循環流化床污泥無害化焚燒一體化技術工藝
1 技術工藝流程
圖1所示污泥循環流化床無害化焚燒一體化技術工藝流程。
 圖1 循環流化床污泥無害化焚燒一體化工藝流程 |
含水污泥通過污泥給料裝置加入循環流化床外置式換熱器中，與循環熱灰強烈摻混，濕污泥破碎成細小的顆粒，水分析出，為了能夠使污泥的含水率降低到20%以下，額外的熱量通過回收污泥焚燒后煙氣中的熱量，以換熱器的形式在外置床中繼續提供污泥干化所需要的能量，析出其中水分，最后，滿足含水率要求的干污泥從外置式換熱器中連續排出，進入循環流化床燃燒室中燃燒；干化后的水蒸氣、流化介質以及夾帶的細粉顆粒經過細粉分離器分離夾帶的細灰，送回到燃燒室進行燃燒；水蒸氣和流化介質進入冷凝器，冷凝其中的水蒸氣，冷凝下來的水作為污水進入污水處理廠進行處理，剩余的氣體經過一個汽水分離器，最后由流化風機把剩余的氣體送入外置換熱器，作為流化介質，連續使用。冷凝器中的冷凝水可以使用污水處理廠經過處理的污水，達到循環使用。進入循環流化床燃燒室中的干污泥燃燒產生的高溫煙氣經過旋風分離器，從分離器出來的高溫煙氣依次經過布置在尾部的換熱裝置、空氣預熱器，進入布袋除塵器，由引風機把煙氣從煙囪中排出。
1.1 技術工藝的主要特點
(1) 安全可靠、低污染排放。污泥預處理裝置在密閉的循環系統中運行，干化后的污泥直接進入燃燒室燃燒，輸送線路短，輸送過程中干污泥所占的比例小，不存在污泥粉塵爆炸及污泥自燃的可能性。干化后的氣體管路為負壓，不存在臭氣泄漏的問題。采用成熟的循環流化床燃燒技術，安全可靠，污染物排放濃度非常低，滿足國家相關的環保標準。
(2)設備高效、簡單。濕污泥在循環流化床系統中完成預干化和焚燒，工藝流程簡單，污泥無需造粒，直接干化，干化后的污泥含水率<15%，直接進入循環流化床焚燒爐焚燒，能量損失達到最小。
(3)全自動控制。該系統采用一體化自動控制，操控簡單，可控性很強。
(4)設備檢修率低。污泥無害化焚燒一體化裝置連續運轉時間可以達到8 000 h/a。
2 循環流化床污泥無害化焚燒一體化工藝技術性能指標
2.1 技術性能參數
以某污水處理廠產生的沒有消化過的污泥為例，污泥處置規模為350 t/d，經過機械脫水后，污泥的含水率為75%，采用循環流化床污泥無害化焚燒一體化工藝，不用添加任何輔助燃料，實現污泥的自持燃燒。如果污泥的含水率>75%，則需要添加輔助燃料，輔助燃料為煤、油、氣等。表1為350 t/d循環流化床污泥焚燒一體化工藝主要性能參數。
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2.2 投資及運行成本分析
以350 t/d污泥處理為例，循環流化床污泥無害化焚燒一體化工程的投資以及運行成本估算為：工程設備成本為3 100萬元，包括設備、連接設備管路、控制系統、支撐鋼結構等。濕污泥運行成本為51元/t，其中包括人員費、物料消耗費(含輔助燃料費和石灰石粉等)、設備折舊與維護等條目，污水處理增加的費用為0.0306元/m3。表2為350 t/d污泥處置工程項目的投資。
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2.3 煙氣排放特性
在實驗室建立0.15 MWt循環流化床污泥無害化焚燒一體化實驗裝置，污泥的最大處理量為105 kg/h。實驗進行2個工況，實驗工況1、2分別表示爐內是否加入石灰石。對污泥焚燒后的煙氣進行的取樣分析和實時在線分析，分析結果如表3所示。由于國家還沒有頒布污泥焚燒的排放標準，因此，此處給出了垃圾焚燒排放的國家環保標準。
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在不投石灰石工況2下，HCl和SO2都超標；在投加石灰石工況1中，煙氣中SO2和HCl的含量都大大降低，而且都低于國家排放標準，說明在循環流化床較低的燃燒溫度水平下，石灰石脫硫和脫氯效果明顯，焚燒爐尾部不需要額外增設除酸裝置，排放即可滿足要求。盡管污泥中氮含量較高，在循環流化床焚燒爐中采用兩級配風，煙氣中NOX量均低于國家標準限值。這也符合循環流化床低NOX燃燒排放的特性。二惡英的產生主要與燃料的組成和燃燒狀態有關，污泥中的氯含量比較低，在充分燃燒的狀態下，二惡英基本上不會生成。在2個工況中，煙氣中的二惡英類物質含量均未檢出。可見采用循環流化床燃燒污泥，二惡英排放遠低于國家標準。因此，采用循環流化床焚燒污泥，完全可以實現煙氣的直接達標排放，尾部不需要增加額外的煙氣凈化裝置。
2.4 灰渣的排放特性
污泥焚燒后產生的灰基本上以飛灰的形式從焚燒爐的尾部排出，因此，正常運行過程中不排底渣，對污泥燃燒產生的飛灰進行采樣分析。飛灰的含碳量和重金屬的浸出毒性分析見表4，為了對比方便，給出了危險廢棄物浸出毒性鑒別標準，如果污泥焚燒后飛灰的浸出毒性滿足國家標準，那么污泥焚燒后的飛灰完全可以作為一般的廢棄物進行綜合利用。
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從表4中可以看出飛灰含碳量<5%的國家限值，說明污泥在循環流化床焚燒爐中燃盡性能非常好，這正好符合循環流化床自身的燃燒特點：物料的反復循環，爐內燃燒溫度比較均勻，灰渣的燃盡性能好。表4中總共給出了10種重金屬元素的浸出毒性分析結果，結果表明，飛灰中重金屬的浸出毒性都低于國家標準，因此飛灰屬于一般廢棄物，可以直接填埋或者作為路基材料使用。
從實驗室污泥焚燒的結果可以看出，污泥在焚燒爐中燃燒穩定，燃燒溫度可以控制在850~900℃之間，污泥焚燒后的煙氣和灰渣的排放均滿足國家相關的環保法規。
3 結論
(1)循環流化床污泥無害化焚燒一體化技術工藝可以實現含水率<75%的污泥不添加任何輔助燃料，能量平衡；含水率>75%的污泥，需要添加輔助燃料，輔助燃料可以使用煤、油、氣等。
(2)污泥在循環流化床中穩定燃燒，其煙氣的排放特性滿足國家相關的環保標準；二惡英的排放遠遠低于國家規定的限值；飛灰的浸出毒性低于危險廢棄物浸出毒性鑒別標準中規定的限值，因此，污泥焚燒產生的灰渣可進行綜合利用。
(3)該焚燒技術工藝簡單，操作可控性強，可以實現當年建設，當年投入運行。
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