污泥焚烧系统、方法和用于焚烧污泥的干式排渣锅炉

摘要

本发明涉及城市污泥无害化、减量化处理，更具体地涉及一种污泥焚烧系统、方法和用于焚烧污泥的干式排渣锅炉。该污泥焚烧系统包括：污泥储存设备，其用于储存污水处理厂产生的污泥；污泥输送设备，其一端连接至污泥储存设备，用于输出污泥储存设备中的污泥；污泥焚烧锅炉，其连接至污泥输送设备的另一端，用于焚烧来自污泥输送设备的污泥，其中，污泥焚烧锅炉是火电厂的干式排渣锅炉；其特征在于，污泥焚烧锅炉包括用于将污泥直接雾化并喷射至炉膛底部的至少一个雾化污泥供给装置。采用该污泥焚烧系统进行污泥焚烧，不但不会影响干式排渣锅炉的燃烧工况，而且有利于烟气粉尘的控制，同时还能起到尾气净化和重金属固化等作用。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及城市污泥无害化、减量化处理，更具体地涉 及一种污泥焚烧系统、方法和用于焚烧污泥的干式排渣锅炉。

背景技术

[0002]为了控制水污染和实现污水资源化，世界各国都对城市 污水处理率提出了越来越高的要求。随着污水处理设施的普及、处理 率的提高和处理程度的深化，污泥产量会不可避免地愈来愈大，从而 使污泥处置问题变得日益重要。污泥是指在城市污水处理过程中产生 的半固态或固态物质，不包括栅渣、浮渣和沉砂的一种含水率很高的 纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状泥粒，其是城市污水处 理的必然的副产物。如何将污水处理厂每天产生的数量巨大、成分复 杂且污染严重的污泥进行无害化处置和资源化利用是世界各国政府深 为关注的问题。

[0003]由于污泥具有不同于其它固体废物的特征，例如具有一 定热值(2200-3000大卡/每公斤干污泥)，其在经过处理后可以作为 低热值的燃料加以利用，因此通过焚烧来处置污泥成为资源化利用的 首选方案。

[0004]目前普遍应用的一种焚烧处置方案是利用流化床锅炉混 烧。具体而言，就是依托电厂现有的燃煤锅炉，通过对焚烧方式进行 技术改造，将脱水污泥按比例掺杂在煤块中进行焚烧，无需建造单独 的干化焚烧系统，只需更新改造现有的电厂锅炉。在很多经济实力薄 弱的地区，这种方案的可操作性极强。然而，中、小型循环流化床锅 炉的炉膛不适于焚烧城市污泥，这是因为混烧将导致锅炉烟气量大幅 增加，烟气流速会增大，使烟气在炉内停留时间不能保证大于2秒， 满足不了在850℃以上停留时间大于4秒的要求，致使飞灰中的二噁英 类及重金属污染物不能完全分解。同时，由于城市污水处理厂的污泥 经机械脱水后污泥含水率大于80％，污泥的热值利用率较低。另外，烟 气中的湿度增加，使烟气温度有一定的降低，降低了锅炉传热效率。

[0005]另一种焚烧处置方案是利用烟气余热干化后焚烧。具体 而言，就是通过电厂排放的烟气对污泥进行干化处理之后再进行燃烧。 污泥干化是指将电厂排放的温度为102-130℃的烟气余热资源通过特 殊装置引入污泥干化系统来干化污泥，有效降低污泥热干化介质的氧 含量，并对污泥进行杀菌处理，通过降低污泥含水率，使污泥的体积 减小，并形成质地坚硬的污泥团粒，干化工艺是该处置方案的核心工 艺。但是，利用烟气余热(102-130℃)烘干城市污泥会在污泥干燥 的过程中不可避免地使污泥中的有机物随水分蒸发进入干燥的烟气 中，虽然将静电除尘、湿法脱硫等既有设施充分利用，也只是起到减 量化处置的作用，不能确保烟气中的有害物质进行分解和氧化。所以 利用烟气直接干化后焚烧在环保排放方面存在问题。

发明内容

[0006]鉴于上述问题，本发明旨在提出一种污泥处理量大、环 境友好、结构简单的污泥焚烧处置方案。根据该方案焚烧污泥，不但 不会影响锅炉的燃烧工况，而且有利于烟气粉尘的控制，同时还能起 到尾气净化和重金属固化等作用。

