油性污泥脱水及尾气焚烧处理技术

张麦奎（天华化工机械及自动化研究设计院有限公司， 甘肃　兰州 730060）

油性污泥脱水及尾气焚烧处理技术

张麦奎（天华化工机械及自动化研究设计院有限公司， 甘肃兰州 730060）

本文根据石化环保的要求，针对石化行业污泥处置存在的问题，为使污泥做到减量化、稳定化、无害化处理，提出了一种新型、节能的污泥脱水及尾气焚烧处理技术以及此技术对石化环保的意义。

环保；节能；自惰式循环；脱水与焚烧

0 引言

对石化污（废）水处理厂而言，污泥主要以油性污泥和废活性污泥为主，因其含有重金属、有机物病原体以及有毒物质，而蒸发出来的挥发份由有机、无机、水分、NOx、SO2等气体组成。石化行业因污泥脱水及尾气焚烧处理技术的缺陷、引进国外技术价格昂贵、经济效益不明显等原因，一般采用掩埋、露天凉化脱水的处理方法。近几年，随着石化行业工业化步伐的加快，污水的排放量在不断增长，污水处理的副产品——污泥也随之增长，若再采用掩埋、露天凉化脱水的处理方法，不仅倾占了大量土地，而且有潜在的土壤污染和地下水污染，不能做到污泥的减量化、稳定化、无害化处理。并且党中央、国务院非常重视城市环境质量问题，把污水和垃圾的综合治理工作纳入了国民经济和社会发展“十五”计划纲要，而污泥是一种特殊的垃圾，如果不及时处理将造成严重的二次污染。

图1 污泥脱水及尾气焚烧的工艺流程图

天华化工机械及自动化研究设计院（以下简称天华院）响应国家号召和石化行业污泥处置要求，为防止污泥以及污泥中的毒害气体对人体和环境质量的影响，经过多年研发，提出一种以污泥脱水机和蓄热式氧化器为核心设备的污泥脱水及自惰式尾气循环焚烧处理技术。对石化行业的污泥来说，不仅做到了减量化、稳定化、无害化处理，而且脱水和尾气焚烧过程高效节能，降低了装置的运行成本。

1 技术介绍

1.1 工艺流程

工艺流程见附图1，流程介绍如下：

需要脱水的污泥通过螺杆式泥浆泵1增压后，打入污泥脱水机2内。污泥脱水机2机身保持一定倾角，热轴与桨叶片中空，内部通有饱和蒸汽，两根热轴互相啮合转动，污泥受到挤压和松弛的交替作用，一边脱水一边向前运动。随着污泥挥发份的逐渐蒸发，污泥从滤饼状逐渐成为松散的物料，脱水后的物料翻过溢流板从污泥脱水机2中排出，再经旋转卸料器3后，进入到后续工段。

从污泥脱水机2蒸发出来的挥发份含有机、无机、水分、NOx、SO2等气体，并夹带少量的污泥粉尘，首先进入脉冲布袋除尘器5进行除尘，收集下来的污泥微粉经旋转卸料器4返回到污泥脱水机2中。除尘后的气体进入气体吸收塔6用碱液（酸液）对除尘气体中的酸性（碱性）气体进行吸收，吸收液自气体吸收塔6底部通过吸收液循环泵7喷入气体吸收塔6顶部，与酸性（碱性）气体接触吸收，循环使用。吸收净化后的气体由于夹带水雾、液滴，再进入气体除雾器8对气体中的水雾、液滴进行分离，净化、分离后的气体经循环一次风机10增压后，进入热管换热器11换热后，最后进入蓄热式氧化器12A.12B（两台互换使用，一台焚烧，另一台对焚烧后的气体在蓄热室冷却，回收热量）和气体燃烧室14对气体中的有机废气等焚烧，焚烧需要的热量大部分来自蓄热式氧化器12A.12B储存的热量，不足热量通过气体燃烧室14的燃烧器来补充，燃烧需要的空气通过助燃风机13来供给。焚烧后的气体中含有大量的热量，需要回收利用，因此进入热管换热器11与焚烧前的气体进行热量交换。净化后的气体经循环二次风机15增压后，一部分排放，另一部分进入污泥脱水机2，做为污泥挥发份的载气。

1.2 工艺特点

新开发污泥脱水及尾气焚烧工艺具有以下特点：

⑴对流程中的每台设备而言，都采用常规设备，但对每台设备重新设计，并优化组合，开发出适合于污泥脱水及尾气焚烧的新型工艺。

⑵脱水、焚烧采用连续化操作，并在同一系统中完成，相互独立、互不干扰。

⑶热量利用率高，脱水采用传导型污泥脱水机，热效率可达90%以上，而尾气焚烧热量可通过换热器进行热量交换，对余热回收利用，焚烧的热量来自尾气中可燃气体产生的热量，需要补充燃料量少（油性污泥几乎不需要补充）。

