污泥干化焚烧方案
来源：上海蓝鸟环境科技发展有限公司 阅读：10174 更新时间：2008-06-25 10:42
一 概述
在城市污水的收集及处置过程中,必然会产生大量的污泥,一方面污泥中含有大量的有机质和营养元素,有农用资源化价值,还可以制砖、制生化纤维板、制陶粒等。另一方面污泥中也可能含有大量的重金属物质、病原体、冰毒微生物和大量的毒性有机物，如不加以妥善处理和处置，将造成堆放和排放区周围环境严重的二次污染。
二 各种常用的污泥处置途径分析
目前，发达国家处置污泥的主要方法有：1，土地利用 2，卫生填埋 3，海洋处置 4，污泥焚烧。各种处置方法各有优缺点，海洋处置因容易引起海洋污染，对海洋生态系统和人类食物链会造成威胁，随着欧盟各国签订的停止向海洋投弃污泥协议生效，现已基本不再采用。
1.土地利用
污泥用于土地利用必须满足以下3个基本条件：一是污泥中含有较高的植物所必须的营养成分；二是污泥中的有毒有害物质含量不得超标；三是污泥必须经过严格的无害化处理。近年来随着污泥农用标准日益严格的趋势，许多国家污泥农用的比例不断降低。
2.卫生填埋
操作运行简单，但需要占有大量土地，垃圾贮存所产生的臭气和渗滤液一直是环保处理领域所公认的难题。
3.污泥焚烧
此处理方法被广泛用于污泥处理领域也是世界上广泛使用的用于彻底处置污泥的最有效方法之一。焚烧法能在高温下破坏废物的组织结构、消除有害成分，迅速而大幅度地减少垃圾的容积，并可回收利用能源，可一次性实现工业垃圾处理无害化、减量化、资源化的目的。
三 干化焚烧工艺
1.污泥干化机理
干化是为了去除污泥中的水分，提高污泥的热值，水分的去除要经历两个主要过程
(1) 蒸发过程：物料表面的水分汽化，由于物料表面的水蒸气压低于介质（气体）中的水蒸气分压，水分从物料表面进入介质。
(2) 扩散过程：是与汽化密切相关的传质过程。当物料表面水分被蒸发掉形成的物料表面湿度低于物料内部湿度，此时，需要热量的推动力将水分从内部转移到表面。
上述两个过程的持续交替进行基本反映了干化的机理。
污泥干化的加热方式可以分为直接干化和间接干化。不同的加热形式决定了不同类型的干化工艺，直接干化是将高温烟气直接引入干化器，通过气体与湿物料的接触、对流进行换热，直干化将增加污染性气体。代表设备有流化床干燥机；间接干化是将高温烟气的热量通过热交换器传给热介质（导热油或蒸汽），热介质在一个封闭的环路中循环，与污泥没有接触。间接干化存在一定的热损失，但需要处理的烟气量小，不会产生二次污染。代表设备有桨叶式干燥机
2. 流化床干化工艺。
2.1设备结构及工作原理
目前国外焚烧处理污泥的技术流派很多，但主要应用的主要是两种方法：一、流化床干化技术、二、浆叶式干化技术
流化床干化工艺采用流化床干燥机。流化床干燥机从底部到顶部基本由三部分组成：
（1） 风箱：用于通过气体分布板将循环气体分送到流化床装置的不同区域。
（2） 中间段：通过其中的热交换器将热量传递给污泥，并使之干化。
（3） 抽吸罩：使 流化的干颗粒脱离循环气体，而循环气体带着污泥细粒和蒸发的水分离开干化机。流化床干化机工作原理如图1所示。
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（图1）
