污泥焚烧（精选10篇）
污泥焚烧 篇1
0 引言
随着国民经济持续稳步发展, 城市污水处理设施越来越多, 随之污水处理厂产生的污泥量急剧增加。特别是在我国经济水平发达的几个重要城市与地区, 据统计, 我国城市污水处理厂每年污泥增长率大于12%, 排放量为100万t左右, 怎样处置污泥这个问题已到必须解决的时候。大量的未经处理的污泥没有正常的出路, 已成为污水处理厂的沉重负担, 而且污泥中含有大量的有机物、重金属以及致病菌等, 不加处理任意堆放和排放, 对生态环境又造成新的污染, 使建成的污水处理厂不能发挥其彻底消除污染的作用。所以对污泥进行处理与处置已成为一个突出的问题。污泥处置方式很多, 但其焚烧是比较好的方式。
1 污泥焚烧的基本原理
污泥焚烧是指污泥在没有氧气或者氧气含量低时, 通过高温作用, 分解成气体、焦油以及废料残渣这几部分的过程。污泥焚烧的处理对象主要是经过脱水的泥饼, 脱水泥饼体积大, 同时含水率还是高达40%~80%, 若对其再进行干燥处理, 污泥含水率可降至15%~35%。为了更好地便于处理与处置, 进一步对污泥进行焚烧处理, 含水率可降至0。
2 污泥焚烧特点
污泥焚烧是英国、法国、丹麦、瑞士、德国等欧洲国家处理污泥的主要方法, 经过这些年来不断发展, 污泥焚烧技术处理污泥已经成为主要形式, 愈来愈受到世界各国的关注。这是由于焚烧法与其他方法相比具有突出的优点:
1) 焚烧能使污泥减少到最小体积, 解决了其他方法中污泥要占用大量空间的缺陷, 这对于日益紧张的土地资源来说是非常重要的;
2) 污泥处理效率比较高, 不需要长期储存及污泥中的有机物、水分焚烧后都会被分解, 只剩下很少量的无机物成为废渣, 因而最终需要处置的物质很少, 不存在重金属离子的问题, 焚烧灰可制成建筑材料等有用的产品, 是相对比较安全的一种污泥处置方式;
3) 污泥可就地焚烧, 不需要长距离运输;
4) 可以回收能量用于发电和供热。有一段时间这种处理方式被叫停, 因为焚烧过程中产生的浓烟引起环境污染, 但是随着科技的发展, 污染得到了更好的处理。并且焚烧之后留下的灰渣能够作为建筑材料使用, 也是一种很好的铺路材料。加上焚烧处理过程占地面积小, 相对于填埋污泥所需要的土地可以节省更多的土地资源, 处理速度也快, 节约了时间和成本。
3 污泥焚烧方法
污泥焚烧是污泥处理的一种工艺。它利用焚烧炉将脱水污泥加温干燥, 再用高温氧化污泥中的有机物, 使污泥成为少量灰烬, 是一种减量化、稳定化、无害化处理方法。这种方法可将污泥中水分和有机质完全去除, 并杀灭病原体。污泥焚烧方法有完全燃烧法和不完全燃烧法两种。
3.1 完全燃烧法
能将污泥中的有机质和水分全部去除, 杀灭绝大部分细菌和病菌, 并能最大限度地降低污泥体积。
焚烧污泥的装置有多种型式, 如竖式多级焚烧炉、旋转窑式焚烧炉、流化焚烧炉、喷雾式焚烧炉。旋转窑式焚烧炉, 主要用来处理有毒有害的化工废料、医疗垃圾、工业污泥等废物。主要燃烧设备是一个缓慢旋转的回转窑, 它的内壁采用的是耐火砖砌筑或用管式水冷壁, 用以保护外筒, 回转窑的直径为4 m~6 m, 长度约为10 m~20 m, 由托轮、挡轮作为支撑, 倾斜地放置。以污泥含水量的高低为依据, 选择顺流式焚烧系统, 被焚烧的烟气流动方向与固体流向相同, 回转炉本体大约以每分钟几转的转速缓慢转动, 内壁的耐高温抄板把污泥由下部带到上部, 再靠自重使污泥落下。在保证与空气充分接触的基础上, 污泥在筒内翻滚, 并且进行比较完全的燃烧。从滚筒一端将污泥送入, 再用热烟气将污泥干燥, 达到着火温度后燃烧, 再从筒体出口排出灰渣。污泥含水率过高时, 将筒体尾部增加一级炉排, 满足燃尽的要求, 通过一个垂直的燃尽室从滚筒中排出烟气, 烟气中的可燃成分在这里能够得到充分的燃烧。燃尽室的温度一般可控制在1 000℃~1 200℃之间。
回转式焚烧炉因为它能对物料连续翻动, 对于低热值的生活垃圾或污泥的焚烧较为彻底、有效。目前使用比较常见的是竖式多级焚烧炉。炉内沿垂直方向分4级~12级, 每级都装水平圆板作为多层炉床, 炉床上方有能转动的搅拌叶片, 每分钟转动0.5周~4周。污泥从炉上方投入在上层床面上, 经搅拌叶片搅动依次落到下一级床面上。通常上层炉温约300℃~550℃, 污泥得到进一步的脱水干燥;然后到炉的中间部分, 在炉内750℃~1 000℃下焚烧;在炉的底层炉温约220℃~330℃, 用空气冷却。燃烧产生的气体进入气体净化器净化, 以防止污染大气。这种焚烧炉多安装在大城市的污水处理厂。为了完全燃烧固体废物, 必须将燃烧室内注入空气。焚烧的最基本条件是:炉内氧气的浓度越高, 速度就越快, 燃烧就越充分。对具体的废物燃烧过程, 需要根据设备的类型和物料的特性等因素确定空气的气量。但除了空气在燃烧室内的分布, 还要注意空气供应充足, 燃料中氧气、空气的混合不充分会生成不完全燃烧产物。液体废物的燃烧中, 将其混合来加速废液的蒸发;固体废物的燃烧中, 湍流有助于破坏在颗粒表面形成燃烧产物的边界面, 提高传质速率和氧的利用率, 尤其是扩散速率等于控制速率的时候, 燃烧时间随着传质速率的增大而减少。近年来发展了高温分解法。污泥在缺氧条件下, 加热到370℃~870℃, 有机物质遇热分解为气态物质、油状液态物质和残渣。气态物质有甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氢等, 液态物质有乙酸化合物和甲醇类等, 固态残渣最后成为含碳2%~15%的灰分, 分解时间约25 min。
3.2 不完全燃烧法
不完全燃烧也称湿式燃烧, 是指浓缩后的污泥 (其含水率约为96%) , 在液态下加温加压, 并压入压缩空气, 使有机物在物理化学作用下被氧化去除, 污泥的结构及成分也随之改变, 脱水性也大大提高。湿式氧化只能氧化80%~90%的有机物。常压下水的沸点为100℃, 为了使有机物氧化, 必须在高温高压下进行, 随温度提高, 氧化速率随之加快, 温度一般控制在200℃~370℃, 同时为了防止高温及氧化热使水分全部蒸发, 压力也需随之增加, 所需的氧化剂为空气中的氧或纯氧、富氧等。湿式氧化具有适应性强, 可氧化难降解的有机物;达到完全杀菌;反应在密闭容器中进行, 不产生臭气, 反应时间短, 有机物氧化彻底, 产生残渣量小。
焚烧后余灰可作为资源重复利用。如果仍含有重金属离子等有毒物质, 还须做最终处理, 固化深埋。
4 结语
从发达国家污泥处理处置的发展趋势来分析, 今后污泥处理处置的方向将会是土地利用和热能利用, 污泥填埋的比例也将大幅度地降低。污泥焚烧和热能利用将是污泥处理处置的发展方向之一, 污泥土地利用将会更为安全、更经济实用, 今后, 将会进一步提高污泥焚烧的比例。随着科学技术的发展, 该技术的应用前景也十分看好, 受到人们越来越多的重视, 并发挥越来越重要的作用。
摘要：根据污泥焚烧的基本原理, 总结了几个突出的优点, 对污泥焚烧的两种方法——完全燃烧法和不完全燃烧法作了详细介绍, 解决了污泥处理与处置的难题。
关键词：污泥,焚烧方法,污水处理
参考文献
[1]李军, 李媛.流化床焚烧炉污泥焚烧工艺特性研究[J].环境工程, 2004 (3) :51-52.
[2]余杰, 田宁宁, 王凯军.我国污泥处理、处置技术政策探讨[J].中国给水排水, 2005 (8) :77-78.
