污泥焚燒發電資源綜合利用工程可行性研究報告-資料下載頁

【導讀】第5章熱負荷......

　　

【正文】 下圖為我院作的污泥試驗壓縮污泥圖片 我院作的 XXX 市污泥樣品試驗，通過板框式壓濾機可以將 污泥水分壓縮到 60%。 污泥 干化（ 干燥 ） 污泥干化方式 28 污泥 干燥是為了去除水分， 污泥干化的加熱方式 分為 直接干化和間接干化 干化是依靠熱量來完成的，熱量一般都是能源燃燒產生的。燃燒產生的熱量存在于煙道氣中，這部分熱量的利用形式有兩類： 1) 直接利用：將高溫煙道氣直接引入干燥器，通過氣體與濕物料的接觸、對流進行換熱。這種做法的特點是熱量利用的效率高，但是如果被干化的物料具有污染物性質，也將帶來排放問題，因高溫煙道氣的進入是持續的，因此也造成同等流量的、與物料有過直接接觸的廢氣必須經特殊處理后排 放。 2) 間接利用：將高溫煙道氣的熱量通過熱交換器，傳給某種介質，這些介質可能是導熱油、蒸汽或者空氣。介質在一個封閉的回路中循環，與被干化的物料沒有接觸。熱量被部分利用后的煙道氣正常排放。間接利用存在一定的熱損失。 污泥干化的熱源 干化的主要成本在于熱能，降低成本的關鍵在于是否能夠選擇和利用恰當的熱源。 干化工藝根據加熱方式的不同，其可利用的能源來源有一定區別，一般來說間接加熱方式可以使用所有的能源，其利用的差別僅在溫度、壓力和效率。按照能源的成本，從低到高，分列如下： 煙氣：來自大型工業、環保基礎設 施（垃圾焚燒爐、電站、窯爐、化工設施）的廢熱煙氣是零成本能源，如果能夠加以利用，是熱干化的最佳能源。 熱干氣：來自化工企業的廢能。 沼氣：可以直接燃燒供熱，價格低廉，也較清潔，但供應不穩定。 蒸汽：清潔，較經濟，可以直接全部利用，但是將降低系統效率， 29 提高折舊比例。可以考慮部分利用的方案。 燃油：較為經濟，以煙氣加熱導熱油或蒸汽，或直接加熱利用。 天然氣：清潔能源，但是價格最高，以煙氣加熱導熱油或蒸汽，或直接加熱利用。 所有的干化系統都可以利用廢熱煙氣來進行。其中，間接干化系統通過導熱油進行換熱，對煙氣無限制 性要求；而直接干化系統由于煙氣與污泥直接接觸，雖然換熱效率高，但對煙氣的質量具有一定要求，這些要求包括：含硫量、含塵量、流速和氣量等。 只有間接加熱工藝才能利用蒸汽進行干化，但并非所有的間接工藝都能獲得較好的干化效率。一般來說，蒸汽由于溫度相對較低，必然在一定程度上影響干燥器的處理能力。 污泥干化設備 市場上的 污泥干燥設備 主要有 ： 三 筒 式回轉圓筒干燥機 （即轉鼓干燥機）、 間接加熱式回轉圓 筒干燥機 、 帶粉碎裝置的回轉圓 筒 干燥機 、 流化床干燥機 、 蝶式干燥機 、 漿葉式干燥機 、 盤式干燥機 、 帶式干燥機 、 太陽能污泥干燥房 等。 1）三 筒 式回轉圓筒干燥機 由于普通的回轉圓筒干燥機，包括三 筒 式回轉圓 筒 干燥機，只能干燥顆粒狀的物料。 將 產生含水為 40%左右的半干污泥，再進入三 筒式回轉圓 筒 干燥機進行干燥。此系統需要粉碎機和篩分機。整個系統的投資很大。 2）普通回轉圓 筒 干燥機 普通回轉圓 筒 干燥機的工藝流程與三 筒 式回轉圓 筒 干燥機相似，只是能耗稍高。 轉筒干燥器的主體是略帶傾斜并能回轉的圓筒體。