某城市污水处理厂污泥干燥焚烧发电处理案例

1、某城市污水处理厂污泥干燥焚烧发电处理案例1概述某能源有限公司主要承担某市城市垃圾焚烧发电。该能源有限公司污泥干燥后焚烧发电，污泥来源于某市城市污水处理厂机械脱水后初沉池污泥，设计日处理量为500t/d。该污泥基本性质为：初始含水率为80%，pH6.57.0，固体颗粒密度1.0g/cm3，干其燃烧热值1500018000kJ/kg。采用污泥干化处理使含水率降低到40%以下，利用污泥燃烧发电，实现污泥能源化利用。2污泥干燥处理技术2.1污泥干燥处理技术城市污水处理厂污泥经浓缩和机械脱水工艺处理后的污泥的含水率一般在75%85%之间，污泥所含的污染物一般均有很高的热值，但是由于大量水分的存在，使得这

2、部分热值无法得到利用。如果焚烧高含水率的污泥，不但得不到热值，还需要大量补充燃料才能完成燃烧要达到有效燃烧，如果将污泥的含水率降到一定程度，燃烧就是可能的，而且，燃烧所得到的热量可以满足部分甚至全部进行干燥的需要。因此，减少含水率是关键，污泥干燥或半干燥事实是污泥资源化利用的关键一步。污泥干燥中所谓的干燥和半干燥的区别在于干燥产品最终的含水率不同，这一提法是相对的。“全干燥”指较高含固率的类型，如含固率85%以上;而半干燥则主要指含固率在5065%之间的类型。本项目要求污泥干燥后其含水率要求达到40%以下，必须采用各种污泥干燥技术。干燥是依靠热量来完成的，热量一般都是能源燃烧产生的。燃烧产生量

3、存在于烟道气中，这部分热量的利用形式有两类:（1）直接利用：将高温气体直接引入干燥器，通过气体与湿物料的接对流进行换热。这种做法的特点是热量利用的效率高，但是如果被干燥的具有污染物性质，也将带来排放问题，因高温气体的进入是持续的，因造成同等流量的、与物料有过直接接触的废气必须经特殊处理后排放。（2）间接利用：将高温气体的热量通过热交换器，传给某种介质，这质可能是导热油、蒸汽或者空气。介质在一个封闭的回路中循环，与被干物料没有接触。热量被部分利用后的烟道气正常排放。间接利用存在一定损失。直接热干燥技术又称对流热干燥技术。对流热干燥是通过热空气从污泥表面去除水分。干燥的效率取决于如下两个因素：空气

4、运行条件（稳点、相对湿度、速度）和污泥的自身结构及特征。在操作过程中，热介质（热空气、燃气或蒸汽等）与污泥直接接触，热介质低速流过污泥层，在此过程中吸收污泥中的水分，处理后的干污泥需与热介质进行分离。排出的废气一部分通过热量回收系统回到原系统中再用，剩余的部分经无害化后排放。此技术热传输效率及蒸发速率较高，可使污泥的含固率从25%提高至85%95%。但由于与污泥直接接触，热介质将受到污染，排出的废水和水蒸气须经过无害化处理后才能排放；同时，热介质与干污泥需加以分离，给操作和管理带来一定的麻烦。在间接热干燥技术中，热介质并不直接与污泥相触，而是通过热交换器将热传递给湿污泥，使污泥中的水分得以蒸发

5、，因而热介质不仅仅限于气体，也可用热油等液体，同时热介质也不会受到污泥的污染，省却了后续的热介质与干污泥分离的过程。过程中蒸发的水分到冷凝器中加以冷凝。热介质的一部分回到原系统中再用，以节约能源。对干燥工艺来说，直接或间接加热具有不同的热效率损失，也具有不环境影响，是进行项目经济性考察的重要内容。干燥的主要成本在于热能，降低成本的关键在于是否能够选择和利用恰当的热源。干燥工艺根据加热方式的不同，其可利用的能源来源有一定区别，一般来说间接加热方式可以使用所有的能源，其利用的差别仅在温度、压力和效率。直接加热方式则因能源种类不同，受到一定限制，其中燃煤炉、焚烧炉的烟气因量大和腐蚀性污染物存在而难以

6、使用，蒸汽因其特性无法直接利用。按照能源的成本，从低到高，分列如下：烟气：来自大型工业、环保基础设施(垃圾焚烧炉、电站、窑炉、化工设施)的废热烟气是零成本能源，如果能够加以利用，是热干燥的最佳能源。温度必须高，地点必须近，否则难以利用。燃煤：非常廉价的能源，以烟气加热导热油或蒸汽，可以获得较高的经济可行性。尾气处理方案是可行的。热干气：来自化工企业的废能。蒸汽：清洁，较经济，可以直接全部利用，但是将降低系统效率，提高折旧比例。可以考虑部分利用的方案。燃油：较为经济，以烟气加热导热油或蒸汽，或直接加热利用。所有的干燥系统都可以利用废热烟气来进行。其中，间接干燥系统通过导热油进行换热，对烟气无限制

