加热床料。该点火方式具有热量交换充分、油量消耗低、点火劳动强度低、成功率高等特点。
本发明采用河砂、石英沙、燃煤底渣等物质作为惰性床料，大量的惰性床料，能够迅速加热新进炉的污泥使其达到焚烧反应温度，其蓄热功能还可减小由于加料不均匀、污泥种类和水分变化引起的炉内温度波动。
在本发明中流化床焚烧炉的燃烧风采用分级供给工艺。从空预器出来的热空气分成三路：一路热空气作为一次风经过水冷风室和水冷布风板进入焚烧炉；一路热空气作为二次风切向进入焚烧炉稀相区；一路热空气作为流化床污泥干燥器的流化风，该流化风在污泥干燥器内冷却降温后，连同不凝结性气体，作为三次风切向进入焚烧炉稀相区。流化床焚烧炉下部密相区为还原区，污泥在缺氧状态下燃烧，产生大量的CO、碳氢化合物气体和细微碳颗粒；上部稀相区为氧化区，主要燃烧由密相区出来的CO、碳氢化合物气体和细微碳颗粒。燃烧风采用分级供给工艺主要基于以下考虑：①控制高挥发分干污泥在密相区内的燃烧份额，防止干污泥焚烧时产生爆燃或结渣，控制密相区温度，一次风量占总风量份额由密相区温度决定；②有利于控制NOx生成，并获得最佳脱硫效率；③污泥中的有价金属没有被氧化，有利于有价金属回收利用。焚烧炉下部密相区(还原区)温度控制在800-850℃，上部稀相区(氧化区)温度控制在850-900℃。
在本发明中防止干污泥在焚烧炉内爆燃的另一个措施是：在焚烧炉下部密相区布置埋管，充分利用埋管高传热性能(埋管的传热系数230-290W/m2·K是炉膛周围水冷壁的6-7倍)，从而能快速高效的带走密相区干污泥焚烧释放的热量。
在本发明中干污泥、辅助燃料煤和高岭土、活性矾土、石灰石等添加剂通过螺旋加料器加入焚烧炉。水冷布风板上布置排渣管，水冷风室内布置一次风进风管。在焚烧炉炉膛四周布置与水冷布风板、水冷风室和汽包相连的膜式水冷壁，减少炉壁漏风。拉稀管位于焚烧炉炉膛出口，水平烟道布置过热器，过热器和省煤器之间布置旋风分离器。旋风分离器将烟气携带的粗颗粒分离下来，经过回料器重新送回焚烧炉，可保证污泥彻底燃烧。旋风分离器出来的烟气依次通过省煤器、空预器、除尘器后，由引风机送入烟囱排出。
本发明采用内热式流化床干燥器，空预器过来的热空气经过流化床干燥器的风室，从布风板进入干燥器。热空气一方面使床内污泥处于流动化，防止污泥粘结；另一方面也与污泥进行充分热交换，蒸发污泥中的水分。热空气在干燥器内降温增湿后进入旋风分离器，旋风分离器出来的70-80℃气体经过喷淋塔除去水分后，连同不凝结性气体，作为三次风切向进入循环流化床焚烧炉稀相区。整个污泥干燥系统无臭气排放。含水量5-10％干污泥从旋风分离器底部排出。喷淋塔底部出来的废液进入废液循环池，一部分废液循环进入喷淋塔，一部分废液进入污水处理系统。
由于污泥在含水量55％左右时存在“胶粘相”，这时污泥粘度最大。本发明采用干污泥返混工艺，将一部分干燥后的污泥与机械脱水污泥在混合器内混合后进入流化床干燥器，使污泥在干燥器内直接越过“胶粘相”，避免污泥在干燥器内结块，干污泥返混工艺还可以改善干燥系统对湿污泥含水率的敏感性。流化床干燥器内布置换热管，焚烧炉产生的过热水蒸汽在换热管内冷却放热，将热量传给湿污泥。在流化床干燥器内由于流动的污泥不断冲刷换热管壁，破坏了气固两相流与换热管管壁的热阻，大大提高了传质传热系数，在干燥参数相同的情况下，可大大缩小干燥器空间尺寸，减少投资成本。
在本发明中加热干燥器的传热介质为0.5-1MPa、250-300℃的过热水蒸气，选用过热水蒸气作为传热介质主要基于以下考虑：①相对于有机热载体而言，价格便宜、易得，且不存在泄漏污染问题；②与热水介质相比，可充分利用水蒸汽凝结放热量大的特点，热力系统简单。污泥干燥器出来的热水和补充水经过省煤器预热后进入汽包，汽包中的饱和水分成三路进入水冷风室下集箱、水冷壁下集箱和埋管下集箱。饱和水在水冷风室、水冷布风板、水冷壁和埋管进行热交换后形成汽水混合物进入汽包。汽包出来的饱和水蒸汽经过过热器进一步加热后得到过热水蒸汽。过热水蒸汽一部分进入内热式流化床干燥器，一部分用来发电或向用户提供热源。
为了防止污泥中挥发分在干燥过程中析出，进入干燥器的热空气温度为120-160℃，流化床干燥器料层温度为105-150℃。
在本发明中流化床焚烧炉的运行温度高(上部稀相区温度＞850℃)、烟气停留时间长(2秒以上)，从空预器过来的部分热空气和从污泥干燥系统中过来的气体分别作为二次风和三次风切向送入焚烧炉稀相区，增加炉内扰动，从而在焚烧炉内可有效的减少CO、不完全燃烧产物和前躯物的生成量，有利于抑制二恶英类物质生成。在焚烧炉中加入高岭土和活性矾土等添加剂可以有效吸附重金属。此外，在焚烧炉中加入石灰石可有效脱除硫、氯、氟等酸性气体。控制燃烧温度和分级供给空气可减少氮氧化物生成。向尾部烟道喷射活性炭可有效的控制气态重金属和二恶英类物质排放。
