CN101551108A - 城市污泥的焚烧处理方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市污泥的焚烧处理方法及其装置，方法是将平均粒径75μm～90μm的煤粉、含水95wt％的城市污泥与水按质量比60∶25∶15直接混合并经过两次搅拌和过滤后制成成品污泥水煤浆，而后直接采用螺杆泵加压并送至污泥水煤浆雾化喷嘴，同时在雾化喷嘴中高速送入压缩空气和一次风使污泥水煤浆以良好的雾化状态射入燃烧室。生成的高温烟气先后经过余热锅炉回收热量后排入大气，灰渣回收利用。装置主要由磨煤机、储粉仓、搅拌罐、第一过滤器、第一螺杆泵、储存罐、第二过滤器、第二螺杆泵、燃烧室、余热锅炉、布袋除尘器组成。克服了常规污泥焚烧方法中工艺复杂、污泥干燥中能量消耗大的缺点，实现烟气的低污染排放和灰渣的综合利用。

Description

城市污泥的焚烧处理方法及其装置

技术领域

本发明涉及污泥的资源化处理方法，具体是将含水污泥与煤粉、水混合制成污泥水煤浆，并将污泥水煤浆直接泵送至燃烧装置来焚烧处理污泥的方法。

背景技术

随着社会经济和城市化的发展，使城市污水和工业废水的生产量不断增加，废水持续大量排入江、河、湖、海，造成了水体的严重和普遍污染。污水处理及再生利用已成为改善环境和节水、实现可持续发展的重要工作，而处理城市污水和工业废水所产生的污泥量正在急剧增加。据统计，截止到2005年底，全国已有城市污水处理厂780余座，城市污水处理能力达每天7600万吨，城市污水处理率为52％，每年产生的干污泥约300万吨。污泥中含有覆盖面很广的各类污染物，包括各种重金属、毒性有机物、大量的致病微生物以及一般的好氧性有机物和植物养分等，如果处置不当，将会引起严重的二次环境污染。目前，国内外常用的污泥处置方法主要有填埋、海洋倾倒、堆肥和焚烧。与其他方法相比，以焚烧方法为核心的污泥处置方法是一种较为彻底的处理方法，可以使污泥量由大量减为很少、很稳定的灰尘，高温使有机物质被炭化，破坏有毒物质，杀死病原体。另外，污泥中含有大量的可燃成分，干基的热值在10MJ/kg～20MJ/kg，完全可通过焚烧处理方法实现污泥的减量化、无害化，同时达到污泥热值的回收利用。但污泥与煤等常规燃料又有很大区别，热值相对较低、含水量大、成份复杂，如何清洁、高效、合理地处置污泥已受到人们的高度关注。

在污泥焚烧方法中，一类是将脱水污泥直接送入焚烧炉焚烧，另一类是将脱水污泥干化后再焚烧。污泥的含水率一般大于95wt％，经过脱水后的污泥含水率仍然高于75wt％，因此，第一类方法中，需要加入辅助燃料，这导致整个燃烧效率和热效率低下。在第二类方法中，除去脱水工艺外，还要进行干化处理，但干化的工艺流程较为复杂，热介质与干燥污泥要进行分离，干燥排出的废气除要回收热量外，还要经过无害化处理后排放，这都给设备运行和管理带来很大麻烦。在后续的焚烧工艺中，多采用专用的循环流化床锅炉，虽然技术相对成熟，但整个锅炉系统较为复杂，辅助设备多，对运行和管理要求高。以上污泥焚烧工艺在发达国家得到了广泛应用，在国内由于一次性投资高、处理成本大和汇报率低等问题一直未得到广泛应用。发展适合我国国情、工艺技术可靠、投资成本小、建厂灵活的新型污泥资源化综合利用工艺技术成为迫切需要。

发明内容

为了克服常规污泥焚烧方法中工艺复杂、污泥干燥过程中能量消耗大的缺点，本发明提供了一种城市污泥的焚烧处理方法及其装置，能够较大幅度地减少制浆和运行成本、充分回收污泥热值，实现烟气的低污染排放和灰渣的综合利用。