[0007]为此，本发明提供一种污泥焚烧系统，该污泥焚烧系统 可包括：污泥储存设备，其用于储存污水处理厂产生的污泥；污泥输 送设备，其一端连接至所述污泥储存设备，用于输出所述污泥储存设 备中的污泥；污泥焚烧锅炉，其连接至所述污泥输送设备的另一端， 用于焚烧来自所述污泥输送设备的污泥，其中，所述污泥焚烧锅炉是 干式排渣锅炉；其特征在于，所述污泥焚烧锅炉包括至少一个雾化污 泥供给装置，所述雾化污泥供给装置用于将来自所述污泥输送设备的 污泥直接雾化并喷射至炉膛底部，从而使污泥逆向与炉膛中下落的高 温灰渣直接混合并燃烧。

[0008]在优选实施方式中，所述雾化污泥供给装置可以是设置 在渣斗处的污泥雾化喷嘴。

[0009]在优选实施方式中，所述污泥雾化喷嘴可沿所述污泥焚 烧锅炉下方的干式排渣机的运动方向固定在水冷壁下部与渣斗上部之 间的机械密封装置处。

[0010]在优选实施方式中，所述污泥雾化喷嘴的喷射压力可以 为大约2.5Mpa并且/或者所述污泥雾化喷嘴的雾化角可以与水平面成 10-35°并且/或者所述污泥雾化喷嘴的雾化射程大约为所述渣斗长 度的1/5-3/5。

[0011]在优选实施方式中，所述污泥雾化喷嘴的喷射量可根据 所述污泥焚烧锅炉的热负荷情况在2-4t/h(每个喷嘴)的范围内变化。

[0012]在优选实施方式中，所述污泥储存设备可以是至少一个 半地下式或地下式污泥储存池，并且所述污泥储存池中可设置有至少 一个污泥搅拌机，用于定期地将污泥搅拌均匀。

[0013]在优选实施方式中，该污泥焚烧系统还可包括一端安装 有负压风机的抽吸管道设备，所述负压风机气密地连接至所述污泥储 存池顶部的出气口并且所述抽吸管道设备的另一端气密地连接至所述 污泥焚烧锅炉的炉膛底部，以便将所述污泥储存池中产生的臭气/沼气 送入所述污泥焚烧锅炉中进行燃烧。

[0014]在优选实施方式中，所述污泥输送设备可包括至少一个 污泥输送泵、至少一个污泥进料机以及连接所述污泥输送泵和所述污 泥进料机的污泥输送管道。

[0015]在优选实施方式中，该污泥焚烧系统还可包括设置在所 述污泥焚烧锅炉下游的静电除尘器和脱硫吸收塔，用于捕集燃烧烟气 中尚存的有害气体。

[0016]在优选实施方式中，所述污泥雾化喷嘴的四周可安装有 用于通风冷却的护套管，所述护套管内的冷却风来自锅炉送风机出口。

[0017]本发明还提供一种干式排渣锅炉，其特征在于，所述干 式排渣锅炉可包括至少一个雾化污泥供给装置，所述雾化污泥供给装 置用于将污水处理厂产生的污泥直接雾化并喷射至炉膛底部，从而使 污泥逆向与炉膛中下落的高温灰渣直接混合并燃烧。

[0018]在优选实施方式中，所述雾化污泥供给装置可以是污泥 雾化喷嘴，所述污泥雾化喷嘴沿所述干式排渣锅炉下方的干式排渣机 的运动方向固定在水冷壁下部与渣斗上部之间的机械密封装置处。

[0019]在优选实施方式中，所述污泥雾化喷嘴的喷射压力可以 为大约2.5Mpa并且/或者所述污泥雾化喷嘴的雾化角可以与水平面成 10-35°并且/或者所述污泥雾化喷嘴的雾化射程大约为所述渣斗长 度的1/5-3/5。

[0020]本发明还提供一种污泥焚烧方法，其包括如下步骤：设 置污泥储存设备，该污泥储存设备用于储存污水处理厂产生的污泥； 设置污泥输送设备，该污泥输送设备的一端连接至所述污泥储存设备， 用于输出所述污泥储存设备中的污泥；设置污泥焚烧锅炉，该污泥焚 烧锅炉连接至所述污泥输送设备的另一端，用于焚烧来自所述污泥输 送设备的污泥，其中，所述污泥焚烧锅炉是干式排渣锅炉。该方法的 特征在于还包括设置至少一个雾化污泥供给装置的步骤，所述雾化污 泥供给装置用于将来自所述污泥输送设备的污泥直接雾化并喷射至炉 膛底部，从而使污泥逆向与炉膛中下落的高温灰渣直接混合并燃烧。

