（环境工程专业论文）热电厂循环流化床锅炉焚烧污水厂污泥试验研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 本课题在分析国内外污泥处置研究和应用现状的基础上，结合常州市污泥处置 的实际情况，因地制宜，通过在常州第一热电厂5 撑锅炉进行输送及控制系统进行改 造，选用常州市丽华污水处理厂脱水污泥直接送入炉体与煤进行混合燃烧。通过不 同掺烧量污泥对锅炉运行工况的影响及对烟气污染物及灰渣重金属含量进行测定， 确定最佳掺烧量，并进行规模化运行成本等测算。研究结果表明： ( 1 ) 因地制宜地利用热电厂循环流化床锅炉掺烧城市污水厂污泥是污泥处置方 式的重大创新，是对城市污水厂污泥处置方式的重要补充。污泥系统与原锅炉系统 有机集成，整个工艺流程十分简洁，污泥输送系统高效。充分利用锅炉系统现有设 备，将污泥料仓中臭气送入锅炉焚烧，彻底解决了污泥储存中的安全和环保问题。 热电厂以产蒸汽为主，适量的污泥投入循环流化床锅炉与煤混合焚烧对电厂本身影 响不大。 ( 2 ) 随着污泥掺拌量的增加，减温幅度增加。在该试验的条件下，减温幅度与 污泥掺拌量之间的拟合关系为： y = 3 4 5 2 9l n ( x ) + 2 8 7 7 3 式中，y 值表示减温幅度，：x 值表示污泥掺拌量，t 1 1 。 热效率随着污泥掺拌量的增加而降低。在该试验的条件下，热效率与污泥掺拌 量之间的拟合关系为： y = 一2 7 4 4 6 x + 8 7 7 6 3 式中，y 值表示热效率，；x 值表示污泥掺拌量，们l 。 ( 3 ) 该污泥处置方式，仅考虑常州市现状污泥量的处置就将产生巨大的经济效 益，以日产8 0 含水率污泥2 0 0 吨计算，投资分别比卫生填埋、土地利用、干化焚 烧分别节约5 0 万元、2 0 5 0 万元、3 0 5 0 万元，年运行成本分别节约3 1 6 万元、5 1 5 9 万元、1 2 4 5 9 万元，值得在常州及条件类似的地区推广。 ( 4 ) 社会效益显著，污泥可最大化实现减量，经高温焚烧的污泥产生的灰渣己 稳定和无害，灰渣可售给市政建筑公司作路基材料或建材厂制砖，最终又实现了资 源化利用，实现了生态的良性循环，是科学发展观的集中体现。 关键词：城市污水厂；污泥处置；焚烧；经济效益 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i st h e s i si sb a s e do na n a l y s i so fd o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a ls l u d g e 仃e a t m e n t r e s e a r c ha i l da p p l i c a t i o n ，a l l da d j u s t i n gm e a s u r e st ol o c a lc o n d i t i o n so fs l u d g e 廿e 砌e n t i l lc h a l l g z h o u ，r e c o n s m l c t i o ni si m d ei ns y s t e mo ft r a n s p o n a t i o n 趴dc o n 廿0 1 i tc h 0 0 s e s d e w a t e r e ds l u 姑ew h i c hc o m e s 矗o ml i h u a 啪s t e w a t e r 廿e a t m e n tp l 肌ti nc h a l l g z h o ut o b u m 诚mc o a l c o l l s i d e r i n gm ei r n p a c to fd i 腩r e mb l e n d e dq u a n t 畸o nr u l l l l i n go f b o i l e r a 1 1 dm e a s u r i n gn u eg a sa i l dh e a 、，ym e t a l si na s h ，m eb e s tm i xp r o p o n i o ni sf i x e do na n d m n n i n gc o s to f l a 唱es c a l ei sf o r e c a s t e d i ts h o w sm a t ： ( 1 ) i t sai i u l o v a t i o nt or n i xs l u d g ei nw a s t e w a t e rp l a n ti nc f b i i lt h e 瑚a 1p o w e rp l a n t a n di sai m p o r t a n tc o m p l e m e mt os l u d g et r e a i l e n ti nw a s t c w a t e rp l a n t s l u d g es y s t e mi s i n t e f a t e dw “hb o i ls y