1、200 t/d 脱水污泥处理厂干燥焚烧一体化清洁生产工艺设计院 系 能源与环境学院专 业 环境工程班 级 0404301学 号 2010040403020姓 名 付双宇指导教师 王伟云沈阳航空航天大学2014 年 6 月摘要脱水污泥处理处置是当前固废处理领域的热点和难点。各地都把污泥处理提上了日程，随着城市污水处理量的增大，污泥的产量也在逐渐增加，如何合理处理污泥，变废为宝、使其循环利用是世界各国面临的普遍问题。与堆肥和填埋相比，污泥焚烧具有减容、减量和无害化等优点，是一种较好的污泥处理方法。结合目前使用最广泛的工艺是干燥焚烧，本文阐述了间接与直接干燥的设备选型和相关计算以及流化床焚烧的参数设
2、计。通过物料能量衡算利用污泥自身的热值，提供干燥系统所需热量，达到整个污泥处理系统能量的充分利用。以 200t/d 处理量脱水污泥厂为例，通过污泥干燥焚烧一体化，实现污泥的减量化和无害化处理。之后讨论了脱硫的工艺方案选择，计算了半干法脱硫用料量，烟气冷凝系统的回收量，在除渣的基础上分析了污泥焚烧处理的经济性以及污泥残渣制砖的可行性。关键词：脱水污泥；干燥；焚烧； The design of 200t/d plant for drying and incineration of dewatered sewage sludgeAbstractTreatment and disposal of de
3、watered sludge is a hot issue in municipal solid waste (MSW) treatment. Since all sludge should be treated, also sludge production are increasing, it is really a problem that how to deal with sludge and make it recycled. Compared with the composting and land filling, incineration has the advantages
4、that including volume reduction, reduction and harmless, so it is a better method for sludge treatment.In this paper, the combined technology including drying and incineration are used for mechanical dewatered sludge treatment in a 200t/d plant and the equipments are selected and designed. For the d
5、rying equipment, the indirect and direct drying equipment are considered. For incineration, the fluidized bed is chosen as incineration equipment. Through the material and energy balance using the value of sludge drying system, it can provide the heat required to achieve the full utilization of the
6、sludge treatment system of energy. Also, feasibility of sewage sludge incineration ash for construction brick are analyzed in this paper.Key word: dewatered sludge; drying; incineration.目录1 绪论 .11.1 研究背景与意义 .11.2 污泥的来源与危害 .11.3 污泥处置的技术 .21.3.1 污泥土地利用 .21.3.2 污泥建材利用 .31.3.3 卫生填埋 .31.3.4 焚烧 .41.4 污泥处置
7、的发展方向 .51.5 干燥焚烧处理工艺 .62 干燥焚烧工艺与设备 .72.1 干燥系统设计 .72.1.1 干燥设备 .82.1.2 干燥工艺和设备确定 .92.2 焚烧系统设计 .102.2.1 焚烧工艺 .102.2.2 焚烧设备概况和确定 .112.2.3 除硫方法 .123 污泥干燥焚烧工艺流程以及相关计算 .143.1 污泥干燥焚烧工艺流程 .143.2 工艺部分指标和条件 .153.3 工艺计算 .153.3.1 污泥量平衡计算 .163.3.2 污泥热量平衡计算 .173.3.3 热量回用平衡计算 .173.3.4 污泥残渣制砖 .183.4 污泥干燥焚烧的经济性 .193.
