【導(dǎo)讀】第5章熱負(fù)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(jī)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(chǎn)生的。燃燒產(chǎn)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?zé)煹罋庵苯右敫稍锲?，通過氣體與濕物料的接觸、對流進(jìn)行換熱。這種做法的特點(diǎn)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(zhì)，也將帶來排放問題，因高溫?zé)煹罋獾倪M(jìn)入是持續(xù)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(jīng)特殊處理后排 放。 2) 間接利用：將高溫?zé)煹罋獾臒崃客ㄟ^熱交換器，傳給某種介質(zhì)，這些介質(zhì)可能是導(dǎo)熱油、蒸汽或者空氣。介質(zhì)在一個封閉的回路中循環(huán)，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(guān)鍵在于是否能夠選擇和利用恰當(dāng)?shù)臒嵩础? 干化工藝根據(jù)加熱方式的不同，其可利用的能源來源有一定區(qū)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(yè)、環(huán)?；A(chǔ)設(shè) 施（垃圾焚燒爐、電站、窯爐、化工設(shè)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(yè)的廢能。 沼氣：可以直接燃燒供熱，價格低廉，也較清潔，但供應(yīng)不穩(wěn)定。 蒸汽：清潔，較經(jīng)濟(jì)，可以直接全部利用，但是將降低系統(tǒng)效率， 29 提高折舊比例?？梢钥紤]部分利用的方案。 燃油：較為經(jīng)濟(jì)，以煙氣加熱導(dǎo)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(dǎo)熱油或蒸汽，或直接加熱利用。 所有的干化系統(tǒng)都可以利用廢熱煙氣來進(jìn)行。其中，間接干化系統(tǒng)通過導(dǎo)熱油進(jìn)行換熱，對煙氣無限制 性要求；而直接干化系統(tǒng)由于煙氣與污泥直接接觸，雖然換熱效率高，但對煙氣的質(zhì)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(jìn)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(shè)備 市場上的 污泥干燥設(shè)備 主要有 ： 三 筒 式回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī) （即轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)）、 間接加熱式回轉(zhuǎn)圓 筒干燥機(jī) 、 帶粉碎裝置的回轉(zhuǎn)圓 筒 干燥機(jī) 、 流化床干燥機(jī) 、 蝶式干燥機(jī) 、 漿葉式干燥機(jī) 、 盤式干燥機(jī) 、 帶式干燥機(jī) 、 太陽能污泥干燥房 等。 1）三 筒 式回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī) 由于普通的回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)，包括三 筒 式回轉(zhuǎn)圓 筒 干燥機(jī)，只能干燥顆粒狀的物料。 將 產(chǎn)生含水為 40%左右的半干污泥，再進(jìn)入三 筒式回轉(zhuǎn)圓 筒 干燥機(jī)進(jìn)行干燥。此系統(tǒng)需要粉碎機(jī)和篩分機(jī)。整個系統(tǒng)的投資很大。 2）普通回轉(zhuǎn)圓 筒 干燥機(jī) 普通回轉(zhuǎn)圓 筒 干燥機(jī)的工藝流程與三 筒 式回轉(zhuǎn)圓 筒 干燥機(jī)相似，只是能耗稍高。 轉(zhuǎn)筒干燥器的主體是略帶傾斜并能回轉(zhuǎn)的圓筒體。濕物料從左端 30 上部加入，經(jīng)過圓筒內(nèi)部時，與通過筒內(nèi)的熱風(fēng)或加熱壁面進(jìn)行有效地接觸而被干燥，干燥后的產(chǎn)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(zhuǎn)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(jīng)過干燥器后，通常用旋風(fēng)除塵器將氣體中挾帶的細(xì)粒物料捕集下來，廢空氣則經(jīng)旋風(fēng)除塵器后放空。 3） 間接加熱式回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī) 間接加熱式回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)的工藝流程也與三筒式回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)相似。 4） 帶粉碎裝置的回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī) 帶粉碎裝置的回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)： 由于帶粉碎裝置的回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)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(jī)，粉碎機(jī)和篩分機(jī) 。