CN106871125A - 一种垃圾焚烧炉污泥直接混合掺烧方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种垃圾焚烧炉污泥直接混合掺烧方法及系统，该系统包括：卸料单元、暂存搅拌单元、转运单元、焚烧单元、热能转化单元、发电单元和烟气处理单元，所述暂存搅拌单元存放污泥和生活垃圾的混合物，该混合物中污泥所占的比重为10‑15％；所述转运单元用于将所述混合物从暂存搅拌单元转运至焚烧单元内，所述混合物在焚烧单元内产生的高温烟气进入到热能转化单元内其热能使热能转化单元内的水形成高温高压蒸汽，蒸汽推动发电单元发电，从热能转化单元出来的烟气进入到烟气处理单元内，烟气在烟气处理单元内经无害化处理后排入大气中。本发明实现了污泥与生活垃圾的混合焚烧，通过利用燃烧余热产生清洁电能，烟气经过有效处理后进行环保排放。

Description

一种垃圾焚烧炉污泥直接混合掺烧方法和系统

技术领域

本申请涉及一种垃圾焚烧炉污泥直接混合掺烧方法和系统，其可广泛地应用于城市污泥处理与垃圾焚烧领域中。

背景技术

随着我国污水处理设施的增加、处理率的提高和处理程度的深化,污水处理厂的污泥产量急剧增加。以北京市为例，2015年北京市污泥产量达5000吨/日(含水率80％)，根据《北京城市总体规化(2004年一2020年)》预计到2020年,北京市全年污泥(含水率80％)产量将达200万吨。目前只有不足50％的污泥进行了堆肥和建材利用等处置和资源化利用，其余污泥仅进行简单临时堆置，缺乏有效的最终处置。污泥含有病原体、重金属等有毒有害物质，未经有效处理处置，极易对土壤、地表水、地下水等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康，使污水处理设施的环境效益大大降低。

2015年4月2日国务院颁发《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)规定：“推进污泥处理处置，污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置，禁止处理处置不达标的污泥进入耕地。非法污泥堆放点一律予以取缔。现有污泥处理处置设施应于2017年底前基本完成达标改造，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90％以上”(住房城乡建设部牵头，发展改革委、工业和信息化部、环境保护部、农业部等参与)。

另一方面随着人们生活水平的提高，随着垃圾热值的提升由于受到垃圾焚烧炉热负荷的限制，造成每天的入炉焚烧量减少，也将对公司的经济效益产生一定影响。《城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范》(环保部2010年)、《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》(住房城乡建设部、发展改革委2011年)要求：“已有或规划建有生活垃圾焚烧发电厂的城市，宜优先选择采用污泥与生活垃圾混合焚烧方式处理处置污泥，既可以利用垃圾焚烧厂的焚烧和尾气处理设备，又可以节省投资和运行成本”。污泥和生活垃圾混合比例不超过20％时，混合后的低位热值不低于5360kJ/kg，焚烧炉可以稳定焚烧发电，既实现了污泥焚烧处理处置稳定化、无害化、减量化、资源化的目标，又有很好的经济效益。

(1)污泥水分对焚烧的影响

污泥是含水极高的物质，目前焚烧炉的排烟温度大都在100℃以上，所以污泥带入炉内的水分最后都是以蒸汽的形态排出焚烧炉的。这些蒸汽以汽化潜热的形式带走了燃料中的部分能量，剩余的热量才可被利用。脱水后的污泥含水率一般在80％左右，因而水分的蒸发过程在污泥的整个燃烧过程占有很大的比重，水分对于污泥焚烧影响较大。对于1个标准大气压下，水汽化潜热为2510kJ/kg，根据含水率等可以得出不同含水率下的能量损失份额。从图1可以看出，对于干基低位热值为10000kJ/kg的污泥，水分达到79.9％时，其损失达到100％，即无能量可用了。

(2)污泥热值对焚烧的影响

污泥的成分变化较大，不同的污泥的来源与形成过程复杂，不同地区不同污水厂的污泥有不同的组成。从污泥焚烧的角度来说，污泥由水分、不可燃的矿物杂质(灰份)和可燃质(污泥中挥发份)组成，挥发份的含量决定了污泥的热值。污泥的可燃成分越多，热值越高，越易着火，燃烧过程越易进行，燃烧的效果也越好。

