城市污泥焚烧锅炉及系统

1 城市污泥焚烧锅炉及系统 1 城市污泥焚烧锅炉及系统集成简单概述 污水处理厂的污泥是指污水处理厂所产生的固态、半固态及液态的废弃物。根据污水处理厂接纳的污水来源可分为：城市污水污泥和工业污水污泥。 由于城市污水处理厂不仅容纳了城市生活污水，同时容纳了城市区域内的路面排水和部分工业废水，含量及成分十分复杂。污泥除灰分外，含有大量的水分(95％～99％)、挥发性物质、病原体、寄生虫卵、重金属、盐类及某些难分解的有机物，体积非常庞大，且易腐化发臭，如不加处理地任意排放会对环境造成严重污染。随着城市化进程加快，污水的排放量呈快速上升趋势，污水处理设施的普及、处理效率的提高及处理程度的深化，污泥的产量也快速增长。 工业污水处理厂所接纳的污水主要是工业生产过程中产生的污水，成分比较单一，但往往含有有害的化学物质。 目前污泥处理和处置的流程包括：

污水处理产生的污泥依据在污水处理厂采用的污泥脱水技术不同出厂的污泥性状也不同，见下表。 表1 采用不同脱水技术的污泥性状 2

污泥处理技术 污泥含水率(%) 脱水后状态 浓缩 95~97 近似糊状 板框压滤 55~90 泥饼状 带式压滤 65~90 泥饼状 离心脱水 60~85 泥饼状 消化+自然干化 30~70 泥饼状 自然干化 30~80 泥饼状

通常：含水率大于85%，污泥呈可流动状；65～85%，污泥呈塑态；小于65%，呈固态。 焚烧法是污泥中的有机质在焚烧炉内进行氧化分解反应，有毒有害物质在高温中氧化热解而被破坏。焚烧处置的特点是可以实现无害化、减量化、资源化。使被焚烧的物质变成无害和最大限度的减容，并尽量减少新的污染物产生，避免造成二次污染。近年来由于采用了合适的预处理工艺和焚烧手段，达到了污泥热能的自足，并能满足越来越严格的环境要求。 以焚烧为核心的处理方法是最彻底的处理方法，主要可分为两大类：一类是将脱水污泥直接送焚烧炉焚烧；另一类是将脱水污泥先干化再焚烧。污泥焚烧要求污泥有较高的热值，因此污泥一般不进行消化处理。 第一类直接焚烧工艺可焚烧75%～80%含水率的污泥，为了保证污泥的稳定燃烧，并对污泥含水率的波动具有一定的适应性，一般都需掺入辅助燃料(煤或油)。普通的焚烧方法必需掺入大量的辅助燃料来稳定燃烧，且燃烧效率和热效率低。近年来，国外发展生产了污泥专 3

用循环流化床焚烧炉，通过尽可能多地回收燃烧烟气中的显热，把辅助燃料的加量减至最低。该种焚烧炉具有燃烧效率高、燃料适应性广、燃料预处理系统简单等一系列优点，并且燃烧后灰渣易于实现综合利用。 第二类干化焚烧联合工艺的关键在于干化。焚烧干化污泥的工艺则与燃用劣质煤工艺相近，比焚烧湿污泥工艺要简单得多。干化选用间接干化，温度较低，以防止污泥中有机质分解。 2 国内、外城市污泥焚烧锅炉及系统集成的现状，发展趋势，国内存在的问题和差距 2.1 国外城市污泥焚烧锅炉及系统集成的现状，发展趋势 一些国家污泥处理处置方法如下表: 表2 某些国家城市污水污泥产出情况和处置途径 国 家 人口／百万 污泥产量 (×103t／a干重) 处置途径及处理量／(×103t／a干重) 填埋 土地 焚烧 其他

德 国 62 2500 1575 625 300 日 本 122 1465 403 148 896 18 英国 57 1075 172 548 54 301 意大利 57 800 440 272 88 西班牙 39 300 150 30 30 90 荷兰 154 282 72 125 8 瑞典 8.4 180 63 45 瑞士 6.4 170 43 120 50 丹麦 5.1 130 38 48 36 3 比利时 9.9 75 30 21 7 3 4

挪威 4.1 75 41 4 由表中可见，有21％的污泥采用焚烧处理，而绝大多数是采用填埋或农用，这是因为污泥焚烧处理费较高（有资料显示：约为污泥农用费用3.8倍，约为污泥填埋费用2.1倍）。但是因为可能引起二次污染，有些国家有增加污泥焚烧处理量的趋势。 国外进行焚烧的污泥，在焚烧前一般均须进行干燥，不采用直接焚烧浓缩污泥，这是因为浓缩污泥含水率高达90％，必须添加燃料才能维持燃烧。而一般污泥干燥工艺中干燥热量可来自许多渠道，尤其是可以利用其它工艺的余热，如电厂锅炉排烟、蒸汽等的热量，还可以用焚烧干燥污泥的热量做到污泥自身热量平衡（在该工艺中不添加燃料，只用电能）。较成熟技术如： 2.1.1 意大利涡龙公司污泥涡轮干燥技术 涡轮干燥技术的核心在于成功利用了薄膜换热的原理，它将待处理的物料通过定量上料装置喂入一个圆柱状卧式处理器，处理器的衬套内循环有高温介质，如饱和蒸汽或导热油，使反应器的内壁得到均匀有效的加热，干燥的主要热量交换通过热壁的热传导来完成。 同时，采用一定量的经过预热的工艺气体，与物料的运动方向一致，在处理器的内部与高速涡流形成共同作用，推动物料沿内壁向出口方向做螺线运动，物料颗粒在工艺气体的反复包裹、携带和穿流下，实现强烈的热对流换热。 在圆柱形处理器内有与之同轴的转子，在转子的不同位置上装配有不同曲线的桨叶，转子通过处理器外的电机驱动，高速旋转，形成 5