污泥焚烧 篇2
含油污泥焚烧处理技术在油田的应用
摘要：含油污泥是油田开发过程中产生的废弃物,为了减少油泥排放对环境的污染,采用焚烧技术是实现无害化处理及资源化利用的`有效途径之一.该技术的研究和应用,为油田寻找到了一种含油污泥综合利用的方法,既有效利用了能源,又解决了含油污泥外排的问题,减少了环境污染,有利于企业实现可持续发展战略.作 者：秦艳 李红旭 Qin Yan Li Hongxu 作者单位：新疆正天华能环境工程技术有限公司,新疆,乌鲁木齐,830011期 刊：石油工业技术监督 Journal：TECHNOLOGY SUPERVISION IN PETROLEUM INDUSTRY年，卷(期)：2010,26(4)分类号：X7关键词：含油污泥 焚烧处理 资源化
污泥焚烧 篇3
关键词：污泥焚烧；资源化；污泥成分
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）26-0072-03
污泥来源通常分为三种，即来自江河湖泊自然污泥、化工厂等产生工业污泥以及城市生活污泥，例如城市污水处理厂产生污泥。
传统的污泥处理方法有农用堆肥、土地填埋、填海和焚烧等。与以上几种污泥处理方法相比，采用焚烧法处理污泥具有减容化、无害化、快速化、便利化、能源化、多用性等特点。
以污泥处理效率高、污泥减量化效果明显而著称的污泥焚烧技术已被世界各国认定为污泥处理最佳途径之一，其能源再利用的特性以及我国在污泥处理过程中提出的“资源化、减量化、无害化”三化原则也使其成为污泥处理的主流技术而被广泛应用。
1 污泥焚烧处理工艺流程
工艺流程如图1所示。从图1中可见，污泥焚烧工艺所需的主要设备有流化床焚烧炉、干燥机、余热锅炉、静电除尘器、准烟气洗涤装置、烟囱等几部分。
经测定大连市某污水处理厂污泥的初始含水量为75%，干燥处理后，其含水量可缩减为15%。
试验过程中观察到，初始含水量为75%的污水处理厂污泥，不需借助外加助燃剂即可在流化床焚烧锅炉中自行燃烧，而经干燥脱水后含水量减为15%的污泥更可进行自行燃烧，如此，在处理过程中可以使能源的浪费减到
最低。
图1 污泥焚烧工艺流程
2 污泥成分分析试验结果
以下试验均以大连市某污水处理厂产生污泥为试验
样品。
2.1 污泥水分含量的测量
污泥中所含的水分包括外在水分、内在水分和结晶水三部分。
本次试验水分的测定采用干燥前后重量比对的方法。
试验原理为：将已称重好的污水处理厂泥样放置于干燥机内连续干燥2～3个小时，取出泥样，进行再次称重，则水分的含量便由泥样在干燥前后的重量差值得出。
试验操作步骤是：称取10g左右的泥样放置于110℃左右温度的干燥机内，经2～3小时后取出泥样，及时盖好瓶盖，置于空气中冷却片刻，再次放置于干燥机内冷却，30分钟后，降至室温，再次对泥样进行称重。这种试验方法测定的泥样水分含量为除去结晶水、但包含外在水分和内在水分的污泥水分含量。
2.2 污泥灰分含量的测量
灰分是污泥在完全燃烧后残留的物质。
本次试验灰分含量的测量也是用重量比对的方法。
试验原理为：将污水处理厂泥样放置于温度调节在815℃左右的电炉中，将其灼烧1小时左右，然后测量泥样灼烧前后的重量，差值即为污泥灰分含量。
试验操作步骤为：称取1±0.1g的泥样放入恒重器皿中，将其放入电炉中，先调节其温度不超过100℃，然后将电炉炉门开启约15mm的小缝隙，此时，将电炉的温度在约30分钟之内调节到500℃，在此温度下，继续加热30分钟后使电炉的温度逐步升至815℃±10℃，关闭电炉炉门继续灼烧1小时，然后将盛放泥样的器皿取出并冷却5分钟，然后再次放入干燥机内使其冷却至室温，最后对泥样再次称重，重量减少值即为污泥中灰分含量。
2.3 污泥中的挥发物含量测量
污泥在被加热过程中产生的所有气态物质被统称为污泥中挥发物质。
污泥中挥发污水含量的测定亦采用重量比较的方法。
试验原理是：将泥样放置在高温900℃下，加热10分钟左右，然后称重，与试验前泥样重量比较而求得污泥中挥发物的含量。
具体试验步骤为：将1±0.1g的泥样样品放入带有严密盖子的干锅之中，再将其放置于预先加热至高温900℃的电炉中，在电炉中加热7分钟左右将其取出，冷却约5分钟，再次放入干燥机中，经20～30分钟后冷却至室温，最后对泥样再次称重，重量减少值即为污泥中挥发物质含量。
2.4 污泥的元素分析
2.4.1 碳、氢含量的测定。碳、氢含量的测定多采用“燃烧法”，即把污泥样品置于燃烧管中湿气完全燃烧，然后从燃烧生成物二氧化碳与水蒸汽的含量中计算出碳和氢的含量。具体操作为先将盛污泥样品（0.2g）的瓷盘放入燃烧管中，通入氧气，使样品在800℃温度下充分燃烧（为保证某些热解产物充分燃烧，还需在燃烧管中填充氧化剂如加热的氧化铜等）；燃烧生成物二氧化碳和水蒸汽分别用吸水剂（氯化钙等）和二氧化碳吸附剂（钠石灰等）予以吸收；然后根据吸收剂的增重计算出碳、氢的百分数含量。
2.4.2 氮含量的测定。测定氮的方法很多，但都不能获得很准确的数据。目前应用较多的是常量测定方法（亦称开氏法）：在浓硫酸中并在催化剂（硫酸铜等）的作用下，污泥中的有机质被氧化而生成二氧化碳和水等物质，氮则被转化成氨，随即与硫酸作用而生成硫酸氢铵（消化反应）；如加入过量的氢氧化钠中和硫酸，氨则可以从氢氧化钠中蒸馏出来（蒸馏反应）；然后利用吸收剂（硼酸等）将氨吸收（吸收反应）；再用酸碱滴定法求出污泥中的含氮量（滴定反应）。
2.4.3 硫含量的测定。全硫分测定通常用“艾氏法”，即用艾氏混合剂（碳酸钠和氧化镁的混合物）与污泥试样混匀并缓慢燃烧促使其中的硫转化成硫酸钠和硫酸镁。做法是把1g的污泥试样与2g艾氏混合剂在坩埚中混匀，放入加热炉中加热至800℃～850℃；保温灼烧1.5～2小时，然后取出冷却；燃烧后应检查是否有黑色颗粒，如有则再继续灼烧。燃烧后的产物经过滤、清洗，并制成微酸性滤液（加甲基橙指示剂、盐酸溶液）；加入10mL，10%的氯化钡热溶液（沉淀作用），使产生的硫酸钡沉淀溶液加热至微沸状态，并保温2小时，即可在进行过滤、清洗。然后将沉淀物与滤纸放入炉中，使滤纸灰化，并升温使沉淀物灼烧（20分钟），称重。
2.4.4 氧含量的测定。氧的含量一般不直接测定，而是采用差减法予以确定，即：
式中：
Wf——试样中水分的百分数含量
Af——试样中灰分的百分数含量
2.5 污泥的发热量的测定
发热量测定的原理较简明，即把试样在一个充氧的容器（通称氧弹）中燃烧，氧弹浸没于水中，则可由水温的升高值计算出污泥散发的热量值。
在高压、高温的试验条件下，氧弹中燃烧的泥样，硫元素被氧化生成硫酸、氮元素被氧化生成硝酸都会释放出大量的热量，气态水在高压下变为液态水，也会释放出热量。而假设泥样在空气中燃烧，硫元素则生成二氧化硫气体，氮元素会变为游离氮而蒸发，水蒸气也不会变为液态水而释放热量。由此可见，污泥释放的热量分为下面三种情况：含括以上三方面释放热量的，被称为氧弹发热量（Qyd）；不包含硫酸和硝酸生成过程释放热量的，被称为高位发热量（Qgw）；以上几种释放热量的情况都不包括的，被称为低位发热量（Qdw）。
一般情况下，在进行锅炉热力计算时，我们多采用低位发热量。
目前，在国际上计算低位发热量的公式很多，但基本都存在些许误差，通过多方面比较，我们选择煤炭科学研究院北京化学研究所推荐的公式，误差一般不超过600kJ/kg。该统一半经验公式可写为：
Qrgw=335（327）Cr+1298（1256）Hr+63Sr-105Or-21（Ag-10）kJ/kg
公式中，对于Cr>95%或Hr≤1.5%的污泥，Cr前采用括号内的系数；对于Cr<77%的污泥，Hr前采用括号内的系数；对于Ar>10%的污泥，才减去最后一项灰分修正值。
经以上试验，得出大连市某污水处理厂污泥的成分及元素含量如表1所示：
由以上数值可以通过煤炭科学研究院北京化学研究所推荐的统一半经验公式计算出，污泥的热值为
15124.76kJ/kg。
3 结语
经过对大连市某污水处理厂污泥焚烧工艺分析计算，初步得到如下技术指标：
（1）污泥中的碳、氢、氧、氮、硫元素等挥发分占污泥比重的57.82%。
