某造紙企業污泥干燥焚燒系統
一、工業污泥處理概況
污泥的處理先后經過了海洋投棄、土地填埋、堆肥化、焚燒、干燥等多種實踐的處置方法，逐步走向成熟，目前污泥的焚燒在污泥的最終處置方法中占有比較大的優勢。
現在世界范圍內污泥處置沒有一個統一的標準，但有一點是達成了共識即禁止污泥傾倒入海以及有機物含量大于的污泥禁止堆埋。大多數的歐洲國家目前基本認同污泥再利用的方式，以保護資源，如磷等，讓其在自然界中循環。另一方面污泥含有一些有害物質如：重金屬、醫藥化學物質這就不允許污泥在農業中隨意使用。
雖然歐洲一些國家采用了循環利用的方式而另一些國家卻不接收存在的有害物質所帶來的風險，因為沒有人知道污泥的再利用最終會對未來的土壤地下水植物動物及人類帶來什么樣的后果。一些國家如瑞士比利時的費萊米西地區荷蘭已經決定走污泥熱處理的方向發電廠水泥廠垃圾焚燒廠，其他國家如德國奧地利還在就該問題進行討論但是趨勢基本還是污泥的熱處理道路。
在中國隨著人們生活水平的提高和對環境質量要求的愈加嚴格，污泥的處理同樣也存在上述問題，正在凸現出來。目前國內最終處置污泥的技術是借鑒歐美國家的成功經驗———采用熱處理作為最終的處置方向。
污泥焚燒處置雖然一次性投資稍高，但由于它具有其它工藝不可代替的優點，特別在污泥量的消減上，衛生化，最終出路上，處置占地面積上，都有其他工藝無法比擬的優勢，是一種污泥最終出路的解決辦法，污泥焚燒爐已經在國內外的一些污水處理廠得到了應用。由于污泥焚燒具有較大優勢，相信不遠的將來，污泥焚燒在污泥的最終處置方面將有著廣泛的前景。
二、污泥的焚燒工藝
焚燒工藝重點是解決污泥存在的問題，即實現污泥的節能型、低污染處理。與其他處置工藝對比尤其對于下列兩種情況更具有優勢：
污染嚴重的污泥(例如重金屬含量或化學污染物超標的工業污泥)：污泥最終要實現完全礦化。
處理規模大(大于噸(泥餅)年)的裝置，單位投資比例省、綜合處理成本相對較低。
污泥焚燒工藝根據焚燒方式又分為直接焚燒和干燥焚燒兩種。
1、直接焚燒
污泥的直接焚燒是將高濕(含水量～％)污泥在輔助燃料作為熱源的情況下直接在焚燒爐內焚燒。由于污泥的含水量大、熱值低，只有加入輔助燃料(煤、重油、柴油等)的情況下，污泥才能燃燒，耗費大量能源。由于污泥含水量大，焚燒后的尾氣量也比較大，后續尾氣處理需要龐大的設備，操作控制難度大。由于污泥的含水量達到，如果按一天的焚燒量計算，其中的水分含量可以達～，如果沒有烘干的污泥直接送入回轉窯焚燒，在焚燒溫度℃的條件下，焚燒爐的每小時的耗油量至少增加，相應造成后續噴淋塔塔、除霧塔等設備處理量大大增加，同時使設備投資和系統運行費用大大提高。對于中國的市政污泥，其有干態機物含量大約為到，干態熱值為到。很顯然，如果直接采用現有的焚燒爐來焚燒中國的市政污泥，補充輔助燃料是不可避免的，只是補充輔助燃料的多少不同。在目前控制資源和能源消耗的條件下，無論從運行成本和設備投資等方面，污泥的直接焚燒正逐漸被干燥后焚燒所代替。
2、干燥焚燒
污泥的干燥最早是在二十世紀四十年代開發的，經過幾十年的發展，污泥干燥的優點正逐漸顯現出來：干燥后的污泥與濕污泥相比，可以大幅度減小體積，從而減小了儲存空間，以含水的濕污泥為例，干燥至含水時，體積可以減小倍；形成顆粒或粉狀的穩定產品，使污泥形狀大大改善；最終產品無臭且無病原體，減輕了污泥的有關負面效應，使處理的污泥更容易被接受；干化后的高熱值污泥也可以替代能源，實現變廢為寶。