如以污泥中挥发份的含量来计算热值的。计算公式如下：

式中：Q—干污泥的燃烧热值，kJ/kg；

PV—挥发份的含量，％；

G—机械脱水时添加的污泥混凝剂的量(g/100g干污泥)，投加有机混凝剂或未投混凝剂时，G＝0；

a、b—经验系数,新鲜污泥与消化污泥a＝131,b＝10，新鲜活性污泥a＝107，b＝5。

例如，北京市污水处理厂污泥挥发分按65％计，根据上述计算公式计算污泥干基热值为：

查阅相关资料，2010年3月至2010年12月，北京4个污水处理厂污泥样品热值测定结果如表1所示：

表1

(3)污泥和生活垃圾掺烧比例

从以上两点可以看出，污泥的含水率及热值对燃烧具有重要影响，但对于混合垃圾掺烧选择合适的掺烧比例就变得尤为重要。

我们知道城市污水厂污泥含水率高，不同的污水厂污泥又有不同的特性，因而和生活垃圾混合焚烧混烧会表现出不同燃烧特性，对原生活垃圾焚烧系统也会有不同影响。对于干基低位热值为10000kJ/kg的污水厂污泥，水分达到79.9％时，混入生活垃圾混烧污泥不提供能量，也不消耗能量。因此，污泥掺入的比例多，会引起污泥和生活垃圾混合燃料的含水率增加，热值降低，单位重量的发电量降低，如果混合焚烧比例过高，甚至会不能够着火，影响混合燃烧运行。所以，为了达到对污泥进行无害化、稳定化、减量化和有效利用废热的目的，确定污泥掺入的合理比例至关重要。

发明内容

本发明就是基于现有污泥处理的现状，提出一种新的污泥处理的技术方案，通过将污泥以合适比例掺入生活垃圾中进行焚烧以达到对污泥进行无害化、稳定化、减量化和有效利用废热的目的。

要使固体废物维持燃烧，就要其燃烧所释放的出的热量足以提供废物达到的燃烧温度所需要的能量及燃烧所需的活化能。

假设生活垃圾低位热值为Qs，干污泥热值为Qg，污泥含水率为f，水分的气化潜热为Qq，污泥占混合后的产物的比例为X，则混合后的产物的低位热值QL可以按照以下公式进行计算：

QL＝Qs(1-X)+[Qg(1-f)-Qq·f]X

申请人发现，对于生活垃圾来说，低位热值QL与焚烧性存在以下关系：

(1)当QL<3340kJ/kg时，不满足焚烧的条件；

(2)当3340kJ/kg≤QL<4180kJ/kg时，可以燃烧，但废热利用价值不大；

(3)当4180kJ/kg≤QL<5000kJ/kg时，焚烧供热发电均可,但稳定性较差；

(4)当5000kJ/kg≤QL≤6000kJ/kg时，焚烧供热发电具有一定的稳定性；

(5)当QL>6000kJ/kg时，可以完全的实现稳定焚烧供热发电。

污泥掺烧可按上述关系考虑对燃烧情况的影响。

根据热值和可焚烧性的关系，可以计算出在四种条件的临界值时试样混合比例，结果见表2。例如，北京高安屯焚烧厂生活垃圾低位热值按6500kJ/kg，干污泥热值14000kJ/kg，污泥含水率80％，水分的气化潜热为2500kJ/kg计，则：

QL＝6500(1－X)+(14000×20％－2500×80％)X

则X＝(6500－QL)/5700

根据以上公式进行计算掺烧污泥比例为20％时，混合试样的热值为5360kJ/kg，以上理论计算是满足焚烧供热发电的热值条件，焚烧发电是没有问题的，具体的操作要根据垃圾热值变化情况范围以及各种垃圾焚烧炉的实际热特性来确定掺烧的比例。

