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污泥干化焚烧处理工艺要点分析
上传时间:2019-12-23

污泥处理的目标是避免污泥中所含有机物、各种病原体及其他有害物质形成二次污染源,导致环境污染、危害人类健康。


为确保污泥中的有毒有害物质不会对人类及环境造成危害,发达国家采取了一系列污泥处置方法,主要包括填埋、农用和焚烧,其中焚烧方式表现最为突出。污泥干化焚烧不仅可充分利用污泥中热量,使污泥达到最大程度的减容,还能在焚烧过程中杀灭所有的病菌、病原体,同时使有毒、有害的有机残余物被氧化分解,因此,通过干化焚烧处理污泥是较理想的方法。污泥干化焚烧在日本和欧美较为普遍。目前,国内多个城市已经开展了此类项目,取得了一定的效果,但同时也暴露出了很多问题。本文对污泥干化焚烧处理系统要点及设计内容进行综述与探讨。



1 污泥干化焚烧

城镇化的发展使得人口与土地资源之间的矛盾逐渐凸现。以往污泥掩埋的处理方式,看似减少了污泥体积,但实质上使污泥中的有毒物质对土地造成了二次污染,也使掩埋污泥的土地不能再用于农产品种植以及房屋建造等。污泥掩埋处理方式在一定程度上加剧了人口与土地资源的矛盾。

污泥的科学处理,起始于一些西方发达国家。之后,这些处理工艺逐渐被引入我国,例如污泥的干化焚烧。这种方式相对于掩埋处理法的优势比较明显,主要表现在:①减少了污泥的占地面积;②焚烧能高温分解掉污泥中一些不易降解的有机物;③焚烧后的灰含有机元素,可用于其他产品的制造,有利于资源的回收。因此,污泥的干化焚烧能在我国被广泛应用。虽然污泥干化焚烧具有显著优势,但仍然存在一些弊端,比如在施工过程存在一定的危险性。为了预防工艺过程中危险事故的发生,应注重施工工艺的每一个环节,并在施工时将必要的防护措施一并设计、安装。为此,我国科研人员应加紧对干化焚烧设备进行进一步的优化设计,减少设备故障带来的危险性。


2 污泥干化焚烧工艺流程污泥干化焚烧工艺流程主要为:湿污泥存储系统→湿污泥输送系统→污泥干化系统→干化污泥输送系统→污泥焚烧系统→尾气净化系统→排放。


2.1 污泥干化系统污泥干化的加热方式可以分为直接干化和间接干化。直接干化是将热烟气或热空气直接引入干化机,通过高温蒸汽与湿污泥的接触、对流进行换热。这种干化方式的特点是热量利用率高,但是因为被干化的物料具有污染物性质,进而引申出废气排放问题。高温气体的进入量是持续的,因此同等流量与污泥有过直接接触的废气必须经过特殊处理后方可排放。前些年,污泥干化曾采用转鼓污泥干化机直接干化,其工艺主要发源于日本和德国。但是对于污泥处理量大的应用场合,其安全性、经济性、环保性和设备庞大等问题不断涌现,以至于德国等已经基本不再采用转鼓污泥干化机直接干化法。目前,主流的直接干化机主要有流化床干化机、回转圆筒干化机、带式干化机等。而间接干化是污泥和导热介质(这种介质可能是蒸汽、导热油或者热空气)通过蒸发受热面进行热量传递,传热面和污泥间进行翻转或搅拌不断更新加热介面,通过充分与被加热的受热面接触,使污泥所含的表面水分蒸发,同时使其与被干化的物料不直接接触。间接干化的技术应用较广泛。目前,应用较多的间接干化机主要有空心浆叶干化机、卧式转盘式干化机、薄层干燥机、盘式干化机,如天津滨海环保产业发展有限公司滨海新区汉沽市政污泥干化处理厂所采取的间接干燥机即为薄层干燥机。



