CN1285521C - 利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化的方法。方法步骤为：1)将垃圾焚烧发电排出的烟气，经除尘，进行两段式干化污泥；2)将城市污水处理厂污泥，或河、湖疏浚污泥，进行污泥干化前的预处理；3)将经过预处理的污泥，用挤条机制成条柱状，进行第一阶段污泥干化；4)上述污泥出窑后，通过冷风输送带，通过分离切割式粉碎机切割成污泥颗粒；5)粒径小于6-10毫米的污泥颗粒，进行第二阶段污泥干化；6)经过上述两段式干化过程，污泥出窑后，通过输送带，送往垃圾发电装置，与垃圾、煤混合，进行焚烧发电。本发明以废治废，使城市污泥得到无害化和资源化处理，既能够产生显著的社会和环境效益，又能获得明显的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化的方法。
背景技术
为了保护我们有限的水资源，创造优良的生存环境，生活污水和工业废水必须经过污水处理厂的处理，达到国家污水排放标准后才能排放，是否拥有城市污水处理***，这已成为一个现代城市文明的标志，也是城市生态环境建设必不可少的环境工程措施。城市污水处理***包括污水处理和污泥处理两部分。近年来，通过引进国外先进技术和技术改造，我国的水处理技术水平有了很大的提高，各种类型的污水都能得到有效地控制，然而，由于国际上没有一种有效的污泥处理技术可以借鉴，我国对污水处理过程中产生的污泥处理技术，远远地落后于城市污水处理技术的发展。各种水处理技术在使污水得到净化的过程中，将污水中绝大部分污染物转移到污泥中，这使得城市污水处理厂产生的污泥具有数量大，且富集高浓度的有毒有害污染物的特点。
河流和湖泊沉积物中富集有大量的有机物和重金属，流经我国城市的大部分河道长年淤积，不仅使河道的航运功能明显下降，而且使水环境质量日益恶化，疏浚是恢复河、湖自然功能和保护水环境行之有效的工程措施。然而，疏浚污泥具有与城市污水处理厂污泥相似的特点，即数量大，含水率高，且富集有机污染物。
目前，我国对城市污水处理厂污泥和河道疏浚污泥主要采取临时堆埋的处置方法，不仅花费大量的资金和占用大量的土地资源，而且给生态环境造成严重的二次污染，特别是污泥中的污水下渗，给地下水资源带来的危害更是无法估计，而事实上城市周围不可能有适合堆放这类污泥的空间和地点，污泥临时堆埋所产生的环境二次污染的危害，实际上抵消了污水处理和河道疏浚的环境效益。面对污泥引起的环境问题日趋尖锐和污泥危害日益加剧的现实，人们尝试利用污泥作为肥料，用于农业或绿化，但是，污泥中所含的各种重金属限制了土壤对污泥利用的适应性(表1)，研究表明，从废水中去除1mg/L的重金属，就会在污泥中积累10000mg/L的重金属，它们会在土壤中富集，并通过作物的吸收进入食物链，最终危害到人体的健康，即使有些污泥来自城市生活污水，重金属含量虽然较低，但污泥中所含的病原体和持久性有机污染物，以及污水处理过程中添加的各种药剂，都会给环境带来潜在的危害。
表1城市污泥和疏浚污泥中重金属的含量变化
| 项目 | 重金属(mg/kg) | 备注 | ||||||||
| Cu | Pb | Zn | Cr | Cd | Ni | As | Hg | |||
| 城市污泥 | 平均值 | 326.6 | 192.9 | 2261 | 296.3 | 4.1 | 297.4 | 16.9 | 3.9 | 根据4年分析数据 |
| 含量范围 | 236.2-397.2 | 80.78-314.0 | 69.5-3790 | 27.9-592.4 | 1.35-7.2 | 57.5-750.3 | 8.9-31.9 | 0.8-4.3 | ||
| 疏浚污泥 | 平均值 | 138.77 | 69.6 | 2042 | 93.0 | 1.6 | 46.8 | 20.7 | 0.8 | 运河(杭州段) |
| 含量范围 | 13.7-772.3 | 17.3-164.2 | 73.89-4153 | 44.1-123.2 | 0.27-6.91 | 27.3-80.7 | 5.97-65.8 | 0.1-5.03 | ||