s t e m ，s ot l l a t 也e 、v h o l e 讹咖e n ti ss i m p l ea n dt l l es l u d g e 衄l s p o r t a t i o ns y s t c mi so fh 追he m c i e n c y m a k i n gu s eo fc x i s t m gb o i le q u i p m e m ， b l 】r i 曲ge 妯i a u s tg 嬲i nb o i l ，a l lo ft b i si su s e 如lt os o l v et 1 1 es a f b t ya n de n v i m m e n t p m b l e m si ns l u d g ed e p o s i t i o n p r o d u c t i n g 鼬e 锄i st h em a j o rt a s ki nt h e h n a lp o w e rp l 趴t ， a p p m p r i a t e 锄o u n to fs l u d g ew h i c hi sm i x e di nb o i l d e r 谢l ln o ta 毹c t l em e 蛐a lp o w e r p l 锄t ( 2 ) w i t l lm ei n c r c a s i n go fs l u d g em i x e di n ，m ee x t e n to ft e i r l p e r a t u r er e d u c t i o ni s i n c r e a s e d ；t h e n i l a le m c i e n c yi s d e c r e 锚e d i nt l l i s e 】( p e r i m e n ts i m a t i o n ，s i m u l a t i o n b e t 、v e e nm ee x t e n to f t e m p e r a t u r er e d u c t i o n 趾ds l u d g em i xp r o p o r t i o ni s ： y = 3 4 5 2 9l n ( x ) + 2 8 7 7 3 x - s l u d g em i xp r o p o n i o n ，仇 y t l l ee x t e n to f t 鼬p e r a t i l r er c d u c t i o n ， s i m u l a t i o nb e t v v e e nt h a a le m c i e n c y 锄ds l u d g em i xp r o p o r t i o ni s ： y 2 2 7 4 4 6 x + 8 7 7 6 3 酗s l u d g em i xp r o p o n i o n ，t ，h y - m e 蛐a le m c i e n c y ， ( 3 ) i fc o l l s i d e r 酣2 0 0t o n ss l u d g ew h o s ew a t e rr a t i oi s8 0 e v e r yd a y ，m ei n v e s 劬e n t 华中科技大学硕士学位论文 o f 仃e a t m e n ti n t h j se x d e r i m c n ti ss m a l l e r 廿l a nl a n d f i l l s o i lm i l i z 砒i o na n di n c i n e r a t i o n ， t h es a v e dm o n e yi so 5 m i l l i o n 、2 0 5 0 m i l l i o i n 、3 0 5 0 m i l l i o ny l l a n ( 4 ) i t ss o c i a lb e n e mi sn o t a b l e 1 ka m o l l l l to fs l u d g ec a i lb eg r e a t l yr e d u c e d ，锄da s h w l l i c hi s 劬mb 啪e ds i u d g ei ss t a b l ea n dh a n n l e s sa 1 1 dc a i lb es o l dt om u 血c i p a lc o m p a i l y b e i n gr o a d b c dm a t e r i a l 蚰db r i c km a t c r i a l ，s l u d g ei sf i n a l l yb eu t i l i z e d n sab i o n o m i c a l 窘o o dc i r c l e 觚de m b o d i e ss c i e n t i f i ci i e v e l o pc o n c e p t k e yw b r d s ：w a s t e w a t e rp l a n t ；s l u d