城市污泥干化和焚烧处理技术的研究

第二届中国绿色财富论坛暨科技创新与可持续发展研讨会城市污泥干化和焚烧处理技术的研究王飞珠程刚蒋旭光王绍良严建华岑可法浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江物华天宝能源环保有限公司摘要：焚烧是最彻底处理城市污水处理厂污泥的有效途径。绝干污泥具有一定的热值，将污泥干化后进行焚烧处理，可以实现将污泥减容90％以上，彻底分解污泥中的有害物质，并充分利用污泥中的能量。本文提出了采用空心浆叶式污泥干化机将湿污泥半干化后制作成污泥燃料焚烧的工艺，介绍了主要技术特点，分析了污泥干化和焚烧过程中的污染物排放，为大规模工程应用奠定了基础。关键词：污泥，干化，焚烧，污染1．概述我国污水处理厂产生的污泥处理起步较晚，早期建设的污水处理厂，往往尽可能地简化、甚至忽略污泥处理处置单元，污泥的处理方式是外运、简单填埋或堆放。而污泥含水率高、易腐败、有恶臭，含有重金属、有机污染物等有毒化学物质和病原微生物，随意堆放会存在较高的二次污染风险。随着我国的社会经济和城市化的发展，城市污水的产生及其数量在不断增长，伴随产生了大量污泥，污泥处理的难题在一些大城市开始出现，并向中小城市蔓延。如今，污泥处理已经成为各类城市面临的亟待解决的重大环保问题。千化的污泥热值位于2000．3000kcal／kg之间，具有较高的能源利用价值。德国和美国等发达国家处理污泥的经验表明，由于人们对污泥处理过程中二次污染的担心，污泥的土地和建材利用受到越来越严格的环保限制。要实现对污泥大规模、环境可控和最大程度地资源化处理，将污泥进行焚烧是一条切实可行的技术路线。污泥焚烧被分为直接焚烧和干化后焚烧两种。污泥的直接焚烧是将高湿(含水率80％以上)污泥在大量辅助燃料(如煤)的作为热源的情况下直接在焚烧炉内焚烧。由于污泥含水量大、热值低，因此入炉的辅助燃料要远多子污泥才能维持稳定燃烧。焚烧后的尾气量也比较大，后续尾气处理需要庞大的设备，操作控制难度大。直接焚烧方式对污泥处理量有所限制。对于每天产生几百吨上千吨的城市而言，污泥的直接焚烧正逐渐被干化后焚烧所代替。污泥干化可以分为直接干化和间接干化。直接干化是将高温烟气直接引入干化器，通过气体与湿污泥的接触、对流进行换热。直接干化将增加污染性气体。早在20世纪40年代，日本和欧美就已经用直接烟气加热的鼓式干化器来干化污泥。但是，由于烟气直接干化存在安全性、经济性、环保性和设备庞大等问题，目前已经基本不再采用。间接干化是将高温烟气的热量通过热交换器，传给热介质(蒸汽或导热油)，热介质在一个封闭的回路中循环，与污泥没有接触。间接干化需要处理的烟气量小，不会产生二次污染，环保性能更优。本文采用的技术路线是将含水率80％以上的城市污水污泥通过采用低压蒸汽的空心浆叶式污泥干化机半干化后，制作成为污泥颗粒燃料，然后送入锅炉进行焚烧，焚烧后的热量回收用于污泥干化。在添加部分辅助燃料的情况下，多余蒸汽可以用于供热或发电。148第二届中国绿色财富论坛暨科技创新与可持续发展研讨会2．污泥干化焚烧系统污水污泥通过汽车运输到污泥焚烧厂后，首先通过泵送系统进^污泥千化机．采用已经能量利用后的低压(02-o．4MPa)蒸汽进行干化．污泥干化至含水率40％左右，呈分散的颗粒状．之后作为燃料送人炉内。污泥干化焚烧系统的流程图如圈1所示：朋I潮千化羹骶蓑潍2．1空心浆叶式干化桃选择污泥干化方式的出发点首先应考虑干化热源要比较方便地获得，其次是考虑干化的经济性，第三还要避免千化过程中产生二次污染。借鉴于化工和制药等行业应用较多的空心浆叶式干化机．通过蒸汽间接换热干化污泥，将污泥半千化后作为燃料进入炉内焚烧。空心浆叶式污泥干化机结构如图2所示。w型槽体：2一空心热轴：3_上盖：4一轴承投填料箱；5一央套：6一楔形桨叶7一齿轮：8减速装置9一旋转接头；iO链轮重2污掘空心浆叶荇掘干化机第二届中国绿色财富论坛置科技创新与可持续发展研讨台图3是换热面积2m2污泥干化试验台圈3按热面积为2m。的污泥千化试验台干化机轴端装有蒸汽导入导出的旋转接头。蒸汽分为两路，分S4进入干化机壳体夹套和桨叶轴内腔，将机身和桨叶轴同时加热．以传导加热的方式对污泥进行加热干化。被干化的污泥由螺旋送料机定量地连续送人干化机的加料口，污泥进入机身后，通过桨叶的转动使污泥翻转、搅拌，不断更新加热介面·充分与被加热的机身和桨叶接触，被充分加热，使污泥所含的表面水分蒸发。同时，污泥随叶片轴的旋转向出料口方向输送，在输送中继续搅拌，使污泥中渗出的水分继续蒸发。最后，干化均匀的污泥由出料口排出·污泥经过干化机蒸发换热后逐渐干化，最后成为颗粒状污泥燃料，如图4所示。含水率40％的污泥颗粒成型燃料呈均匀的颗粒状，与煤粒相似．粒径在I-5mm之间．熟值在1000虹al／kg以上，适合于进一步焚巍。◆蘩繁黪(旨术牟钙％J音承率75％含水军∞