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案例|上海竹園污泥干化焚燒工藝設(shè)計
發(fā)布時間：2017/01/23 點擊量：
1 總體設(shè)計
本工程主要包括污泥接收和儲運系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)、污泥焚燒系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、公輔系統(tǒng)等，主體工藝流程見圖1。
2 污泥接收儲運系統(tǒng)
4座污水處理廠的脫水污泥通過卡車運輸至本污泥處理廠區(qū)，經(jīng)物流出入口的地磅稱重計量后，卸載至4座地下污泥接收倉，每倉有效容積30m³。污泥由接收倉底部的4臺柱塞泵分別輸送至4座污泥儲倉，儲倉總有效容積1500m³，可儲存2天進(jìn)廠污泥量。儲倉下共設(shè)8臺污泥輸送泵，其中6臺螺桿泵與6臺干化機(jī)一一對應(yīng)供泥，2臺液壓柱塞泵將剩余部分濕污泥直接輸送至焚燒爐前的混合進(jìn)料螺旋。
3 污泥干化系統(tǒng)
本工程共配置了6臺四軸槳葉式干化機(jī)，單臺換熱面積為200m²。槳葉式干化機(jī)適用于高粘度物料的干化，它能夠直接跨越污泥粘滯區(qū)，產(chǎn)出含固率60%以上的干污泥，便于采用皮帶、螺旋等簡單的方式進(jìn)行輸送。槳葉采用了特殊的齒合設(shè)計，葉片之間具有自清潔功能，防止污泥在受熱面板結(jié)影響傳熱效率。國內(nèi)污泥含砂量高，對設(shè)備磨損嚴(yán)重，因此對槳葉進(jìn)行了100%碳化鎢耐磨噴涂。
在干化機(jī)空心軸、槳葉和夾套中通入0.5～0.8MPa飽和蒸汽，濕污泥從干化機(jī)一端進(jìn)入，在干化機(jī)內(nèi)以推流形式緩慢前進(jìn)并逐漸被干化和破碎，最后半干污泥從另一端排出。干化機(jī)內(nèi)通過循環(huán)載氣（空氣）將機(jī)內(nèi)水分快速帶走，同時保證干化機(jī)內(nèi)部處于微負(fù)壓狀態(tài)。排出的濕載氣溫度在85～90℃，經(jīng)過洗滌塔洗滌降溫至40～50℃并脫除水分后，80%送回干化機(jī)循環(huán)使用，剩余20%送入焚燒爐作為焚燒二次風(fēng)，同時載氣中有機(jī)成分被高溫分解脫除臭味。采用直接洗滌方式，洗滌水采用污水處理廠處理尾水，冷凝液排放至污水池后經(jīng)提升返回污水處理廠處理。
干化熱源主要來自余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽，不足部分引入外高橋發(fā)電廠的蒸汽。外高橋蒸汽用量取決于污泥的含水率和熱值。冷凝水經(jīng)換熱器降溫后，進(jìn)入除氧器除氧后返回鍋爐系統(tǒng)。
4 污泥焚燒系統(tǒng)
焚燒爐是整個工程的核心。本工程設(shè)置2臺鼓泡流化床焚燒爐，每臺焚燒爐直徑7.3m（外徑），高度14.8m，立式圓柱鋼殼體，內(nèi)有耐火材料及保溫材料襯里，外設(shè)保溫夾套，每臺焚燒爐額定熱負(fù)荷12.35MW。焚燒爐自下而上依次為錐底、流化區(qū)、自由燃燒區(qū)。焚燒爐布風(fēng)采用布風(fēng)管形式，設(shè)于砂床下部，布風(fēng)管向下開孔，通過焚燒爐錐形底部的反射作用將砂床流化。每臺焚燒爐床層上部設(shè)置兩套啟動燃燒器用于焚燒爐啟動時升溫，每套負(fù)荷12000MJ/h，使用輕柴油作為燃料；底部設(shè)有輔助燃燒系統(tǒng)，每臺焚燒爐設(shè)8個噴油槍，用于運行中爐溫的調(diào)節(jié)。焚燒爐頂部設(shè)有冷卻水噴槍和噴尿素系統(tǒng)，用于防止焚燒爐超溫和減少氮氧化物產(chǎn)生。