g et r e a 忸1 e m ；i n c i n e 豫t i o n ；e c o n o m i c a lb e n e f i t i l i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导f 进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 f 、 学位论文作者签名聃、药 日期：撕年够月2 抽 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于不保密z ( 请在以上方框内打“0 ”) 学位论文作者签名 叩百、塘 日期：2 0 0 6 年缈月功日 指导教师签名：己k 。l 臼期：2 。6 年丫月 甲日 华中科技大学硕士学位论文 l 绪论 1 1 课题研究的背景 随着我国城市化快速发展，城市污水排放量也不断增加，根据中央关于制定 十一五规划的建议，其中第六点提到：“建设资源节约型、环境友好型社会”章节中 提到“尽快改善重点流域、重点区域的环境质量，加大“三河三湖”、三峡库区、长江 上游黄河中上游和南水北调水源及沿线等水污染防治力度，积极防治农村面源污染， 特别要保护好饮用水源。” 在中国水网和清华环境系主办的“2 0 0 6 城市水业战略论坛”上，中国国际工程咨 询公司社会事业部城建环保处副处长进行主题为：“十一五”时期城镇污水处理设施 的投资需求与建设规划的大会发言。发言中提供了从建设部得到一个准确的信息： 到2 0 0 4 年全国有6 1 1 座城市建有7 0 8 座污水处理厂，总的污水处理能力是4 9 1 2 万 立方米。同时全国的县城一共有1 1 7 座污水处理厂，总的处理能力是2 7 3 万立方米， 也就是说，到2 0 0 4 年我国城镇污水处理能力总量是达到了5 1 8 5 万立方米。我们同 时统计到了3 1 个市省自治区目前在建的规模，这个规模将近有3 5 0 0 到4 0 0 0 万立方 米。2 0 0 6 年初，全国的污水处理能力将达到9 0 0 0 万立方米。 方建华等著污泥在循环流化床锅炉锅炉内的燃烧和污染排放特性中计算， 每万吨污水产生的污泥量为5 8 吨( 按含水率8 0 8 5 的机械脱水污泥计) ，则2 0 0 6 年初，全国城市污水厂每天将产生5 7 万吨污泥。按污泥堆高o 4 m 计，则每天占用 近1 5 万i n 2 的土地，每年将近5 5 平方公里的土地将为污泥占据，这是一个多么可观 的数量川。 近年来，随着城市污水处理率的不断提高，水污染问题得到了一定控制，而随 之产生的越来越多的污泥却给城市的环境带来许多麻烦。污泥是污水处理的伴生物， 通常占污水总量的o 5 l ，其成分复杂，既含有大量的有机质，又含有有害的重 金属、病原微生物等，易腐烂，有强烈的臭味，若不加以妥善处理、任意排放，将 会造成一次污染，因此必须对污泥进行处理处置。污泥处理与处置的目的主要有四 个：一是稳定化，通过处理使污泥停止降解；一是无害化，杀灭寄生虫卵和病原微 生物；三是减量化，减少污泥最终处置的体积。降低污泥处理及最终处置费用；四 华中科技大学硕士学位论文 是资源化和最终处置，在处理污泥的同时实现化害为利、循环利用、保护环境的目 的【2 1 。 1 2 国内外污水厂污泥处置技术研究现状 1 2 1 污水厂污泥处置概况 世界各国污泥处理的方式多种多样，美国1 5 3 0 0 个城市污水处理厂中，年产干 固体污泥7 6 9 万吨，4 5 的污泥用于农林业，2 1 进行填埋，3 0 用于投弃海洋，焚 烧占3 。原西德年产干污泥约2 0 0 万吨，农田利用占3 2 ，填埋占5 9 ，焚烧占 8 。日本5 5 的污泥进行焚烧，3 5 的污泥进行填埋，约9 的污泥进行农田利用。 由于对海洋越来越高的要求，污泥排海处置许多国家己停止使用。 污泥焚烧以日本、德国、奥地利等国占比例高，一般大型污水厂污泥通过焚烧 无害化，产生的热能可回收利用，污泥减容减量化程度很高。1 9 6 2 年，德国建议并 开始运行了欧洲第一座污泥焚烧厂。另据报导，日本拟研究污泥焚烧后残渣融铸成 块石堆砌的处置方法【3 - 5 】。 图1 1 、1 2 为欧洲主要国家污泥处理处置情况。 年 图l 1 欧盟最早的1 2 个成员国内。污水污泥的产量、处理现状和趋势 廿罾巾k扭 华中科技大学硕士学位论文 图l - 22 0 0 5 年欧洲主要国家污泥处置方法一览表 我国城市污水厂污泥( 以下简称污泥) 处置相对于国际先进水平来说明显落后， 相对于污水处理来说更是资金投入明显不足、技术研究刚刚起步。污泥处置以废坑、 河塘、洼地废弃为主，这些污泥不加掩盖和未经科学处置的集中堆填方法极易污染 水源及大气，部分污泥进行卫生填埋和农田利用，但使用这种方法处置的污泥量非 常少。其中杭州机械工业部第二设计研究院的戴綦文在动力工程第2 0 卷第4 期 城市垃圾焚烧发电厂与污水处理厂结合建设的方案讨论一文中提到，“经污水处 理厂消化处理并脱水后的污泥( 含水率8 0 ) ，由传送装置被送入专为污泥设计的四级 干燥反应系统中干燥，将污泥中的水份干燥至含水率仅为7 ，通过制粒机将干燥污 泥制成含水率1 5 的颗粒农肥”。