1、第25卷第14期 2009年7月 中国给水排水 CHINA WATER&WASTEWATER Vo125 No14 Ju120o9 苫 口 爨 工程实例 甏 觎 s 流化床污泥焚烧炉Pyrofluid技术及应用 李 佳， 陈 畅 (威立雅水务工程有限公司，北京100022) 摘 要： 介绍了流化床污泥焚烧炉Pyrofluid系统的构成及特点，着重介绍了其能量回收和 烟气处理系统的独特设计。全球应用实例证明，该工艺是一种简单、清洁和环保的污泥处理工艺。 关键词： 污泥处置； 污泥焚烧；流化床 中图分类号：X7031 文献标识码：C 文章编号：10004602(2009)14005603 Appl
2、ication of PyrofluidSludge Incineration System for Fluidized- bed Incinerator LI Jia， CHEN Chang (Veoliawater Solutions&TechnologiesCoLtd，Bejing 100022，China) Abstract：The composition and characteristics of Pyrofluidsludge incineration system for fluid izedbed incinerator(FBI)are introduced with emp
3、hasis on the special design of energy recovery and flue gas treatmentThe global application practice shows that the process is a simple，clean and environ mentally friendly process Key words： sludge disposal； sludge incineration； fluidized bed 国外发达国家通过消化使污泥达到初级无害化 水平后，已经逐渐开始禁止再向土地直接施用污泥， 焚烧作为更高水平的无害化
4、、减量化的处理技术得 到了迅速的发展和广泛的应用。通过半个多世纪的 发展和改进，能耗更低、能量回收利用率更高、满足 更加严格的排放标准的流化床污泥焚烧系统已经成 为应用普遍并能提供成功运行保证的技术。 1污泥焚烧技术 污泥含水率是污泥焚烧处理中的重要影响因 素。一般国内市政污泥脱水后含水率较高(约为 75)，挥发性物质含量较低(约为50，国外同比 数据普遍约为70)。通过热平衡计算，如果直接 进行污泥焚烧处理，会长期消耗大量的辅助燃料；而 对污泥进行预干化能够充分利用污泥有机物焚烧所 产生的热量，再通过烟气的余热回收作为干化的热 量来源，则可最大程度地优化能源配置。因此，综合 考虑设备的整体设
5、计合理性、投资和运行成本、设备 运行的灵活和可靠性，将污泥干化作为焚烧工艺的 前处理工艺，是应对国内污泥焚烧处理的最佳处理 方案，其一次性投资和运行成本都是最合理的。由 于干化技术具有多样性，其中干化设备的形式和热 源介质可以根据实际应用而定。 2 Pyrofluid污泥焚烧系统 21 系统的构成和特点 一套完整的焚烧系统包括Pyrofluid流化床焚 烧炉，以及后续作为能量回收的热交换系统和废气 处理系统(包括静电除尘器ESP、化学处理装置和袋 式除尘器)。Pyrofluid焚烧炉采用流化工艺，借助 上向空气流，将尺寸分级为052 mm的惰性物质 (一般为砂)保持在悬浮状态。流化床的优势在于
6、 能够保证助燃气体在水平截面上的均匀分布、砂层 的良好混合、污泥和燃烧气体的最佳接触。Pyroflu一 56 wwwwatergasheatcon 李 佳，等：流化床污泥焚烧炉Pyrofluid技术及应用 第25卷 第14期 id流化床技术非常适用于污泥焚烧，它可以保证污 泥的良好分布，固气充分接触和温度均衡，也可以保 证在较低过剩燃烧气体状况下的完全燃烧和炉内的 自燃热平衡。 3T原则(即时间、温度和湍流)是燃烧效率的 关键因素，这些运行条件在Pyrofluid污泥焚烧炉中 可以得到充分满足，以保证污泥挥发物质完全燃烧。 22焚烧炉的结构 Pyrofluid污泥焚烧装置包括2个不同尺寸的 垂