（2）污泥燃烧热值可达15124.76kJ/kg，在通风良好的条件下不需助燃剂即可燃烧。
（3）用焚烧法能够大量处理该厂污泥，每天可处理大约120吨生污泥。
（4）处理5000kg污泥，焚烧后的剩余炉渣不足300kg，占地面积小，基本上达到了污泥的减容化处理。剩余灰渣可用于低凹地区的土地填埋，还可以用于制作建材如制砖等。
参考文献
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电厂污泥焚烧工艺探讨 篇4
城市污泥多种多样, 其中造纸厂、印染厂等因生产工艺而产生的污泥, 可划分为工业污泥。传统的污泥处理方法有农用堆肥, 土地填埋, 填海和焚烧等, 过去像这类工业污泥一般采用填埋处理, 但这种处理方法不但要占用大量土地且填埋容易产生二次污染, 所以污泥填埋, 不但要耗费企业大量资金, 而且容易带来新的环境问题。早在1995年我国就出台环保政策, 鼓励企业加大对环保的投入, 从税收等方面予以大力支持。最近我国又提出节能减排新的环保战略思路, 将环保问题提到新的议事日程上来。与民众息息相关的环保作为一项基本国策, 越来越受到国家重视, 企业的关注。因此在污泥的处理过程中, 防止二次污染已成为政府、业界十分重视的问题。
造纸、印染等产生的工业污泥, 因其含有较高的挥发份和一定的热值, 用焚烧办法处理, 被世界各国认为是污泥处理中的最佳实用技术。目前, 污泥焚烧是日本、奥地利、丹麦、法国、瑞士、德国等国污泥处置的主要方法, 近几年来污泥焚烧技术已经逐步成为处理污泥的主流, 愈来愈受到世界各国的青睐。焚烧法处置污泥与其它方法相比具有突出的优点:一是减容:焚烧可以使剩余污泥的体积减小90%以上, 只剩下很少量的无机物成为焚烧灰, 大大减少了污泥的体积和重量。因而最终需要处置的物质很少。二是无害:不存在重金属离子的问题, 焚烧灰可制成建筑材料等有用的产品, 是相对比较安全的一种污泥处置方式;三是快速:污泥处理速度快, 不需要长期储存;四是便利:焚烧厂可建在污泥源附近, 污泥可就地焚烧, 不需要长距离运输;五是节能:在焚烧污泥的过程中, 可以回收能量用于发电和供热。
我国在废物焚烧的研究方面起步较晚, 特别是在工业污泥焚烧这一领域更是缺乏系统的研究, 因此对污泥处理中焚烧这一技术的研究就显得日益重要。
污泥焚烧方法有单独干化焚烧和利用电厂锅炉焚烧发电等方法。
污泥单独干化焚烧因其投资庞大, 运转费用高, 焚烧的成本是其他工艺的2~4倍, 以现有的经济实力在我国实现污泥干化焚烧很不现实。
2 电厂流化床锅炉污泥焚烧处理工艺研究
2.1 电厂焚烧污泥方法
电厂焚烧污泥是将污泥送入锅炉内, 与煤一起混合燃烧。焚烧后最终污泥含水率为0, 多环芳烃类等有机污染物, 由于燃烧分解, 不再存在。
目前利用电厂锅炉焚烧方法有两种。一种是将湿污泥送入炉膛密机处直接燃烧, 由于未经干燥处理的污泥初含水率在70%以上, 直接送入流化床燃烧, 容易使炉膛局部床温急剧下降, 锅炉热效率降低, 影响锅炉正常运行;另一种是利用锅炉废热余热作为干燥热源, 对污泥进行干燥后再送于锅炉燃烧, 这种方法对锅炉影响较小, 并充分降低污泥干化的费用, 节约能源, 有利于环保。为此我们选择利用电厂锅炉烟气余热干化污泥, 然后将干化污泥送电厂流化床锅炉直接焚烧进行试验研究。
2.2 利用锅炉废热余热作为干燥热源的干燥工艺
2.2.1 污泥干燥加热方式
污泥干化就是去掉湿泥中的部分水分, 湿泥水分的除去, 同样遵循物料干燥的基本规律, 在热量不断传入的情况下, 完成蒸发与扩散过程。因此干化必须依靠热量来完成, 目前利用锅炉废热接或直接两种:
(1) 直接加热:将锅炉尾气直接通入干燥机, 使气体与湿泥直接接触, 对流进行换热。这种方式热量利用率高, 但如果被干化的污泥具有污染性质, 需考虑污泥在干燥过程产生的二次污染问题, 干燥污泥后的废气必须经特殊处理后排放。
(2) 间接加热:将高温锅炉尾气的热量通过热交换器, 传给某种中间介质。介质在一个封闭的回路中循环, 与被干化的湿泥没有接触。干燥污泥后的废气, 不存在二次污染问题。但热量利用率低于直接加热方式。
为了提高热效率, 本工艺采用直接加热方式, 直接将锅炉尾气引入污泥干燥机中, 通过干燥后的污泥含水率降到40%以下, 干燥污泥后的废气通过电厂原有烟气净化系统去除大部分污染物之后, 排于大气。
2.2.2 污泥在进入锅炉前预处理工艺
干化污泥送入锅炉前进行必要的预处理能使焚烧更有效地进行。本工艺将污泥送入锅炉炉膛前先经过风泥混合器, 使污泥进一步预热并与一定量的二次风混合, 形成流化状态, 均匀进入炉膛, 这样可有效防止因块状进入炉膛, 对旋风分离器的工况形成影响, 使分离效率降低进而影响锅炉效率。
3 污泥焚烧工艺流程
污泥焚烧的典型工艺流程如下图所示。
污泥首先倒入污泥仓中, 经污泥疏松机疏松后, 由污泥输送机输送到污泥干燥机中, 经污泥干燥机脱水、干燥后, 由污泥输送机输送到风泥混合器, 形成流化状态, 由炉膛密机处 (给煤口附近) 均匀进入炉膛。
焚烧炉尾气经污泥干燥机干燥污泥后经烟气净化系统去除大部分污染物之后, 达标经烟囱排入大气。
4 污泥焚烧设备
采用电厂循环流化床锅炉焚烧。循环流化床燃烧技术是近十多年来迅速发展起来的一种新型清洁高效燃烧技术。锅炉结构紧凑、简单, 与传统的煤粉炉炉型相似, 锅炉本体由燃烧设备、给煤装置、床下点火装置、分离和返料装置、水冷系统、过热器、省煤器、空气预热器、钢架、平台炉墙等组成。
流化床锅炉燃料适应性广, 燃烧热效率高, 易于实现对有害气体SO和NO等的控制, 还可获得较高的燃烧效率。同时床层反应温度均匀, 不会发生局部过热现象, 床内温度容易控制。即使一次投入较多量的可燃性废弃物, 也不会产生急冷或急热现象。我国工业污泥成分较复杂、含有较高的挥发份和一定的热值, 采用电厂锅炉流化床焚烧技术无疑是我国目前实现垃圾和污泥的高效、稳定和低污染燃烧的一项重要技术措施。
5 焚烧污染排放物的控制工艺
5.1 控制SO2排放的工艺
电厂采用流化床锅炉燃煤发电时, 通过在燃煤中添加石灰石或生石灰脱硫, 以及安装烟道除尘系统等措施, 烟气中SO2, NO2等有害气体排放完全能达到国家规定的相关标准。由于像造纸厂等工业污泥的含硫量较一般电厂燃煤要低。因此, 在污泥焚烧过程中, 只要严格按规程操作, 便能有效抑制SO2的污染。
5.2 控制二恶英排放工艺
二恶英 (Dioxin) 是指含有两个氧键连接两个苯环的有机氯化物。二恶英对人体极其有害, 即使在极微量的情况下, 长期摄入也可引起癌变等危害。
二恶英的彻底分解温度在750°C以上, 而电厂循环流化床锅炉炉膛均大于800°C, 且烟气温度迅速下降, 理论上二恶英排放完全能够达标。电厂在废气处理过程中常采用袋式除尘器也能有效抑制二恶英类物质的重新生成和吸附二恶英类物质。
5.3 控制重金属排放工艺
不同性质的污泥, 其重金属含量相差很远, 污泥中的重金属主要有C u、C d、C r、M n、P b、H g和Z n等。污泥的重金属主要以氧化物, 氢氧化物, 硅酸盐, 有机络合物等形式存在, 其次为硫化物。
电厂流化床锅炉燃煤发电工艺, 能使绝大部分重金属保留在焚烧残渣中。
残渣在重金属含量不超标的情况下可考虑综合利用, 如制水泥, 造砖等。若含量超标, 建议采用飞灰再燃装置进行高温熔融处理后, 再进行填埋, 或采用化学方法将超标的重金属淋滤出来达标后再利用。
6 结论
通过对电厂利用锅炉余热作为干燥热源的污泥干燥工艺、污泥焚烧工艺流程、污泥焚烧设备、焚烧污染排放物的控制工艺等方面的探讨, 我们可以得出现阶段利用电厂锅炉烟气余热干化污泥, 然后将干化污泥送入电厂流化床锅炉直接焚烧的污泥处置方法, 是完全可行的, 有较大的应用前景。
摘要：本文对污泥焚烧处置方法进行了简要分析, 主要探讨了电厂干化并焚烧污泥工艺, 认为现阶段在电厂干化并焚烧污泥, 是完全可行的。
关键词：污泥,焚烧,工艺,探讨
参考文献
[1]刘淼, 陈鹏, 喻健良.污泥焚烧工艺与设备综述[J].中国材料科技与设备.2006, 05:49-55.
