市政污泥干化焚烧技术分析

2020-08-12刘玉坤管志云上海环境工程设计研究院有限公司

节能与环保 2020年6期

文_刘玉坤管志云上海环境工程设计研究院有限公司

近年来城镇化水平的加快，城镇污水处理厂污泥量不断加大。目前主要的处置途径主要是外送至热电厂和水泥窑等协同焚烧、堆肥、填埋等。但随着我国环境保护标准的日益严格，对污泥协同焚烧的烟气污染控制标准也必将越来越严格，并且污泥的处置受热电厂和水泥窑厂的市场影响，存在不稳定因素，污泥的处置受到影响。为实现污泥处置高标准排放、连续稳定处置，需要寻求更为稳妥的处置方式，污泥单独处理处置技术非常迫切。

1 污泥单独干化焚烧

焚烧目前是污泥处置最彻底的方法，焚烧处理后的灰渣仅为原污泥体积的5%～10%，且灰渣性质稳定可以实现建材利用，但污泥直接焚烧含水量大，能耗非常严重，在焚烧前需要进行干化处置，降低其含水率提高入炉污泥的热值。

污泥单独干化焚烧处置工艺流程如图1所示。

图1 污泥单独干化焚烧工艺流程

2 污泥干化技术

污泥干化的核心目的是降低其含水率，分为全干化和半干化。全干化指干化后的含固率75%以上；而半干化是含固率在65%～75%的类型。为确保污泥输送的稳定性，干化产物必须跨越DS的45%～60%粘滞区，否则将影响污泥稳定可靠的输送。

污泥干化是依靠热量来完成的，热量一般都是由能源燃烧产生的。利用形式有以下两类：①直接加热：将高温烟气直接引入干化器，通过高温烟气与湿物料的接触、对流进行换热。②间接加热：将热量通过热交换器，传给某种介质，这些介质可能是导热油、蒸汽或者空气。

干化工艺是一种综合性、实验性和经验性很强的污泥处理技术，其核心在于干燥器本身。目前国内外应用最多的干化技术主要有包括以下几种。

2.1 搅拌式滚筒干燥机

搅拌式滚筒干燥机利用650～700℃的焚烧炉排放烟气与污泥直接接触干燥。干燥机为卧式转鼓型，滚筒内部设有搅拌轴、搅拌棒的搅拌装置，高温烟气在圆筒内搅拌通过，出口烟气温度为200℃。被搅起的物料由搅拌装置不断的被粉碎和分散，在此过程中污泥与烟气充分直接接触，达到高效干化。

拌式滚筒干燥机具有以下优势：①搅拌效果好、干化速度快。②利用烟气直接干化，热效率高。③使用高温烟气，故废弃量少，烟气和除尘装置小。④干燥物的形状和大小为普通颗粒状（1～5mm，含水率20%），后续处理简单，粉尘小。⑤对物料变化适应性好，操作简单。⑥内部构造简单、且旋转较慢（搅拌轴转速200r/min），故能较好地适用含沙量较高的污泥。⑦内部设有链条，随着外壳的旋转，敲打污泥，可以避免污泥粘壳。

2.2 涡轮薄层干燥机

涡轮薄层干燥机是一种连续工艺，具有夹套用于导热油或蒸汽强制循环。工艺为间接加热形式，可以采用各种来源的能源供热，包括废热烟气、废热蒸汽、燃煤、沼气、天然气、重油、柴油等，介质为耐高温油品。热媒在涡轮干化器的外套内循环，同时也通过热交换器对工艺气体进行加热。污泥在旋转的涡轮和循环气体的共同作用下，在涡轮干化器的内壁表面形成薄层，该薄层以一定的速率从反应器进料一侧移动到另一侧，从而完成接触、反应和干化。涡轮薄层干燥机如图2所示。

图2 涡轮薄层干燥机

2.3 两段式组合型干燥

两段式组合型工艺分别利用薄层干化机或其它机型与带式干化机技术相结合。该工艺实现全干化，将薄层实现半干化的优势和带式干燥机全干化的优势充分体现在一起。

第一阶段，脱水污泥由螺杆泵连续地投入水平薄层蒸发器中。蒸发器的旋转叶片将污泥涂成薄层紧贴在中空的壳体内壁。导热油在中空壳体间循环流动，对附着在内壁的污泥加热。污泥含固率提高到40%～55%，呈可塑状态的污泥在出口处进入切碎机，该装置使污泥形成直径为6～10mm的面条状长条，然后被均匀分布在缓慢移动的带式干化机传输带上。干化后的污泥颗粒在最后一段的传送带上，温度已下降到 40～50℃。