污泥的干燥焚燒目的是高效、安全的實現污泥的完全礦化。在焚燒工藝前面采用污泥干燥工藝的目的是實現污泥的減量化，節省后續焚燒處置的費用。污泥中大量的水分在干燥階段被除去，后續的焚燒爐將比直接燃燒時的體積根據含水量的不同減小～倍，尾氣處理系統在設備體積減小的同時，由于水蒸氣含量的減少，處理難度會降低而效率會增加。
干燥后的污泥焚燒可以節約燃料的消耗，根據我們的計算晨鳴造紙廠的污泥干燥至～的水分、在焚燒路高溫情況下即可實現自助燃燒，無需加入輔助燃料。
本方案采用回轉筒干燥機和回轉焚燒爐聯合處理高濕污泥。回轉筒干燥機與其他干燥設備相比，生產能力大，可連續操作，結構簡單，操作方便，故障少，維修費用低，適用范圍廣，流體阻力小，可以用它干燥顆料狀物料，對于那些附著性大的物料也很有利，操作彈性大，生產上允許產品的流量有較大波動范圍，不會影響產品的質量，清掃容易。回轉窯焚燒系統與固定床式、活動床式、流化床式焚燒爐相比可以適用處理多種形態的廢棄物而得到越來越廣泛的應用，特別在焚燒處理污泥和半污泥類廢棄物方面，回轉窯焚燒系統幾乎是唯一可選的焚燒設備。該種爐型具有適用面廣、處理量大、占地面積小、有害成分破除率高、設備簡單可靠、可長期連續運行等特點。在干燥熱源方面，采用焚燒爐的煙氣作為干燥熱源，實現系統熱量自助平衡。
三、處理對象及形態
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四、工藝流程及敘述
1、工藝流程
2、工藝流程敘述
首先將污泥由上料機輸送到回轉筒干燥機的進料斗內，然后由推料設備將污泥推入回轉筒干燥機內，干燥機內污泥同一定溫度(℃)的煙氣接觸，經過干燥機的攪動使污泥與熱煙氣接觸，達到污泥烘干的目的。干燥后的污泥從干燥機的尾部排出，然后由回轉窯的上料機構收集輸送到回轉窯頭部的進料斗內，由螺旋送料機推入窯內焚燒，同時在窯頭設有助燃燃燒器和供風裝置，用以回轉窯和干燥機的啟動時所需的熱量和助燃空氣。隨著窯體的轉動，燃燼的灰渣從窯體尾部排出，燃燒產生的煙氣經過沉降后與干燥機所需的煙氣換熱、給助燃空氣預熱后，進入半干式噴霧塔降溫并去除有害氣體，由布袋除塵器去除攜帶的煙塵后達標排放。
回轉式干燥機排出的含水蒸氣的低溫煙氣(～℃)，相對濕度～％，經過除塵系統去除攜帶的顆粒后，進入水冷凝器進行除濕，水蒸氣以冷凝水狀態排出系統，送入污水處理廠處理。除濕后的氣體被焚燒爐煙氣加熱達到℃，相對濕度10％以下，再導入回轉筒干燥機。整個過程不斷循環，達到最終干燥目的。
除濕的水冷凝器的用水來自污水廠處理水。
烘干污泥的煙氣排入粉塵沉降室，用以沉降去除烘干產生的粉塵。收集的灰塵通過輸送設備，送入回轉筒干燥機繼續干燥結粒。
五、系統方案說明
1、由于用戶的具體要求、現場情況沒有提供，本方案只作為生化污泥干燥、焚燒的的初步方案，其中具體工藝設備可以根據廢棄物特性的變化和用戶要求作相應的改動。
2、方案中水冷凝器、噴霧塔用水采用污水處理廠的處理水，以降低設備投資和運行成本，方案中沒有考慮處理水的輸送問題；