污泥焚烧 篇5
污泥焚烧工艺在南昌市城市污水处理厂的应用
该文针对城市污水处理厂大量兴建,产生的污泥量越来越多,而填埋、农用都受到限制的情况,介绍了南昌市利用本市晨呜纸业流化床锅炉,对其进行改造,将污泥进行焚烧处理,实现了污泥的减量化、无害化、资源化的`过程和工艺.
作 者：李益飞 Li Mengfei 作者单位：南昌市城市规划设计研究总院,江西南昌,330009刊 名：城市道桥与防洪英文刊名：URBAN ROADS BRIDGES & FLOOD CONTROL年，卷(期)：“”(3)分类号：X505关键词：污泥处理 减量化 无害化 焚烧 南昌市
污泥干燥焚烧发电的生命周期评价 篇6
污水污泥是生活污水经过处理后的副产物,由于具有容量大、含水率高、不稳定、易腐败、有恶臭,并含有一些有害人类健康的致病菌、寄生虫和重金属等特点,需有效进行处置,并满足减容化、稳定化、无害化和资源化的要求[1]。国际上,污泥的处理先后经过了海洋投弃、土地填埋、堆肥、焚烧和深加工再利用等处置方法。利用污泥干基具有可燃性的特点焚烧污泥发电能有效地处理大量污泥,且通过焚烧可回收利用污泥的热量,这使得焚烧具有很大的吸引力[2]。为分析污泥焚烧处理对环境的影响,本文就目前污泥干燥焚烧发电的主要工艺进行生命周期评价,并分析各阶段对环境的相对影响程度。
1 污泥焚烧发电过程的生命周期清单分析
1.1 研究目标和研究范围
以污水处理厂经机械压缩后的污泥为研究对象,功能单位采用100 kg污泥。本文在进行生命周期分析时主要考虑3个过程对环境的影响,即污泥的运输过程、污泥焚烧过程和汽轮机发电过程。
1.2 污泥干燥焚烧发电过程
1.2.1 干燥过程
由于含水率为70.5%的湿污泥的低位发热量较低,不能在锅炉中单独燃烧。含水率为36%的干污泥低位发热量就能满足循环流化床锅炉。即要蒸发掉53.9 kg的水分,干燥后的污泥的元素分析和工业分析如下(单位,%):Car,14.03;Har,2.48;Oar,7.34;Nar,2.12;Sar,0.808;Aa,37.22;Mar,36;FC,3.56;Var,23.21。质量为46.1 kg,低位发热量为6 565.40 k J/kg。
1.2.2 直接热干燥技术
可利用锅炉排烟的热量对污泥进行直接干燥得到干化的污泥,然后进入锅炉进行燃烧。下面将利用型号为YG75-5.29/485-M11锅炉烟气作为热源的实际情况作简单分析[3]。污泥处理量Gw为4 000 kg/h,烟气进口温度145℃,烟气出口温度80℃。引风机设计值为168 273 m3/h,实际满负荷运行的烟气量在125 000 m3/h左右。实验结果为蒸发水份所需热量Q1为1 773.49 k W,物料升温所需热量Q2为120.95 k W,热损失Q3为99.71 k W,总热量Q为1 994.14 k W,水份蒸发量W为2 462 kg/h[4]。所以蒸发53.9 kg的水需要煤6.95 kg。已知,每消耗4 t标准煤,向大气排放CO210 t、SO280 kg、NOx50 kg、粉尘500 kg[5]。则每燃烧6.95 kg的煤向大气中排放:CO217.38 kg,SO20.14 kg,NOx0.087 kg,粉尘0.87 kg。
1.2.3 焚烧发电过程
这里的分析计算采用25 MW直接燃烧发电系统。该过程能耗由发电系统自身提供。每燃烧46.1 kg的干污泥释放热量302 665 k J。系统发电效率为20%,总发电量为16.81 k W·h,其中自用电量占10%为1.68 k W·h,实际输出电量为15.13 k W·h。干污泥经过燃烧产生烟气,烟气通过汽轮机做功产生电能输出,乏气排入环境。由于整个发电系统的碳转化率为90%,故有90%的碳最后排放入大气环境,剩余10%以固态灰渣形式被转移出系统。假设这90%的碳都是以CO2的形式排入大气,干污泥燃烧后的S完全是以SO2的形式排放,NOx的排放量与燃烧相同量的标准煤近似相等。则每燃烧46.1 kg污泥向大气中排放:CO223.72 kg,SO20.74 kg,NOx0.58 kg,灰渣17.16 kg。加上烧煤对大气的总排放为:CO241.1kg,SO20.88 kg,NOx0.667 kg,粉尘0.87 kg,灰渣17.16 kg。
1.3 整个生命周期中的能量消耗分析
根据上面的分析,在整个污泥干燥焚烧发电系统中,发电过程的能量由系统自身的发电量提供,不需要耗能,整个生命周期中的能耗仅考虑焚烧干燥污泥和运输过程。本项目整个生命周期中的能量消耗如下:运输过程消耗汽油0.14 L,对大气排放CO20.066 kg,NOx0.001 14 kg,HC 0.000 39 kg,CO0.003 3 kg;干燥过程消耗煤6.95 kg;发电过程输出电量15.13 k W·h。本项目整个生命周期对大气的总排放为:CO241.17 kg,SO20.88 kg,NOx0.67 kg,粉尘0.87 kg,HC 0.000 39 kg,CO 0.003 3 kg,灰渣17.16 kg,对外输出电量15.13 k W·h。
2 生命周期影响评价
影响评价是对清单分析阶段得出的环境压力(环境干扰因子)进行评价的1个技术过程,包括定量,定性评价。按照国际标准化组织的ISO14040的框架,影响评价包括3个步骤:分类、特征化和加权评估[6]。根据计算结果,本项目可能造成的资源耗竭和潜在环境影响主要为全球变暖(GW);酸化(AC);富营养化(NE)及烟尘和灰尘(SA)。
2.1 资源耗竭系数
资源耗竭系数通过一次能源消耗来表征,在此将能源作为资源进行评价。本项目的一次性能源消耗如下:总耗能161.82 MJ,其中耗汽油0.1 kg,4.66 MJ;耗煤6.95 kg,157.16 MJ。
采用资源消耗基准对消耗量进行标准化,其单位为毫人当量。经标准化后的资源消耗中煤依然为主要部分,占98.5%,油占1.5%。为了反应资源的稀缺性,计算资源耗竭系数进一步加权分析后,煤的消耗比重降为94.7%,而油则升为5.3%。
2.2 环境影响负荷
2.2.1 环境影响潜值计算
假设本项目经历的时间为3个月。对于污泥的干燥过程,将各种废气排放转化为全球变暖潜值GW(100 a),得出总的GW为1 022.31 kg CO2/a,其中主要贡献来源于NOx(857.6)、CO2(164.68)、CO(0.023);总酸化影响潜值为5.4 kg SO2/a,主要贡献来源于SO2(3.52)、NOx(1.88);富营养化影响潜值为3.62 kg SO2/a,全部贡献来源于NOx。
2.2.2 环境影响潜值的标准化与燃煤发电的对比
已知发电煤耗量为377 g标准煤/(k W·h),若要发相同的电量则需要消耗标准煤31.69 kg,燃烧31.69 kg标准煤将会排放:CO279.23 kg,SO20.63 kg,NOx0.4 kg,粉尘3.96 kg。同样取服务周期时间为3个月,则消耗31.69 kg标准煤的环境影响潜值和加权分析与本项目的环境影响潜值和加权分析对比见表1。
根据表1,发相同的电量所需要消耗的标准煤焚烧排放的总环境负荷为315.14毫人当量,而湿污泥干燥焚烧发电项目的总环境负荷为279.73毫人当量,且可以节省24.74 kg的标准煤。从而可以看出,湿污泥干燥焚烧发电项目是1个节能环保的项目。
2.2.3 加权评估及环境影响负荷
对上述标准化后的影响潜值进行加权,并计算其总环境影响负荷。每干燥焚烧100 kg湿污泥在发电项目中为279.73毫人当量。结果表明,在湿污泥干燥焚烧发电项目对环境的主要影响为酸化,大于富营养化和全球变暖,烟尘对环境的影响最小。即酸化>全球变暖>富营养化>烟尘和灰尘。其中酸化、全球变暖、富营养化、烟尘和灰尘对总体环境影响潜力的贡献分别为39.1%、34.9%、15.5%、10.5%。说明在湿污泥干燥焚烧发电项目中,局域性影响依然占据首位,大于全球性影响,而地区性影响较小。