流化床干化系统的密封设计避免系统内的气体泄漏到大气中，同时避免大气进入干化系统。密封设计是严格安全标准的前提，通过保证系统内部的惰性气体化（＜6%容积，在开机、停机和运行等不同工况）实现。通过冷却, 循环气体以及水蒸汽的温度由85℃降到60℃。而冷却水重新循环到污水处理厂。而经过冷却及洗涤的循环气体通过风机回到流化床内。流化床中出来的干化颗粒则通过惰性气体回路中的振动型冷床将温度降到＜40℃。
冷却器中的循环气体用和干化系统循环气体相似的处理方法。回路的气体在洗涤器中，通过风扇压缩然后送入到流化床冷却器。干燥的颗粒通过螺旋输送机送入成品料仓，并通过卸料装置卸料到运输卡车中。
2.2 污泥细粒流程
采用旋风分离器使灰尘和污泥细粒与流化气体分离。计量螺旋输送机及螺旋输送机把灰尘从灰仓输送到螺旋混合器。在那里，灰尘与脱水污泥进行混合，并通过螺旋输送机再送回到流化床干化机。
2.3 循环气体流程
干化机系统和冷却器系统的流化气体均保持在一个封闭式防尘气体回路。起流化作用的循环气体将污泥细粒和蒸发的水分带离流化床干化机。污泥细粒在旋风分离器内进行分离，而蒸发的水分在一个冷凝换热器内采用直接逆流喷水方式进行冷凝。蒸发的水分本身以及其他循环气体在85℃左右的温度水平冷却到60℃左右，然后冷凝，冷凝下来的水离开循环气体，排至厂区污水管道系统。来自冷凝器的气体中含有微小水珠在一台汽水分离器内进行分离。通过2台风机将干净而冷却的流化气体再循环到干化机。其中，1台风机通过变频器适当调节循环气体流量。流化床冷却器回路内的循环以同样方式处理，但无旋风分离器，因为无污泥细粒。此外，冷却器气体回路中的冷却洗涤器用冷却水冷凝气体。汽水分离器之后回路气体只要用一台简单的小型风机进行压缩，然后供应给流化床冷却器。干化污泥由冷却回路气体冷却到低于40℃。冷却回路中的氧含量由一台氧分析仪连续测量。通过连续补充氮气，使冷却气体保持低氧环境。整个系统工艺过程如图2所示：
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（图2）
2.4 系统特点：
（1） 干颗粒含固率90%左右，从病原体学说，保证了颗粒的生物稳定性，大大提高了使用的安全性。
（2） 颗粒直径：1~5mm，干颗粒的体密度一般为600kg/m3，体积明显减少，运输成本大为减少。
（3） 颗粒热值类似于褐煤，使一种很好的能源，可以直接焚烧。
3.桨叶干燥机干化工艺
3.1 设备结构及工作原理
桨叶干燥机是一种热传导型干燥设备,是污泥干化的核心设备之一,其主要由热轴、机身、端板、上盖及传动系统等组成,其结构见图3。桨叶干燥机采用导热油或水蒸汽作为热媒，工作时桨叶干燥机的空心热轴和空心夹套都通入热介质，通过金属壁面对湿物料进行加热干燥，同时湿物料在空心热轴反向转动的搅拌下逐渐向出料口移动。达到干化要求后从桨叶干燥机尾部排出。蒸发的水分通过载气（如空气）带走并洗涤冷凝。
3.2 干化气体系统：
干燥机干燥过程产生的干化气体被载气带至洗涤塔，在洗涤塔中，干化气体与喷入的大量冷凝水接触并迅速降温，干化气体中水蒸气冷凝的同时使颗粒粉尘得以去除，去除水蒸气和颗粒粉尘的载气从洗涤塔排出，在抽风机的作用下，不凝性气体进入焚烧炉处置，剩余的载气进入干燥机循环。洗涤塔出水进入污水处理厂的原水槽。
3.3 桨叶干燥技术特点