3、本系統產生的污水進入現有的污水處理廠，整套系統中不包括系統內污水最終處理設備。
4、污泥具體特性未知，工藝中沒有考慮污泥烘干過程中產生的特殊有害物質(比如在℃以上不能分解燃燒的有機物)；
5、系統沒有考慮固體廢棄物的運輸、儲存和最初的上料問題(如何運送到烘干機的皮帶上料機)，以及含重金屬灰渣的儲運和最終處置問題；
6、尾氣處理方案中只考慮焚燒廢棄物中、元素含量不太高的情況，如果含量較高影響整套焚燒系統的尾氣處理工藝；
7、方案中沒有考慮焚燒的廢棄物中含有過多的含氮有機物，如果廢棄物的含氮量的提高會造成排放尾氣中的氮氧化物含量增加，要保證排煙達標必須另外增加尾氣處理設備；
8、用戶沒有提出余熱利用的具體方式，方案中沒有過多考慮余熱利用問題；
9、系統中所有參數只是初步估算的結果(多種條件未知)；
10、以下有關設備和描述以上述說明為基礎。
六、主要系統功能及控制簡介
整套干燥焚燒系統由下列幾部分組成∶(1)進出料系統、(2)助燃系統、(3)干燥系統、(4)焚燒系統、(5)余熱冷卻系統、(6)煙氣處理排放系統、(7)電氣控制系統。
1、進料系統
污泥進料設備包括干燥機上料機、進料機和回轉窯上料機(干燥機出灰機)、進料機(根據污泥的具體情況該設備并不是必須的)等設備。干燥機上料機采用自動輸送機，將濕污泥送到干燥機的進料斗內，然后由進料斗底部的推料機推入干燥機進行烘干。干燥機的出料設備即是回轉窯的進料設備，回轉窯進料機將烘干后的物料輸送到回轉窯的進料斗內，然后由螺旋機將物料推入回轉窯進行焚燒。系統中污泥的進料和焚燒連續進行。
注：如果焚燒廢物除污泥外還有其他固體廢物可以在窯頭增設人工投料門或其他上料機構。
2、助燃系統
助燃系統是在系統起爐和不能維持焚燒或干燥溫度時輔助提高爐膛溫度的手段。根據焚燒的廢棄物熱值決定是否采用輔助燃料助燃。
助燃系統主要設備有油罐、油泵和燃燒器。燃燒器具有自動點火、滅火保護、故障報警等功能和火焰強度大、燃燒穩定、安全性好、功率調整范圍較大等特點。可根據燃燒功率要求開啟小火或大火供風閥自動調節，同時也可通過調整供油壓力調節燃油量的大小。
3、干燥系統
干燥系統是整個系統的關鍵，干燥系統的好壞直接影響焚燒爐的正常運行。干燥系統是否穩定直接影響整個系統運行工況。本系統主要包括回轉筒干燥機、除塵器、水冷凝器和煙氣再熱系統等。
(1)回轉筒干燥機及其安全、環保控制
回轉式干燥機利用循環使用的高溫煙氣作為烘干污泥的熱源，通過對污泥的加熱烘烤，烘去污泥中的水分。主體是一臥式可旋轉的圓柱形筒體，筒體的軸線同水平面稍有夾角，被烘干的物料由高端進入烘干機，隨著筒體轉動，物料在筒體內部不斷的翻動，同熱煙氣充分接觸，物料被不斷的加熱、烘干。
我們認為，污泥處理必須是環境安全的，不能產生二次污染，所以很重視尾氣處理和臭味控制。早期的直接加熱系統，引入外部空氣經加熱后通入干燥器，蒸發污泥中的水分并運送污泥。離開干燥器后熱風與干污泥顆粒分離，然后經過除塵、熱氧化除臭后排放。由于熱風的量很大，使得尾氣處理成本非常高。本直接加熱工藝采用了氣體循環回用的設計，富水煙氣風經過除塵、冷凝、加熱后，80%以上返回干燥機(并補充新的焚燒煙氣)，其余部分經過焚燒爐焚燒處理后排放。這減少了尾氣處理的負擔，更重要的是大大減少了外部空氣的引入量，將轉鼓內氧氣的含量維持在很低的水平，從而很大程度上提高了系統的安全性能。