3 结语
通过对污泥焚烧发电项目进行生命周期评价研究,得出如下结论:湿污泥干燥焚烧发电对环境的影响小于煤的直接焚烧发电对环境的影响。从排放角度上看,污泥干燥过程对环境的排放在整个生命周期中所占比例为99.8%,具有决定性的影响,因此减少对环境排放的关键就在于减少湿污泥干燥焚烧发电过程中污染物的排放。湿污泥干燥焚烧发电项目中,局域性影响占据首位,大于全球性影响,而地区性影响较小。
参考文献
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污泥干化特性与焚烧处理分析 篇7
1.1 试验准备
选择的污泥样品是某市污水处理厂脱水处理后的污泥, 含水率是80%, 在105℃条件下进行烘干与研磨, 再使用60 目筛进行处理, 得到用于热重试验的试样。其中, 在污泥热干化中, 使用的是圆盘式干化系统, 干化排放气体分为两部分, 一部分是排出的冷凝液, 另一部分是从活性炭吸附柜排出的气体。
在干化排放气体的气体成分、浓度的测定中, 需要选择三个采样点, 分别是干化机、冷凝器和活性炭吸附柜的出口, 然后再借助相应仪器分别测出冷凝液的COD、BOD5氨氮含量以及p H值。
在热重试验中, 需要使用烘干后的污泥样品15mg, 仪器为TGA/SDTA85Le热重分析仪, 仪器参数为:热解温度取50℃~90℃;空气流量取50m L/min, 升温速率分别取20℃/min、30℃/min和40℃/min。
1.2 干化特性分析
1.2.1 干化失重与速率
在干化失重与速率分析中, 使用1000g污泥样品, 将其置于干化机内进行搅拌、加热处理, 温度调节为160℃, 干化蒸发气体使用冷凝器进行收集, 用电子天平对冷凝液质量进行实时测量, 冷凝液质量变化表示的就是污泥干化失重过程, 然后根据失重速度、传热面积, 就能够计算出干化速率, 污泥干化失重与干化速率分别如图1 和图2 所示。
图1 可知, 污泥失重在初始阶段较快, 在达到一定程度后, 失重速度会放缓, 直至不再变化, 在经过300min干化后, 污泥含水率会降至10%左右。图2 可知, 在干化过程中, 污泥含水率是逐渐减小的, 在干化速率上, 初始阶段较高, 然后随着含水率减少而逐渐降低, 到含水率50%~20%左右时, 干化速率基本保持稳定, 到最后阶段, 干化速率有小幅度增加, 然后持续下降。
究其原因, 当含水率在80%~50%阶段, 污泥处于黏稠状态, 具有一定流动性, 容易搅拌和挤压, 热量传递方便, 热干化具有较好传热效果, 单位时间会蒸发出更多水分, 体现为干化速率较高[1]。
当含水率在50%~16%阶段时, 污泥处于粘滞状态, 此时污泥会发生结块, 与搅拌轴、内表面之间出现粘附, 降低热传递效果, 增加搅拌难度, 导致水分蒸发难以增高, 维持在一个相对稳定状态, 体现为干化速率变化不大;在这个阶段中, 随着干化过程的持续, 粘附的污泥已经干透, 在搅拌作用下脱落, 从块状成为粒状, 不再影响热传递, 出现短暂的水分蒸发加大, 即干化速率增高的情况。
最后, 含水率在16%附近时, 污泥状态会由粘滞转为颗粒, 当全部化为颗粒状时, 其含水率已经很低, 蒸发的水分会越来越少, 污泥的干化速率也会表现出下降趋势, 一直到零。
1.2.2 干化尾气成分
在干化机出口的气体测定分析中, 其排放的气体中包含多种污染气体, 包括甲烷、挥发性有机酸等有机气体和氨气、氟化氢、氯化氢等无机气体。其中, 氨气和有机酸来源于淤泥中含氮有机物蛋白质的水解, 氯化氢、氟化氢等来源于污泥中同类游离气体的挥发或者其它物质的受热分解[2]。
由此可知, 污泥干化过程会产生大量污染气体, 必须对其进行处理, 以避免污染问题, 在本试验中, 采用的处理方式是冷凝吸收与活性炭吸附。
在污泥干化过程中, 污染气体排放量最大的是氨气, 其浓度约为400m L/m3, 最低的是氯化氢, 有机酸、甲烷、氟化氢和氰化氢浓度差距不大。在污染气体去除率上, 冷凝和活性炭吸附对氨气的去除率分别为81.35%、84.12%, 总去除率合计为97.04%, 是去除率最大的气体;对比其他几种气体去除率, 氨气、氯化氢和氟化氢的冷凝吸附去除率均显著高于活性炭吸附, 而在氰化氢和有机酸去除率上, 两种方式差别不大, 活性炭吸附只有甲烷去除率显著高于冷凝吸附。
由于活性炭吸附成本相对较高, 在大规模的污泥干化处理中, 对于尾气排放的处理, 应采用冷凝吸附的方式, 得到的干化气体由臭气管运输至焚烧炉中, 作为燃料使用。
2 污泥干化焚烧处理分析
污泥干化焚烧是先对污泥进行机械脱水, 在污泥含水率降低到一定程度后, 再进行焚烧, 有效提高焚烧的效率, 其处理系统包括干化系统、焚烧系统和烟气净化系统三大组成部分。
2.1 污泥干化系统
污泥干化系统的原理是通过利用热能来将污泥中水分蒸发, 降低污泥水含量的, 其传热过程发生在污泥与热媒之间, 污泥干化特性如上所述。在污泥干化中, 根据干化后污泥含固率的大小, 可以分为全干化和半干化两种, 其含固率分界点是90%, 由污泥干化特性可知, 在含水率降10%以后, 其干化速率是逐渐降低的, 所以, 从经济、低耗角度考虑, 应当采取污泥半干化的处理方式。
在污泥干化系统的传热方式中, 有对流、传导和热辐射三种方式, 最常应用的是对流式、传导式或者两者结合的方式。
2.2 污泥焚烧系统
污泥焚烧系统是在有氧条件下, 根据高温氧化作用, 利用焚烧炉实现对有机物的氧化, 得到尽量少的灰烬。在现阶段, 污泥焚烧炉采用的主要是流化床焚烧炉, 其基本原理是物料与燃料以流化状态置于炉膛内, 燃料开始燃烧, 在流化床焚烧炉的床内湍流、物料循环作用下, 会延长燃烧停留时间, 其燃料的燃烧更加彻底、充分, 提高燃烧效率。
在污泥焚烧系统中, 最为重要的是做好热能平衡, 由于热能平衡会受污泥组成成分、含水率的影响, 因此必须对污泥干化特性有详细了解, 在此基础上, 借助门捷列夫计算公式, 得到污泥的低位和高位发热量, 确定热能平衡点, 判断是否需要添加辅助燃料[3]。
2.3 烟气净化系统
由污泥干化的尾气特性可知, 污泥中含有大量的污染物质, 在燃烧时, 会产生大量的二次污染, 其排出方式主要是烟气, 因此, 在污泥干化焚烧处理中, 必须设计烟气净化系统。
在烟气净化系统中, 其净化的对象包括颗粒物、氮氧化物、酸性气体以及其它有机气体等, 主要控制方式有:设置高效除尘系统, 将烟气中颗粒物和重金属粒子除去;利用二级洗涤塔, 将烟气中的酸性气体去除;利用烟气温度、炉内含氧量控制等手段, 来降低氮氧化物产量。
3 结语
综上所述, 在现代污泥处理中, 为避免产生二次污染、做好环境保护, 干化焚烧处理成为污泥处理的主要方式。因此, 加强对污泥干化特性的研究, 以其为基础做好污泥干化焚烧系统的设计, 提高焚烧效率、降低污染产生, 对环保型社会的建设有着重要意义。
参考文献
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污泥焚烧 篇8
城市污泥的处理, 国内主要采用填埋、生物堆肥、干化和焚烧等方式处理污泥, 但这几种方法都有缺点:填埋污泥需要占用大量土地;生物堆肥设备投资额较大, 且每年运行费高昂;而污泥的干化焚烧, 既有采取新建焚烧设施方法, 又有利用已有锅炉烟气余热干化污泥的方法。
潍坊最终确定利用现有火电机组余热烟气对城市污水污泥进行热干燥, 将干燥后的污泥混入电煤进行掺烧发电。