在本发明中当污泥焚烧产生的热量不足以维持污泥干燥和系统热损失所需热量时，需向焚烧炉内加入辅助燃料煤。
含水量95％左右的湿污泥i进入机械式压滤机8进行初步脱水，使得含水量降到80％左右。机械脱水污泥k与旋风分离器7分离下来的部分干污泥c在混合器9内混合后进入流化床干燥器6。干燥后的污泥含水量5-10％。旋风分离器7出来的气体经过喷淋塔10后由增压风机13切向送入循环流化床焚烧炉1稀相区。喷淋塔10底部出来的废液进入废液循环池11，一部分废液通过循环水泵12进入喷淋塔10，一部分废液进入污水处理系统。
干污泥c通过螺旋加料器1-15加入循环流化床焚烧炉1密相区。循环流化床焚烧炉炉膛下方布置埋管1-3，周围布置水冷壁1-7，上方布置拉稀管1-14，水平烟道内布置过热器1-9，尾部竖井烟道从上到下依次布置省煤器1-11和空预器1-12。在过热器1-9和省煤器1-11之间布置旋风分离器1-10。旋风分离器1-10分离下来的粗颗粒通过回料器1-13重新返回循环流化床焚烧炉。空气预热器1-12出来的烟气经过除尘器3除尘后，由引风机4送入烟囱5排空。在空预器1-12和除尘器3之间布置活性炭喷射系统2。冷空气f经过空气预热器1-12加热后分成三路：一路热空气作为一次风经过水冷风室1-2和水冷布风板1-16进入循环流化床焚烧炉1；一路热空气作为二次风切向进入循环流化床焚烧炉1稀相区；一路热空气作为流化床干燥器6的流化风。高岭土、活性矾土、石灰石等添加剂a和辅助燃料煤b从循环流化床焚烧炉1密相区加入。
循环流化床焚烧炉1产生的0.5-1MPa、250-300℃过热水蒸汽h在流化床干燥器6换热管6-2内放热冷凝成150℃热水g后由循环水泵15重新进入循环流化床焚烧炉1的省煤器1-11。
Claims (5)
1.一种污泥干燥焚烧联合处理方法，其特征在于该方法分三个部分：
第一部分：湿污泥(i)经过机械式压滤机(8)后进入混合器(9)；旋风分离器(7)分离下来的干污泥(c)一部分进入混合器(9)，一部分进入循环流化床焚烧炉(1)，旋风分离器(7)出来的气体经过喷淋塔(10)后由增压风机(13)切向送入循环流化床焚烧炉(1)稀相区，喷淋塔(10)底部出来的废液进入废液循环池(11)，一部分废液循环进入喷淋塔(10)，一部分废液进入污水处理系统；
第二部分：循环流化床焚烧炉(1)炉膛下方布置埋管(1-3)，周围布置水冷壁(1-7)，循环流化床焚烧炉炉膛出口烟气依次通过拉稀管(1-14)、过热器(1-9)、旋风分离器(1-10)、省煤器(1-11)、空预器(1-12)、除尘器(3)后，由引风机(4)送入烟囱(5)排空，在空预器(1-12)和除尘器(3)之间布置活性炭喷射系统(2)；
第三部分：空气预热器(1-12)产生热空气分成三路：一路热空气作为一次风经过水冷风室(1-2)和水冷布风板(1-16)进入循环流化床焚烧炉(1)；一路热空气作为二次风切向进入循环流化床焚烧炉(1)稀相区；一路热空气作为流化床干燥器(6)的流化风，污泥干燥过程产生的臭气和其它不凝结性气体随同流化风作为三次风切向进入循环流化床焚烧炉(1)；高岭土、活性矾土、石灰石等添加剂(a)和辅助燃料煤(b)从循环流化床焚烧炉(1)密相区加入；在循环流化床焚烧炉(1)和流化床干燥器(6)之间，采用过热水蒸汽(h)作为热载体进行热量交换。
2.根据权利要求1所述的污泥干燥焚烧联合处理方法，其特征在于循环流化床焚烧炉(1)采用低倍率循环流化床焚烧炉(1)，循环倍率2-3，焚烧炉密相区布置埋管(1-3)受热面，床内截面状态流速为1.5-3m/s。
3.根据权利要求1所述的污泥干燥焚烧联合处理方法，其特征在于循环流化床焚烧炉(1)实行分级供给空气：一次风从循环流化床焚烧炉(1)底部供给，二次风和三次风从循环流化床焚烧炉(1)稀相区供给；循环流化床焚烧炉(1)炉膛在高度方向上分成下部密相区和上部稀相区；密相区为还原区，稀相区为氧化区；密相区温度控制在800-850℃，稀相区温度控制在850-900℃。
4.根据权利要求1所述的污泥干燥焚烧联合处理方法，其特征在于循环流化床焚烧炉(1)的惰性床料为河砂、石英沙、燃煤底渣物质。
5.根据权利要求1所述的污泥干燥焚烧联合处理方法，其特征在于流化床干燥器(6)采用内热式流化床干燥器(6)，流化风为空气预热器(1-12)过来的120-160℃热空气(e)，换热管(6-2)内传热介质为0.5-1MPa、250-300℃过热水蒸汽(h)，流化床干燥器(6)料层温度为105-150℃。
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