并且回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)很短，整個系統(tǒng)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(zhuǎn)圓筒干燥機(jī) 和內(nèi)部粉碎裝置。 31 5） 帶式干燥機(jī) 帶式干燥機(jī)由若干個獨(dú)立的單元段組成。每個單元段包括循環(huán)風(fēng)機(jī)、加熱裝置、單獨(dú)或公用的新鮮空氣抽入系統(tǒng)和尾氣排出系統(tǒng)。對干燥介質(zhì)數(shù)量、溫度、濕度和尾氣循環(huán)量操作參數(shù)，可進(jìn)行獨(dú)立控制，從而保證帶干機(jī)工作的可靠性和操作條件的優(yōu)化。帶干機(jī)操作靈活，濕物進(jìn)料，干燥過程在完全密封的箱體內(nèi)進(jìn)行，勞動條件較好，免了粉塵的外泄。 6） 漿葉式干燥機(jī) 空心槳葉干燥機(jī) 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(zhì)導(dǎo)入的旋轉(zhuǎn)接頭。干燥水分所需的熱量由帶有夾套的 W 形槽的內(nèi)壁和中空葉片壁傳導(dǎo)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(jìn)行攪拌，從而進(jìn)行加熱面的更新。是一種連續(xù)傳導(dǎo)加熱干燥機(jī)。 漿葉式干燥機(jī)需要由蒸汽或?qū)嵊吞峁崃?。其產(chǎn)品是粉狀，對存儲和使用不方便。在干燥后，需要進(jìn)行造粒。在小型廢水處理廠得到廣泛的應(yīng)用。 7）盤式干燥機(jī) 工藝的能源采用天然氣或沼氣，利用熱油爐加熱導(dǎo)熱油，然后通過導(dǎo)熱油在干 燥器圓盤和熱油爐之間的循環(huán)，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(jìn)入分離料斗，一部分顆粒被分離出再返回涂層機(jī)，另一部分粒徑合格顆粒通過進(jìn)一步冷卻后送入顆粒儲存料倉。 但是盤式干燥機(jī)的傳熱效果是上述所有干燥機(jī)中最差的，因此盤式干燥機(jī)的體積龐大，造價高。 32 8）蝶式干燥機(jī) 蝶式干燥機(jī)可以對污泥進(jìn)行半干或全干處理。其產(chǎn)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(fā)污泥中的水份即可獲得百分之 60～ 80 的干化污泥，運(yùn)行中可利用攪拌輪將污泥翻轉(zhuǎn)平鋪在地板上或增加強(qiáng)制通風(fēng)以 提高蒸發(fā)效率。這種工藝設(shè)計簡單，投資運(yùn)行費(fèi)用低，但需要很大的占地面積，適合于產(chǎn)泥量較低，污泥用作農(nóng)業(yè)應(yīng)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(shè)備為流化床干燥器。污泥直接送人流化床干燥器內(nèi)，無需任何前段準(zhǔn)備。在流化床內(nèi)通過激烈的流態(tài)化運(yùn)動形成均勻的污泥顆粒，整個系統(tǒng)在一封閉性的氣體回路中運(yùn)行，干化系統(tǒng)中的細(xì)顆粒在旋風(fēng)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(jīng)除塵后的氣體中含有大量的氣態(tài)水，需要經(jīng)過污水廠出水冷 卻回收氣態(tài)水后方可進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)，經(jīng)增壓后返回流化床干燥器。 在運(yùn)行期間，循環(huán)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(jī)的干化能力由能量的供應(yīng)所決定，即由熱油溫度或蒸氣溫度決定。根據(jù)所能獲得的熱量和床內(nèi)的固定溫度，一個特定的水蒸發(fā)量被確定。進(jìn)料量的波動或進(jìn)料水分的波動，在連續(xù)供熱溫度保持恒定的情況，會使蒸發(fā)率發(fā)生變化。一旦溫度變化，自動控制系統(tǒng)分別通過每臺泵的變頻調(diào)速控制器調(diào)節(jié)給供料分配器供料泵的供料速率，從而使干燥機(jī)的溫度保持恒定。根據(jù)污泥的特性和污泥的含水率，污泥的進(jìn)料量有所變化。 33 干化顆粒經(jīng) 冷卻后，通過被密閉安裝在惰性氣體環(huán)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(tǒng)中產(chǎn)生的少量廢氣被送入生物過濾器，經(jīng)生物除臭處理后排人大氣。 對干化技術(shù)進(jìn)行不斷的優(yōu)化努力，一直是以安全性為目標(biāo)的，而解決安全性的出路極為有限，它仍然是以干燥器結(jié)構(gòu)為中心、綜合一系列邊緣技術(shù)的持續(xù)不斷的改進(jìn)過程。 污泥焚燒設(shè)備 污泥焚燒過程中的核心設(shè)備是焚燒爐。 污泥焚燒技術(shù)主要有多膛式、爐排式、回轉(zhuǎn)式、電加熱紅外式及流化床等，目前最新發(fā)展的焚燒技術(shù)還有熔融處理技術(shù)。 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(qū)域擴(kuò)大為 850℃）。在該區(qū)域可有效消除污泥臭味 。 流化床焚燒技術(shù)是目前利用污泥熱能的最常用技術(shù)，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(yōu)點(diǎn)就是節(jié)省能量，不管什么污泥來源，污泥烘干，只需干物質(zhì)含量達(dá)到 40％ (半干化 )，不需要額外的熱能就可以自己燃燒，到達(dá)熱平衡，而且焚燒產(chǎn)生的熱量足夠滿足半干化干燥機(jī)。