[0021]在优选实施方式中，所述雾化污泥供给装置可以是污泥 雾化喷嘴，所述污泥雾化喷嘴可沿所述干式排渣锅炉下方的干式排渣 机的运动方向固定在水冷壁下部与渣斗上部之间的机械密封装置处。

[0022]在优选实施方式中，所述污泥雾化喷嘴的喷射压力可以 为大约2.5Mpa并且/或者所述污泥雾化喷嘴的雾化角可与水平面成10 -35°并且/或者所述污泥雾化喷嘴的雾化射程可以为所述渣斗长度 的1/5-3/5。

附图说明

[0023]图1是干式排渣机系统的示意图；

[0024]图2是根据本发明实施方式的污泥焚烧系统的污泥焚烧 锅炉部分的示意图。

具体实施方式

[0025]下面将参照附图详细描述根据本发明实施方式的污泥焚 烧系统和干式排渣锅炉。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的 元件。应该指出的是，下文的描述仅涉及本发明的技术方案以及与该 技术方案直接相关的本领域公知技术。对于与本发明相关的其它基础 性公知技术，本文中予以省略。

[0026]图1以示意图示出了干式排渣机1的工作原理，其中， 锅炉10的炉膛中下落的热灰渣(850-1000℃)(未图示)经炉底排渣 装置落到钢带式输渣机11的输送钢带110上。在锅炉炉内负压的作用 下，通过钢带式输渣机11的壳体四周的通风孔进入少量冷空气，冷空 气逆向与炉渣相混，使热灰渣在输送钢带110上逐渐被冷空气冷却， 完成冷空气与高温炉渣之间的热交换。冷空气受热升温到300-400℃ (相当于二次风的送风温度)并进入炉膛，而灰渣被冷却到200℃以下， 所产生的热风进入炉膛，冷却后的炉渣从锅炉底部由不锈钢输送带110 低速移动输出。逆流的冷空气在锅炉负压的作用下带着高温底渣所含 的热量、辐射热量及炉渣中未完全燃烧的炭所含的热量进入锅炉燃烧 室。热力计算结果表明，炉底漏风的温度将升高到200℃以上。此外， 图1中还示出了位于渣斗112上方的机械密封装置13、位于渣斗112 下方的可选的底部关断门113、清扫链111、碎渣机12以及排渣机的 下游系统14，这些装置或系统的构造、功能和操作都是本领域技术人 员公知的，因此本文中不再赘述。

[0027]图2示出了根据本发明实施方式的污泥焚烧系统100的 污泥焚烧锅炉部分的示意图。根据本发明的实施方式，该污泥焚烧系 统包括：污泥储存设备(未图示)，其用于储存污水处理厂产生的污 泥；污泥输送设备(未图示)，其一端连接至所述污泥储存设备，用 于输出所述污泥储存设备中的污泥；污泥焚烧锅炉10，其连接至所述 污泥输送设备的另一端，用于焚烧来自所述污泥输送设备的污泥，其 中，所述污泥焚烧锅炉10是干式排渣锅炉；其特征在于，所述污泥焚 烧锅炉10包括至少一个雾化污泥供给装置，所述雾化污泥供给装置用 于将来自所述污泥输送设备的污泥直接雾化并喷射至炉膛底部，从而 使污泥逆向与炉膛中下落的高温灰渣直接混合并燃烧。作为示例，本 发明的污泥焚烧系统100可以是火电厂的干式排渣锅炉，但是本发明 不限于此，在所附权利要求限定的范围内，本领域技术人员能够容易 地将其应用于其它任何合适的锅炉。

[0028]在该污泥焚烧系统100中，污泥以雾化方式喷射至炉膛 底部，从而借助下落高温灰渣的热量来燃烧。因此，该污泥焚烧系统 100的雾化污泥供给装置可以是设置在渣斗处的污泥雾化喷嘴101。并 且，该污泥雾化喷嘴101优选地沿污泥焚烧锅炉10下方的干式排渣机 的运动方向固定在水冷壁下部与渣斗上部之间的机械密封装置13处， 从而避免因锅炉在启动和停止的状态下，锅炉悬吊式水冷壁上、热态 下膨胀(可达280mm左右)对喷嘴位置和角度造成影响。相应地，污 泥进泥管道与喷嘴可以设计成采用刚性联接。然而，应该指出的是， 雾化污泥供给装置不限于污泥雾化喷嘴101的形式，只要能够在锅炉 的炉膛底部提供雾化污泥从而使所述雾化污泥逆向与炉膛中下落的高 温灰渣直接混合并燃烧，该雾化污泥供给装置也可以采用其它任何合 适的形式。

