申请日2006.01.04
公开(公告)日2006.07.12
IPC分类号F23G5/30; C02F11/06
摘要
城市污泥流化床焚烧装置及方法是一种城市污泥的减量化、无害化、资源化处置领域，涉及城市污泥的焚烧处置和余热回收方法。该焚烧装置由焚烧炉本体(2)、布风板(8)、风室(10)和尾部烟道(15)组成，焚烧炉本体(2)与尾部烟道(15)二者的顶部相连通;焚烧炉本体(2)的底部设有布风板(8)，布风板(8)的下部为风室(10)，在焚烧炉本体(2)的下部为密相焚烧区，上部为稀相焚烧区;经干燥后的干污泥由螺旋给料机加入焚烧炉，采用分级送风技术;布风板的冷却介质采用有机热载体。烟气由稀相区进入尾部烟道后依次流经尾部对流受热面和空气预热器，降温至200℃以下后引入尾气处理系统进行除尘、洗涤，最后经引风机和烟囱排入大气。
権利要求書
1、一种城市污泥流化床焚烧装置，其特征在于该焚烧装置由焚烧炉本体 (2)、布风板(8)、风室(10)和尾部烟道(15)组成，焚烧炉本体(2)与 尾部烟道(15)二者的顶部相连通;焚烧炉本体(2)的底部设有布风板(8)， 布风板(8)的下部为风室(10)，在焚烧炉本体(2)的下部为密相焚烧区， 上部为稀相焚烧区;防爆门(1)设在稀相焚烧区上部，二次风管(5)设在稀 相焚烧区下部，炉膛辐射受热面(3)和石英砂添加装置(4)设在稀相焚烧区 中部;多组冷却水/湿污泥喷枪(6)布置在密相焚烧区上部，螺旋给料机(7) 设在密相焚烧区中部，在风室(10)的侧面设有一次风口(9);在尾部烟道(15) 中的上部为尾部对流受热面(14)，下部为空气预热器(12)，出口烟道(13) 与灰斗(11)设在尾部烟道(15)底部;辐射受热面(3)和对流受热面(14) 中的吸热工质为有机热载体。
2、一种如权利要求1所述的城市污泥流化床焚烧装置的焚烧方法，其特 征在于该焚烧炉采用平均粒径0.5mm～0.7mm的石英砂或河砂作惰性床料，干 污泥或辅助燃料由螺旋给料机(7)加入焚烧炉本体(2)，一次风(G)经风室 (10)和布风板(8)送入炉内，二次风(J)经设在稀相区下部的二次风管(5) 切向喷入炉内，干污泥或辅助燃料在焚烧炉本体(2)的密相区和稀相区燃烧， 通过冷却水/湿污泥喷枪(6)向密相区内适量喷水或湿污泥，将密相区温度控 制在820℃～870℃，燃烧过程中产生的炉渣经排渣机由炉底排出;燃烧产生的 烟气流经稀相区时与辐射受热面(3)进行辐射换热，降温至630℃～660℃后 进入尾部烟道，依次流经尾部对流受热面(14)和空气预热器(12)并进行对 流换热，降温至200℃以下后经出口烟道(13)引入外部的尾气处理系统;未 加热的有机热载体经有机热载体入口(F)依次流经布风板(8)、尾部对流受 热面(14)和稀相区辐射受热面(3)，吸收污泥或辅助燃料焚烧过程中产生的 热量，吸热后的有机热载体经有机热载体出口(A)流出。
3、根据权利要求2所述的城市污泥流化床焚烧装置的焚烧方法，其特征 在于焚烧干污泥时，当污泥焚烧产生的热量不足于机械脱水污泥 干燥所需时， 向炉内加入煤等辅助燃料，补充干燥所需热量。
4、根据权利要求2所述的城市污泥流化床焚烧装置的焚烧方法，其特征 在于为防止受热面磨损并兼顾焚烧城市污泥和燃煤，采用在密相区喷水或喷湿 污泥的方法进行床温控制，多组冷却水/湿污泥喷枪(6)均匀布置在密相区上 部的同一水平面上。
5、根据权利要求2所述的城市污泥流化床焚烧装置的焚烧方法，其特征 在于有机热载体为导热油或联苯混合物。
说明书
城市污泥流化床焚烧装置及方法
技术领域
本发明涉及城市污泥的焚烧处置和余热回收方法，尤其是一种以有机热 载体作为余热回收介质的城市污泥流化床焚烧装置及方法。属于城市污泥的减 量化、无害化、资源化处置领域。
背景技术