⑷操作弹性大，在一定的温度、压力范围内，系统的稳定性高，便于操作，同时可针对尾气湿份性质的不同，尾气吸收调节的余量大，吸收介质选择灵活。

⑸脱水后的污泥，体积减小，重金属活性降低，油性污泥可用于工业锅炉的燃料，并且燃烧后的灰烬可以筑路、混凝土填料、陶瓷等；废活性污泥保证重金属含量、可降解物含量的条件下，可堆肥农用。

⑹从污泥中蒸发出来的有机气体、有毒气体经焚烧使有机气体碳化，有毒气体氧化，产生的热量回收利用后，净化后尾气大部分循环，少部分排出，对环境没有二次污染。

1.3 设备介绍

⑴污泥脱水机

污泥脱水机是螺旋式挤压脱水设备，属常规设备，主要由热轴、机身、端板、上盖及传动系统等组成；工作原理是：采用饱和蒸汽、导热油等作为热源，工作时脱水机的两根空心热轴和空心夹套都通入蒸汽或导热油，通过器壁对污泥间接加热进行加热脱水，同时热轴的螺旋结构对污泥直接挤压进行机械脱水。

污泥脱水机有以下特点：

①搅拌均匀，脱水效果好：污泥脱水机在工作中两根热轴不仅是主要加热面，而且不停的转动，物料得到最大限度的混合，物料的脱水效果优于盘式脱水。

②热轴可相互啮合，具有自清及挤压脱水作用，可防止物料粘壁：经验表明，滤饼状物料粘结性很强，极易粘附在传热面上从而影响传热及脱水效果。污泥脱水机的两根热轴相互啮合，当物料粘附到一定程度后可自动清除，从而避免了脱水过程中传热与脱水的恶化。

③能耗低，操作费用小：污泥脱水机的热效率高达90%，操作费用仅为热风型脱水器的30%。

④粉尘夹带小，物料损耗少：污泥脱水机的排风主要为挥发份及少量载气，其排风量仅为热风型脱水排风量的1/8，并且夹带的粉尘容易回收，并且回收装置小，设备简单。

⑤设备占地小，总投资少：虽然热风型脱水设备的投资小，但其附属设备较多，有空气加热器、旋风除尘、袋式除尘等多台设备，占地面积大，基建投资高于螺旋脱水的投资，且操作维护费用高。

⑥设备操作弹性大，运行平稳可靠：采用螺旋脱水有多种手段控制脱水程度，而且由于附属设备少，因此操作简单。

⑵蓄热式热氧化器（RTO）

蓄热式热氧化器（RTO）是在热氧化装置中加入蓄热式热交换器，预热有机废气，在进行氧化反应，属常规设备。阀门切换式是最常见的一种蓄热式热氧化器。由两个或多个陶瓷填充床，通过阀门的切换，改变气流的方向，从而达到预热有机废气的目的。下面以典型的两床式蓄热式热氧化器为例，说明其工作原理：

图2 蓄热式换热器工作原理图

两床式蓄热式热氧化器主体结构由燃烧室、两个陶瓷填料蓄热床和两个切换阀组成。当有机废气由风机送入填料床1后，该床放热，有机废气被加热，在燃烧室氧化燃烧，气体通过填料床2，该床吸热，燃烧后的洁净气被冷却，通过切换阀后排放。在达到规定的切换时间后，阀切换，有机废气从填料床2进入，填料床2放热，有机废气被氧化燃烧，气体通过填料床1，该床吸热，燃烧后的洁净气被冷却，通过切换阀后排放。如此周期性切换，就可连续处理有机废气。

2 技术经济性分析

2.1 技术经济性分析

以茂名石化乙烯工业公司污水处理厂全套引进了的污泥脱水及尾气焚烧处理技术——美国CALLIDUS技术公司的污泥脱水及焚烧系统，以10万吨/年污泥处理量为例，与天华院自主开发的污泥脱水及自惰式尾气循环焚烧处理工艺进行技术经济性分析，具体见表1。

表1 技术经济性分析表

2.2 效益分析

利用表1中数据，进行公用工程消耗的计算，经济效益分析见表2。

表2　经济效益分析表

从表2可以看出：采用自主开发的工艺后，每年可节约资金13，200.0万元，效益显著。

3 结语

从环境质量和安全意识考虑，污泥脱水及尾气焚烧、再利用将是污泥处置的发展方向之一，对以油性污泥为主的石化污水处理厂的污泥来说，脱水后再焚烧将是最根本、最彻底的解决方法。若长期依赖国外进口脱水焚烧技术与装备，不仅价格昂贵，一次性投入大，而且不利于我国污泥脱水及尾气焚烧技术的发展。而此技术的研发成功，将能形成适合我国国情的污泥脱水及尾气焚烧成套技术，对提高国内污泥脱水及尾气焚烧技术水平和提高环境质量具有重要的意义。

［1］倪春林，张富茂.污泥干燥工艺介绍［J］.干燥技术与设备，2010，8（2）：74-78.

［2］张宗宇，李捷.城市污泥干燥焚烧一体化处理工艺的研究［J］.中国环境管理干部学院学报，2010，20（4）：58-60，65.

［3］丘锦荣，吴启堂.城市污泥干燥研究进展［J］.生态环境，2007，16（2）：667-671.