表2垃圾污泥混合制样热值表

具体的直接混合掺烧的比例应考虑垃圾焚烧炉设计入炉垃圾的热值，并结合入炉垃圾热值不稳定的现状，及垃圾焚烧炉对入炉垃圾热值变动的适应性，一般建议直接掺烧的比例为10-15％；考虑污泥的种类不同，以及混合搅拌的均匀性，以及焚烧炉的热特性等，最佳的选择比例为12.5％，可以达到环保处理，并不影响发电效益。

北京高安屯垃圾焚烧有限公司建设有两条2*800吨的往复式顺推炉排炉，入炉垃圾垃圾的设计热值为1600大卡，入炉垃圾的热值适应能力为1100-2200大卡，表3为垃圾焚烧炉入炉垃圾热值适应表

表3垃圾焚烧炉入炉垃圾热值适应表

污泥掺烧的原则是：保持焚烧炉运行工况稳定，符合安全环保经济运行的宗旨。

下面介绍垃圾焚烧炉污泥直接混合掺烧方法。需要指出的是本申请中提到垃圾指的是生活垃圾，本申请中提到的污泥是指污水处理后的污泥。

该方法包括如下步骤：

(1)将收集到的垃圾和污泥经由卸料单元倾倒到暂存搅拌单元内，使得污泥所占比重达到10-15％，最佳的比重为12.5％；

(2)将所述垃圾和污泥在所述暂存搅拌单元内存储5-7天，使其发酵脱水，将入炉垃圾中的含水率降低至50％以下，之后将垃圾跟污泥进行三到四次的混合搅拌，使它们混合均匀；

(3)利用转运单元将混合均匀的垃圾和污泥转运至焚烧单元内进行焚烧；

(4)使所述焚烧单元内产生的高温烟气进入到热能转化单元内，以使热能转化单元内的水形成高温高压蒸汽，从而使所形成的所述高温高压蒸汽推动发电单元发电；

(5)使从所述热能转化单元出来的烟气进入到烟气处理单元内，烟气在烟气处理单元内经无害化处理后排入大气中。

本申请还涉及一种垃圾焚烧炉污泥直接混合掺烧系统，该系统包括：卸料单元、暂存搅拌单元、转运单元、焚烧单元、热能转化单元、发电单元和烟气处理单元，卸料单元与暂存搅拌单元相接，收集到的垃圾和污泥经由卸料单元倾倒到暂存搅拌单元内，转运单元位于暂存搅拌单元和焚烧单元上方，其用于将垃圾和污泥的混合物从暂存搅拌单元转运至焚烧单元内，焚烧单元与热能转化单元相连，垃圾和污泥的混合物在焚烧单元内产生的高温烟气进入到热能转化单元内其热能使热能转化单元内的水形成高温高压蒸汽，蒸汽推动发电单元发电，从热能转化单元出来的烟气进入到烟气处理单元内，烟气在烟气处理单元内经无害化处理后排入大气中。

所述的暂存搅拌单元包括渗沥液坑和垃圾坑，渗沥液坑用于收集垃圾和污泥在暂存搅拌单元内发酵脱水过程中产生的渗沥液。垃圾坑有一定的库容，满足5-7天垃圾焚烧炉燃料储存的需求。

所述的转运单元包括垃圾抓吊，垃圾抓吊将垃圾坑内的垃圾及污泥混合物转运至焚烧单元的进料斗内。

所述的焚烧单元还包括液压给料机、渣坑、往复式焚烧炉排、鼓风机、水冷渣斗、出渣机和皮带输送机，液压给料机将所述进料斗内的垃圾推至所述往复式焚烧炉排内，鼓风机与往复式焚烧炉排相连用于给炉内送风以保证垃圾的充分燃烧，垃圾在该往复式焚烧炉排内经过干燥、点燃、燃烧和烧尽四个阶段，垃圾烧尽后掉入水冷渣斗内，由出渣机将炉渣通过皮带输送机送入渣坑内，然后由专用车辆将渣坑内的炉渣运往填埋场所。

所述的热能转化单元包括余热锅炉，该余热锅炉与所述往复式焚烧炉排的烟气排出口相连，在所述往复式焚烧炉排内产生的高温烟气经过所述余热锅炉，使余热锅炉内的水形成高温高压蒸汽，余热锅炉的高温高压蒸汽排出口与发电单元的汽轮发电机组相连，从而所述高温高压蒸汽推动所述汽轮发电机组发电。