干化后含水率40%以下的污泥經(jīng)皮帶機(jī)和鏈板機(jī)輸送和提升，再經(jīng)螺旋分配至4個干污泥緩存?zhèn)}，每個緩存?zhèn)}容量12m³。緩存?zhèn)}下設(shè)置計量槽對干污泥進(jìn)行稱重后，進(jìn)入焚燒爐前的混合進(jìn)料螺旋，與剩余含水率80%左右的濕污泥混合后進(jìn)入焚燒爐焚燒，混合污泥含水率為60%左右。污泥進(jìn)入流化床后被劇烈擾動狀態(tài)的灼熱床料打磨、迅速破碎并均勻分布到砂床內(nèi)，并與空氣充分接觸，實現(xiàn)污泥穩(wěn)定和完全燃燒。砂床靜止時厚度約1.5m，流化時厚度約2.5m，石英砂平均粒徑在0.3～0.5mm。設(shè)有砂循環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)砂床高度和床砂品質(zhì)的變化進(jìn)行補(bǔ)砂或換砂操作，一般不需排渣，熱損失較少。
焚燒爐設(shè)一次和二次供風(fēng)系統(tǒng)。設(shè)置2臺一次流化風(fēng)機(jī)，配置能力16744Nm³/h每臺，出口風(fēng)壓35kPa，額定工況單臺焚燒爐供風(fēng)量12150Nm³/h。一次風(fēng)包括全廠收集的臭氣和焚燒爐夾套中抽吸的熱空氣，首先經(jīng)過一級空氣預(yù)熱器與干化機(jī)蒸汽凝結(jié)水換熱，將溫度升高至80℃左右，再經(jīng)過焚燒爐出口煙道上的二級高溫空氣預(yù)熱器，與焚燒產(chǎn)生的熱煙氣換熱，溫度升高至300℃左右，從砂床下部的布風(fēng)管進(jìn)入。二次風(fēng)來自干化機(jī)循環(huán)載氣，直接通入焚燒爐自由燃燒區(qū)，確保完全燃燒，額定工況風(fēng)量3075Nm³/h。
與一般焚燒系統(tǒng)設(shè)計相比，本工程焚燒系統(tǒng)設(shè)計有如下特點：
（1）鼓泡流化床焚燒爐是目前污泥焚燒使用最多的形式，其最大的特點是底部的流化砂床有著相當(dāng)大的熱容量，最適用于像污泥這種低熱值、高含水率、性質(zhì)波動大、且難以引燃和燃盡的低品質(zhì)燃料的燃燒。能夠?qū)崿F(xiàn)污泥自持燃燒，當(dāng)供泥穩(wěn)定時焚燒爐不需要添加輔助燃料。
（2）布風(fēng)管和反射錐設(shè)計形式簡單、維修更換方便，焚燒爐內(nèi)部無活動部件，既保證了砂床的流動均勻性及合理的粒徑分布，又避免了對布風(fēng)裝置的磨損和堵塞，爐渣和結(jié)塊也容易從爐底排出。
（3）焚燒爐外部設(shè)置了夾套，通過抽吸夾套中的熱空氣作為一次風(fēng)，然后利用干化冷凝水余熱對一次風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，高效利用能源的同時確保焚燒爐表面溫度滿足低于50℃的規(guī)范要求。
（4）全廠的設(shè)施設(shè)備通過臭氣收集系統(tǒng)的抽吸形成負(fù)壓，防止臭味擴(kuò)散。臭氣作為一次供風(fēng)，部分干化不凝氣作為二次供風(fēng)，通過高溫焚燒的方式實現(xiàn)高效除臭。
（5）污泥采用后混方式入爐，相對于不后混的方式，可以避免污泥含水率在粘滯區(qū)附近造成輸送困難的情況，同時可以通過干濕污泥配比的調(diào)節(jié)，靈活應(yīng)對污泥含水率波動和熱值季節(jié)性的變化，實現(xiàn)污泥自持燃燒和節(jié)能。
5 余熱利用
焚燒煙氣經(jīng)過高溫空氣換熱器后溫度變?yōu)?60℃左右，然后進(jìn)入余熱鍋爐。設(shè)置2臺余熱鍋爐，每臺蒸汽產(chǎn)量8 t/h，將污泥焚燒煙氣中的熱量轉(zhuǎn)化為壓力8bar（1bar=0.1MPa）、溫度175℃的飽和蒸汽，供干化使用。考慮到流化床焚燒煙氣中含塵量較高的特點，余熱鍋爐采用單鍋筒膜式水冷壁形式，設(shè)置蒸汽吹灰器，在保證高效的同時具有初步降塵的作用。余熱鍋爐出口煙氣溫度降低至260℃左右，熱能得到有效利用。
6 煙氣處理系統(tǒng)
本工程配套2條煙氣處理線，余熱鍋爐出口的煙氣依次通過靜電除塵器、布袋除塵器、洗滌塔并經(jīng)再熱器后達(dá)標(biāo)排放。
煙氣首先進(jìn)入靜電除塵器，可去除95%以上的飛灰。靜電除塵器收集的飛灰通過氣力輸送至飛灰倉，加濕后作為一般固體廢物外運處置或利用。
