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城市污水污泥新型干化-焚烧示范工程研究-一体化地埋式污水处理设备
浏览: 发布日期:2018-03-15

摘要:本文首次探讨了将新型喷雾干燥与回转式焚烧炉相集成的污泥干化焚烧技术路线,并对开发出的新型集成装备进行了示范工程研究。研究结果表明,新型干化焚烧技术及其装备具有热能综合利用效率高(>80%)、安全性好、投资和运行成本省(单位投资成本为10.8万元/t(80%WS),单位运行成本为94.64元/t(80%WS))等特点,而且,经合适的烟气净化技术处理,大气污染物排放远低于《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2001)设定的排放限值要求。
关键词:干化焚烧,雾化干燥,回转式焚烧炉,烟气净化,二恶英和呋喃
1、国内外研究和应用现状
目前,国际上常用的污泥处置技术为土地利用、填埋和焚烧等[1,2],由于土地资源紧张,以及其它环境污染问题,特别是在大城市,污泥土地利用和填埋比例逐渐下降,而焚烧比例上升,并逐渐成为发达国家主要的污泥处置手段之一[2]。干化焚烧在欧美等发达国家已成为成熟的工艺技术[3~5]。我国在该领域通过大量实践[6],但主要还停留在污泥干化焚烧原理的探讨方面[7~11],对专用设备的开发和研制及应用等均还处于发展阶段。因此,有必要在吸收国外先进技术和经验的基础之上,研究和开发出适合我国国情的技术含量高、经济性能好、高效安全的干化焚烧技术和工艺设备。
污泥干化焚烧技术是多学科技术应用相互交叉融合的技术领域[3],需要精确控制的复杂系统。例如,在干化焚烧装置运行中,由于始终处于高温、高粉尘和负压状态,除焚烧工艺外,会引起大量的能源消耗、系统安全性[12]和排放问题,从而使干化焚烧工艺的运行和控制变得十分复杂。
为此,本研究提出采用以雾化干燥技术进行污泥干燥,成熟的回转式焚烧炉进行焚烧的技术路线。为控制烟气污染,采用旋风分离器+生物除臭喷淋洗涤塔为烟气净化系统,形成一整套污泥干化焚烧集成系统,并进行了60吨/d规模的示范工程研究。
2、工艺流程与试验装置
2.1试验装置
示范工程试验的主要装置数量和尺寸见表1。
表1主要设备清单

城市污水污泥新型干化-焚烧示范工程研究-一体化地埋式污水处理设备


2.2工艺流程
2006年7月,北京市环境保护科学研究院和浙江环兴机械有限公司在杭州市萧山区临浦工业园区建成了一座日处理能力为60m3/d(80%WS)污泥喷雾干噪-回转窑焚烧工艺的示范工程,采用萧山污水处理厂的脱水污泥。其工艺流程如图1。

城市污水污泥新型干化-焚烧示范工程研究-一体化地埋式污水处理设备


图1试验系统工艺流程和组成
脱水污泥经预处理系统处理后,通过高压泵入喷雾干燥塔顶部(图2),经过充分的热交换,污泥得到干化,干化后产生的含水率为20~30%的干燥塔污泥从干燥塔底直接进入回转式焚烧炉(图3)焚烧,产生的高温烟气从喷雾干燥系统顶部导入,排出的尾气分别经过旋风分离器、喷淋塔和生物填料除臭喷淋塔处理后,经烟囱排放。
2.3特点
采用新型喷雾干燥系统,由于系统结构较为简单,投资成本仅为流化床干化系统的30~40%。利用焚烧高温烟气直接对雾化污泥进行直接干燥,避免了复杂换热器热损失,干燥器高温烟气进口温度高(400˚C),废气排放温度低(70~80˚C),因此热效率高(>75%)。采取一些热能循环利用措施后,其热利用效率可以提高到80%以上。
雾化干燥的难点是脱水污泥能否有效雾化,工艺中采用微米级粉碎设备将含水率75-80%的脱水污泥破碎,使污泥中的部分结合水转变为间隙水,在提高污泥流动性和均质度、利于泵输送的同时,能够最大程度的有效雾化,与焚烧炉高温烟气直接接触,不仅使干燥速度最大化,而且使经气固分离后得到的干化污泥的松密度、流动性和粒径分布更为合理。
为确保干化焚烧系统经济、安全、高效运行,需对干燥器进出口温度,干燥器内温度、压力和氧气浓度、粉尘含量和干燥程度,燃烧室内烟气温度、停留时间和湍流度等工艺参数进行优化。具体措施如下:
1)通过调整喷嘴雾化粒径,将污泥形成30~500μm的液滴,在吸附并积聚焚烧烟气中颗粒物质及重金属氧化物、减少粉尘产生量的同时,降低安全隐患、减少后续尾气处理难度、节约处理成本,并使干燥污泥的粒度分布在60-120目,利于焚烧。
2)通过控制雾化干燥器的进、出口温度,采用轻型材料,在达到良好的保温效果且符合结构力学要求的同时,因避免采用笨重的耐火砖材结构,而降低设备造价;
3)通过优化设备结构设计,合理设计喷雾塔塔身和回转式焚烧炉炉体,充分利用焚烧系统产生的高温烟气所含热能干燥雾化污泥,降低出口余温,充分利用余热,使系统热能综合利用效率最大化。同时提高反馈控制,调控污泥颗粒的干燥程度,确保安全(粉尘产生和自燃问题)、后续尾气处理的经济有效(减少)以及污泥热值的充分利用;

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