城污水厂湿污泥循环流化床一体化焚烧技术研究与示范

城市污水厂湿污泥循环流化床一体化焚烧技术研究与示范中国市政工程华北设计研究总院中国科学院工程热物理研究所杭州市七格污水处理厂工程建设指挥部2013.5.上海中國市政工程華北設計研究總院污泥焚烧•污泥直接焚烧脱水污泥直接进入焚烧炉不经过干化单元即可完成的焚烧。含固率30%左右的污泥经辅助点火后自持燃烧。•污泥干化焚烧脱水污泥先干化后再焚烧的方式利用焚烧炉使污泥完全矿化为少量灰烬的处理方式。焚烧是国内污泥的重要处理方法空气分布管空气分布管清洗气进口清洗气进口砂石排放口砂石排放口人孔人孔燃料喷射枪燃料喷射枪耐火材料耐火材料启动燃烧器启动燃烧器砂石进口喷嘴砂石进口喷嘴烟气出口烟气出口视镜视镜泥饼入口泥饼入口泥饼给料机泥饼给料机热空气进口热空气进口燃烧区燃烧区砂石床砂石床一体化干化焚烧--原理联合干化焚烧方式的一种，把相对独立的污泥干化和焚烧过程耦合在一起，充分利用热灰和高温烟气热量的回收进行湿污泥的预干化，在一个系统中，完成湿污泥从干化到焚烧的全过程，达到能量利用的最大化，降低了污泥处置的能耗。经过干燥后的干污泥水分含量在20％以内，通过即时输送系统，直接由干化设备进入焚烧系统，节省了干污泥储存和安全防护环节，大大缩短了干污泥输送管路，降低了干污泥粉尘浓度过高造成的爆炸隐患。湿污泥循环流化床一体化焚烧工艺及特点在一个系统中，将湿污泥干化和焚烧有机耦合，全过程设备高效，结构紧凑，占地面积小负荷调节范围宽,可在0～110％之间变动污泥初始含水率为74％(干基热值3143kcal/kg)时，可实现污泥的自持燃烧直接-间接联合干燥，实现能耗最低高效燃烧，低污染排放投资和运行成本底一、技术开发情况•研究内容：–污水处理厂污泥自身特性及干化特性的研究；–湿污泥循环流化床一体化干化焚烧技术的研究开发；–湿污泥循环流化床一体化焚烧处置过程中污染物析出机理和控制技术；–湿污泥循环流化床一体化焚烧技术体系的集成和优化。•示范工程：（建设、调试、运行、测试）–杭州市污水厂污泥焚烧示范项目，污泥处理规模为100吨/日（污泥含水率以80％计，后同）。6Φ21mm湿污泥颗粒流化干化前后体积变化流化干化后污泥颗粒体积形状的变化湿污泥颗粒流化干化特性研究停留时间原始水分（％）流化干化后水分（％）V干化后/V干化前（％）20min80.3560.7158.440min79.0618.6352.460min78.644.3552.47试验条件：流化风速，3Umf污泥粒径，10mm0510152025300.00.51.01.52.02.53.03.5干基含水率(kg/kg)时间(min)80℃90℃100℃140℃200℃0.00.51.01.52.02.53.03.50.00.51.01.52.02.5干化速率(kg/kg/min)干基含水率(kg/kg)80℃90℃100℃140℃200℃801001201401601802000.00.51.01.52.02.5干化速率(kg/kg/min)温度(℃)M=3M=2.5M=2M=1.6M=1M=0.5干化温度以指数规律影响干化速率干化速率与污泥水分含量的变化呈线形关系干化温度对干化速率的影响干化时间与污泥颗粒水分含量的变化呈指数关系湿污泥颗粒流化干化特性研究关键技术的研究和开发灰分配装置—气动分配阀复合干化器干化器出口干污泥含水率15％日处理1t/d污泥干化器气动分配阀冷态试验平台炉膛：Φ150mm；干化器：620×400×850mm炉膛：400×600mm；干化器：1000×600×1500mm热态试验平台：日处理1t/d污泥干化焚烧一体化试验装置•污泥处理量：1t/d•焚烧炉：直径Φ300mm,高度7500mm。•干化器：横截面积300mm×600mm，高度1100mm。