老式以熱空氣作為烘干熱源的干燥器里，在烘干污泥的過程中容易引起起火或爆燃現象，令污泥干燥設備的安全性能倍受置疑。與爆炸有關的三個主要因素是氧氣、粉塵和顆粒的溫度。不同的工藝報道或許會有些差異，但總的來說必須控制的安全要素是：氧氣含量＜12%；粉塵濃度＜60g/m3；顆粒溫度＜110℃。本工藝采用循環使用的煙氣作為熱載體，充分利用煙氣中氧含量低的特點將系統氧含量控制<6%，另外系統內設置了氧氣超標保護，當氧含量大于8%時系統自動報警，一旦氧氣含量超過10%，系統會自動停機。顆粒溫度的控制關鍵在于控制污泥在干燥器內的停留時間，必須保持干泥中適量的水分，以避免污泥過熱而燃燒，根據晨鳴造紙廠污泥情況，當污泥達到一定的干度(30～40%)就需離開干燥器，這也解決了污泥在設備內的粘結和粉塵問題。
(2)循環煙氣冷卻及再熱
回轉式干燥機原理是利用煙氣不同溫度下的相對濕度不同達到干燥的目的。干燥污泥后排出的含水蒸氣的低溫煙氣(～℃)，相對濕度～％，經過除塵系統去除攜帶的顆粒后，進入水冷凝器進行除濕，冷卻水來自造紙廠的污水廠出水，煙氣中的水蒸氣被冷凝以液態水排出系統，送入污水處理廠處理。除濕后的氣體一小部分送入焚燒爐進行焚燒處理，大部分被焚燒爐煙氣間接加熱達到℃，相對濕度10％以下，并補充一定量的高溫煙氣后，再導入回轉筒干燥機。整個過程不斷循環，達到最終干燥目的。
(3)除塵器
由于干燥機對物料攪拌和翻動，物料中的細小顆粒可能會被熱煙氣帶走形成煙塵，該部分煙塵雖然量不大，但是這部分粉塵隨著煙氣循環時間延長會逐漸積累，影響系統的正常運行。所以干燥系統中在冷凝器以前設有除塵設備，用于去除烘干氣體中的污泥顆粒，防止對系統設備造成磨損。
4、焚燒系統
回轉窯窯體是一臥式并可旋轉的圓柱型筒體，外殼用鋼板卷制而成，內襯耐火材料；筒體的軸線與水平面保持一定的傾角，烘干后的污泥由高的一端窯頭部進入窯內，隨著筒體的轉動緩慢的向窯尾部移動，窯體的轉動使物料在燃燒的過程中與助燃空氣充分接觸，完成干燥、燃燒、燃燼的全過程，最后由尾部將燃燼的灰渣排出；旋轉窯可根據窯內物料的運動方向和煙氣的流向分為逆流和順流兩種形式。為保證窯體在微負壓下運行和減小設備漏風對系統的影響，在旋轉的窯體和固定的頭、尾罩相連接的地方設有密封裝置。
回轉窯所用的耐火材料是我所與中國建筑材料科學研究院共同開發的一種耐腐蝕、耐高溫、高強度的耐火材料。該種材料經受了焚燒多種有毒有害廢棄物的考驗其中包括銷毀化學武器。
5、余熱利用系統
為了充分利用污泥焚燒產生的余熱，降低整套系統的運行成本，余熱利用系統由干燥氣體換熱器、空氣預熱器和風機等設備組成。
回轉窯焚燒爐排放的煙氣經過沉降室降塵后首先進入干燥氣體換熱器，經過冷凝后的干燥用氣體進入換熱器，通過熱交換干燥用氣被加熱到℃；然后焚燒產生的煙氣進入空氣換熱器，預熱后的空氣被送到回轉窯作為助燃空氣，降低了系統的燃料消耗和系統的運行成本。根據貴方提供的有關數據，當預熱空氣溫度時℃，如果污泥烘干到含水率小于38%，整套系統就不需要添加輔助燃料即可維持整套系統穩定的運行，使得整套系統的運行成本降到最低，同時投資規模達到最佳。