（1）搅拌均匀，干燥效果好，桨叶对污泥的搅拌使污泥受热均匀，干燥均匀，传热系数高。
（2）热轴可以互相啮合，具有自清作用，可防止污泥粘壁
（3）粉尘夹带小，损耗少。
（4）能耗低，操作费用少。桨叶干燥热效率可达90%。
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图（3）
四 焚烧系统
1.循环流化床焚烧系统
经脱水处理并干燥后的污泥和一定比例的石灰石/石英砂由螺旋给料机从炉本体的密相区加入，污泥中的固定碳主要集中在密相区燃烧，而挥发份大部分在稀相区燃烧。当污泥的热值较低时，可向炉内加入轻柴油等辅助燃料以维持污泥的正常燃烧。燃烧过程中产生的炉渣经排渣阀由炉底排出。随烟气飞离焚烧炉的细灰则由尾部的除尘装置分离。污泥流化床焚烧炉采用分级送风技术，一次风通过密相区底部的布风板送入床内，保证床料良好流化的同时为污泥和辅助燃料的充分燃烧提供足够的空气；适量的二次风在流化床的稀相区的下部，切向喷入炉内，在稀相区形成漩涡气流，加强流化床的稀相区的扰动，使得空气与固体间的混合十分充分，保证了稀相区的可燃成分的充分燃尽和飞离密相区的细灰的进一步燃烧。加旋二次风对烟气中细灰具有一定的分离作用，可以降低炉膛出口处烟气的含尘浓度，以减轻对尾部受热面的磨损并降低尾部除尘装置的负荷。
尾部受热面布置有省煤器、空气预热器。省煤气和空气预热器利用尾部高温烟气的冲刷来回收污泥焚烧所产生的部分热量加热导热油或冷空气。导热油加热后用于污泥的干化处理，空气经加热后再送入焚烧炉。
污泥的焚烧主要在炉膛内进行。考虑到密相区内床料的运动十分剧烈，为防止受热面的磨损泄露，故炉膛的受热面全部布置在烟速较低的稀相区上部。确保焚烧炉的安全运行。炉膛用高铝质耐磨耐高温材料砌筑，以保证焚烧炉的长期可靠运行。焚烧炉炉墙内侧为高铝质耐火砖，外侧为保温砖，可适应焚烧炉的热膨胀要求。
2.回转窑焚烧炉+二燃室
回转窑式焚烧炉主体是一卧式并可旋转的圆柱型筒体，外壳用钢板卷制而成，内衬耐火材料；筒体的轴线与水平面保持一定的倾角，污泥或其他物料通过上料机由高的一端（头部）进人窑内，随着筒体的转动缓慢地向尾部移动，窑体的转动使物料在燃烧的过程中与助燃空气充分接触，完成干燥、燃烧、燃烬的全过程，最后由尾部将燃烬的渣排出。为达到完全燃烧都设有二燃室。炉内废弃物在炉体缓慢转动过程中，分解、气化成为可燃气体进行燃烧，并在二燃室内实现完全燃烧。
干污泥经输送机送入回转窑，在回转窑中，干污泥依次经历干燥、燃烧和燃烬三个阶段，干污泥的物理和化学性质得到彻底改变，不可焚烧的物质作为炉渣从回转窑尾部排出，可焚烧的物质转换成气体形态，进入二燃室继续焚烧，焚烧产生的高温烟气进入后续的导热油炉或其它了换热装置。干污泥自身的热量不足以维持燃烧，必须投加辅助燃料。另设鼓风机和冷却风机，鼓风机作为回转窑和二燃室的助燃风，冷却风用于冷却回转窑窑尾材料。
此种炉型具有如下特点：
（1）对焚烧物变化适应性强，含水量高的特种垃圾均能正常燃烧；
（2）焚烧物料翻腾前进，辐射、对流、传导三种传热方式并存一炉，热利用率高；
（3）温物料接触高温耐火材料，更换炉衬方便，费用低；
（4）传动机理简单，传动机构在窑壳外，设备维修简单；
（5）二燃室可确保有害物质消解所需要的高温，使烟气有足够的停留时间
