1 技术工艺流程
图1所示污泥循环流化床无害化焚烧一体化技术工艺流程。
 图1 循环流化床污泥无害化焚烧一体化工艺流程 |
含水污泥通过污泥给料装置加入循环流化床外置式换热器中，与循环热灰强烈掺混，湿污泥破碎成细小的颗粒，水分析出，为了能够使污泥的含水率降低到20%以下，额外的热量通过回收污泥焚烧后烟气中的热量，以换热器的形式在外置床中继续提供污泥干化所需要的能量，析出其中水分，最后，满足含水率要求的干污泥从外置式换热器中连续排出，进入循环流化床燃烧室中燃烧；干化后的水蒸气、流化介质以及夹带的细粉颗粒经过细粉分离器分离夹带的细灰，送回到燃烧室进行燃烧；水蒸气和流化介质进入冷凝器，冷凝其中的水蒸气，冷凝下来的水作为污水进入污水处理厂进行处理，剩余的气体经过一个汽水分离器，最后由流化风机把剩余的气体送入外置换热器，作为流化介质，连续使用。冷凝器中的冷凝水可以使用污水处理厂经过处理的污水，达到循环使用。进入循环流化床燃烧室中的干污泥燃烧产生的高温烟气经过旋风分离器，从分离器出来的高温烟气依次经过布置在尾部的换热装置、空气预热器，进入布袋除尘器，由引风机把烟气从烟囱中排出。
1.1 技术工艺的主要特点
(1) 安全可靠、低污染排放。污泥预处理装置在密闭的循环系统中运行，干化后的污泥直接进入燃烧室燃烧，输送线路短，输送过程中干污泥所占的比例小，不存在污泥粉尘爆炸及污泥自燃的可能性。干化后的气体管路为负压，不存在臭气泄漏的问题。采用成熟的循环流化床燃烧技术，安全可靠，污染物排放浓度非常低，满足国家相关的环保标准。
(2)设备高效、简单。湿污泥在循环流化床系统中完成预干化和焚烧，工艺流程简单，污泥无需造粒，直接干化，干化后的污泥含水率<15%，直接进入循环流化床焚烧炉焚烧，能量损失达到最小。
(3)全自动控制。该系统采用一体化自动控制，操控简单，可控性很强。
(4)设备检修率低。污泥无害化焚烧一体化装置连续运转时间可以达到8 000 h/a。
2 循环流化床污泥无害化焚烧一体化工艺技术性能指标
2.1 技术性能参数
以某污水处理厂产生的没有消化过的污泥为例，污泥处置规模为350 t/d，经过机械脱水后，污泥的含水率为75%，采用循环流化床污泥无害化焚烧一体化工艺，不用添加任何辅助燃料，实现污泥的自持燃烧。如果污泥的含水率>75%，则需要添加辅助燃料，辅助燃料为煤、油、气等。表1为350 t/d循环流化床污泥焚烧一体化工艺主要性能参数。
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2.2 投资及运行成本分析
以350 t/d污泥处理为例，循环流化床污泥无害化焚烧一体化工程的投资以及运行成本估算为：工程设备成本为3 100万元，包括设备、连接设备管路、控制系统、支撑钢结构等。湿污泥运行成本为51元/t，其中包括人员费、物料消耗费(含辅助燃料费和石灰石粉等)、设备折旧与维护等条目，污水处理增加的费用为0.0306元/m3。表2为350 t/d污泥处置工程项目的投资。
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2.3 烟气排放特性
在实验室建立0.15 mwt循环流化床污泥无害化焚烧一体化实验装置，污泥的最大处理量为105 kg/h。实验进行2个工况，实验工况1、2分别表示炉内是否加入石灰石。对污泥焚烧后的烟气进行的取样分析和实时在线分析，分析结果如表3所示。由于国家还没有颁布污泥焚烧的排放标准，因此，此处给出了垃圾焚烧排放的国家环保标准。
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在不投石灰石工况2下，hcl和so2都超标；在投加石灰石工况1中，烟气中so2和hcl的含量都大大降低，而且都低于国家排放标准，说明在循环流化床较低的燃烧温度水平下，石灰石脱硫和脱氯效果明显，焚烧炉尾部不需要额外增设除酸装置，排放即可满足要求。尽管污泥中氮含量较高，在循环流化床焚烧炉中采用两级配风，烟气中nox量均低于国家标准限值。这也符合循环流化床低nox燃烧排放的特性。二恶英的产生主要与燃料的组成和燃烧状态有关，污泥中的氯含量比较低，在充分燃烧的状态下，二恶英基本上不会生成。在2个工况中，烟气中的二恶英类物质含量均未检出。可见采用循环流化床燃烧污泥，二恶英排放远低于国家标准。因此，采用循环流化床焚烧污泥，完全可以实现烟气的直接达标排放，尾部不需要增加额外的烟气净化装置。
2.4 灰渣的排放特性
污泥焚烧后产生的灰基本上以飞灰的形式从焚烧炉的尾部排出，因此，正常运行过程中不排底渣，对污泥燃烧产生的飞灰进行采样分析。飞灰的含碳量和重金属的浸出毒性分析见表4，为了对比方便，给出了危险废弃物浸出毒性鉴别标准，如果污泥焚烧后飞灰的浸出毒性满足国家标准，那么污泥焚烧后的飞灰完全可以作为一般的废弃物进行综合利用。
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从表4中可以看出飞灰含碳量<5%的国家限值，说明污泥在循环流化床焚烧炉中燃尽性能非常好，这正好符合循环流化床自身的燃烧特点：物料的反复循环，炉内燃烧温度比较均匀，灰渣的燃尽性能好。表4中总共给出了10种重金属元素的浸出毒性分析结果，结果表明，飞灰中重金属的浸出毒性都低于国家标准，因此飞灰属于一般废弃物，可以直接填埋或者作为路基材料使用。
从实验室污泥焚烧的结果可以看出，污泥在焚烧炉中燃烧稳定，燃烧温度可以控制在850~900℃之间，污泥焚烧后的烟气和灰渣的排放均满足国家相关的环保法规。
3 结论
(1)循环流化床污泥无害化焚烧一体化技术工艺可以实现含水率<75%的污泥不添加任何辅助燃料，能量平衡；含水率>75%的污泥，需要添加辅助燃料，辅助燃料可以使用煤、油、气等。
(2)污泥在循环流化床中稳定燃烧，其烟气的排放特性满足国家相关的环保标准；二恶英的排放远远低于国家规定的限值；飞灰的浸出毒性低于危险废弃物浸出毒性鉴别标准中规定的限值，因此，污泥焚烧产生的灰渣可进行综合利用。
(3)该焚烧技术工艺简单，操作可控性强，可以实现当年建设，当年投入运行。