强烈涡流。物料在高速涡流的作用下，通过离心作用，在处理器内壁上形成一层物料薄层，该薄层以一定的速率从处理器的进料端向出料端做环形螺线移动，物料颗粒在薄层内不断与热壁接触、碰撞，完成接触、反应、灭菌或干燥等过程。 2.1.2 德国拉文斯堡流化床系统有限公司爱雪唯斯流化床干化系统 德国拉文斯堡公司的流化床污泥干化系统采用将污泥直接送入流化床干燥器内,而无需任何预先处理。流化床干燥器只是一个简单的金属容器, 在其中污泥干化和造粒同时完成。干燥器内充满了大量的干化的污泥颗粒。脱水污泥由泵输送并由特殊装置将其切碎后进入流化床内。这些脱水污泥迅速地与床内的干颗粒混合。由于很好的能量和物质交换条件, 水份迅速蒸发, 最终使床内的干颗粒的含固率达到90%。在干燥器内, 污泥颗粒在床内运动随着水份的蒸发造粒自然发生。污泥直接加料系统对污泥的特性变化不敏感, 也就是说该系统不需要不同污泥的事先混合。这种直接加料系统是一全自动系统, 且乏气是闭式循环，可防止污泥臭味外泄。 6

2.1.3 荷兰SNB污泥焚烧厂 SNB污泥焚烧厂是目前欧洲最大的污泥处理中心，位于荷兰。该中心由荷兰的五个污水处理公司共同投资建设，由BAMAG属下的THYSSEN公司技术总包，荷兰STORK工程公司总承包基建与安装。 该厂处理规模约为300t/d，处理量约为荷兰全国总污泥量的27%，除处理五个投资者的污泥外，还可以接收其它污水处理公司的污泥。其工艺流程见下图。运达的脱水污泥经半干化后从焚烧炉（隋性粒子流化床焚烧炉）上部进入，焚烧后的烟气经热交换回收热量，回收的热能用于污泥半干化。尾气处理系统包括电除尘、酸洗、碱洗、活性炭吸附和布袋除尘。 7

2.1.4 Andritz的EcoDry技术 Andritz购买了EcoDry技术，在其污泥干燥系统的基础上，开发了一种新型的污泥干燥焚烧系统。该系统是在其DDS污泥干燥系统的基础上，首先将湿污泥干燥到水分10%以下，再将干污泥加入旋风式焚烧炉进行焚烧。焚烧产生的热量用于湿污泥的干燥。因此，这个污泥干燥焚烧系统不需补充任何热能，只消耗电能。但这个污泥干燥焚烧系统的投资巨大，因为在投资已经很高的基础上，还需要焚烧炉。此污泥干燥焚烧系统只在欧洲有两个应用厂家。 Andritz的EcoDry工艺流程： 8

2.1.4 流化床干燥工艺 工艺的热能采用蒸汽，通过换热器将热量间接传递给污泥，从而使污泥干化。工艺的主要设备为流化床干燥器。污泥直接送人流化床干燥器内，无需任何前段准备。在流化床内通过激烈的流态化运动形成均匀的污泥颗粒，整个系统在一封闭性的气体回路中运行，干化系统中的细颗粒在旋风除尘器中被收集，然后与少量湿污泥混合后送回污泥干燥器。经除尘后的气体中含有大量的气态水，需要经过污水厂出水冷却回收气态水后方可进人鼓风机，经增压后返回流化床干燥器。 在运行期间，循环的气体自成惰性化，氧气的含量降低到几乎为零。流化床干燥机的干化能力由能量的供应所决定，即由热油温度或蒸气温度决定。根据所能获得的热量和床内的固定温度，对应一个特定的水蒸发量。进料量的波动或进料水分的波动，在连续供热温度保 9

持恒定的情况下，会使蒸发率发生变化。一旦温度变化，自动控制系统分别通过每台泵的变频调速控制器调节给供料分配器供料泵的供料速率，从而使干燥机的温度保持恒定。根据污泥的特性和污泥的含水率，污泥的进料量有所变化。 干化颗粒经冷却后，通过被密闭安装在惰性气体环境中的传送带送至干颗粒储存料仓。为保证安全，料仓同时被惰性气体化。干化系统中产生的少量废气被送入生物过滤器，经生物除臭处理后排人大气。 2.2 国内城市污泥焚烧锅炉及系统集成的现状，国内存在的问题和差距 2.2.1 概述 随着我国国家对环保要求的提高，保护我国江河湖海等水体的力度的加强，城市污水和工业污水的处理率将进一步提高，污水处理产生的污泥量逐年增加，为防止二次污染和节约土地，采用污泥直接填埋的方法将逐渐被淘汰，因此采用浓缩和脱水工艺，使污泥含水率降到便于运输或处理处置的程度。 污泥是一种高水分、低热值的燃料，其空干基工业分析显示其成分组成为：水分12％、灰分38％、挥发分42％、固定碳8％，发热量只有8.02 MJ／kg，属于不易燃烧的劣质燃料。在实际焚烧中即使将污泥的含水率降至40％，污泥的热值也仅有4.2～5.8 MJ／kg，因而一般焚烧炉燃烧温度往往达不到标准规定的850℃，按规定这时应当投油助燃，但由于燃油价格昂贵，故有些焚烧厂家在不投油或少投