在袋式除塵器前的煙氣管道中噴入粉末活性炭，用于吸附煙氣中的Hg等重金屬以及二惡英等有機(jī)化合物。活性炭中添加石灰以惰化活性炭防止其燃燒和爆炸，混合比例1∶10。布袋除塵器捕集的飛灰通過氣力輸送至廢料倉，作為危險廢棄物，委托專業(yè)單位外運處置。
經(jīng)袋式除塵器處理后的煙氣進(jìn)入煙氣洗滌塔下部，先進(jìn)行脫酸處理。采用NaOH作為吸收劑，吸收煙氣中的HCl、SOx等酸性氣體。塔內(nèi)設(shè)有填料，洗滌液由泵循環(huán)。脫酸后的煙氣進(jìn)入洗滌塔上段，進(jìn)一步降溫和除濕。
為防止煙氣排放時產(chǎn)生白煙，設(shè)計了煙氣再熱工藝。經(jīng)靜電除塵器處理后的煙氣進(jìn)入煙氣再熱器，與洗滌后的冷煙氣換熱，熱煙氣溫度由226℃降至170℃，然后進(jìn)入布袋除塵器。而冷煙氣則從50℃提升至105℃以上后高空排放，煙囪高度50m。
本工程設(shè)有煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS），對煙氣流量、溫度、壓力、濕度、氧濃度、煙塵、氯化氫（HCL）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、氟化氫（HF）和二氧化碳（CO2）等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測和控制，檢測結(jié)果同時上傳政府環(huán)保監(jiān)管平臺。
7 主要工藝控制
干化系統(tǒng)主要控制污泥干化量和污泥干度兩個參數(shù)。通過干化機(jī)進(jìn)泥管道上設(shè)置的電磁流量計反饋信號變頻控制污泥螺桿泵，實現(xiàn)濕污泥給料速率的控制。出泥干度通過升降干化機(jī)出口處的堰板，以調(diào)整污泥在干化機(jī)內(nèi)的停留時間來實現(xiàn)。干化機(jī)尾部設(shè)有溫度探頭，當(dāng)內(nèi)部溫度超過160℃時，自動噴水降溫以保證干化系統(tǒng)運行安全。載氣風(fēng)機(jī)使干化機(jī)內(nèi)形成-（100～500Pa）微負(fù)壓，微負(fù)壓控制通過壓力探頭反饋信號，自動調(diào)節(jié)載氣風(fēng)機(jī)出口返回干化機(jī)和至焚燒爐兩條分支管路上的電動調(diào)節(jié)閥開度實現(xiàn)。
焚燒爐正常運行時自由燃燒區(qū)溫度控制在850～900℃，當(dāng)爐溫低于850℃時，啟動底部的輔助油槍系統(tǒng)；當(dāng)溫度超過900℃時，啟動頂部噴水設(shè)施。焚燒爐不同高度設(shè)有6個溫度探頭，爐溫檢測信號反饋至中控溫度自動控制模塊，通過計算給出干、濕污泥投加速率和比例，實現(xiàn)爐溫自動調(diào)節(jié)，使污泥在一定的溫度波動范圍內(nèi)自持燃燒。焚燒爐的濕污泥給料控制通過變頻污泥泵來實現(xiàn)，干污泥給料量通過計量槽下部變頻螺旋來控制。額定工況下每臺焚燒爐干污泥給料量設(shè)定值為4.646t/h，濕污泥給料量設(shè)定值為4.306t/h。焚燒爐出口煙氣氧含量控制在6%～10%，通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)進(jìn)口擋板來調(diào)節(jié)一次風(fēng)量，實現(xiàn)過剩空氣率控制。焚燒爐正常運行時通過上述3T+E技術(shù)，即燃燒溫度、停留時間、混合程度、過?？諝饴实目刂疲瑏韺崿F(xiàn)穩(wěn)定燃燒和減少污染物排放。
爐內(nèi)壓力通過壓力儀表反饋和引風(fēng)機(jī)變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行，維持在-（0.5～1.0）kPa微負(fù)壓狀態(tài)。當(dāng)爐頂壓力超過2 kPa后，急排煙囪自動開啟。
通過儀表檢測洗滌液pH自動調(diào)節(jié)NaOH投加量。洗滌液pH一般設(shè)定在7左右?？筛鶕?jù)煙氣在線監(jiān)測儀表反饋數(shù)據(jù)，調(diào)整洗滌液pH，確保煙氣排放中的二氧化硫等酸性污染物指標(biāo)在安全范圍內(nèi)。