流化床焚燒爐的優(yōu)勢還在于有非常大的燃燒接觸面積、強(qiáng)烈的湍流強(qiáng)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(dá)到 1420m2/m3。而且還可連續(xù)加料、連續(xù)出料，操作可自動調(diào)節(jié)，因此可廣泛地用來處理各種固體廢物及污泥。 國內(nèi)外污泥流化床焚燒技術(shù)主要有兩種方式：循環(huán)流化床和鼓泡流化床焚燒技術(shù)。現(xiàn)今國內(nèi)外一些國家采用循環(huán)流化床技術(shù)，但大多 34 數(shù)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(shù)角度上講，兩種技術(shù)在不分段燃燒時，循環(huán)床 NOx排放比鼓泡流化床低，而 CO 排放后者較低。在處理預(yù)干燥污泥焚燒時，分段燃燒在流化床和循環(huán)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(huán)流化床技術(shù)。 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(jī)物均可達(dá)到較苛刻的環(huán)保要求。 目前循環(huán)流化床燃燒物污泥技術(shù)已系列化 ， 污泥處理量 50~500噸 /天 。 設(shè)計爐膛出口煙溫 850~950℃ 。 煙氣爐內(nèi)停留時間 3 秒。污泥的減容幅度可達(dá) 90%，重量減少 80%。 有毒有害廢水焚燒后的尾氣經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放，不致引起二次污染。回收的能量可用于發(fā)電、產(chǎn)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(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。 流化床焚燒爐己被廣泛用于焚燒城市生活垃圾和有機(jī)固體廢棄物。在爐膛下部布置有耐高溫的布風(fēng)板，板上用惰性顆粒作為載熱媒體。一次風(fēng)從爐膛底部進(jìn)入使?fàn)t內(nèi)獲得流態(tài)化，二次風(fēng)從布風(fēng)板上方引入，燃料從流化床側(cè)部或上部進(jìn)入，發(fā)生強(qiáng)烈的翻騰和循環(huán)流動。 流化床焚燒爐燃料適應(yīng)性廣，燃燒熱效率高，能有效控制 SO2和 NO2 等有機(jī)氣體的產(chǎn)生，燃燒熱強(qiáng)度高，設(shè)備體積小，單位投資少，在低熱值燃料焚燒方面有明顯的優(yōu)勢。我國污泥成分較復(fù)雜、含水量較高、發(fā)熱值較低，流化床焚燒技術(shù)無疑是我國目前實(shí)現(xiàn)垃圾和污泥的高效、穩(wěn)定和低污染燃燒的一項重要技術(shù)措施。國內(nèi)中科院、 35 浙江大學(xué)、東南大學(xué)等單位正在進(jìn)行流化床鍋爐焚燒污泥試驗，取得了一定的經(jīng)濟(jì)和社會效益。 綜上分析，循環(huán)流化床鍋爐污泥焚燒技術(shù)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(chǎn)生大量帶飛灰的煙氣，這些煙氣中含有多種有毒物質(zhì)，如二惡英、甲硫醇、 SOx等，形成一次 污染。煙氣處理工藝復(fù)雜、技術(shù)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(huán)保工作者的進(jìn)一步認(rèn)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(yīng)性強(qiáng)，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(qiáng)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(zhì)在水中不易降解， 性質(zhì)穩(wěn)定，進(jìn)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(jī)絡(luò)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(nóng)業(yè)，重金屬會富集在植物體內(nèi)，通過食物鏈傳遞給人類，造成毒害作用。此時應(yīng)考慮用化學(xué)方法提取重金屬元素，使之能夠用于農(nóng)業(yè)，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(shù)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(biāo)的情況下 可考慮綜合利用，如制水泥，造磚等。若含量超標(biāo)，不允許直接填埋，通常是采用飛灰再燃裝置進(jìn)行高溫熔融處理后，再進(jìn)行填埋，或采用化學(xué)方法將超標(biāo)的重金屬淋濾出來達(dá)標(biāo)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(xù)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(shù)量 、 煙氣的溫度 、 顆粒排除設(shè)備的溫度和酸性氣體的控制方法。 1991 年到 1994 年，美國環(huán)保局對二噁英重新評價后認(rèn)為，城市垃圾、污泥以醫(yī)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(jìn)以及安裝更先進(jìn)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(shù)多