1 项目简介
1.1 项目概况
华电潍坊发电有限公司是中国华电集团公司下属大型发电企业, 公司装机总容量2000MW, 一期工程两台330MW凝汽式燃煤机组, 二期工程两台670MW超临界燃煤机组。公司规划建设日处理含水率80%的污泥600t, 工程总投资5120万元, 分两期建设。一期工程计划建设日处理含水率75%的污泥300吨, 工程投资2560万元。
1.2 项目工艺流程
在干燥器里含水的污泥与来自锅炉后的高温烟气充分混合, 利用烟气热量将污泥里的水分除去;干燥后的污泥颗粒通过风机的吸力输送到旋风分离器, 经过旋风分离, 将干燥后的污泥颗粒收集到污泥收集箱内;干燥后的烟气和水蒸气通过风机回到锅炉后烟道。收集的污泥颗粒从污泥收集箱经过皮带输送给料机输送到输煤皮带, 将干污泥与煤一起经过输煤皮带输送到锅炉, 将污泥的热值充分利用。在输送皮带将干燥污泥输送至输煤皮带过程中将污泥产生的臭气通过风机抽走。
1.3 污泥参数
系统处理污泥量:300t/d;
单台干燥机污泥处理量:300t/d;
含水率:80% (按常规考虑) ;
干燥后的污泥含水率低于45%。
1.4 工艺描述
采用先进、成熟、可靠的技术与设备, 在设计工况下, 采用两机一炉, 每台干燥机处置污泥量为300t/d, 干化污泥含水率≤45%;
1.4.1 热源系统
本工程热源系统来源于电厂余热烟气, 温度390℃。由引风机抽来。
1.4.2 加料系统
加料系统由运输通道、污泥仓、加料设备等组成。污泥运输车辆将湿污泥卸倒在污泥仓内, 由污泥仓底部的螺旋送料器将湿污泥稳定、连续地送入干燥机本体。加料机速度可由变频器连续调节。
1.4.3 捕集系统
捕集系统由旋风分离器、螺旋送料器、干污泥料仓等组成。污泥在干燥机本体干燥后, 随气流经风道进入旋风分离器, 颗粒干污泥汇集于旋风分离器下方, 通过螺旋送料器送至干污泥料仓。
1.4.4 回流乏气系统
回流乏气系统由乏气支管、闸阀和回流风机等组成。离开捕集系统的乏气温度约120℃, 经过引风机进入电厂尾部烟道与电厂烟气一并进入除尘器和脱硫进行处理后通过烟囱排放。
2 项目运行效果分析
2.1 经济效益
2.2.1 计算依据
处理量300吨/湿基天÷24=12.5m3/湿基小时。采用标准煤 (7000大卡) 价格900元/t计算, 绝干污泥折算标煤 (7000大卡) 按700元/t计算。计算中选取锅炉效率90%, 污泥含水率75%, 绝干污泥热值1500大卡, 燃烧效率为煤的90%, 蒸发一公斤水需要热量850kcal。
2.2.2 变动成本
分项计算如下:
热源能消耗费。根据计算用烟道气为干燥介质, 热能费用为129.9kg标煤/吨湿基, 0.1299吨×900元/t标煤=116.91元/t湿基;
运行电耗费。干化每吨污泥耗电60kwh, 本项目运行电耗费用25.2元/t湿基 (电价:0.42元/度) ;
设备维护、检修费;设备维护、检修费用取6.60元/t湿基;
用水费用。采用循环水方法, 不计算费用。
变动成本合计:116.91+25.2+6.6=148.71元/t湿基
2.2.3 固定成本
分项核算如下:
人工费用取8.00元/t湿基 (五值四班运行, 每班2人操作, 共10人, 检修维护人员6人, 工人全部收入按每人每年支付5万元) 。
设备折旧费:2560万÷10年÷10万吨污泥/年=25.6元/t湿基
固定成本合计:8+25.6=33.6元/吨湿基
2.2.4 污泥热值折算标煤价值
0.048t×700元/吨标煤=33.6元/t湿基。
2.2.5 焚烧污泥费用分析
2.2.2+2.2.3-2.2.4=182.31元/t湿基-33.6元/吨湿基=148.71元/吨湿基
因此, 本项目用烟道气干燥焚烧污泥费用148.712元/t湿基。政府财政支付污泥处理费150元/t, 电厂处理污泥每年可盈利12.9万元。
2.2 社会环境效益
根据《城市垃圾卫生填埋技术标准》 (CJJ17-88) 测算:
每年处理10万吨污泥, 可为国家节省25亩耕地;
目前, 我国垃圾填埋场每填埋一吨污泥的综合费约200元。每年按10万吨计算, 可为地方节约填埋费用约2000万元;
杜绝了污泥填埋所产生的生物、化学、物理反应, 消除污泥中的有害气体和渗透液对大气、土壤的污染。
3 问题
3.1 项目运行保证率不高
本项目在设计、建设时只使用一台锅炉焚烧污泥, 在上级电量调谷统一调度中, 公司有时须停止锅炉运行, 致使产生的污泥不能及时焚烧。
3.2 项目运行资金保障
因本项目基本无经济效益, 项目运行的资金保障率不高。
4 建议
1) 为保证污泥及时焚烧, 在设计、建设时宜考虑两台以上的锅炉焚烧污泥;
2) 为保障焚烧污泥所需资金, 可考虑争取并利用好国家对使用再生能源的电价优惠政策。
参考文献
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污泥焚烧灰对水泥性能的影响研究 篇9
我国城市污水污泥每年排放大约6500万t[1],污泥含水率高,通常为70%～95%,含有大量有机物,同时富集铅、铬、铜等重金属杂质[2],原状污泥体积容量大、运输困难,严重限制了其后续利用,需要脱水减量,降低污泥的含水率,常用的手段有浓缩、协同干化、污泥焚烧等。污泥焚烧被认为是对污泥最彻底的处置方式[3],得到企业和政府的高度关注。污泥焚烧灰体积容量小,便于运输,可以进行土地堆肥、烧结陶粒和制砖等[4,5],但总的利用率还不高,为了减少污泥焚烧灰对环境的二次污染,需要提高污泥焚烧灰的利用率。研究表明[1,6,7],污泥焚烧灰含有Al2O3、SiO2、CaO等,同时具有部分活性,可用于建材行业,主要进行硅酸盐烧土制品的生产,或烧制水泥熟料等,但对工艺和设备要求较高。如果污泥焚烧灰能够作为水泥混合材而不对水泥性能造成负面影响,不仅经济性好,而且可以提高污泥焚烧灰的利用率。目前关于污泥焚烧灰直接掺入水泥的研究报告较少,且结论存在分歧[8],污泥焚烧灰对水泥性能的影响结果需要更多研究。
污泥焚烧灰SO3含量较高,直接应用可能会带来水泥安定性问题,同时根据规范要求也需要对水泥中SO3含量进行限定。试验首先对污泥焚烧灰特性进行分析,通过限定SO3含量调整污泥焚烧灰在水泥中的掺量,研究不同掺量的污泥焚烧灰对水泥标准稠度、凝结时间、水泥胶砂强度、体积稳定性和水化程度的影响,为污泥焚烧灰在水泥中的应用提供参考。
1 试验
1.1 原材料
水泥:P·042.5水泥,标准稠度用水量27.6%,安定性(沸煮法)合格,取自杭州胥口南方水泥厂。污泥焚烧灰来自杭州滨海热电厂,为印染污泥焚烧发电后产生的灰渣,用球磨机粉磨30 min,200目方孔筛筛余小于5%。水泥和污泥焚烧灰的化学成分见表1,水泥的基本性能见表2,污泥焚烧灰的XRD分析见图1。
图1表明,印染污泥焚烧灰的主要矿物为无水石膏、石英、赤铁矿、f-CaO、方解石,同时出现了铝酸三钙的衍射峰,这可能是由于污泥焚烧局部温度过高所致。
1.2 试验方法
(1)试验方案
依据GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》,试验过程中通过限定水泥SO3含量,确定污泥焚烧灰在水泥中的掺量,测试水泥标准稠度和凝结时间、水泥线性膨胀率和水泥胶砂强度。污泥焚烧灰掺量与水泥SO3含量的关系见表3。
(2)水泥物理性能测试