参考国外污泥焚烧的实践，有的地方试图通过焚烧来达到污泥减量的目的，但是，污泥焚烧设备投资额高，能源消耗量大，运行费用昂贵，污泥焚烧的费用在400元/吨以上，加上污泥在焚烧时，会给大气环境带来污染和焚烧后的残渣仍需处置等原因，根据我国的国情，污泥焚烧处理在经济上难以承受，在技术上还不完善。
随着我国经济的快速发展和城市人口的迅速增长，城市污水的数量在不断地增加，与此同时人们对环境质量的要求越来越高，工业废水和城市生活污水的处理率也将不断提高，这意味着污水处理厂污泥的数量将与日俱增，因此，开辟一条对城市污泥进行安全、经济的有效处理途径，已势在必行。实践表明，城市污泥要得到彻底的处理，必须走无害化、减量化和资源化道路。根据我们对城市污水处理厂污泥的理化性质，进行连续3年的研究表明，污泥中的主要化学成分含量变化不大(表2)，这说明了城市污水处理厂产生的污泥，其主要
表2城市污水处理厂污泥的化学组成(％)
| 样品 | 化学组成(％) | 备注 | ||||||||||
| SiO2 | MgO | CaO | Fe2O3 | Al2O3 | K2O | Na2O | 全氮 | 全磷 | 烧失量 | |||
| 城市污泥 | 含量范围 | 35.10-35.78 | 2.18-3.73 | 5.40-6.44 | 2.80-4.68 | 7.20-8.47 | 0.69-0.82 | 0.51-0.62 | 1.35-2.90 | 0.8-0.7 | 35.26-36.30 | 3年监测数据 |
| 平均值 | 35.49 | 3.13 | 6.53 | 3.84 | 7.94 | 0.73 | 0.58 | 2.13 | 0.75 | 35.95 | ||
化学组成是基本保持稳定的。污泥的烧失量较高，平均达到36％左右，全氮和全磷的含量也较高，这表明污泥中含有较高的有机物质。污泥中有机质含量高，它的热值也高，通过测定表明，城市污水处理厂污泥的热值相当于褐煤的热值，达到标准煤热值的1/3-1/2(表3)；城市河道疏浚污泥中有机质的含量也较高，根据有机物和热值之间的相互关系，它的热值也比较高。如果能将污泥中的热能开发利用起来，不仅能够使城市污泥处理厂污泥和河道疏浚污泥得到彻底安全地处理，而且能够使污泥所具有的热能成为有价值的资源。
表3城市污水处理厂污泥、河道疏浚污泥和煤的燃烧热值
| 品种 | 发热量(干质) | |
| (千焦/千克) | (千卡/千克) | |
| 初沉污泥(新鲜泥) | 15800-18200 | 3780-4354 |
| 活性污泥(新鲜泥) | 15200-15300 | 3636-3660 |
| 活性泥+初沉泥(新鲜泥) | 17000 | 4067 |
| 活性泥+初沉泥(消化泥) | 7450 | 1782 |
| 烟煤(标准煤) | 20900-33500 | 5000-8014 |
| 褐煤 | 9540-12720 | 2282-3043 |
然而，污水处理厂污泥和河道疏浚污泥，通过机械脱水，含水率一般在75％-85％之间，如果要使污泥能够燃烧，必须首先将污泥的含固率达到100％，这意味着需要大量的外加能源，建立在试验基础上的计算表明，要将含水率75％-85％的污泥完全燃尽，使污泥到达燃点所需要的能源，大于污泥燃烧所产生的能量，在也正是污泥焚烧污泥处理需要高费用的原因。我们提出利用垃圾发电厂排放的烟气余热，先将污泥干化，然后，用干化后的污泥与垃圾、煤一起焚烧发电，经过燃烧发电后的垃圾、污泥和煤的残渣，用来生产轻质建筑材料，从而实现城市污水处理厂污泥得到彻底无害化、减量化和资源化处理的最终目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化的方法。
方法的步骤为：
1)将垃圾焚烧发电排出的余热温度为130℃-160℃的烟气，经除尘，分别送到第一回转烘干窑和第二回转烘干窑中，进行两段式干化污泥；
2)将含水率为70-85％的城市污水处理厂污泥，或河、湖疏浚污泥，在污泥堆放场堆放3-5天，并用翻混机进行污泥干化前的预处理；
3)将经过预处理的污泥，用挤条机，制成直径为8-10毫米的条柱状，然后将条柱状污泥送入第一个回转烘干窑，进行第一阶段污泥干化；
4)上述污泥出窑后，通过冷风输送带，经过分离切割式粉碎机，将大的污泥颗粒，切割为直径小于6-10毫米的污泥颗粒；
