市政污泥热解炭化设备的研制

收稿日期：２０１８－０６－０２基金项目：深圳市科技创新委员会项目《市政污泥热解处理关键技术研发》（ＪＳＧＧ２０１６０２２９１７３６０３６５７），深圳市发展与改革委员会深圳城市污水处理与再生利用工程实验室、深圳市污泥处理与资源化重点实验室等项目资助。通信作者：王越兴（１９７７－），博士，浙江绍兴人，高级工程师，主要研究方向：污泥及水处理工艺、环境微生物、底泥污染机理及治理等。市政污泥热解炭化设备的研制林玉鹏１，吴春雷１，陈立春１，王越兴２（１深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳５１８０３５；２深圳市水务（集团）有限公司，广东深圳５１８０３５）摘要：介绍了自主研发的市政污泥热解炭化工艺技术和外热式回转窑热解炭化设备，对热解炭化系统的设备结构及运行情况进行了解析。该热解系统实现了无害化、减量化、资源化为一体，具有物料适应性广、能耗低、可移动、占地小、运行稳定等优点。对臭气、粉尘等问题提出了针对性的解决措施。关键词：市政污泥；热解炭化；外热式回转窑；设备研制中图分类号：Ｘ７０３文献标志码：Ａ文章编号：１６７３－９６５５（２０１９）０１－００７３－０６市政污泥热解炭化这一新兴的污泥处理技术，由于其对市政污泥的减量率高、稳定化程度高、环境影响小，集无害化、减量化及资源化为一体，受到了越来越高的关注。然而，目前国内对污泥热解炭化技术仅停留于理论上的研究和实验室的小试，导致污泥热解炭化技术工程应用较少。面对庞大的市政污泥处理市场，迫切需要进行技术创新，研究节能、高效、环保的热解炭化设备。本文介绍了具有自主知识产权的污泥热解炭化工艺技术和外热式回转窑热解炭化设备，并对设备结构特点及运行情况进行说明，总结了部分问题，并提出了相应对策。１热解炭化系统工艺流程与参数１１工艺流程研制的市政污泥热解炭化系统包括污泥干化、热解炭化、热解气净化与利用、炭渣资源化利用部分，工艺流程图如图１所示。—３７—环境科学导刊ｈｔｔｐ：／／ｈｊｋｘｄｋｙｉｅｓｏｒｇｃｎ２０１９，３８（１）ＣＮ５３－１２０５／ＸＩＳＳＮ１６７３－９６５５（１）污泥干化污水厂含水率８０％的湿污泥采用污泥泵将污泥送至干化机。干化机选用目前成熟的浆叶式烘干机，浆叶式烘干机内部设置搅拌桨，使污泥在桨叶的搅动下，与热载体以及热表面充分接触，从而达到干燥目的。干化机的干化介质采用导热油，其热源来自于燃烧室，燃烧室内设置一套管式换热器，对导热油进行加热。干化后污泥通过螺旋输送机送入热解系统。（２）热解炭化污泥颗粒通过螺旋输送机输送至外加热式的回转窑热解系统，热气通过回转窑外壁将污泥升温至４００～５００℃，使污泥中的有机质完全裂解，形成生物炭、生物油（焦油）、热解气。其中，热解炭渣由螺旋输送机送出资源化利用，热解气净化后回用。—４７—环境科学导刊ｈｔｔｐ：／／ｈｊｋｘｄｋｙｉｅｓｏｒｇｃｎ第３８卷第１期２０１９年２月（３）热解气净化与利用热解过程中产生的热解气含水粉尘、水汽以及焦油，需进行净化处理。净化工艺采用“旋风除尘＋二级洗涤”的方式，热解气首先进入旋风除尘器，进行除尘。除尘后的热解气进入一级水洗涤塔，雾化的水滴不仅可捕捉粉尘，而且将热解气的温度降低，含粉尘的污水可直接排入污水厂处理；经过水洗涤后的热解气进入二级水洗涤塔，进一步净化热解气。由洗涤塔排出的热解气进入去水分离器，去除随热解气排出的水滴和油滴。去水分离器排出的干净热解气进入燃烧室，直接喷进辅助燃料（可选用液化石油气、天然气、沼气等）的火焰头上，从而达到完全燃烧。燃烧产生的高温烟气先通过换热器，将烘干机的冷导热油加热，为烘干机提供热源，然后高温烟气进入回转窑的外部夹套，从而加热回转窑的外壁，为回转窑内的污泥热解提供能源。—５７—ｈｔｔｐ：／／ｈｊｋｘｄｋｙｉｅｓｏｒｇｃｎ市政污泥热解炭化设备的研制林玉鹏（４）炭渣资源化利用污泥炭渣外运资源化处理，可制备成透水砖。透水砖是使用再生绿色材料生产的环保型再生混凝土路面砖，以建筑废弃物再生骨料、碎石为主要原料，并添加污泥热解再生碳为功能组分，依据经过针对性设计的科学配比及成型工艺，使用针对性开发的特制模具成型，产品具有渗透能力强、可过滤有害物质、强度高、外观美观、耐久性好、环保无污染等诸多优点。１２工艺参数处理规模：１０ｔ／ｄ；导热油的温度：１９０～２１０℃；半干污泥含水率：４０％；热解温度：４５０～５００℃；热解停留时间：４０ｍｉｎ；污泥炭产量：１４ｔ／ｄ。２外热式回转窑热解炭化设备的研制２１热解炭化设备主要部件热解炭化设备的主要部件有回转窑反应炉、冷凝式洗涤塔、燃烧室、进出料装置。（１）回转窑反应炉。回转窑反应炉是一种外热式反应炉，由夹套内的热烟气加热窑壁，物料随着带有倾角的回转窑转动，从窑头缓慢移动至窑尾。在移动过程中，污泥颗粒不断与窑壁接触，获得热解能源。热烟气