7、性要求;而直接干燥系统由于烟气与污泥直接接触，虽然换热效率高，但对烟气的质量具有一定要求，这些要求包括:含硫量、含尘量、流速和气量等。2.2工艺说明及特点本项目根据现有污泥热干燥技术，同时综合了污泥稳定化/固定化技术、污泥生物发酵技术，技术工艺如下。图1 污泥干燥技术方案（1）污泥调理过程将经过机械脱水、含水率80%的污泥，经过在处理厂先与调理剂、干料返混，使污泥直接从湿区进入颗粒区，混合搅拌，使含水量降低至60%、再经过造粒（挤料机），使污泥在进入生物发酵前分散为小的泥团，以增加生物发酵通风供氧的接触面积，实现高效生物发酵。本项目中污泥调理过程综合了污泥稳定化/固定化技术，该技术是将含有污泥

8、固定为惰性固体基质，使污泥中污染物迁移性降低、脱臭的过程。固定化和稳定化是同一处理过程中分别针对污泥及污泥中污染物不同角度来说的，固定化是指在污泥等废弃物添加固化剂，使废弃物转变为不可流动固体或形成紧密固体的过程；稳定化是指将污泥中重金属等污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质的过程。污泥化学稳定可在污泥物性调理中适当调整含水率，改善污泥理化性质，使污泥更利用于干燥脱水，通常采用的化学稳定剂/调理剂包括水泥、生石灰、氧化镁等化学药剂作为水合剂，在用水泥、生石灰稳定化时，污泥与化学药剂混合起来，污泥中的水分与化学药剂发生水化作用，形成结构紧实、易于颗粒化的物质，同时，水与金属氧化物还会放出

9、大量的热，进而加速水分的蒸发。为后段的通风干燥过程提供便利条件。同时，污泥化学稳定改性后，可以实现脱臭、减少除臭装置的负荷。而脱臭、调理用过的干化后的污泥经高温煅烧后，氢氧化钙等水合产物可再脱水变成氧化钙，使化学稳定剂可回收反复使用，实现了原材料的循环使用。该技术具有无二次污染、安全性高、投资少、污泥干化后产品可资源化利用的优点。该技术在实际运行中，对含水率比较高的污泥效果明显，只宜适合作为污泥干燥处理的预处理工艺。（2）强制通风生物发酵过程将经过初步干燥的污泥运送到强制通风动态生物发酵槽中，保持通风和机械搅拌，使生物发酵温度由常规升到55以上并保持干燥 35天，进一步使污泥的含水率降低到50

10、%；这一阶段为污泥的恒速干燥阶段，此阶段干燥的水分称为自由水和部分空隙水。强制通风生物发酵过程采用了好氧堆肥工艺技术，该技术属于微生物发酵干燥方法，是利用好氧微生物的分解作用，使污泥中的有机物质稳定化的过程。在有氧条件下，好氧细菌对有机物进行吸收、氧化、分解。在有机物生化降解的同时，释放热量，该热能使堆肥物料的温度不断升高，使耐高温的嗜热微生物快速繁殖。嗜热菌群在大量氧分子存在下将有机物氧化分解，同时释放出大量的能量，使污泥最终达到稳定。常规的堆肥工艺在实际运行中，所需的发酵干燥周期比较长，一般在1015天左右，不能很好的及时处理污泥，效率比较低。本项目只选择其高温发酵段过程，发酵时间控制在5

11、天以内，目的在于充分利用自然能源，减少外加热源的输入，降低处理成本。（3）强制通风+烟气间接干燥过程由于污泥含水率降到一定程度后，污泥的汽化表面内移，干化效率降低，因此为了提高效率、需要采用外加热源与强制通风间隔进行的方式，使其进一步干化。将初次后含水率为50%的污泥输送至回转圆筒干燥器，进行为期24小时的二次发酵干燥过程，主要通过强制通风使降温后的污泥进一步蒸发，这一阶段中的第一降速阶段蒸发的水分称为空隙水，第二降速阶段蒸发的水分称为表面水，最终使污泥的含水率降低到40%。此过程要求在带有通风管和热风管并用的直接干燥型转圆筒干燥器中进行，如果垃圾发电厂余热可被利用，则需要设计采用带有通风管的