5)粒径小于6-10毫米的污泥颗粒被送入第二个回转烘干窑，进行第二阶段污泥干化；
6)经过上述两段式干化过程，污泥出窑后，通过输送带，送往垃圾发电装置，与垃圾、煤混合，进行焚烧发电。
焚烧发电残留的无机物作为生产建材的原料。第一个回转烘干窑污泥干化的热风量为80000-150000m3/小时。第二个回转烘干窑内装有扬料板，污泥干化的热风量为40000-80000m3/小时。第一个回转烘干窑直径为2.0-2.4m，长为22-28m，窑内装有使污泥进一步分散的辅助装置和扬料板。第二个回转烘干窑直径为1.8-2.2m，长为20-26m，窑内装有扬料板。污泥干化前的预处理时，释放的臭气，通过土壤生物滤床消除。
本发明的优点：
1)利用垃圾烟气余热干化污泥，可以在不消耗新能源的情况下，将污水处理厂污泥的含水率降低，不仅为利用城市污水处理厂污泥和疏浚污泥的热能发电创造了条件，而且使垃圾发电所产生的能源得到充分的利用，这实际上开辟了一条废物循环利用，以废治废的有效途径，既能够产生显著的社会和环境效益，又能获得明显的经济效益。
2)利用垃圾烟气余热干化污泥，由于热源从烟道截取，截取的烟气量大小可以通过风门控制，因此，当回转烘干窑需要检修时，烟气仍然能够顺畅排出，不会影响垃圾发电的正常运行。
3)本发明利用垃圾烟气余热，使污泥能在低温条件下得到干化，从而保持了污泥原有的热值，干化后的污泥与垃圾、煤一起燃烧发电，既能使城市污水处理厂污泥和河、湖疏浚污泥得到彻底的无害化和减量化处理，又能使污泥的热能资源得到最大程度的利用。由于垃圾发电厂具有严格的大气排放措施，因此，污泥在干化和发电过程中，不会对环境产生任何影响。本发明已在江苏无锡投入实际运用，实践表明，采用该项技术不仅使城市污泥得到有效的无害化和资源化处理，而且使烟气完全达标排放，获得显著的社会、环境和经济三重效益。
附图说明
附图是利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化的方法流程图。
具体实施方式
本发明主要是利用垃圾发电厂烟气余热，通过两段式污泥干化过程，使城市污水处理厂污泥或河、湖疏浚污泥在低温条件下得到干化，从而保持了污泥原有的热能，然后将干化后的污泥与垃圾、煤一起焚烧发电，焚烧后残留的无机物用来制造轻质建筑材料。
本发明是将垃圾发电厂的烟气，通过复合除尘后，用引风机将该余热温度为130-160℃的烟气，经过烟道分别送到两个回转烘干窑中，进行两段式干化污泥。第一个回转烘干窑直径为2.0-2.4m，长为22-28m，窑内装有使污泥进一步分散的辅助装置和扬料板，有助于增加污泥与烟气接触的面积，第二个回转烘干窑直径为1.8-2.2m，长为20-26m，第二个回转烘干窑内装有扬料板，增加污泥与烟气接触的面积。将含水率为70-85％的城市污水处理厂污泥或河、湖疏浚污泥，在污泥堆放场堆放3-5天，并经过翻混机的翻混，一方面使污泥中一部分水份自然蒸发，另一方面使来自不同源的污泥均匀化，然后通过挤条机，把污泥制成直径为8-10毫米的条柱状，为污泥干化时能够充分与烟气接触，提高脱水效果创造条件。将条柱状污泥送入第一个回转烘干窑，进行第一阶段干化，由安装在烟气输送管道与回转烘干窑之间的挡风板控制下，使提供污泥干化的热风量保持在80000-150000m3/小时，经过第一阶段的干化，去除污泥20-30％的水份。上述污泥出窑后，通过冷风输送带，使污泥在降温的过程中进一步降低含水率，冷却后的污泥，经过分离切割式粉碎机，将大粒径的污泥颗粒切割为粒径6-10毫米的颗粒，再送入第二个回转烘干窑，进行第二阶段干化，由安装在烟气输送管道与回转烘干窑之间的挡风板控制下，使提供污泥干化的热风量保持在40000-80000m3/小时，经过第二阶段的干化，去除污泥30-40％的水份。污泥出窑后，通过输送带，送往垃圾发电装置，与垃圾、煤混合，一起进行焚烧发电。污泥经完全焚烧后残留的无机物，其化学成分与垃圾和煤的残留物相似，主要是氧化硅、氧化钙和三氧化铝，可以作为生产建材的原料，直接生产轻质建筑材料。