8、4.1 污泥干燥焚烧的成本与效益 .193.4.2 估算细则 .204 结论 .21参考文献 .22致 谢 .241 绪论1.1 研究背景与意义随着我国城镇化水平不断提高，污水处理设施建设高速发展,城市污水处理能力已迗到 1.22 亿立方米，城镇污水处理厂已达 2600 多座。 “十二五”期间还将增加处理能力 9000 万立方米,增建和在建污水厂达 1800 多座，为实现国家减排目标和污染控制，做出了巨大贡献。但是污水厂的建设投运伴随产生大量的剩余污泥。以含水率 80%计，全国年污泥总产生量将很快突破 3000 万吨。按照预测，中国人口要在2020 年至 2025 年间达到顶峰，污水处理量也将
9、达到高峰。届时污水污泥产量也将突破年 6000 万吨 1。目前我国污水厂污泥,最终处置方式主要有土地利用、建材利用、卫生填埋和干化焚烧。根据统计，目前的处置方式中，填埋占 60%-65%、污泥露天谁放和外运占15%-20%。事实上，填埋、露天堆放和外运的污泥在我国绝大部分属于随意处置，真正实现安全处置的比例不超过 20%。不仅对水体和大气环境造成了严重的污染，而且直接危害到了人体健康,阻碍了经济的顺利发展。因此,寻求一种稳定可靠的技术来进行污泥处置迫在眉睫。干燥焚烧工艺能消灭病原体、固化重金属、减少排量是最彻底的处理方法。经过长期大量的实际运用和优化，污泥焚烧已经体现出了在污泥处置中的技术、经
10、济和环境等方面的优势。随着经济的发展,土地资源的日益稀缺，焚烧必将成为国内污泥处置中的主要手段之一，将是未来大型污水处理和土地紧缺的城市污泥处置的主要处理方法。本文针对污泥干燥焚烧过程中通过充分利用污泥自身的热值，提供干燥系统所需热量，达到整个污泥处理系统能量的充分利用，通过污泥干燥焚烧一体化，实现污泥的减量化和无害化处理。重点研究干燥焚烧系统中质量能量衡算，并建立污泥干燥焚烧系统的经济评价系统。1.2 污泥来源与危害污泥主要有以下几种来源 2：给水源在净化过程中产生的给水厂污泥；河道、湖泊、池塘等自然或人工的水体在疏浚过程中产生的城市水体疏浚污泥；处理工业废水( 水、有机质、油和化学污染物等
11、的混合体)时，沉淀分离出来的污油物质为工业污泥。典型的工业污泥包括：造纸工业污泥、印染工业污泥、制革工业污泥等；城镇污水处理厂处理污水产生的生活污水污泥,是污泥中数量最大的一类。污泥含有大量病原菌、寄生虫(卵),铜、锌、格、呆等重金属。污泥盐分污染污泥含盐量较高，会明显提高土壤电导率、破坏植物养分平衡、抑制植物对养分的吸收，甚至对植物根系造成直接的伤害。而且离子间的拮抗作用会加速有效养分的淋失。病原微生物 3-5污水中的病原体(病原微生物和寄生虫)经过处理还会进入污泥。新鲜污泥中检测得到的病原体多达千种，其中危害较大的是寄生虫。污泥中病原体对人类或动物的污染途径大致有4条：直接与污泥接触；通过
12、食物链与污泥直接接触而感染；水源被病原体污染；病原体首先污染了土壤，然后污染水体。污泥农用引起的潜在疾病的流行，被认为主要与沙门氏菌和绦虫有关。氮、磷等养分的污染在降雨量较大地区的土质疏松土地上大量施用富含N 、P 等的污泥之后，当有机物分解速度大于植物对N、P的吸收速度时，N、P等养分就有可能随水流失而进入地表水体造成水体的富营养化；进入地下引起地下水的污染。所以N 、P等养分迁移对环境影响是一个需长期监测、研究的工作。重金属污染在污水处理过程中，70%-90%的重金属元素通过吸附或沉淀而转移到污泥中。一些重金属元素主要来源于工业排放的废水。如镉、铬等一些重金属来源于家庭生活的管道系统。如铜
13、、锌等重金属。重金属是限制污泥大规模土地利用的重要因素，因为污泥施用于土壤后，重金属将积累于地表层。另外，重金属一般溶解度很小，性质较稳定、难去除，所以其潜在毒性易于在作物和动物积累。随着城市化和工业化进一步发展，污泥的产生量还会进一步增加，这将成为社会发展中的棘手问题。因此亟需有妥善处置处理的解决方案。1.3 污泥处置的技术1.3.1 污泥土地利用 污泥的土地利用是指将经过处理的污泥用于农业、林业和园林绿化等方面。城市污泥中有丰富的有机质和 N、P、K 等养分。施用适量污泥后 ,能明显增加土壤有机质的含量,有效改善土壤结构、水力学性质及化学性质,对土壤的改善起到积极作用。但是污泥中的重金属属
14、于不能降解的污染成分。而且在土壤中迁移的速度极其缓慢，即使污泥经过堆肥,其中的重金属也会在土壤中不断累积。因此各国政府先后颁布了农用污泥重金属浓度标准和严格的无害化要求。我国大部分污水厂的污泥存在重金属超标的现象，所以污泥农用受到一定的限制 6。污泥的土地利用前须经稳定化和无害化处理。土地利用应根据不同地域的土质和土壤承载力、不同植物习性等确定合理的施用范围、施用量、施用方法和时间，并应采取措施防止污泥土地利用对环境造成的二次污染。污泥农用须进行场地环境影响评价，并经相关环境保护行政主管部门审批通过后方可执行。1.3.2 污泥建材利用污泥建材化是指利用污泥中无机成分与建筑材料的成分相似的原理，
