CN1559939A - 循环流化燃烧法处理污水处理厂污泥的方法 - Google Patents

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Abstract

一种循环流化燃烧法处理污水处理厂污泥的方法属于水和污泥的氧化法处理技术领域，特别涉及对污水处理厂的污泥的处理和综合利用；工艺过程由二大部分组成：将污水处理厂的污泥制成污泥水煤浆，进而在循环流化床锅炉中将此种污泥水煤浆洁净燃烧，变成可利用的余热或电能；制作污泥水煤浆的过程可先用煤粉和生石灰粉吸附过滤城市污水生成煤滤泥，加入煤粉制成污泥水煤浆；也可直接用污水处理厂的污泥加入煤制成污泥水煤浆，由于使用煤的原始状态不同，可以使用粒煤加污泥球磨制成粒度为50～150μm的混合煤浆，进而制成污泥水煤浆；也可直接用煤粉、污泥、污水、分散剂、稳定剂一并加入制浆罐，直接制成污泥水煤浆。

Description

循环流化燃烧法处理污水处理厂污泥的方法
技术领域
属于污水和污泥的处理领域，特别涉及到城市污水处理厂产生的污泥处理及综合利用。
背景技术
在处理城市污水过程中产生大量的污泥，如何处理这些污泥成为污水处理厂的难题。
发明内容
针对以上存在的问题，本发明提供了一种污水处理厂的污泥的氧化法处理和综合利用的环保技术。
本发明由以下二大部分组成：a、将污泥制成污泥水煤浆，b、这种污泥水煤浆的洁净燃烧。
一、污泥水煤浆：城市用污水处理场污泥制备污泥水煤浆
在用城市污水处理场污泥制备污泥水煤浆方法中又可根据所采用工艺不同分为两种方法：
①将城市污水经煤粉和生石灰粉吸附、沉降过滤后的滤煤泥与煤粉制作污泥水煤浆，工艺流程如附图1所示；向过滤池内加入煤粉、生石灰粉作为过滤材料，根据污水处理量的需要可建造多级过滤池。煤粉、生石灰粉有强的吸附件、絮凝性，当城市污水流经过滤池或经过多级过滤时，将城市污水中含有的杂质大部分过滤出来，吸附在过滤池的煤粉、生石灰粉、过滤层中，剩余部分和部分细小的煤粉以胶体的形式存在于过滤水中，过滤水流入沉降池中。通过絮凝作用产生沉降效应，使污水中剩余下部分的杂质同煤粉一起沉降。沉降池上部的上清水流入处理水池中，沉降池下部的煤浆体固液比可达30％～40％，通过沉降池下部的螺杆泵输送到底流贮池中。
过滤池中的煤粉、生石灰粉过滤材料经过一段时间使用、过饱和形成为了煤滤泥，此时煤滤泥的固液比可达30％～40％。将过滤池中饱和的煤滤泥，通过螺杆泵输送到底流贮池中，底流贮池作为再一级沉淀池。底流贮池上部的上清水排到处理水池中，贮池下部的煤滤泥由螺杆泵输送到制浆罐中。
过滤池中的过滤材料含有一定量的氢氧化钙，在过滤的同时还对污水起到脱氮、脱磷、脱色、除臭作用。
送入制浆罐中的煤滤泥，每批加入前要进行化验，检验其中的水份等，然后按比例加入一定量的煤粉，使煤和水份的比例达到：6.5～7∶3.5～3左右，加入分散剂，启动制浆罐顶部的搅拌器，进行搅拌，搅拌器转速为：60转/分，在常温下连续搅拌，再加入稳定剂，然后经剪切泵剪切、熟化处理后，然后输送到污泥水煤浆贮罐中贮存。分散剂和稳定剂总称为添加剂，添加剂采用南京大学表面和界面化学工程技术中心研制的专利产品。