实施例1，江苏无锡垃圾发电厂，现有两个垃圾焚烧炉投入运行，每台焚烧炉产生的烟气量为150000m3/小时，烟气余热温度150℃左右，利用本项技术日处理城市污泥(含水率75％左右)100吨。先将污泥在堆放场进行预处理，自然蒸发掉一部分水份，并使污泥均匀化，然后通过挤条机，将污泥挤成直径为8毫米的条柱状，送入第一个回转烘干窑，用100000m3/小时的烟气量，进行第一阶段的干化，使污泥的含水率降低25％，该污泥出窑后，经过冷输送带，进入第二回转烘干窑，用50000m3/小时的烟气量，进行第二阶段的干化，使污泥的含水率降低31％，经过二阶段烟气余热干化后的污泥，保持了原始污泥93％的热值，将它与垃圾、煤混合一起焚烧发电，每吨干污泥产生的热值接近于标准煤热值的二分之一，每天相当于贡献由10吨标准煤所发出的电力。焚烧后的残渣，制成轻质墙体材料。这个实例表明了利用该发明技术，不仅能够使城市污泥得到彻底的无害化资源化处理，产生显著的社会和环境效益，而且也能够产生明显的经济效益。
实施例2，浙江垃圾发电厂，垃圾焚烧发电产生的烟气量为130000m3/小时，烟气余热温度130℃左右，利用本项技术日处理城市污泥(含水率75％左右)50吨。先将污泥在堆放场进行预处理，自然蒸发掉一部分水份，并使污泥均匀化，然后通过挤条机，将污泥挤成直径为8毫米的条柱状，送入第一个回转烘干窑，用80000m3/小时的烟气量，进行第一阶段的干化，使污泥的含水率降低20％，该污泥出窑后，经过冷输送带，进入第二回转烘干窑，用50000m3/小时的烟气量，进行第二阶段的干化，使污泥的含水率降低33％，经过二阶段烟气余热干化后的污泥，保持了原始污泥95％的热值，将它与垃圾、煤混合一起焚烧发电，每吨干污泥产生的热值接近于标准煤热值的二分之一，每天相当于贡献由5吨标准煤所发出的电力。
Claims (7)
1.一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化方法，其特征在于，方法的步骤为：
1)将垃圾焚烧发电排出的余热温度为130℃-160℃的烟气，经除尘，分别送到第一回转烘干窑和第二回转烘干窑中，进行两段式干化污泥；
2)将含水率为70-85％的城市污水处理厂污泥，或河、湖疏浚污泥，在污泥堆放场堆放3-5天，并用翻混机进行污泥干化前的预处理；
3)将经过预处理的污泥，用挤条机，制成直径为8-10毫米的条柱状，然后将条柱状污泥送入第一个回转烘干窑，进行第一阶段污泥干化；
4)上述污泥出窑后，通过冷风输送带，经过分离切割式粉碎机，将大的污泥颗粒，切割为直径小于6-10毫米的污泥颗粒；
5)粒径小于6-10毫米的污泥颗粒被送入第二个回转烘干窑，进行第二阶段污泥干化；
6)经过上述两段式干化过程，污泥出窑后，通过输送带，送往垃圾发电装置，与垃圾、煤混合，进行焚烧发电。
2.根据权利要求1所述的一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化方法，其特征在于所述的焚烧发电残留的无机物作为生产建材的原料。
3.根据权利要求1所述的一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化方法，其特征在于所述的第一个回转烘干窑污泥干化的热风量为80000-150000m3/小时。
4.根据权利要求1所述的一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化方法，其特征在于所述的第二个回转烘干窑污泥干化的热风量为40000-80000m3/小时。
5.根据权利要求1所述的一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化方法，其特征在于所述的第一个回转烘干窑直径为2.0-2.4m，长为22-28m，窑内装有使污泥进一步分散的辅助装置和扬料板。
6.根据权利要求1所述的一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化方法，其特征在于所述的第二个回转烘干窑直径为1.8-2.2m，长为20-26m，窑内装有扬料板。
7.根据权利要求1所述的一种利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化方法，其特征在于所述的污泥干化前的预处理时，释放的臭气，通过土壤生物滤床消除。
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