濕物料從左端 30 上部加入，經過圓筒內部時，與通過筒內的熱風或加熱壁面進行有效地接觸而被干燥，干燥后的產品從右端下部收集。在干燥過程中，物料借助于圓筒的 緩慢的轉動，在重力的作用下從較高一端向較低一端移動。干燥過程中的所用的熱載體一般為熱空氣、煙道氣或水蒸氣等。如果熱載體（如熱空氣、煙道氣）直接與物料接觸，則經過干燥器后，通常用旋風除塵器將氣體中挾帶的細粒物料捕集下來，廢空氣則經旋風除塵器后放空。 3） 間接加熱式回轉圓筒干燥機 間接加熱式回轉圓筒干燥機的工藝流程也與三筒式回轉圓筒干燥機相似。 4） 帶粉碎裝置的回轉圓筒干燥機 帶粉碎裝置的回轉圓筒干燥機的結構： 由于帶粉碎裝置的回轉圓筒干燥機可直接干燥濕污泥，因此不需要混合過程，也就不需要混合機，粉碎機和篩分機 。并且回轉圓筒干燥機很短，整個系統的投資小。 但是，對于濕污泥的干燥，其終水分只能到 30%。 下 圖 為 帶粉碎裝置的回轉圓筒干燥機 和內部粉碎裝置。 31 5） 帶式干燥機 帶式干燥機由若干個獨立的單元段組成。每個單元段包括循環風機、加熱裝置、單獨或公用的新鮮空氣抽入系統和尾氣排出系統。對干燥介質數量、溫度、濕度和尾氣循環量操作參數，可進行獨立控制，從而保證帶干機工作的可靠性和操作條件的優化。帶干機操作靈活，濕物進料，干燥過程在完全密封的箱體內進行，勞動條件較好，免了粉塵的外泄。 6） 漿葉式干燥機 空心槳葉干燥機 主要由帶有夾套的 W 形殼體和兩根空心槳葉軸及傳動裝置組成。軸上排列著中空葉片，軸端裝有熱介質導入的旋轉接頭。干燥水分所需的熱量由帶有夾套的 W 形槽的內壁和中空葉片壁傳導給物料。物料在干燥過程中，帶有中空葉片的空心軸在給物料加熱的同時又對物料進行攪拌，從而進行加熱面的更新。是一種連續傳導加熱干燥機。 漿葉式干燥機需要由蒸汽或導熱油提供熱量。其產品是粉狀，對存儲和使用不方便。在干燥后，需要進行造粒。在小型廢水處理廠得到廣泛的應用。 7）盤式干燥機 工藝的能源采用天然氣或沼氣，利用熱油爐加熱導熱油，然后通過導熱油在干 燥器圓盤和熱油爐之間的循環，將熱量間接傳遞給污泥顆粒，從而使污泥干化。 干燥后的顆粒進入分離料斗，一部分顆粒被分離出再返回涂層機，另一部分粒徑合格顆粒通過進一步冷卻后送入顆粒儲存料倉。 但是盤式干燥機的傳熱效果是上述所有干燥機中最差的，因此盤式干燥機的體積龐大，造價高。 32 8）蝶式干燥機 蝶式干燥機可以對污泥進行半干或全干處理。其產品也是粉狀。 9）太陽能干燥工藝 將脫水后的污泥放置于溫室中，利用太陽能蒸發污泥中的水份即可獲得百分之 60～ 80 的干化污泥，運行中可利用攪拌輪將污泥翻轉平鋪在地板上或增加強制通風以 提高蒸發效率。這種工藝設計簡單，投資運行費用低，但需要很大的占地面積，適合于產泥量較低，污泥用作農業應用，并需長期儲存的場合。 10）流化床干燥工藝 工藝的熱能采用蒸汽，通過換熱器將熱量間接傳遞給污泥，從而使污泥干化。工藝的主要設備為流化床干燥器。污泥直接送人流化床干燥器內，無需任何前段準備。在流化床內通過激烈的流態化運動形成均勻的污泥顆粒，整個系統在一封閉性的氣體回路中運行，干化系統中的細顆粒在旋風除塵器中被收集，然后與少量濕污泥混合后送回污泥干燥器。