水泥标准稠度用水量和凝结时间参照GB/T 1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行测试;强度参照GB 17671——1999《水泥胶砂强度试验方法(ISO法)》进行测试;水泥线性膨胀率参照JC/T 603—2004《水泥胶砂干缩试验方法》进行测试,胶砂比为1:2,采用标准砂,试件尺寸为25 mm×25 mm×280 mm,试件成型脱模后,测试其初始长度,然后将试件进行自然养护,温度(20±3)℃、湿度(50±4)%,或水中浸没养护至相应龄期,温度(20±3)℃,测试其长度,计算砂浆的线性膨胀率。
(3)水泥化学结合水测试
将原材料按试验配比进行配料,按照标准稠度用水量成型20 mm×20 mm×20 mm的净浆试件,(20±5)℃下薄膜密封养护,1 d后拆模,将试件按照设定的养护方式养护至指定龄期。至龄期时将试件取出,用铁锤砸碎,立即用无水乙醇浸泡2 d以终止水化,取出后减压抽滤,然后在50℃下真空烘干,磨细至80μm筛筛余不大于10%,装入密封袋中以备分析使用。
称取各龄期已终止水化和经真空干燥的试样3份,每份约1 g左右(精确至0.0001 g),将样品放在高温炉中以10℃/min的升温速率升至950℃,并在此温度下恒温30 min,于干燥器中冷却至室温并称重,试样的结合水含量测试结果取平均值。
各龄期水化样中结合水Wnc按式(1)计算:
式中:mc50、mc950——分别为水泥水化样在50℃干燥后和950℃灼烧后的质量,g;
Lc——水泥的烧失量,%。
2 结果与讨论
2.1 标准稠度用水量与凝结时间
污泥焚烧灰比表面积较大,同时SO3含量较高,污泥焚烧灰的掺入必将影响水泥水化和凝结,进而影响水泥的标准稠度用水量和凝结时间。表4为掺加污泥焚烧灰后水泥的标准稠度用水量和凝结时间测试结果。
表4表明,随着污泥焚烧灰掺量的增加,水泥的标准稠度用水量也随之增加,污泥焚烧灰比表面积较大,同时经历高温过程,使得水泥用水量增大。污泥焚烧灰的加入对水泥初凝时间影响不大,对终凝时间影响较大,随着焚烧灰掺量的增加,水泥中的SO3含量提高,水泥终凝时间也相应延长。污泥焚烧灰的形成温度一般在850～900℃,形成的石膏为Ⅱ-CaSO4[9]早期溶解较慢,延缓了水泥水化的进程,因此对水泥初凝时间影响较小,随着硫酸钙的溶解,参与水泥水化反应生成的钙矾石延缓了水泥的凝结硬化,同时污泥焚烧灰对水泥颗粒孔隙的填充也减少了水泥与水的接触[10],水泥总体表现出凝结时间的延长。
2.2 线性膨胀率
污泥焚烧灰SO3含量偏高,含硫矿物与水泥中的石膏在形态和结构方面有所差异,参与水泥水化的进程也会有所不同。图2和图3为自然养护和水中养护2种条件下水分对掺加污泥焚烧灰水泥线性膨胀率的影响。
由图2可知,自然养护下,随着污泥焚烧灰掺量的增加,水泥胶砂试件总体表现出收缩,这可能是因为自然养护下,水分不足,导致水泥水化产生的结晶产物不明显,使得二水石膏和钙矾石无法形成良好的结晶态[11],同时水泥的化学和干燥收缩也使得水泥试件整体表现出收缩。但随着水泥中污泥焚烧灰掺量的增加,水泥胶砂收缩减小,且低于水泥基准组,这可能是由于体系中的SO3充足,参与水泥水化生成的钙矾石起到部分补偿收缩的作用。
由图3可知,水中养护下掺入污泥焚烧灰的水泥线性膨胀均高于基准水泥组,且水泥中SO3含量增加,膨胀越明显。当污泥焚烧灰掺量为6.7%和15.1%时,水泥胶砂的线性膨胀率曲线相近,当水泥中焚烧灰掺量超过15.1%(SO3含量3.5%)时,水泥胶砂试件出现显著膨胀,这可能是由于水中养护下,掺污泥焚烧灰水泥中的SO3能够参与水泥水化反应生成的钙矾石和二水石膏等膨胀组分较多,结晶良好,试件表现出较大膨胀,但均低于引起试件破坏的膨胀值[12]。
2.3 强度
水泥中适量的SO3能与C3A和C4AF生成针状的硫铝酸钙能够产生适度膨胀,提高硬化浆体的密实度,同时污泥焚烧灰具有良好的填充作用,也在一定程度上影响水泥的强度。污泥焚烧灰掺量对水泥强度的影响见图4。
由图4可知,当污泥焚烧灰掺量为6.7%时,水泥胶砂的抗折强度和抗压强度与基准水泥胶砂强度基本一致,掺有污泥焚烧灰的水泥60 d抗折和抗压强度略高于水泥基准组,此时水泥SO3含量为3.0%;但过量后无论是抗折强度还是抗压强度均出现大幅下降。试验结果表明,污泥焚烧灰在水泥中存在最佳掺量,通过提供水泥水化所需要的硫分,对水泥的强度发展有利,也有利于污泥焚烧灰在水泥中的应用。
2.4 污泥焚烧灰掺量对水泥水化程度的影响
水泥水化的主要产物有C-S-H、CH、硫铝酸盐矿物等,这些矿物的生成量与水化程度密切相关,作为起桥接作用的化学结合水,通过测试其含量能够反映水泥的水化程度[13,14]。污泥焚烧灰掺量对水泥化学结合水生成量的影响见图5。
图5可知,适量污泥焚烧灰引入的SO3能够促进水泥水化生成较多的水化硅酸钙和氢氧化钙等,增加了水泥化学结合水的生成量,水泥水化程度得到提高;但当水泥中SO3含量为4.0%(污泥焚烧灰掺量23.5%)时,由于过多的硫阻碍了水泥的水化,导致水泥水化程度降低。这说明污泥焚烧灰在水泥中的掺量有一定限制,过量后会影响水泥水化程度,进而影响水泥的宏观性能。
3 结论
(1)随着污泥焚烧灰掺量增加,水泥标准稠度用水量增大,终凝时间延长,但对初凝时间影响较小。
(2)随着污泥焚烧灰掺量增加,自然养护后的水泥胶砂试件收缩降低,起到补偿部分收缩的作用;水中养护后的试件膨胀加速,但属于可控范围,后期结果需要进一步跟踪。
(3)当污泥焚烧灰掺量为6.7%(SO3含量为3.0%)时,水泥抗折和抗压强度与基准组早期相当,后期略高,污泥焚烧灰过量时水泥强度下降。
污泥焚烧 篇10
上海桃浦污水处理厂污泥焚烧及烟气处理装置是引进芬兰Tampella Power公司技术与全套设备,于1999年开始建设,2001年底建设完工。此焚烧系统设计处理能力为焚烧含水率80%湿污泥45吨/天,燃料为柴油。在建成后试运行期间,系统暴露出严重的水土不服,频繁出现故障,不能连续正常运行,而且运行成本极高。2004年至2005年期间浙江大学热能工程研究所对该项目进行改造,由最初以柴油作为辅助燃料焚烧污泥改成煤作为辅助燃料,系统以前存在的问题部分得到改善,但运行中仍存在稳定性经济性差等问题,亟待改进。针对该污泥焚烧系统所出现的若干问题,上海桃浦污水处理厂和上海金州环境工程技术有限公司合作,于2008年再次对该系统进行改造,并于2009年12月份竣工并进入试运行期,从运行的数据分析,系统基本上达到了改造的预期目标,有些指标达到国内外业内一流水平。
2 改造主要内容
图1为桃浦污水处理厂污泥焚烧项目工艺流程图,本项目针对整个系统存在的问题进行了全面的分析与研究,这里仅将几个主要问题进行介绍。
2.1 污泥输送及处理系统
原工艺中,脱水污泥从脱水机房运出后,采用原始的方式由人工将污泥和煤搅拌混合,经敞开式皮带输送机输送到流化床焚烧炉顶部,投加到焚烧炉中。在此过程中,脱水污泥散发出大量臭气,给周围环境造成一定污染,给工作人员造成较大的健康危害,而且运行状况不符合国家越来越严格的环保要求,无论是工艺还是设备都迫切需要进行改造。
由于采用原始的人工搅拌方式,脱水污泥和煤不能达到均匀混合,导致炉内焚烧不稳定,不能有效地维持稳定的温度,不能保证炉膛良好的热惯性,从而影响了整个系统的燃烧效率。另外没有大容量的湿污泥调节仓,系统不能实现对炉内湿污泥加入量的调节,不能有效的调节湿污泥与煤的比例,不能实现工况的在线调节,最终影响到系统的可操作性和稳定性,不同程度干扰了焚烧和烟气净化的性能,因此整个系统稳定运行能力非常脆弱,经常会发生高温和低温结焦以及熄火现象。
改造后的系统中采用变频螺杆泵封闭输送脱水污泥,污泥可按工艺要求任意调节输送量,可有效调节炉膛温度,使焚烧工况运行稳定。另外考虑到焚烧炉需实现较长时间连续运行,需要储存大量湿污泥,系统增加设置了一个50m3湿污泥储仓。系统中还增加了可称量的煤仓和干污泥仓,在流化床密相区分别设置了可调节的进煤和进干污泥装置,有效控制煤和干污泥的加入量,为焚烧工况的稳定提供了重要保证。