6、尾氣處理系統
尾氣處理系統主要包括高溫沉降室、噴霧吸收塔、布袋除塵器、引風機、煙囪和部分配套設備。
由于污泥本身顆粒較細，所以在焚燒的過程中容易產生粉塵，為了避免煙氣中粉塵堵塞換熱系統和對換熱器的磨損，在煙氣從回轉窯排出后設置了高溫沉降室，用于去除煙氣中的一部分粉塵，同時增加了煙氣在高溫段的停留時間，保證煙氣中的有機成分徹底燃盡。
污泥在燃燒的過程中不可避免的產生、等酸性氣體，影響尾氣的達標排放。所以為了保證煙氣最后的排放達標，系統中設計了噴霧吸收塔用來吸收煙氣中的酸性氣體。煙氣經過空氣預熱器后溫度下降到℃左右，進入噴霧塔，與由塔頂霧化噴入的堿性液滴充分接觸混合，進行熱能交換，對煙氣進行降溫；同時，煙氣中的酸性氣體同噴入的堿性物質進行反應，從而使得煙氣得到凈化。
煙氣經過噴霧吸收塔后，溫度從降低到℃左右，然后進入布袋除塵器，通過袋式除塵器去除煙氣中殘余粉塵。最后由引風機通過煙囪達標排放。
7、電氣控制設備
為了保證系統的正常運行和降低操作工人的勞動強度，本系統設計采用集中控制。我們采用可編程序控制器()作為下位機對整套系統的重要參數如爐溫、爐內負壓、排煙溫度進行實時采集監測，并通過監測值對整套系統實現全(半)自動控制。并選用專用的工業控制計算機作為上位機，在工控機上采用國內暢銷的組態王軟件開發本系統的人機界面來集中顯示：系統工藝流程、現場各設備運行狀態、各主要控制參數值、報警記錄、趨勢曲線、在線幫助等。
焚燒系統運行全過程的演示及全(半)自動控制，大大減輕了操作人員的勞動強度，提高了生產效率，克服人為因素對數據指標的影響。工作人員在中控室直接對設備控制，根據工藝要求及系統實際情況的需要，部分設備在現場設置本地控制設備，方便維護及現場操作。
為了更好地實現污泥的處理，保證無害排放，本控制系統由以下構成：
(1)數據采集處理控制系統
數據采集系統完成現場的壓力、溫度、流量、氧含量、液位及其他輔助設備的相關測點和設備運行狀態的實時采集、預處理、報警、存儲、計算等功能。具體控制環節如下：
焚燒系統負壓自動控制：整套系統在微負壓下運行，在回轉窯焚燒爐設有負壓測點，以監測系統運行時負壓值～，并將數值顯示在操作柜上，通過反饋信號變頻調節引風機的頻率，或由人工調整引風機入口調風門的大小來調整引風量，以保證系統在微負壓下運行，防止煙氣外泄造成二次污染；
烘干系統負壓自動控制：為了防止烘干過程中臭氣外溢，系統保證回轉烘干機在微負壓下運行，通過烘干機出口負壓測點，以監測烘干機運行時負壓值～，并通過反饋信號變頻調節循環風機的頻率，保證烘干機在微負壓下運行；
爐膛溫度自動控制：回轉窯焚燒的焚燒溫度是通過控制燃燒器耗油量大小來實現的，可使燃燒室的溫度保持在預先設定的上下限范圍內；
烘干機溫度自動控制；為了保證烘干效果和烘干的安全，烘干機的溫度自動控制是通過控制煙氣量的大小來實現的；
袋式除塵器前溫度自動控制和保護：為了保護布袋和系統的正常運行，在實現溫度自動控制的同時，還設置了自動旁路系統，當煙氣溫度到達危險值時自動打開旁路系統，該溫度點的自動控制是通過控制噴霧吸收塔的噴水量來實現的；
循環風機、引風機變頻調速：為了保證烘干機和焚燒爐爐膛負壓和防止有害氣體外溢，循環風機和引風機的轉速隨著系統運行的具體工況隨時自動調整，以滿足系統正常運行的要求；