处理水池中的水由泵输送到污水处理厂原有的污水处理系统中经再一次处理达标后排放或重新利用。
每批污泥水煤浆制作前都必需进行小试，以确定各种成份的比例或数量。污泥水煤浆贮罐中的污泥水煤浆根据需要每天搅拌1～2小时，以防产生硬沉淀。
②使用城市污水处理厂生产中已生成的污泥制作污泥水煤浆。
又可根据使用的煤原始状况不同可分为两种不同制作方式：
a、如采用粒煤制作污泥水煤浆，工艺流程和附图如附图2所示，将粒煤经破碎机破碎、称重后通过送至球磨机中；将污泥池中的污泥通过泵按比例输送到球磨机中，将污水贮罐中的城市污水和添加剂贮罐中的添加剂按比例输送到球磨机中，其中：煤50～60％、污泥10～20％、污水20～25％、分散剂2～5％，将煤磨至粒径在50～150μm的混合煤浆后，由螺杆泵输送到制浆罐中，经搅拌、加稳定剂。再经剪切泵剪切、熟化制成污泥水煤浆，输送到贮浆罐中贮存。分散剂和稳定剂总称为添加剂，添加剂采用南京大学表面和界面化学工程技术中心研制的专利产品。
b、如采用煤粉制作水煤浆时，工艺流程如附图3所示，将煤粉仓中的煤粉、污泥池中的污泥、污水贮罐中的污水及添加剂罐中的分散剂(分散剂同上)，通过输送设备按煤50～60％、污泥10～20％、污水20～25％、分散剂2～5％的比例加到制浆罐中，经过搅拌、加入稳定剂(稳定剂同上)，再经过剪切泵剪切并熟化后制成污泥水煤浆，输送到贮浆罐中贮存。
每批水煤浆制作前必须对煤质、污泥进行化验，并进行小试以确定煤、污泥、城市污水、分散剂、稳定剂的比例，贮浆罐中的污泥水煤浆应每天搅拌1～2小时，以防产生硬沉淀。
二、对以上工艺制作的污泥水煤浆进行洁净燃烧
为了适用污泥制作的污泥水煤浆燃烧特点，本发明对循环流化床锅炉4进行了改造。工艺过程如附图4。
目前国内国外的循环流化床锅炉都是以干煤粉为燃料，在锅炉下部采用螺旋输送机，将煤粉送入炉膛。燃烧水煤浆的循环流化床锅炉4是在原锅炉设计基础上，在锅炉顶部或中部加装污泥水煤浆供浆口。如果循环流化床倾锅炉4仅以污泥水煤浆为燃料，则取消螺旋给煤设备，如果锅炉采用煤和污泥水煤浆两种燃料，则保留螺旋给煤机系统。
燃烧污泥水煤浆的循环流化床锅炉4采用热风流态点火，将柴油经点火枪雾化后，在预燃筒内燃烧，产生的高温烟气进入等压风室加热送风道中的空气，被加热的高温空气经由气体分布板进入流态化的床料层中。当床料加热超过450℃时向循环流化床锅炉内加入少量污泥水煤浆，此时炉温上升较快。当循环流化床锅炉4内温度达到600℃时可逐步加大供浆量，炉温很快上升，污泥水煤浆已正常燃烧，这时停止供油，切断预燃室完成点火；增加污泥水煤浆的供应，将鼓风机3和引风机7调到运行需要的风量。
循环流化床锅炉4采用高位供浆，对于35吨或29MW以上的功率的中、大型锅炉在锅炉前墙中部设有二至三个供浆口，将污泥水煤浆输入炉膛中。中小型锅炉也可采用炉顶供浆，这种供浆方式充分利用了锅炉的高度，加快了污泥水煤浆中的水份和挥发份的析出，有利于燃烧。