[0029]该污泥储存设备可以是半地下式或地下式污泥储存池， 并且所述污泥储存池中设置有污泥搅拌机，用于定期地将污泥搅拌均 匀。应该理解的是，由于城市污水处理厂通常与电厂相邻，因此，所 述污泥储存池可以是专门设置在电厂中的污泥储存设备，也可以是定 位在城市污水处理厂中的污泥储存设备。在后一种情况下，可通过专 用污泥供给管道将城市污水处理厂中的污泥直接输送到电厂的锅炉处 进行燃烧，避免了在电厂中建造诸如污泥储存池的污泥储存设备以及 将污泥从城市污水处理厂运输到电厂的需要。

[0030]在优选实施方式中，该污泥焚烧系统还可包括一端安装 有负压风机的抽吸管道设备，该负压风机气密地连接至污泥储存池顶 部的出气口并且抽吸管道设备的另一端气密地连接至污泥焚烧锅炉的 炉膛底部，以便将污泥储存池中产生的臭气/沼气送入污泥焚烧锅炉中 进行燃烧，从而消除因臭气/沼气逸出污染环境和遇明火爆燃的风险。

[0031]该污泥输送设备可包括污泥输送泵、污泥进料机以及连 接污泥输送泵和污泥进料机的污泥输送管道。应该指出的是，只要能 够保证在污泥尽可能少地堵塞或不发生堵塞的情况下被输送，上述污 泥输送泵、污泥进料机和污泥输送管道的形式、数量、位置以及组合 方式都可以根据具体应用场合进行调整。并且，该污泥输送设备可设 置有用于冲洗管道的冲洗排放系统，以便定期地或者在发生堵塞的情 况下对污泥输送管道进行清洗和疏通。

[0032]另外，该污泥焚烧系统还可包括设置在污泥焚烧锅炉下 游的静电除尘器和脱硫吸收塔，以便捕集燃烧烟气中尚存的有害气体。

[0033]根据本发明的污泥焚烧系统的工作原理如下：脱水污泥 浆在污泥储存设备-污泥储存池中被搅拌成均匀的污泥浆，污泥浆需 定期进行搅拌以防止沉淀。将污泥储存池中的污泥浆通过污泥输送设 备输送到锅炉渣斗处的污泥雾化喷嘴101，污泥雾化喷嘴101将污泥直 接雾化并喷射至锅炉10的炉膛底部，雾化污泥逆向与煤粉燃烧锅炉中 下落的高温灰渣(＞850℃)直接混合并烧烧。应该指出的是，300MW机 组锅炉一般设计两个渣斗，在每个渣斗处安装一个污泥雾化喷嘴，污 泥雾化喷嘴的喷射量为大约2-4t/h。300MW机组锅炉的污泥焚烧量大 约4-8t/h。

[0034]在进行污泥雾化时，为了适应污泥这种特殊的介质应用， 污泥雾化喷嘴101必须具备良好的雾化特性、合适的雾化角和射程。 污泥雾化喷嘴101的雾化角通常可以选在与水平面成10-35°的范围 内，雾化射程通常可以选在干式排渣机的渣斗长度的1/5-3/5(约1- 4m)左右的范围内，即要求不要将污泥喷射到渣斗壁上，又能保证雾化 后的污泥浆稳定均匀地喷入锅炉炉膛下部，利用锅炉炉膛中下落的热 灰渣(＞850℃左右)的多余热量将污泥中多余的水分蒸发和燃烧，良 好的雾化可以减少污泥浆液滴的细度，能保证雾化后的污泥浆在炉膛 底部稳定着火和燃烧，一部分未燃烧的微粗污泥直接落到850℃左右的 热灰渣上并继续进行燃烧，从而确保污泥浆得到全部燃烧，并且节约 能源的消耗。所以特殊的燃烧方式使污泥供料粒度的大小对污泥燃烧 的完全程度、炉膛燃烧工况和锅炉的飞灰等基本没有影响。由于雾化 污泥在燃烧过程中吸收一部分下落的热灰渣的热量，能够对降低锅炉 排渣温度起到作用，确保灰渣能够被冷却到200℃以下。污泥燃烧后的 烟气和飞灰由于炉膛的微负压作用而沿着炉膛上升、经过锅炉炉膛的 燃烧区进行高温(1500-1800℃)处置，使飞灰中的二噁英类及重金 属污染物质得到全部分解。高温下废弃物中主要有机物的有害成分焚 毁率可达99.999％以上，飞灰中的重金属经高温熔融后也不会溶出，气 体在整个高温区的停留时间长(大于4S)。如上所述，后续的燃烧烟 气经过静电除尘器和脱硫吸收塔的洗涤可捕集其中尚存的有害气体， 确保了所排放烟气得到彻底净化。