2.2 炉膛大修
原系统中炉内耐火材料因长期磨损和腐蚀已经严重变形,由耐火材料组合的布风板与风帽的结合处损坏更为严重,风帽松动,高低不平,严重影响布风的均匀性;布风装置抵抗不了流化风机和增压风机的压力而造成耐火材料失稳塌落现象,影响炉内流化和焚烧,不能满足工艺的要求。此外该焚烧炉炉床最初是按照床下燃油和直接焚烧湿污泥计算而设计,炉膛内径偏大,流化状态不正常。而且炉体外壁温度高,不符合国家的相关规定,不同程度的需要对耐火材料的结构和厚度进行改造,因此进行了炉膛大修。
该系统是按照鼓泡流化床要求重新砌筑炉内耐火材料,重新设计制作安装布风板与风帽[1,2,3]。焚烧炉的炉墙采用三层结构设计[4],外层为硅酸铝板,紧贴焚烧炉的金属壁覆盖,中间层为耐火高强度轻质保温砖,内层为高性能耐磨耐火浇注料,可适应本焚烧炉的热膨胀要求和焚烧炉内的燃烧要求。布风板为水平膜式钢制结构,其中布置冷却管道,采用导热油冷却。风帽为耐热耐磨合金钢材料,高度相同均匀布置在布风板上,确保布风均匀,床料流化稳定,炉膛与炉床温度稳定。
图2为改造后焚烧炉流化床床料温度变化趋势,图3为改造后焚烧炉炉膛温度变化趋势,图4为改造后焚烧炉炉膛烟气含氧量变化趋势,图5为余热锅炉出口烟气温度变化趋势,图6为导热油进出口温度变化趋势,图7洗涤塔烟气进出口温度趋势。
由图可知,流化床床料温度基本控制在800~850℃之间,炉膛温度基本稳定在850~950℃左右。本系统在煤、干污泥和湿污泥螺旋输送机之间的相互调控下,焚烧炉运行稳定,炉内燃烧正常,烟气含氧量变化波动小,各监测点温度都达到了设计要求。焚烧炉高温烟气在余热锅炉内与导热油进行热交换,烟气温度降低至300℃以下,导热油温度大约为200℃,变化幅度不大相当平稳,这些指标都表明了改造后的系统具有较强的稳定性和可靠性。
2.3 余热利用系统
改造前,含水率约为80%的脱水污泥在焚烧炉内直接焚烧,相当于将1kg脱水污泥中0.8kg的水分加热到约900℃,然后又在文丘里及洗涤塔中冷却,大量的热能未被利用,反而每天需用1680t水进行降温。由于用水量大,要求水泵电机功率大,所以造成用电量大,造成能源的大量浪费。为了使能源利用最大化,系统增加了余热锅炉、导热油系统和干燥机,可把焚烧热量回收利用干化污泥[5]。污泥干化采用间接加热工艺,选用浆叶式干燥机作为干化设备,导热油为换热介质,污泥焚烧产生的高温烟气为热源。高温烟气通过余热锅炉,将导热油间接加热,被加热的导热油由循环油泵送往干燥机,使污泥含水率由80%降至30%,冷却后的导热油再经循环油泵流至余热锅炉内重新加热,循环使用。本系统充分利用了污泥自身焚烧所产生的热量来干化污泥,回收能源,节约大量燃煤,降低了污泥处理成本。
3 调试数据分析
3.1 布风板流化试验
由图8和图9可以看出布风板阻力曲线和布风板料层阻力特性曲线是吻合。流化临界风量在1.15~1.25m3/s之间,即图9中阴影部分。根据流化试验数据及流化试验中实际流化态的观察,分析得出该焚烧炉流化床冷态时床料厚度应在350mm~450mm之间。实际运行时风量应保持在临界风量以上,才能保证流化床床料正常的流化态。通过对布风板和炉膛的改造,布风均匀,流化态稳定,与未改造前流化状况有明显改善,达到了系统稳定焚烧的要求。
3.2 干燥机污泥干化调试
经调试,导热油温度在100℃时,启动湿污泥螺杆泵以15Hz的频率向干燥机内逐渐输送湿污泥,湿污泥进入干燥机进行干化,大约3~4h后干燥机出口可输出干污泥,含水率约为30%。随着导热油温度的升高,适当提高湿污泥螺杆泵的频率,当导热油温度达到200℃时,湿污泥螺杆泵频率可调为25Hz,干污泥输送量约为580kg/h,含水率稳定在30%左右,干污泥的性状基本达到了设计要求。
3.3 焚烧系统调试
焚烧系统包括床下点火燃烧器、布风板、炉膛、煤螺旋、干污泥螺旋、湿污泥进料系统等。
焚烧炉有三个可调控的进料口,分别为煤进料口、干污泥进料口和湿污泥进料口。调节煤的输送量可以控制炉内砂层温度,当炉膛温度高于1150℃时可能发生炉内熔融结焦,当床料温度低于500℃时容易熄火,一般床料温度控制在800~850℃之间,炉膛温度控制在850~950℃之间;煤螺旋输送机频率控制在5~20Hz,煤输送量通常为30~300Kg/h。干污泥的输送量可以用来控制炉膛温度,干污泥螺旋频率一般控制在25~40Hz,输送量为300~550Kg/h。湿污泥输送量可以有效提高焚烧炉的热负荷和增加导热油余热锅炉负荷。但湿污泥进炉后使炉膛温度降低,此时需要稍微增加煤和干污泥的输送量,使炉膛各点温度保持稳定。炉顶螺旋输送机频率一般控制在5~15Hz,输送量为500~1000Kg/h。
3.4 烟气检测
焚烧炉改造工程完工后,上海市普陀区环境监测站对焚烧炉尾气进行烟气常规项目进行检测(不含二噁英),结果表明焚烧炉尾气达到国家环保标准[6],并远远小于标准值。排放烟气中监测指标的测定值见表1。
注:DL为方法的检出限;方法检出限:铅:0.02mg/m3;镉:0.001 mg/m3;汞:1*10-5mg/m3.
3.5 改造后运行成本分析
改造后焚烧系统的性能有了明显提高,目前累计运行近75天,运行情况良好,各监测点数据变化平稳,达到设计的要求,焚烧炉处理污泥能力也得到大幅提升,每天处理湿污泥计算量最多可达到50吨。由于系统性能的提高以及焚烧余热的利用,使污泥焚烧的运行成本大幅度降低,由原来处理每吨湿污泥需消耗煤333Kg,降至154Kg左右,降低约53.7%,每吨煤价格设为1300元,那么每吨湿污泥处理的燃煤费用可节省232.7元。
该系统改造前,由于工艺设计不合理及水土不服等原因,系统不能稳定运行,热能利用率低,耗电量较大。改造后,更换了先进的流化工艺和布风装置,对密相区和稀相区进行调整和优化,降低了流化风机和增压风机的耗电量。系统增加了干化设备,焚烧干污泥,减小了文丘里和洗涤塔的用水量,从而降低了循环水泵的负荷,使其耗电量有所降低。由于工艺上的需要,在系统中增加了一些装置,包括干燥机、抽风机、循环油泵、中水水泵和螺杆泵等,新增加功率为174.9Kw。系统按照满负荷运行,即每天运行16个小时,日处理湿污泥量为25吨,每天耗电量为1399.2度,处理每吨湿污泥多消耗的电量为55.96度,则改造后处理每吨湿污泥的电费比之前多34.9元。
由以上的计算可以得知,单从燃煤和用电角度考虑,改造后处理每吨湿污泥的费用比改造前节省了197.8元。
4 结语
桃浦污水处理厂污泥焚烧改造项目是在国外技术基础上进行改造的,是一次国外技术与我国技术的融合,是引进技术与我国实际情况相结合的成功范例。本项目改造成功解决了污泥输送引起的环境问题、流化床焚烧炉不能持续稳定运行的问题、余热再利用问题等,改善了周围环境,节约了大量能源,明显降低了运行成本,符合当今环保要求,也符合“节能减排,低碳经济”和可持续发展的要求,能够在我国大力推广和运用,能够成为我国污泥焚烧处理的典范。
参考文献
[1]朱皑强,芮新红.循环流化床锅炉设备及系统.北京:中国电力出版社,2008:69-75.
[2]朱国桢等.循环流化床锅炉设计与计算[M].北京:清华大学出版社,2004:79-86.
[3]GB/T17410-2008,有机热载体炉.
[4]池涌,李晓东,严建华,倪明江,岑可法等.洗煤泥与污泥处理焚烧技术及工程实例.北京:化学工业出版社,2006:139-145.
[5]北京有色冶金设计研究总院编.余热锅炉设计与运行.北京:冶金工业出版社,1982:63-80.