污泥水煤浆由贮浆罐1经锅炉供浆泵2送至循环流化床锅炉4。污泥水煤浆经供浆口进入循环流化床锅炉后变成滴状，在炉膛内的滴状污泥水煤浆由于炉膛内的流化热气流扰动，滴状污泥水煤浆变成更细小的颗粒，在850～950℃温度的炉膛中向下坠落。在坠落过程浆滴被加热、分解并开始燃烧再进入由石英砂和石灰石构成的流化床中。在炽热的流化床料的继续加热过程中迅速完成析出水分、挥发份，并着火燃烧以及焦碳燃烧。在流化状态下颗粒状的污泥水煤浆团进一步解体的细颗粒被热烟气带出密相区进入悬浮室继续燃烧。在燃烧室出口或后部设有飞灰分离和回送装置，被热烟气带出的媒体物料和较大的未燃尽的煤和垃圾颗粒被分离器分离、捕捉，通过分离器下部设置的回送装置送回燃烧室密相区进行循环燃烧，燃烧效率达98％。
污泥水煤浆在炉膛内850～950℃低温燃烧，有效地抑制了燃料在燃烧过种中热力型NOx的生成，由于炉膛内加石英砂和石灰石作为媒体物料，石灰石在高温下分解生成CaO与污泥水煤浆中的煤粉中的硫燃烧后生成的SO2反应生成CaSO4。其反应是： 抑制了烟气中SO2的排放，实现了在循环流化床锅炉内直接脱硫。循环流化床锅炉加入的石灰石(脱硫剂)的粒径选择在1～2mm左右，在达到85％～95％脱硫效率时钙/硫摩尔比为1.5～2.5。污泥水煤浆中的可燃物质在炉膛内燃烧后转化成热能，其它杂质在燃烧过程中混合在飞灰中排出。
循环流化床锅炉烟气中含有已燃尽的飞灰，采用静电除尘器或布袋收尘器5收集，除尘率可达99.9％，使烟气中的烟尘排放浓度＜80mg/m3。烟气中SO2排放浓度＜100mg/m3，NOx排放浓度＜150mg/m3，烟气林格曼黑度＜1，达到国家标准的大气环保要求。烟气从烟囱6排空。
循环流化床锅炉4可采用热水锅炉、低压蒸汽锅炉或中温中压蒸汽锅炉，生产的蒸汽可用于发电、城市供热或热电联产。形成污泥处理、发电或供电一体化，节省大量的能源和环保治理费用。
污泥水煤浆燃烧后经除尘器5收集下来的飞灰可进行综合利用。污泥水煤浆经循环流化床锅炉4洁净燃烧后产生的飞灰由除尘器收集，由密封的输送装置输送到密封的灰仓8中。达到一定数量后由飞灰专用运输车运走。完全避免了飞灰对环境的污染。并且飞灰含有硅酸盐和CaSO4，具有综合利用价值。主要可以有以下用途：
a、飞灰具有胶凝性，是制造水泥所需的矿渣和石膏的替代品，补充矿渣资源不足，是制造水泥的原料，与水泥熟料各50％，即可制成325#水泥，CaSO4含量高的飞灰可制作特种水泥和膨胀剂。
b、飞灰可以用来制作粉煤灰路面砖、广场砖、植草砖、路边石等。
c、飞灰可以用来制作道路、机场粉煤灰混凝土。
附图说明
附图1：使用城市污水制备污泥水煤浆的工艺流程图
附图2：使用粒煤、污水处理厂污泥制备污泥水煤浆的工艺流程图
附图3：使用粉煤、污水处理厂污泥制备污泥水煤浆的工艺流程图
附图4：上述污泥水煤浆采用循环流化床洁净燃烧产生蒸气和热水的工艺流程图
附图4中，1贮浆罐，2锅炉供浆泵，3鼓风机，4循环液化床，5除尘器，6烟囱7引风机，8灰仓。
具体实施方式
1、以一个城市污水处理厂为例，该厂处于城市边缘其污水中的污泥主要含有有机物和磷，采用循环流化燃烧法对其污水进行处理和综合利用。