技术方案：用于制浆的煤粉平均粒径在75μm～90μm范围内，煤粉由磨煤制粉系统的储粉仓出来后，与仅经过重力浓缩的含水率95wt％的城市污泥、水按质量比60∶25∶15的比例连续加入搅拌罐，加料过程中保持搅拌，使初步制成的污泥水煤浆混合较为均匀，并经过初次过滤后用第一螺杆泵连续送入储存罐。在储存罐中，始终保持搅拌状态，获得均匀混合、性质稳定的成品污泥水煤浆，经过二次过滤后，用第二螺杆泵把污泥水煤浆加压送至雾化喷嘴，使雾化喷嘴前的污泥水煤浆压力达到0.5Mpa-0.7Mpa，经过雾化喷嘴后使污泥水煤浆呈雾化状态射入燃烧室内腔进行燃烧，与此同时，送入一次风和二次风，在燃烧室内腔内，污泥水煤浆实现着火和分级燃烧，生成的高温烟气先后经过余热锅炉、布袋除尘器实现热量回收、除尘后排入大气，生成的灰渣回收利用作建筑材料。正常运行状态下，搅拌罐和储存罐的搅拌叶轮转速保持30转/分钟；用于雾化的压缩空气压力选用0.7Mpa-0.9Mpa，风速50m/s-60m/s。一次风速选用100m/s-120m/s。二次风速选用25m/s-30m/s。过量空气系数1.2，压缩空气、一次风和二次风比例为5∶65∶30。

所述的城市污泥的焚烧处理方法使用的装置，主要由磨煤机、储粉仓、搅拌罐、第一过滤器、第一螺杆泵、储存罐、第二过滤器、第二螺杆泵、燃烧室、余热锅炉、布袋除尘器组成，磨煤机与储粉仓连接，储粉仓与搅拌罐连接，搅拌罐与第一过滤器连接，第一过滤器与第一螺杆泵连接，第一螺杆泵与储存罐连接，储存罐与第二过滤器连接，第二过滤器与第二螺杆泵连接，第二螺杆泵与燃烧室连接，燃烧室和余热锅炉连接，余热锅炉和布袋除尘器连接，布袋除尘器上设有烟囱。

燃烧室为热壁结构，主要由燃烧室內腔和外壁组成，在燃烧室的顶部设有雾化喷嘴，雾化喷嘴和燃烧室內腔联通，燃烧室的上部设有点火枪，点火枪上分别设有燃气进口和空气进口，燃烧室下部设有二次风进口，燃烧室底部设有排渣管。

雾化喷嘴上设有污泥水煤浆进口、压缩空气进口和一次风进口，其中压缩空气通道采用螺旋槽旋流结构，在出口处使高速旋转的压缩空气与煤浆混合，将煤浆破碎成煤浆滴；雾化喷嘴的一次风出口采用固定叶片旋流器，使高速旋转的一次风将煤浆滴破碎成更小的雾滴，同时提供污泥燃烧所需大部分空气量。燃烧室采用热壁结构，即燃烧室内壁不布置受热面，保证污泥水煤浆燃烧稳定。燃烧室內腔外的二次风进口为六个沿燃烧室內腔的外圆周方向均匀分布的倾斜进风口，且倾斜进风口与垂直方向呈45°、与燃烧室內腔外壁圆周的切线呈30°，使污泥水煤浆充分燃尽，燃尽后形成的灰渣从燃烧室下部排渣管排出，高温烟气进入余热锅炉进行热量回收后再经过布袋除尘器经烟囱排入大气。

燃烧系统启动时，先将燃气和空气由燃烧室上部的点火枪送入燃烧室內腔引燃并预热燃烧室內腔，当燃烧室內腔温度达到850℃以上时，开始投入污泥水煤浆和一次风。污泥水煤浆燃烧稳定后停止送入燃气和空气，同时投入二次风。

有益效果：将含水污泥与煤粉、水混合制成污泥水煤浆，并将污泥水煤浆直接泵送至燃烧室来焚烧处理污泥的方法具有以下优点：

1.该工艺将含水污泥与煤粉、水混合搅拌制成污泥水煤浆直接泵送至燃烧室燃烧，整个工艺流程简单，可实现连续可靠运行，设备运行和管理灵活，投资运行成本低，省去常规污泥焚烧处理前的深度脱水工艺过程，容易实现规模化焚烧处理。可在稳定的污泥源头就近建立污泥焚烧厂，实现就地焚烧，省去污泥收集、储存和长距离运输过程，大大缩短污泥的处理周期。

2.将普通磨煤机磨出的煤粉与含水污泥直接混合制取流体混合燃料，可充分利用泥浆的胶体特性和其中的有机活性成分，从而使流体燃料具有较好的流动性和稳定性，省去了复杂昂贵的磨煤机设备，还可省去水煤浆添加剂和部分水的制浆成本。