但这也仅是一个设想方案【6 _ b 】。 因此，国内污泥处置的落后状态与环境保护的矛盾非常突出，给城市环境带来 了巨大的压力，因而污泥的出路己成为政府、业界十分重视的问题。 我国部分经济发达的大城市已行动起来，它们根据城市本身特点编制了城市污 泥处置规划。上海市提出的污泥处置方针：“处理的分散化、处置的集约化、技术的 多元化、目标的阶段化，形成一个完整多元的污泥处理处置关系”，针对污泥处置技 术采取了卫生填埋、农田利用和干化加焚烧多管齐下的技术路线【9 】。深圳市污泥采用 热干化加焚烧技术，广州市近期采用生污泥填埋，远期农田利用等措施。 总而言之，污泥处置在国内尚处于起步阶段，污泥处置方针、技术路线均未形 成成熟方案。 华中科技大学硕士学位论文 1 2 2 污泥处置技术国内外研究现状 污泥处置的主流技术路线有卫生填埋、土地利用、干化焚烧等【6 1 。 ( 1 ) 卫生填埋 污泥的卫生填埋始于二十世纪6 0 年代，是在传统填埋的基础上从保护环境角度 出发，经过科学选址和必要的场地防护处理，具有严格管理制度的科学的工程操作 方法。到目前为止，已发展成为一项比较成熟的污泥处置技术，其优点是投资较少、 容量大、见效快【1 饥。 然而，城市污泥卫生填埋也存在许多问题，如填坑中含有各种有毒有害物经雨 水的浸蚀和渗漏作用污染地下水环境，这对以地下水为生活水源的地区来说是不安 全卫生问题。此外，适宜污泥填埋的场所因城市污泥大量的产出而显得越来越有限。 据一份关于污泥情况调查报告预测，到2 0 0 5 年，欧盟国家的污泥卫生填埋场所仅能 容纳污泥总产量的1 7 。 所以说，污泥作卫生填埋处理时，除了要考虑城市周围是否有适合填埋的低地 或谷地之外，还应考虑到环境卫生问题。建设污泥卫生填埋场如同生活垃圾卫生填 埋场一样，地址须选择在地基渗透系数低且地下水位不高的区域，填坑铺设防渗性 能好的材料，卫生填埋中，都用高密度聚乙烯为防渗层，避免了对地下水源及土壤 的二次污染。填埋场还应配设渗滤液收集装置及净化设旆。 1 9 9 2 年欧盟大约4 0 的污泥采用了填埋处置，由于污泥填埋对污泥的土力学性 质要求较高，需要大面积的场地和大量的运输费用，地基需作防渗处理以免污染地 下水等，近年来污泥填埋处置所占比例越来越小。美国环保局估计，今后几十年内 美国6 5 个填埋场将有5 0 个被关闭。 ( 2 ) 土地利用 污泥的土地利用已有多年历史，主要包括污泥农用，污泥用于森林与园艺、废 弃矿场等场地的改良等。污泥中含有丰富的有机物和n 、p 、k 等营养元素以及植物 生长必需的各种微量元素c a 、m 卧z n 、c u 、f e 等，施用于农田能够改良土壤结构、 增加土壤肥力、促进作物的生长。污泥的土地利用是一种安全积极的污泥处置方式。 尽管污泥的土地利用有能耗低、可回收利用污泥中养分等优点，但是，污泥中也含 4 华中科技大学硕士学位论文 大量病原菌、寄生虫( 卵) 以及铜、铝、锌、铬、 汞等重金属和多氯联苯、二恶英、 放射性元素等难降解的有毒有害物。一般来说，污泥要作土地处置必须经无毒无害 化处理后( 污水处理过程的净化和污泥高温堆肥) 才能作土地利用，否则，污泥中的有 毒有害物会导致土壤或水体污染。 为此，欧美国家根据各自具体情况制定了城市污泥土地利用技术标准。英国的 标准中内容主要有污泥中各项有毒有害物、p h 指标的测定，污泥无害化、卫生化、 稳定化处理后各项指标值，土地类型及其性质的测定，处理后的污泥土地适用范围。 美国联邦政府对城市污泥的土地利用有严格的规定，在有机固体废弃物( 污泥部分) 处置规定中，将污泥分为a 和b 两大类：经脱水、高温堆肥无菌化处理后，各项 有毒有害物指标达到环境允许标准的为a 类，可作肥料、园林植土、生活垃圾填埋 坑覆盖土等所有土地类型；经脱水或部分脱水简单处理的为b 类污泥，只能作林业 用土，不能直接用于改良粮食作物耕地【1 8 谢】。 同时欧洲各国污泥农用标准中对污泥农用还有如下建议【2 5 】： 农作物：深度处理常规处理 牧场：允许，注射入土壤，3 周内不得放牧 草场：允许，3 周内不得收割 耕地：允许，注射入或犁耕入土壤 与土壤接触的蔬菜：允许，1 0 个月内不得收获 生食的水果和蔬菜( 色拉) ：允许，3 0 个月内不得收获 果树。葡萄园：允许，注射入土壤，l o 个月内不得接近 公园和市区开放绿地：稳定性好，无臭，不允许 土地开垦复耕：允许，l o 个月内不得接近 可见在欧洲土地利用代价也是不小的f 2 岳3 0 1 。 下面是我国北京、上海、天津、广州等4 4 座城市的污水处理厂污泥重金属含量 统计表。 