将城市污水经煤粉和生石灰粉吸附、沉降过滤后的滤煤泥与煤粉制作污泥水煤浆，向过滤池内加入粒度为50-150μmm煤粉、生石灰粉作为过滤材料，设有三级过滤池。煤粉、生石灰粉有强的吸附件、絮凝性，当城市污水流经过三级过滤时，将城市污水中含有的杂质大部分过滤出来，吸附在过滤池的煤粉、生石灰粉、过滤层中，剩余部分和部分细小的煤粉以胶体的形式存在于过滤水中，过滤水流入沉降池中。通过絮凝作用产生沉降效应，使污水中剩余下部分的杂质同煤粉一起沉降。沉降池上部的上清水流入处理水池中，沉降池下部的煤浆体固液比可达30％～40％，通过沉降池下部的螺杆泵输送到底流贮池中。
过滤池中的煤粉、生石灰粉过滤材料经过一段时间使用、过饱和形成为了煤滤泥，此时煤滤泥的固液比可达30％～40％。将过滤池中饱和的煤滤泥，通过螺杆泵输送到底流贮池中，底流贮池作为再一级沉淀池。底流贮池上部的上清水排到处理水池中，贮池下部的煤滤泥由螺杆泵输送到制浆罐中。
过滤池中的过滤材料含有一定量的氢氧化钙，在过滤的同时还对污水起到脱氮、脱磷、脱色、除臭作用。
选用发热值29.3MJ/Kg、灰份≤10％的煤粉，粒度为50～150μm，按照使煤和水份的比例达到：6.5～7∶3.5～3左右，再加入一些煤粉，加入总量3％的分散剂，启动制浆罐顶部的搅拌器，进行搅拌，搅拌器转速为：60转/分，在常温下连续搅拌，再加入总量3％的稳定剂，然后经剪切泵剪切、熟化处理后，然后输送到污泥水煤浆贮罐中贮存。分散剂和稳定剂总称为添加剂，添加剂采用南京大学表面和界面化学工程技术中心研制的专利产品。
贮罐中的污泥水煤浆每天搅拌1～2小时以防产生硬沉淀。安装二台75吨/小时循环流化床污泥水煤浆蒸汽锅炉。在锅炉前墙中部设有二个供浆口，将污泥水煤浆输入炉膛中。
燃烧污泥水煤浆的循环流化床锅炉采用热风流态点火，将柴油经点火枪雾化后，在预燃筒内燃烧，产生的高温烟气进入等压风室加热送风道中的空气，被加热的高温空气经由气体分布板进入流态化的床料层中。当床料加热超过450℃时向循环流化床锅炉内加入少量污泥水煤浆，此时炉温上升较快。当循环流化床锅炉内温度达到600℃时可逐步加大供浆量，炉温很快上升，污泥水煤浆已正常燃烧，这时停止供油，切断预燃室完成点火；增加污泥水煤浆的供应，将鼓风机和引风机调到运行需要的风量。
污泥水煤浆经供浆口进入循环流化床锅炉后变成滴状，在炉膛内的滴状污泥水煤浆由于炉膛内的流化热气流扰动，滴状污泥水煤浆变成更细小的颗粒，在850～950℃温度的炉膛中向下坠落。在坠落过程浆滴被加热、分解并开始燃烧再进入由石英砂和石灰石构成的流化床中。在炽热的流化床料的继续加热过程中迅速完成析出水分、挥发份，并着火燃烧以及焦碳燃烧。在流化状态下颗粒状的污泥水煤浆团进一步解体的细颗粒被热烟气带出密相区进入悬浮室继续燃烧。在燃烧室出口或后部设有飞灰分离和回送装置，被热烟气带出的媒体物料和较大的未燃尽的煤和垃圾颗粒被分离器分离、捕捉，通过分离器下部设置的回送装置送回燃烧室密相区进行循环燃烧，燃烧效率达98％。