所述余热锅炉的烟气排出口与烟气处理单元相连，所述烟气处理单元包括消石灰罐、活性炭罐、布袋除尘器、烟道反应器、飞灰罐和引风机，余热锅炉的烟气排出口排出的烟气进入烟道反应器，与喷射至系统内的来自于消石灰罐的消石灰微粒接触发生中和反应，在烟道反应器入口处通过喷射入的来自于活性炭罐的活性炭吸附二恶英和重金属，处理后的烟气进入布袋除尘器，烟气颗粒物、中和反应物和活性炭吸附物均在该布袋除尘器被捕集，除尘后的烟气经引风机进入集束烟囱排入大气，烟道反应器下部的大颗粒、布袋除尘器收集的飞灰经仓泵由压缩空气采用气力输灰的方式，用管道送至飞灰罐，然后被送至具有危险废物处理资质的部门进行稳定化处理。

所述的烟气处理单元还包括增湿器和水罐，所述的布袋除尘器底部还设有再循环给料处，所述的增湿器用于将一定量的水喷入所述再循环给料处，用于调整布袋出口烟温和增加所述烟道反应器循环灰与烟气接触面积，提高脱硫脱酸的反应效率，所述增湿器的水源来自水罐。

本发明所带来的优点体现在以下方面：

1.稳定化：污泥焚烧后产生的灰渣经固化、填埋处理，实现了污泥处理处置的稳定化。

2.减量化：污泥焚烧后体积在脱水污泥(含水率80％)的10％以下，减容率可达90％以上。

3.无害化：焚烧解决了污泥的恶臭问题,污泥处理速度快,不需长期储存，污泥在高温下燃烧，一切病原体被杀死。焚烧后的气体经先进的垃圾焚烧烟气处理系统后，达标排放。

4.资源化：利用生活垃圾焚烧发电厂处理处置污泥，在焚烧污泥的过程中可回收能量用于发电，实现了污泥处理处置的资源化利用。

5.社会效益：利用生活垃圾焚烧发电厂处理处置污泥是解决城市污水厂污泥问题有效途径之一，对于北京市的污水处理和生态环境改善，将具有十分重要的意义。

附图说明

为了更容易理解本发明的技术方案和有益的技术效果，通过参照在附图中示出的本发明的具体实施方式来对本申请进行详细的描述。这些附图仅绘出了本申请的典型实施方式，并不构成对本发明的保护范围的限制，其中：

图1是污泥能量损失与含水率关系曲线。

图2是本发明的污泥掺烧垃圾焚烧系统。

在图1和图2中标示出的附图标记中：QL：低位热值；1：渗沥液坑；2：垃圾坑；3：垃圾抓吊；4：渣坑；5：鼓风机；6：往复式焚烧炉排；7：余热锅炉；8：汽轮发电机组；9：水罐；10：消石灰罐；11：活性炭罐；12：布袋除尘器；13：增湿器；14：烟道反应器；15：飞灰罐；16：引风机。

具体实施方式

参照图2，图2示出了本发明的垃圾污泥混合掺烧焚烧系统，该系统包括：垃圾污泥卸料单元、垃圾暂存混合搅拌单元、垃圾转运单元、垃圾污泥焚烧单元、热能转化单元、发电单元、烟气处理单元。收集到的生活垃圾及污泥由垃圾(污泥)运输车经由卸料平台倾倒到垃圾暂存混合单元内。在暂存混合单元内经过一定时期的发酵脱水，并充分的搅拌混合均匀，进入垃圾污泥混合入炉转运单元，垃圾转运单元位于垃圾暂存搅拌单元和垃圾焚烧单元上方，其用于将垃圾从垃圾暂存搅拌单元转运至垃圾焚烧单元内。垃圾焚烧单元与热能转化单元相连，垃圾在垃圾焚烧单元内产生的高温烟气进入到热能转化单元内其热能使热能转化单元内的水形成高温高压蒸汽，蒸汽推动发电单元发电。从热能转化单元出来的烟气进入到烟气处理单元内，烟气在烟气处理单元内经无害化处理后排入大气中。