城市污泥是指城市生活污水和工业污水在水处理过程中产生的固态、半固 态废弃物，它主要由固体残渣和水构成。城市污泥一般含有大量的有机物、丰 富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等，且常常伴有恶臭气体，若 不加处置而任意排放，会对环境造成严重的二次污染。随着全球经济的快速发 展、人口的日益增加和城镇化程度的不断提高，城市污水的产生量不断增加。 以中国为例，2004年我国工业污水和城市生活污水的排放量分别为221.1亿吨 和261.3亿吨《国家环境保护总局编.2004年中国环境状况公报-淡水环境 [OL].2005-06-02，http：//www.zhb.gov.cn/eic/649368307484327936/200506 02/8204_1.shtml.》。在污水净化处理过程中，将产生约占污水总处理量 0.3%～0.5%(含水率以97%计)的污泥《蒋成爱，黄国锋，吴启堂.城市污水 污泥处理利用研究进展[J].农业环境与发展，1999，16(1)：13-17.》，如何 有效、合理地处置总量如此巨大的城市污泥已成为一个重要且迫切需要解决的 环保问题。
污泥的处置方法目前主要有排海、填埋、农用、焚烧等。与前3种处置 方法相比，焚烧处置具有减量化、无害化和资源化的显著优点。污泥焚烧后剩 余灰的体积只有机械脱水污泥体积的10%;焚烧过程中所有的病菌、病原体均 被彻底杀灭，有毒有害的有机物被彻底氧化分解，重金属的稳定性大大提高; 干污泥的热值与贫煤相当，通过焚烧可有效回收其热量;污泥灰经适当的物理 和化学方法处理后可作为建筑原材料、土地改良剂甚至吸附剂使用。目前，在 发达国家，污泥的焚烧处置已得到了相当广泛的应用。丹麦24%，法国20%， 比利时15%，德国14%，美国25%，日本55%的污泥都采用焚烧处置。由于 污泥排海即将被禁止，而污泥填埋或农用也将受到更多的限制，在未来，污泥 焚烧处置的比例将不断提高。
20世纪60年代前所建的污泥焚烧炉主要是多膛式焚烧炉，由于其环保性 能不佳，多膛炉逐渐失去竞争力。立式多层炉、喷射式炉和回转式焚烧炉在焚 烧污泥方面也有一定的应用。流化床焚烧炉于20世纪60年代开始出现于欧洲， 由于其显著的优越性而获得了迅速的发展。与多膛式焚烧炉和回转式焚烧炉相 比，流化床焚烧炉具有以下显著优点：①炉内气固混合强烈，温度场分布均匀， 燃烧稳定，因此污泥焚烧彻底、二恶英排放量极低;②采用低温、分级燃烧技 术，氮氧化物及重金属排放量低;③可实现低成本炉内脱硫;④能燃用各种劣 质辅助燃料，燃烧效率高;⑤燃烧强度高，单位截面的污泥处理量大，结构紧 凑，占地面积小;⑥炉内无机械传动装置，运行可靠。
迄今为止，国内外所开发的城市污泥专用焚烧炉一般均直接焚烧机械脱 水污泥。机械脱水污泥的含水率较高(一般在80%左右)，因而其热值很低， 无法单独稳定燃烧。因此，在工业应用装置中，通常采用污泥与煤或其它辅助 燃料混烧的方式进行污泥的焚烧处置。焚烧1kg机械脱水污泥，通常需要约 0.35kg的烟煤或其它等热量的辅助燃料，因此，在进行工业规模的城市污泥焚 烧时需要消耗大量的煤或其它辅助燃料。污泥和煤等辅助燃料燃烧过程中产生 的热量可以通过余热回收的方法进行利用，但当焚烧厂周围没有足够的热用户 时，这种焚烧方式的可行性就存在很大的问题。
为克服直接焚烧机械脱水污泥焚烧炉的局限性，本发明提供了一种干污 泥流化床焚烧装置及方法。机械脱水污泥干燥用热量主要由干污泥焚烧提供， 不足部分通过煤或其它辅助燃料在流化床焚烧炉内的燃烧提供，此方法可减少 约90%的辅助燃料用量。
污泥干燥技术在国内外均已实现商业化应用。干燥污泥的介质包括热烟 气、高温水蒸汽和有机热载体(包括导热油和联苯混合物，下同)等。相比之 下，有机热载体具有热容量大、体积流量小、运行压力低等显著优点。目前， 国内外开发的有机热载体炉均为燃油炉或燃煤层燃炉。本发明提供了一种用流 化床焚烧炉加热有机热载体的方法，以实现有机热载体污泥干燥技术。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种直接焚烧干化城市污泥并可同时燃用 煤等辅助燃料，以有机热载体作为余热回收介质的城市污泥流化床焚烧装置及 方法。
技术方案：本发明的城市污泥流化床焚烧装置由焚烧炉本体、布风板、风 室和尾部烟道组成，焚烧炉本体与尾部烟道二者的顶部相连通;焚烧炉本体的 底部设有布风板，布风板的下部为风室，在焚烧炉本体的下部为密相焚烧区， 上部为稀相焚烧区;防爆门设在稀相焚烧区上部，二次风管设在稀相焚烧区下 部，炉膛辐射受热面和石英砂添加装置设在稀相焚烧区中部;多组冷却水/湿 污泥喷枪布置在密相焚烧区上部，螺旋给料机设在密相焚烧区中部，在风室的 侧面设有一次风口;在尾部烟道中的上部为尾部对流受热面，下部为空气预热 器，出口烟道与灰斗设在尾部烟道底部;辐射受热面和对流受热面中的吸热工 质为有机热载体。