华中科技大学硕士学位论文 表1 1我国4 4 城市污水处理厂污泥重金属含量统计表( 单位：m g 瓜g ) 项目 c dc up bz nc rn i h g a s 平均值 3 0 3 3 3 8 9 81 6 4 ，0 97 8 9 8 2 2 6 1 1 58 7 8 0 5 1 1 4 4 5 2 最大值 2 4 1 03 0 6 8 4 02 4 0 0 0 04 2 0 5 0 01 4 1 1 8 04 6 7 6 04 6 o o5 6 0 0 0 最小值 0 1 00 2 04 1 30 9 53 7 01 1 0 0 1 2 0 1 9 中值 1 6 71 7 9 0 01 0 4 1 29 4 4 0 01 0 1 7 04 0 8 5i 9 01 4 6 0 酸性 污泥 土壤 52 5 03 0 05 0 06 0 01 0 057 5 农用 碱性 标准 2 05 0 01 0 0 01 0 0 01 0 0 02 0 01 5 7 5 土壤 从以上表数据可看出： 碱性土壤条件下( p h 6 5 ) ： 大多数污水处理厂污泥中重金属含量均合格，个别污水厂如高碑店污水厂，天 津开发区污水厂，上海曲阳污水厂等，z n 超标或z n 、c u 超标。 酸性土壤条件下( p h 6 5 ) ： 大部分污水处理厂z n 、c u 均超标。同时，h g 、p b 、n i 、c r 也超标。 因此，当污泥农用于酸性土壤时，更需取慎重态度和必要措施【3 ”。 污泥农用必须注意： 严格控制污水厂污泥的有毒、有害物质及病原微生物并达到国家标准； 应该特别注意污泥中重金属的含量，根据其土壤背景值等情况，严格按照计 算得到的污泥施用量进行施用； 一般来说某块农田使用污泥数量有一定限度，当达到这一限度时，污泥的农 用就应停止一段时间后再继续进行： 农业利用应在安全施用量之下控制使用，同时整个利用区应该建立严密的使 用、管理、监测和监控体系。关注区域内的土壤、地下水、地表水、作物等等相关 因子的状态和变化，并根据发生的变化作出相应的调整，使得污泥的农用更加安全 有效，促进农业的可持续发展【3 2 3 酊。 ( 3 ) 污泥焚烧 污泥焚烧处置的优势在于可以迅速和较大程度地使污泥达到减量化，近年来焚 华中科技大学硕士学位论文 烧法由于采用了合适的预处理工艺和焚烧于段，达到了污泥热能的自持，并能满足 越来越严格的环境要求，可以充分地处理不适宜于资源化利用的部分污泥。 城市污泥中含有大量的有机物和一定量的纤维素、木质素。脱水后的污泥发热 量约8 3 6 k j k g ，掺入适量的引燃剂、催化剂、疏松剂和固硫剂等添加物配制成“合成 燃料”，可作工作炉窑或生活锅炉的辅助燃料。这种处置方法有利也有弊，既解决了 污泥的出路问题又充分地利用污泥中的能源，而且污泥不需要作灭病原菌的处理。 但是，污泥中的重金属却随着烟尘的扩散而污染空气。另一方面，污泥必须保证在 比较低的含水率才能制作“合成燃料”，因此污泥需要脱水。 1 9 6 2 年，德国建设并开始运行了欧洲第一座污泥焚烧厂。过去2 0 年中焚烧的污 泥量大幅增加。需要焚烧的污泥中6 5 以上的污泥在流化床的焚烧炉中焚烧。 在所有的污泥处理中，焚烧方法产生的剩余物最少，焚烧的另一个优越性在于 无异味。其缺点是高成本和可能产生的污染( 废气、噪声、震动、热和辐射) 。焚烧的 成本是其他工艺的2 4 倍。 因此焚烧主要在如下两种情况中应用：由于污泥的性质或量大不能农用，现有 的填埋体积不足。 单一污泥焚烧时，待处理的新鲜和消化的污泥在流化床焚烧炉、多层焚烧炉和 多层流化床焚烧炉中焚烧，其中用得最多的是流化床焚烧炉。多年的经验表明，与 多层焚烧炉和多层流化床焚烧炉相比，流化床焚烧炉有突出的优点。最大的优越性 在于：流化床焚烧的过程中无活动部件，持续和间歇运行中结构稳定，炉中的加热 和冷却时间比多层流化床焚烧炉中短得多。此外流化床焚烧炉的耐火墙也简单得多， 无需金属部件( 例如多层床焚烧炉和多层流化床焚烧炉的中心轴) 的冷却1 3 9 啦】。 污泥焚烧是一种常见的污泥处置方法，它可破坏全部有机质，杀掉一切病原体， 并最大限度减少污泥体积，污泥处置速度快，不需长期储存，污泥可就地焚烧，不 需长距离运输，此法适用于所有城市污泥处置，但它的致命缺点是投资庞大，运转 费用高昂【4 3 4 羽。 1 3 常州市城市污水厂污泥处置现状 1 3 1 常州市污水厂及污泥概况 常州市区现有城市污水厂5 座，污水处理能力为2 6 5 万m 3 ，d ，污泥产量 2 6 5 i d ( 含水率8 0 ) ， 见表l - 2 。 华中科技大学硕士学位论文 表1 2 常州市城市污水厂污泥量及处置方式一览表 序号污水厂名称规模( 万m 3 d ) 污泥量( t m ) 处置方式 1 清潭污水厂 3 03 0外运填埋 2 丽华污水厂 2 02 0 外运填埋 3 城北污水厂 1 5 01 5 0 外运填堋 4 戚墅堪污水厂 2 5 2 5 外运填埋 5 武进城区污水厂4 04 0 外运填埋 6 小计 2 6 52 6 5 外运填埋 注：1 污泥量系指含水率8 0 的脱水污泥； 2 污泥量按干质占污水量2 比值测算。 常州市污泥基本上是利用废坑或洼地进行简单填埋，未经减量化、稳定化、无 害化处置的污泥因有机物含量高，极易腐败并产生恶臭，且含有大量的病菌、寄生 虫卵、病毒、重金属，必然对周边环境产生较大的负面影响。同时，随着土地资源 的紧缺，抛弃污泥的场地极其难觅，污泥的现实出路成了十分头痛的问题，迫使政 府、管理部门努力寻找污泥处置的最终出路。 