經除塵后的氣體中含有大量的氣態水，需要經過污水廠出水冷 卻回收氣態水后方可進入鼓風機，經增壓后返回流化床干燥器。 在運行期間，循環的氣體自成惰性化，氧氣的含量降低到幾乎為零。流化床干燥機的干化能力由能量的供應所決定，即由熱油溫度或蒸氣溫度決定。根據所能獲得的熱量和床內的固定溫度，一個特定的水蒸發量被確定。進料量的波動或進料水分的波動，在連續供熱溫度保持恒定的情況，會使蒸發率發生變化。一旦溫度變化，自動控制系統分別通過每臺泵的變頻調速控制器調節給供料分配器供料泵的供料速率，從而使干燥機的溫度保持恒定。根據污泥的特性和污泥的含水率，污泥的進料量有所變化。 33 干化顆粒經 冷卻后，通過被密閉安裝在惰性氣體環境中的傳送帶送至干顆粒儲存料倉。為保證安全，料倉同時被惰性氣體化。干化系統中產生的少量廢氣被送入生物過濾器，經生物除臭處理后排人大氣。 對干化技術進行不斷的優化努力，一直是以安全性為目標的，而解決安全性的出路極為有限，它仍然是以干燥器結構為中心、綜合一系列邊緣技術的持續不斷的改進過程。 污泥焚燒設備 污泥焚燒過程中的核心設備是焚燒爐。 污泥焚燒技術主要有多膛式、爐排式、回轉式、電加熱紅外式及流化床等，目前最新發展的焚燒技術還有熔融處理技術。 污泥流化床焚燒爐的焚燒溫度一 般為 660~830℃（輔助燃料采用煤時，該溫度區域擴大為 850℃）。在該區域可有效消除污泥臭味 。 流化床焚燒技術是目前利用污泥熱能的最常用技術，適用于大處理量處理的要求。焚燒溫度通常為 815~850℃，可以將有毒氣體 (特別是 NOx 和 CO)量降到最低。這種焚燒工藝最大的優點就是節省能量，不管什么污泥來源，污泥烘干，只需干物質含量達到 40％ (半干化 )，不需要額外的熱能就可以自己燃燒，到達熱平衡，而且焚燒產生的熱量足夠滿足半干化干燥機。流化床焚燒爐的優勢還在于有非常大的燃燒接觸面積、強烈的湍流強度和長的停留時間。 如對于平均粒徑為 的床料，流化床全接觸面積可達到 1420m2/m3。而且還可連續加料、連續出料，操作可自動調節，因此可廣泛地用來處理各種固體廢物及污泥。 國內外污泥流化床焚燒技術主要有兩種方式：循環流化床和鼓泡流化床焚燒技術。現今國內外一些國家采用循環流化床技術，但大多 34 數仍采用鼓泡流化床焚燒處理污泥，主要有美國、日本、加拿大、德國、韓國、英國等國家。從技術角度上講，兩種技術在不分段燃燒時，循環床 NOx排放比鼓泡流化床低，而 CO 排放后者較低。在處理預干燥污泥焚燒時，分段燃燒在流化床和循環床中均可有效 降低 NOx 排放。污泥焚燒鍋爐以鼓泡床使用最普遍，尤其是處理量較少的場合。而處理量大的情況下，由于受到鼓泡床大型化的限制，往往采用循環流化床技術。 流化床鍋爐往往需加入一定的輔助燃料， 可焚燒多種廢物如樹皮、木材廢料等，也可加入煤或天然氣作為輔助燃料。采用污泥流化床焚燒方式處理的污泥，以污水廠污泥和造紙污泥為主，其污泥物排放如 SO NOx以及有害有機物均可達到較苛刻的環保要求。 目前循環流化床燃燒物污泥技術已系列化 ， 污泥處理量 50~500噸 /天 。 設計爐膛出口煙溫 850~950℃ 。 煙氣爐內停留時間 3 秒。污泥的減容幅度可達 90%，重量減少 80%。 有毒有害廢水焚燒后的尾氣經處理后達標排放，不致引起二次污染。