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固 废 处 理 循环流化床污泥焚烧一体化工艺的研究与应用 小银 吕清刚 那永杰 矫维红 贺 军 中国科学院工程热物理研究所, 北京 100080 摘要 采用焚烧技术处理污泥, 并最大限度地利用污泥中的能量 , 可以彻底实现污泥的无害化、减量化以及资源化。 在此提出一种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的污泥不添加辅助燃料, 能量实现 自持平衡, 以 350 t d 污泥处理工程为例, 介绍工艺的主要流程特点以及技术经济性分析。 关键词 循环流化床 污泥 一体化 焚烧 0 引言 随着社会经济的快速发展以及水处理覆盖率的 增加, 水处理产生的污泥已经成为水处理工艺的瓶 颈。污泥中含有大量的病原菌 、 寄生虫 、 致病微生物, 以及砷 、 铜 、 铬、汞等重金属和有毒有害物质 ; 而且污 泥含水率高、 体积大, 给堆放和运输带来困难。如果 处理不当或不规范处理, 如随意弃置、 农地滥用等 ,将 对生态环境造成严重的潜在威胁。图 1 给出了污泥 处理的几种方式 ,污泥的直接填埋 ,占地面积大,污染 严重, 尤其是地下水资源污染严重, 这种污泥处置方 式最终将被淘汰。污泥堆肥农用在欧洲大部分国家 已经开始立法禁止, 使用污泥肥料的农产品将不得进 入超级市场 [ 1] 。我国污泥农用也面临很多困难,这种 处置方式逐渐被边缘化。污泥干化成本高,技术要求 高,干化后污泥依然存在出路问题。污泥的焚烧处 理,可以在高温燃烧状态下有效地去除污泥中的有毒 物质 ,灰渣可以综合利用 ,真正实现污泥减量化、 无害 化和资源化处理 ,代表当前国际上污泥处理的主流方 向 [ 2,3] 。国内引进的干化焚烧技术 ,其工艺系统控制 复杂而且设备昂贵 [ 4] 。 图 1 污泥处理的方式 在此提出了循环流化床污泥无害化焚烧一体化 的技术工艺路线, 采用相对简单化的污泥预处理装 置,最大限度利用污泥焚烧后热量 ,技术工艺简单 、 可 靠,投资及运行成本有较大程度地降低 。 1 循环流化床污泥无害化焚烧一体化技术工艺 1. 1 技术工艺流程 图2 所示污泥循环流化床无害化焚烧一体化技 术工艺流程 。 图 2 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 56 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 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. 2 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 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 。 表 1 350 t d 循环流化床污泥焚烧一体化工艺性能参数 项目数值 初始污泥含水率 75 污泥处理量 td- 1350 燃烧温度 ℃850～ 900 燃烧热效率 98 排烟温度 ℃180 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 m 3 。表 2 为 350 t d 污泥处置工程项 目的投资。 表 2 工程投资的主要指标 项目数量备注 污泥处理规模 td- 1 350含水率 75 工程占地 m2 910整个成套设备及系统 工程投资估算 万元3 100不包括土建及银行还贷 装机容量 kW450整套系统电功率 辅助燃料 td- 10辅助燃料 烟煤 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 [ 5] , 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。 表 3 污泥焚烧烟气排放特性 工况 SO2 CO NOX HCl 汞 mgm- 3 二恶英类 ng TEQm- 3 118010914752未查N . D. 269792124338未检未检 国家标准260150400750. 21. 0 注 1. N . D . 表示0. 03 ng TEQ m3; 2 . “未检”表示没有进行检测; 3.上述数据已经折算到了 11含氧量、干烟气。 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 [ 6] ,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 57 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 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 。 表 4 飞灰中重金属浸出毒性的分析结果 mg L 飞灰可燃物含量除外 项目数值国家标准＊ 飞灰可燃物含量 3. 395 有机汞N . D.未检出 汞及其化合物 以总汞计0 . 0020 . 05 铅 以总铅计N . D.3 镉 以总镉计N . D.0. 3 总铬0 . 065410 六价铬N . D.1. 5 铜及其化合物 以总铜计N . D.50 锌及其化合物 以总锌计N . D.50 铍及其化合物 以总铍计N . D.0. 1 钡及其化合物 以总钡计0 . 280100 镍及其化合物 以总镍计N . D.10 砷及其化合物 以总砷计N . D.1. 5 无机氟化物 不包括氟化钙2 . 32050 氰化物 以 CN -计 未检1. 0 注 1. “N . D” 表示浓度过小, 小于仪器精度, 无法给 出数值; 2. “未检”表示没有进行检测; 3. ＊表示危险废弃物鉴别标准浸出毒性 鉴别 GB5085. 3 -1996 。 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, 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。 参考文献 [ 1] 姚刚. 德国的污泥利用和处置 Ⅱ 续 . 城市环境与城市生态, 2000, 13 2 24 -26. [ 2] Jan Nadziakiewicz et al . Co-combustion of sludge with coal . Applied Energy , 2003, 75 239-248. [ 3] 李晓东等. 污泥流化床焚烧技术的研究及应用. 燃烧科学与技 术,2002, 8 2 159 -162. [ 4] 杨新海, 张臣. 上海市石洞口城市污水处理厂污泥干化焚烧工 程. 给水排水,2003, 29 9 19 -22 . [ 5] 吕清刚等. 城市垃圾与煤在 CFBC 试验台上的混烧实验. 工程热 物理学报,2003, 24 2 347 -350. [ 6] 新井纪男, 赵黛青, 赵哲石等译. 燃烧生成物的发生与抑制技术. 北京 科学出版社, 2001 215 -229. 