1 3 2 常州市污泥处置的影响因素分析 ( 1 ) 卫生填埋 常州市地处经济发达的苏南地区，地下水位高，土地资源十分紧张，经选址调 查，在常州市行政区内也无合适的场地供污泥填埋之用，现有的夹山垃圾填埋场已 无多余场地消纳日益增长的污泥。因此，污泥的卫生填埋方案不适合常州市的实际 情况。 污泥的土地利用己有多年历史，主要包括污泥农用，污泥用于森林与园艺、废 弃矿场等场地的改良等。污泥中含有丰富的有机物和n 、p 、k 等营养元素以及植物 生长必需的各种微量元素c a 、m g 、z n 、c u 、f e 等，施用于农田能够改良土壤结构、 增加土壤肥力、促进作物的生长。污泥的土地利用是一种安全积极的污泥处置方式。 ( 2 ) 土地利用 常州市城市污水厂污水均是生活污水与工业废水的混合水，一般生活污水和工 业污水的混合比为7 ：3 ，表l - 3 、1 4 是城北污水厂及丽华污水厂污泥成分的检测报告。 华中科技大学硕士学位论文 表1 3 城北污水厂污泥污染物监测结果 监测结果( 2 0 0 4 年)污泥农用标准 项目 4 月2 1 日4 月2 2 日( g b 4 2 8 4 - 8 4 ) 镉及其化台物 0 4 3 00 2 1 95 ( 以c d 计，m 眺g 干污泥) 汞及其化合物 4 8 35 5 05 ( 以h g 计，m 眺g 干污泥) 铅及其化合物 3 5 33 4 73 0 0 ( 以p b 计，m 班g 干污泥) 铭及其化合物 3 5 l 3 4 66 0 0 ( 以c r 计。m g l c g 干污泥) 砷及其化合物 9 2 51 0 07 5 ( 以a s 计，m g 瓜g 千污泥) 铜及其化合物 7 3 67 7 42 5 0 ( 以c u 计。m 眺g 干污泥) 锌及其化合物 3 3 8 x 1 0 3 4 9 1 0 35 0 0 ( 以z n 计，m 酢g 干污泥) 9 华中科技大学硕士学位论文 表1 4 丽华污水厂污泥污染物监测结果 监测结果( 2 0 0 4 年) 污泥农用标准 项目 ( g b 4 2 8 4 - 8 4 ) 4 月1 4 日4 月1 5 日 4 月1 4 日 镉及其化台物 0 4 0 60 2 3 95 ( 以c d 计，m g ，1 ( g 干污泥) 汞及其化合物 2 0 42 7 15 ( 以h g 计。m g 瓜g 干污泥) 铅及其化合物 6 6 84 4 33 0 0 ( 以p b 计，m 班g 干污泥) 铭及其化合物 6 6 16 4 46 0 0 ( 以c r 计，m 眺g 干污泥) 砷及其化合物 6 8 59 0 37 5 ( 以a s 计，m 眺g 千污泥) 铜及其化合物 1 9 21 9 42 5 0 ( 以c u 计，m 眺g 干污泥) 锌及其化合物 1 0 09 6 65 0 0 ( 以z n 计m g ，l 【g 干污泥) 如上表所示其污泥成分中铜、锌超标严重，另外常州市处于江南水网地带，雨 季长、雨量大，污泥农用条件受到较大限制。所以污泥土地利用方式也无法在常州 市行得通。 ( 3 ) 污泥焚烧 污泥焚烧是一种常见的污泥最终处置方法，适用与所有城市污泥处置，但它的 致命缺点是投资庞大，运转费用高昂，以现有的经济实力在常州实现全部污泥焚烧 并不现实，是否有更好的方法呢? ( 4 ) 利用热电厂循环流化床锅炉焚烧 常州市纺织印染及化工工业发达，这些企业生产中对蒸汽的需求量大，因此应 运而生的热电厂也较多，仅常州市热电公司就有流化床锅炉7 台，蒸汽总规模4 7 0 t n l ， 1 0 华中科技大学硕士学位论文 其中广源三台7 5 恤，广达热电厂三台7 5 讹，第一热电厂一台2 0 仇1 ，燃料为煤，如 果在流化床锅炉内掺加污泥混烧，能既不影响锅炉的蒸汽产量，烟尘控制又能达标， 灰渣中的重金属能够固结，而且运行成本又控制在一个合理的范围内，则应该是较 佳的污泥处置新方法，鉴于此，本课题着手开始了这项试验研究。 我们选择了常州市第一热电厂到流化床锅炉、常州市丽华污水厂脱水污泥( 含水 率8 0 ) 直接添加到5 4 流化床锅炉进行试验，以期为常州市污泥处置找到现实出路， 并为国内污泥处置开辟全新的道路。 1 4 本课题的来源、目的、意义及主要研究内容 1 4 1 课题的来源常州市城市污水厂污泥处置现状及存在问题 “九五”计划以来，全国污水处理工作发展突飞猛进，污水厂数量与规模不断攀 得新高，但与之随行的脱水污泥处理处置问题也日益突出。截止2 0 0 3 年，全国污水 处理厂每天污水处理总量超过2 0 0 0 万m 3 ，保守估计每天产生脱水污泥超过1 0 0 万 m 3 ，其中除了极少部分进行处理处置外，绝大部分是简易填埋或干脆随地倾置，极 易再次污染水体。将我们的污水处理的成绩付诸东流，因此污水厂污泥的处理处置 越来越成为制约污水处理工作发展的瓶颈。 1 4 2 课题目的、意义 本课题结合常州市污泥处置现状及社会综合条件，因地制宜探索有效处置城市 污水厂脱水污泥的途径，进而使污水处理环节得以完全，并使常卅i 市污水处理工作 真正步入可持续发展轨道，并争取为全国污水处理厂脱水污泥处置提供一些有益的 参考。 