污泥干化焚烧技术进展

污泥干化焚烧处置技术是一种较为成熟的污泥处置技术，该工艺路线已逐渐应用于市政污泥的处置工程，其中干化系统和焚烧系统是最核心的部分，其性能及运行状况都对整个污泥处置过程影响很大。文章介绍了目前污泥干化处置技术中采用最多的干化技术，同时以我国的几个典型工程为例，阐述了污泥干化焚烧的工艺流程。

引言


随着我国城市建设进程的加快，城镇污泥的产量越来越大，妥善处置污泥已成为迫切的任务。污泥卫生填埋是目前采用最多的一种污泥处置技术，但这种处置技术会污染土壤。污泥干化焚烧技术可在短时间内处理大量污泥，并能回收焚烧热量，是目前处置污泥的一种高效技术手段。《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》指出，当污泥单独进行焚烧时，干化和焚烧应联用，以提高污泥的热能利用效率。近年来，随着干化技术和焚烧技术的不断优化以及工艺的成熟，污泥干化焚烧技术有了很大进展，同时该技术也有一些典型的工程应用。本文对污泥干化的主流应用技术进行了综述，并对我国典型的污泥干化焚烧工程进行了分析。


1 污泥干化焚烧技术进展


在进入焚烧炉之前，湿污泥经干化机处理成含水率较低的干化污泥，热介质加热湿污泥使其水分蒸发成为干化污泥。干化污泥的含固率高低将直接影响后续的焚烧系统，进而影响整个污泥处理处置的效果。目前的污泥干化大多采用间接加热干化技术。


1.1 桨叶式干化机


桨叶式污泥干化机是常用的间接传热式污泥干化设备，由带有夹套的ω形壳体和空心桨叶轴及传动装置组成。轴上排列着中空桨叶，轴端装有热介质导入的旋转接头。在运行过程中，湿污泥一侧，含水率75%～85%的湿污泥连续由入料口进入干燥机内，在中空桨叶搅拌、混合与分散的同时，受到来自中空桨叶和夹套双重加热作用，污泥水分蒸发，达到干燥要求的干污泥由中空桨叶输送至出料口并排出干化机外；在热介质一侧，高温蒸气通过ω形槽的内壁和中空桨叶，通过热传导使污泥中的水分蒸发。污泥中蒸出的水分与不凝气体排出后，进入焚烧炉或气体处理系统进行处理。同时，高温蒸气的热量传递给湿污泥之后冷凝，冷凝的水分进凝结水箱回收再利用。


桨叶干化机的桨叶设置一般都是铲形或楔形的桨叶叶片（见图1），在运转过程中，桨叶可起到自清洁的效果，因此桨叶干化机在运行过程中较少出现污泥在机器内卡顿等现象。热介质一般采用高温蒸气，蒸气温度一般为180℃～220℃，且干化机出口的污泥含水率可以通过其转轴的速度调整，可满足不同的污泥焚烧炉对入炉污泥的含水率要求。桨叶式干化机维修简单，当桨叶出现磨损时用耐磨喷漆喷涂叶片表面就可以实现桨叶的修复。据工程项目汇总，桨叶式干化机的运行效果较好，是目前污泥焚烧厂使用最多的一种干化机。

1.2 薄层干化机


薄层干化机与桨叶干化机的设计原理类似，薄层干化机机身由圆柱形加热壳体和端盖构成，内部配有可拆卸桨叶的搅拌器，两端由轴承带动，外装可变频调速的驱动系统，薄层干化机本体如图2。




污泥通过干化机给料泵注入干化机，湿污泥被转子打散并分布在薄层干化机的壁面，转子上的叶片在对壁面的污泥反复翻混的同时，通过螺旋将污泥输送到排料端。同时，从热介质通过干化机夹套对污泥加热，进行水的蒸发，污泥和叶片由于充分的热接触实现了单位面积的最大蒸发率。搅拌器的桨叶决定热壁上的污泥厚度，并将污泥沿着加热壁运送至出口。蒸气与污泥排放方向相反，排放口在临近进料口处。干化机内的转动部件将污泥在加热表面涂成一个薄层，通过污泥在加热壳体内表面不断的混合、脱落，在此过程中湿污泥中的水分被蒸发出来。


薄层干化系统适合于处理各种污泥和工业含水废物，热介质也可采用各种类型的燃料、余热，实现全干化、半干化等不同要求的污泥处理。薄层干化机的叶片角度和数量都可以调节，在检修时也可对干化机中损坏的叶片单独更换。薄层干化机的检修需要将整个转轴抽出，因此薄层干化机的安装不仅需要考虑本体的占地，还需要留有足够的检修空间，占地面积较大。


1.3 圆盘干化机


圆盘式干化机主要由圆筒形外壳、圆盘及驱动装置组成。圆盘的中心轴是干化机圆盘的承载部件，转轴是中空轴，所有空心圆盘焊接在中心轴上，圆盘也是空心的且与轴内腔相通。圆盘边缘装有推泥板，对污泥有推进、输送和搅拌作用。圆盘干化机结构如图3所示。




运行时，污泥通过进料口进入干化机，在空心圆盘上推泥板的作用下翻转、搅拌，不断更新受热面，与盘片和筒体内壁接触传热，湿污泥受热之后水分蒸发，同时干化污泥由推泥板推向出料口，为了防止污泥黏附在圆盘上造成污泥淤积，圆盘之间装有刮泥板，刮泥板被固定在圆筒外壳上，伸到圆盘之间的空隙中。在热介质一侧，水蒸汽进入干化机转子中心轴和盘片内腔加热盘片，传递完热量后，高温水蒸汽在圆盘空心内腔中冷凝生成冷凝水，通过冷凝管排出干化机。


圆盘干化机的问题之一是污泥进入后干化速率较高，导致污泥在干化机内非常容易黏滞，因此污泥的剪切和破碎效果较差，在实际运行中圆盘干化机出现污泥黏滞、卡顿的现象较多。另外圆盘面积较大，圆盘干化机整体的占地面积较小。


1.4 几种干化机参数必选


干化系统在整个污泥处置过程中是极为重要的部分，干化设备的选型和干化污泥的含固率将直接影响后续的焚烧系统，进而影响整个污泥处理处置效果。几大主流干化机的性能参数如下表。




由比较可得出，桨叶式干化机和圆盘式干化机的转速都较慢，污泥通过叶片之间的传动和摩擦来推动污泥，相应地叶片磨损也较大，通过对叶片进行改进以及在表面喷涂耐磨材料可使干化机的耐用性更好。薄层干化机的转速相对于其他干化机较快，相应的污泥在其内部的干化停留时间也较短。不过薄层干化机的占地面积较大，检修时也需要将整个中轴抽出，因此在设计时还需要预留足够的检修空间。


另外干化机运行的电耗和热耗也是干化机选型时重要的参数指标，干化机的热耗涉及到焚烧和余热利用系统中蒸气的产生量，而电耗则是经济性必选的重要指标。总体来看，桨叶式干化机的热耗较小，而薄层干化机的电耗相对来说较小。