一、项目名称: 污泥搅动型间接热干化和复合循环 ... - 浙江省科学技术厅.pdf
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1、 一、项目名称: 污泥搅动型间接热干化和复合循环流化床清洁焚烧集成技术 二、推荐单位:浙江省科学技术厅 三、拟申报奖种: 国家科技进步奖 四、项目简介: 1. 立项背景立项背景 随着我国城市基础设施建设的加强和工业化进程的加快, 污水处理率逐步提 高,伴随产生了大量污泥。市政污水处理厂每年污泥产生量接近 4000 万吨,工 业(印染、造纸、制革)污泥总量是城市污水污泥的 23 倍。污泥是污水处理过 程污染物浓缩,含有重金属、致癌、致畸、致突变的“三致”有机污染物和病原微 生物,随意抛弃会造成严重的二次污染。全国每年总量超过 1 亿吨的各类污泥所 造成的环境危害,不亚于生活垃圾。我国早期污水处理
2、厂建设存在“重水轻泥” 的思想,80%以上的污泥采用露天堆放或简易填埋的方式随意处理,造成严重的 二次污染。 根据发达国家的经验,污泥焚烧是一种因地制宜、节能减排的污泥无害化处 置方式,可以使污泥的体积减量 90%,可以回收污泥中的能量,高温能够杀死病 原体,焚烧后的飞灰如果属于危险废弃物可以通过卫生填埋实现无害化处置;不 属于危险废弃物的焚烧灰可以被综合利用,制成有用的建材产品。根据目前的脱 水工艺,脱水后污泥含水率仍然较高(通常接近 80%),一般需要经过干化,使 低热值的污泥转变成较高热值的可用燃料,然后实施清洁高效燃烧,通过回收焚 烧后产生的热能用于污泥干化或者供热发电。 污泥进行能源
3、化利用所面临的技术难点包括以下三个方面: 一是污泥含水率 高、粘滞性强,采用何种干化技术降低其含水率,实现能源化利用?二是污泥不 同于常规燃料,其热值低、含水率高、飞灰量大,采用什么燃烧技术才能保证高 效、彻底燃烧、燃尽?三是污泥中含有大量的污染物,怎样保证污泥干化焚烧过 程中不会产生二次污染? 本项目面向国家污泥无害化处理处置的重大需求, 以污水处理厂污泥的减量 化无害化处置为目标,兼顾污泥能源化资源化利用,在污泥搅动型间接热干化、 复合循环流化床污泥焚烧以及污泥干化焚烧过程的污染物控制等方面实现了关 键技术突破。形成了拥有自主知识产权的系列化污泥干化焚烧集成技术装备,打 破了国外公司的技术
4、垄断, 通过技术创新实现了污泥干化焚烧处置系统的长期可 靠稳定运行,为我国污泥的无害化、减量化和资源化处理处置提供了有效的技术 选择。 2. 关键技术内容关键技术内容 本项目主要的创新成果包括: 创新点创新点 1. 开发了国内首台套污泥搅动型间接干化设备。原创性提出了污泥 在搅动型间接干化设备内粘滞点的定义,探明了污泥在搅动型间接干化设备内 温度、含水率和粘滞特性的时空规律。开发了国内首台套搅动型间接干化机, 开发了国内首台套污泥搅动型间接干化设备。原创性提出了污泥 在搅动型间接干化设备内粘滞点的定义,探明了污泥在搅动型间接干化设备内 温度、含水率和粘滞特性的时空规律。开发了国内首台套搅动型间
5、接干化机, 通过叶片多种布置方式创新、根据污泥粘滞状况设置角度可调的羽根、强化传 热、热源多点多段进入等技术手段,有效解决了在干燥阶段污泥粘滞问题。开 发了污泥干化机的前置式 通过叶片多种布置方式创新、根据污泥粘滞状况设置角度可调的羽根、强化传 热、热源多点多段进入等技术手段,有效解决了在干燥阶段污泥粘滞问题。开 发了污泥干化机的前置式 E 型换热器,通过将干化尾气能量用于污泥预加热, 比常规的污泥干化装置节能 型换热器,通过将干化尾气能量用于污泥预加热, 比常规的污泥干化装置节能 10%左右。左右。 原创性提出了污泥在搅动型间接干化设备内粘滞点的定义。原创性提出了污泥在搅动型间接干化设备内粘
6、滞点的定义。污泥作为高粘 滞性、高含水率的特种固体废弃物,如果在干化过程中粘结在换热器表面,将造 成传热的恶化和处理能力的下降,是阻碍干化技术发展的难点。应用自主研发的 污泥粘滞测定方法和装置, 通过测量污泥在搅动型干化设备内的干化速率和搅动 功率, 定义了污泥干化速率最低、 所需搅动功率最高处所对应的含水率为粘滞点。 研究表明典型污泥的粘滞点处于含水率为 5060%的范围。发现了污泥干化速率 在搅动型间接干化设备内呈“双峰”分布的特性,通过创新结构设计的搅动混合 和强化传热,可以使污泥干化速率在越过粘滞点后重新上升,克服了污泥干化粘 滞导致传热恶化的难题。 成功开发了国内首台套搅动型间接干化