•辅助燃料：煤，干污泥一、技术开发情况—创新点和关键技术•创新点：–污泥复合干化–干污泥即时输送•突破的关键技术：–研究城市下水污泥的流动特性、理化特性以及含砂特性等，获得了流化床干化过程中湿污泥与介质的混合流化特性以及干化特性；–研究污泥干度与焚烧之间耦合的热力匹配，实验得出了干化与焚烧一体化的最佳结合点；–研究开发湿污泥循环流化床一体化干化焚烧技术，通过处理量为1t/d试验装置和100t/d工程示范，验证了该工艺技术完全可行；–建立了包括污泥输送、焚烧、污染物控制等组成的处理量100t/d污泥干化焚烧一体化处置集成系统工程示范，试运行效果较好。一、技术开发情况—标志性成果循环流化床一体化污泥焚烧炉杭州七格100t/d污泥焚烧示范工程污泥焚烧一体化系统技术工艺全部打通，包括焚烧系统、热灰分配系统、干化系统等均已基本正常运行。二、技术开发完成情况考核指标完成情况开发的湿污泥循环流化床一体化焚烧炉燃烧效率≥80％经第三方测试，达到98.99%污泥焚烧厂污染物排放达到国家《生活垃圾焚烧污染物控制标准》（GB18485-2001）经第三方检测，指标均达到污泥焚烧灰综合利用率50%已达到在杭州建设规模为100吨/日湿污泥循环流化床一体化焚烧示范工程已于2011年4月投入商业运行，累计处理污泥4500多吨在污泥湿污泥一体化焚烧方面申请发明专利4项申请国内外发明专利8项发表论文10篇已完成申请专利情况序号申请或授权的专利名称申请号或批准号申请/批准国别是否授权1一种湿污泥干化焚烧处理方法2008100224995.4中国否2一种湿污泥干化焚烧处理装置2008100224996.9中国否3一体化污泥焚烧工艺控制系统200910069692.4中国否4一种带冷凝式干燥的湿污泥焚烧处理方法200810238869.4中国是5复合干燥器及带有复合干燥器的湿污泥焚烧处理方法和装置特许第4755250号日本是6一种湿污泥干化焚烧处理装置201210011814.6中国否7一种耐高温防堵阻旋料位开关201210011906.4中国否8一种用于流化床干化器的内嵌逆流式柱形风帽201210019282.0中国否三、示范工程完成情况—杭州七格污水处理厂100t/d污泥焚烧示范工程示范工程进展：•2011.1.15－完成系统完善，实现40%负荷稳定试运行；•2011.3.10－完成辅助燃料系统完善，带满负荷试运行；•2011.4.25～4.28－完成72小时试运行考核；•2011.4.29～－正式运行，工程竣工验收；•2011.11.26～27－委托国家环境分析测试中心和机械工业锅炉及环保产品质量监督检测中心分别对以柴油和煤为辅助燃料的运行工况进行了环境测试和热工性能测试。测试工况•工况1：污泥处理量在75%负荷以上、炉膛出口温度为800℃、辅助燃料为柴油，测试时间：2011年11月26日13:00-18:00•工况2：污泥处理量在75%负荷以上、炉膛出口温度为850℃、辅助燃料为柴油，测试时间：2011年11月26日19:00-24:00•工况3：污泥处理量在75%负荷以上、炉膛出口温度为850℃、辅助燃料为煤，测试时间：2011年11月27日12:00-17:00测试期间一体化污泥焚烧炉运行情况0601201802403000100200300400500600700800900温度/℃时间/min焚烧炉底部温度焚烧炉中部温度焚烧炉顶部温度空气预热器后温度060120180240300020406080100120140温度/℃时间/min热灰侧温度导热油侧温度出口烟气温度06012018024030001002003004005006007008009001000温度/℃时间/min焚烧炉底部温度焚烧炉中部温度焚烧炉顶部温度空气预热器后温度060120180240300020406080100120140温度/℃时间/min热灰侧温度导热油侧温度出口烟气温度06012018024030001002003004005006007008009001000温度/℃时间/min焚烧炉底部温度焚烧炉中部温度焚烧炉顶部温度空气预热器后温度060120180240300020406080100120140温度/℃时间/min热灰侧温度导热油侧温度出口烟气温度工况1工况2工况3热工测试结果测试结论工况1，炉膛出口烟气温度800℃，辅助燃料为柴油，测试结果：污泥处理量78.8t/d，炉膛出口烟气温度805℃，除尘器后烟气温度104℃，焚烧炉实测燃烧效率98.68%。