作者通讯处 小银 100080 北京市海淀区北四环西路 11 号 中 科院热能物理研究所 2006- 11-10 收稿 简讯 中国渔业生态环境状况公报发布 农业部和国家环保总局联合发布 2006 年度中国渔业生态环境状况公报 。 公报显示 2006年, 中国渔业生态环境状况总体 保持稳定, 局部渔业水域污染仍比较严重, 主要污染物为氮、磷、石油类和铜。 据统计, 2006 年, 全国共发生渔业水域污染事故1 463次, 污染面积约 9. 4万 hm2, 造成直接经济损失约 2. 43 亿元 未包括长岛 海域油污染经济损失。 因环境污染造成可测算天然渔业资源经济损失为 36. 43 亿元, 其中内陆水域天然渔业资源经济损失为 8. 55亿元, 海洋天然渔业资源经济损失为 27. 88 亿元。 为客观评价我国渔业生态环境质量状况, 2006 年, 全国渔业生态环境监测网对黄渤海区、东海区、南海区、黑龙江流域、黄河 流域、长江流域和珠江流域及其他重点区域的 96个重要渔业水域进行了监测, 监测总面积2 058 万 hm2。 摘自“中国环境报” 58 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 relation between gas flow rate and decrease of gas pressure were investigated. The results showed that low concentration, low gas flow rate and low temperature were good for adsorption. The adsorption of CHCl3by ACFwasmainly physical adsorption. Improving filtrate speed of chloro led to a high decrease of gas pressure. Keywords activated carbon fiber, chloro and adsorption STUDY ONTHE ANAEROBIC INFLUENTIAL FACTORS OF FLUE GAS BIODESULFURIZATION Wang Dunqiu Yan Jingling Yan Dan 46 Abstract An experimental study on some main influentialfactors, such as reaction temperature, HRT and concentration in biological sulfate reduction system was done by using an UASB. The experiment investigated the effect on reactor from the changes of SO2 - 3 reduction rate and the value of sulfide. It is indicated that, when HRT being 36 h, the effect of degradation of SRB on the reduction rate of SO2- 3 are better; when the SO2 - 3 concentration is in the range of 500 mg L to 800 mg L, the SO2 - 3 reduction rate is about 88; within the temperature investigated, when reaction temperature being 33 ℃, the SO2- 3 reduction rate and the value of sulfide are the maximum. Keywords flue gas, biodesulfurization, UASB and sulphite THE NEW PROCESS OF UTILIZING THE RESOURCE FROM FLUE GAS DESULFURIZATION WITH PYROLUSITE PULPSun Jun Su Shijun Ding Sanglan et al 49 Abstract Research has been carried out on the process of producing electrolytic manganese, high -pure manganese carbonate and ammonium sulfate from the absorption offlue gas desulfurizationwith pyrolusite pulpwhichwasfirst set up by the researchers. Experiments have discovered the optimal flow and conditions of process and prepared electrolyticmanganese products thatmet the standardsofGB3418 -82 and high -pure manganese carbonate products that met the standards of GB10305, and ammonium sulfate can be recovered from the solution and be utilized further. The process achieved the intention of recovering sulfur resource and improving the extra value of pyrolusite comprehensive utilization and the results from the research provide a theoretical basis and design parameter for applying this technology to industry . Thisinvestigation shows the feasibility of a novel recycling approach to utilizing the resource from flue gas desulfurization with pyrolusite pulp. Keywords pyrolusite pulp, flue gas desulfurizaiton, absorption solution, electrolytic manganese, high -pure manganese carbonate and ammonium sulfate EXPERIMENTAL STUDY ON DEODORIZATION OF WASTEGAS FROM SEWAGE