因地制宜地利用热电厂循环流化床锅炉直接掺烧城市污水厂脱水污泥，是污泥 处置方式的重大创新，是对城市污水厂污泥处置方式的重要补充 经高温焚烧的污泥可最大化实现减量，产生的灰渣已稳定和无害，灰渣还可售 给市政建筑公司作路基材料或建材厂制砖，最终又实现了资源化利用，实现了生态 的良性循环，是科学发展观的集中体现。 1 4 3 研究内容 通过在常州第一热电厂5 “锅炉进行输送及控制系统进行改造，选用常州市丽华 华中科技大学硕士学位论文 污水处理厂脱水污泥直接送入炉体与煤进行混合燃烧。通过不同掺烧量污泥对锅炉 运行工况的影响及对烟气污染物及灰渣重金属含量进行测定，确定最佳掺烧量，并 进行规模化运行成本等测算。 华中科技大学硕士学位论文 2 试验装备、内容及方法 2 1 试验装备及工艺 流化床锅炉相对其他锅炉有较多优点。它的设计简单、结构紧凑、无移动装置、 投资较少、操作控制简便，能很好地控制n o x 、s o x 等有害气体的排放。此次试验 我们选择了第一热电厂5 。流化床锅炉。 2 1 1 流化床锅炉流程、技术参数及特点 ( 1 ) 循环流化床锅炉燃烧原理及流程图 流化床燃烧的基本原理是床料在流化状态下进行燃烧，一般粗颗粒在燃烧室下 部燃烧，细颗粒在燃烧室上部燃烧，被吹出燃烧室的细颗粒经分离器分离后收集， 经返料器送回床内循环燃烧。 5 4 流化床锅炉结构型式如图2 1 。 ( 2 ) 5 4 流化床锅炉设计参数： 锅炉型号：u g - 2 0 ，5 3 - m 3 额定蒸发量：2 0 恤 主蒸汽压力：5 3 m p a 汽包蒸汽压力：5 3 m p a 给水温度：1 0 4 主蒸汽温度：4 5 0 冷风温度：炉顶温度( 平均2 5 ) 排烟温度：1 4 5 锅炉热效率：8 5 - 8 8 弓i 风机效率：原1 3 5 k 、，因焚烧污泥改用1 6 0 k w 一次风机效率：18 5 k w 燃料：煤 理论燃料量：3 7 5 7 k g m 华中科技大学硕士学位论文 实际燃料量：3 9 1 3 k g h 炉膛温度：9 5 0 左右 、 誊印 、m ! 置；= 1 列 要 ! 鹫夸蕹羹 薹 图2 一l 5 4 流化床锅炉工艺流程图 ( 3 ) 循环流化床锅炉的技术特点： 燃料适应性广 华中科技大学硕士学位论文 在循环流化床锅炉中，燃料仅占床料的3 左右，其余是不可燃的固体颗粒。 循环流化床锅炉特殊的流体动力特性使得气固和固固混合非常好，因此燃料进入炉 膛后很快与大量床料混合，燃料被迅速加热至着火温度，而同时床层温度没有明显 降低。因此所有煤种均可在其中稳定高效燃烧。运行中交换煤种时，燃烧设备和锅 炉本体不做任何修改也可取得较高的燃烧效率。 燃烧效率高 循环流化床锅炉与其他种类锅炉的根本区别在于燃烧系统。循环流化床锅炉的 燃烧系统是由燃烧室，物料收集器和返料器组成。高温物料在气流的夹带下进入物 料收集器，被收集下来的物料进入返料器，再经返料器送回燃烧室，进行多次循环 燃烧，因此燃烧效率很高。 负荷调节范围大，负荷调节快 锅炉运行中经常会出现负荷的变化，当负荷降到7 0 以下时，其它类型锅炉 燃烧率和热效率会明显降低旦燃烧很不稳定，有时甚至不能维持正常的燃烧：而循 环流化床只需调节给煤量，空气量和返料循环量，故而其负荷可在3 0 1 1 0 之 间调节；此外由于截面风速高和吸热控制容易，循环流化床锅炉负荷调节速率也快， 一般可达每分钟4 。 洁净的燃烧技术 循环流化床锅炉在炉内加入石灰石，可在炉内进行简单脱硫，当钙、硫摩尔比 为2 时，脱硫效率可达8 0 以上；由于运行中采用分级送风和低温燃烧，故n o x 生成量极低。因此大大减轻s o x 与n 0 x 排放量，改善了大气与环境质量。 易于实现灰渣的综合利用 循环流化床锅炉属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件是的锅炉的灰渣含炭 量低， 属于低温烧透，易于实现综合利用。 床内不布置埋管受热面 循环流化床锅炉的床内不布置埋管受热面，因而不存在埋管受热面的磨损问题。 此外，由于床内没有埋管受热面，启动、停炉容易，且长时间压火之后可直接启动。 ( 4 ) 循环流化床锅炉主要结构特点如下： 锅炉结构为( 单) 双锅简横置式自然循环锅炉； 炉膛出口配置有平行的高温旋风分离器，运行稳定，分离效率高。 采用进口耐热钢制作的旋风喉管，耐高温、耐磨损。 华中科技大学硕士学位论文 返料器采用两个小u 型阀，实行双点回料，如炉回料分布均匀，不会形成在 布风板上局部堆积而影响流化质量。 u 型返料器，进料量与回料量自动平衡，运行中无需人为调节。 炉膛下部水冷壁管及烟窗管均缠绕耐热钢丝，确保受热面使用寿命。 炉膛内部不布置埋管受热面，不存在埋管的磨损问题。 流化床炉膛、旋风分离器等部位均采用流化床耐磨成型砖和流化床耐磨浇筑 料，保证锅炉长期安全运行。 2 1 2 污泥试验系统介绍 以锅炉现状及现场条件为试验依据，建立了污泥的贮存、输送系统，污泥系统 包活污泥进料系统、污泥送料系统、污泥冲洗系统、污泥吹扫系统、料仓料位报警 连锁系统及污水坑污水抽送系统，工艺流程如图2 2 所示。 螵杆泵料仓运输车 图2 2 工艺流程图 图中，料仓：1 0 5 i n 3 ，半地下式，方便运输车卸料； 螺杆泵：1 2 m p a ，5 5 k w ，1 0 2 ，m i n ： 流化床锅炉：2 0 1 仇。 ( 1 ) 污泥系统 污泥进料系统 污水厂将脱水后含水率8 0 的污泥用车辆运至热电厂污泥料仓，污泥料仓为钢 板结构，上部装有活动仓门，仓门采用2 台电动推杆控制，污泥运输来时，打开仓 门卸料， 卸完关闭仓门。因污泥中含有大量有机物易产生异味，为防止污染环境及 1 6 华中科技大学硕士学位论文 产生沼气爆燃，在污泥料仓上装有吸气管利用风机入口负压抽吸料仓内气体至锅炉 燃烧。 污泥送料系统 送料系统配有2 台螺杆泵，一用一备，采用变频器控制泵速度，以满足污泥输 送量的变化。因污泥成分复杂，有腐蚀性，污泥送料总管采用1 c r l 8 n i 9 t i 防腐不锈 钢管。污泥送料总管分四路经污泥喷口进入炉膛。 冲洗系统 由于污泥粘度大，并有纤维状异物及其它杂质，易造成管路堵塞，必须设置污 泥冲洗系统。试验配备耐腐蚀冲洗泵一台，在管路上设置冲洗控制阀，同时在送料 管下部装有冲洗排放阀，冲洗水接入灰渣沟后排入沉渣池。 吹扫系统 因污泥进入炉膛的喷口直径小易堵塞，同时污泥供给不连续，停用时喷口的污 泥受炉膛辐射热而千化，在下次投入使用时也易堵塞，须在喷口阀门前加装蒸气吹 扫管，气源有流化床锅炉提供，在停止进污泥及喷口前压力不正常升压时进行吹扫。 料仓料位报警、连锁系统 由于螺杆泵在空载情况下易造成泵转予、定子的损坏，必须在料仓中污泥达到 低限位时及时停止泵的运转，因此采用料位报警连锁系统来切断电源停止泵的运行。 污泥坑污水抽送系统 由于料仓在地面下，内部有螺杆泵及其它设备，为保证设备的安全运行，在料 仓底部设置集水坑，装设污水泵排除集水坑内的积存污水，污水泵采用高水位自动 运行。 ( 2 ) 增加的试验设备参数 华中科技大学硕士学位论文 表2 1主要试验设备一览表 序号名称单位参数数量备注 l钢料仓个l o 5 m 3 压力1 2 m p a ，功率5 5 k w ， 2 螺杆泵 2 1 0 2 转m i n 3 污水泵7 t ，1 1 ，高、低水位白控排水用 4 冲洗泵 i h 6 5 - 4 0 - 2 0 0p = o 7 m p a 5 电推杆 行程= 8 0 0 l m 推力= 1 0 0 0 k 2 6 闸板阀7 5 0 + 2 2 0 5 02 7 变频器台 5 5 k w 控制进料量 8 水位自控仪 9 污泥料位仪台自制 1 0 膜片压力表只 y = 1 0 0p - 2 5 m 呼a4 2 2 试验内容 ( 1 ) 污泥样品工业分析、检测。主要测定元素成分、发热量，为焚烧试验提供 基础数据。 ( 2 ) 含水率8 0 的机械脱水后污泥( 生污泥) 直接与煤掺烧对锅炉燃烧的影响， 锅炉产气量的变化、污泥是否充分燃烧，污泥掺加量的大小对炉膛温度、热效率、 耗煤量的影响，寻找最佳的掺烧量。 ( 3 ) 效益测算：污泥掺加后耗煤量的增加值、电耗指标的增加值等指标测定、 进而推算出每吨污泥处理成本。 ( 4 ) 掺烧污泥后，锅炉尾气是否满足环保要求，对灰渣进行检测，灰渣中是否 存在不安全的因子，进而确定灰渣的最终用途。 华中科技大学硕士学位论文 2 3 试验方法及步骤 ( 1 ) 由于测试水平、资质限制，污泥样品分析委托具备资质的部门代为检测。 ( 2 ) 污泥送料螺杆泵采用变频控制，对不同进泥量测定相对应的参数，主要有 炉内温度变化值、煤耗量增加值、电耗量增加值，多组数据对比分析，找出最佳值。 ( 3 ) 污泥进入炉膛后燃烧工况会有变化最明显是炉膛压力会有变化，炉膛出口 负压由负1 o 一2 o p a 向正压增大至正压，这时需调整引风机频率，保证炉膛出口负压 在o 1 o p a 之间。 ( 4 ) 污泥进入炉膛后，床温会有不同程度的下降，如下降速度过快，可降低螺 杆泵的频率，以减少进入炉膛的污泥，或增加给煤量以稳定床温，同时氧量应控制 在5 一6 5 之间。 ( 5 ) 对不同进泥量测定相对应的参数，主要任炉内温度变化值、煤耗量增加值、 电耗量增加值。多组数据对比分析，找出适宜的污泥焚烧量值。 ( 6 ) 由于烟气量增大，过热器吸热量增加，主蒸汽温度会有上升现象，应适当 调整减温水量，保证主蒸汽温度不超温。 ( 7 ) 对大气环境有主要影响的n 0 x 、s o x 及二恶英排放情况，委托有资质单位 跟踪检测，判断结果是否符合国家的有关规定；委托有资质单位对灰渣进行检测， 判断重金属是否固结，结果是否符合国家的有关规定。 1 9 华中科技大学硕士学位论文 3 1 污泥样品检测 3 试验结果与分析 污泥样品取自丽华污水厂脱水污泥，脱水污泥系一沉池沉淀污泥与二沉池剩余 污泥的混合泥。为生污泥，含水率8 0 左右，取样检测时间为2 0 0 3 年7 月1 6 日， 取样2 0 k g 污泥，由东南大学热能研究所转国家煤炭质量监督检验中心的检测，检 测报告如表3 1 所示。 表3 1 监测报告 空气干燥基干燥基干燥无灰基收到基 全水 8 5 2 6 分析水 9 1 5 灰分2 9 6 6 3 2 6 54 6 1 挥发分 5 0 5 05 5 5 98 2 5 36 1 9 固定碳 l o ，6 91 1 7 71