2.2 污泥焚烧系统污泥焚烧是利用焚烧炉在有氧条件下高温氧化污泥中的有机物,使污泥完全矿化为少量灰烬的处置方式,该方法是污泥处理最为彻底的处理方法,在发达国家被普遍采用。20世纪60年代,污泥焚烧炉多为多膛式焚烧炉。由于辅助燃料成本逐渐增加、气体排放标准越来越严格,多膛焚烧炉逐渐失去竞争力,与此同时流化床焚烧炉由于拆装维护方便,污泥焚烧处理效率高,空气预热效果好等优点而广受欢迎。国内现已运行的污泥焚烧炉多为流化床焚烧炉,其工作原理是燃料和物料在炉膛内流化空气的作用下呈流化状态,燃料在流化状态下燃烧。流化床焚烧炉具有很大的热容量和良好的物料混合,对燃料的适应性强,床内强烈的湍流和物料循环,可增加燃烧的停留时间,因此燃料燃烧充分、彻底,燃烧效率高。污泥焚烧流化床通常为圆柱形反应器,反应器的下部设计成圆锥形,由带喷嘴的底盘封闭。


2.3 烟气净化烟气净化是焚烧炉中气体、烟尘进入环境之前的最后一步,对于环境保护至关重要。烟气净化装置除能对气体烟尘进行净化处理,将气体中有毒气体或者其他对环境有害的烟尘进行净化之外,还兼具检测功能,在气体排空前,可对气体进行检测,当检测指标符合大气排放标准,方可进行排放。


3 处理工艺设计要点分析

(1)污泥的运输。污泥的含水量一般为80%左右,有一定的运输难度。污泥的处理,要首先考虑污泥的状态,有些污泥含水量低,呈粘稠结块状,便于运输;有些污泥含水量较高。则需综合考虑并结合实际情况进行运输。

(2)污泥干化过程中,如何保持干化设备的温度。热值不够,则污泥干化效率不高。此外,还要考虑温度的稳定性。污泥中通常含有一些可燃气体,在不稳定的温度条件下,可能会导致污泥干化工程中发生爆炸。因此,保持温度的稳定性及热平衡至关重要,通常可在干化设备中加入一些惰性物质。

(3)污泥干化前,需考虑污泥的含砂量。含砂量高的污泥,可能会对干化设备造成一定程度的磨损,进而缩短机器使用寿命。因此,干化前要对污泥进行沉砂,并保证沉砂率符合工艺要求。

(4)污泥的性质较特殊,在含水率达40%~60%范围时,污泥流态特征会发生显著变化,如突然变得黏稠,即通常所说的污泥黏滞区。黏稠的污泥给输送带来极大不便,因此,污泥干化过程中应考虑避免污泥黏滞。


  此外,热能平衡对整个污泥焚烧系统也是至关重要的。污水厂污泥元素组成的细微变化、污泥含水率都会对热能平衡产生影响。要找到这个热能平衡点须对焚烧污泥的性质做细致分析。当污泥的低位热值低于3350kJ/kg是无法靠自身燃烧的,须添加辅助燃料。污泥热值与含固率均是影响焚烧系统热能平衡的重要因素。含固率的降低可直接导致污泥量增大。以1t绝干污泥量计,当含固率由25%降低到20%,含固率仅降低了5%,但湿污泥量却增加了25%。这无疑将增加干燥机的负荷,影响整个系统热量平衡。


随着生活质量的提高,工业的迅速发展,对环境的要求也越来越高。传统掩埋的污泥处理方式已经不能满足环境保护的要求。污泥干化焚烧的处理方式具有焚烧彻底,资源可循环回收,对环境污染小等明显优势,但是施工工艺流程中仍有许多缺点,如易产生粉尘爆炸,可燃气体等,因此,仍需要对污泥的处理工艺进行进一步的优化研究,进一步防止对环境的二次污染。目前污泥给环境带来的影响越来越大,污泥处理已经迫在眉睫,采用干化焚烧工艺处理污泥,已经逐渐被认可。通过感化焚烧可实现污泥大规模的处理,可实现污泥的无害化、减量化、资源化,但其建设投资较高,系统较多且复杂,运行难度较大。各地可结合本地的特点和污泥的特性综合考虑污泥干化焚烧处理工艺。


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