7、直放置的同轴圆柱，由一个渐变圆台结构连接。 焚烧炉结构见图1。 图1焚烧炉的结构示意 Fig1 Structure of Pyrofluidincinerator 污泥焚烧装置自下而上，包括风室、带喷嘴的 拱顶、砂床、燃烧室以及炉顶和烟气管。风室类似于 一个加压室，可以在流化床的整个水平面上分布燃 烧气体。在空气入口相对的一面设有启动燃烧器， 可以在安装调试期、启动期和长期关闭后对焚烧炉 进行预热。风室设有观测孔、温度和压力等必要的 监控和操作设备。由耐热砖建造的拱顶用于隔开风 室和流化床。拱顶上分布着安装喷头的规则开口。 这些喷头由中空的耐火钢铸成，在其外壁上有小孔。 喷头可以保证燃烧气体在
8、流化床均匀分布而避免砂 子落人风室。砂层在静止状态下高为1 m，流化态 时为15 m。污泥和燃料通过均匀的沿焚烧炉外周 分布的投加口进入砂床，流化床上部设有栅渣投加 装置。污泥投加到温度为720 oC的砂床，在高温和 砂床流动下，污泥中的水分蒸发，干物质沿砂床整个 表面分布，以达到更好的燃烧效果。 此外，大量砂子提供的热惯量可以平衡被焚烧 污泥质量变化以及间断操作带来的潜在问题。燃烧 始于流化床，在燃烧室(超高室)结束。燃烧室中烟 气温度850 oC，停留时间2 S。这些条件保证了 有机物的充分燃烧，使其在灰分中的含量3。如 果燃烧室中的温度850 oC，则通过燃烧室的燃料 (气体汽油)投加口
9、投加辅助燃料。废气(包括燃 烧气体、剩余空气、水蒸气)和矿物渣则通过焚烧炉 顶部的烟气管道排出。 23能量回收 烟气从耐热炉顶和废气管道进人空气热交换 器。通过热交换器可以实现以下功能：燃烧空气 (即流化空气)的预热，回收热量供预干化部分使用 或发电。这部分包括两个主要部件：一个烟气流化 空气热交换器，为助燃气体提供预热；一个冷却器， 即烟气热媒流体热交换器，冷却废气，回收热量。 第一级热交换器称为气体预热型热交换器，在 助燃空气流化空气进入风室前，用部分烟气的热量 对其进行加热。由此污泥焚化系统运行时，使需要 注入的补充燃料量达到最小化。在Pyrofluid设计 中，在给定的污泥热值和挥发性
10、物质含量下，可以根 据湿污泥量和热负荷设计出不需要添加任何辅助燃 料或不需要喷淋降温水的运行工况，最大限度地减 少能耗和降低运行成本。 第二级热交换器称为冷却型热交换器，能冷却 废气达到适宜温度。冷却液可为过热水或导热油。 回收的热量将用于预干化部分，由此干化设备的能 耗将得到最大限度的节约。 24烟气处理 烟气处理需要考虑的污染物包括：灰分、酸性 气体(HC1、SO 和HF)以及重金属。通常包括以下 步骤：干式静电除尘器(ESP)去除固体状态的灰分 和重金属。袋式除尘器去除粉尘和由于投加化学药 剂产生的副产物。Pyrofluid烟气处理后的排放限 值充分满足并严于EEC 4122000颁布的
11、废弃物焚 烧200076EC指令，部分指标优于目前生活垃圾 焚烧污染控制标准(GB 18485-2001)。处理后的 烟气通过工业用风扇排出，保持焚烧炉内零压力，使 热交换器和烟气处理的压力总是低于大气压，以防 止灰尘和气体泄漏，保持焚烧厂的清洁环境。被排 放的烟气温度控制在210，避免湿度和温度较高 时烟羽生成。 3技术应用 Pyrofluid流化床焚烧炉最初为处理市政污泥 而设计，同时也兼顾其他废物的焚烧，包括污水处理 预处理阶段产生的油脂、栅渣以及其他污水处理过 57 第25卷第14期 中国给水排水 WWWwatergasheateom 程中可能产生的固废。 1968年OTV设计和建造的
12、第一座污泥焚烧 Pyrofluid流化床在法国的Le Havre(勒阿弗尔市) 投入运行。之后，OTV在法国和世界各地共设计、 建造和运行了近百座污泥焚烧流化床用于工业和市 政污泥处理。 31 满足最严格的排放要求 OTV公司在法国巴黎哥伦布Colombes污水处 理厂的Pyrofluid污泥焚烧系统是当今最先进的污 泥焚烧及废气处理工艺的应用范例。这座投产于 1998年的焚烧厂建于全覆盖的污水处理厂内，已经 运行10年，建有4座Pyrofluid流化床污泥焚烧炉， 每台焚烧炉的处理能力为2 tDSh。焚烧系统的先 进性突出地体现在后续废气的处理上，可达到欧洲 最严格的排放要求，特别是在去除氧