3.本发明的污泥水煤浆燃烧方式可使污泥的燃尽率达到96％以上，能够充分回收污泥热值。燃尽后的灰渣为松散的颗粒，经过简单机械破碎处理后可用作建筑材料。

4.燃烧室采用热壁结构，燃烧室内壁不布置受热面，污泥水煤浆燃烧稳定。污泥水煤浆燃烧采用分级配风方式，整个燃烧室的平均温度相对较低，所产生的氮氧化物较少；经过布袋除尘后，烟气中的重金属成分有相当一部分被飞灰捕集。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为污泥水煤浆燃烧室结构示意图。

图3为污泥水煤浆雾化喷嘴结构示意图。

图4为二次风倾斜进风口布置的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

图1为污泥水煤浆的制浆、燃烧和热量回收的工艺流程图。煤粉、污泥和水经过混合、搅拌后泵送至燃烧室燃烧，高温烟气经过余热锅炉回收热量，再经过布袋除尘器后排入大气，灰渣从燃烧室下部直接排出。

燃烧系统的启动具体方法如下：

燃烧系统启动时，先将燃气和空气送入设于燃烧室9上部的点火枪2-2内混合，而后送入燃烧室內腔2-3内引燃。当燃烧室內腔2-3内温度达到850℃时，开始将污泥水煤浆、压缩空气和一次风送入设于燃烧室9顶部的雾化喷嘴2-1内，呈良好雾化状态的污泥水煤浆射入燃烧室內腔2-3内加热并引燃。当燃烧室內腔2-3内污泥水煤浆燃烧稳定后停止送入燃气和空气，同时由燃烧室下部的倾斜二次风进风口2-5送入二次风。

正常运行后，城市污泥的焚烧处理方法为：

将经过初步破碎后的原煤送入磨煤机1，磨制成平均粒径75μm～90μm的煤粉并送至储粉仓2储存。煤粉由储粉仓2出来后经过给料计量装置称量后与经过重力浓缩含水率95wt％的污泥、水按质量比60∶25∶15连续加入搅拌罐3，加料过程中保持搅拌，使初步制成的污泥水煤浆混合较为均匀，并经过第一过滤器4的过滤后用第一螺杆泵5连续送入储存罐6。在储存罐6中，始终保持搅拌状态，获得均匀混合、性质稳定的成品污泥水煤浆，经过第二过滤器7的二次过滤后用第二螺杆泵8加压后送至雾化喷嘴2-1，使雾化喷嘴前的污泥水煤浆压力达到0.5Mpa-0.7Mpa，经雾化喷嘴后使污泥水煤浆呈雾化状态射入燃烧室內腔2-3内进行燃烧，与此同时，送入一次风和二次风。二次风由燃烧室下部的倾斜进风口2-5送入，使污泥水煤浆充分燃尽，燃尽后形成的灰渣从燃烧室下部的排渣管2-4排出，燃烧形成的高温烟气进入余热锅炉10内进行热量回收后再经过布袋除尘器11由烟囱排入大气。

正常运行状态下，搅拌罐3和储存罐6的搅拌叶轮转速保持30转/分钟；在进入雾化喷嘴2-1前，污泥水煤浆的压力为0.5Mpa-0.7Mpa，用于雾化的压缩空气压力为0.7Mpa-0.9Mpa，风速为50m/s-60m/s。一次风速为100m/s-120m/s，二次风速为25m/s-30m/s。过量空气系数1.2，压缩空气、一次风和二次风比例为5∶65∶30。

所述的城市污泥的焚烧处理方法使用的装置，主要由磨煤机1、储粉仓2、搅拌罐3、第一过滤器4、第一螺杆泵5、储存罐6、第二过滤器7、第二螺杆泵8、燃烧室9、余热锅炉10、布袋除尘器11组成，磨煤机1与储粉仓2连接，储粉仓2与搅拌罐3连接，搅拌罐3与第一过滤器4连接，第一过滤器4与第一螺杆泵5连接，第一螺杆泵5与储存罐6连接，储存罐6与第二过滤器7连接，第二过滤器7与第二螺杆泵8连接，第二螺杆泵8与燃烧室9连接，燃烧室9和余热锅炉10连接，余热锅炉10和布袋除尘器11连接。