本发明的城市污泥流化床焚烧装置的焚烧方法采用平均粒径0.5mm～ 0.7mm的石英砂或河砂作惰性床料，干污泥或辅助燃料由螺旋给料机加入焚烧 炉本体，一次风经风室和布风板送入炉内，二次风经设在稀相区下部的二次风 管切向喷入炉内，干污泥或辅助燃料在焚烧炉本体的密相区和稀相区燃烧，通 过冷却水/湿污泥喷枪向密相区内适量喷水或湿污泥，将密相区温度控制在820 ℃～870℃，燃烧过程中产生的炉渣经排渣机由炉底排出;燃烧产生的烟气流 经稀相区时与辐射受热面进行辐射换热，降温至630℃～660℃后进入尾部烟 道，依次流经尾部对流受热面和空气预热器并进行对流换热，降温至200℃以 下后经出口烟道引入外部的尾气处理系统;未加热的有机热载体经有机热载体 入口依次流经布风板、尾部对流受热面和稀相区辐射受热面，吸收污泥或辅助 燃料焚烧过程中产生的热量，吸热后的有机热载体经有机热载体出口流出。
焚烧干污泥时，当污泥焚烧产生的热量不足于机械脱水污泥干燥所需时， 向炉内加入煤等辅助燃料，补充干燥所需热量。为防止受热面磨损并兼顾焚烧 城市污泥和燃煤，采用在密相区喷水或喷湿污泥的方法进行床温控制，多组冷 却水/湿污泥喷枪均匀布置在密相区上部的同一水平面上。有机热载体为导热 油或联苯混合物。
城市污泥和煤的灰熔点通常在1100℃以上，为防止床层结焦并获得最佳 的炉内脱硫效率，流化床焚烧炉密相区的温度控制在850℃左右。通常，可采 用在密相区布置受热面的方法实现床温控制。本发明据于以下两个原因，没用 采用这种传统的床温控制手段。其一，在密相区，由于床料处于流化状态，床 料对受热面的磨损比较严重，而有机热载体是一种高热值易燃液体，如因受热 面磨损而发生有机热载体泄漏，将会导致焚烧炉严重烧损甚至引起更严重的后 果。其二，城市污泥与煤等辅助燃料的特性相差较大，污泥的干燥无灰基挥发 份含量通常在80%以上，而烟煤等一般不超过45%。因此，在焚烧城市污泥 和燃煤这两种不同工况下，密相区释热量有很大差异，采用布置受热面的方法 控制床温，很难兼顾这两种工况。为此，本发明采用了在密相区喷水或喷湿污 泥的方法进行床温控制。多组冷却水/湿污泥喷枪均匀布置在密相区上部，冷 却水或湿污泥经雾化后喷入炉内，喷入量可根据燃料种类和床温在较大范围内 调节，精确控制床温。
本发明的焚烧方法采用分级送风技术：一次风通过密相区底部的布风板 送入床内，在保证床料良好流化的同时为污泥或辅助燃料的燃烧提供足够的空 气。为防止在焚烧炉点火和正常运行过程中烧坏布风板，本发明以有机热载体 作为布风板的冷却介质。二次风布置在稀相区下部，切向喷入炉内，在稀相区 形成旋涡气流，加强了稀相区的大尺度扰动，使得气体与气体及气体与固体间 的混合十分充分，保证了挥发份和飞离密相区的残碳颗粒的充分燃烧，分级燃 烧还可有效抑制NOx的生成和排放。同时，切向二次风形成的旋涡气流对稀相 区的细颗粒有一定的分离作用，可在一定程度上减少烟气含尘量。稀相区的出 口烟温控制在约650℃。焚烧产生的高温烟气从稀相区上部的出口经水平烟道 进入尾部烟道，依次流经尾部对流受热面和空气预热器，降温至200℃以下后 由出口烟道引入尾气处理系统进行除尘、洗涤，最后经引风机和烟囱排入大气。
流化床焚烧炉的有机热载体(导热油或联苯混合物)加热系统由布置在 尾部烟道的对流受热面14和布置在稀相区上部的辐射受热面3组成。有机热 载体经过滤器过滤后通过循环泵送至焚烧炉前，流经布风板后进入焚烧炉的尾 部对流受热面14，升至一定温度后再进入稀相区上部的辐射受热面3，加热至 额定温度后送回污泥干燥器干燥湿污泥，冷却后的有机热载体再送至焚烧炉循 环使用。为保证有机热载体加热系统的安全运行，对辐射受热面3和尾部对流 受热面14均采取了有效的防磨措施。
有益效果：本发明提供的城市污泥流化床焚烧装置及方法，可确保城市污 泥的彻底焚烧，防止二次污染，实现废物的无害化和资源化，充分发挥流化床 焚烧工艺的优越性;有效解决直接焚烧机械脱水污泥焚烧炉存在的辅助燃料消 耗量大的缺陷，为城市污泥的焚烧处置提供了一种新的选择;提供了一种用流 化床焚烧炉加热有机热载体(导热油或联苯混合物)的有效方法。本发明具有 良好的社会效益、环境效益和经济效益，并具有很好的推广和应用前景。