13、化氮(NO )和 二嚼英(Dioxins)上。排放烟囱上还安装有连续测 定co、各种酸和粉尘等的测定仪。 2001年-2002年中3个工作周期排放的废气 值见表1。 表1 烟气排放标准及实测值 Tab1 Emission standard and actual experimental data 法国条例 处理厂所在 实测试验 检测指标 当地法例 数据(2001 (2002年) (1998年) 2002年) 总尘(mgm。) 1030 15 23 CO(mgm ) 50 80 208 T0C(mgm ) 102O 20 144 HC1(mgm。) 1060 25 04 HF(mgm ) 14
14、2 014 SO2(mgm ) 50200 l0o 68 NO 、NO2(mgm ) 2O0400 40070 47 Zn(mgm。) 05 4 33 Cd(mgm。) 005 02 O03 ng(mgm ) 005 O2 O09 二嗯英和呋喃 O1 01 008 (ngm ) 注： 第一个值为日平均值，第二个值为05 h平均 值； 一日平均第一值表示不进行deNOx处理， 第二值表示进行deNOx处理。 这些工作周期内焚化炉排放的废气均满足严格 的排放要求。使用探测器对NO HC1、SO 、CO和 灰尘进行连续监测，同时检测H：O和O：。这些参数 每隔 5 h统计一次。 32 能量回收 19
15、97年俄罗斯的首座Pyrofluid流化床焚烧厂 建造在处理能力为2510。人口当量的圣彼得堡 中心区污水处理厂内。混合污泥在浓缩到35 gL 后经过离心脱水至26，然后进入4台设计能力为 25 tDSh的Pyrofluid流化床焚烧炉。部分焚烧热 能回收转换为低压蒸汽(05 MPa，158 oC)用于厂 区供热采暖和生产工艺。湿式烟气处理可保证烟气 排放符合当地的排放标准(烟尘30 mgm。)。 在2004年，俄罗斯圣彼得堡北部污水处理厂再 次选用Pyrofluid焚烧系统。污水处理厂污泥处理 线包括传统重力浓缩和离心脱水。焚烧系统包括3 台Pyrofluid流化床焚烧炉，设计能力为焚烧15
16、0 t 干泥d(包括122 t混合干污泥、4 t油脂、24 t栅 渣)。OTV公司的设计使得该系统在处理量只有 50时，只要一条焚烧线运行，而另外一座焚烧装置 可以进行维护。当处理量增至150时，3条焚烧线 同时运行并将产生的高压蒸汽进行发电。烟气排放 符合EU 200076EC指令，烟气处理包括有ESP、 干式碳酸氢钠和活性炭投加以及布袋式除尘。 烟气回收的热量除了预热空气外，还通过超高 温锅炉产生高压蒸汽(20 th，32 MPa、450 cc)，再 通过冷凝式涡轮机发电(3 MW)。两个处理厂从 ESP收集的粉尘灰分在圣彼得堡被广泛回用到混凝 土骨料预制和改善级配。 4结语 在全球范围内
17、成功运行的业绩充分证明了Py rofluid焚烧系统所保证的对污泥的热分解，对病原 菌和有机微污染物的彻底分解，可用于热能和发电 的能量回收，粉尘灰分的循环利用。实践证明，卓越 的设计和运行保证了Pyrofluid是一种简单、清洁和 环保的污泥处理工艺。 参考文献： 1Heitz M W，Biju GEmissions optimization of a new fluid bed reactorAWEFAWWACWEA Joint Residuals and Biosolids Management ConferenceCCA：San Die- go，2001 58 电话：13701294624 Email：jia1iveoliawatercorn 通讯作者：李佳(威立雅水务工程亚 市政污泥解决方 案经理) 收稿日期：20090325