所述的垃圾暂存混合搅拌单元包括渗沥液坑1和垃圾坑2，渗沥液坑1用于存储垃圾存放产生的渗沥液。

所述的垃圾转运单元包括垃圾抓吊3，垃圾抓吊3将垃圾坑2内的垃圾转运至垃圾焚烧单元的进料斗内。

垃圾焚烧单元还包括液压给料机(未示出)、渣坑4、往复式焚烧炉排5、鼓风机6、水冷渣斗(未示出)、出渣机(未示出)和皮带输送机(未示出)，液压给料机将所述进料斗内的垃圾推至所述往复式焚烧炉排5内，鼓风机6与往复式焚烧炉排5相连用于给炉内送风以保证垃圾的充分燃烧，垃圾在该往复式焚烧炉排5内经过干燥、点燃、燃烧和烧尽四个阶段，垃圾烧尽后掉入水冷渣斗内，由出渣机将炉渣通过皮带输送机送入渣坑4内，然后由专用车辆将渣坑内的炉渣运往填埋场所。

所述热能转化单元包括余热锅炉7，该余热锅炉7与所述往复式焚烧炉排5的烟气排出口相连，在所述往复式焚烧炉排5内产生的高温烟气经过所述余热锅炉7，使余热锅炉7内的水形成高温高压蒸汽，余热锅炉7的高温高压蒸汽排出口与发电单元的汽轮发电机组8相连，从而所述高温高压蒸汽推动所述汽轮发电机组8发电。

所述余热锅炉7的烟气排出口与烟气处理单元相连。所述烟气处理单元包括水罐9、消石灰罐10、活性炭罐11、布袋除尘器12、增湿器13、烟道反应器14、飞灰罐15和引风机16。余热锅炉7排出的烟气先经过烟道反应器14，反应器14里喷入了消石灰(来自消石灰罐10)和活性炭(来自活性炭罐11)的混合物，烟气与消石灰微粒接触发生中和反应，在反应器入口处通过喷射入的来自于活性炭罐11的活性炭吸附二恶英和重金属，烟气经过反应器14后控制了烟气中重金属和酸性气体的含量。然后出来的烟气经过布袋除尘器12，烟气颗粒物、中和反应物和活性炭吸附物均在该除尘器被捕集，控制了烟气中粉尘的含量，除尘后的烟气经引风机16进入集束烟囱排入大气。烟气吸附物、除尘器收集的飞灰经压缩空气采用密闭管道送至飞灰罐15，然后被送至具有危险废物处理资质的部门进行稳定化处理。在布袋除尘器12底部再循环给料处喷入了来自增湿器13一定量的水，用于调整布袋出口烟温和增加反应器14循环灰与烟气接触面积，提高脱硫脱酸的反应效率；增湿器13的水源来自水罐9。

在垃圾焚烧中掺烧污泥，可以利用垃圾焚烧发电厂里完整的处理系统，实现污泥与生活垃圾的混合焚烧，通过利用燃烧余热产生清洁电能，烟气经过有效处理后进行环保排放。该处理技术既实现了污泥的无害化处理和资源化利用，同时相对于单独焚烧又节省了高额的建设和运行成本，能产生较好的综合经济效益。

本发明可以以其他具体的形式进行体现，但这并不会脱离本发明的保护范围，本发明的保护范围仅由所附的权利要求限定。

Claims (9)