REUSE SYSTEM BY BIOFILTER TOWERSDai Xingchun Huang Minsheng Zhang Daofang et al 53 Abstract Experimental results of deodorization of wastegasfrom sewage reuse system by biofilter towers had been introduced in this paper. Within 92 seconds, these two biofilter towers could remove more than 80NH3and H2S. No. 1 tower inoculatedwith activated sludge could purify the wastegas to almost non -odorous extent, which may be attributed to zeolite adsorption and biological degradation. Only 37～ 51NOxcould be removed by biofilter towers, which meant enhanced purification s should be required. Keywords deodorization by biofliter towers, sewage reuse system and experimental study STUDY ONAPPLICATIONOFINTEGRATEDPROCESSOFSEWAGESLUDGEON CIRCULATING FLUIDIZED BED INCINERATIONYun Xiaoyin Lǜ Qinggang Na Yongjie et al 56 Abstract The volume of sewage sludge can be reduced and will become harmless, whose energy can be utilized by incineration of sewage sludge. In this paper, the integrated process of sewage sludge on circulating fluidized bed incineration is presented. The self-sustaining energy balance can be realized as the water fraction of sewage sludge is not more than 75. The 350 t d treatment capacity of sewage sludge is taken as an example for analysis. The process characteristic and techno -economy are presented. Keywords circulating fluidized bed, sewage sludge, integrative and incineration SETTLEMENT CALCULATION AND ANALYSIS OFAGING WASTE IN THE VERTICAL EXPANSION OF EXISTING LANDFILLWang Yanming Zhang Qianfei 59 Abstract Aiming to the specialty of settlement mechanism of aging municipal solid waste MSWduring the vertical expansion of existing landfills, the settlement of aging waste is classified into 3 parts primary consolidation settlement, secondary stress settlement, and degradation settlement. The calculation s of each settlement are studied, and the related parameters in the settlement ulas are discussed with the engineering case. Through calculation results, the settlement trend of aging waste due to the loadof new filling waste above it is analyzed and some useul conclusions are put forward to conduct the design of expansion engineering. Keywords municipal solid waste MSW, existing MSW landfill, vertical expansion, settlement calculation, secondary stress settlement and degradation settlement COMPARATIVE RESEARCH ON STANDARD FOR LEAKAGE PREVENTION STRUCTURES OF LANDFILLS SITES FOR DOMESTIC WASTES IN VARIOUS COUNTRIES Yang Liangbin Li Li LiuYuqiang et al 62 Abstract The leakage prevention structures of Domestic Waste Landfills in several countries such as the U. S. A, Germany and EU etc were studied, especially the regulations on structure, hydraulic conductivity and thickness of leakage prevention layer. Itwas investigated that the leakage prevention structures of 54 landfill sitesfor domestic wastes in China, andthe results showed that leakage prevention structureswere found designed 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 4, Aug . , 2007
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