回轉窯、烘干機變頻調速：回轉窯和烘干機的轉速在一定范圍內連續可調，以適應不同的焚燒和烘干工況，保證污泥的燃燒效率和烘干效果；
(2)計算機實時監控管理系統
對所屬的裝置(單元)的工藝參數、設備運行狀態和相關數據進行采集、集中顯示、記錄、報警；可以直觀的顯示現場的狀態，一定級別的的工程人員可以根據設備實際的運行情況，通過此系統對整體運行進行調整。
軟件的報警支持高、低液位報警、液位變化率報警，報警發出時的畫面自動轉換，報警連鎖操作以及報警歷史記錄，報警摘要顯示等。
軟件能顯示各種靜態圖形和隨過程狀態的動態圖形，并能一定程度的顯示動畫畫面。
軟件的歷史趨勢顯示和分析部分應能提取指定的歷史數據文件，顯示趨勢曲線。
圖形：整套系統流程圖(包括實時數據)。
曲線：包括各種主要監測信號實時曲線——壓力、流量、溫度曲線。
報表：報警及事件顯示、打印，運行報表打印；
注：整套系統的控制水平可以根據用戶的要求設計制造。
七、安全、環保、節能措施
本項目在認真解決污泥污染的同時，在防止二次污染產生、節能降耗和消除危害人身、設備隱患方面制定了極其有效的措施：
采用煙氣循環干燥可以解決回轉窯焚燒爐系統尾氣處理的投資巨大、設備龐大的缺點；可以解決煙氣污泥干燥的能源消耗問題，降低運行成本。
采用煙氣密閉循環干燥，不向環境排放干燥后的尾氣，防止惡臭類氣體的排放，防止二次污染的產生。在污泥干燥的過程中，不可避免使污泥中的有機物隨水分蒸發進入干燥的煙氣中，如果直接排放雖然可以降低設備的投資，但會造成二次污染，采用干燥煙氣的密閉循環可以杜絕污染氣體的直接排放，保護環境，保護工人和周圍居民的身體健康。
采用煙氣的密閉循環，及時補充低氧量的高溫煙氣、排放含惡臭類及有機類物質進入焚燒爐焚燒，可以保證系統在低氧量下安全穩定運行，有效防止富氧時粉塵燃燒爆炸的危險性。在干燥過程中粉塵濃度、干燥溫度、氧含量是控制的難點和重點，當三個條件(氧氣含量～；粉塵濃度～；顆粒溫度～℃)都達到時，爆炸將有可能發生。采用煙氣(煙氣氧含量小于％)作為干燥氣源并及時補充和排放，可以保證干燥系統在穩定的低氧條件運行，同時保證干燥氣中有機物含量較低。
采用補充低氧量的高溫煙氣可以提高干燥氣體的溫度，縮小煙氣換熱器的體積，降低煙氣換熱器的材質要求，降低總體投資。
采用先烘干后焚燒，可以合理利用焚燒過程產生的余熱，簡化尾氣余熱的冷卻系統，減少總體設備投資，降低單臺設備的制造、安裝難度和強度。同時可以節約直接焚燒必須加入的輔助燃料。
采用先烘干后焚燒可以將工藝操作控制在比較合理的范圍內，使各單元工藝操作簡單易于控制。
整個系統的設計充分利用污水廠的優勢，采用污水廠處理出水作為冷卻水、冷凝水和噴淋水，實現以廢治廢、清潔生產的目的，本系統的污水又返回污水處理廠再處理，實現本系統的水利用的閉路循環，具有較好的經濟效益和社會效益。
八、系統達到的排放指標
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九、系統主要設備清單
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