回收的能量可用于發電、產蒸汽。二次污染氣體的如 SO NOx、 Cl HCl 等均可得到有效控制，使之達到國家規定的排放標準。 流化床焚燒爐己被廣泛用于焚燒城市生活垃圾和有機固體廢棄物。在爐膛下部布置有耐高溫的布風板，板上用惰性顆粒作為載熱媒體。一次風從爐膛底部進入使爐內獲得流態化，二次風從布風板上方引入，燃料從流化床側部或上部進入，發生強烈的翻騰和循環流動。 流化床焚燒爐燃料適應性廣，燃燒熱效率高，能有效控制 SO2和 NO2 等有機氣體的產生，燃燒熱強度高，設備體積小，單位投資少，在低熱值燃料焚燒方面有明顯的優勢。我國污泥成分較復雜、含水量較高、發熱值較低，流化床焚燒技術無疑是我國目前實現垃圾和污泥的高效、穩定和低污染燃燒的一項重要技術措施。國內中科院、 35 浙江大學、東南大學等單位正在進行流化床鍋爐焚燒污泥試驗，取得了一定的經濟和社會效益。 綜上分析，循環流化床鍋爐污泥焚燒技術可較好的適用于本工程的要求。 焚燒污染排放物 污泥焚燒產生大量帶飛灰的煙氣，這些煙氣中含有多種有毒物質，如二惡英、甲硫醇、 SOx等，形成一次 污染。煙氣處理工藝復雜、技術難度大、處理成本昂貴。而且廢氣的潛在 性危害，有些還處在環保工作者的進一步認識、研究之中，如二惡英等 。 1）控制 SO2的排放 流化床鍋爐燃料適應性強，燃燒充分，床溫一般不超過 850℃，能有效抑制 SO2和 NO2的排放，在燃料中混入石灰石或生石灰脫硫，效果很好且價格低廉。 由于污泥的含硫量較一般燃煤要低，尤其是污水廠污泥。因此，在污泥焚燒過程中，只要加強控制便能有效抑制 SO2的污染。 2）控制重金屬排放 污泥中通常含有各種有害的重金屬，如汞、銅、鎘、鉛等，這些重金屬物質在水中不易降解， 性質穩定，進入水體后除通過食物鏈逐步蓄積外，能被水中的懸浮顆粒吸附而沉入污泥中，造成了污泥中重金屬含量較高。污泥的重金屬主要以氧化物、氫氧化物、有機絡合物等形式存在，其次為硫化物。 重金屬的含量直接影響了污泥的處理工藝。重金屬含量高的污泥，若用于農業，重金屬會富集在植物體內，通過食物鏈傳遞給人類，造成毒害作用。此時應考慮用化學方法提取重金屬元素，使之能夠用于農業，或焚燒處理。 36 雖然污泥焚燒后的灰渣及飛灰體積比焚燒前大大減少，但有害重金屬大多數都富集在殘渣中，砷、汞主要富集在飛灰中。在重金屬含量不超標的情況下 可考慮綜合利用，如制水泥，造磚等。若含量超標，不允許直接填埋，通常是采用飛灰再燃裝置進行高溫熔融處理后，再進行填埋，或采用化學方法將超標的重金屬淋濾出來達標后再利用。 3）控制二惡英排放 影響污泥焚燒爐中二噁英和呋喃的形成和持續排放的因素包括：污泥成分和特性 、 燃燒的條件 、 煙氣的成分 、 顆粒的數量 、 煙氣的溫度 、 顆粒排除設備的溫度和酸性氣體的控制方法。 1991 年到 1994 年，美國環保局對二噁英重新評價后認為，城市垃圾、污泥以醫院廢棄物燃燒過程中所生成的二噁英占已知二噁英生成源的生成量的 95%。近年來隨著對城市廢 棄物焚燒爐的改進以及安裝更先進的污控裝置，所排放的二噁英的量已開始急劇下降，已下降到最初期城市廢棄物焚燒爐排放量的 1%～ 1‰ 。 目前國際上焚燒過程中二噁英類的控制技術多