7、机。成功开发了国内首台套搅动型间接干化机。 利用已经做一部分功的低压余热 蒸汽(0.4-0.6MPa)进行干化,蒸汽冷凝后可回用,节约能源。采用每分钟 34 转的低速搅拌, 有效防止金属表面的磨损, 对于含沙量较高的中国污泥尤其适合。 针对污泥粘滞性强的特点对干化机结构进行了创新设计: 根据污泥处理量和污泥 粘滞性,采用圆盘、多轴或者盘管的内部受热面布置方式,适应不同类型的污泥 干化需要;根据污泥在干化设备内部粘滞性的空间分布,采用可装卸式变角度羽 根搅拌和固定式叶片送料,提高对粘稠污泥的适应能力;设计了换热表面的短肋 片以达到强化传热、增强换热系数的目的;采用热源多点多段进入的方式增加换 热
8、的平均温差。在设备大型化制造方面,通过中空轴的优化设计和先进的制罐工 艺技术,使本体结构更加牢固,提高了整机运行的稳定。 开发了污泥干化机的前置式开发了污泥干化机的前置式 E 型换热器,实现污泥干化的节能。型换热器,实现污泥干化的节能。传统的污 泥干化系统能量利用率较低。计算表明,污泥干化尾气带走的热量占整个能量损 失的 70%以上。创新性地开发了前置式 E 型换热器,将污泥干化尾气换热给进 入干化机前的湿污泥,使湿污泥温度由室温上升至 80再进入干化机,减少污 泥在干化机内的吸热量,从而达到降低蒸汽消耗的目的。实际应用表明,采用前 置式 E 型换热器的污泥干化系统比常规的污泥干化装置节能 1
9、0%左右。 创新点创新点 2. 开发了复合循环流化床污泥焚烧技术。探明了不同来源污泥的燃 烧特性,揭示了污泥在流化床内燃烧过程中的水分和挥发分的析出规律。开发 了半绝热复合循环污泥流化床焚烧锅炉,以半绝热膜式水冷壁、干湿污泥逆向 流动、物料多重循环和冷热风分级送风为核心,实现了污泥焚烧锅炉的稳定高 效运行。掌握了干化后污泥在燃煤锅炉或生活垃圾焚烧锅炉掺烧后对燃料组分、 燃烧温度、烟气流量、锅炉效率、受热面磨损和运行成本的影响。 开发了复合循环流化床污泥焚烧技术。探明了不同来源污泥的燃 烧特性,揭示了污泥在流化床内燃烧过程中的水分和挥发分的析出规律。开发 了半绝热复合循环污泥流化床焚烧锅炉,以半
10、绝热膜式水冷壁、干湿污泥逆向 流动、物料多重循环和冷热风分级送风为核心,实现了污泥焚烧锅炉的稳定高 效运行。掌握了干化后污泥在燃煤锅炉或生活垃圾焚烧锅炉掺烧后对燃料组分、 燃烧温度、烟气流量、锅炉效率、受热面磨损和运行成本的影响。 揭示了污泥在流化床内的燃烧特性和燃烧过程。揭示了污泥在流化床内的燃烧特性和燃烧过程。 针对中国的典型污泥 (市政 污泥、造纸污泥和印染污泥等),全面测定了污泥的含水率、热值、元素组成、 着火温度、灰成分和灰熔点等特性,并建立了典型污泥燃烧特性数据库。污泥在 炉膛燃烧过程的研究表明, 污泥燃烧与一般的燃料有较大的差异。 由于含水量大, 水份蒸发过程在进入炉膛初期占主导
11、地位, 挥发份析出和燃烧在进入炉膛后期占 主导地位, 据此提出了综合考虑传热传质的污泥在流化床中燃烧时水份蒸发和挥 发份析出模型。 开发了复合循环污泥焚烧锅炉。开发了复合循环污泥焚烧锅炉。 创新性地提出和开发了复合循环污泥流化床 焚烧技术,其主要的技术创新在于:利用半绝热膜式壁作为焚烧锅炉炉墙,根据 污泥热值灵活布置或取消炉内受热面;湿污泥从上部进入炉膛向下流动,与干污 泥随一次风从炉底向上流动形成逆流,调节炉内纵向温度分布的均匀性;采用高 温预热空气以保证低热值污泥在流化床密相区的稳定燃烧, 空气预热器布置在辐 射段,一次风出口温度高达 400;通过冷热风多级送风,防止床层温度不够而 稀相区
12、超温的纵向温度偏差;设计包括炉膛内部、分离器回送和飞灰回送的物料 三重循环以提高污泥的燃尽率,促进温度分布均匀;尾部受热面采用抗腐蚀管材 和防磨鳍片,以减少污泥飞灰在尾部受热面的腐蚀和堵塞;采用全顺列、大节距 等不同于燃煤锅炉的尾部受热面布置方式,有利于清除飞灰的沉积。 掌握了干化后污泥在燃煤锅炉或生活垃圾焚烧锅炉掺烧的方法。掌握了干化后污泥在燃煤锅炉或生活垃圾焚烧锅炉掺烧的方法。将污泥干 化与燃煤或生活垃圾焚烧发电相结合, 既利用了已有的焚烧设备和尾气处理系统 处置污泥,又实现了能源的梯级利用。干化所需的热源来自于汽轮机已经发电作 功后的部分低品位余热蒸汽抽汽或排汽,干化污泥并替代常规燃料入
13、炉焚烧发 电,提高了能源综合利用效率和系统运行的经济性,是国家鼓励发展的污泥协同 处置技术。掌握了干化后污泥在燃煤锅炉或生活垃圾焚烧锅炉掺烧后对燃料组 分、燃烧温度、烟气流量、锅炉效率、受热面磨损和运行成本的影响,并针对性 地提出了减少炉内受热面以稳定床温、 增加尾部受热面管距以防止堵灰等技术措 施,使干化后污泥在燃煤锅炉或生活垃圾焚烧锅炉掺烧的技术得到可靠的应用。 创新点创新点 3. 研发了污泥干化焚烧过程中的污染物控制技术。掌握了污泥在干 化和燃烧过程中的污染物排放特性,探明了污泥中氮、硫和氯等典型组分以及 干化污泥与煤掺烧对二噁英生成和影响的规律,揭示了污泥干化过程中的臭气 生成特性和影
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