[0035]另外，污泥的焚烧特性与煤存在差异，它有较低的分解 温度、起燃温度和燃尽温度，燃烧完全所需的时间也较少，因此进入 炉膛底部的少量干态污泥的燃烧不会改变锅炉燃烧的火焰中心。

[0036]作为雾化污泥供给装置，污泥雾化喷嘴101不但要求具 备良好的雾化特性，还应该具备能防止喷嘴在不焚烧污泥时被炉内高 温烧毁的特性。为确保喷嘴在不焚烧污泥时不被炉内高温烧毁，在污 泥雾化喷嘴四周可以安装通冷却风的护套管，护套管内的冷却风来自 送风机出口。并且，污泥雾化喷嘴101应该具有良好的防堵性能，其 应该设置有在被堵塞之后可进行吹扫、疏通的系统，以保证污泥焚烧 系统连续、稳定地工作，从而保证长期连续运行。

[0037]在雾化污泥的燃烧过程中，污泥中的有机物所产生的热 量可作为蒸发污泥中所含水分的能量。同时，污泥中所含的80％左右的 水分在燃烧过程中起着独特的作用。具体而言，由于污泥的焚烧量相 对较少(以300MW机组为例，4-8t/h左右)，炉膛下部进入炉膛的水 汽量远低于发电厂使用湿式捞渣机时的水汽量(30t/h左右)，对锅炉 炉膛的燃烧工况不会产生影响，并且进入炉膛的少量的水蒸气使燃烧 后生成的粉尘的集尘性变得更好，对减少锅炉的烟气飞灰含量和受热 面的冲刷磨损有一定的作用。因此，燃烧污泥有利于烟气粉尘的控制。

[0038]再者，电厂燃煤锅炉的炉膛燃烧区域较大，污泥的焚烧 空间很大，可以维持均匀、稳定的焚烧氛围。并且具有处置温度高(1500 -1800℃之间)、焚烧空间大、热容量大以及焚烧停留时间长等特点， 这些都决定了由电厂燃煤锅炉处置的污泥规模较大。另外，在炉膛底 部焚烧城市污泥能够满足需要过剩空气系数大的热氧化环境条件。并 且通过焚烧可使有害污泥中可能存在的金属元素稳固地固化在燃料煤 的矿物中，因此电厂燃煤锅炉污泥焚烧起到了尾气净化和重金属高温 固化的双重作用。污泥焚烧的减量化、无害化处理明显优于一般的专 用焚烧炉。

[0039]特别是对于城市污水采用适应性很强的石灰混凝处理系 统污水污泥，石灰混凝法是将石灰软化和污废水混凝处理相结合，石 灰混凝处理城市污水主要生成CaCO3污泥浓浆。因此，在石灰混凝处 理城市污水污泥焚烧过程中CaCO3具有吸硫作用，使燃烧过程中的SO2 和CaCO3发生化学反应，形成固态硫酸钙(CaSO4)，附着在灰尘上或凝 聚成细微颗粒被除尘器捕集，所以整个系统能够降低二氧化硫的实际 排放浓度。

[0040]另外，需要指出的是，根据本发明的技术方案，仅需对 例如大型火电厂的干式排渣锅炉进行相应的技术改造，便可实现污泥 的减量化、无害化处理。也就是说，可以充分利用大型火电厂已有的 和新建的干式排渣锅炉，仅需增加污泥储存和输送设备的投资，在污 泥焚烧锅炉方面不需要增加任何投资，因此可以大幅度降低成本、提 高经济可行性。

[0041]尽管上面已经参照附图描述了本发明的具体实施方式， 但是，本发明不限于所述实施方式，特别是在污泥雾化喷嘴的布置方 式上不限于所述实施方式。在不偏离本发明的理念和范围的情况下， 本领域技术人员能够容易地作出本发明的各种改型、变型和等同方案， 这些改型、变型和等同方案都将落入本发明的范围内。