燃烧室9采用热壁结构，燃烧室内壁不布置受热面，主要由燃烧室內腔2-3和外壁组成，在燃烧室9的顶部设有雾化喷嘴2-1，雾化喷嘴2-1和燃烧室內腔2-3联通，燃烧室9的上部设有点火枪2-2，点火枪2-2上分别设有燃气进口和空气进口，燃烧室9下部设有二次风进口，燃烧室9底部设有排渣管2-4。雾化喷嘴2-1上设有一次风入口、压缩空气入口和污泥水煤浆入口。雾化喷嘴内的压缩空气通道采用螺旋槽结构3-2，在喷嘴出口处使高速旋转的压缩空气与煤浆混合，将煤浆破碎成煤浆滴；雾化喷嘴的一次风出口采用固定叶片旋流器3-1，使高速旋转的一次风将煤浆滴破碎成更小的雾滴。燃烧室內腔外的二次风进口2-5为六个沿燃烧室內腔2-3的外圆周方向均匀分布的倾斜进风口，且倾斜进风口与垂直方向呈45°、与燃烧室內腔2-3外壁圆周的切线呈30°。

Claims (6)

1.一种城市污泥的焚烧处理方法，其特征在于：将平均粒径75μm～90μm的煤粉与经过重力浓缩含水率95wt％的城市污泥、水按质量比60∶25∶15的比例连续加入搅拌罐，搅拌使初步制成的污泥水煤浆混合均匀，并经过初次过滤后连续送入储存罐，在储存罐中，始终保持搅拌状态，获得均匀混合、性质稳定的成品污泥水煤浆，经过二次过滤后，把污泥水煤浆加压送至雾化喷嘴，使雾化喷嘴前的污泥水煤浆压力达到0.5Mpa-0.7Mpa，经雾化喷嘴后使污泥水煤浆呈雾化状态射入燃烧室内腔进行燃烧，同时送入一次风和二次风，生成的灰渣从燃烧室下部排出，烟气进入余热锅炉进行热量回收后再经过布袋除尘器排入大气。

2.根据权利要求1所述的城市污泥的焚烧处理方法，其特征在于用于雾化的压缩空气压力为0.7Mpa-0.9Mpa，风速50m/s-60m/s，一次风速为100m/s-120m/s，二次风速为25m/s-30m/s，过量空气系数1.2，压缩空气、一次风和二次风比例为5∶65∶30。

3.根据权利要求1所述的城市污泥的焚烧处理方法使用的装置，其特征在于，主要由磨煤机(1)、储粉仓(2)、搅拌罐(3)、第一过滤器(4)、第一螺杆泵(5)、储存罐(6)、第二过滤器(7)、第二螺杆泵(8)、燃烧室(9)、余热锅炉(10)、布袋除尘器(11)组成，磨煤机(1)与储粉仓(2)连接，储粉仓(2)与搅拌罐(3)连接，搅拌罐(3)与第一过滤器(4)连接，第一过滤器(4)与第一螺杆泵(5)连接，第一螺杆泵(5)与储存罐(6)连接，储存罐(6)与第二过滤器(7)连接，第二过滤器(7)与第二螺杆泵(8)连接，第二螺杆泵(8)与燃烧室(9)连接，燃烧室(9)和余热锅炉(10)连接，余热锅炉(10)和布袋除尘器(11)连接。

4.根据权利要求3所述的城市污泥的焚烧处理方法使用的装置，其特征在于，燃烧室(9)为热壁结构，主要由燃烧室內腔(2-3)和外壁组成，在燃烧室(9)的顶部设有雾化喷嘴(2-1)，雾化喷嘴(2-1)和燃烧室內腔(2-3)联通，燃烧室(9)的上部设有点火枪(2-2)，点火枪(2-2)上分别设有燃气进口和空气进口，燃烧室(9)下部设有二次风进口，燃烧室(9)底部设有排渣管(2-4)。

5.根据权利要求3所述的城市污泥的焚烧处理方法使用的装置，其特征在于，雾化喷嘴(2-1)上设有污泥水煤浆进口、压缩空气进口和一次风进口，其中压缩空气通道采用螺旋槽结构(3-2)，一次风出口采用固定叶片旋流器(3-1)。

6.根据权利要求3所述的城市污泥的焚烧处理方法使用的装置，其特征在于，燃烧室內腔外的二次风进口(2-5)为六个沿燃烧室內腔(2-3)的外圆周方向均匀分布的倾斜进风口，且倾斜进风口与垂直方向呈45°、与燃烧室內腔(2-3)外壁圆周的切线呈30°。

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