工况2，炉膛出口烟气温度850℃，辅助燃料为柴油，测试结果：污泥处理量85.6t/d，炉膛出口烟气温度864℃，除尘器后烟气温度107℃，焚烧炉实测燃烧效率98.85%。工况3，炉膛出口烟气温度850℃，辅助燃料为燃煤，测试结果：污泥处理量80.1t/d，炉膛出口烟气温度872℃，除尘器后烟气温度104℃，焚烧炉实测燃烧效率98.99%。烟气中污染物排放检测结果项目单位工况一工况二工况三《生活垃圾焚烧污染物控制标准》GB18485-2001烟尘浓度mg/m39.6814.110.480烟气黑度级1111COmg/m315.82.7513.1150NOxmg/m3139175294400SO2mg/m314643.384.4260HClmg/m367.914.44.1675Hgmg/m33.6×10-37.1×10-31.4×10-30.2Cdmg/m31.1×10-32.4×10-36.6×10-40.1Pbmg/m30.0180.0430.0221.6二恶英类毒性当量（TEQ）质量浓度ng/m30.0170.0100.0301.0灰渣重金属浸出毒性检测结果（工况三）测试项目飞灰底渣GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》灼失量（%）0.490.10-汞（mg/L）N.D.N.D.0.1铅（mg/L）N.D.N.D.5镉（mg/L）N.D.N.D.1铬（mg/L）0.035N.D.15六价铬（mg/L）0.016N.D.5铜（mg/L）N.D.0.031100锌（mg/L）N.D.N.D.100铍（mg/L）3.5×10-33.0×10-30.02钡（mg/L）N.D.0.052100镍（mg/L）0.0540.0445银（mg/L）N.D.N.D.5砷（mg/L）7.1×10-39.2×10-35硒（mg/L）8.6×10-39.0×10-31杭州市七格处理污水厂污泥热值跟踪（脱水污泥）时间2005.2.52010.12.232011.3.272011.4.92011.6.122011.9.5来源单位七格二期七格三期湿污泥含水率%81.983.2481.180干基热值kcal/kg284018702433252723481695时间2011.9.142011.9.162011.9.182011.9.202011.9.222011.9.242011.10.20来源单位七格三期湿污泥含水率%76.0377.377.6578.1377.2378.9880.66干基热值kcal/kg1480153617161508153217491683时间2011.10.222011.11.212011.11.232011.11.252011.11.262011.11.27来源单位七格三期湿污泥含水率%77.387273.173.7773.5373.5干基热值kcal/kg165711601361144315451571示范工程设计污泥干基热值：3100kcal/kg工程建设投资及运行费用工程建设投资项目名称合计（万元）湿污泥储运系统247干化焚烧系统1130烟气净化系统75导热油系统100备煤系统11柴油供应系统20空气压缩系统34制氮系统43冷凝水系统17除臭系统54电气系统295自控仪表系统272敷设设备及工艺管道74设备配品配件58建筑工程626其他费用402预备费346建设投资3802不同热值的污泥处理成本测算-按污泥含水率80%计算序号项目名称单位脱水污泥（含水率80%）处理运行费用（单位元/吨）污泥干基热值1500kcal/kg污泥干基热值2400kcal/kg污泥干基热值3100kcal