一级处理阶段多余的能量部分转换成热量，提供给二级处理阶段。能量回收系统使每蒸发1m3水量的耗能量仅为650～800kWh。通过在第二处理阶段进行适当调整，可产生不同干度的干污泥颗粒，干污泥干化度范围为65% ～ 90%。根据污泥最终用途不同，污泥颗粒的尺寸也可在1～10mm的范围内进行调整。两段式组合型干燥机如图3所示。

图3 两段式组合型干燥机

3 污泥焚烧炉

污泥焚烧炉按结构和工作方式分为回旋式焚烧炉、回转窑炉、鼓泡式流化床焚烧炉，其中用于污泥处理的回旋式焚烧炉、回转窑焚烧炉与鼓泡式流化床焚烧炉应用较为广泛。

3.1 回旋式焚烧炉

回旋式焚烧炉是专为污泥焚烧设计的，可以专门高效焚烧经过干燥达到含固率80%左右的颗粒粒径为 1～5mm 的干燥污泥。回旋式焚烧炉是一种搅拌吹风连续作业的单体炉，从炉体中回转臂下部，按照篝火吹气原理，焚烧炉上部设置“脱臭段”，将干化的烟气和焚烧烟气在此段进行焚烧，减轻后续烟气处理工作量。喷出燃烧所需要的空气，是物料边搅拌边燃烧的一种焚烧方式。炉体呈圆柱形，炉内有转动设备。回旋式焚烧炉示意图见图4。

图4 回旋式焚烧炉

回旋式焚烧炉具有以下优点：①物料和空气接触好，燃烧速度快。②热效率高、渣块较少。③竹筒吹火原理和良好搅拌促使燃烧完全，燃烧灰渣的热余量小。④空气量需求少，可实现烟气处理和集尘装置小型化。⑤燃烧后物质以焚烧炉渣为主，飞灰少。

3.2 回转窑焚烧炉

回转窑焚烧炉是用冷却水管或耐火材料沿炉体排列，炉体水平放置并略为倾斜。通过炉身的不停运转，使炉体内的污泥充分燃烧，同时向炉体倾斜的方向移动，直至燃尽并排出炉体。回转窑焚烧炉是活动床式中应用最多的炉型，广泛用于焚烧各种污泥、渣浆、油膏及废渣酿粨等废物，尤其适应于焚烧含水率较高的污泥和蜡状物。

3.3 鼓泡式流化床焚烧炉

鼓泡式流化床焚烧炉燃烧温度在850℃以上。燃烧后产生的高温烟气进入空气预热器，通过空气预热器对循环流化床焚烧炉的助燃空气进行加热，加热后的空气进入炉床。从空气预热器出来的烟气进入余热锅炉，由余热锅炉产生的导热油或蒸汽进入污泥干化机作为热源对污泥进行干化。温度降低的废气进入干式反应器、布袋除尘器、洗涤塔等进行尾气处理。由余热锅炉和布袋除尘器收集的灰渣进入灰渣收集系统。

该系统包括：进料系统、燃烧器、鼓泡式流化床焚烧炉、助燃空气、炉渣排出和床砂回流等。鼓泡式流化床焚烧炉是一个立式的钢壳，内衬耐火绝热层，如图5所示。

图5 鼓泡式流化床焚烧炉

4 案例分析

4.1 回旋式污泥单独干化焚烧项目

目前污泥单独干化焚烧项目在我国应用逐渐增多，以常州市英科环境项目为例，项目一期投资3.42亿元，日处理规模400t（含水率80%），采用搅拌式滚筒干燥技术与回旋式焚烧炉技术，真正意义上实现了城镇污水处理厂污泥无害化处理处置。回旋式污泥单独干化焚烧项目工艺路线如图6所示。

图6 回旋式污泥单独干化焚烧项目工艺流程

污泥首先通过搅拌式滚筒干燥机将含水率降至10%左右，热源采用燃烧后的热烟气，干燥后的气体进入焚烧炉上部进行二次燃烧，避免了臭气的外排与处置。焚烧辅助燃料为天然气，焚烧后的热烟气部分进入搅拌式滚筒干燥机，部分进入烟气与空气的换热器，提高进入焚烧炉的空气的温度，实现热量回收，该项目最大处理量可实现500t/d。

4.2 流化床单独干化焚烧项目

上海市竹园污泥处理工程建设规模为干污泥：150t/d，设计处理能力为干污泥：7.3t/h，主要系统包括污泥接收和储运系统、污泥干化系统、污泥焚烧系统、余热利用系统、烟气处理系统、公辅系统等。污泥干化系统选用桨叶式干化机，热源为蒸汽，干燥机出口污泥含固率60%。设置2台鼓泡流化床焚烧炉，焚烧烟气经过高温空气换热器后温度为760℃左右，然后进入余热锅炉，余热锅炉出口的烟气依次通过静电除尘器、布袋除尘器、洗涤塔并经再热器后达标排放。