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城市污泥流化床焚烧试验研究-污水处理设备一体化-
浏览: 发布日期:2018-03-17

摘要城市污泥焚烧处理是世界环保领域的前沿课题,在我国尚处于起步阶段,结合城市污泥流化床焚烧试验,探索城市污泥流化床焚烧技术的内在规律。研究了城市污泥在流化床的不同二次风率、不同水分、不同流化速度及不同过剩空气系数时的燃烧。城市污泥试验研究表明,在污泥水分小于50%时,污泥能够稳定地燃烧,床温能稳定保持在785℃以上;污泥水分大于50%时,因其含水量较大,有效热值低,污泥无法维持稳定燃烧。污泥燃烧时,二次风率对炉内温度稳定分布影响较大,合适的二次风率(约40%)有助于提高悬浮段内温度,强化污泥在悬浮段内的燃烧。流化速度过高,会减少床内污泥燃烧份额,降低床温,不利于污泥的燃烧:速度过小,则会影响床内污泥流化状况恶化床内污泥燃烧。
关键词:城市污泥;流化床;焚烧;试验研究
1引言
城市污泥是城市生活污水和工业污水处理过程中产生的固体废弃物。处理城市污泥的方法很多,但焚烧法已被越来越多发达国家所重视、使用,其优点在于:城市污泥经焚烧后减量化十分明显,减容量大于90%,可节约大量的填埋用地;污泥烧余中有害成分的含量极低,灰渣可综合利用,若对烧余进行填埋处理也不影响填埋场周围的环境;可以回收污泥焚烧产生的热量,使资源得到充分利用。因此,研究城市污泥焚烧诸影响因素就显得非常重要,本文研究了城市污泥在不同二次风率、不同水分、不同流化速度及空气系数时的燃烧。
2试验装置、测量系统和试验方法
2.1试验装置
污泥焚烧炉是城市污泥焚烧处理系统的核心设备,按结构特性可分为立式多层炉、回转窑炉、多膛炉、流化床炉和喷射式炉。流化床焚烧炉内没有运动部件,它具有强烈的湍流,均匀的温度分布,能在相对较低的温度和较少的过剩空气下高效率燃烧,获得较高的有害物质去除率。
整个试验装置由燃烧本体部分、启动燃烧室、风机部分、加料系统、旋风分离器等部分组成。
燃烧本体分风室、沸腾段、过渡段和悬浮段4部分,总高度5.03m;沸腾段高1.16m,内截面积230mm×230mm;过渡段高0.20m;悬浮段分为2级,总高度为3m,内截面积460mm×395mm。风机部分由引风机和空气压缩机组成,由压缩机送过来的一次风经预热后被送往风室,二次风是由风室下部引出,分为2个支路在悬浮段部分被送入炉膛。为了提高沸腾段的热负荷,减少污泥在沸腾段的水分蒸发量,将加料器安装在炉体顶部。城市污泥在下落过程中,在悬浮段会蒸发掉部分水分,从而减少在沸腾段蒸发的水分,以提高床层的温度。城市污泥属于纤维状含有高水分的物料,容易受压,由于试验台上常用的螺旋加料器螺距和孔径较小,且输送部分较长,污泥极易受到挤压而使加料器堵塞。为此,对加料器结构进行了专门的研究改进,从加料器加料口到污泥进炉膛之间这一部分距离很短,空间较大,且加料器转轴上只安装4片叶片,并保证2叶片与加料器外壳之间组成的空间能大一点,以彻底解决污泥受到挤压和堵塞。
流化床的启动是用启动燃烧室来完成的。用轻柴油点燃启动燃烧室产生高温燃气来加热床料石英砂,之后再用点火煤预热流化床到一定温度后,即可投入城市污泥进行燃烧。
2.2测量系统
试验的测量参数主要包括温度、压力、风量、烟气成分和飞灰含碳量,温度的测量主要是利用分布在试验台上原有8个测点,它们主要在沸腾段、悬浮段上;风量的测量除了用原来的玻璃转子流量计测量总风量之外,还用微压计和U型管等来测量二次风量。
烟气和飞灰采样测量系统共有2个烟气和飞灰取样点,它们与布风板的距离为1.56m和2.66m。此外,还有1个固体取样点,在旋风分离器后。试验时,使用德国罗斯蒙德公司BINOS100烟气分析仪分析烟气成分,它能在线分析CO、CO2、O2、NO、N2O、SO26种气体的成份。在试验中,还使用奥氏分析仪来分析测量CO、CO2、O2成分,以进行比较。
2.3试验方法
试验过程可以总结为3个步骤,即启动、预热、燃烧3个阶段。启动阶段就是用轻柴油点燃启动燃烧室产生高温燃气,用此燃气预热床层中的石英砂,以提高床温。当床温达到450℃时,即可向床层中加入点火燃料,在床温升到950℃左右,在此温度燃烧I~个炉体得到充分的预热。然后停止加煤,开始向炉内加入城市污泥进行燃烧试验。燃烧工况稳定一段时间才能进行测试,以避免受前一个工况的影响。
本文的试验工况主要有下列几种:
(1)不同二次风率下城市污泥的燃烧;
(2)不同水分下城市污泥的燃烧;
(3)不同流化速度下城市污泥的燃烧;
(4)不同过剩空气系数下城市污泥的燃烧。
试验中所用的床料是20-40目和40-70目的石英砂混合物,总质量约35kg,其中20-40目的石英砂占2/3。试验中所用的城市污泥含水率为40%,污泥焚烧特性如下:
低位发热量:14880kJ/kg(干基);
干基灰分:34.37%;
干基可燃分:65.63%;
可燃基分析:C53.3%;
H6.8%;
O30.3%;
N6.0%;
S1.5%。
3炉内的温度分布及其影响因素
城市污泥的燃烧好坏可以直接从床内温度和悬浮空间温度分布情况看出,假定这些空间的温度分布具有良好的稳定性,则可以肯定城市污泥焚烧稳定。实际上在这种工况下,污泥在各段的燃烧份额大致保持在一个固定的数值,城市污泥在炉内各部分的吸热及放热均维持在动平衡之中,从而保持炉内各段温度的稳定性。

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