15、将污泥通过一定无害化的工艺制作成建筑材料而对污泥再次利用。污泥制建材不但实现了物质和能源上的回收，而且还使污泥对环境的污染最小。但由于工艺体系不完善,污泥制建材还存在一些缺点，如生态水泥含氯量大，腐蚀钢筋；板材成品有臭味、强度也有待提高等。目前，我国已颁布了污泥制砖、制水泥熟料的泥质标准，各地可参考该标准积极开展污泥的资源化利用。但是,在保证泥质的前提下，还需要对相应的技术进行研发，否则污泥制建材的处置方式很难进行下去 7。污泥建材利用主要有两种方式：污泥制砖和污泥制生化纤维板。污泥制砖主要有两种方法。一种是用干化污泥直接制转：另一种是用污泥焚烧灰制砖。用污泥制砖时，应该在成分上作适当调整，使
16、其与制砖的粘土成分相当。1.3.3 卫生填埋污泥的卫生填理始于二十世纪 60 年代，是在传统填埋的基础上从保护环境角度出发，经过科学选址和必要的场地防护处理，具有严格管理制度的科学的工程操作方法。到目前为止，已发展成为一项比较成熟的污泥处理技术，其优点是投资较少、容量大、见效快 8-9。然而，城市污泥卫生填理也存在许多问题，如填坑中含有各种有毒有害物经雨水的浸蚀和渗漏作用污染地下水环境，这对以地下水为生活水源的地区来说是不安全卫生的问题。此外,适宜污泥填理的场所，因城市污泥大量的产出而显得越来越有限。污泥作作卫生填理处理时，除了要考虑城市周围是否有适合填埋的低地或谷地之外，还应考虑到环境卫生问
17、題。建设污泥卫生填埋场如同生活垃圾卫生填理场一样，地址须选择在地基渗透系数低且地下水位不高的区域，填坑铺设防渗性能好的材料，卫生填埋中,都用高密度聚乙烯为防渗层，避免了对地下水源及土壤的二次污染。填理场还应配设渗滤液收集装置及净化设施。1992 年欧盟大约 40%的污泥采用了填理处置，由于污泥填理对污泥的土力学性质要求较高，需要大面积的场地和大量的运输费用，地基需作防渗处理以免污染地下水等。近年来污泥填埋处置所占比例越来越小。美国环保局估计，今后几十年内美国 6500 个填埋场将有 5000 个被关闭 10。1.3.4 焚烧焚烧是利用污泥的有机成分较高、具有一定热值等特点来处置污泥。焚烧法因具
18、有减量化、无害化和资源化的显著优点而得到广泛应用 11。污泥焚烧后剩余灰的体积只有机械脱水污泥体积的 10%12，焚烧过程中所有的病菌、病原体均被彻底杀灭,有毒有害的有机物被彻底氧化分解，重金属的稳定性大大提高 13，焚烧后的污泥灰经适当的物理和化学方法处理后可作为建筑原材料、土地改良剂甚至吸附剂使用 14。自 1962 年德国率先建议并开始运行了欧洲第一座污泥焚烧厂以来的 40 多年中，焚烧的污泥量大幅度增加15。在日本,污泥焚烧处理已经占污泥处理总量的60%以上，欧盟也在 10%以上。发迖国家在研究焚烧法处理污泥的同时。也开发了多种污泥的焚烧设备,主要有多段炉、回转窑焚烧炉、多室焚烧炉以及
19、流化床焚烧炉等流化床锅炉对燃料的适应性好,能焚烧高水分、低热值的燃料，燃烧温度低，NOx 排放量小，可在床料中加入石灰石降低 SOx 排放量，灰法易于综合处理，从理论分析和国外实践经验来看，这些优点使它特别适宜焚烧污泥16 。随着污泥的预处理技术和高效的热回收以及对排放的有效控制等先进技术的采用，焚烧法已得到广泛的应用。在污泥焚烧过程中，水分的蒸发需要大量的热量；污泥焚烧是否需要添加辅助燃料，取决于污泥本身的热值(如有机物含量)和污泥的含水率。含水率为 70-80%的污泥进行焚烧时一般需要添加辅助燃料，含水率为 50%的污泥一般不需辅助燃料就可以焚烧。污泥焚烧是一种常见的污泥处置方法，它可破坏
20、全部有机质，杀掉一切病原体，并最大限度减少污泥体积,污泥处置速度快，不需长期储存，污泥可就地焚烧，不需长距离运输17。此法适用于所有城市污泥处置，具有良好的发展前景。1.4 污泥处置的发展方向国家环境保护“十二五”规划中明确提出“鼓励垃圾焚烧发电”。中国水网、国都证券研究所相关研究表明，预计到 2015 年需处理干污泥量约 48 万吨/日。卫生填埋法污泥综合处理投资约为 160 亿元，运行费用约 15 亿元；污泥焚烧投资约为 350 亿元，新增项目运行费用约 250 亿元。污泥焚烧将迎来一个新的快速发展的阶段。污泥焚烧虽然能有效地对污泥进行最终处置，最大程度地做到减量化，但该方法运行过程中能耗高，存在安全隐患。因此，优化污泥焚烧工艺，降低污泥焚