污泥水煤浆在炉膛内850～950℃低温燃烧，有效地抑制了燃料在燃烧过种中热力型NOx的生成，由于炉膛内加石英砂和石灰石作为媒体物料，石灰石在高温下分解生成CaO与污泥水煤浆中的煤粉中的硫燃烧后生成的SO2反应生成CaSO4。其反应是： 抑制了烟气中SO2的排放，实现了在循环流化床锅炉内直接脱硫。循环流化床锅炉加入的石灰石(脱硫剂)的粒径选择在1～2mm左右，在达到85％～95％脱硫效率时钙/硫摩尔比为1.5～2.5。污泥水煤浆中的可燃物质在炉膛内燃烧后转化成热能，其它杂质在燃烧过程中混合在飞灰中排出。
二台锅炉每小时燃烧污泥水煤浆的21～25吨，每小时生产压力3.9～3.5MPa蒸汽150吨，可发电约2万KW。循环流化床锅炉烟气中含有已燃尽的飞灰，采用静电除尘器或布袋收尘器收集，除尘率可达：99.9％，使烟气中的烟尘排放浓度：50mg/m3。烟气中SO2排放浓度：80mg/m3，NOx排放浓度：9Omg/m3，烟气林格曼黑度＜1。
2、以同一个城市污水处理厂为例，该厂处于城市边缘其污水中的污泥主要含有有机物和磷，采用循环流化燃烧法对其污水处理过程中的污泥进行处理和综合利用。
安装二台75吨/小时循环流化床污泥水煤浆蒸汽锅炉，选用发热值29.3MJ/Kg、灰份≤10％的粒煤，按煤60％、污泥15％、污水22％、分散剂3％的比例，通过计量装置后输入到球磨机中湿磨，将煤磨至粒径50～150μm的混合煤浆后，用螺杆泵输送到制浆罐中搅拌，搅拌浆转速60转/分，加入稳定剂，经剪切泵剪切并熟化后制成水煤浆，由螺杆泵输送到贮浆罐中贮存。并每天定期进行1～2小时搅拌，将污泥水煤浆用螺杆泵送入循环流化床污泥水煤浆蒸汽锅炉，二台锅炉每小时燃烧污泥水煤浆的21～25吨，每小时生产压力3.9～3.5MPa蒸汽150吨，可发电约2万KW，燃烧后的烟气经静电除尘器除尘后排出。锅炉的除尘率、烟气中有害物的排放浓度和烟气的黑度都达到了国家标准的大气环保要求。

Claims (2)

1.一种采用循环流化燃烧法处理污水处理厂污泥的方法，其特征在于工艺过程由二大部分组成：
(1)将污水处理厂的污泥制成污泥水煤浆；
(2)将制成的污泥水煤浆洁净燃烧生产蒸汽或热水，用于城市供暖或热电联产；
将污水处理厂的污泥制成污泥水煤浆工艺将可以先由煤粉和生石灰粉吸附、沉降过滤处理城市污水，生成煤滤泥之后按最终污泥水煤浆中含煤65～70％的比例配入煤粉，并加入分散剂、稳定剂制成污泥水煤浆；
也可直接利用污水处理厂污泥按煤50～60％、污泥10～20％、污水20～25％、分散剂2～5％比例制成污泥水煤浆；此工艺又根据煤的原始状况不同分为：a.先将粒煤加污泥、分散剂在球磨机中球磨成粒度为50～150μm的混合煤浆，然后再加入稳定剂搅拌制成污泥水煤浆；b.将煤粉、污泥、污水、分散剂和稳定剂按上述同样比例直接在制浆罐中制成污泥水煤浆；
对于此种污泥水煤浆的洁净燃烧，是用螺杆泵将污泥水煤浆从循环流化床锅炉的中部和顶部注入，流化床由石灰石和石英砂作为流化介质，控制燃烧温度在850～950℃，抑制NOx和SO2的生成，作到洁净燃烧。
2.根据权利要求1所述的循环流化燃烧处理污水处理厂污泥的方法，其特征在于在每批利用污泥制作污泥水煤浆之前，都要对污泥和煤质进行化验并作小试，以确定污泥、煤、水、分散剂和稳定剂的配比。
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