12、间接干燥型回转圆筒干燥器中进行。电厂的烟气温度一般在200 以下,而污泥在干化过程中分为恒速干燥和降速干燥两个阶段,两段式工艺分别对应污泥干化的两个阶段。在污泥干化第一阶段结束时(恒速干燥阶段结束) ,污泥内部向表面传递的水分不足以保持其湿润,表面出现干区,而且此时的烟气温度远低于初始温度,如果继续干燥则效率将大大下降。而该工艺采用两段式,在污泥从第一阶段向第二阶段输送的过程中,由于外界温度降低,内部水向表面传递的速度大于外部蒸发速度,因此输送过程中可以有部分内部水传到表面,此时进入第二段,烟气温度远高于第一段的末端温度,而且此时的表面水丰富,因此使恒速干燥阶段得以延续,大大提高了干燥效率。该

13、项目综合以上三个工艺，将化学干燥、生物干燥和热干燥等工艺有机的结合在一起，集其所长，克服了单个工艺中自身的缺点。其优点主要包括如下几个方面：（1）引入化学稳定、水合调理技术，实现污泥的高效结构调理，降低干料返混的比例，为利用生物热提供了必要前提、并大幅度降低脱臭处理负荷；（2）将生物热源与外加热源相结合，充分利用生物发酵产热的资源，有效降低成本；同时将强制通风反应槽与强制通风反应器配合使用，实现分阶段高效生物发酵。与传统生物发酵工艺相比较时间上大大的降低了，传统污泥发酵干燥需要较长的时间，一般是在1015天左右，本处理方式可以将发酵干燥处理时间降低到5天；同时减少了传统静态发酵干燥需要占用的大

14、量空间，使得在有限空间里能做污泥的发酵干燥；（3）在外加热源干燥器中引入强制通风装置，外加热与常温空气的互补利用，充分结合了污泥水分表面蒸发与污泥汽化表面内移的水分传质特点，有效的利用了热干燥技术，降低了热干燥工序处理压力和有效的降低了运行成本；（4）通过间接干燥器的使用，可以将烟气热源应用于本项目而不影响烟气现有的除尘、脱硫脱硝设备运行，保证现有发电烟气的达标排放。3主要构筑物及配套设备基本设计参数3.1工艺流程如图2所示。3.2污泥干化的热量物料平衡如图2所示。图2 污泥干燥技术流程图图3 日处理500t污泥干燥热量平衡图3.3主要单元构筑物和设备（1）原始污泥化学稳定反应车间功能：用于每

15、日含水率80%的原始污泥与调理剂混合、搅拌及化学稳定反应数量：1座规格和结构：钢结构厂房，有效容积727.8m3，堆高2.5m，面积350 m2配套：污泥搅拌机1台，螺旋输送机1台，污泥搅拌造粒一体机2台，每台处理能力25t/h；臭气脱臭用风机2台。（2）开放动态型生物发酵车间功能：用于含水率60%的污泥发酵干燥数量：框架式砼混结构简易厂房，3座。结构和规格：单池有效容积1273.65 m3 设计尺寸长为83.86m ；宽为10.00m ；车间尺寸：长90m 宽 15m 高4m（2m堆积高）配套：铲式混合搅拌机 3台，搅拌能力：1273 m3/d；鼓风机12台，鼓风量20000 m3/h，配套

16、管网，（3）除臭装置功能：用于污泥化学稳定车间、生物发酵车间除臭数量：2套结构和规格：砼混结构、生物滴滤池，惰性填料，处理能力20000 m3/h， 配套：风机4台，共22.5kw，风压10001500Pa （4）强制通风、回转圆筒式干燥器功能：用于含水率50%的污泥加热发酵干燥数量：8座。结构和规格：钢结构，单套有效容积150m3，7m7m5m，配套：鼓风机8台，鼓风量6778 m3/h，热风管8套，热气流量4.05105m3/h， 皮带输送机1台， （5）污泥干燥场总占地生产区尺寸：长140m 宽 135m 占地面积约为18900m24设备及构筑物清单4.1设备清单表1 化学稳定调理单元编号设备名称规格、型号数量1-1污泥搅拌机处理量25t/h11-2污泥搅拌造粒一体机处理量25t/h2 1-3螺旋输送机处理量25t/h11-4风机2表2 生物发酵干燥单元编号设备名称规格、型号数量2-1铲式混合搅拌机搅拌能力1273 m3/d行车速度160m/d32-2鼓风机鼓风量20000 m3/h122-3补料传送带产能545.85 m3/d32-4风机4表3 后发酵+热处理干燥单元编号设备名称规格、型号数