1.一种垃圾焚烧炉污泥直接混合掺烧方法，该方法包括如下步骤：

(1)将收集到的垃圾和污泥经由卸料单元倾倒到暂存搅拌单元内，使得污泥所占比重达到10-15％；

(2)将所述垃圾和污泥在所述暂存搅拌单元内存储5-7天，使其发酵脱水，含水率下降至50％以下，之后将垃圾跟污泥进行三到四次的混合搅拌，使它们混合均匀；

(3)利用转运单元将混合均匀的垃圾和污泥转运至焚烧单元内进行焚烧；

(4)使所述焚烧单元内产生的高温烟气进入到热能转化单元内，以使热能转化单元内的水形成高温高压蒸汽，从而使所形成的所述高温高压蒸汽推动发电单元发电；

(5)使从所述热能转化单元出来的烟气进入到烟气处理单元内，烟气在烟气处理单元内经无害化处理后排入大气中。

2.根据权利要求2所述的方法，其中所述比重为12.5％。

3.一种实施根据权利要求1或2所述方法的系统，该系统包括：卸料单元、暂存搅拌单元、转运单元、焚烧单元、热能转化单元、发电单元和烟气处理单元，所述垃圾暂存搅拌单元存放污泥和垃圾的混合物；所述卸料单元与所述暂存搅拌单元相接，收集到的垃圾和污泥经由卸料单元倾倒到暂存搅拌单元内，转运单元位于暂存搅拌单元和焚烧单元上方，其用于将垃圾和污泥的混合物从暂存搅拌单元转运至焚烧单元内，焚烧单元与热能转化单元相连，垃圾和污泥的混合物在焚烧单元内产生的高温烟气进入到热能转化单元内其热能使热能转化单元内的水形成高温高压蒸汽，蒸汽推动发电单元发电，从热能转化单元出来的烟气进入到烟气处理单元内，烟气在烟气处理单元内经无害化处理后排入大气中。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述的暂存搅拌单元包括渗沥液坑(1)和垃圾坑(2)，渗沥液坑(1)用于存储垃圾存放产生的渗沥液。

5.根据权利要求3所述的系统，其中所述的转运单元包括垃圾抓吊(3)，垃圾抓吊(3)将所述暂存搅拌单元内的混合物转运至所述焚烧单元的进料斗内。

6.根据权利要求3所述的系统，其中所述的焚烧单元包括液压给料机、渣坑(4)、往复式焚烧炉排(5)、鼓风机(6)、水冷渣斗、出渣机和皮带输送机，所述液压给料机将该垃圾焚烧单元的进料斗内的混合物推至所述往复式焚烧炉排(5)内，鼓风机(6)与往复式焚烧炉排(5)相连用于给炉内送风以保证所述混合物的充分燃烧，所述混合物在该往复式焚烧炉排(5)内经过干燥、点燃、燃烧和烧尽四个阶段，所述混合物烧尽后掉入水冷渣斗内，由出渣机将炉渣通过皮带输送机送入渣坑(4)内，然后由专用车辆将渣坑(4)内的炉渣运往填埋场所。

7.根据权利要求3所述的系统，其中所述热能转化单元包括余热锅炉(7)，该余热锅炉(7)与所述焚烧单元的烟气排出口相连，在所述往复式焚烧炉排(5)内产生的高温烟气经过所述余热锅炉(7)，使余热锅炉(7)内的水形成高温高压蒸汽，余热锅炉(7)的高温高压蒸汽排出口与发电单元的汽轮发电机组(8)相连，从而所述高温高压蒸汽推动所述汽轮发电机组(8)发电。

8.根据权利要求3-7中任一项所述的系统，其中所述热能转化单元的烟气排出口与烟气处理单元相连，所述烟气处理单元包括消石灰罐(10)、活性炭罐(11)、布袋除尘器(12)、烟道反应器(14)、飞灰罐(15)和引风机(16)，余热锅炉(7)的烟气排出口排出的烟气进入烟道反应器(14)，与喷射入的来自于消石灰罐(10)的消石灰微粒接触发生中和反应，在烟道反应器(14)入口处通过喷射入的来自于活性炭罐(11)的活性炭吸附二恶英和重金属，处理后的烟气进入布袋除尘器(12)，烟气颗粒物、中和反应物和活性炭吸附物均在该布袋除尘器(12)被捕集，除尘后的烟气经引风机(16)进入集束烟囱排入大气，烟道反应器(14)下部的大颗粒、布袋除尘器(12)收集的飞灰经仓泵由压缩空气采用气力输灰的方式，用管道送至飞灰罐(15)，然后被送至具有危险废物处理资质的部门进行稳定化处理。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述的烟气处理单元还包括增湿器(13)和水罐(9)，所述的布袋除尘器(12)底部还设有再循环给料处，所述的增湿器(13)用于将一定量的水喷入所述再循环给料处，所述增湿器(13)的水源来自所述水罐(9)。